CN107573284A - 一种8‑羟基喹啉的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种8‑羟基喹啉的制备方法，将喹啉和磺化剂均匀混合进行磺化反应，水解得到反应固体和反应液；B)在催化剂的作用下，将上述步骤A)得到的反应固体、水和无机强碱加热进行反应，得到8‑羟基喹啉；所述催化剂为甲醇、乙醇和异丙醇中的一种或几种。本发明通过在反应过程中添加催化剂，降低了8‑羟基喹啉生产过程中碱熔步骤的反应温度，从而降低对设备的要求，也降低了实际生产中的危险系数，使得反应条件温和、易于操作，同时还具有较高的纯度和收率。同时，本发明通过添加催化剂，降低无机强碱的用量，大大降低了生产成本。此外，本发明还将磺化反应中的反应液回用于后续的酸化过程中，减少了废液的排放，实现了清洁生产。
Description
技术领域
本发明属于有机合成技术领域，尤其涉及一种8-羟基喹啉的制备方法。
背景技术
8-羟基喹啉是一个重要的有机合成中间体，其合成工艺及衍生物的制备、生物活性的研究是目前化学、药学和医学界的热点内容之一。8-羟基喹啉作为性能优异的金属离子螯合剂，已广泛应用于冶金工业和分析化学中的金属元素化学分析、金属离子的萃取、光度分析和金属防腐。由于8-羟基喹啉以及衍生物大多数具有生物活性，在医药工业领域内的应用也十分广泛。8-羟基喹啉直接用作消毒剂，它的卤化衍生物、硝化以及N-氧化物是合成药物的原料，还作为合成农药、染料和其他功能材料的中间体。如把8-羟基喹啉键合在高分子树脂上，使其高分子化，在分析、环境和材料以及电致发光、导电聚合物等方面有广。
8-羟基喹啉的制备方法有喹啉磺化碱融、氯代喹啉水解，氨基喹啉水解和Skraup合成等四种方法，如下：
方法(1)：喹啉磺化碱融的制备方法主要是以喹啉为原料，经过磺化，碱融，中和，蒸馏和水蒸汽蒸馏等过程得到；
方法(2)：以邻氨基苯酚、甘油或丙烯醛为主要原料，经过环合、中和、蒸馏和重结晶等工序得到8-羟基喹啉；
方法(3)和(4)是以8-氨基或8-卤代喹啉为原料，经水解反应得到8-羟基喹啉，该种方法原料难以获得，所以只有一些特殊结构的8-羟基喹啉衍生物制备才有价值。喹啉磺化碱熔和Skraup合成是工业上具有竞争力的两种合成方法，而从目前市场来看，喹啉磺化碱熔法工艺更简单，成本上更具优势，并且提高了喹啉资源的利用价值。
喹啉磺化碱熔法是由喹啉经过磺化、碱熔两步反应制得，其中在第二步碱熔过程中需要高温的生产条件下，与大量的强碱进行反应。现有技术中公开了一种制备8-羟基喹啉的方法，如CN104230800，提出的一种制备8-羟基喹啉的方法，其在345℃的高温条件下与8倍摩尔数的固体氢氧化钠进行碱熔。这样的工艺条件在生产中无疑对设备要求较高，对安全生产的要求也较高，而实际生产中依然不可避免的增加了危险性，而且生产成本高。对比现有的国内文献的报道，碱熔过程同样存在高温高压以及强碱使用量大的问题。
因此，如何降低8-羟基喹啉生产过程中碱熔步骤的温度，从而降低对设备的要求，也降低了实际生产中的危险系数，从本质上达到安全生产的标准，同时又降低8-羟基喹啉的生产成本，这成了业内各8-羟基喹啉生产厂家广泛关注的焦点。
发明内容
有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种8-羟基喹啉的制备方法，通过本发明提供的制备方法降低了8-羟基喹啉生产过程中碱熔步骤的反应温度，从而降低对设备的要求，也降低了实际生产中的危险系数，使得反应条件温和、易于操作，降低生产成本。具体技术方案如下：
一种8-羟基喹啉的制备方法，包括以下步骤：
A)将喹啉和磺化剂发生磺化反应后，加水稀释冷却后得到反应固体和反应液；
B)在催化剂的作用下，将上述步骤A)得到的反应固体、水和无机强碱加热进行反应，得到8-羟基喹啉；
所述催化剂为甲醇、乙醇和异丙醇中的一种或几种。
优选的，所述步骤B)中加热温度为150～190℃。
优选的，所述步骤B)中反应的压力为1.4～1.8MPa。
优选的，所述步骤B)具体为：
B1)在催化剂的作用下，将上述步骤A)得到的反应固体、水、氢氧化钠或氢氧化钾加热进行反应，得到反应混合物；
