CN104844449A - 基于苯甲酸无水无溶剂制备环己甲酸的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于苯甲酸无水无溶剂制备环己甲酸的方法，具体按照以下步骤实施：步骤1、分别称取苯甲酸和催化剂；步骤2、将步骤1中称取的苯甲酸置于加热容器中进行加热溶解，加热溶解过程中将温度控制在100℃～140℃，得到热溶后的苯甲酸；步骤3、取氢化反应釜，将步骤2中得到的热溶后的苯甲酸连同步骤1中称取的催化剂一起加入到氢化反应釜内，并用氮气置换三次，经反应后得到反应物，将反应物过滤得到环己甲酸粗品；步骤4、将经步骤3得到的环己甲酸粗品送至精馏塔内处理，得到环己甲酸。本发明基于苯甲酸无水无溶剂制备环己甲酸的方法，采用苯甲酸无水无溶剂一步加氢法制备得到了高纯度的环己甲酸。

Description

基于苯甲酸无水无溶剂制备环己甲酸的方法

技术领域

本发明属于化学化工材料制备方法技术领域，具体涉及一种基于苯甲酸无水无溶剂制备环己甲酸的方法。

背景技术

环己甲酸是一种重要的有机合成中间体，其本身是一种良好的光固化剂，可用于抗孕392药物和治疗血吸虫新药吡喹酮的合成。环己甲酸的衍生物，如：反式-4-异丙基环己甲酸是生产治疗糖尿病新药那格列奈的中间体，环己甲酸甲酯也是很重要的中间体，用途非常的广泛。

已有的环己甲酸的制备方法多达二十余种，其中以格氏试剂法、苯甲酸催化氢法、环乙烯一氧化碳加成法、环己酮为原料的方法较为优选。上海医药工业研究院王保均等人利用格氏试剂法，将环己醇氯化为氯代环己烷，制备出了格氏试剂，然后通二氧化碳，再经酸性水解四步反应得到环己甲酸；经试验验证，氯化收率86.1％，羧化收率64.1％，总收率55.2％。

将苯甲酸催化加氢合成环己基甲酸的反应在有机合成中占有比较重要的地位。与此类似的反应有苯酚在Pd/C催化剂催化下还原成97.2％的环己酮；间苯二酚还原为环己间二酮；但苯甲酸还原成为环己基甲酸在通常条件下是比较难的，要在高压条件下才能较好地完成反应，如此苛刻的条件，在实际中很难得到应用。采用铑催化反应的，反应条件亦很苛刻。相对而言，用Pd活性炭和Pd纳米碳作为还原催化剂更有实用价值，纳米碳催化剂比 Pd活性炭催化剂具有更加优良的催化性能，是现代合成化学新兴的催化材料。2004年浙江工业大学药学院余中林等人采用液相催化加氢的方法制备环己基甲酸及其衍生物，能尽可能降低对环境的污染，但是在水介质反应体系中，加氢还原苯甲酸制备环己基甲酸时，原料苯甲酸的质量浓度对反应结果及收率的影响是不可忽视的。

对几种生产方法的比较，对于环己甲酸生产在工业上采用的苯甲酸加氢工艺主要由以下几种：①溶剂(甲醇、高碳醇类溶剂、酸类、碱溶液等)；②熔融态苯甲酸催化加氢反应；③苯甲酸在水相中催化加氢反应。但这些工艺均存在副产物多，溶剂分离困难，反应条件苛刻及产物收率低的问题。

基于现今我国环境污染严重，特别是持续不散的雾霾天气，并随着社会的可持续发展及其所涉及的生态、环境、资源及经济方面的问题愈来愈成为国际社会关注的焦点，被提到发展战略的高度。绿色化学、环境温和化学、洁净技术、环境友好过程等已成为使用率很高的词汇，这对化学提出了新的挑战。环境-经济性正成为技术创新的主要推动力。所以更加要寻求绿色化学、洁净技术及环境友好的生产工艺，采用苯甲酸无水无溶剂一步加氢法生产高纯度环己甲酸，操作简便，无“三废排放”，值得推广。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于苯甲酸无水无溶剂制备环己甲酸的方法，采用苯甲酸无水无溶剂一步加氢法制备得到了高纯度的环己甲酸。

本发明所采用的技术方案是，基于苯甲酸无水无溶剂制备环己甲酸的方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1、分别称取苯甲酸和催化剂；

步骤2、将步骤1中称取的苯甲酸置于加热容器中进行加热溶解，加 热溶解过程中将温度控制在100℃～140℃，得到热溶后的苯甲酸；

步骤3、取氢化反应釜，将步骤2中得到的热溶后的苯甲酸连同步骤1中称取的催化剂一起加入到氢化反应釜内，并用氮气置换三次，经反应后得到反应物，将反应物过滤得到环己甲酸粗品；

