从水性工艺流中回收N,N‑二甲基甲酰胺(DMF)的改进方法 [0001] 本发明涉及一种用于生产3‑苯基尿嘧啶中间体的新的且高效的方法。 [0002] 3‑苯基尿嘧啶是用于制备除草活性化合物比如苯嘧磺草胺(植物酶原卟啉原氧化酶(PPO)的抑制剂)的方法中的重要中间体。 [0003] WO 2006/010474尤其披露了一种用于制备具有式(I)的化合物(3‑苯基尿嘧啶)的方法，如以下方案1中所示。 [0004] 方案1： [0005] [0006] N,N‑二甲基甲酰胺是该方法中合适的溶剂。在反应完成之后，在冷却下将反应混合物逐滴添加至稀无机酸如盐酸或硫酸中。该具有式(I)的化合物沉淀，将其滤出、洗涤并干燥。剩余的母液(ML)包含溶剂N,N‑二甲基甲酰胺、水、盐和与反应相关的有机化合物(包括副产物)。“母液”是通常指代在通过比如结晶和过滤等过程将某组分去除之后剩余的液体或溶液的术语。 [0007] 母液是废产物，其妥善处理是麻烦且昂贵的。出于经济和环境的原因，因此非常期望从母液中有效地回收N,N‑二甲基甲酰胺，以用于在根据方案1的方法或任何其他化学方法(如适当的话)中再利用。 [0008] N,N‑二甲基甲酰胺(DMF，(CH3)2NC(O)H)是具有高沸点(153℃)、低蒸发率(低挥发性)和与水高混溶性的极性非质子溶剂。作为促进许多反应的相对便宜的溶剂，DMF几十年来一直被广泛用于各种化学方法中，范围从丙烯酸类纤维和塑料的工业生产到生物活性化合物比如药物和杀有害生物剂的开发和生产。 [0009] 与此同时，已经开发了用于从工艺或废料流中例如通过萃取和/或蒸馏/精馏或全蒸发来回收DMF的方法，以节省原料、降低成本并使环境影响最小化： [0010] GB 1589793披露了一种用于分离低级烷基酰胺比如DMF的方法，该方法通过用萃取剂从低级烷基酰胺的水溶液中萃取以及随后蒸馏所得混合物来进行。根据GB 1589793，合适的萃取剂是具有通式II的取代酚 [0011] [0012] 其中R4至R8相同或不同，并且各自为氢、烷基、环戊基或环己基，条件是R4至Rs的碳原子之和为3至9。根据GB 1589793用作萃取剂的所有的酚在大气压下均具有与DMF的沸点相差70℃至130℃的沸点。 [0013] 根据Rush,F.等人，二氯甲烷优于许多针对从水溶液中分离低级烷基酰胺所研究的其他溶剂，包括四氯化碳、氯仿、三氯乙烯、乙酸乙酯、异丙基醚、乙酸丁酯、苯和庚烷，Rush,F.E.,Olson,J.H.,In Smith,B.D.,E.I.穆尔杜邦公司以及特拉华大学(1972).DMF recovery and purification:Preliminary design and economic evaluation[DMF回收和纯化：初步设计和经济评估].威尔明顿，特拉华州。 [0014] CN 1317259披露了一种通过萃取和精馏来回收废水中的二甲基甲酰胺的方法，该方法使用与DMF具有大于或等于80℃的沸点差的有机溶剂(例如，四氯化碳、1,1二氯乙烷、 1,1,1三氯乙烷、1,2二氯乙烯、氯丙烷、或三氯丙烯)进行。 [0015] 在CN 101397260、CN 106397252、CN 108862795、CN 108059291和CN 111470997中，建议将氯化烃像二氯甲烷、氯仿、二氯乙烷、或四氯化碳作为用于来自水性废料流的DMF的萃取剂。 [0016] 除了氯化烃之外，Dou等人还测试了苯、甲苯和长链醇(像1‑辛醇、1‑壬醇和1‑癸醇)作为萃取剂用于从废水中去除DMF(Process Safety and Environmental Protection[工艺安全与环境保护]130(2019)317‑325)。 [0017] CN 111100028教导了一种用于DMF的萃取‑精馏方法，该方法使用辛酸、丁香酚、苯酚、邻仲丁基苯酚或壬基酚作为萃取剂。 [0018] Xiaoyu Wang等人研究了盐比如NaCl或Na2SO4的存在如何影响用氯仿萃取DMF(J.Chem.Eng.Data[化学与工程数据杂志]2021,66,2233‑2243)。 [0019] 许多出版物教导了用于从水性体系(比如工业废水)中回收DMF的不同的溶剂，然而，结果仍然无法满足当今对经济、安全和实用工艺的要求。 [0020] 因此，本发明的目的是提供一种用于以高产率并且以高纯度从水性工艺流或废料流中回收溶剂N,N‑二甲基甲酰胺的高效方法，这些水性工艺流或废料流包含无机盐和/或有机化合物。特别地，本发明的目的是提供一种用于以高产率并且以高纯度从水性工艺流或废料流中回收溶剂N,N‑二甲基甲酰胺的高效方法，这些水性工艺流或废料流包含无机盐和/或与前述反应相关的高分子量有机化合物(包括副产物，例如，具有式(III)的化合物)[0021] [0022] 此外，本发明的目的是提供一种用于生产3‑苯基尿嘧啶中间体的高效方法，其中在3‑苯基尿嘧啶中间体沉淀之后，将溶剂N,N‑二甲基甲酰胺以高产率并且以高纯度从水性母液(ML)中回收。特别地，本发明的目的是提供一种用于生产具有式(I)的化合物的高效方法 [0023] [0024] 其中，在具有式(I)的化合物沉淀之后，将溶剂N,N‑二甲基甲酰胺以高产率并且以高纯度从水性母液(ML)中回收。本发明的另外的目的是从水性母液中回收具有如此高纯度的溶剂N,N‑二甲基甲酰胺，使得其可以在用于生产具有式(I)的化合物的方法中再利用。特别地，本发明的目的是从基本上不含不需要的杂质比如盐和/或与反应相关的高分子量有机化合物(包括副产物，例如，具有式(III)的化合物)的水溶液中回收溶剂N,N‑二甲基甲酰胺 [0025] [0026] 这些和另外的目的通过下面描述的方法来实现。 [0027] DMF经常用作极性非质子溶剂，以促进杀有害生物剂制造中期望的反应。通常，反应的后处理由添加水以使固体沉淀或用与水不混溶的有机溶剂萃取产物组成。DMF大部分保留在水相中，并且难以通过蒸馏回收，这是因为水的沸点低于DMF，并且通常存在高水平的无机盐，这些无机盐在盐结晶发生之前阻止甚至50％的DMF回收。因此，DMF通常被焚烧，这导致不希望的排放。理想地，有机溶剂将从水性废料流中萃取出全部DMF，使盐和其他不需要的杂质比如盐和/或与反应相关的高分子量有机化合物(包括副产物)留在水性流中，其中在萃取的DMF中具有最少量的水。如果萃取剂具有比DMF低的沸点，则萃取剂可以从DMF中蒸馏并再循环，或者DMF可以从高沸点溶剂中蒸馏出来。如有必要，可以将DMF干燥以再利用。 [0028] 因此，本发明提供了一种用于从水溶液中回收N,N‑二甲基甲酰胺((CH3)2NC(O)H)并将N,N‑二甲基甲酰胺与该水溶液中不需要的杂质分离的方法，该方法包括以下步骤A)、B)和C)： [0029] 工艺步骤A)、B)和C)： [0030] 在第一步骤A)中，将水性工艺流或废水的pH调节至碱性值。水性工艺流中的水含量是高度可变的，这取决于相应的工艺。通常，水性工艺流的水含量大于30％[w/w]。优选地，水性工艺流的水含量大于50％[w/w]或60％[w/w]、特别地大于70％[w/w]。水性工艺流中DMF的浓度在1％‑30％[w/w]之间、优选在1％‑20％[w/w]之间、并且最优选在5％‑20％[w/w]之间。