Способ получения этилендиамин-n,n -дипропионовой кислоты дигидрохлорида

Изобретение относится к способам получения этилендиаминполикарбоновых кислот, в частности этилендиамин-N,N'-дипропионовой кислоты в форме ее дигидрохлорида, применяемой в качестве комплексообразующего агента в различных областях, в частности в химии, сельском хозяйстве, медицине. Новый способ получения этилендиамин-N,N'-дипропионовой кислоты дигидрохлорида осуществляют реакцией взаимодействия кальциевой соли β-хлорпропионовой кислоты с этилендиамином в присутствии оксида кальция, взятом в количестве, обеспечивающем поддержание рН реакции на уровне 9-11 и при температуре не выше 85°С, а затем реакционную массу охлаждают и подкисляют концентрированной соляной кислотой до рН 1,0-1,5, выдерживают при пониженной температуре и выделяют конечный продукт. Выход 40%. Строение конечного продукта подтверждено данными С¹³ ЯМР спектров. Цель данного изобретения - повышение технологичности и экономичности, а также малая энергоемкость, поскольку осуществляется всего в две стадии, и исключение использования токсичного исходного сырья. 3 з.п.ф-лы.

 

Изобретение относится к способам получения алкиленаминокарбоновых кислот, в частности этилендиамин-N,N'-дипропионовой кислоты в форме ее дигидрохлорида., используемой в качестве комплексообразующего агента в химии, биологии, сельском хозяйстве, фармацевтической промышленности.

Известно, что для получения данного соединения, как и других этилендиаминкарбоновых кислот в ряду вторичных аминов, используется метод омыления соответствующих нитрилов [ DE 638071, 12 q 6/01, 1936 ]. Этот же метод берется за основу и в другом известном способе получения этилендиамин-N,N'-дипропионовой кислоты дигидрохлорида, который включает следующие последовательные стадии: получение этилендиаминдипропионитрила взаимодействием этилендиамина с акрилонитрилом, гидролиз этилендиаминдипропионитрила концентрированной соляной кислотой, кипячение и выдерживание в течение нескольких часов образовавшейся реакционной массы, упаривание образовавшего раствора досуха в вакууме, растворение сухого остатка в дистиллированной воде, подщелачивание образовавшегося раствора концентрированным водным раствором гидроксида натрия, отгонку аммиака водяным паром, подкисление раствора до рН 4,5, упаривание досуха в вакууме, экстракцию остатка горячим абсолютированным этанолом, удаление хлорида натрия фильтрацией горячего спиртового экстракта, отгонку этанола до образования темно-желтой вязкой массы, растворение этой вязкой массы в минимальном количестве горячей дистиллированной воды, подкисление концентрированной соляной кислотой с последующей выдержкой при охлаждении до выделения целевого продукта - этилендиамин-N,N-дипропионовой кислоты дигидрохлорида с выходом 40%, который затем очищают пятикратной перекристаллизацией из горячего 80%-ного этилового спирта [Arthur Е. Martell, Stanley Chaberek, "The preparation and properties of some N,N-disubstituted ethylenediaminedipropionic acids". J. Am. Chem. Sos. 1950, vol. 72, p.5357-5361]. Данный известный способ, выбранный в качестве прототипа, как это видно из его описания, является нетехнологичным, трудоемким и энергоемким процессом, поскольку он многостадиен и включает многократное использование энергоемкой дистилляционной аппаратуры. Кроме того, способ экологически опасен, поскольку осуществляется с использованием в качестве сырья высокотоксичного акрилонитрила. Трудоемкость известного способа, кроме его многостадийности, заключается и в том, что для получения конечного чистого продукта приходится проводить многоступенчатую (пятикратную) очистку полученного технического продукта, что в значительной степени снижает выход конечного чистого продукта.

Для исключения названных недостатков предлагается новый способ получения этилендиамин-N,N'-дипропионовой кислоты дигидрохлорида, который осуществляют взаимодействием этилендиамина с кальциевой солью β-монохлорпропионовой кислоты при температуре не выше 85°С в присутствии оксида кальция, взятого в количестве, обеспечивающем рН среды на уровне 9,0-11,0, и последующим подкислением реакционной массы концентрированной соляной кислотой до образования целевого продукта и его выделением.

Выделенный конечный продукт, предпочтительно методом фильтрации, подвергают дополнительной очистке промывкой этиловым спиртом. В качестве исходного продукта используют кальциевую соль β-хлорпропионовой кислоты, полученную нейтрализацией β-хлорпропионовой кислоты оксидом кальция. Предпочтительно подкисленную реакционную массу охлаждают до 10-15°С.