步骤4、将经步骤3得到的环己甲酸粗品送至精馏塔内处理，得到环己甲酸。

本发明的特点还在于：

步骤1中苯甲酸和催化剂的质量比为7～9：1。

催化剂为Pd/C催化剂。

步骤3具体按照以下步骤实施：

步骤3.1、取氢化反应釜，将步骤2中得到的热溶后的苯甲酸连同步骤1中称取的催化剂一起加入到氢化反应釜内；

步骤3.2、经步骤3.1，将氮气通入氢化反应釜内置换氢化反应釜内的空气，待氢化反应釜内的苯甲酸与催化剂反应后，得到反应物，将得到的反应物进行过滤，得到环己甲酸粗品。

步骤3.2具体按照以下步骤实施：

步骤3.2.1、对氢化反应釜进行加热，加热至室温后，用氮气置换氢化反应釜内的空气三次；

步骤3.2.2、经步骤3.2.1置换掉氢化反应釜内的空气后，继续对氢化反应釜进行加热，待氢化反应釜内的温度达到150℃～170℃，压强为1MPa～1.5MPa，且氢化反应釜内的压强稳定在1MPa～1.5MPa不变时，对氢化反应釜进行降温处理；

步骤3.2.3、经步骤3.2.2，待氢化反应釜降温至70℃～80℃，打开氢化反 应釜，得到反应物；

步骤3.2.4、将经步骤3.2.2的到的反应物进行过滤，得到环己甲酸粗品。

步骤4具体按照以下方法实施：

步骤4.1、将经步骤3得到的环己甲酸粗品投入精馏塔内；

步骤4.2、环己甲酸粗品在精馏塔内经冷凝器冷凝后，输送精馏釜中回流，待加热升温至160℃～180℃后开启真空泵，控制精馏塔塔顶压强为0.095MPa～0.98MPa，回流时间控制为2.5h～3.5h，收集110℃～140℃馏分，得到无色透明液体，该无色透明液体为环己甲酸。

本发明的有益效果在于：

本发明基于苯甲酸无水无溶剂制备环己甲酸的方法，采用一步法、无水无溶剂合成环己甲酸，在不使用有机溶剂、添加剂及助催化剂的反应条件下，无溶剂的清洁反应体系中合成高收率的产物环己甲酸，有以下先进性：

(1)技术路线先进，流程短，一步反应，设备投资小，操作易控制；

(2)无需溶剂，采取减压蒸馏，完全可以满足生产需要生产出合格产品，且反应收率高，原料利用率高，因此成本低；

(3)生产中使用高性能的复合催化剂，选择性高，副产物少，分离成本低，产品纯度高；

(4)污染小，废物主要是少量冷却水；

(5)利润的高低主要取决于苯甲酸、氢气、催化剂三大原材料市场采购价格和环己甲酸市场售。

附图说明

图1是利用本发的方法制备出的环己甲酸的红外光谱图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明基于苯甲酸无水无溶剂制备环己甲酸的方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1、分别称取苯甲酸和催化剂；

按质量比为6～9：1分别称取苯甲酸和催化剂；

其中催化剂采用的是Pd/C催化剂。

步骤2、将步骤1中称取的苯甲酸置于加热容器中进行加热溶解，加热溶解过程中将温度控制在100℃～140℃，得到热溶后的苯甲酸；

步骤3、取氢化反应釜，将步骤2中得到的热溶后的苯甲酸连同步骤1中称取的催化剂一起加入到氢化反应釜内，并用氮气置换三次，经反应后得到反应物，将反应物过滤得到环己甲酸粗品，具体按照以下步骤实施：

步骤3.1、取氢化反应釜，将步骤2中得到的热溶后的苯甲酸连同步骤1中称取的催化剂一起加入到氢化反应釜内；

步骤3.2、经步骤3.1，将氮气通入氢化反应釜内置换氢化反应釜内的空气，待氢化反应釜内的苯甲酸与催化剂反应后，得到反应物，将得到的反应物进行过滤，得到环己甲酸粗品，具体过程如下：

步骤3.2.1、对氢化反应釜进行加热，加热至室温后，用氮气置换氢化反应釜内的空气三次；

步骤3.2.2、经步骤3.2.1置换掉氢化反应釜内的空气后，继续对氢化反应釜进行加热，待氢化反应釜内的温度达到150℃～170℃，压强为1MPa～1.5MPa，且氢化反应釜内的压强稳定在1MPa～1.5MPa不变时，对氢化反应釜进行降温处理；

