CN109438215A - 一种羰基合成苯乙酸的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种羰基合成苯乙酸的方法，属于苯乙酸合成技术领域。所述方法以氯化苄、氢氧化钠和CO为原料，以四羰基钴—甲醇溶液为催化剂，在一定的温度和压力下通过羰基化反应生成苯乙酸钠，后经萃取、酸化、过滤、结晶获得产品苯乙酸。本发明采用四羰基钴—甲醇溶液做催化剂，具有更好的活性和经济性，且较铑、铂、铁、锰等金属催化剂更易回收，钴回收率达90％以上；本发明工艺在低压低温下进行，反应条件温和，对设备材质要求不高，工艺过程中无剧毒物、恶臭物等产生，所生成的副产物易分离和处理，污染少，环境友好；原料转化率大于99％，苯乙酸收率达85％以上，产品苯乙酸纯度达99.0％以上。

Description

一种羰基合成苯乙酸的方法
技术领域
本发明属于苯乙酸合成技术领域，具体为一种羰基合成苯乙酸的方法。
背景技术
苯乙酸是重要的化工原料，广泛用作医药、农药和香料的中间体。目前，国内苯乙酸的主要用途是用于青霉素的生产，在青霉素的生产过程中添加苯乙酸用于提高发酵单位，每生产1吨青霉素需用0.8吨苯乙酸。
苯乙酸的生产方法很多，已实现工业化的生产方法有氰化钠法、苯乙酰胺法和羰基合成法。
氰化钠法(苯乙腈水解法)以甲苯为原料，通氯生成氯化苄，经与氰化钠反应生成苯乙腈，再经水解和酸化后得到苯乙酸。国内苯乙酸生产大多采用该工艺，该工艺的特点是工艺简单、水解工序收率高，但也存在总收率低、总成本高的缺点。更主要的是，该工艺需用剧毒氰化钠为原料，废水量大，污染严重，处理困难，属于非绿色化工领域，我国已限制氰化钠法工艺的建厂。
苯乙酰胺水解法是以苯乙烯为原料，经与氨水、硫磺反应生成苯乙酰胺，再水解生成苯乙酸。该法的主要缺点是反应物复杂、分离难、副产物恶臭、污染环境，限制了此工艺路线的应用。
羰基合成法生成苯乙酸是目前较新的工艺路线。从上世纪80年代开始，德国、日本、美国、意大利等国均有研究报道。国内先后有中科院兰州化物所、四川大学、大连理工大学等开展了该工艺及其催化剂的研究，但未见工业化报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种全新的羰基合成苯乙酸的方法，通过以下技术方案来实现：
一种羰基合成苯乙酸的方法，所述方法以氯化苄、氢氧化钠和CO为原料，以四羰基钴—甲醇溶液为催化剂，在一定的温度和压力下通过羰基化反应生成苯乙酸钠，后经萃取、酸化、过滤、结晶获得产品苯乙酸。
本发明羰基合成苯乙酸的方法，以氯化苄、氢氧化钠和CO为原料，以四羰基钴—甲醇溶液为催化剂，在一定的温度、压力和催化剂的作用下，氯化苄中的Cl-被CO取代，发生羰基化反应，增加一个碳链，再与NaOH反应生成苯乙酸钠，苯乙酸钠经萃取分离后，与HCl发生酸化反应，生成粗品苯乙酸，后经过滤、结晶，得到精制苯乙酸。
本方法的化学反应主要包括两个反应：
A、羰基合成
C6H5CH2Cl+2NaOH+CO→C6H5CH2COONa+NaCl+H2O
B、酸化反应
C6H5CH2COONa+HCl→C6H5CH2COOH+NaCl
具体地，本发明一种羰基合成苯乙酸的方法，主要包括以下步骤：
(1)合成反应：在反应釜中，用CO气置换空气后，加入催化剂四羰基钴—甲醇溶液，开始升温，连续通入CO气，滴加氯化苄和氢氧化钠，直至羰化反应结束；
合成反应中，O2的存在会破坏催化剂活性，使目标产物收率下降，因此，实验前，需用CO气置换反应釜中的空气三次或以上。
(2)后处理及催化剂回收：羰化反应结束后，降温并停止通CO气，改通空气使四羰基钴全部氧化成氧化钴和/或氢氧化钴，然后将反应液过滤，滤渣用以钴回收，滤液入精馏塔回收甲醇；
