氫氧化膽堿的改進(jìn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種生產(chǎn)濃縮水性氨氧化膽堿溶液的方法。更具體地說(shuō)，本發(fā)明設(shè)及 一種方法，該方法可避免與作為反應(yīng)物的環(huán)氧乙燒相關(guān)的一些安全風(fēng)險(xiǎn)，并且產(chǎn)生含有較 少副產(chǎn)物的較低的有色產(chǎn)物。
【背景技術(shù)】
[0002] 氨氧化膽堿、膽堿（cholinebase),W及也簡(jiǎn)稱(chēng)的"cbase"是在本文中可交換地 使用的術(shù)語(yǔ)。氨氧化膽堿或膽堿也被稱(chēng)為2-(徑乙基甲基錠氨氧化物或根據(jù)IUPAC命 名規(guī)則為2-徑基-N，N，N-S甲基乙錠。該物質(zhì)是一種強(qiáng)有機(jī)堿，運(yùn)是在許多最終使用應(yīng)用 中選擇它的重要因素。氨氧化膽堿例如通過(guò)與適當(dāng)?shù)乃徇M(jìn)行中和而應(yīng)用于其它膽堿鹽的生 產(chǎn)中，并且應(yīng)用于需要含有非常低含量或者僅可耐受非常低含量的無(wú)機(jī)離子的強(qiáng)堿的應(yīng)用 中。氨氧化膽堿在諸如制造電子器件的應(yīng)用范圍中很重要。
[0003] 氨氧化膽堿可WW多種不同的方式來(lái)生產(chǎn)。例如，氨氧化膽堿可由面化膽堿（例 如氯化膽堿）來(lái)生產(chǎn)，氨氧化膽堿可通過(guò)用Ba(OH)2處理膽堿硫酸鹽來(lái)形成，或者氨氧化膽 堿可由直接反應(yīng)來(lái)生產(chǎn)。
[0004] 氨氧化膽堿也可通過(guò)=甲胺燈MA)、水和環(huán)氧乙燒巧0)的直接反應(yīng)來(lái)生產(chǎn)。美國(guó) 專(zhuān)利US2774759公開(kāi)：在實(shí)施例2中，236份25%水性TMA溶液與40份EO的反應(yīng)。攬拌混 合物直到反應(yīng)基本完成，同時(shí)保持反應(yīng)溫度低于約30°C。根據(jù)US2774759,在約45~55°C 和真空下除去未反應(yīng)的TMA，將Cbase留在40~45%水性溶液。假定在反應(yīng)中和在TMA除 去中理想的100%的選擇性，人們可計(jì)算在水中含有40. 65%WtCbase的產(chǎn)物。申請(qǐng)人重 復(fù)此實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)該反應(yīng)在運(yùn)些條件下非常緩慢，并且難W從反應(yīng)產(chǎn)物中除去過(guò)量的TMA。申 請(qǐng)人得到含有38. 5%Wt氨氧化膽堿和2. 2%Wt較高級(jí)乙氧基化副產(chǎn)物的Cbase溶液。 陽(yáng)〇化]與諸如設(shè)及面化膽堿起始原料的其它方法相比，直接方法具有更加原子有效的優(yōu) 點(diǎn)。然而，在沒(méi)有強(qiáng)酸（例如H訝的情況下EO和TMA的直接反應(yīng)也具有一些缺點(diǎn)。
[0006] 通常W批次模式進(jìn)行TMA的乙氧基化。典型的是使用所謂的環(huán)管反應(yīng)器，又名累 圍繞反應(yīng)器，其中，為了有效地除去反應(yīng)熱并保持低反應(yīng)溫度，將反應(yīng)混合物連續(xù)從反應(yīng)容 器中累出圍繞熱交換器。為了避免過(guò)多的EO分壓，通常隨著反應(yīng)進(jìn)行逐漸添加E0。為了使 TMA的消耗趨向完成，通常提供整體摩爾過(guò)量的E0。然而，任何過(guò)量的EO將在0-乙氧基化 中消耗并且形成較少的所需的0-乙氧基化物作為副產(chǎn)物。當(dāng)反應(yīng)接近完成時(shí)，為了額外1 摩爾TMA，它可能需要多達(dá)10摩爾E0。
