一种2-甲氧基环己酮的制备方法
技术领域
本发明涉及一种2-甲氧基环己酮的制备方法。
背景技术
2-甲氧基环己酮是一种重要的化学品和药品中间体,可用于合成香料和医用抗生素。从现有技术主要有两种制备方法。第一种为以1,2-环己二醇为原料,经过甲基化反应和氧化反应制备2-甲氧基环己酮,其中,以碘甲烷为甲基化试剂,氯铬酸吡啶鎓盐为氧化剂,该方法存在副反应多、选择性差等问题,不适合用于工业化生产。另外一种为以1,2-环氧环己烷为原料,经甲醇开环加成、酯化、缬氨酸手性拆分、皂化、氧化得到光学纯的(S)-2-甲氧基环己酮,总收率14.3%,该方法过程复杂,产率低,成本高,仅限于小规模医药合成。
因此,亟需寻找一种更为高效经济的2-甲氧基环己酮的制备方法,从而降低其制备成本,实现工业化生产。这最终也将降低相关化学品和药品的合成成本并提高其合成效率。
发明内容
本发明的目的是为了提供一种新的2-甲氧基环己酮的制备方法。采用该制备方法可以克服现有技术产率低、选择性差等问题,且步骤简单,操作简便,适合工业化。
本发明提供的2-甲氧基环己酮的制备方法包括在脱氢反应条件下,使2-甲氧基环己醇进行脱氢反应。
通过本发明的实施例可以看出,通过本发明的制备方法可以有效提高2-甲氧基环己酮的产率和选择性,且步骤简单,操作简便,适合工业化。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是,此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明,并不用于限制本发明。
本发明涉及一种2-甲氧基环己酮的制备方法,该方法包括在脱氢反应条件下,使2-甲氧基环己醇进行脱氢反应。
在本发明中,所述脱氢反应可以在金属催化剂存在下进行,所述金属催化剂基于所述2-甲氧基环己醇的用量可以为0.01-50重量%,优选为0.03-12重量%。
在本发明中,所述金属催化剂可以含有镍系催化剂、钯系催化剂、铂系催化剂、钌系催化剂和铑系催化剂中的一种或多种。所述金属催化剂可以含有镍、钯、铂、钌和铑中的一种或多种。所述金属催化剂还可以含有活性炭、SiO2和Al2O3中的一种或多种,所述镍、钯、铂、钌和铑中的一种或多种负载于活性炭、SiO2和Al2O3中的一种或多种上,以负载型金属催化剂的总重量为基准,负载量可以为0.1-80重量%,优选为0.3-50重量%。所述金属催化剂的形状没有特别的限定,可以是粉末状、球状、片状或块状。活性炭可以为本领域常规使用的活性炭。
在本发明中,所述脱氢反应还可以在溶剂存在下进行,所述溶剂可以为水;二甲氧基乙烷、二乙二醇二甲醚、四氢呋喃、二恶烷和叔丁基甲基醚等醚类;己烷、庚烷、环己烷、苯、甲苯和二甲苯等烃类;甲醇、乙醇、1-丙醇、2-丙醇、乙二醇、1-丁醇、2-丁醇和叔丁醇等醇类;丙酮、甲乙酮和异丁基甲基酮等酮类;二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺和N-甲基吡咯烷酮等酰胺类;乙酸乙酯、乙酸丁酯等酯类,以及乙腈、异丁腈、戊腈、己二腈、苯甲腈等腈类。上述溶剂可以单独使用,也可以两种以上组合使用。如果使用溶剂,所述溶剂基于所述2-甲氧基环己醇的用量可以为1-1000重量%,低于100重量%时可以认为是添加剂。
在本发明中,所述脱氢反应的反应方式可以为釜式间歇反应,也可以为固定床连续反应,上述反应方式可以在常规反应设备中进行,例如高压釜或固定床管式反应器。
所述釜式间歇反应的反应条件包括:反应压力可以为0-6MPa,优选为0.1-3.5MPa,更优选为0.1-2MPa,反应温度可以为100-300℃,优选为150-270℃,反应时间可以为0.5-24h,优选为2-5h。在本发明中,反应压力为表压。
所述固定床连续反应的反应条件包括:反应温度可以为100-450℃,优选为270-330℃,液时质量空速可以为0.01-10h-1,优选为0.1-1h-1。所述固定床连续反应可以在常压下进行,也可以在加压条件下进行,所述加压条件可以通过反应自身产生的压力来实现,也可以通过外加压力例如通过控制载气的量来实现。具体的,所述固定床连续反应的反应压力可以为0-3MPa,更优选为0-2MPa。
优选情况下,所述固定床连续反应在载气存在下进行。所述载气可以为各种不对脱氢反应造成不利影响的气体,例如可以为氮气和/或氢气和/或元素周期表中第0族元素气体。载气的用量可以在较宽范围内选择,优选为2-甲氧基环己醇:载气的摩尔比等于1:1-100。
