CN1305468A - 亚磺酰亚胺的制备方法 - Google Patents

Abstract

一种通过将与有机水不混溶性溶剂成浆的亚磺酰胺与酸反应以生成含有亚磺酰亚胺产物的溶剂浆料的方法。通过包括加入水至溶剂浆料中和通过单个过滤步骤分离产物的方法从溶剂浆料中回收该产物。水加至溶剂浆料的同时,可以真空蒸馏溶剂和水的恒沸物直至基本上所有溶剂与产物分离并且产物变成水浆料的一部分。另外,可以加入水到溶剂浆料中同时搅拌得到的混合物,然后在单个过滤步骤中过滤混合物以从混合物中回收产物。

Description

亚磺酰亚胺的制备方法

本发明涉及使用从反应混合物回收产物的新方法由亚磺酰胺制备亚磺酰亚胺的方法。

Santocure^TBSI(N-叔丁基-2-苯并噻唑亚磺酰亚胺)是基于仲胺的亚磺酰胺促进剂的良好替代物，后者由于在橡胶加工和固化过程中可能生成亚硝胺而受到严密的环境审查。而Santocure^TBSI的焦烧迟延时间长，固化速率慢，这非常象基于仲胺的亚磺酰胺促进剂。

已知，从N-叔丁基-2-苯并噻唑亚磺酰胺(Santocure^NS)和气态氯化氢，用庚烷作为溶剂按下述反应制备Santocure^TBSI：

TBSI反应

现有技术方法涉及过滤庚烷浆料，得到粗品，将粗品完全干燥，然后在50℃重新浆化于水中，然后过滤并干燥，得到最终产物。通过蒸馏回收庚烷，煅烧庚烷釜脚。因此，该方法涉及两步过滤、两步干燥以及通过蒸馏回收庚烷。迄今为止，该两步过滤/干燥方法一直被认为是将TBSI从溶剂相转移到水相的唯一实用的方法。

例如，美国专利5,204,481在实施例1和2中提供了一种对已知方法的典型的描述。首先将反应器混合物进行真空过滤以分离混合的反应固体与庚烷，将固体洗涤并干燥，将干燥的混合固体在水中成浆以溶解盐酸盐。然后将产物通过进一步真空过滤、水洗并干燥而离析。

现有技术确实以高收率和高纯度生产TBSI，但是如前所述，它要求两步过滤和两步干燥。总的来说，现有技术的方法复杂、效率低，因而长期以来一直需要对工艺进行改进，但是迄今为止仍未能满足这种需要。

因此，本发明包括一种从亚磺酰胺制备亚磺酰亚胺的方法。与有机水不溶混性溶剂成浆的亚磺酰胺和酸反应生成含亚磺酰亚胺产物的溶剂浆料。从溶剂浆料中回收产物，方法包括将水加到溶剂浆料中，并通过单一过滤步骤离析产物。

下文将描述本发明的更详细的实施方案，特别是关于从反应混合物中回收产物。

图1是应用共沸蒸馏的本发明的实施方案的流程图。

图2是称为“水萃取”的本发明的实施方案的流程图。

在本发明的最广的概念，本发明的方法包括将水加入到含有亚磺酰亚胺产物的水不溶混性有机液体浆料中，该亚磺酰亚胺产物是有机水不溶混性液体中的亚磺酰胺与酸反应得到的，并从得到的两相液体体系中仅过滤一次而回收产物。

本发明方法制备的亚磺酰亚胺可以是式(R¹S-)(R²S-)N-R所示的亚磺酰亚胺，其中，R选自叔丁基、环己基或C1-C20烷基，R¹和R²可以相同或不同，并且选自各种取代或未取代的杂环，该杂环含有选自N、S、O和P的一个或多个原子，并且可以是进一步用C1-C20烷基或其它官能团取代的。所用的亚磺酰胺可以是式R¹S-NH-R表示的亚磺酰胺。通常杂环是取代或未取代的苯并噻唑。

酸反应物可以是有效地参与与亚磺酰胺的预期反应的任何物质，该物质最可能是25℃的电离常数Ka大于0.001的酸。实例包括盐酸、氢溴酸、硫酸、氯代苯甲酸、邻硝基苯甲酸等。这些酸中，优选盐酸。一般，酸加料过多导致高百分比的2,2’-二硫代二(苯并噻唑)，该物质通常称为MBTS，而酸加料不足有助于控制MBTS的形成。