Новый способ, в отличие от прототипа, технологичен и экономичен, малоэнергоемок, поскольку осуществляется всего в две стадии, исключает использование токсичного исходного сырья и энергоемкого оборудования.

Основными техническими отличиями нового способа от прототипа является использование в качестве исходного продукта кальциевой соли β-хлорпропионовой кислоты, а в качестве регулятора рН - оксида кальция. Благодаря присутствию оксида кальция реакция замещения атома хлора в β-хлорпропионовой кислоте протекает до стадии получения вторичных аминов, а не полностью замещенных третичных аминов, как это имеет место при осуществлении реакции нуклеофильного замещения хлора в β-хлорпропионовой кислоте в присутствии гидроксида натрия. Оксид кальция, по всей вероятности, участвует в образовании промежуточного комплексного соединения - кальциевого комплекса этилендиамин-N,N'-дипропионовой кислоты. Выбор в качестве рН регулятора оксида кальция, являющегося комплексообразователем, обуславливается тем, что кальций(2+) способен взаимодействовать с исходными компонентами реакции с образованием неустойчивых комплексов, благодаря чему становится возможным, хотя и в небольшой степени, изменить геометрическую ориентацию этих исходных компонентов, в частности этилендиамина и β-хлорпропионовой кислоты. В то же время, кальциевый комплекс с продуктом данной реакции - этилендиамин-N,N'-дипропионовой кислотой - обладает повышенной прочностью по сравнению с исходными комплексами, что способствует протеканию основной реакции. Такой механизм реакции, проходящей через стадию комплексообразования, обеспечивает протекание реакции в нужном направлении с образованием целевого продукта с достаточно высоким выходом для данной реакции. Проведение процесса при определенных режимах, а именно основной реакции взаимодействия исходных продуктов при температуре не выше 85°С и рН 9-11, является непременным условием осуществления реакции в нужном направлении. Другие последующие стадии процесса идут при иных режимах, в частности при более низких температурах, например при 55-60°С на стадии разрушения промежуточного кальциевого комплекса этилендиаминдипропионовой кислоты и предпочтительно при 10-15°С при выделении целевого продукта из реакционной массы после ее охлаждения. Ниже новый способ иллюстрируется следующим примером.

β-хлорпропионовую кислоту в количестве 162,8 г (1,5 мол) растворяют в 80 мл воды и при перемешивании нейтрализуют оксидом кальция до рН 9,0-11,0. К полученной суспензии образовавшейся кальциевой соли β-монохлорпропионовой кислоты в воде медленно прикапывают 42 г (0,7 мол) этилендиамина, поддерживая температуру реакционной массы на уровне 80-85°С при рН на уровне 9,0-11,0. Общий расход оксида кальция составляет около 90 г. По окончании загрузки амина реакционную массу выдерживают при размешивании при тех же значениях рН и температуры, охлаждают до 50-55°С, добавляют 300 мл концентрированной соляной кислоты и выдерживают реакционную массу при размешивании и при температуре 70-75°С до образования раствора. Полученный раствор охлаждают до 10-15°С. Выпавший осадок этилендиамин-N,N'-дипропионовой кислоты дигидрохлорида через 20 часов отфильтровывают, промывают на фильтре этиловым спиртом и сушат. Выход 77,5 г (40%). Строение целевого продукта подтверждено данными С¹³ ЯМР спектров.

1. Способ получения этилендиамин-N,N'-дипропионовой кислоты дигидрохлорида при использовании в качестве исходного продукта этилендиамина, отличающийся тем, что этилендиамин подвергают взаимодействию с кальциевой солью β-хлорпропионовой кислоты при температуре не выше 85°С в присутствии оксида кальция, взятого в количестве, обеспечивающем поддержание рН реакционной массы на уровне 9,0-11,0, а затем реакционную массу охлаждают и подкисляют концентрированной соляной кислотой до рН 1,0-1,5, выдерживают подкисленную реакционную массу при пониженной температуре и выделяют конечный продукт.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что выделенный конечный продукт предпочтительно методом фильтрации дополнительно очищают промывкой этанолом.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве исходного продукта используют кальциевую соль хлорпропионовой кислоты, полученную нейтрализацией β-хлорпропионовой кислоты оксидом кальция.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что подкисленную реакционную массу охлаждают предпочтительно до 10-15°С.