[0007] 此反應(yīng)路徑的第一個(gè)問(wèn)題主要由于=甲胺（TMA)反應(yīng)物的性質(zhì)。首先，它是易揮 發(fā)性的，具有約：TC的常壓沸點(diǎn)。TMA具有強(qiáng)烈且使人不愉快的魚(yú)腥味，并且它在空氣中的 氣味闊值低至2份每十億（ppb，10 9)。因此，含有TMA的蒸氣副產(chǎn)物流必須在釋放前焚燒， 并且運(yùn)應(yīng)在高溫下完成W避免形成亞硝胺。當(dāng)該方法設(shè)及真空條件時(shí)，運(yùn)會(huì)造成特殊問(wèn)題。 TMA的運(yùn)些屬性進(jìn)一步影響膽堿產(chǎn)物應(yīng)W基本上不含未反應(yīng)的TMA反應(yīng)物結(jié)束。通過(guò)用惰 性氣體汽提從反應(yīng)產(chǎn)物中除去任何剩余的TM由于它的低大氣沸點(diǎn)而不實(shí)用的，運(yùn)意味著 非常難W用惰性氣體從混合物中冷凝。
[0008]TM的性質(zhì)的另一個(gè)問(wèn)題是它在水中的溶解度有限。TM的過(guò)量存在將導(dǎo)致形成 分開(kāi)的液體相，而不會(huì)導(dǎo)致TM反應(yīng)物的更高存在于發(fā)生反應(yīng)的水相中。因此，它面對(duì)它與 Cbase產(chǎn)物爭(zhēng)奪添加的EO分子的缺點(diǎn)。
[0009] TMA乙氧基化產(chǎn)生膽堿的第二個(gè)問(wèn)題是由于環(huán)氧乙燒巧0)反應(yīng)物的性質(zhì)。EO是 高反應(yīng)性的、極易燃且有毒，而且它是易揮發(fā)的，具有約irc的常壓沸點(diǎn)。EO將自身的氧氣 供應(yīng)用于燃燒。即使在惰性氣氛中，具有大量能量釋放的自聚合也可易于被多種多樣的因 素觸發(fā)。該反應(yīng)通常與爆炸相關(guān)，極不可能控制。因此，優(yōu)選避免含有EO的分開(kāi)的氣相，作 為該方法的一部分。由于爆炸風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)絕對(duì)避免EO在運(yùn)樣的汽相中的高分壓。
[0010] 第=個(gè)問(wèn)題是由于氨氧化膽堿產(chǎn)物的性質(zhì)。由于氨氧化膽堿的強(qiáng)堿性質(zhì)，該分子 易于經(jīng)由0-乙氧基化而形成副產(chǎn)物并且易于例如由合成期間的霍夫曼消除反應(yīng)而形成顏 色和降解。 1] 因?yàn)榘毖趸憠A具有與化OH類(lèi)似的堿強(qiáng)度，所W能夠激活其自身的徑基，從而產(chǎn) 生在N-乙氧基化和0-乙氧基化之間的重要競(jìng)爭(zhēng)。在N-乙氧基化的情況下，TMA與環(huán)氧乙 燒分子反應(yīng)，從而產(chǎn)生所期望的膽堿分子。在0-乙氧基化的情況下，膽堿分子的徑基與一 種或多種其它EO分子反應(yīng)，從而產(chǎn)生具有較高乙氧基化程度的類(lèi)似膽堿的分子。0-乙氧基 化副產(chǎn)物仍表現(xiàn)為堿性，但具有較低的強(qiáng)度和較高的分子量。在許多應(yīng)用中，它們代表最終 產(chǎn)物中的雜質(zhì)。此外，在諸如生產(chǎn)膽堿鹽的許多應(yīng)用中，氨氧根離子的摩爾濃度（通常W摩 爾/升表示）很重要，因此耗費(fèi)在0-乙氧基化上的每個(gè)EO分子代表經(jīng)濟(jì)損失。在氨氧化 膽堿合成期間所觀察到的0-乙氧基化產(chǎn)物的形成程度可取決于溶液的堿強(qiáng)度，并由此取 決于氨氧化物（運(yùn)里主要為氨氧化膽堿）的濃度。除了濃度之外，不希望的0-乙氧基化也 通過(guò)較高的反應(yīng)溫度而增加。
[0012] 此外，已知的是，氨氧化膽堿是不穩(wěn)定的并且由于分解而在合成和膽存期間顯色。 分解可W經(jīng)由所謂的霍夫曼消除反應(yīng)而發(fā)生，從而導(dǎo)致TMA和乙醒的形成。釋放的TMA導(dǎo) 致異味問(wèn)題，諸如上面對(duì)留在膽堿產(chǎn)物中未反應(yīng)的TMA所解釋的。乙醒最終產(chǎn)生深度著色 的縮合產(chǎn)物，從而導(dǎo)致濃縮的氨氧化膽堿溶液在室溫下在約幾天內(nèi)變成棟色和黑色。較高 的溫度有利于霍夫曼消除反應(yīng)，因此，為了不在制備之后立即得到已經(jīng)深度著色的產(chǎn)物，在 合成氨氧化膽堿期間優(yōu)選保持低溫。
