CN105152938B - 一种高效合成仲碳伯胺n1923的工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高效合成仲碳伯胺N1923的工艺,在催化剂作用下通过脂肪酸气相酮化反应、还原胺化反应两步制得,其中酮化反应原料为C10‑12精制脂肪酸,酮化反应温度为180‑220℃,酮化反应时间为6‑9hr,采用Y2O3‑Nd2O3‑MnO2复合催化剂催化酮化反应;Y2O3‑Nd2O3‑MnO2复合催化剂以γ‑氧化铝为载体,以Y2O3、Nd2O3和MnO2为三元活性组分,采用浸渍法制得;其中,三元活性组分占Y2O3‑Nd2O3‑MnO2复合催化剂总质量的10‑25%,三元活性组分中Y2O3、Nd2O3和MnO2的物质的量之比为0.5‑1.5:0.5‑1.5:4‑6。本发明采用Y2O3‑Nd2O3‑MnO2复合催化剂催化脂肪酸酮化反应,反应温度仅需180‑220℃、反应时间缩短到10小时以内,收率可达82%‑89%;进而采用雷尼镍催化剂催化C19‑23脂肪酮还原胺化,收率达到97%‑99%。
Description
技术领域
本发明属于高分子胺类萃取剂领域,具体是一种高效合成仲碳伯胺N1923的工艺。
背景技术
高分子胺类萃取剂作为一种高效萃取剂,常称“液体阴离子交换剂”,广泛运用于放射性元素、有色金属、稀有金属、酸类物质等方面,其中伯胺萃取剂的研究受到广大科研工作者的关注。它是一种应用十分广泛的萃取剂,在湿法冶金、稀土分离等方面有着重要的应用价值。
目前,伯胺N1923的合成方法主要有实验室和工业生产两种。实验室方法是将C10-12脂肪酸转变为亚铁盐,并进行高温热解,制得相应的脂肪酮;然后将脂肪酮经柳卡尔特反应(Leuekart reaction)转变为相应的甲酰胺,最后将甲酰胺经酸性水解,即得到相应的伯胺N1923。
工业生产主要通过C7-12的脂肪酸气相酮化、还原胺化两步合成伯胺N1923。其中,在气相酮化这步,催化剂对酮化反应速率和选择性影响很大,尤其是以2种不同的酸作原料、以非对称酮为目标产物时,催化剂的选择至关重要。近年来对于酮化反应的研究主要集中在催化剂的选用上。催化剂大多以氧化铝为载体,以过渡金属氧化物为活性组分,利用过量浸渍法从过渡金属的盐溶液向载体负载活性组分,再经干燥、灼烧制得催化剂。由于锰、铁、锌、铝等金属氧化物都曾被用作催化剂的活性组分来催化酮化羧酸,Parida等利用含有丰富过渡元素的天然沸石作为催化剂,试图进一步提高反应的收率。这种天然沸石的主要成分为锰、铁、硅、铝等元素的氧化物,其中还含有微量的铜、镍、锌、钴等氧化物。通过对成分不同的天然沸石的催化性能进行系统研究,发现随着沸石中氧化锰、碱金属氧化物、碱土金属氧化物含量的增多,催化剂活性越高,在375℃时乙酸可以以很高的选择性完全转化为酮,但是当羧酸的碳链增加时,催化活性有所下降。
现有脂肪酸气相酮化工艺存在脂肪酸纯度不够,会产生C13-18脂肪酮副产物,从而产生伯胺N1318副产物;酮化反应时间较长,一般需要24小时,生产周期较长;采用的催化剂活性不高,反应收率不高。
为解决上述问题,中国发明专利201310025794.2于2013年4月24公开了一种合成仲碳伯胺N1923的工艺,其酮化反应原料为以C10-12为主要成分的精制脂肪酸,酮化反应温度为290-340℃,采用[Fe]-Zr02-Mn02复合催化剂催化酮化反应;[Fe]-Zr02-Mn02复合型催化剂中含铁物质、Zr02和Mn02活性组分占催化剂总质量的5-30%,三组份的物质的量之比依次为0.5-1:1-2:1-3。本发明采用复合型催化剂催化脂肪酸酮化反应,反应温度低、速率快、时间短,收率大大提高,解决了脂肪酸酮化困难的问题。高真空分馏技术可提高原料C10-12脂肪酸的纯度,达到去除杂质,改善最终产品N1923质量的日的。但是该发明的酮化反应时间仍需要10-16hr,反应时间依然较长;反应温度仍需要290-340℃,反应温度依然较高;因此有必要进一步优选酮化反应的催化剂。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高效合成仲碳伯胺N1923的工艺, 采用Y2O3-Nd2O3-MnO2复合催化剂催化脂肪酸气相酮化,最后在Ranny镍催化下还原氨化。本发明降低了酮化反应温度、缩短了反应时间、提高了反应收率,找到了一种工业可行性的气相酮化方法。
