CN102399134B - 一种环己烯水合制备环己醇的方法 - Google Patents

一种环己烯水合制备环己醇的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种环己烯水合生产环己醇的方法，其以环己烯和水为原料，采用咪唑基酸性离子液体为催化剂进行催化反应；水合反应条件为：温度为110～160℃，压力0～2.0MPa，反应时间0.75～3小时；反应结束后，冷却至室温，泄压，将反应液倒入分液漏斗，静置分层，下层为无色透明水相，上层为浅黄色的油相。上层油相产物在170℃的油浴下进行蒸馏，通过蒸馏分离得到环己烯和环己醇的混合物，蒸馏残余物质为离子液体。本发明具有反应条件温和、高活性、高选择性、产品易于分离、离子液体可重复利用等优点。

Description

一种环己烯水合制备环己醇的方法
技术领域
本发明涉及一种环己烯水合制备环己醇的方法。
背景技术
环己醇是一种重要的饱和脂环醇，它主要用于生产己内酰胺和己二酸，是尼龙6和尼龙66的重要原料。由环己烯为原料制备环己醇，通常是通过环己烯水合反应进行的。环己烯水合反应是一个酸催化反应，可以使用矿物酸、苯磺酸、强酸性离子交换树脂、分子筛等作为催化剂。
矿物酸和苯磺酸作为环己烯水合反应的均相催化剂研究较早。20世界40年代菲利普石油公司就报道了采用硫酸催化环己烯水和工艺，但是该催化剂对设备具有严重的腐蚀作用并带来环保问题。80～90年代，杜邦申请了采用全氟磺酸聚合物催化环己烯水合的专利(USP 4595786A)。
中国专利(CN 101284767A)公开了一种环己烯水合制备环己醇的方法。高压反应釜置换2～3次，将1～20g孔径为
Figure BSA00000622953100011
的磺酸型强酸阳离子交换树脂、5～20ml环己烯，15～30ml水加入到高压反应釜中，将高压反应釜置于油浴中，升温至100～150℃，搅拌反应1～8小时，冷却，反应液真空抽滤，滤液精馏得到环己醇，环己烯水合最高收率为12.46％。
由于ZSM-5分子筛具有十元环孔道结构(孔道直径为0.53～0.56nm)，与环己烯和环己醇的分子直径大小相当(分别为0.58nm和0.60nm)，对环己烯水合反应具有很好的择形选择性，因此分子筛催化环己烯水合制环己醇的专利很多，主要是日本旭化成化学公司研究发表。最早在1983年，日本旭化成公司就申请了采用固体酸分子筛催化的环己烯水和工艺研究的专利(JP83-209150和JP60104031A)，当催化剂的Si/Al摩尔比为24时，在120℃，2h下环己烯在高压釜内催化水合得到收率为12.7％的环己醇。该公司在1986年公开了高效水合分子筛催化剂的制备方法(JP61180735A)，把含SiO2，Al2O3，碱金属的原料加入烷基化硫脲，在100～180℃搅拌下反应10～200h，得到的混合物经过与硫酸的化合物等混合、加热，离心后得到的晶体水洗，在120℃下干燥4h，在500℃下焙烧5h，经过与NH4Cl离子交换，400℃加热2h得到Si/Al摩尔比为28的分子筛，在120℃下3h后环己烯水合可得到10.8％的环己醇，催化剂性能保持240h。
日本旭化成公司于1990年在水岛建成60kt/a的生产装置并投产，中国神马集团公司从旭化成公司引进技术及生产装置并投产，在二级连串搅拌釜式反应器中反应，单程转化率为9.5％。
离子液体作为一类新型化合物体系，具有的环境友好、强酸和化学性质可调控、易与产品分离、循环利用率高等特点，它能够替代传统有机溶剂介质进行化学反应(特别是催化反应)，从而实现反应过程的绿色化，在Friedel-Crafts反应、烷基化、异构化、烯烃二聚、环氧化、环氧化合物环加成等诸多方面的应用已经引起广泛关注。通常的酸性离子液体都是基于AlCl3Lewis酸，尽管有较强的酸性，但存在着不稳定的弊端，使得回收循环成为问题。离子液体的酸性也可以通过在阳离子上接上稳定的羧酸或磺酸类质子酸实现，这种离子液体已经被成功地用作了酯化反应或其他反应中的酸性催化剂和反应介质。
