CN101177390A - 环氧环己烷氧化合成己二酸的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种环氧环己烷氧化合成己二酸的方法。本发明以钨、钼多金属氧酸盐为催化剂,过氧化氢水溶液作氧化剂,催化环氧环己烷氧化合成己二酸。该方法的主要特点是不再使用有机溶剂作反应介质,避免使用硝酸作氧化剂对环境产生的污染。反应温度60~105℃,反应时间为6~20h,己二酸的收率可达46.9%~83.2%。
Description
技术领域
本发明涉及一种环氧环己烷氧化合成己二酸的方法。
背景技术
己二酸是工业上合成尼龙-66等化工产品的重要原料,随着社会的发展,需求量越来越大。目前,工业上大都采用环己醇和环己酮为原料,以硝酸为氧化剂氧化制得己二酸。众所周知,硝酸对设备腐蚀严重,并产生大量的氮氧化物,因而对环境造成严重污染,所以,目前工业上制备己二酸的方法存在着很大的局限性。
在环己烷氧化制备环己酮和环己醇工艺中,同时副产轻质油,轻质油中1,2-环氧环己烷的含量为10%~50%,这部分1,2-环氧环己烷一直未被很好地利用。近年来,环氧环己烷的合成已取得了较大的进展(CN 1401640A,CN 1401425A,WO 02/44110 A1,CN1106784A),以1,2-环氧环己烷为原料合成的一系列衍生物,在医药、农药、稀释剂、增塑剂等领域也获得了广泛的应用(精细石油化工,1998,5:1-4),然而由环氧环己烷制得己二酸的报道却很少。荷兰专利6601148报道了在水溶性钒盐的催化作用下,环氧环己烷能被硝酸氧化生成己二酸。日本专利特开平6279350和美国专利5455375报道了由环氧环己烷制备己二酸的方法,该方法分两个步骤来实现:第一个步骤为环氧环己烷水合合成1,2-环己二醇,第二个步骤为在硝酸水溶液中氧化1,2-环己二醇和/或环氧环己烷的混合物,从而有效的合成己二酸。由此可见,这两种方法都要使用强腐蚀性的硝酸,所以不属于环境友好的工艺。
Kallal K等以羧酸铋作催化剂催化环氧环己烷氧化制得己二酸(New J Chem,1997,21(4):495-502),反应需要在有机溶剂进行,活性也较低。Schindler G P等以含钛Y型沸石为催化剂,30%H2O2为氧化剂氧化环氧环己烷制得己二酸,反应24h,收率为44%(Appl.Catal.A:General,1998,166:267-279)。Sang-Ok Lee等以TAPO-5分子筛为催化剂,30%H2O2为氧化剂氧化环氧环己烷制得己二酸,反应24h,己二酸收率仅为39.8%(Angew.Chem.Int.Ed.,2003,42,1520-1523),由此可见,这些催化剂的主要缺点是活性较低。
在没有有机溶剂存在时,有关杂多酸等环境友好催化剂催化环氧环己烷氧化合成己二酸目前尚未有过报道。
发明内容
本发明的目的是提供一种杂多酸或其他环境友好的物质催化环氧环己烷氧化合成己二酸的方法。
本发明的方法是以环境友好的多金属氧酸盐作催化剂,5%-30%过氧化氢水溶液作氧化剂,催化环氧环己烷氧化合成己二酸。该方法的主要特点是不再使用有机溶剂作反应介质,避免使用硝酸作氧化剂对环境产生的污染。反应温度60~105℃,反应时间为6~20h,环氧环己烷与过氧化氢的物质的量比为1∶4-1∶5.38,环氧环己烷与催化剂的物质的量比为100∶1-200∶1,己二酸的收率可达46.9%~83.2%。
本发明使用的催化剂是杂多酸或杂多酸盐,其分子式为Y3XMmM1 12-mO40,,其中Y代表H或Na或K或NH4;X代表P或As或Si;M代表Mo,M1代表W;m=0~12。优选的催化剂为磷钨酸,磷钼酸,硅钨酸,硅钨酸钠。