为实现上述目的,本发明提供如下技术方案:
一种高效合成仲碳伯胺N1923的工艺,在催化剂作用下通过脂肪酸气相酮化反应、还原胺化反应两步制得,其中酮化反应原料为C10-12精制脂肪酸,酮化反应温度为180-220℃,酮化反应时间为6-9hr,采用Y2O3-Nd2O3-MnO2复合催化剂催化酮化反应;Y2O3-Nd2O3-MnO2复合催化剂以γ-氧化铝为载体,以Y2O3、Nd2O3和MnO2为三元活性组分,采用浸渍法制得;其中,三元活性组分占Y2O3-Nd2O3-MnO2复合催化剂总质量的10-25%,三元活性组分中Y2O3、Nd2O3和MnO2的物质的量之比为0.5-1.5: 0.5-1.5:4-6。
作为本发明进一步的方案:所述酮化反应温度为190-210℃;优选为:200℃。
作为本发明进一步的方案:所述酮化反应时间为7-8hr;优选为:7.5 hr。
作为本发明进一步的方案:三元活性组分占Y2O3-Nd2O3-MnO2复合催化剂总质量的15-20%;优选为:17-18 %。
作为本发明进一步的方案:三元活性组分中Y2O3、Nd2O3和MnO2的物质的量之比为0.8-1.2: 0.8-1.2:4.8-5.2;优选为:1: 1:5。
一种高效合成仲碳伯胺N1923的工艺,具体步骤为:
(1)脂肪酸气相酮化反应:向干燥反应管中加入Y2O3-Nd2O3-MnO2复合催化剂及C10-12精制脂肪酸,将反应管用N2排空,升温至180-220℃,此时C02和水随着N2缓慢排出;反应6-9hr后,若所得粗脂肪酮中脂肪酸含量≥1%,则需经碱液、水洗涤;否则直接在真空为190-210Pa的环境下对反应物进行蒸馏,收集130-180℃淡黄色透明馏分,得到C19-23脂肪酮固体;
(2)还原胺化反应:将上步所得C19-23脂肪酮、5%-10%雷尼镍催化剂加入到氨-乙醇的混合溶液中;生成的悬浮液在室温和3.5-3.7MPa的氢气中激烈搅拌直到氢气吸收完全停止,滤去雷尼镍催化剂,蒸去溶剂后得到固体产物,加入无水乙醚洗去粗产物表面粘附的中性有机物,滤出固体,得到仲碳伯胺N1923。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
本发明采用Y2O3(氧化钇)-Nd2O3(氧化钕)-MnO2(氧化锰)复合催化剂催化脂肪酸酮化反应,反应温度仅需180-220℃、反应时间缩短到10小时以内,收率(C19-23脂肪酮与脂肪酸的质量比)可达82%-89%;进而采用雷尼镍催化剂催化C19-23脂肪酮还原胺化,收率(仲碳伯胺N1923与C19-23脂肪酮的质量比)达到97%-99%。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。
实施例1
一种高效合成仲碳伯胺N1923的工艺,具体步骤为:
(1)脂肪酸气相酮化反应:向干燥反应管中加入Y2O3-Nd2O3-MnO2复合催化剂100mL(Y2O3-Nd2O3-MnO2复合催化剂以γ-氧化铝为载体,以Y2O3、Nd2O3和MnO2为三元活性组分,采用浸渍法制得;其中,三元活性组分占Y2O3-Nd2O3-MnO2复合催化剂总质量的10%,三元活性组分中Y2O3、Nd2O3和MnO2的物质的量之比为0.5: 0.5:6)及C10-12精制脂肪酸800g,将反应管用N2排空,升温至180-190℃,此时C02和水随着N2缓慢排出;反应6hr后,检测所得粗脂肪酮中脂肪酸含量为1.26%,经碱液、水洗涤;然后在真空为190-210Pa的环境下对反应物进行蒸馏,收集130-180℃淡黄色透明馏分,得到C19-23脂肪酮固体658g,相对收率为82.25%;