优选的溶剂为庚烷，它可以是正庚烷或C7饱和烃的混合物。

本发明的新方法除去了过滤庚烷浆料这一步以及干燥混合固体的步骤。因此，使工艺时间和设备资金投入显著降低。该方法还除去了蒸馏庚烷的步骤，因而不生成庚烷釜脚，节约明显。该方法使收率显著提高。

在一种实施方案中，当将水加入到反应混合物中时，在真空下蒸馏溶剂和水的共沸物，直到基本上所有溶剂都与产物分离，产物成为含水浆料的一部分。通过加入很少量的碱性物质(例如苛性或苏打灰)来中和酸，可以将残余酸从溶剂浆料中除去，或者，如果酸在标准状况下是气体，这种除去可以通过在真空下将浆料加热或将惰性气体喷射通过反应混合物而进行。继续蒸馏直至除去所有溶剂，将产物留在水浆料中。

得到的馏出液，有机溶剂和水将形成两层。这两层可以是易于分离的。已经惊奇地发现，回收的有机溶剂层的水含量足够低，适合循环至反应器。

关于从Santocure^NS制备Santocure^TBSI，使用氯化氢作为酸，庚烷作为溶剂，优选在约50℃和约20-约25英寸汞柱(即67-约85×10³Pa)的真空下进行共沸蒸馏。

反应的一种副产物是铵盐。在蒸馏共沸物后，应当向溶剂浆料中加入足量水，使基本上所有的盐都能够在含水浆料的溶液中，并且使含水浆料易于过滤。通过蒸馏共沸物除去的溶剂和水作为两个液体相回收，溶剂相可以循环，进一步用于反应。

在另一个实施方案中(称为“水萃取”)，不是馏出溶剂/水共沸物，而是将水加到产物的溶剂浆料中，同时将得到的混合物搅拌，然后在单一过滤步骤中过滤混合物以从混合物中回收产物。在该实施方案中也优选将足量水加到溶剂浆料中，使作为反应副产物形成的基本上所有的盐都能够进入含水浆料的溶液中，并且含水浆料易于过滤。可以将碱性物质溶于加入的水中以中和过量酸(如果存在的话)，并且提高反应混合物的pH值，减少产物的降解。溶剂/水滤液分成不同的两层，易于用物理方法分离。回收的溶剂可以连续循环。

也是关于水萃取的实施方案，惊奇地发现，在将产物过滤之后，溶剂浆料(该浆料是液相之间界限不清楚并且产物分散在整个两相中的乳液)变成明显不同的两相，这两相易于分离，从而得到适合循环的溶剂。同样令人惊奇的是，回收用于循环的溶剂中、溶液中以及所夹带的水量小到足以不会对反应产生不利影响。

在上述两种实施方案中，特别是对用庚烷作为溶剂生产TBSI来讲，浆料的过滤可以在约20℃-约55℃进行。从过滤步骤回收的产物可以用水洗涤并干燥。

此处使用的术语“过滤”不仅是指传统上所理解的包括过滤器或者过滤的行为，而且包括其它方式的固体分离操作，例如，离心分离。

参照附图可以进一步说明本发明的方法。

关于上述本发明的第一种实施方案，在图1中，溶剂、亚磺酰胺和酸，进料物流1、2和3，分别加至反应器4中。使用接近化学计量量的酸，并且使用足够的溶剂以提供可以有效搅拌的浆料。在下述实施例所述实验中，溶剂与所用Santocure^NS的重量比为5.6，但是，实际上也可以使用其它重量比。溶剂和亚磺酰胺的比率可以为约1-约12。

反应通常在约25℃-约35℃和室压下进行，反应时间一般为约45分钟-约180分钟，从将酸加至溶剂和亚磺酰胺中开始。

来自反应器4的溶剂浆料通至容器7，在那里加入作为物流6的水，溶剂和水的恒沸物在真空和合适温度下作为物流8馏出直至从反应混合物中除去所有溶剂。恒沸混合物经冷凝器9冷凝，冷凝物通至罐10，在那里将维持不同的液相溶剂相和水相。为了说明的目的，所示溶剂相在水相之上，但是也并一定是这种情况，这取决于溶剂的比重。溶剂相可以易于分离并循环至反应器，在那里它与少量经管线1的补充溶剂汇合。