B2)将步骤B1)得到的反应混合物与步骤A)得到的反应液混合后，得到8-羟基喹啉。
优选的，所述磺化剂为氯磺酸、硫酸、发烟硫酸、三氧化硫中的一种或几种。
优选的，所述磺化剂与喹啉的质量比为2～10∶1。
优选的，所述无机强碱为氢氧化钠或氢氧化钾中的一种或两种。
优选的，所述无机强碱与喹啉的摩尔比为3～7∶1。
优选的，所述催化剂与喹啉的质量比为1∶(7.5～8.5)。
优选的，所述无机强碱的质量占无机强碱与水的总质量的比例为0.4～0.8∶1。
与现有技术相比，本发明通过在反应过程中添加催化剂，降低了8-羟基喹啉生产过程中碱熔步骤的反应温度，从而降低对设备的要求，也降低了实际生产中的危险系数，使得反应条件温和、易于操作，同时还具有较高的纯度和收率。同时，本发明通过添加催化剂，降低无机强碱的用量，大大降低了生产成本。此外，本发明还将磺化反应中的反应液回用于后续的酸化过程中，减少了废液的排放，实现了清洁生产。实验结果表明，本发明碱熔步骤的温度为150～190℃，强碱的使用量为3～5∶1。
附图说明
图1是实施例中产物的红外谱图；
图2是实施例中产物的核磁谱图。
具体实施方式
下面，对本发明的实施例进行详细说明，但所述内容不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应归属于本发明的保护涵盖范围之内。另外，需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明创造中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
本发明所有原料，对其来源没有特别限制，在市场上购买的即可。
本发明对所有原料的纯度没有特别限制，以本领域技术人员熟知的8-羟基喹啉生产中常规的原料纯度即可，优选为工业纯。
本发明首先将喹啉和磺化剂发生磺化反应后，加水稀释冷却后得到反应固体和反应液；所述磺化剂优选为氯磺酸、硫酸、发烟硫酸、SO3中的一种或几种，更优选为氯磺酸、硫酸、发烟硫酸或SO3，最优选为发烟硫酸；所述磺化剂与喹啉的质量比优选为2～10∶1，更优选为2～6∶1；所述磺化反应的温度优选100～150℃，更优选为110～115℃；所述磺化反应的时间优选为2～5小时，更优选为3～3.5小时。
本发明对发烟硫酸没有特别限制，以本领域技术人员熟知的发烟硫酸的种类即可，优选为65％的发烟硫酸；本发明对磺化反应的其他条件没有特别限制，以本领域技术人员熟知的喹啉磺化反应的条件即可。本发明为保证磺化反应稳定进行，优选在反应在低温下进行滴加喹啉；本发明对滴加的方法没有特别限制，以本领域技术人员熟知的此类反应的方法即可，本发明优选按照以下步骤进行，在低温下，将喹啉缓慢滴加到到磺化剂中。所述低温的温度优选为5～80℃，更优选为20～30℃；所述缓慢加入的时间优选为1～6小时，更优选为2.5～3小时；所述混合的方式优选为搅拌混合；本发明为提高混合的均匀度，优选在喹啉加入完成后，继续搅拌；所述搅拌的时间优选为20～40分钟，更优选为25～35分钟；本发明对搅拌的方式没有特别限制，以本领域技术人员熟知的搅拌方式即可；本发明对上述混合的其他条件没有特别限制，以本领域技术人员熟知的磺化反应前的混合条件即可，本发明为了提高磺化度，优选升温后继续搅拌，温度优选100～150℃，更优选为110～115℃，所述保温时间为2～5小时，更优选为3～3.5小时。
本发明在上述磺化反应完成后，将反应混合液降温后在在冰水中进行水解，得到反应固体和反应液。所述冰水与磺化液的质量比优选1～4∶1，更优选为1∶1；所述水解液温度降低到0～30℃，优选为0～5℃。
本发明在上述水解过程完成后，过滤得到反应固体和反应液。本发明对所述过滤的方式没有特别限制，以本领域技术人员熟知的过滤方式即可；本发明对过滤的条件没有特别限制，以本领域技术人员熟知的过滤条件即可。
