[发明专利]一种N-乙烯基甲酰胺的合成方法

说明书

本发明公开了一种N‑乙烯基甲酰胺的合成方法，以烯基琥珀酸酐、乙醛以及甲酰胺为原料，在碱性催化剂的作用下合成中间体，将合成的中间体在45～150℃的条件下裂解反应得到N‑乙烯基甲酰胺。本发明的合成方法具有产率高、反应条件温和，原材料易得、分离简单等优点，并且合成成本较低，具有良好的工业应用前景。

技术领域

本发明属于有机合成技术领域，具体涉及一种N-乙烯基甲酰胺的合成方法。

背景技术

N-乙烯基甲酰胺(NVF)是一种无毒的水溶性单体(其结构式如图1所示)，是丙烯酰胺(AAM)的异构体，AAM是一种固体，而NVF在正常条件下是液体，两种异构体在共聚反应性方面不同，即NVF更具反应性。NVF的分子量M＝71g/mol(N-乙烯胺当量43g/mol)。沸点较高80mbar压强下80℃。NVF是一种透明，无色的液体，可以在适当的条件下储存几个月而不会分解。

NVF作为一种乙烯基单体(Q值为0.29，e值为-0.52)通常在自由基引发剂存在下可进行聚合，采用偶氮类引发剂，用溶液聚合法可生成PNVF；在其它有机溶剂中可进行沉淀聚合，在不溶解的烷烃类溶剂中进行悬浮聚合、乳液聚合。PNVF是水溶性聚合物，常温下为白色固体，耐高温(≤250℃)，PNVF可作为合成PVAM的中间体。此外NVF可和多种单体如丙烯酸酯、丙烯腈、酰胺类、醋酸乙烯等共聚，生成的聚合物广泛用作阳离子高分子絮凝剂，造纸用添加剂及离子交换树脂等。由于合成聚乙烯胺的单体乙烯胺不稳定，工业上一直不能通过乙烯胺的聚合得到，1993年NVF的工业化实现了以PNVF作为中间体通过在碱或酸性条件下水解得到PVAM的方法，其反应式如图2所示。

NVF和丙烯腈等摩尔共聚生成脒，水解后再用酸处理得到一种性能优异的高分子絮凝剂，广泛应用于废水处理领域。有溶解能力，可作为紫外光固化或电子射线固化型涂料的反应型稀释剂。目前作为反应型稀释剂主要使用N-乙烯基吡咯烷酮，NVF作为一种优异的溶剂，具有粘度易调节、固化后涂层强度大的优点，可取代N-乙烯基吡咯烷酮。

由于乙烯胺不稳定，因此不能通过乙烯胺的酰化来制备NVF，目前合成NVF的合成方法有以下几种：

a)乳酸氰与甲酰胺的取代反应然后在高温裂解取代产物。反应过程如图3所示。

b)三菱公司的生产技术，乙醛和甲酰胺首先反应生成N-a羟乙基甲酰胺，然后醚化成N-(a甲氧乙基)甲酰胺(NMEF)通过热解消除乙醇生成NVF，反应过程如图4所示。

c)匹兹堡大学公开了一种合成NVF的方法利用乙醛和甲酰胺反应生成N-a羟乙基甲酰胺，N-a羟乙基甲酰胺与甲酰胺反应并脱去一分子水生成亚乙基二甲酰胺，然后通过加热分解亚乙基二甲酰胺生成N-乙烯基甲酰胺(NVF)和一分子甲酰胺，该过程中甲酰胺可以重复利用。反应过程如图5所示。

上述方法a中产生剧毒物质HCN；c中要脱除的甲酰胺与产物NVF沸点接近，不易分离：b方案由三菱公司申请专利，是目前生产NVF的主要方法，但该方法存在酸碱废水量多、反应步骤较为繁琐、产率不高等问题。总之，目前的生产技术中，NVF的合成存在反应步骤多、副反应严重、分离困难、合成成本较高。目前一种产率高、反应步骤少、原材料易得、分离简单的NVF合成方法亟待被研发。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明通过提供一种N-乙烯基甲酰胺的合成方法，该合成方法具有产率高，反应步骤少、原材料易得、分离简单等优点，并且合成成本较低。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种N-乙烯基甲酰胺的合成方法，以烯基琥珀酸酐、乙醛以及甲酰胺为原料，在碱性催化剂的作用下合成中间体，将合成的中间体在45～150℃的条件下裂解反应得到N-乙烯基甲酰胺。

优选的，反应体系中，所述乙醛的用量为相对于甲酰胺过量。