本发明使用的催化剂是Y2MO4·nH2O,其中Y代表H或Na或K或NH4;其中M代表Mo或W。优选的催化剂为钨酸钠,钼酸钠,钨酸铵,钨酸。
本发明使用的催化剂是含相转移基团的多金属氧酸盐。
其分子式为:
[R1R2R3R4N]4W10O32;
或[R1R2R3R4N]2W2O3(O2)4
或[R1R2R3R4N]3{PO4[WO(O2)2]4}
或[R1R2R3R4N]3 XMmM1 12-mO40(X=P或As;M=Mo;M1=W);
或[R1R2R3R4N]6X2MnM1 18-nO62(X=P或As;M=Mo;M1=W);
或[π-C5H5NR1]4W10O32;
或[π-C5H5NR1]2W2O3(O2)4
或[π-C5H5NR1]3{PO4[WO(O2)2]4}
或[π-C5H5NR1]3XMmM1 12-mO40(X=P或As;M=Mo;M1=W);
或[π-C5H5NR1]6X2MnM1 18-nO62(X=P或As;M=Mo;M1=W);
或(L)4W10O32;
或WO(O2)2·L
或(L)2W2O3(O2)
或(L)3{PO4[WO(O2)2]4}
或(L)pXMmM1 12-mO40(X=P或As;M=Mo;M1=W);
或(L)p X2MnM1 18-nO62(X=P或As;M=Mo;M1=W);
式中:R1,R2,R3,R4分别代表碳原子数为1~21的相等或不等的烷基。烷基为十烷基三甲基,十二烷基二甲基苄基,十四烷基三甲基,十六烷基三甲基,十八烷基三甲基,苄基三乙基。
L代表8-羟基喹啉或邻菲啰啉。
m=0~12;
n=0~18
p=3,4,6
本发明过程中反应物与催化剂的物质的量的比范围为100∶1-200∶1。
本发明过程中反应物与过氧化氢的物质的量比为1∶4-1∶5.38
本发明使用的氧化剂是过氧化氢水溶液,过氧化氢水溶液的浓度为5-30%。
本发明在催化氧化反应中的反应条件温和,反应温度控制在50~110℃。较好的反应温度控制在70~90℃。
该方法的主要特点是不再使用有机溶剂作反应介质,避免使用硝酸作氧化剂对环境产生的污染。
通过下述实例将有助于进一步理解本发明。
实施例1
向250ml的烧瓶中加入1mmol的磷钨酸(H3PW12O40·nH2O,200℃灼烧16h),55ml30%H2O2,室温下磁力搅拌10min,加入10.10ml(100mmol)环氧环己烷,将温度调到92℃左右搅拌回流6h,用80℃左右30ml的1,2-二氯乙烷趁热萃取,将水相冷却至0℃,放置12h,滤出结晶,用30ml 0℃的饱和己二酸溶液洗涤,真空干燥后称重。产物的IR光谱图与己二酸标准样的IR光谱图非常吻合,故可以证明产物是己二酸。产物的熔点为149.8-152.7℃。得产物己二酸12.1409克(收率83.2%)。产物为白色晶体。
实施例2
向250ml的烧瓶中加入1mmol的磷钼酸(H3PMo12O40·nH2O,200℃灼烧16h),55ml 30%H2O2,室温下磁力搅拌10min,加入10.10ml(100mmol)环氧环己烷,将温度调到92℃左右搅拌回流6h,用80℃左右30ml的1,2-二氯乙烷趁热萃取,将水相冷却至0℃,放置12h,滤出结晶,用30ml0℃的饱和己二酸溶液洗涤,真空干燥后称重。产物的IR光谱图与己二酸标准样的IR光谱图非常吻合,故可以证明产物是己二酸。产物的熔点为149.7-151.7℃。得产物己二酸9.1488克(收率62.7%)。产物为白色晶体。
实施例3
