CN106699601B - 一种对(邻)羟基苯甲腈的一步合成方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种对(邻)羟基苯甲腈的一步合成方法，将对(邻)羟基苯甲酸甲酯溶于有机溶剂后，与氨气一起经管线进入装有催化剂的固定床反应器中在反应温度250～550℃、反应压力0～1.0Mpa的条件下一步合成对(邻)羟基苯甲腈；氨气、对(邻)羟基苯甲酸甲酯的质量比为2～10:1，氨气、对(邻)羟基苯甲酸甲酯一起进入固定床反应器的空速为0.5～5.0h^‑1；催化剂由活性组分P₂O₅、CuO、SnO和MoO₃与载体捏合而成。本发明方法，采用了固定床反应器的生产形式，更适用于连续化生产，避免了原有间歇式反应工艺的复杂性和反应操作上的繁琐，并且生产能力得到大幅度的提升；同时氨气的用量比较少，过量的氨气又可以通过气液分离后回收使用，在节约成本和环保上都有了进一步的提高。

Description

一种对(邻)羟基苯甲腈的一步合成方法

技术领域

本发明涉及一种对(邻)羟基苯甲腈的合成方法，具体涉及一种对(邻)羟基苯甲腈的一步合成方法，属于化工技术领域。

背景技术

对羟基苯甲腈，也称为对氰基苯酚、对羟基苯腈等，是一种极为重要的精细有机化工原料和中间体，广泛用于合成多种医药、香料、农药、液晶材料和缓冲剂等，尤其是作为农药中间体，可用来合成“杀螟腈”、“苯腈磷”、“溴苯腈”、“羟敌草腈”及“百菌清”等多种农药。随着我国农业现代化的发展，农药的需求量显著增加，对羟基苯甲腈的需求量也得到显著的增加。邻羟基苯甲腈，又称水杨腈，可用于生产盐酸布尼洛尔，该药属于β-受体阻滞药。主要用于心房颤动；室上性心动过速等心律失常；心绞痛和高血压的治疗。

羟基苯甲腈的合成方法有很多，根据原料的不同可以分为羟基苯甲酸脱水氨化法、羟基苯甲醛氨化法、重氮盐法、对甲酚法及对甲酚钠法等：羟基苯甲酸脱水氨化法，通常由对甲酚在流化床中通过氨氧化反应得到对羟基苯甲腈，虽然该工艺采用了流化床连续式反应，但在该反应条件下，较高的反应温度却得到较低的对羟基苯甲腈收率，收率仅为50～65％，并且在反应过程中由于氧气的存在增加了反应系统的不安全性。羟基苯甲醛氨化法，采用对羟基苯甲醛和盐酸羟胺在钨催化剂的作用下制备得到对羟基苯甲腈，但该反应工艺中，催化剂用量过大，约为原料对羟基苯甲醛量的9倍左右，并且反应过程较慢；同时，最重要的是该工艺采用的是间歇釜式反应形式，进一步制约了大规模的生产要求。重氮盐法、对甲酚法及对甲酚钠法等，基本上采用的是间歇釜式反应，不适应大规模连续化生产，同时反应压力也较高，增加设备的投资；此外，反应步骤多且操作过程复杂，限制了对(邻)羟基苯甲腈的大规模生产。

因此合成对(邻)羟基苯甲腈过程中，简化反应步骤、减少工艺流程、降低设备要求、减少三废排放的连续化生产，是迫切工业生产需要的。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的不足，而提供一种对(邻)羟基苯甲腈的一步合成方法，采用固定床连续化生产形式，以对(邻)羟基苯甲酸甲酯、氨气为原料一步合成对羟基苯甲腈，方法简单易行，且具有连续化生产的优越性。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种对(邻)羟基苯甲腈的一步合成方法，具体步骤如下：将对(邻)羟基苯甲酸甲酯溶于有机溶剂后，与氨气一起经管线进入装有催化剂的固定床反应器中在反应温度250～550℃、反应压力0～1.0Mpa的条件下一步合成对(邻)羟基苯甲腈；所述的氨气、对(邻)羟基苯甲酸甲酯的质量比为2～10:1，氨气、对(邻)羟基苯甲酸甲酯一起进入固定床反应器的空速为0.5～5.0h^-1；所述的催化剂由活性组分P₂O₅、CuO、SnO和MoO₃与载体捏合而成。