(2)还原胺化反应:将上步所得C19-23脂肪酮200g、5%雷尼镍催化剂加入到氨-乙醇的混合溶液中;生成的悬浮液在室温和3.5-3.7MPa的氢气中激烈搅拌直到氢气吸收完全停止,滤去雷尼镍催化剂,蒸去溶剂后得到固体产物,加入无水乙醚(50mL)洗去粗产物表面粘附的中性有机物,滤出固体,得到195g仲碳伯胺N1923,相对收率97.5%。
实施例2
一种高效合成仲碳伯胺N1923的工艺,具体步骤为:
(1)脂肪酸气相酮化反应:向干燥反应管中加入Y2O3-Nd2O3-MnO2复合催化剂100mL(Y2O3-Nd2O3-MnO2复合催化剂以γ-氧化铝为载体,以Y2O3、Nd2O3和MnO2为三元活性组分,采用浸渍法制得;其中,三元活性组分占Y2O3-Nd2O3-MnO2复合催化剂总质量的15%,三元活性组分中Y2O3、Nd2O3和MnO2的物质的量之比为1.5: 1.5:4)及C10-12精制脂肪酸800g,将反应管用N2排空,升温至195-205℃,此时C02和水随着N2缓慢排出;反应7hr后,检测所得粗脂肪酮中脂肪酸含量为1.12%,经碱液、水洗涤;然后在真空为190-210Pa的环境下对反应物进行蒸馏,收集130-180℃淡黄色透明馏分,得到C19-23脂肪酮固体685g,相对收率为85.63%;
(2)还原胺化反应:将上步所得C19-23脂肪酮200g、6%雷尼镍催化剂加入到氨-乙醇的混合溶液中;生成的悬浮液在室温和3.5-3.7MPa的氢气中激烈搅拌直到氢气吸收完全停止,滤去雷尼镍催化剂,蒸去溶剂后得到固体产物,加入无水乙醚(50mL)洗去粗产物表面粘附的中性有机物,滤出固体,得到196g仲碳伯胺N1923,相对收率98%。
实施例3
一种高效合成仲碳伯胺N1923的工艺,具体步骤为:
(1)脂肪酸气相酮化反应:向干燥反应管中加入Y2O3-Nd2O3-MnO2复合催化剂100mL(Y2O3-Nd2O3-MnO2复合催化剂以γ-氧化铝为载体,以Y2O3、Nd2O3和MnO2为三元活性组分,采用浸渍法制得;其中,三元活性组分占Y2O3-Nd2O3-MnO2复合催化剂总质量的20%,三元活性组分中Y2O3、Nd2O3和MnO2的物质的量之比为1: 1:5)及C10-12精制脂肪酸800g,将反应管用N2排空,升温至200-210℃,此时C02和水随着N2缓慢排出;反应8hr后,检测所得粗脂肪酮中脂肪酸含量为0.94%,然后在真空为190-210Pa的环境下对反应物进行蒸馏,收集130-180℃淡黄色透明馏分,得到C19-23脂肪酮固体708g,相对收率为88.5%;
(2)还原胺化反应:将上步所得C19-23脂肪酮200g、8%雷尼镍催化剂加入到氨-乙醇的混合溶液中;生成的悬浮液在室温和3.5-3.7MPa的氢气中激烈搅拌直到氢气吸收完全停止,滤去雷尼镍催化剂,蒸去溶剂后得到固体产物,加入无水乙醚(50mL)洗去粗产物表面粘附的中性有机物,滤出固体,得到197g仲碳伯胺N1923,相对收率98.5%。
实施例4
一种高效合成仲碳伯胺N1923的工艺,具体步骤为:
(1)脂肪酸气相酮化反应:向干燥反应管中加入Y2O3-Nd2O3-MnO2复合催化剂100mL(Y2O3-Nd2O3-MnO2复合催化剂以γ-氧化铝为载体,以Y2O3、Nd2O3和MnO2为三元活性组分,采用浸渍法制得;其中,三元活性组分占Y2O3-Nd2O3-MnO2复合催化剂总质量的20%,三元活性组分中Y2O3、Nd2O3和MnO2的物质的量之比为1.5: 1.5:4)及C10-12精制脂肪酸800g,将反应管用N2排空,升温至210-220℃,此时C02和水随着N2缓慢排出;反应9hr后,检测所得粗脂肪酮中脂肪酸含量为0.98%;然后在真空为190-210Pa的环境下对反应物进行蒸馏,收集130-180℃淡黄色透明馏分,得到C19-23脂肪酮固体676g,相对收率为84.5%;
(2)还原胺化反应:将上步所得C19-23脂肪酮200g、9%雷尼镍催化剂加入到氨-乙醇的混合溶液中;生成的悬浮液在室温和3.5-3.7MPa的氢气中激烈搅拌直到氢气吸收完全停止,滤去雷尼镍催化剂,蒸去溶剂后得到固体产物,加入无水乙醚(50mL)洗去粗产物表面粘附的中性有机物,滤出固体,得到196g仲碳伯胺N1923,相对收率98%。
实施例5
一种高效合成仲碳伯胺N1923的工艺,具体步骤为:
(1)脂肪酸气相酮化反应:向干燥反应管中加入Y2O3-Nd2O3-MnO2复合催化剂100mL(Y2O3-Nd2O3-MnO2复合催化剂以γ-氧化铝为载体,以Y2O3、Nd2O3和MnO2为三元活性组分,采用浸渍法制得;其中,三元活性组分占Y2O3-Nd2O3-MnO2复合催化剂总质量的25%,三元活性组分中Y2O3、Nd2O3和MnO2的物质的量之比为1: 1:6)及C10-12精制脂肪酸800g,将反应管用N2排空,升温至210-220℃,此时C02和水随着N2缓慢排出;反应9hr后,检测所得粗脂肪酮中脂肪酸含量为1.13%,经碱液、水洗涤;然后在真空为190-210Pa的环境下对反应物进行蒸馏,收集130-180℃淡黄色透明馏分,得到C19-23脂肪酮固体676g,相对收率为87.75%;
(2)还原胺化反应:将上步所得C19-23脂肪酮200g、10%雷尼镍催化剂加入到氨-乙醇的混合溶液中;生成的悬浮液在室温和3.5-3.7MPa的氢气中激烈搅拌直到氢气吸收完全停止,滤去雷尼镍催化剂,蒸去溶剂后得到固体产物,加入无水乙醚(50mL)洗去粗产物表面粘附的中性有机物,滤出固体,得到196g仲碳伯胺N1923,相对收率98%。
对比例1
一种高效合成仲碳伯胺N1923的工艺,具体步骤为:
(1)脂肪酸气相酮化反应:向干燥反应管中加入Y2O3 -MnO2复合催化剂100mL(Y2O3-MnO2复合催化剂以γ-氧化铝为载体,以Y2O3和MnO2为二元活性组分,采用浸渍法制得;其中,二元活性组分占Y2O3-MnO2复合催化剂总质量的20%,二元活性组分中Y2O3和MnO2的物质的量之比为1:5)及C10-12精制脂肪酸800g,将反应管用N2排空,升温至200-210℃,此时C02和水随着N2缓慢排出;反应8hr后,检测所得粗脂肪酮中脂肪酸含量为2.89%,经碱液、水洗涤;然后在真空为190-210Pa的环境下对反应物进行蒸馏,收集130-180℃淡黄色透明馏分,得到C19-23脂肪酮固体513g,相对收率为64.13%;
(2)还原胺化反应:将上步所得C19-23脂肪酮200g、8%雷尼镍催化剂加入到氨-乙醇的混合溶液中;生成的悬浮液在室温和3.5-3.7MPa的氢气中激烈搅拌直到氢气吸收完全停止,滤去雷尼镍催化剂,蒸去溶剂后得到固体产物,加入无水乙醚(50mL)洗去粗产物表面粘附的中性有机物,滤出固体,得到197g仲碳伯胺N1923,相对收率98.5%。
对比例2
一种高效合成仲碳伯胺N1923的工艺,具体步骤为:
(1)脂肪酸气相酮化反应:向干燥反应管中加入Nd2O3-MnO2复合催化剂100mL(Nd2O3-MnO2复合催化剂以γ-氧化铝为载体,以Nd2O3和MnO2为二元活性组分,采用浸渍法制得;其中,二元活性组分占Nd2O3-MnO2复合催化剂总质量的20%,二元活性组分中Nd2O3和MnO2的物质的量之比为1:5)及C10-12精制脂肪酸800g,将反应管用N2排空,升温至200-210℃,此时C02和水随着N2缓慢排出;反应8hr后,检测所得粗脂肪酮中脂肪酸含量为2.26%,经碱液、水洗涤;然后在真空为190-210Pa的环境下对反应物进行蒸馏,收集130-180℃淡黄色透明馏分,得到C19-23脂肪酮固体524g,相对收率为65.5%;