[0013] 往往通過(guò)使用至低0°C~30°C的低方法溫度來(lái)阻止顏色形成。雖然TMA和環(huán)氧乙 燒之間的反應(yīng)是強(qiáng)烈放熱的，釋放的反應(yīng)熱可在運(yùn)樣的低溫下未被有效地且經(jīng)濟(jì)地回收。 此外，保持此放熱反應(yīng)的反應(yīng)溫度低于40°C帶來(lái)大規(guī)模方法中的挑戰(zhàn)，由于周?chē)鋮s水的 溫度通常為未充分低，并且將需要使用強(qiáng)力且昂貴的冷卻設(shè)備。因此，使用較低反應(yīng)溫度需 要額外輸入能量，而不是回收反應(yīng)熱。而且，為了在膽存期間保證可接受顏色持續(xù)很長(zhǎng)一段 時(shí)間，在生產(chǎn)后，常常將穩(wěn)定劑添加到氨氧化膽堿溶液。
[0014] 孤241596A1設(shè)及避免反應(yīng)器壓力的閃回到EO軌道車(chē)容器中。該文件公開(kāi)了：如 何通過(guò)使用累圍繞反應(yīng)器，在第一反應(yīng)步驟中，在50~60°C的溫度下使選自類(lèi)似電池的容 器的一個(gè)特定容器中的25%、40%或50%水性TMA溶液與逐漸添加的主反應(yīng)環(huán)中的EO反 應(yīng)，在此期間，TMA濃度降低而Cbase濃度升高，直到已施用80~95 %的所需的E0。通過(guò)在 二次反應(yīng)環(huán)中循環(huán)同一容器的內(nèi)容物來(lái)進(jìn)行剩余的TM的進(jìn)一步轉(zhuǎn)化，其中，在進(jìn)一步添 加EO的情況下，使溫度保持在10~15°C、優(yōu)選12°C。隨后通過(guò)短暫應(yīng)用真空來(lái)除去可少 量存在的過(guò)量E0。DD241596A1的反應(yīng)W至少25%重量TMA溶液開(kāi)始，在第一步驟中的反 應(yīng)后形成至少35. 7%Wt的Cbase溶液，并且在第二步驟后形成在除去過(guò)量EO后至少40% Wt的Cbase溶液。就在運(yùn)兩個(gè)步驟所實(shí)踐的高Cbase濃度下副產(chǎn)物和顏色形成而言，并且 就反應(yīng)體積和能量的有效利用而言，此兩步分批方法留下所需物質(zhì)。
[0015]因而，仍然需要一種具有高效且低成本的熱量控制和高效熱回收的、用于生產(chǎn)氨 氧化膽堿而無(wú)所不期望的副產(chǎn)物和顏色形成的有效且高效的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0016] 本發(fā)明包括一種用于生產(chǎn)氨氧化膽堿的方法和由此方法得到的產(chǎn)物。例如，本發(fā) 明設(shè)及在經(jīng)濟(jì)上可W接受的條件下能大規(guī)模、連續(xù)生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的濃縮水性氨氧化膽堿溶液的 方法。具體地，所述方法可包括合成優(yōu)質(zhì)氨氧化膽堿的連續(xù)方法。
[0017] 一種生產(chǎn)氨氧化膽堿的方法，包括：
[0018] a)在高于30. (TC的溫度下，使包含環(huán)氧乙燒、=甲胺和水的主反應(yīng)物在水性介質(zhì) 的存在下反應(yīng)W形成氨氧化膽堿濃度小于40wt%的稀釋氨氧化膽堿溶液，W及
[0019] b)從所述稀釋氨氧化膽堿溶液中除去至少一部分所述水性介質(zhì)，W形成濃縮水性 氨氧化膽堿溶液，所述濃縮水性氨氧化膽堿溶液的氨氧化膽堿濃度為所述稀釋氨氧化膽堿 溶液的氨氧化膽堿濃度的至少1.05倍。
[0020] 申請(qǐng)人已發(fā)現(xiàn)：在指定的低濃度的氨氧化膽堿或"cbase"下進(jìn)行步驟a)反應(yīng)， 大大地降低0-乙氧基化副產(chǎn)物的形成，有利于所需的TMA的N-乙氧基化，并同時(shí)也降低 Cbase產(chǎn)物經(jīng)受降解反應(yīng)的趨勢(shì)，從而降低顯色的趨勢(shì)，盡管運(yùn)是在指定的相對(duì)高的溫度下 進(jìn)行該反應(yīng)。在高于30. (TC的較高溫度下進(jìn)行步驟a)的反應(yīng)帶來(lái)較高反應(yīng)速率的優(yōu)點(diǎn)，運(yùn) 能更加在體積上有效地利用可用的反應(yīng)器體積，從而使預(yù)定尺寸的反應(yīng)設(shè)備具有更高處理 量。
