CN108484505B - 一种2-甲基咪唑的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种2‑甲基咪唑的制备方法，包括如下步骤：将氨水和碳酸氢铵在低于18℃下混合均匀；将温度升高至18~22℃，向步骤S1的混合溶液中加入乙醛反应3~4h，反应完后保温反应0.3~0.8h；再升高温度至40～44℃，再向步骤S2的混合溶液中投入乙二醛反应3~5h，反应完成后，将温度升高至45~47℃保温反应0.8~1.2h；最后将反应液浓缩成饱和溶液，调节饱和溶液的pH值至7~9结晶，再经过离心分离及后续的处理得到2‑甲基咪唑。本发明提供的方法通过对反应原料、反应工艺过程和参数的调整，提高了最终产品的反应收率、纯度并降低了生产成本。
Description
技术领域
本发明属于化学合成技术领域，具体涉及一种2-甲基咪唑的制备方法。
背景技术
2-甲基咪唑分子式为C4H6N2，相对分子质量为82.11，外观为淡黄色晶体，熔点142~143℃，沸点267℃，溶于水和醇，难溶于冷苯。2-甲基咪唑是合成甲硝唑、替硝唑、奥硝唑等抗厌氧菌感染药物的中间体，也广泛用作环氧树脂的固化剂。目前2-甲基咪唑的合成方法，主要有以下几种：（1）腈胺法：乙二胺与乙腈混合，用硫磺做催化剂，在一定的条件下反应，然后加锌粉脱硫，再加雷尼镍在高温下脱氢，最后经过滤、浓缩得成品；（2）乙二醛法：由乙二醛、乙醛、氨水作为原料在一定的条件下进行环合反应，再减压浓缩、离心分离后即得成品；（3）乙醛硝酸氧化直接法：将乙醛用硝酸氧化所得的乙二醛不精制，直接用于2-甲基咪唑的合成，并将乙二醛和乙醛的混合液滴加到碳酸氢铵溶液中。腈胺法因为成本较高，反应温度高，反应设备要求严格等缺点，目前已经很少使用；乙二醛法对乙二醛的要求较高，目前国内所使用的乙二醛主要靠进口，原料成本高，且乙二醛浓度高低对收率的影响很大，另外此方法制得的2-甲基咪唑的纯度较低；乙醛硝酸氧化直接法制乙二醛的过程中存在收率低的问题，且用乙二醛、乙醛和碳酸氢铵反应生成的中间体的溶解度很小，影响体系的平衡，会使得2-甲基咪唑的收率偏低。
发明内容
本发明的目的在于克服上述技术不足，提出一种收率高、纯度高且成本低的2-甲基咪唑的制备方法。
为达到上述技术目的，本发明的技术方案提供一种2-甲基咪唑的制备方法，包括如下步骤：
S1.将氨水和碳酸氢铵在低于18℃下混合均匀；
S2.将温度升高至18~22℃，向步骤S1的混合溶液中加入乙醛反应3~4h，反应完后保温反应0.3~0.8h；
S3.再升高温度至40～44℃，再向步骤S2的混合溶液中投入乙二醛反应3~5h，反应完成后，将温度升高至45~47℃保温反应0.8~1.2h；
S4.反应完成后，将步骤S3中的反应液浓缩成饱和溶液，然后向饱和溶液中加碱，将饱和溶液的pH调节至7~9结晶，结晶完成后，进行离心分离，固体经脱色、结晶、分离后得到2-甲基咪唑精品。
与现有技术相比，本发明的有益效果包括：本发明采用碳酸氢铵替代部分氨水，碳酸氢铵会缓慢释放氨，维持反应体系内的氨平衡，有利于反应向正向移动，提高反应收率；且加入碳酸氢铵后，使反应体系呈碱性环境，有利于2-甲基咪唑晶体析出；由于氨水和碳酸氢铵混合时会放热，为了避免原料挥发浪费，选择在18℃以下加入氨水和碳酸氢铵；选择18~22℃加入乙醛进行反应，在保证了反应速率的情况下，避免了原料的挥发浪费，在乙醛、氨水和碳酸氢铵反应完成后继续保温反应0.3~0.8h，可以使乙醛、氨水和碳酸氢铵充分反应，提高产物收率，同时也可以赶走未反应完的原料，避免未反应完的原料参与后续的反应，发生副反应，使总的反应收率下降；再在温度为40～44℃时加入乙二醛参与反应，因为若温度过高，会发生副反应，生成杂质，影响产品的纯度和反应收率，温度过低反应速率比较慢；在结晶过程中调节溶液的pH至碱性环境，有利于2-甲基咪唑结晶析出，缩短了结晶时间，降低了生产成本。本发明提供的方法通过对反应原料、反应工艺过程和参数的调整，提高了最终产品的反应收率、纯度并降低了生产成本，同时氨水使用量的减少也改善了工人的工作环境。
具体实施方式
本实施例提供了一种2-甲基咪唑的制备方法，包括如下步骤：
（1）将反应釜的温度降至18℃以下，以重量份数计，将质量浓度为22~23%的氨水685~777份（折纯量），碳酸氢铵100~150份投入反应釜中，搅拌混合均匀；