根据相应的工艺，水性工艺流可以包含杂质，例如，无机盐或与反应相关的有机化合物。无机盐的实例是碱金属卤化物、碱土金属卤化物、碱金属硫酸盐和碱土金属硫酸盐，优选碱金属卤化物和碱金属硫酸盐，比如氯化钠、硫酸钾和硫酸钠(Na2SO4)。如果存在，则无机盐的浓度可以高达15％[w/w]，例如在5％与15％[w/w]或7％与10％[w/w]之间。水性工艺流可以通常以小于5％[w/w]的量包含有机化合物，例如醇和其他有机溶剂。水性工艺流可以包含与反应相关的高分子量有机化合物(包括副产物)。副产物的实例是具有式(III)的化合物 [0031] [0032] 在用于制备具有式(I)的化合物的方法中，具有式(III)的化合物是在具有式(I)的化合物沉淀和过滤之后母液中最大量的较高分子量组分。在所述方法中，母液通常包含少于5％[w/w]、优选少于2％[w/w]、更优选少于1％[w/w]的具有式(III)的化合物。在具体实施例中，具有式(III)的化合物以在0％与0.25％[w/w]之间、更优选0.1％与0.15％[w/w]之间的范围存在于母液中。在使用再循环的DMF制备具有式(I)的化合物的方法中，去除这种杂质以使其水平的积累最小化是重要的。 [0033] 水性工艺流或废水的pH通过添加合适的无机碱(例如，KOH、NaOH等)、优选50％苛性钠来调节至碱性值。在一个实施例中，将pH调节至等于或高于8。在另一个实施例中，将pH调节至等于或高于8.5。在另一个实施例中，将pH调节至等于或高于9。在优选的另一个实施例中，将pH调节至等于或高于10。 [0034] 在第二步骤B)中，用氯仿(HCCl3)从经pH调节的水性工艺流中萃取DMF。在大气压下，DMF具有153℃的沸点，HCCl3具有61,2℃的沸点。萃取可以根据常规技术分批或连续进行，并且在10℃至60℃、优选20℃至60℃、更优选20℃至30℃的温度下实现。在连续操作中，优选逆流萃取。萃取剂HCCl3与水性工艺流的重量比为0.25:1至2:1、优选0.5:1至2:1、更优选1:1至2:1、并且特别是1.5:1。绝对体积是可变的，并且取决于反应批次的体积和设备。在相分离之后，去除有机相。可选地，可以用新鲜量的HCCl3萃取水相。洗涤次数取决于萃取剂与水相的重量比以及所期望的DMF的回收率。通常，萃取或洗涤的次数在1与10之间、优选在 2与6之间、更优选3或4。 [0035] 如果适当，将有机相合并以用于随后的蒸馏或精馏。 [0036] 在第三步骤C)中，根据常规技术通过蒸馏/精馏将来自步骤B)的有机相的组分分离。蒸馏在大气压以及在56℃‑153℃(塔顶‑塔底)之间的温度下进行。方案2示出了该方法的流程图。 [0037] 有机萃取物几乎不含盐或水。氯仿通过蒸馏回收以再利用。氯仿蒸馏还去除了任何夹带的水和较低沸点组分像醇，使得回收的DMF可以直接在随后的反应、例如用于制备具有式(I)的化合物的方法中使用。 [0038] [0039] 方案2：使用氯仿的DMF回收萃取方法的流程图。 [0040] 废料体积减少，并且当焚烧水相时，NOX和碳排放大大减少。 [0041] 实例1. [0042] 氯仿已经被确定为在液‑液萃取塔中从含有无机盐的废水流中回收DMF的合适的溶剂。液‑液萃取塔中使用的氯仿与废水质量比为1.5:1。在1.0L萃取室中在pH 10和40℃(总体积约800ml)下，用623g氯仿萃取含有10.4％[w/w]DMF的二甲基甲酰胺(DMF)水溶液(415g)。待萃取的DMF溶液(ML)来源于杀有害生物剂生产的废料流，其包含作为高分子量杂质的具有式(III)的化合物(cpd.(III))。