向250ml的烧瓶中加入1mmol的硅钨酸(H4SiW12O40·nH2O,200℃灼烧16h),55ml30%H2O2,室温下磁力搅拌10min,加入10.10ml(100mmol)环氧环己烷,将温度调到92℃左右搅拌回流6h,用80℃左右30ml的1,2-二氯乙烷趁热萃取,将水相冷却至0℃,放置12h,滤出结晶,用30ml 0℃的饱和己二酸溶液洗涤,真空干燥后称重。产物的IR光谱图与己二酸标准样的IR光谱图非常吻合,故可以证明产物是己二酸。产物的熔点为149.6-152.6℃。得产物己二酸9.5633克(收率65.5%)。产物为白色晶体。
实施例4
向250ml的烧瓶中加入1mmol的钨酸铵,55ml 30%H2O2,室温下磁力搅拌10min,加入10.10ml(100mmol)环氧环己烷,将温度调到92℃左右搅拌回流6h,用80℃左右30ml的1,2-二氯乙烷趁热萃取,将水相冷却至0℃,放置12h,滤出结晶,用30ml 0℃的饱和己二酸溶液洗涤,真空干燥后称重。产物的IR光谱图与己二酸标准样的IR光谱图非常吻合,故可以证明产物是己二酸。产物的熔点为149.6-152.4℃。得产物己二酸11.2371克(收率77.0%)。产物为白色晶体。
实施例5
向250ml的烧瓶中加入1mmol的硅钨酸钠,55ml 30%H2O2,室温下磁力搅拌10min,加入10.10ml(100mmol)环氧环己烷,将温度调到92℃左右搅拌回流6h,用80℃左右30ml的1,2-二氯乙烷趁热萃取,将水相冷却至0℃,放置12h,滤出结晶,用30ml 0℃的饱和己二酸溶液洗涤,真空干燥后称重。产物的IR光谱图与己二酸标准样的IR光谱图非常吻合,故可以证明产物是己二酸。产物的熔点为149.1-152.8℃。得产物己二酸9.7533克(收率66.8%)。产物为白色晶体。
实施例6
向250ml的烧瓶中加入1mmol的磷钨酸铵,55ml 30%H2O2,室温下磁力搅拌10min,加入10.10ml(100mmol)环氧环己烷,将温度调到92℃左右搅拌回流6h,用80℃左右30ml的1,2-二氯乙烷趁热萃取,将水相冷却至0℃,放置12h,滤出结晶,用30ml 0℃的饱和己二酸溶液洗涤,真空干燥后称重。产物的IR光谱图与己二酸标准样的IR光谱图非常吻合,故可以证明产物是己二酸。产物的熔点为149.2-151.1℃。得产物己二酸8.4630克(收率58.0%)。产物为白色晶体。
实施例7
向250ml的烧瓶中加入1mmol的钨酸钠,55ml 30%H2O2,室温下磁力搅拌10min,加入10.10ml(100mmol)环氧环己烷,将温度调到70℃左右搅拌回流6h,用80℃左右30ml的1,2-二氯乙烷趁热萃取,将水相冷却至0℃,放置12h,滤出结晶,用30ml 0℃的饱和己二酸溶液洗涤,真空干燥后称重。产物的IR光谱图与己二酸标准样的IR光谱图非常吻合,故可以证明产物是己二酸。产物的熔点为150.5-152.0℃。得产物己二酸8.9133克(收率61.0%)。产物为白色晶体。
实施例8
向250ml的烧瓶中加入0.5mmol的钨酸,55ml 30%H2O2,室温下磁力搅拌10min,加入10.10ml(100mmol)环氧环己烷,将温度调到92℃左右搅拌回流6h,用80℃左右30ml的1,2-二氯乙烷趁热萃取,将水相冷却至0℃,放置12h,滤出结晶,用30ml 0℃的饱和己二酸溶液洗涤,真空干燥后称重。产物的IR光谱图与己二酸标准样的IR光谱图非常吻合,故可以证明产物是己二酸。产物的熔点为150.9-153.9℃。得产物己二酸8.0258克(收率55.0%)。产物为白色晶体。
实施例9