发明内容
本发明要可提供一种环己烯水合制备环己醇的方法，该方法使用酸性离子液体作为催化剂，对环境污染小，可以从反应混合体系中方便的分离出产物，并且离子液体可重复利用。
一种环己烯水合制备环己醇的方法，以环己烯和水为原料；
采用咪唑基离子液体进行催化水合反应，反应条件为：温度为110～160℃，压力0～2.0MPa，反应时间0.75～3小时，反应结束后，冷却至室温，泄压，将反应液倒入分液漏斗，静置分层，下层为无色透明水相，上层为浅黄色的油相，上层油相产物在170℃的油浴下进行蒸馏，通过蒸馏分离得到环己烯和环己醇的混合物，蒸馏残余物质为离子液体；反应原料水与环己烯混合质量比为10∶3，咪唑基离子液体与环己烯质量比为1∶9～15。
所述的咪唑阳离子的结构式为：
Figure BSA00000622953100021
其中R可以为-O-CH3、-COOCH3或-Si(OCH3)3。
本发明采用的阴离子为：氯离子([Cl]-)、溴离子([Br]-)四氟硼酸根([BF4]-)、六氟磷酸根([PF6]-)、三氟甲基磺酸根([SO3CF3]-)、双三氟甲基磺酰亚胺盐([Tf2N]-)。
本发明使用酸性离子液体作为催化剂，对环境污染小，可以从反应混合体系中方便的分离出产物，并且离子液体可重复利用，具有反应条件温和、高活性、高选择性、产品易于分离、离子液体可重复利用等优点。
具体实施方式
一种环己烯水合制备环己醇的方法，将一定量的离子液体与环己烯和水按比例配合，并置于高压反应釜中。用真空泵抽出反应釜中大部分空气后，将反应器用N2置换三次。开动搅拌和加热装置，待温度升至110～160℃，充N2至0～2.0MPa，保持恒温恒压0.75～3小时。反应结束后，冷却至室温，泄压，将反应液倒入分液漏斗，静置分层，下层为无色透明水相，上层为浅黄色的油相。上层油相产物在170℃的油浴下进行蒸馏，通过蒸馏分离得到环己烯和环己醇的混合物，蒸馏残余物质为离子液体。经色谱分析，计算环己烯选择性和环己醇收率。
实施例1～5：
以咪唑阳离子R基团为-O-CH3和阴离子分别为[Cl]-、[Br]-、[BF4]-、[SO3CF3]-、[Tf2N]-的离子液体为催化剂，称取4g离子液体、45g环己烯和150g去离子水置于500ml高压反应釜中。用真空泵抽出反应釜中大部分空气后，用一定压力的N2将反应器置换三次。开动搅拌和加热装置，待温度升至130℃，充N2至1MPa，并保持恒温恒压2h。反应结束后，冷却至室温，泄压。将反应液倒入分液漏斗，静置分层，下层为无色透明水相，上层为浅黄色的油相。在170℃的油浴下，旋转蒸发分离得到环己烯和环己醇混合物，蒸馏残余物质为离子液体。经色谱分析，如表1所示，环己烯选择性E％，环己醇收率为F％。
表1不同阴离子的咪唑基离子液体对环己烯水合催化效果
  实施例   阴离子  转化率E(％)  收率F(％)
  1   [Cl]-  11.3  11.1
  2   [Br]-  12.7  12.5
  3   [BF4]-  10.4  10.3
  4   [SO3CF3]-  9.8  9.8
  5   [Tf2N]-  8.5  8.4
实施例6～8：
以不同阳离子R基团和阴离子为[Cl]-的咪唑基离子液体为催化剂，称取4g离子液体、45g环己烯和150g去离子水置于500ml高压反应釜中。用真空泵抽出反应釜中大部分空气后，用一定压力的N2将反应器置换三次。开动搅拌和加热装置，待温度升至130℃，充N2至1MPa，并保持恒温恒压2h。反应结束后，蒸馏分离得到环己烯和环己醇混合物，经色谱分析，如表2所示，环己烯选择性E％，环己醇收率为F％。