(3)产品精制：回收甲醇后的余液入萃取釜，并加入有机溶剂萃取，静置，进行相分离；相分离后的水层经酸化，过滤，洗涤滤饼，烘干后得到苯乙酸粗品；粗品经重结晶、过滤、烘干，即得到精制苯乙酸。
进一步，所述催化剂以甲醇和氯化钴为原料，在金属反应釜中通入CO进行羰基化反应制得，并用0.2～0.3MPa的CO气封存于储罐中，使用时，计量放出。
进一步，所述催化剂与氯化苄的摩尔比为0.01:1～0.2:1，所述氯化苄和氢氧化钠的摩尔比为1:1～1:4。若催化剂与氯化苄的摩尔比例低于下限，则参与反应的原料太少或几乎不反应，无实验意义；若催化剂与氯化苄的摩尔比例高于上限，除增加催化剂成本外，还增加高聚物含量。
进一步，所述CO的纯度不低于99.0％。
进一步，所述羰化反应温度为40～100℃，压力为0.1～10MPa，时间为4～8小时。羰化反应的活化能较低，是一种较为温和的化学反应，在较低温度和压力下就能实现，温度过低，原料转化率太低，而温度超过100℃时，会生成大量副产物，使苯乙酸收率大大降低，且造成分离的困难。
进一步，所述酸化采用盐酸酸化，氯化氢含量为37.0～38.0％。
进一步，所述改通空气的时间为1.0～2.0小时。
进一步，所述有机溶剂为苯、甲苯、二甲苯中的一种或几种。
进一步，步骤(3)中，所述相分离得到的有机层累积后，蒸馏回收有机溶剂，可反复使用；所述重结晶时的滤液留存，供下一次使用。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明采用四羰基钴—甲醇溶液做催化剂，具有更好的活性和经济性，且较铑、铂、铁、锰等金属催化剂更易回收，钴回收率达90％以上；
2、本发明工艺在低压低温下进行，反应条件温和，对设备材质要求不高；
3、本发明工艺过程中无剧毒物、恶臭物等产生，所生成的副产物易分离和处理，污染少，环境友好；
4、本发明本工艺原料转化率大于99％，苯乙酸收率达85％以上，产品苯乙酸纯度达99.0％以上，具备工业化开发价值。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
在耐压釜内加入一定量的氯化钴和甲醇，用CO气置换三次后，在搅拌下慢慢升温至100～120℃，并通入CO气使内压升到3.0～3.2MPa，持续搅拌，釜内压力下降至2.5MPa时，又通气至原来的压力，一直持续到内压不再下降为止，保持8小时后，泄压，降至常温。将釜内悬浊液过滤，滤渣用以回收钴，滤液入贮罐，用0.2～0.3MPa的CO封存，得到四羰基钴-甲醇催化剂，实验时，计量放出。
本实施例中催化剂与氯化苄的摩尔比为0.02:1，氯化苄与NaOH的摩尔比为0.25:1。
在1L反应釜中，用CO气置换三次，加入含3.04g四羰基钴的甲醇溶液，以110mL/min的速度通入CO气，缓慢升温至50℃，压力保持0.1MPa，搅拌并开始滴加氯化苄和NaOH液。氯化苄加入量为117g，NaOH固体量为147g。滴加完成后，继续反应6小时，降温至室温并通入空气2小时。将反应液过滤，滤渣用以钴回收，滤液入精馏塔回收甲醇。通过精馏回收甲醇后的余液入萃取釜，并加入甲苯萃取两次，静置，进行相分离。有机层累计后，蒸馏回收甲苯，之后可反复使用。相分离后的水层入酸化釜，加盐酸酸化，离心过滤，洗涤滤饼，烘干后得到苯乙酸粗品。将粗品进行重结晶、过滤、烘干，得到104.6g苯乙酸。氯化苄转化率为99％，苯乙酸收率为85.55％。
实施例2
本实施例中所述四羰基钴的甲醇溶液为实施例1所制备的同批次溶液。
本实施例中催化剂与氯化苄的摩尔比为0.1:1，氯化苄与NaOH的摩尔比为1:2。