向250ml的烧瓶中加入0.5mmol的H3PMo6W6O40,41ml 30%H2O2,室温下磁力搅拌10min,加入10.10ml(100mmol)环氧环己烷,将温度调到92℃左右搅拌回流8h,用80℃左右30ml的1,2-二氯乙烷趁热萃取,将水相冷却至0℃,放置12h,滤出结晶,用30ml 0℃的饱和己二酸溶液洗涤,真空干燥后称重。产物的IR光谱图与己二酸标准样的IR光谱图非常吻合,故可以证明产物是己二酸。产物的熔点为150.9-153.9℃。得产物己二酸(11.5581)克(收率79.2%)。产物为白色晶体。
实施例10
向250ml的烧瓶中加入0.2mmol的[π-C5H5NC16H33]4W10O32,55ml 30%H2O2,室温下磁力搅拌10min,加入10.10ml(100mmol)环氧环己烷,将温度调到82℃左右搅拌回流12h,用105℃左右30ml的1,2-二氯乙烷趁热萃取,将水相冷却至0℃,放置12h,滤出结晶,用30ml 0℃的饱和己二酸溶液洗涤,真空干燥后称重。产物的IR光谱图与己二酸标准样的IR光谱图非常吻合,故可以证明产物是己二酸。产物的熔点为150.9-153.9℃。得产物己二酸(12.3024)克(收率84.3%)。产物为白色晶体。
实施例11
向250 ml的烧瓶中加入0.2 mmol的[C9H8NO]4W10O32,55ml 30%H2O2,室温下磁力搅拌10min,加入10.10ml(100mmol)环氧环己烷,将温度调到82℃左右搅拌回流6h,用80℃左右30ml的1,2-二氯乙烷趁热萃取,将水相冷却至0℃,放置12h,滤出结晶,用30ml 0℃的饱和己二酸溶液洗涤,真空干燥后称重。产物的IR光谱图与己二酸标准样的IR光谱图非常吻合,故可以证明产物是己二酸。产物的熔点为150.9-153.9℃。得产物己二酸(11.6165)克(收率79.6%)。产物为白色晶体。
实施例12
向250ml的烧瓶中加入0.2mmol的[π-C5H5NC16H33]3PW12O40,55ml 30%H2O2,室温下磁力搅拌10min,加入10.10ml(100mmol)环氧环己烷,将温度调到92℃左右搅拌回流12h,用80℃左右30ml的1,2-二氯乙烷趁热萃取,将水相冷却至0℃,放置12h,滤出结晶,用30ml 0℃的饱和己二酸溶液洗涤,真空干燥后称重。产物的IR光谱图与己二酸标准样的IR光谱图非常吻合,故可以证明产物是己二酸。产物的熔点为150.9-153.9℃。得产物己二酸(10.6898)克(收率73.25%)。产物为白色晶体。
实施例13
向250 ml的烧瓶中加入0.2mmol的[π-C5H5NC16H33]3PMo6W6O40,55ml 30%H2O2,室温下磁力搅拌10min,加入10.10ml(100mmol)环氧环己烷,将温度调到92℃左右搅拌回流12h,用80℃左右30ml的1,2-二氯乙烷趁热萃取,将水相冷却至0℃,放置12h,滤出结晶,用30ml 0℃的饱和己二酸溶液洗涤,真空干燥后称重。产物的IR光谱图与己二酸标准样的IR光谱图非常吻合,故可以证明产物是己二酸。产物的熔点为150.9-153.9℃。得产物己二酸(11.3392)克(收率77.7%)。产物为白色晶体。
实施例14
向250ml的烧瓶中加入0.6mmol的[π-C5H5NC16H33]3W2O3(O2)4,55ml 30%H2O2,室温下磁力搅拌10min,加入10.10ml(100mmol)环氧环己烷,将温度调到90℃左右搅拌回流20h,将反应溶液冷却至0℃,放置12h,滤出结晶,用30ml 0℃的饱和己二酸溶液洗涤,真空干燥后称重。产物的IR光谱图与己二酸标准样的IR光谱图非常吻合,故可以证明产物是己二酸。产物的熔点为150.0-152.1℃。得产物己二酸(12.0880)克(收率82.12%)。产物为白色晶体。