上述技术方案中，所述催化剂的载体为具有MFI骨架结构的全硅分子筛，即Silicalite-1分子筛。

上述技术方案中，所述催化剂的各活性组分的质量分别占载体质量的百分比为：P₂O₅ 1～8％、CuO 0.3～1.5％、SnO 1.5～2.5％、MoO₃ 0.2～1％；催化剂的各活性组分与载体捏合而成催化剂，催化剂的形状可以为圆柱型、球型或三叶草型。

上述技术方案中，所述的氨气、对(邻)羟基苯甲酸甲酯的质量比优选为5～8:1。

上述技术方案中，所述的反应温度优选为350～450℃、反应压力优选为常压(即0.1Mpa)。

上述技术方案中，所述的氨气、对(邻)羟基苯甲酸甲酯一起进入固定床反应器的空速优选为0.5～2.0h^-1；进一步优选为0.8～1.5h^-1。

上述技术方案中，所述的有机溶剂与对(邻)羟基苯甲酸甲酯的质量比为1.0～15:1，优选为2.5～6.5:1。

上述技术方案中，所述的有机溶剂为能很好的溶解反应物对(邻)羟基苯甲酸甲酯的有机溶剂，该溶剂可以选用醇类溶剂、腈类溶剂、吡啶类溶剂中的任意一种。

优选的，所述的醇类溶剂，可以选用甲醇、乙醇等中的任意一种；所述的腈类溶剂，可以选用乙腈、丙腈、戊腈、苯甲腈、五氟苯甲腈等中的任意一种；所述的吡啶类溶剂，可以选用吡啶、3-甲基吡啶、4-甲基吡啶等中的任意一种。

所述的有机溶剂优选为腈类，进一步优选为苯甲腈或五氟苯甲腈作为溶剂。

本发明所述的对(邻)羟基苯甲腈的一步合成方法，由于采用了固定床反应器的生产形式，因而更适用于连续化生产，避免了原有间歇式反应工艺的复杂性和反应操作上的繁琐，并且生产能力得到大幅度的提升；同时氨气的用量比较少，过量的氨气又可以通过气液分离后回收使用，在节约成本和环保上都有了进一步的提高。

具体实施方式

以下对本发明技术方案的具体实施方式详细描述，但本发明并不限于以下描述内容：

本发明所述的物料，如无特殊说明，均来自于市售。

实施例1：

一种对羟基苯甲腈的一步合成方法，具体步骤如下：将对羟基苯甲酸甲酯溶于有机溶剂甲醇中，甲醇与对羟基苯甲酸甲酯质量比为4:1；溶有对羟基苯甲酸甲酯的甲醇溶液采用计量泵计量，原料氨气采用气体质量流量计计量，计量后的对羟基苯甲酸甲酯溶液与氨气经物料混合器混合一起经管线进入至装填有催化剂的固定床反应器中，反应温度350℃，反应压力为0.1Mpa(即常压)；对羟基苯甲酸甲酯空速为0.8h^-1，氨气与对羟基苯甲酸甲酯质量比为6:1。从固定床反应器反应出来的反应液经冷凝后进入气液分离罐，取液体样进行气相色谱分析，具体结果见表1。

所述的催化剂是通过下述方法制备而成的：

(1)制备Silicalite-1原粉：全硅分子筛Silicalite-1原粉是按照US4061724所描述的方法制备而来，具体为：将14克氢氧化钠溶于100克的去离子水中，然后再加入440克的30％含量的硅溶胶，充分搅拌；将24克四丙基溴化铵溶于100克去离子水中，并将此溶液加入到上述溶液中。；充分混合后，将以上溶液转移至1升的晶化釜中，并在200℃下晶化72小时；得到的浆液经过滤、洗涤、焙烧后得到全硅分子筛Silicalite-1原粉；

(2)制备条状全硅分子筛：将50g Silicalite-1原粉和2g田箐粉混合均匀后加入29g硅溶胶溶液(二氧化硅质量分数为30％)中，充分混合均匀后捏合，再用挤条机挤条成φ3mm的圆柱形；将圆柱形产物置于烘箱中于90℃下干燥12h，再在马弗炉中于500℃下焙烧6h后，得到条状全硅分子筛；

(3)负载活性组分：将5.28g磷酸(质量分数为85％)、0.91g硝酸铜、1.46g草酸亚锡以及2.58g钼酸铵溶于45g去离子水中制备成浸渍液，将步骤(1)得到的条状全硅分子筛浸渍于活性组分溶液中，室温条件下浸渍24h；