在搅拌下混合3‑5min之后，允许混合物沉降。在相分离后，获得652g含有4.4％[w/w]的DMF、0.35％[w/w]的水、0.38％[w/w]的乙醇的有机萃取相以及380g含有84.4％[w/w]的水、3.7％[w/w]的DMF、2.6％[w/w]的甲醇和1.2％[w/w]的乙醇的萃余液。在一阶段萃取中DMF的回收产率为66.8％(参见下表1中的实例1.1)。在相同条件下用新鲜氯仿再重复这些萃取三次(参见下表1中的实例1.2‑1.4)。在四阶段萃取之后，DMF的回收产率为98.8％。 [0043] 表1： [0044] [0045] 用按重量计1.5比1的氯仿对水性工艺流进行的四阶段萃取从该流中去除了大于 98％的DMF。将萃余液送至废水中，并且将有机流合并并蒸馏。蒸馏在大气压和在56℃‑145℃之间的温度下进行。塔底物产物为95.6％纯DMF(含有3.3％氯仿)，将其再循环至杀有害生物剂工艺而没有任何问题。馏出物为95％纯氯仿，并且将其再循环回至萃取塔。 [0046] 实例2： [0047] 与上述实例类似，用氯仿进行进一步的液‑液萃取。结果总结在下表2和表3中： [0048] 表2： [0049] [0050] 表3：在低pH下的对比实例 [0051] [0052] 出乎意料地，在高pH下，几乎全部具有式(III)的化合物都保留在水性层中。在低pH下，该化合物与有机层在一起。这是由于具有式(III)的化合物是弱碱，其预期会被质子化并且更易溶于酸性水性流中。 [0053] 实例3： [0054] 通过在卡尔(Karr)萃取柱中从母液(ML)中连续萃取DMF来以中试规模使用根据本发明的方法。使用氯仿(新鲜的或如上所述通过蒸馏回收的)作为萃取溶剂。对来自卡尔柱的萃余液的剩余DMF进行分析，然后将其作为废料丢弃。对来自卡尔柱的萃取物进行分析，并将其通过蒸馏分离。从塔底物中回收高纯度DMF，并且从塔顶回收作为馏出物的氯仿。将DMF和氯仿总共再循环五次。对于每个循环，通过加热至45℃的10L反应器将16L的ML进料到萃取柱中。卡尔萃取柱具有用夹套加热或冷却控制的45℃或20℃的温度。用50％苛性钠将ML pH调节至期望值(pH 8.5或10)。将ML以13.7克/分钟的速率进料到萃取柱的底部，并将氯仿以20.4克/分钟的速率进料到柱的顶部以实现逆流流动。ML含有14％‑19％[w/w]DMF和 0.1％‑0.3％[w/w]化合物III，而氯仿含有0％[w/w]DMF和0％[w/w]化合物(III)。卡尔柱具有5/8英寸的内径和42英寸的高度。柱的两相区域通过上下移动的内部搅拌器进行混合。将含有0.02％‑0.44％[w/w]DMF的水性萃余液在柱的顶部洗脱，并且将在氯仿中含有8.8％‑ 10.4％[w/w]DMF的有机萃取物在柱的底部洗脱。在6至9个理论阶段之后，DMF回收率>99％。 表4中给出的结果包括温度、pH、DMF回收效率、母液中化合物(III)的质量进料速率、水性萃余液中化合物(III)的质量流速、有机萃取物中化合物(III)的质量流速以及待与萃取物一起再循环的化合物(III)的百分比。 [0055] 表4： [0056] [0057] 总结： [0058] 出乎意料地，与在中性或酸性pH值下进行萃取相比，在碱性pH值下进行萃取在有机萃取相中产生较少的有机杂质(cpd.(III))。在碱性pH值下，有机萃取相中cpd.(III)的百分比减少了50％至85％，而在pH2下，几乎全部cpd.(III)保留在有机相中。在中性pH下，仅去除了30％‑40％的cpd(III)。这是已经预期到的，作为弱碱的cpd.(III)将被质子化并且更易溶于酸性水性流中。