若碳酸氢铵替代氨水的量太多，会增加生产成本，尾气的排放量也会加大，也不利于后续2-甲基咪唑浓缩；若碳酸氢铵替代氨水的量太少，会影响2-甲基咪唑成品的颜色和晶体结构的稳定性，所以选择氨水的重量份为685~777份（折纯量），碳酸氢铵的重量比为100~150份；
（2）向反应釜中加入质量浓度为48~50%的乙醛840~977份（折纯量），搅拌混合均匀后，将反应釜的温度升高至18~22℃，将混合液在此温度下反应3~4h，反应完成后保持温度不变，继续保温反应0.3~0.8h；
乙醛原料的价格比较高，且高浓度的乙醛容易挥发，但若乙醛的浓度太低，不利于反应向正向移动，对反应收率有影响，所以选择质量浓度为48~50%的乙醛，在此浓度范围，有利于降低成本，并提高反应收率。
（3）再向反应釜中投入质量浓度为40~42%的乙二醛1220份（折纯量），再进一步升高反应釜的温度至40~44℃，反应3~5h，反应完后，升高反应釜的温度至45~47℃，并在此温度下保温反应0.8~1.2h；
（4）待步骤（3）中保温反应完成后，在温度≤67℃，蒸汽压力≥0.2Mpa，循环水压力≥0.2Mpa，真空度≤-0.08Mpa的条件下将反应液浓缩成饱和溶液，将饱和溶液转入结晶槽中，然后向结晶槽中加入碱，将饱和溶液的pH调节至7~9结晶，待结晶完成后，在-5~15℃条件下进行固液分离，将固体经活性碳脱色、结晶、离心分离后得到离心母液和2-甲基咪唑精品，离心母液作为下次套用。
若离心分离的温度高于15℃，则大部分的2-甲基咪唑会溶解在母液中，会导致2-
甲基咪唑的收率偏低，若离心分离的温度低于-5℃，分离后的固体中会含有较多的杂质。
下面将结合具体实施例对本发明提供的2-甲基咪唑的制备方法予以进一步说明。下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
实施例1：
（1）将反应釜的温度降至18℃以下，向反应釜中投入折纯量为685kg的质量浓度为22%的氨水，碳酸氢铵140kg，搅拌混合均匀；
（2）向反应釜中再加入折纯量为884kg的质量浓度为48.5%的乙醛，搅拌均匀后，升高反应釜的温度至18℃，在此温度下反应3h，反应完成后在18℃下继续保温反应0.3h；
（3）再向反应釜中加入折纯量为1220kg的质量浓度为41%的乙二醛，再进一步升高反应釜的温度至40℃，反应3h后，再升高反应釜的温度至45℃，保温反应0.8h；
（4）待步骤（3）中保温反应完成后，在温度低于67℃，蒸汽压力≥0.2Mpa，循环水压力≥0.2Mpa，真空度≤-0.08Mpa的条件下将反应液浓缩成饱和溶液，将饱和溶液转入结晶槽中，然后向结晶槽中加入片碱，调节饱和溶液的pH为7进行结晶，待结晶完成后，在-5℃进行固液分离，分离出来的固体经过活性炭脱色、结晶、离心分离后得到离心母液和白色的2-甲基咪唑颗粒状结晶，离心母液作为下次套用。
实施例2：
（1）将反应釜的温度降至18℃以下，向反应釜中投入折纯量为738kg的质量浓度为22%的氨水，碳酸氢铵150kg，搅拌混合均匀；
（2）向反应釜中再加入折纯量为928kg的质量浓度为48%的乙醛，搅拌均匀后，升高反应釜的温度至20℃，在此温度下反应3.5h，反应完成后在20℃下继续保温反应0.5h；
（3）再向反应釜中加入折纯量为1220kg的质量浓度为40%的乙二醛，再进一步升高反应釜的温度至42℃，反应4h后，再升高反应釜的温度至46℃，保温反应1h；
（4）待步骤（3）中保温反应完成后，在温度低于67℃，蒸汽压力≥0.2Mpa，循环水压力≥0.2Mpa，真空度≤-0.08Mpa的条件下将反应液浓缩成饱和溶液，将饱和溶液转入结晶槽中，然后向结晶槽中加入片碱，调节饱和溶液的pH为8进行结晶，待结晶完成后，在5℃进行固液分离，分离出来的固体经过活性炭脱色、结晶、离心分离后得到离心母液和白色的2-甲基咪唑颗粒状结晶，离心母液作为下次套用。
实施例3：
（1）将反应釜的温度降至18℃以下，向反应釜中投入折纯量为738kg的质量浓度为22.8%的氨水，碳酸氢铵130kg，搅拌混合均匀；
（2）向反应釜中再加入折纯量为977kg的质量浓度为49%的乙醛，搅拌均匀后，升高反应釜的温度至22℃，在此温度下反应4h，反应完成后在22℃下继续保温反应0.8h；
（3）再向反应釜中加入折纯量为1220kg的质量浓度为40.5%的乙二醛，再进一步升高反应釜的温度至44℃，反应5h后，再升高反应釜的温度至47℃，保温反应1.2h；
