包頭生產2-P

美國專利5 101 045報道用Co,Cu, Mn等混合氧化物(活化后)作為催化劑在250℃及20MPa的高壓下與甲胺反應直接合成N-甲基吡咯烷酮,產率達80%以上.順酐一步法合成N-甲基吡咯烷酮源于y丁內酯是由順酐經部分催化加氫制備的,

乙炔二醇(濃度為30%~40%)在鎳系催化劑作用下通過加氫反應生成1,4-丁二醇即反應(4.2).1,4-丁二醇經脫氫環(huán)化而得y-丁內酯[反應(4.3)],該反應常用銅催化劑或銅-鋅、銅-鉻等復合金屬氧化物催化體系,在230~255℃,0.2MPa的條件下進行.反應(4.4)為Y-丁內酯的胺化反應,該反應可在一定的溫度﹑壓力條件下以液相反應形式自發(fā)進行,為非催化過程.y-丁內酯的胺化產物2-吡咯烷酮與乙炔發(fā)生乙烯化反應生成NVP[反應(4.5)],該反應采用KOH為催化劑,

美國ISP公司建立了--套年產10 000t y-丁內酯的生產線,就是以順酐為原料的.事實上,合成NVP的很多方法都是以y-丁內酯為起始原料或中間產物.例如,乙炔法中y-丁內酯是-種重要的中間物,吡咯烷酮法中的原料吡咯烷酮是由y-丁內酯與無水氨反應制得,而直接脫水法和間接脫水法都是以Y-丁內酯為起始原料的.

而在傳統(tǒng)的Reppe工藝或采用聚氧化烯類助催化劑時,都必須采用減壓蒸餾法移去生成的水,否則將導致NVP收率低于50%.③此類助催化劑不僅能加快反應速度,提高轉化率,而且能抑制聚合副反應的發(fā)生,增大選擇性.產物分析表明NVP是僅有的產物,沒有聚合副產物生成.助催化劑能夠對鉀鹽主催化劑提供立體保護,使水分子難以靠近鉀鹽催化劑,因而不會引起2-吡咯烷酮的開環(huán)副反應發(fā)生.由于無聚合副產物生成,故只需要一個蒸餾塔將產物NVP與未反應的2-吡咯烷酮加以分離,這有利于簡化生產工藝、降低設備投資.

由此可見，在NVP的合成中,順酐和十-丁內酯作為合成反應的原料占據著不可替代的地位.NVP與N-甲基吡咯烷酮的結構有相似的地方,都屬于吡咯烷酮類物質,其制備方法也有相通之處,由此可以預見，-步法制NVP不僅是合成PVP的單體,而且是一種具有重要用途的化合物.由于其獨特的物理化學性質,如水溶性﹑強極性、非毒性、化學穩(wěn)定性和陽離子活性,

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反應(a)實際上就是主催化劑2-吡咯烷酮堿金屬鹽(A)的制備過程,A分子中的N與K”分離后乙炔分子迅速進入到陰離子N附近并與其結合形成中間態(tài)(B).(B)與另一分子反應物2-吡咯烷酮反應生成NVP和另一分子(A),如此循環(huán),反應連續(xù)不斷進行下去.反應式(b>中,(A)分子正負電荷N與K分離的難易程度決定著NVP生成反應的難易程度.作為助催化劑的聚氧化烯類化合物,其聚氧化烯鏈能夠包圍(A)分子中的堿金屬離子,促進正負電荷N與KR的分離,

NVP可廣泛應用于膠黏劑、涂料、紡織、食品、制藥等工業(yè)領域.它的共聚物或均聚物大都具有良好的膜強度﹑染色相容性、剛性和黏性.大約80年前,德國人J. Walter. Reppe以乙炔為起始原料通過多步反應合成了NVP(即乙炔法或Reppe法),20年后美國的GAF公司、德國的BASF公司相繼采用Reppe法實現(xiàn)了NVP的工業(yè)化生產.

使得生成NVP的選擇性很高.顯而易見,MSi,x,O,是一類性能優(yōu)良且極具工業(yè)化前景的催化劑,有必要對此類催化劑進行深入研究和中試放大試驗.N-乙烯基吡咯烷酮單體在工業(yè)上并沒有實際應用價值,只有將NVP聚合或者共聚為具有一定結構、一定組成和一定分子量的高分子化合物之后,才能在工業(yè)上應用.也就是說,工業(yè)上能夠實際應用的是PVP以及NVP與其他不飽和單體共聚而成的共聚物.實際上.

除上述方法外,也有以丙酮為溶劑,把氯乙基吡咯烷酮轉化為季胺鹽,然后用氧化銀處理季胺鹽的甲醇溶液,再經過蒸餾得到NVP,收率達82%[5].對于以上所討論的PVP單體NVP的合成方法,除乙炔法比較成熟外,其他的方法,包括Y丁內酯法在內,都處在進一步的研究中,都有待于取得進--步的突破.以Y-丁內酯-直接脫水法為例，理想的脫水催化劑的成功開發(fā)將是這---方法能否順利大規(guī)模工業(yè)化生產的關鍵.

到目前為止,Reppe法仍是NVP生產的主要方法.由于Reppe具有反應步驟多、流程長,條件苛刻、副產物多、收率低、操作危險性大等缺陷,長期以來人們對Reppe法的改進研究從未間斷,研究的焦點集中在合成途徑的改變和新型催化體系的開發(fā)上.

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由于該反應為--強放熱過程,適宜的反應溫度范圍在-30~30℃之間,較低的溫度有利于避免副反應發(fā)生,提高選擇性.為控制反應過程中溫度升高,一是要采用緩慢的加料方式,如滴加,二要有外加的冷卻裝置,此外還可以采取減少催化劑用量、添加惰性溶劑以稀釋反應物濃度的方法.常用溶劑包括正己烷、苯、四氫呋喃、二嗯烷等．催化劑用量為每摩爾2-吡咯烷酮加0.001~0.2mol催化劑.中間產物N-(α-羧酸乙基)-2-吡咯烷酮的分解方法通常包括熱分解法.