表2不同阳离子基团的咪唑基离子液体对环己烯水合催化效果
Figure BSA00000622953100041
实施例9～11：
分别称取不同质量(3、4或5g)的离子液体与45g环己烯和150g去离子水置于500ml高压反应釜中。用真空泵抽出反应釜中大部分空气后，用一定压力的N2将反应器置换三次。开动搅拌和加热装置，待温度升至130℃，充N2至1MPa，并保持恒温恒压2h。分离得到环己烯和环己醇混合物，经色谱分析，如表3所示，环己烯选择性为E％，环己醇收率为F％。
表3不同比例离子液体对环己烯水合催化效果
  实施例   离子液体质量A(g)  转化率E(％)  收率F(％)
  9   3  8.4  8.3
  10   4  11.3  11.1
  11   5  9.2  8.8
实施例12～20：
称取4g离子液体、45g环己烯和150g去离子水置于500ml高压反应釜中。用真空泵抽出反应釜中大部分空气后，用一定压力的N2将反应器置换三次。开动搅拌和加热装置，待温度升至B℃，充N2至C MPa，在B℃、C Mpa下保持压力2小时。反应结束后，冷却至室温，泄压。将反应液倒入分液漏斗，静置分层，下层为无色透明水相，上层为浅黄色的油相。蒸馏分离得到环己烯和环己醇混合物，经色谱分析，如表4所示，环己烯选择性E％，环己醇收率为F％。
表4不同温度和压力条件下的催化效果
  实施例  B(℃)   C(MPa)   E(％)   F(％)
  12  110   0   4.5   4.4
  13  130   0   5.3   5.2
  14  150   0   5.2   5.1
  15  110   1   10.8   10.7
  16  130   1   11.3   11.1
  17  150   1   11.2   11.0
  18  110   2   4.2   4.1
  19  130   2   5.0   4.9
  20  150   2   4.9   4.7
实施例21～24：
称取4g离子液体、45g环己烯和150g去离子水置于500ml高压反应釜中。用真空泵抽出反应釜中大部分空气后，用一定压力的N2将反应器置换三次。开动搅拌和加热装置，待温度升至130℃，充N2至1MPa，并保持恒温恒压D小时。蒸馏分离得到环己烯和环己醇混合物，经色谱分析，如表5所示，环己烯选择性E％，环己醇收率为F％。
表5不同反应时间对环己烯水合的催化效果
  实施例   反应时间D(g)  转化率E(％)  收率F(％)
  21   0.75  8.7  8.6
  22   1  10.7  10.5
  23   2  11.3  11.1
  24   3  11.3  11.0
总之，本发明使用酸性离子液体作为催化剂，对环境污染小，可以从反应混合体系中方便的分离出产物，并且离子液体可重复利用。

Claims (1)

1.一种环己烯水合制备环己醇的方法，其特征在于：
以环己烯和水为原料；
采用离子液体进行催化环己烯水合反应，反应条件为温度110～160℃，压力0～2.0MPa，反应时间0.75～3小时，反应结束后，冷却至室温，泄压，将反应液倒入分液漏斗，静置分层，下层为无色透明水相，上层为浅黄色的油相，上层油相产物在170℃的油浴下进行蒸馏，通过蒸馏分离得到环己烯和环己醇的混合物，蒸馏残余物质为离子液体；
反应原料水与环己烯混合质量比为10∶3，咪唑基离子液体与环己烯质量比为1∶9～15；
所述的离子液体为咪唑基离子液体，离子液体阳离子结构式为，
其中R为-O-CH3、-COOCH3或-Si(OCH3)3，离子液体阴离子为[C1]-、[Br]-、[BF4]-、[SO3CF3]-或[Tf2N]-。
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