CN107903164A - 同时制备有机酸和环氧丁烷的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及同时制备有机酸和环氧丁烷的方法,以有机醛和丁烯为原料，以氧气或空气为氧化剂，以有机液体溶剂为介质，以吡咯合成金属盐为催化剂，反应温度为50～160℃，反应压力为0.05～3.5Mpa，进行催化反应同时得到有机酸和环氧丁烷。本发明采用的是同时催化有机醛和丁烯进行氧化反应制备相应有机酸和环氧丁烷。在本发明各种反应条件下有机酸和环氧丁烷选的择性均高于95％，条件温和、工艺简单、选择性高、副反应少，产物容易分离。反应过程中温度较低、压力也较低，降低了生产过程的能耗、减少了副反应的可能性，同时安全性也得到了提高。
Description
技术领域
本发明涉及一种制备环氧丁烷的方法，同时涉及一种制备有机酸和环氧丁烷的方法。
背景技术
有机酸(如丙烯酸或甲基丙烯酸或苯甲酸等)的传统氧化合成工艺中，反应的温度高、收率低、副产物多，危险性高，装置投资大。近年来一直在探讨一种新的合成工艺路线，可以降低有机酸的合成反应温度、减少副产物、降低装置投资成本。
环氧丁烷是可用于生产各种聚氧化丁烯醚、非离子表面活性剂、油田破乳剂、农药乳化剂和润湿剂、医药中间体等产品的合成，由于其结构原因，所制成的化学品具有其他产品所不具备的特殊性能，因此应用发展前景十分广阔。
近年来，国内外研究者一直致力于流程简单、副产物少和无污染的生产环氧丁烷的绿色催化工艺的研究。目前环氧丁烷催化氧化的气固相反应，所需的反应条件苛刻，需要较高的温度和压力，且反应的选择性还尚需要进一步提高。
因此，开发一种以氧气或空气为氧化剂，条件温和、工艺简单、选择性高的环氧丁烷生产工艺将具有十分重要的应用前景。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种同时制备有机酸和环氧丁烷的方法，同时催化有机醛和丁烯进行氧化反应同时制备有机酸和环氧丁烷，有机酸和环氧丁烷选的择性均高于95％，条件温和、工艺简单、副反应少、产物容易分离。
本发明所述的同时制备有机酸和环氧丁烷的方法，以有机醛和丁烯为原料，以氧气或空气为氧化剂，以有机液体溶剂为介质，以吡咯合成金属盐为催化剂，反应温度为50～160℃，反应压力为0.05～3.5Mpa，进行催化反应同时得到有机酸和环氧丁烷。
有机醛为丙烯醛、甲基丙烯醛或苯甲醛。
本发明有机醛和丁烯同时进行氧化反应，在工业化后可将两种原来单独进行生产的产品放在一套装置内进行生产，可以降低投资规模、提高生产效率、减少副产物、降低能耗，意义重大。
反应方程式如下：
式中：R代表丙烯基、甲基丙烯基、苯甲基等有机基团。
有机醛和丁烯的摩尔比为1:0.05～1:10，优选1:0.5～1:6。
有机液体溶剂选自甲醇、乙醇、甲酸甲酯、甲酸乙酯、乙酸乙酯、乙酸甲酯、乙酸丙酯、乙腈、甲苯、二氯甲烷或N,N-二甲基甲酰胺中的一种或几种的混合物。
有机液体溶剂为乙醇、乙酸乙酯或乙酸丙酯。
催化剂添加量为5～200ppm，优选5～150ppm。
反应温度为60～140℃，反应压力为0.05～2.5Mpa。
丁烯与氧气的摩尔比为1:0.5～1:6；丁烯与空气中所含氧气的摩尔比为1:0.5～1:6。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)本发明采用的是同时催化有机醛和丁烯进行氧化反应制备相应有机酸和环氧丁烷。在本发明各种反应条件下有机酸和环氧丁烷选的择性均高于95％，反应体系中其他产物主要有有机酸的衍生物、未反应完的有机醛及其衍生物；由于环氧丁烷与有机醛或有机酸及其衍生物的沸点相差较大，反应完成后用简单的蒸馏、精馏操作就可以将各种产物进行分离。
(2)氧气或空气廉价易得且无污染，是最理想的氧源，本发明以丁烯为原料，氧气或空气为氧化剂，条件温和、工艺简单、选择性高。
(3)本发明中有机酸和环氧丁烷的选择性高，反应操作简单、易行、副反应少，产物容易分离。
(4)本发明使用了吡咯合成金属盐作催化剂，使有机醛和丁烯与氧气或空气的氧化反应在液相中进行的，因此反应过程中温度较低、压力也较低，降低了生产过程的能耗、减少了副反应的可能性，同时安全性也得到了提高。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的说明，但本发明的保护范围并不局限于实施例表示的范围。
实施例中所用的试剂均为市售的分析纯试剂。
实施例1