本发明在催化剂的作用下，将上述步骤A)得到的反应固体、水和无机强碱加热进行反应，即碱熔反应，得到8-羟基喹啉；所述催化剂优选为甲醇、乙醇和丙醇中的一种或几种，更优选为甲醇、乙醇或异丙醇，最优选为甲醇或乙醇；所述无机强碱优选为氢氧化钠或氢氧化钾中的一种或两种，更优选为氢氧化钠或氢氧化钾；所述催化剂与喹啉的质量比优选为1∶(7.5～8.5)，更优选为1∶(7.8～8.1)；所述无机强碱与喹啉的摩尔比优选为3～6∶1，更优选为3～4∶1；所述无机强碱的质量占无机强碱与水的总质量的比例优选为0.4～0.8∶1，更优选为0.6～0.7∶1；所述加热的温度优选为150～190℃，更优选为160～180℃；所述反应的压力优选为1.4～1.8MPa，更优选为1.5～1.7MPa；所述反应时间优选为5～9小时，更优选为6～8小时。
本发明对反应的其他条件没有特别限制，以本领域技术人员熟知的碱熔反应的条件即可；本发明对加热的方式没有特别限制，以本领域技术人员熟知的加热方式即可；本发明对反应容器没有特别限制，以本领域技术人员熟知的用于碱熔反应的反应容器即可，优选为高压反应釜。
本发明通过在碱熔反应过程中添加催化剂，降低了碱熔步骤的反应温度，从而降低对设备的要求，也降低了实际生产中的危险系数，使得反应条件温和、易于操作。
本发明在催化剂、反应固体、水和无机强碱加热进行碱熔反应后，得到反应混合物，为保证所得产品的纯度，优选先将催化剂进行回收；本发明对所述回收的具体步骤没有特别限制，以本领域技术人员熟知的回收方法即可，优选为先向反应混合物中加入抗氧化剂，然后过滤回收催化剂；本发明对所述抗氧化剂没有特别限制，以本领域技术人员熟知的抗氧化剂即可，优选为亚硫酸钠、亚硫酸氢钠、亚硫酸氢铵或硫代硫酸钠；本发明对所述过滤的方式没有特别限制，以本领域技术人员熟知的过滤方式即可。
本发明将上述步骤处理后的反应混合物与本发明磺化反应所得到的反应液混合，进行酸化后得到8-羟基喹啉；本发明对所述混合酸化的温度没有特别限制，以本领域技术人员熟知的生产8-羟基喹啉过程中酸化处理的温度即可，优选为40～70℃，更优选为40～50℃；本发明对反应液的加入量没有特别限制，以保证上述反应混合物在pH值为6～7的条件下进行酸化即可。本发明在前述酸化过程中，采用磺化反应中的反应液代替酸液进行酸化，从而减少了废液的排放，实现了清洁生产。
本发明在上述酸化过程完成后，优选经过降温，离心、干燥和精馏等后处理步骤后，最终得到8-羟基喹啉。本发明对所述降温的所达到温度优选0～20℃，更优选0～5℃；本发明对所述离心的条件没有特别限制，以本领域技术人员熟知的此类反应的离心条件即可；本发明对所述离心的方式没有特别限制，以本领域技术人员熟知的离心方式即可；本发明对干燥的方式没有特别限制，以本领域技术人员熟知的干燥方式即可，优选采用真空干燥；本发明对真空干燥的条件没有特别限制，以本领域技术人员熟知的真空干燥条件即可；本发明对所述真空干燥的温度优选为60℃。
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的8-羟基喹啉的制备方法进行详细说明，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。
实施例1
首先将250g的65％发烟硫酸放入500ml三口瓶中，在搅拌条件下，缓慢加入100g的喹啉，保持温度在60℃以下，3小时内加完，再搅拌30分钟后，缓慢升温到120℃，保温3小时后，冷却至室温。将磺化液在搅拌的条件下缓慢加入到400g冰水中，滴加完毕后，冷却到5℃左右，过滤、洗涤、干燥，得到140g 8-喹啉磺酸。
将上述方法得到的8-喹啉磺酸52g、40g水、40g氢氧化钠和5ml催化剂甲醇加入到高压反应釜中，密封升温到180℃，压力为1.5MPa，进行碱熔反应，反应7小时后，降温至60℃，泄压并加入100ml水搅拌，然后将反应混合物转入500ml三口瓶中，加入100ml水稀释后蒸馏回收催化剂。回收完毕后，向反应混合物中加入磺化反应得到的反应液，直到上述混合体系pH值为6.8，将中和体系冷却到5℃，离心得到的固体用少量水洗涤后干燥，精馏后得到31g白色8-羟基喹啉，产物的红外谱图和核磁谱图如图1和图2所示。
实施例2