在1L反应釜中，用CO气置换三次，加入含17.56g四羰基钴的甲醇溶液，以130mL/min的速度通入CO气，缓慢升温至65℃，压力保持0.1MPa，搅拌并开始滴加氯化苄和NaOH液。氯化苄加入量为130g，NaOH固体量为82.2g。滴加完成后，继续反应4小时，降温至室温并通入空气2小时。后续处理过程与实施例1相同。得到苯乙酸119.8g，氯化苄转化率为99％，苯乙酸收率为85.70％。
实施例3
本实施例中所述四羰基钴的甲醇溶液为实施例1所制备的同批次溶液。
本实施例中催化剂与氯化苄的摩尔比为0.05:1，氯化苄与NaOH的摩尔比为1:2。
在1L反应釜中，用CO气置换三次，加入含8.78g四羰基钴的甲醇溶液，以130mL/min的速度通入CO气，缓慢升温至90℃，压力保持0.5MPa，搅拌并开始滴加氯化苄和NaOH液。氯化苄加入量为130g，NaOH固体量为82.2g。滴加完成后，继续反应8小时，降温至室温并通入空气2小时。后续处理过程与实施例1相同。得到苯乙酸119.2g，氯化苄转化率为99％，苯乙酸收率为85.31％。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种羰基合成苯乙酸的方法，其特征在于，所述方法以氯化苄、氢氧化钠和CO为原料，以四羰基钴—甲醇溶液为催化剂，在一定的温度和压力下通过羰基化反应生成苯乙酸钠，后经萃取、酸化、过滤、结晶获得产品苯乙酸。
2.如权利要求1所述一种羰基合成苯乙酸的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)合成反应：在反应釜中，用CO气置换空气后，加入催化剂四羰基钴—甲醇溶液，开始升温，连续通入CO气，滴加氯化苄和氢氧化钠，直至羰化反应结束；
(2)后处理及催化剂回收：羰化反应结束后，降温并停止通CO气，改通空气使四羰基钴全部氧化成氧化钴和/或氢氧化钴，然后将反应液过滤，滤渣用以钴回收，滤液入精馏塔回收甲醇；
(3)产品精制：回收甲醇后的余液入萃取釜，并加入有机溶剂萃取，静置，进行相分离；相分离后的水层经酸化，过滤，洗涤滤饼，烘干后得到苯乙酸粗品；粗品经重结晶、过滤、烘干，即得到精制苯乙酸。
3.如权利要求1或2所述一种羰基合成苯乙酸的方法，其特征在于，所述催化剂以甲醇和氯化钴为原料，在金属反应釜中通入CO进行羰基化反应制得，并用0.2～
0.3MPa的CO气封存于储罐中，使用时，计量放出。
4.如权利要求1或2所述一种羰基合成苯乙酸的方法，其特征在于，所述催化剂与氯化苄的摩尔比为0.01:1～0.2:1，所述氯化苄和氢氧化钠的摩尔比为1:1～1:4。
5.如权利要求1或2所述一种羰基合成苯乙酸的方法，其特征在于，所述CO的纯度不低于99.0％。
6.如权利要求1或2所述一种羰基合成苯乙酸的方法，其特征在于，所述羰化反应温度为40～100℃，压力为0.1～10MPa，时间为4～8小时。
7.如权利要求1或2所述一种羰基合成苯乙酸的方法，其特征在于，所述酸化采用盐酸酸化，氯化氢含量为37.0～38.0％。
8.如权利要求2所述一种羰基合成苯乙酸的方法，其特征在于，所述改通空气的时间为1.0～2.0小时。
9.如权利要求2所述一种羰基合成苯乙酸的方法，其特征在于，所述有机溶剂为苯、甲苯、二甲苯中的一种或几种。
10.如权利要求2所述一种羰基合成苯乙酸的方法，其特征在于，步骤(3)中，所述相分离得到的有机层累积后，蒸馏回收有机溶剂，可反复使用；所述重结晶时的滤液留存，供下一次使用。
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