实施例15
向250ml的烧瓶中加入0.9mmol的WO(O2)2·Phen·H2O,55ml 30%H2O2,室温下磁力搅拌10min,加入10.10ml(100mmol)环氧环己烷,将温度调到90℃左右搅拌回流12h,将反应溶液冷却至0℃,放置12h,滤出结晶,用30ml 0℃的饱和己二酸溶液洗涤,真空干燥后称重。产物的IR光谱图与己二酸标准样的IR光谱图非常吻合,故可以证明产物是己二酸。产物的熔点为150.0-152.1℃。得产物己二酸(12.5534)克(收率85.90%)。产物为白色晶体。
Claims (7)
1.一种环氧环己烷氧化合成己二酸的方法,其特征在于:以钨、钼多金属氧酸盐作催化剂,5%-30%过氧化氢水溶液作氧化剂,催化环氧环己烷氧化合成己二酸,反应温度70~105℃,反应时间为6~20h,环氧环己烷与过氧化氢的物质的量比为1∶4-1∶5.38,环氧环己烷与催化剂的物质的量比为100∶1-200∶1。
2.按权利要求1所述的环氧环己烷氧化合成己二酸的方法,其特征在于:催化剂是分子式为Y3XMmM1 12-mO40的杂多酸或杂多酸盐,其中Y代表H或Na或K或NH4;X代表P或As或Si;M代表Mo,M1代表W;m=0~12。
3.按权利要求2所述的环氧环己烷氧化合成己二酸的方法,其特征在于:催化剂为磷钨酸,硅钨酸。
4.按权利要求1所述的环氧环己烷氧化合成己二酸的方法,其特征在于:催化剂是Y2MO4·n H2O,其中Y代表H或Na或K或NH4;其中M代表Mo或W。
5.按权利要求1所述的环氧环己烷氧化合成己二酸的方法,其特征在于:催化剂为钨酸钠,钨酸铵,钨酸。
6.按权利要求1所述的环氧环己烷氧化合成己二酸的方法,其特征在于:催化剂是含相转移基团的多金属氧酸盐,其分子式为:
[R1R2R3R4N]4W10O32;
或[R1R2R3R4N]2W2O3(O2)4
或[R1R2R3R4N]3{PO4[WO(O2)2]4}
或[R1R2R3R4N]3XMmM1 12-mO40(X=P或As;M=Mo;M1=W);
或[R1R2R3R4N]6X2MnM1 18-nO62(X=P或As;M=Mo;M1=W);
或[π-C5H5NR1]4W10O32;
或[π-C5H5NR1]2W2O3(O2)4
或[π-C5H5NR1]3{PO4[WO(O2)2]4}
或[π-C5H5NR1]3XMmM1 12-mO40(X=P或As;M=Mo;M1=W);
或[π-C5H5NR1]6X2MnM1 18-nO62(X=P或As;M=Mo;M1=W);
或(L)4W10O32;
或WO(O2)2·L
或(L)2W2O3(O2)
或(L)3{PO4[WO(O2)2]4}
或(L)pXMmM1 12-mO40(X=P或As;M=Mo;M1=W);
或(L)pX2MnM1 18-nO62(X=P或As;M=Mo;M1=W);
式中:R1,R2,R3,R4分别代表碳原子数为1~21的相等或不等的烷基;
L代表8-羟基喹啉或邻菲啰啉;
m=0~12;
n=0~18
p=3,4,6
7.按权利要求6所述的环氧环己烷氧化合成己二酸的方法,其特征在于:烷基为十烷基三甲基,十二烷基二甲基苄基,十四烷基三甲基,十六烷基三甲基,十八烷基三甲基,苄基三乙基。
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