首先将300g的65％发烟硫酸放入500ml三口瓶中，在搅拌条件下，缓慢加入125g的喹啉，保持温度在40℃以下，3小时内加完，再搅拌30分钟后，缓慢升温到115℃，保温3小时后，冷却至室温。将磺化液在搅拌的条件下缓慢加入到425g冰水中，滴加完毕后，冷却到5℃左右，过滤、洗涤、干燥，得到183g 8-喹啉磺酸。
将上述方法得到的8-喹啉磺酸52g、60g水、57g氢氧化钾和6ml催化剂异丙醇加入到高压反应釜中，密封升温到170℃，压力为1.4MPa，进行碱熔反应，反应7小时后，降温至70℃，泄压并加入100ml水搅拌，然后将反应混合物转入500ml三口瓶中，加入100ml水稀释后蒸馏回收催化剂。回收完毕后，向反应混合物中加入磺化反应得到的反应液，直到上述混合体系pH值为6.8，将中和体系冷却到5℃，离心得到的固体用少量水洗涤后干燥，精馏后得到32g白色8-羟基喹啉。
实施例3
首先将300g的65％发烟硫酸放入500ml三口瓶中，在搅拌条件下，缓慢加入120g的喹啉，保持温度在40℃以下，3小时内加完，再搅拌30分钟后，缓慢升温到110℃，保温3小时后，冷却至室温。将磺化液在搅拌的条件下缓慢加入到425g冰水中，滴加完毕后，冷却到5℃左右，过滤、洗涤、干燥，得到180g 8-喹啉磺酸。
将上述方法得到的8-喹啉磺酸52g、50g水、40g氢氧化钠和7ml催化剂乙醇加入到高压反应釜中，密封升温到190℃，压力为1.6MPa，进行碱熔反应，反应8小时后，降温至70℃，泄压并加入100ml水搅拌，然后将反应混合物转入500ml三口瓶中，加入100ml水稀释后蒸馏回收催化剂。回收完毕后，向反应混合物中加入磺化反应得到的反应液，直到上述混合体系pH值为6.8，将中和体系冷却到5℃，离心得到的固体用少量水洗涤后干燥，精馏后得到33g白色8-羟基喹啉。
Claims (10)
1.一种8-羟基喹啉的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
A)将喹啉和磺化剂均匀混合进行磺化反应，水解得到反应固体和反应液；
B)在催化剂的作用下，将上述步骤A)得到的反应固体、水和无机强碱加热进行反应，得到8-羟基喹啉；
所述催化剂为甲醇、乙醇和异丙醇中的一种或几种。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤B)中加热温度为150～190℃。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤B)中反应压力为1.4～1.8MPa。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤B)具体为：
B1)在催化剂的作用下，将上述步骤A)得到的反应固体、水、氢氧化钠或氢氧化钾加热进行反应，得到反应混合物；
B2)将步骤B1)得到的反应混合物与步骤A)得到的反应液混合后，得到所述8-羟基喹啉。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述磺化剂为氯磺酸、硫酸、发烟硫酸、三氧化硫中的一种或几种。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述磺化剂与喹啉的质量比为2～10∶1。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述无机强碱为氢氧化钠或氢氧化钾中的一种或两种。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述无机强碱与喹啉的摩尔比为3～7∶1。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述催化剂与喹啉的质量比为1∶(7.5～8.5)。
10.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述无机强碱的质量占无机强碱与水总质量的比例为0.4～0.8∶1。
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