在25mL含有1.0×10-3mmol四吡咯铜盐的乙酸丙酯溶液中，加入5.0mmol丙烯醛，分别充入0.1MPa的丁烯和1.0MPa空气，在温度为65℃下进行搅拌反应，经气相色谱分析，丙烯醛和丁烯的转化率为37％，丙烯酸和环氧丁烷的选择性为95％。
实施例2
在50mL含有1.0×10-3mmol氯代吡咯铁盐的乙酸乙酯溶液中，加入0.1mol的苯甲醛，分别充入0.8MPa的丁烯和2.0MPa的氧气,在温度为90℃下进行搅拌反应，经气相色谱分析，苯甲醛和丁烯的转化率为44％，苯甲酸和环氧丁烷的选择性为94％。
实施例3
在25mL含有5.0×10-4mmol苯基吡咯铁盐的二氯甲烷溶液中，加入0.3mol的苯甲醛，分别充入0.8MPa的丁烯和0.4MPa的氧气，在温度为140℃下进行搅拌反应，经气相色谱分析，苯甲醛和丁烯的转化率为43％，苯甲酸和环氧丁烷的选择性为95％。
实施例4
在50mL含有5.0×10-3mmol硝基吡咯锰盐的乙酸丙酯溶液中，加入0.2mol的丙烯醛，分别充入0.2MPa的丁烯相1.5MPa的空气，在温度为80℃下进行搅拌反应，经气相色谱分析，丙烯醛和丁烯的转化率为38％，丙烯酸和环氧丁烷的选择性为95％。
实施例5
在25mL含有2.0×10-3mmol苯基吡咯镁盐的乙酸乙酯溶液中，加入0.2mmol的丙烯醛，分别充入0.3MPa的丁烯和1.5MPa的空气，在温度为70℃下进行搅拌反应，经气相色谱分析，丙烯醛和丁烯的转化率为41％，丙烯酸和环氧丁烷的选择性为95％。
实施例6
在25mL含有1.0×10-3mmol磺酸化吡咯铁盐的乙酸乙酯溶液中，加入0.03mol的丙烯醛，分别充入0.6MPa的丁烯和1.0MPa的氧气，在温度为50℃下进行搅拌反应，经气相色谱分析，丙烯醛和丁烯的转化率为42％，丙烯酸和环氧丁烷的选择性为95％。
实施例7
在25mL含有1.8×10-3mmol氯代吡咯锰盐的乙酸乙酯溶液中，加入6.0mmol的甲基丙烯醛，分别充入0.6MPa的丁烯和1.8MPa的空气，在温度为60℃下进行搅拌反应，经气相色谱分析，甲基丙烯醛和丁烯的转化率为38％，甲基丙烯酸和环氧丁烷的选择性为95％。
实施例8
在25mL含有1.5×10-3mmol氯化硝基吡咯锰盐的乙酸乙酯溶液中，加入0.2mol的苯甲醛，分别充入0.4MPa的丁烯和0.6MPa的氧气，在温度为60℃下进行搅拌反应，经气相色谱分析，苯甲醛和丁烯的转化率为46％，苯甲酸和环氧丁烷的选择性为95％。
实施例9
在25mL含有0.8×10-3mmol溴化硝基吡咯锰盐的乙酸丙酯溶液中，加入0.3mol的丙烯醛，分别充入0.4MPa的丁烯和0.6MPa的氧气，在温度为90℃下进行搅拌反应，经气相色谱分析，丙烯醛和丁烯的转化率为35％，丙烯酸和环氧丁烷的选择性为95％。
Claims (9)
1.同时制备有机酸和环氧丁烷的方法，其特征在于：原料为有机醛和丁烯，氧化剂为氧气或空气，介质为有机液体溶剂，催化剂为吡咯合成金属盐，反应温度为50～160℃，反应压力为0.05～3.5MPa的条件下，将有机醛和丁烯同时进行催化氧化反应，同时得到有机酸和环氧丁烷。
2.根据权利要求1所述的同时制备有机酸和环氧丁烷的方法，其特征在于：有机醛为丙烯醛、甲基丙烯醛或苯甲醛。
3.根据权利要求1所述的同时制备有机酸和环氧丁烷的方法，其特征在于：有机醛和丁烯的摩尔比为1:0.05～1:10。
4.根据权利要求3所述的同时制备有机酸和环氧丁烷的方法，其特征在于：有机醛和丁烯的摩尔比为1:0.5～1:6。
5.根据权利要求1所述的同时制备有机酸和环氧丁烷的方法，其特征在于：有机液体溶剂选自甲醇、乙醇、甲酸甲酯、甲酸乙酯、乙酸乙酯、乙酸甲酯、乙酸丙酯、乙腈、甲苯、二氯甲烷或N,N-二甲基甲酰胺中的一种或几种的混合物。
6.根据权利要求5所述的同时制备有机酸和环氧丁烷的方法，其特征在于：有机液体溶剂为乙醇、乙酸乙酯或乙酸丙酯。
7.根据权利要求1所述的同时制备有机酸和环氧丁烷的方法，其特征在于：催化剂添加量为5～200ppm。
8.根据权利要求1所述的同时制备有机酸和环氧丁烷的方法，其特征在于：反应温度为60～140℃，反应压力为0.05～2.5Mpa。
9.根据权利要求1所述的同时制备有机酸和环氧丁烷的方法，其特征在于：丁烯与氧气的摩尔比为1:0.5～1:6；丁烯与空气中所含氧气的摩尔比为1:0.5～1:6。
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