(4)干燥焙烧：将步骤(2)浸渍后的产物置于烘箱中于90℃下干燥12h，再在马弗炉中于550℃下焙烧6h后，得到所述的催化剂；

制备成的催化剂经X荧光光谱仪检测后知，各活性组分占载体质量百分比为P₂O₅6.5％、CuO 0.6％、SnO 1.9％、MoO₃ 0.6％。

实施例2：

实施例2中所用的有机溶剂为3-甲基吡啶，其它同实施例1，具体结果见表1。

实施例3：

实施例3中所用的有机溶剂为苯甲腈，其它同实施例1，具体结果见表1。

实施例4：

实施例4中所用的有机溶剂为五氟苯甲腈，其它同实施例1，具体结果见表1。

实施例5：

实施例5中所用的有机溶剂为乙腈，其它同实施例1，具体结果见表1。

表1：实施例1-5合成对羟基苯甲腈的实验结果

由表1可知，甲醇、3-甲基吡啶、苯甲腈、五氟苯甲腈、乙腈等均可作为由羟基苯甲酸甲酯一步法合成羟基苯甲腈反应过程中的有机溶剂，但从原料转化率及产物选择性的效果来看，腈类溶剂尤其是苯甲腈或五氟苯甲腈更适宜于充当该反应过程中的有机溶剂。

实施例6：

一种对羟基苯甲腈的一步合成方法，具体步骤如下：将对羟基苯甲酸甲酯溶于有机溶剂苯甲腈中，苯甲腈与对羟基苯甲酸甲酯质量比为5.5:1；溶有对羟基苯甲酸甲酯的苯甲腈溶液采用计量泵计量，原料氨气采用气体质量流量计计量，计量后的对羟基苯甲酸甲酯溶液与氨气一起经管线进入至装填有催化剂的至固定床反应器中，反应温度350℃，反应压力为0.1Mpa即(常压)；对羟基苯甲酸甲酯空速为0.8h^-1，氨气与对羟基苯甲酸甲酯质量比为6:1。从固定床反应器反应出来的反应液经冷凝后进入气液分离罐，取液体样进行气相色谱分析，具体结果见表2。

所述的催化剂由活性组分P₂O₅、CuO、SnO和MoO₃与载体捏合而成，所述的催化剂的载体为全硅分子筛Silicalite-1，活性组分分别占载体质量的百分比为：P₂O₅：6.5％，CuO：0.6％，SnO：1.9％，MoO₃：0.6％。

实施例7：

实施例7中所用的有机溶剂为苯甲腈，苯甲腈与对羟基苯甲酸甲酯质量比为4:1其它同实施例6，具体结果见表2。

实施例8：

实施例8中所用的有机溶剂为苯甲腈，苯甲腈与对羟基苯甲酸甲酯质量比为3:1其它同实施例6，具体结果见表2。

实施例9：

实施例9中所用的有机溶剂为苯甲腈，苯甲腈与对羟基苯甲酸甲酯质量比为2.5:1其它同实施例6，具体结果见表2。

实施例10：

实施例10中所用的有机溶剂为苯甲腈，苯甲腈与对羟基苯甲酸甲酯质量比为1.5:1其它同实施例6，具体结果见表2。

表2：实施例6-10合成对羟基苯甲腈的实验结果

由表2可知，溶剂与原料质量比存在最佳的范围。溶剂与原料质量比较低即溶剂量少时，反应过程中反应物料之间传质不充分，因而原料转化率及主产物选择性均稍低；溶剂与原料质量比增大至5.5:1时，原料转化率及主产物选择性较质量比为4:1时已基本没有变化。考虑到反应及后处理过程中生产成本的需要，因此最佳的溶剂与原料质量比优选为3:1～6.5:1。

实施例11：

一种对羟基苯甲腈的一步合成方法，具体步骤如下：将对羟基苯甲酸甲酯溶于有机溶剂苯甲腈中，苯甲腈与对羟基苯甲酸甲酯质量比为4:1；溶有对羟基苯甲酸甲酯的苯甲腈溶液采用计量泵计量，原料氨气采用气体质量流量计计量，计量后的对羟基苯甲酸甲酯溶液与氨气一起经管线进入至装填有催化剂的固定床反应器中，反应温度350℃，反应压力为0.1Mpa(即常压)；对羟基苯甲酸甲酯空速为0.5h^-1，氨气与对羟基苯甲酸甲酯质量比为6:1。从固定床反应器反应出来的反应液经冷凝后进入气液分离罐，取液体样进行气相色谱分析。具体结果见表3。