需要说明的是,不管是否使用载气和溶剂,本发明中的液时质量空速均指原料2-甲氧基环己醇的液时质量空速。
在本发明中,作为原料的2-甲氧基环己醇可以使用市售品也可以自制。
在以下实施例中,2-甲氧基环己酮的产率通过以下公式(I)计算得到,2-甲氧基环己酮的选择性通过公式(II)计算得到。
公式(I):
2-甲氧基环己酮的产率(摩尔%)=2-甲氧基环己酮的产量(摩尔)÷2-甲氧基环己醇的用量(摩尔)×100%
公式(II):
2-甲氧基环己酮的选择性(摩尔%)=2-甲氧基环己酮的产量(摩尔)÷(2-甲氧基环己醇的用量(摩尔)-未反应的2-甲氧基环己醇的量(摩尔))×100%
在本发明中,未反应的2-甲氧基环己醇的量包括含有2-甲氧基环己醇的反应产物直接进行脱氢反应时,采用气相色谱内标法测得的剩余的2-甲氧基环己醇的量(换算成摩尔量)。
所述气相色谱的测试条件包括:采用气相内标法,间甲酚做内标,安捷伦7821A型气相色谱,DB-1301毛细柱,程序升温,60℃维持1min,然后以15℃/min升至240℃,维持2min。
实施例1
将2mol(260g)2-甲氧基环己醇投入1L高压釜中,加入粉末状Pt/Al2O3催化剂(Pt含量0.3重量%)10g,密闭高压釜并升温反应,反应条件包括:压力为0.3MPa,温度为220℃,时间为3h,得到含有2-甲氧基环己酮的反应产物,通过气相色谱内标法测得2-甲氧基环己酮的产量为1.376mol,未反应的2-甲氧基环己醇的量为0.276mol。通过计算得知,2-甲氧基环己酮的产率为68.8摩尔%,2-甲氧基环己酮的选择性为79.8摩尔%。
实施例2
将2mol(260g)2-甲氧基环己醇投入1L高压釜中,加入粉末状Pd/Al2O3催化剂(Pd含量3重量%)20g,密闭高压釜并升温反应,反应条件包括:压力为0.12MPa,温度为200℃,时间为3h,得到含有2-甲氧基环己酮的反应产物,通过气相色谱内标法测得2-甲氧基环己酮的产量为1.148mol,未反应的2-甲氧基环己醇的量为0.297mol。通过计算得知,2-甲氧基环己酮的产率为57.4摩尔%,2-甲氧基环己酮的选择性为67.4摩尔%。
实施例3
将2mol(260g)2-甲氧基环己醇投入1L高压釜中,加入粉末状Pd/活性炭催化剂(Pd含量5重量%)10g,密闭高压釜并升温反应,反应条件包括:压力为0.12MPa,温度为220℃,时间为3h,得到含有2-甲氧基环己酮的反应产物,通过气相色谱内标法测得2-甲氧基环己酮的产量为1.364mol,未反应的2-甲氧基环己醇的量为0.188mol。通过计算得知,2-甲氧基环己酮的产率为68.2摩尔%,2-甲氧基环己酮的选择性为75.3摩尔%。
实施例4
将1mol(130g)2-甲氧基环己醇和390g甲苯投入1L高压釜中,加入粉末状Ni/Al2O3催化剂(Ni含量50重量%)15g,密闭高压釜并升温反应,反应条件包括:压力为1.5MPa,温度为220℃,时间为5h,得到含有2-甲氧基环己酮的反应产物,通过气相色谱内标法测得2-甲氧基环己酮的产量为0.642mol,未反应的2-甲氧基环己醇的量为0.17mol。通过计算得知,2-甲氧基环己酮的产率为64.2摩尔%,2-甲氧基环己酮的选择性为77.3摩尔%。
实施例5
将2mol(260g)2-甲氧基环己醇投入1L高压釜中,加入粉末状金属钯(Pd含量100重量%)2g,密闭高压釜并升温反应,反应条件包括:压力为0.8MPa,温度为260℃,时间为3h,得到含有2-甲氧基环己酮的反应产物,通过气相色谱内标法测得2-甲氧基环己酮的产量为1.398mol,未反应的2-甲氧基环己醇的量为0.219mol。通过计算得知,2-甲氧基环己酮的产率为69.9摩尔%,2-甲氧基环己酮的选择性为78.5摩尔%。
实施例6
将1.5mol(195g)2-甲氧基环己醇投入1L高压釜中,加入粉末状Rh/SiO2-Al2O3催化剂(Rh含量10重量%,SiO2与Al2O3重量比为1:3)12g,密闭高压釜并升温反应,反应条件包括:压力为0.2MPa,温度为150℃,时间为8h,得到含有2-甲氧基环己酮的反应产物,通过气相色谱内标法测得2-甲氧基环己酮的产量为0.555mol,未反应的2-甲氧基环己醇的量为0.701mol。通过计算得知,2-甲氧基环己酮的产率为36.9摩尔%,2-甲氧基环己酮的选择性为69.5摩尔%。