步骤3.2.3、经步骤3.2.2，待氢化反应釜降温至70℃～80℃，打开氢化反 应釜，得到反应物；

步骤3.2.4、将经步骤3.2.2的到的反应物进行过滤，得到环己甲酸粗品。

步骤4、将经步骤3得到的环己甲酸粗品送至精馏塔内处理，得到环己甲酸，具体按照以下步骤实施：

步骤4.1、将经步骤3得到的环己甲酸粗品投入精馏塔内；

步骤4.2、环己甲酸粗品在精馏塔内经冷凝器冷凝后，输送精馏釜中回流，待加热升温至160℃～180℃后开启真空泵，控制精馏塔塔顶压强为0.095MPa～0.98MPa，回流时间控制为2.5h～3.5h，收集110℃～140℃馏分，得到无色透明液体，该无色透明液体为环己甲酸。

其中精馏釜采用的是2000升的不锈钢精馏釜。

(一)IR红外光谱测试：

用压片法在4000cm^-1～400cm^-1范围内测定环己甲酸的红外光谱，如图1所示，在3440cm^-1的吸收峰为羧酸分子间-O-H的伸缩振动，2936cm^-1与2858cm^-1处的吸收峰为亚甲基的伸缩与弯曲振动，1701cm^-1存在-COOH中的C＝O键强吸收峰，1316cm^-1与1259cm^-1处的吸收峰为C-O的伸缩峰，954cm^-1处的吸收峰为O-H面外弯曲振动。

(二)核磁共振(NMR)表征：

利用本发明方法制备出的环己甲酸，经过NMR可知：有12个氢的存在；分别为羧基上的游离氢一个，环上氢11个。

(三)熔点测试：

通过熔点测试，本发明方法制备得到的环己甲酸的熔点在29-31℃。

实施例1

按质量比为7：1分别称取苯甲酸和催化剂；

将称取的苯甲酸置于加热容器中进行加热溶解，加热温度控制在100℃条件下，得到热溶后的苯甲酸；

取氢化反应釜，将热溶后的苯甲酸连同称取的催化剂一起加入到氢化反应釜内；对氢化反应釜进行加热，加热至室温后给氢化反应釜内通入氮气；继续对氢化反应釜进行加热，待氢化反应釜内的温度达到150℃，压强为1MPa，且氢化反应釜内的压强稳定在1MPa不变、不吸氢时，对氢化反应釜进行降温处理，将氢化反应釜降温至70℃，打开氢化反应釜，得到反应物；将得到的反应物进行过滤，得到环己甲酸粗品；

将环己甲酸粗品投入精馏塔内，经冷凝器冷凝后，输送至回流装置的精馏釜中，经升温至160℃后开启真空泵，在这一过程中控制精馏塔塔顶压强为0.95MPa，回流时间为2.5h，收集110℃馏分，得到环己甲酸。

实施例2

按质量比为8：1分别称取苯甲酸和催化剂；

将称取的苯甲酸置于加热容器中进行加热溶解，加热温度控制在120℃条件下，得到热溶后的苯甲酸；

取氢化反应釜，将热溶后的苯甲酸连同称取的催化剂一起加入到氢化反应釜内；对氢化反应釜进行加热，加热至室温后给氢化反应釜内通入氮气；继续对氢化反应釜进行加热，待氢化反应釜内的温度达到160℃，压强为1.2MPa，且氢化反应釜内的压强稳定在1.2MPa不变、不吸氢时，对氢化反应釜进行降温处理，将氢化反应釜降温至75℃，打开氢化反应釜，得到反应物；将得到的反应物进行过滤，得到环己甲酸粗品；

将环己甲酸粗品投入精馏塔内，经冷凝器冷凝后，输送至回流装置的精馏釜中，经升温至170℃后开启真空泵，在这一过程中控制精馏塔塔顶压强 为0.96MPa，回流时间为3h，收集120℃馏分，得到环己甲酸。

实施例3

按质量比为9：1分别称取苯甲酸和催化剂；

将称取的苯甲酸置于加热容器中进行加热溶解，加热温度控制在140℃条件下，得到热溶后的苯甲酸；

取氢化反应釜，将热溶后的苯甲酸连同称取的催化剂一起加入到氢化反应釜内；对氢化反应釜进行加热，加热至室温后给氢化反应釜内通入氮气；继续对氢化反应釜进行加热，待氢化反应釜内的温度达到170℃，压强为1.5MPa，且氢化反应釜内的压强稳定在1.5MPa不变、不吸氢时，对氢化反应釜进行降温处理，将氢化反应釜降温至80℃，打开氢化反应釜，得到反应物；将得到的反应物进行过滤，得到环己甲酸粗品；

将环己甲酸粗品投入精馏塔内，经冷凝器冷凝后，输送至回流装置的精馏釜中，经升温至180℃后开启真空泵，在这一过程中控制精馏塔塔顶压强为0.98MPa，回流时间为3.5h，收集140℃馏分，得到环己甲酸。