所述的催化剂由活性组分P₂O₅、CuO、SnO和MoO₃与载体捏合而成，所述的催化剂的载体为全硅分子筛Silicalite-1，活性组分分别占载体质量的百分比为：P₂O₅：6.5％，CuO：0.6％，SnO：1.9％，MoO₃：0.6％。

实施例12：

实施例12中，对羟基苯甲酸甲酯空速为0.8h^-1，其它同实施例11，具体结果见表3。

实施例13：

实施例13中，对羟基苯甲酸甲酯空速为1.0h^-1，其它同实施例11，具体结果见表3。

实施例14：

实施例14中，对羟基苯甲酸甲酯空速为1.2h^-1，其它同实施例11，具体结果见表3。

实施例15：

实施例15中，对羟基苯甲酸甲酯空速为1.5h^-1，其它同实施例11，具体结果见表3。

表3：实施例11-15合成对羟基苯甲腈的实验结果

由表3可知，对羟基苯甲酸甲酯空速高于1.5h^-1时，反应物料与催化剂接触时间较短，导致部分原料及反应中间产物在较短时间内脱离出催化剂床层，因而原料的转化率及选择性均较低。

实施例16：

一种对羟基苯甲腈的一步合成方法，具体步骤如下：将对羟基苯甲酸甲酯溶于有机溶剂苯甲腈中，苯甲腈与对羟基苯甲酸甲酯质量比为4:1；溶有对羟基苯甲酸甲酯的苯甲腈溶液采用计量泵计量，原料氨气采用气体质量流量计计量，计量后的对羟基苯甲酸甲酯溶液与氨气一起经管线进入装填有催化剂的固定床反应器中，反应温度280℃，反应压力为0.1Mpa(即常压)；对羟基苯甲酸甲酯空速为0.8h^-1，氨气与对羟基苯甲酸甲酯质量比为6:1。从固定床反应器反应出来的反应液经冷凝后进入气液分离罐，取液体样进行气相色谱分析。具体结果见表4。

所述的催化剂由活性组分P₂O₅、CuO、SnO和MoO₃与载体捏合而成，所述的催化剂的载体为全硅分子筛Silicalite-1，活性组分分别占载体质量的百分比为：P₂O₅：6.5％，CuO：0.6％，SnO：1.9％，MoO₃：0.6％。

实施例17：

实施例17中，反应温度为350℃，其它同实施例16，具体结果见表4。

实施例18：

实施例18中，反应温度为380℃，其它同实施例16，具体结果见表4。

实施例19：

实施例19中，反应温度为420℃，其它同实施例16，具体结果见表4。

实施例20：

实施例20中，反应温度为480℃，其它同实施例16，具体结果见表4。

表4：实施例16-20合成对羟基苯甲腈的实验结果

由表4可知，该反应需要一个最佳的反应温度区间。反应温度低于280℃时，部分原料未完全转化并且形成较多的中间产物，因而反应转化率及选择性均较低；而当温度超过480℃时，虽然原料已完全转化，但是在此温度下主产物不稳定并继续反应生成其他副产物，导致主产物选择性下降。

实施例21：

一种对羟基苯甲腈的一步合成方法，具体步骤如下：将对羟基苯甲酸甲酯溶于有机溶剂苯甲腈中，苯甲腈与对羟基苯甲酸甲酯质量比为4:1；溶有对羟基苯甲酸甲酯的苯甲腈溶液采用计量泵计量，原料氨气采用气体质量流量计计量，计量后的对羟基苯甲酸甲酯溶液与氨气一起经管线进入装填有催化剂的固定床反应器中，反应温度350℃，反应压力为0.1Mpa(即常压)；对羟基苯甲酸甲酯空速为0.8h^-1，氨气与对羟基苯甲酸甲酯质量比为5:1。从固定床反应器反应出来的反应液经冷凝后进入气液分离罐，取液体样进行气相色谱分析。具体结果见表5。

所述的催化剂由活性组分P₂O₅、CuO、SnO和MoO₃与载体捏合而成，所述的催化剂的载体为全硅分子筛Silicalite-1，活性组分分别占载体质量的百分比为：P₂O₅：6.5％，CuO：0.6％，SnO：1.9％，MoO₃：0.6％。