实施例7
将2-甲氧基环己醇与水按重量比1:4混合形成溶液,将该溶液通过平流泵连续打入固定床管式反应器,催化剂采用片状Ni/Al2O3催化剂(Ni含量为50重量%)5g,通氢气做载气,反应条件包括:温度为330℃,进料液时质量空速为0.6h-1,得到含有2-甲氧基环己酮的反应产物。按2-甲氧基环己醇计投入0.5mol(65g)2-甲氧基环己醇,通过气相色谱内标法测得2-甲氧基环己酮的产量为0.342mol,未反应的2-甲氧基环己醇的量为0.119mol。通过计算得知,2-甲氧基环己酮的产率为68.4摩尔%,2-甲氧基环己酮的选择性为89.8摩尔%。
实施例8
将2-甲氧基环己醇、四氢呋喃与水按重量比1:1:1形成溶液,将该溶液通过平流泵连续打入固定床管式反应器,催化剂采用块状Pt/Al2O3催化剂(Pt含量为0.5重量%)5g,通氢气做载气,反应条件包括:温度为330℃,进料液时质量空速为1h-1,得到含有2-甲氧基环己酮的反应产物。按2-甲氧基环己醇计投入1mol(130g)2-甲氧基环己醇,通过气相色谱内标法测得2-甲氧基环己酮的产量为0.706mol,未反应的2-甲氧基环己醇的量为0.217mol。通过计算得知,2-甲氧基环己酮的产率为70.6摩尔%,2-甲氧基环己酮的选择性为90.2摩尔%。
实施例9
将2-甲氧基环己醇通过平流泵连续打入固定床管式反应器,催化剂采用球状Pd/活性炭催化剂(Pd含量15为重量%)5g,通氮气做载气,反应条件包括:温度为270℃,进料液时质量空速为4h-1,得到含有2-甲氧基环己酮的反应产物。按2-甲氧基环己醇计投入2mol(260g)2-甲氧基环己醇,通过气相色谱内标法测得2-甲氧基环己酮的产量为1.372mol,未反应的2-甲氧基环己醇的量为0.279mol。通过计算得知,2-甲氧基环己酮的产率为68.6摩尔%,2-甲氧基环己酮的选择性为79.7摩尔%。
实施例10
将2-甲氧基环己醇与乙醇按重量比1:4形成溶液,将该溶液通过平流泵连续打入固定床管式反应器,催化剂采用球状Ni-Ru/SiO2催化剂(Ni含量为40重量%,Ru含量为10重量%)6g,不通载气,反应条件包括:温度为250℃,进料液时质量空速为1h-1,得到含有2-甲氧基环己酮的反应产物。按2-甲氧基环己醇计投入0.5mol(65g)2-甲氧基环己醇,通过气相色谱内标法测得2-甲氧基环己酮的产量为0.312mol,未反应的2-甲氧基环己醇的量为0.135mol。通过计算得知,2-甲氧基环己酮的产率为62.4摩尔%,2-甲氧基环己酮的选择性为85.5摩尔%。
实施例11
将2-甲氧基环己醇与水按重量比1:3混合形成溶液,将该溶液通过平流泵连续打入固定床管式反应器,催化剂采用片状Ni/Al2O3催化剂(Ni含量为50重量%)5g,通氮气做载气,反应条件包括:压力为0.2MPa,温度为360℃,进料液时质量空速为0.75h-1,得到含有2-甲氧基环己酮的反应产物。按2-甲氧基环己醇计投入1mol(130g)2-甲氧基环己醇,通过气相色谱内标法测得2-甲氧基环己酮的产量为0.699mol,未反应的2-甲氧基环己醇的量为0.213mol。通过计算得知,2-甲氧基环己酮的产率为69.9摩尔%,2-甲氧基环己酮的选择性为88.8摩尔%。
通过实施例1-11可以看出,通过本发明的制备方法可以有效提高2-甲氧基环己酮的产率和选择性,且步骤简单,操作简便,适合工业化。
以上详细描述了本发明的优选实施方式,但是,本发明并不限于上述实施方式中的具体细节,在本发明的技术构思范围内,可以对本发明的技术方案进行多种简单变型,这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是,在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征,在不矛盾的情况下,可以通过任何合适的方式进行组合,为了避免不必要的重复,本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外,本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合,只要其不违背本发明的思想,其同样应当视为本发明所公开的内容。