[发明专利]一种N-烷基丙烯酰胺的制备方法

说明书

本发明涉及一种N‑烷基丙烯酰胺的制备方法，包括如下步骤：1)在浓硫酸的催化作用下，丙烯腈和α‑烯烃反应生成中间体；反应过程中控制丙烯腈、α‑烯烃和硫酸的物质的量之比为1：0.9～1.1：1～1.2；2)向所述中间体中加水进行水解，得到上层水解产物和下层硫酸溶液；3)对所述上层水解产物进行纯化，得到N‑烷基丙烯酰胺。本申请中不添加有机酸作为助催化剂，硫酸可直接与反应产物分离，得到高纯度的硫酸，经浓缩后可直接重复利用，省去了反应过程中碱的消耗，大大降低了废酸的处理成本和生产成本目标产品收率大于90％，纯度大于98％，反应过程温和易控，原料来源广，产品后处理简单，易于工业化生产。

技术领域

本发明属于有机化合物的合成领域，具体涉及一种N-烷基丙烯酰胺的制备方法。

背景技术

疏水缔合水溶性聚合物由于具有独特的结构，在水溶液中，由于疏水作用，聚合物的疏水基团发生聚集，使大分子链产生分子内和分子间缔合，因而具有良好的增粘性、抗剪切性、抗盐性等，在提高原油采收率、流度控制和涂料增稠等领域得到广泛应用。

疏水缔合水溶性聚合物的疏水性单体N-烷基丙烯酰胺在制备上有四类方法：(1)丙烯酰氯与烷基胺反应法；(2)羧酸或磺酸胺化物热分解法；(3)烯烃或醇和腈反应法；(4)丙烯酰胺的N-烷基化反应，即傅-克烷基化反应。

第一种方法的优点是反应条件较为温和，不需要加温加压，但丙烯酰氯的价格较高且其毒性较强，限制了该法的工业化。第二种方法的优点是反应原料简单，且不需要添加溶剂，但该方法的反应条件很苛刻，必须在高温、高压下进行，较为复杂，加上这种方法只能合成小分子烷基链的N-烷基丙烯酰胺。第三种方法是比较新的合成方法，原料廉价，合成方法简单，正在逐渐被广泛使用。第四种方法是丙烯酰胺与卤代烃通过傅-克反应后水解得到，反应条件温和，反应时间短，但产生大量三氯化铝废水和氯化氢气体，污染环境。

本发明采用第三种方法，即用丙烯腈和烯烃或醇反应。目前这种方法大多采用固体酸或硫酸作为催化剂，其中固体酸能避免最后产生对环境不友好的酸性废液，但是固体酸的价格较贵，且需要在高温下才具有催化活性，因此固体酸催化剂通常需要在高温高压下进行反应，限制了以固体酸为催化剂的发展。采用浓硫酸为催化剂，反应条件温和，专利CN104045577中，杜娟等同样采用浓硫酸为催化剂，以低分子量有机酸作为助催化剂及介质，在低温下由丙烯腈和烯烃反应得到疏水单体，产率高达99％，收率接近90％，缺点是需要添加有机酸作为助催化剂，增加了处理成本，且废酸经过加碱处理得到的是硫酸盐，耗碱量大，且所得硫酸盐固体纯度低，可利用率低。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中成本高，废液回收利用率低的问题，提供一种N-烷基丙烯酰胺的制备方法，这种方法仅以浓硫酸作为催化剂，不需添加有机酸作为助催化剂，可直接回收得到高纯度的硫酸，浓缩后可重复利用。

本发明的方法包括如下步骤：

1)在浓硫酸的催化作用下，丙烯腈和α-烯烃反应生成中间体；反应过程中控制丙烯腈、α-烯烃和硫酸的物质的量之比为1：0.9～1.1：1～1.2；

2)向所述中间体中加水进行水解，得到上层水解产物和下层硫酸溶液；

3)对所述上层水解产物进行纯化，得到N-烷基丙烯酰胺。

上述操作中，一方面严格控制反应物和催化剂的相对用量，在不添加有机酸的情况下，保证反应的快速进行；另一方面，水解完成后直接对硫酸进行分离，得到高纯度的硫酸，浓缩后可直接重复利用，提高了废酸的利用率。

上述硫酸的物质的量为浓硫酸换算后所得纯硫酸的物质的量。

本发明所述反应的方程式具体如下：

优选的，所述步骤1)具体为：