虽然图1表示进行恒沸蒸馏的容器是独立的，但是应当理解反应容器4也可以用于蒸馏目的，以代替使用单独的容器7。但是，应当小心以确保在反应前，除去所有的水以保持最优反应所要求的基本上无水的条件。

应当向容器7中经管线6加入足够的水以溶解所有存在于浆料中的水溶性盐。又因为部分水将在蒸馏中除去，所以为溶解浆料中所有的盐而调节水的加入量时应当考虑这种水的损失。

图中没有示出非必须性手段，可以使用该手段除去过量的酸，例如酸性气体如HCl。这种手段包括在真空下加热溶剂浆料，或者通过将惰性气体喷入浆料或者通过加入少量碱性材料以中和酸。

来自容器7的含水浆料经管线11送至过滤器12。所用的过滤装置可以包括适合具体浆料的任何可以得到的过滤器。滤液包含铵盐溶液，该溶液可以用碱性材料例如氢氧化钠中和以生成游离胺，该游离胺可以再用于其它应用中。例如，在如上所述生产Santocure^TBSI的情况下，形成副产物氯化叔丁基铵，该副产物可以用氢氧化钠中和以生成叔丁胺，叔丁胺可以通过蒸馏回收，然后再用于制备Santocure^NS或用于其它应用中。

来自过滤器12的过滤后的固体材料含有亚磺酰亚胺产物，该物质可以水洗并经装置13干燥以得到最终产物。

关于上述本发明的第二种实施方案，在图2中，反应在反应器17中发生(溶剂、亚磺酰胺和酸物流14、15和16，正如第一种实施方案)。但是，含有反应器浆料的溶剂浆料经管线18送至容器19，在那里不是进行蒸馏而是经管线20搅拌下加入足量水以溶解反应混合物中的所有盐。也可以将碱性物质经管线20加到容器19中或者溶解在加入的水中以除去过量酸并提高反应混合物的pH。

来自容器19的浆料可以经管线21直接送至过滤器22，过滤器22可以与图1的过滤器12相同或者类似。滤液经管线23送至容器24，在那里维持溶剂相和水相的不同的液相。为了说明的目的，所示溶剂相在水相之上，但是也不一定是这种情况，这取决于溶剂的比重。溶剂相可易于分离并循环至反应器，在那里它与少量经管线14的补充溶剂汇合。水相含有铵盐溶液，可以用碱性物质如氢氧化钠中和以生成可以回收的胺。

来自过滤器22的经过滤的固体材料含有亚磺酰亚胺产物，该产物可以水洗并经装置25干燥以得到最终产物。

通过下述非限制性实施例可以更清楚地说明本发明。

实施例

通常：在典型的制备过程中，向装有机械搅拌器、热电偶、气体扩散管和加热套的1500ml树脂釜中装入细粉碎的Santocure^NS(71.5g,0.3摩尔)和无水庚烷(402g)。在25-35℃下搅拌混合物，经1.25-2小时液面下加入HCl(5.5-5.8g)气体。在加完HCl和吸收10-20分钟后，施加真空(20-22英寸汞柱，即67-75×10³Pa)以除去存在于浆料中的任何残留HCl(在加热反应混合物前，加入少量的碱性物质，例如苛性或苏打灰以中和任何残留的HCl可能是有益的)。然后将混合物加热到50℃，在加热的同时，在加料漏斗中准备好水(440g)。在蒸馏期间，也加热反应器盖、并且每部分都进行良好地绝热以有效控制温度。一开始加入约50-100ml水以向系统中提供水以实际形成恒沸物。

庚烷与水形成恒沸物。一旦收集到稳定物流的馏出液，以与馏出速率大约相同的速率加入其余水。如果容器内有足够空间，可以一次加入所有的水，也可以边除去庚烷/水恒沸物边缓慢加入水，从而可以不需要较大容器。庚烷/水馏出液形成两层，易于分离，然后将庚烷循环。庚烷层的分析表明，它含很少的水(30-50ppm)。因此庚烷可以循环而对反应无不利影响。

一旦几乎所有的庚烷被除去，反应器基本上有水浆料中的所有的产物和盐。庚烷除去完全可以通过头温的降低或反应器温度的升高或不再收集到馏出液这一事实来证实。在蒸馏步骤中Santocure^TBSI完全和干净地转移到水相中。然后通过瓷漏斗真空热(45-50℃)过滤浆料，用50℃水洗涤产物(两次，每次75ml)。于50℃下在dietert(强制热空气箱)中干燥产物至恒重并对其进行分析。