（4）待步骤（3）中保温反应完成后，在温度低于67℃，蒸汽压力≥0.2Mpa，循环水压力≥0.2Mpa，真空度≤-0.08Mpa的条件下将反应液浓缩成饱和溶液，将饱和溶液转入结晶槽中，然后向结晶槽中加入片碱，调节饱和溶液的pH为9进行结晶，待结晶完成后，在15℃进行固液分离，分离出来的固体经过活性炭脱色、结晶、离心分离后得到离心母液和白色的2-甲基咪唑颗粒状结晶，离心母液作为下次套用。
采用实施例2中的方法制备实施例4~11的2-甲基咪唑产品，各阶段的反应温度和反应时间均同实施例2，其他条件见表1。
表1实施例4~11各原料物质的加入量
氨水 乙醛 乙二醛 碳酸氢铵
浓度(%) 折纯量(kg) 浓度(%) 折纯量(kg) 浓度(%) 折纯量(kg) 投入量(kg)
实施例4 22 740 48 930 40 1220 150
实施例5 22.6 740 47.5 977 41.5 1220 110
实施例6 22 746 49 924 40 1220 110
实施例7 23 765 50 924 40 1220 110
实施例8 22.8 777 49 977 40.5 1220 135
实施例9 22.4 777 50 930 42 1220 120
实施例10 23 777 48.5 977 41 1220 100
实施例11 23 777 50 840 40 1220 150
采用实施例1~11的方法制得的2-甲基咪唑的产量、纯度和收率见表2。
表2实施例1~10中2-甲基咪唑的纯度和收率
产量（kg） 纯度（%） 收率（%）
实施例1 1630 92.5 91.50
实施例2 1726 92.3 92.23
实施例3 1723 92.6 92.4
实施例4 1730 92.5 92.69
实施例5 1740 93 93.7
实施例6 1719 92.8 92.58
实施例7 1715 93 92.6
实施例8 1765 92.6 92.64
实施例9 1755 92 93.49
实施例10 1770 92.4 94.7
实施例11 1554 93.1 92.45
由表2可以看出，采用实施例1~11的方法制得的2-甲基咪唑的纯度高达92%，收率高达91.5%，最高可达到94.7%。
以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。
Claims (7)
1.一种2-甲基咪唑的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1.将氨水和碳酸氢铵在低于18℃下混合均匀；
S2.将温度升高至18~22℃，向步骤S1的混合溶液中加入乙醛反应3~4h，反应完后保温反应0.3~0.8h；
S3.再升高温度至40～44℃，再向步骤S2的混合溶液中投入乙二醛反应3~5h，反应完成后，将温度升高至45~47℃保温反应0.8~1.2h；
S4.反应完成后，将步骤S3中的反应液浓缩成饱和溶液，然后向饱和溶液中加碱，将饱和溶液的pH调节至7~9结晶，结晶完成后，进行离心分离，固体经脱色、结晶、分离后得到2-甲基咪唑精品。
2.根据权利要求1所述的2-甲基咪唑的制备方法，其特征在于，以折纯量计，氨水、乙醛、碳酸氢铵、乙二醛的质量比为685~777：840~977：100~150：1220。
3.根据权利要求2所述的2-甲基咪唑的制备方法，其特征在于，以折纯量计，氨水、乙醛、碳酸氢铵、乙二醛的质量比为777：977：100：1220。
4.根据权利要求1所述的2-甲基咪唑的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中乙醛的质量浓度为48~50%。
5.根据权利要求1所述的2-甲基咪唑的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中乙二醛的质量浓度为40~42%。
6.根据权利要求1所述的2-甲基咪唑的制备方法，其特征在于，所述步骤S4中将反应液浓缩成饱和溶液的浓缩温度不高于67℃。
7.根据权利要求1所述的2-甲基咪唑的制备方法，其特征在于，所述步骤S4中离心分离的温度为-5~15℃。
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