[0021] 根據(jù)本發(fā)明的方法與US2774759的實(shí)施例2的第一個(gè)區(qū)別是：反應(yīng)步驟形成氨氧 化膽堿濃度小于40wt%的稀釋氨氧化膽堿溶液。申請(qǐng)人已發(fā)現(xiàn)，運(yùn)種較低的濃度大大地減 少形成0-乙氧基化副產(chǎn)物，而運(yùn)有利于所需的TMA的N-乙氧基化。
[0022] 申請(qǐng)人進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，即使在高于30. (TC的溫度下進(jìn)行反應(yīng)步驟時(shí)，也可保持較高 選擇性的運(yùn)種優(yōu)點(diǎn)。運(yùn)帶來(lái)根據(jù)本發(fā)明的方法與US2774759的實(shí)施例2的第二區(qū)別，即， 在顯著較高溫度下進(jìn)行反應(yīng)步驟。運(yùn)帶來(lái)較高反應(yīng)速率的額外優(yōu)點(diǎn)。申請(qǐng)人已發(fā)現(xiàn)，高于 30. (TC的反應(yīng)溫度減小維持所需的反應(yīng)溫度的挑戰(zhàn)性。較高的反應(yīng)溫度能使用更常規(guī)的方 法冷卻反應(yīng)混合物，在許多位置中，可能通過(guò)用周?chē)諝饣蜷_(kāi)放的水冷卻系統(tǒng)進(jìn)行冷卻，從 而降低甚至可能避免對(duì)任何復(fù)雜冷卻系統(tǒng)的需要，其投資和運(yùn)行成本相當(dāng)高。在甚至更高 的反應(yīng)溫度下，根據(jù)本發(fā)明的方法提出在可能需要適當(dāng)加熱的應(yīng)用中有效地再利用反應(yīng)熱 的機(jī)會(huì)。因此，此優(yōu)點(diǎn)可表示其它來(lái)源提供的整體加熱負(fù)荷的下降，因此表示整體能量效率 的上升。因此，尤其是當(dāng)與US2774759中公開(kāi)的方法比較時(shí)，本發(fā)明還表現(xiàn)出就安裝和操作 該方法的復(fù)雜性和成本而言的顯著優(yōu)點(diǎn)。
[0023] 申請(qǐng)人已發(fā)現(xiàn)，由于在較高溫度下TMA在水中的溶解度較高，根據(jù)本發(fā)明的方法 的較高反應(yīng)溫度也能W較高過(guò)量的TMA進(jìn)行反應(yīng)，而沒(méi)有使反應(yīng)混合物冒著分離成不同液 相的風(fēng)險(xiǎn)。申請(qǐng)人已發(fā)現(xiàn)，在較高過(guò)量的TMA下有效地操作該反應(yīng)的運(yùn)種可能性表現(xiàn)出就 反應(yīng)速率和對(duì)所需的N-乙氧基化的選擇性而言的另一優(yōu)點(diǎn)，從而進(jìn)一步增強(qiáng)更加在體積 上有效地利用反應(yīng)體積的優(yōu)點(diǎn)W及實(shí)現(xiàn)原料使用的較高效率和較高的產(chǎn)物純度。
[0024]根據(jù)本發(fā)明的方法可提供例如在高于約50°C的溫度下制備含有小于40%Wt Cbase的稀釋水性氨氧化膽堿溶液，隨后將稀釋水性氨氧化膽堿溶液濃縮（例如，濃縮成約 40 %~50 %濃縮水性氨氧化膽堿溶液），其中，所有方法步驟可提供有高效且低成本的熱 量控制W及高效熱回收進(jìn)行。按照本發(fā)明的實(shí)施方式，0-乙氧基化產(chǎn)物也可W被保持在低 于10 %，低于5 %或低于1 %的含量（相對(duì)于氨氧化膽堿），W得到經(jīng)濟(jì)上有利的環(huán)氧乙燒 的消耗因素。此外，例如，當(dāng)使用高于約50°C的處理溫度時(shí)，按照本發(fā)明的方法可W保持新 鮮合成的40%至50%的濃縮水性氨氧化膽堿溶液的顏色低于例如約200APHA。
[00巧]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，一種生產(chǎn)氨氧化膽堿的方法包括：在水性介質(zhì)的存在下， 使包含環(huán)氧乙燒、=甲胺和水的主反應(yīng)劑首先反應(yīng)形成稀釋氨氧化膽堿溶液。隨后，從稀釋 氨氧化膽堿溶液中除去一部分水性介質(zhì)，W形成濃縮水性氨氧化膽堿溶液。在一個(gè)實(shí)施方 式中，水性介質(zhì)包含過(guò)量的水W及可選的過(guò)量的=甲胺。
[00%] 本發(fā)明的各方面也可包括氨氧化膽堿溶液和/或穩(wěn)定的氨氧化膽堿溶液的生產(chǎn)， 所述氨氧化膽堿溶液在室溫下具有例如小于約200的低AP