下表概述了实验运行的结果。采用本发明方法的收率会比美国专利US5,204,481的实施例的方法得到的收率高，后者由于产物在庚烷中的溶解最后进入滤液从而引起材料的损失。与美国专利5,204,481的实施例相比，由于本工艺只涉及一步过滤和一步干燥而不是两步，所以本方法的处理损失也较低。

			表1
序号	Santocure	Perkacit	Santocure	HClg	m.p.℃	％收率
								TBSI	MBTS	NS	加料		假定作为
	wt％	wt％	wt％			TBSI离析的固体
							1	94.3％	1.8％	3.9％	---	125-134	---
							2	92.4％	2.3％	5.3％	5.5	122-136	94.2
							3	90.2％	4.1％	0.6％	5.8	126-136	95.1

每个试验的注释/解释：

实验1：采用上述方法制备与上述相比较大批量的Santocure^TBSI。然后用这种新方法处理部分浆料。因此未提及收率和HCl进料量。

实验2和3：循环的庚烷用于这些批料中。得到的庚烷来自其它类似批料的馏出液。HCl的进料量对MBTS的形成和未反应的Santocure^NS有影响。在反应过程中系统中的水量也对产物测定有显著影响。因此，在反应过程中建议采用无水条件。

成功地说明，所提出的方法的改进(这种改进包括用蒸馏代替过滤和干燥步骤以除去庚烷)非常有效。在现有技术方法中，在庚烷滤液中有固体溶解损失。在本发明方法中不会有这些固体的损失，因此收率潜在地会提高。由于减少了主要设备(没有用于庚烷蒸馏的单独的蒸馏釜并且没有釜脚需要处理)、收率提高、总工艺时间减少等，本方法的改进提供了巨大节约的可能性。

还说明，庚烷的循环是可能的(进行两次循环)。总之，新方法提供了巨大的节约可能性并且易于操作。

实施例2

本实施例描述了应用水萃取的本发明的实施方案。

从下述反应器进料制备Santocure^TBSI：

Santocure^NS片    121.8g

正庚烷(循环)       684g

HCl气体          10.3g

在通过水浴维持在35℃的反应温度下，经81分钟进料HCl气体。HCl进料40分钟后得到没有片留下的浅色均匀浆料。结束HCl进料，反应器底部移到萃取装置中，该萃取装置是顶部装有搅拌器叶片的反应器，包括在反应器底部500rpm的转速运转的叶片。

含有2.5g工业苏打灰的1000ml自来水加入到反应器混合物中，加热该混合物至50℃并在该温度维持30分钟。然后用流动的水浴将该混合物冷却至22℃。然后通过40-60微米的烧结玻璃过滤器过滤该混合物。然后用1000ml 45℃水洗涤得到的滤饼，然后将滤饼移走并在65℃烘箱中干燥过夜。采用分液漏斗分离庚烷-水层。两层的分离几乎是瞬时的。干燥的Santocure^TBSI的收率为98.4g或理论值的95.4％。

本发明的上述两种实施方案的新方法带来了巨大的节约，例如更少的设备投资、更高的收率、总工艺时间的缩短、没有用于蒸馏溶剂的单独的蒸馏釜、没有引起问题的釜脚。总起来说，本新方法提供了显著的节约并且操作简便。

Claims (21)

1、一种制备亚磺酰亚胺的方法，该方法通过将与有机水不溶混性溶剂成浆的亚磺酰胺与酸反应生成含有亚磺酰亚胺产物的溶剂浆料，通过包含向所述溶剂浆料中加入水和用单一过滤步骤分离所述产物的方法将所述产物从所述溶剂浆料中回收。

2、权利要求1的方法，其中在水加入至所述溶剂浆料的同时，在真空下蒸馏溶剂和水的恒沸物直至基本上所有溶剂与产物分离并且产物变成含水浆料的一部分，所述含水浆料在所述单一过滤步骤中过滤以从所述含水浆料中回收产物。

3、权利要求2的方法，其中铵盐作为反应副产物形成，向所述溶剂浆料中加入足量的水以使得基本上所有所述盐在蒸馏所述恒沸物后能处于所述含水浆料的溶液中，并使得所述含水浆料容易过滤。