(2)还原胺化反应:将上步所得C19-23脂肪酮200g、8%雷尼镍催化剂加入到氨-乙醇的混合溶液中;生成的悬浮液在室温和3.5-3.7MPa的氢气中激烈搅拌直到氢气吸收完全停止,滤去雷尼镍催化剂,蒸去溶剂后得到固体产物,加入无水乙醚(50mL)洗去粗产物表面粘附的中性有机物,滤出固体,得到197g仲碳伯胺N1923,相对收率98.5%。
上面对本专利的较佳实施方式作了详细说明,但是本专利并不限于上述实施方式,在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内,还可以在不脱离本专利宗旨的前提下做出各种变化。
Claims (9)
1.一种合成仲碳伯胺N1923的工艺,其特征在于,在催化剂作用下通过脂肪酸气相酮化反应、还原胺化反应两步制得,其中酮化反应原料为C10-12精制脂肪酸,酮化反应温度为180-220℃,酮化反应时间为6-9hr,采用Y2O3-Nd2O3-MnO2复合催化剂催化酮化反应;Y2O3-Nd2O3-MnO2复合催化剂以γ-氧化铝为载体,以Y2O3、Nd2O3和MnO2为三元活性组分,采用浸渍法制得;其中,三元活性组分占Y2O3-Nd2O3-MnO2复合催化剂总质量的10-25%,三元活性组分中Y2O3、Nd2O3和MnO2的物质的量之比为0.5-1.5:0.5-1.5:4-6;
具体步骤为:
(1)脂肪酸气相酮化反应:向干燥反应管中加入Y2O3-Nd2O3-MnO2复合催化剂及C10-12精制脂肪酸,将反应管用N2排空,升温至180-220℃,此时C02和水随着N2缓慢排出;反应6-9hr后,若所得粗脂肪酮中脂肪酸含量≥1%,则需经碱液、水洗涤;否则直接在真空为190-210Pa的环境下对反应物进行蒸馏,收集130-180℃淡黄色透明馏分,得到C19-23脂肪酮固体;
(2)还原胺化反应:将上步所得C19-23脂肪酮、5%-10%雷尼镍催化剂加入到氨-乙醇的混合溶液中;生成的悬浮液在室温和3.5-3.7MPa的氢气中激烈搅拌直到氢气吸收完全停止,滤去雷尼镍催化剂,蒸去溶剂后得到固体产物,加入无水乙醚洗去粗产物表面粘附的中性有机物,滤出固体,得到仲碳伯胺N1923。
2.根据权利要求1所述的合成仲碳伯胺N1923的工艺,其特征在于,所述酮化反应温度为190-210℃。
3.根据权利要求2所述的合成仲碳伯胺N1923的工艺,其特征在于,所述酮化反应温度为200℃。
4.根据权利要求1所述的合成仲碳伯胺N1923的工艺,其特征在于,所述酮化反应时间为7-8hr。
5.根据权利要求4所述的合成仲碳伯胺N1923的工艺,其特征在于,所述酮化反应时间为7.5hr。
6.根据权利要求1所述的合成仲碳伯胺N1923的工艺,其特征在于,三元活性组分占Y2O3-Nd2O3-MnO2复合催化剂总质量的15-20%。
7.根据权利要求6所述的合成仲碳伯胺N1923的工艺,其特征在于,三元活性组分占Y2O3-Nd2O3-MnO2复合催化剂总质量的17-18%。
8.根据权利要求1所述的合成仲碳伯胺N1923的工艺,其特征在于,三元活性组分中Y2O3、Nd2O3和MnO2的物质的量之比为0.8-1.2:0.8-1.2:4.8-5.2。
9.根据权利要求8所述的合成仲碳伯胺N1923的工艺,其特征在于,三元活性组分中Y2O3、Nd2O3和MnO2的物质的量之比为1:1:5。
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