实施例22：

实施例22中，氨气与对羟基苯甲酸甲酯质量比为6:1，其它同实施例21，具体结果见表5。

实施例23：

实施例23中，氨气与对羟基苯甲酸甲酯质量比为7:1，其它同实施例21，具体结果见表5。

实施例24：

实施例24中，氨气与对羟基苯甲酸甲酯质量比为8:1，其它同实施例21，具体结果见表5。

实施例25：

实施例25中，氨气与对羟基苯甲酸甲酯质量比为10:1，其它同实施例21，具体结果见表5。

表5：实施例21-25合成对羟基苯甲腈的实验结果

作为反应原料之一的氨气，当氨气与对羟基苯甲酸甲酯摩尔比为5～7:1时，原料转化率及选择性变化不明显；当氨气量与对羟基苯甲酸甲酯摩尔比在持续增大至8:1以上时，氨气量的加大导致反应物料总的空速的增大，因为氨气、对羟基苯甲酸甲酯与催化剂接触时间相应降低，因而导致反应转化率及选择性均较低。

实施例26：

一种邻羟基苯甲腈的一步合成方法，具体步骤如下：将邻羟基苯甲酸甲酯溶于有机溶剂苯甲腈中，苯甲腈与邻羟基苯甲酸甲酯质量比为5:1；溶有邻羟基苯甲酸甲酯的苯甲腈溶液采用计量泵计量，原料氨气采用气体质量流量计计量，计量后的邻羟基苯甲酸甲酯溶液与氨气一起经管线进入装填有催化剂的固定床反应器中，反应温度350℃，反应压力为0.1Mpa(即常压)；邻羟基苯甲酸甲酯空速为0.8h^-1，氨气与对羟基苯甲酸甲酯质量比为6:1。从固定床反应器反应出来的反应液经冷凝后进入气液分离罐，取液体样进行气相色谱分析。具体结果见表6。

所述的催化剂由活性组分P₂O₅、CuO、SnO和MoO₃与载体捏合而成，所述的催化剂的载体为全硅分子筛Silicalite-1，活性组分分别占载体质量的百分比为：P₂O₅：6.5％，CuO：0.6％，SnO：1.9％，MoO₃：0.6％。

实施例27：

实施例27中所用的有机溶剂为五氟苯甲腈，其它同实施例26，具体结果见表6。

表6：实施例26-27合成邻羟基苯甲腈的实验结果

由表6可知，采用本发明所提供的反应工艺条件，不仅在由对羟基苯甲酸甲酯制取对羟基苯甲腈的过程中具有较高的转化率与选择性，而且在由邻羟基苯甲酸甲酯制取邻羟基苯甲腈的过程中同样也具有较高的转化率与选择性。

上述实施例中，只为说明本发明的技术来源和合成特点，不能说明本发明仅局限于上述实施例中，凡根据本发明精神实质所做的变化和修改，均属于本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种对(邻)羟基苯甲腈的一步合成方法，其特征在于，包括以下步骤：

将对(邻)羟基苯甲酸甲酯溶于有机溶剂后，与氨气一起经管线进入装有催化剂的固定床反应器中在反应温度250～550℃、反应压力0.1Mpa的条件下一步合成对(邻)羟基苯甲腈；所述的氨气、对(邻)羟基苯甲酸甲酯的质量比为5～8:1，氨气、对(邻)羟基苯甲酸甲酯一起进入固定床反应器的空速为0.5～5.0h^-1；所述的催化剂由活性组分P₂O₅、CuO、SnO和MoO₃与载体捏合而成；所述的有机溶剂为醇类溶剂、腈类溶剂、吡啶类溶剂中的任意一种，有机溶剂与对(邻)羟基苯甲酸甲酯的质量比为1.0～15:1；

所述催化剂的载体为Silicalite-1分子筛；所述催化剂的各活性组分的质量分别占载体质量的百分比为：P₂O₅ 1～8％、CuO 0.3～1.5％、SnO 1.5～2.5％、MoO₃ 0.2～1％。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的氨气、对(邻)羟基苯甲酸甲酯一起进入固定床反应器的空速为0.5～2.0h^-1。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的氨气、对(邻)羟基苯甲酸甲酯一起进入固定床反应器的空速为0.8～1.5h^-1。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的有机溶剂与对(邻)羟基苯甲酸甲酯的质量比为2.5～6.5:1。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的有机溶剂为腈类溶剂。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的醇类溶剂为甲醇或乙醇；所述的腈类溶剂为乙腈、丙腈、戊腈、苯甲腈、五氟苯甲腈中的任意一种；所述的吡啶类溶剂为吡啶、3-甲基吡啶、4-甲基吡啶中的任意一种。

7.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，所述的腈类溶剂为苯甲腈或五氟苯甲腈。