4、权利要求2的方法，其中通过所述的蒸馏所述恒沸物除去的溶剂和水作为两个液相回收并且溶剂相在反应中循环使用。

5、权利要求1的方法，其中通过加入碱性物质以中和所述的酸从而将残留酸从反应混合物中除去。

6、权利要求1的方法，其中通过向所述反应混合物施加真空或通过将惰性气体喷射通过所述反应混合物而从反应混合物中除去酸性气体形式的残留酸。

7、权利要求1的方法，其中将水加入到所述溶剂浆料中，同时搅动所得混合物，然后在所述单一过滤步骤中过滤所述混合物以从所述混合物中回收产物。

8、权利要求7的方法，其中作为反应副产物形成盐，向所述溶剂浆料中加入足够的水以使得基本上所有所述盐能够处于水相的水溶液中并使所述浆料易于过滤。

9、权利要求7的方法，其中滤液作为溶剂和含水液相回收，在反应中循环使用溶剂相。

10、权利要求1的方法，其中用水洗涤从所述单一过滤步骤中回收的产物并干燥。

11、权利要求1的方法，其中所述亚磺酰胺具有通式R¹S-NH-R，其中R选自含有叔丁基、环己基或C1-C20烷基的组，R¹选自含有一个或多个选自N、S、O和P的原子的取代或未取代的杂环，所述杂环可以被C1-C20烷基或其它官能团取代，所述亚磺酰亚胺具有通式(R¹S)(R²S)N-R，其中R²选自与R¹相同的基团并且可以与R¹相同或不同，所述酸的25℃的电离常数Ka大于0.001。

12、权利要求11的方法，其中所述杂环为取代的或未取代的苯并噻唑。

13、权利要求1的方法，其中所述酸包含HCl。

14、权利要求1的方法，其中所述有机溶剂包含一种或多种C5-C20饱和烃。

15、权利要求14的方法，其中所述有机溶剂包含庚烷。

16、权利要求1的方法，其中来自所述单个过滤步骤的滤液包含反应副产物的水溶液，反应副产物包括铵盐，铵盐用碱性材料中和以生成胺，胺回收用于生产亚磺酰胺试剂或用于其它应用中。

17、一种制备N-叔丁基-2-苯并噻唑亚磺酰亚胺的方法，该方法通过将与庚烷成浆的N-叔丁基-2-苯并噻唑亚磺酰胺与HCl反应以制得含有N-叔丁基-2-苯并噻唑亚磺酰亚胺产物的庚烷浆料，除去残留HCl(即使有也很少)，所述产物从所述庚烷浆料中回收，回收方法包含向所述溶剂浆料中加入水以及通过单一过滤步骤分离所述产物。

18、权利要求17的方法，其中所述单个过滤步骤在约20℃-约55℃下进行。

19、权利要求17的方法，其中向所述庚烷浆料中加入水，同时在真空下蒸馏庚烷和水的恒沸物直至基本上所有庚烷与产物分离，产物变成带有铵盐的含水浆料的一部分，含水浆料含有溶解于水中的反应副产物，加入到所述庚烷浆料中的水量足以使所述庚烷浆料中基本上所有的盐能够溶解于所述含水浆料中并且使所述含水浆料易于过滤，冷凝所述恒沸物以形成分开的水相和庚烷相，从中可以回收庚烷以循环至反应器，所述含水浆料在所述单个过滤步骤中过滤以从所述含水浆料中回收产物，加入氢氧化钠至含有盐溶液的滤液中以从铵盐生成叔丁胺，叔丁胺回收用于制备N-叔丁基-2-苯并噻唑亚磺酰胺或用于其它应用中。

20、权利要求19的方法，其中所述恒沸物的真空蒸馏在约50℃和约20-约25英寸汞柱(即67-约85×10³Pa)的真空下进行。

21、权利要求17的方法，其中将水加至所述庚烷浆料中，同时搅拌得到的混合物，然后在所述单个过滤步骤中过滤所述混合物以从所述混合物中回收产物，将足够量的水加至所述庚烷浆料中以使基本上所有在反应中生成的盐能够处于水溶液中并且使浆料易于过滤，来自所述过滤步骤的滤液包含分开的水相和庚烷相，从所述滤液中回收庚烷并循环至反应器，将氢氧化钠加至含有铵盐溶液的滤液中以生产叔丁胺，叔丁胺回收用于制备N-叔丁基-2-苯并噻唑亚磺酰胺或用于其它应用中。

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