实施例4

按质量比为7.5：1分别称取苯甲酸和催化剂；

将称取的苯甲酸置于加热容器中进行加热溶解，加热温度控制在105℃条件下，得到热溶后的苯甲酸；

取氢化反应釜，将热溶后的苯甲酸连同称取的催化剂一起加入到氢化反应釜内；对氢化反应釜进行加热，加热至室温后给氢化反应釜内通入氮气；继续对氢化反应釜进行加热，待氢化反应釜内的温度达到155℃，压强为1.1MPa，且氢化反应釜内的压强稳定在1MPa不变、不吸氢时，对氢化反应釜进行降温处理，将氢化反应釜降温至70℃，打开氢化反应釜，得到反 应物；将得到的反应物进行过滤，得到环己甲酸粗品；

将环己甲酸粗品投入精馏塔内，经冷凝器冷凝后，输送至回流装置的精馏釜中，经升温至165℃后开启真空泵，在这一过程中控制精馏塔塔顶压强为0.095MPa，回流时间为2.5h，收集115℃馏分，得到环己甲酸

本发明基于苯甲酸无水无溶剂制备环己甲酸的方法中无需溶剂，采取减压蒸馏，完全可以满足生产需要生产出合格产品，且反应收率高，原料利用率高，因此成本低；生产中使用高性能的复合催化剂，选择性高，副产物少，分离成本低，产品纯度高；生产中使用高性能的复合催化剂，选择性高，副产物少，分离成本低，产品纯度高。

Claims (6)

1.基于苯甲酸无水无溶剂制备环己甲酸的方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：

步骤1、分别称取苯甲酸和催化剂；

步骤2、将步骤1中称取的苯甲酸置于加热容器中进行加热溶解，加热溶解过程中将温度控制在100℃～140℃，得到热溶后的苯甲酸；

步骤3、取氢化反应釜，将步骤2中得到的热溶后的苯甲酸连同步骤1中称取的催化剂一起加入到氢化反应釜内，并用氮气置换三次，经反应后得到反应物，将反应物过滤得到环己甲酸粗品；

步骤4、将经步骤3得到的环己甲酸粗品送至精馏塔内处理，得到环己甲酸。

2.根据权利要求1所述的基于苯甲酸无水无溶剂制备环己甲酸的方法，其特征在于，所述步骤1中苯甲酸和催化剂的质量比为7～9：1。

3.根据权利要求1或2所述的基于苯甲酸无水无溶剂制备环己甲酸的方法，其特征在于，所述催化剂为Pd/C催化剂。

4.根据权利要求1所述的基于苯甲酸无水无溶剂制备环己甲酸的方法，其特征在于，所述步骤3具体按照以下步骤实施：

步骤3.1、取氢化反应釜，将步骤2中得到的热溶后的苯甲酸连同步骤1中称取的催化剂一起加入到氢化反应釜内；

步骤3.2、经步骤3.1，将氮气通入氢化反应釜内置换氢化反应釜内的空气，待氢化反应釜内的苯甲酸与催化剂反应后，得到反应物，将得到的反应物进行过滤，得到环己甲酸粗品。

5.根据权利要求4所述的基于苯甲酸无水无溶剂制备环己甲酸的方法， 其特征在于，所述步骤3.2具体按照以下步骤实施：

步骤3.2.1、对氢化反应釜进行加热，加热至室温后，用氮气置换氢化反应釜内的空气三次；

步骤3.2.2、经步骤3.2.1置换掉氢化反应釜内的空气后，继续对氢化反应釜进行加热，待氢化反应釜内的温度达到150℃～170℃，压强为1MPa～1.5MPa，且氢化反应釜内的压强稳定在1MPa～1.5MPa不变时，对氢化反应釜进行降温处理；

步骤3.2.3、经步骤3.2.2，待氢化反应釜降温至70℃～80℃，打开氢化反应釜，得到反应物；

步骤3.2.4、将经步骤3.2.2的到的反应物进行过滤，得到环己甲酸粗品。

6.根据权利要求1所述的基于苯甲酸无水无溶剂制备环己甲酸的方法，其特征在于，所述步骤4具体按照以下方法实施：

步骤4.1、将经步骤3得到的环己甲酸粗品投入精馏塔内；

步骤4.2、环己甲酸粗品在精馏塔内经冷凝器冷凝后，输送精馏釜中回流，待加热升温至160℃～180℃后开启真空泵，控制精馏塔塔顶压强为0.095MPa～0.98MPa，回流时间控制为2.5h～3.5h，收集110℃～140℃馏分，得到无色透明液体，该无色透明液体为环己甲酸。