CN110878040B - 一种邻甲基苯胺制备吲哚的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种邻甲基苯胺制备吲哚的方法，主要解决现有技术中吲哚生产收率低、能耗高、质量差、产品成本高的问题。本发明将邻甲基苯胺和甲酸混合反应，蒸馏脱除反应生成的水和副产物，得到甲酰化物，然后加入氢氧化钾，维持反应体系的真空度，升温，边减压蒸馏边环合反应（减压蒸馏环合反应），脱除反应中生成的水和邻甲基苯胺，反应完成，进行水解反应，油水分离，油层继续减压蒸馏得到吲哚，产品收率78%，产品纯度99.9%。本发明用于吲哚制备具有产品吲哚收率较高，反应时间短，能耗低，产品质量好的优点。

Description

一种邻甲基苯胺制备吲哚的方法

技术领域

本发明涉及一种邻甲基苯胺为原料制备吲哚的方法，具体地说是以邻甲基苯胺和甲酸以及氢氧化钾合成吲哚的方法。

背景技术

吲哚是制备医药、农药、香料、染料和饲料添加剂的重要原料，是重要的杂环精细化工中间体。目前全球的生产能力为7000t/a。随着其用用研究的发展，有其衍生出许多重要的高附加值的医药和农药，特别是目前吲哚衍生物色氨酸的市场需求增长迅速，仅此一项全球远景需求量在10000t/a。因此，吲哚的市场前景十分广阔。吲哚的合成方法主要有两大类，第一类是从自然界中获取，如从靛蓝降解而得吲哚，或从煤焦油中提取而得吲哚等，操作繁杂，能耗极大；第二类是化学合成方法，从目前的情况来看，化学合成方法占主导地位，主要使用基本的化工原料经过取代、缩合、成环等反应来合成吲哚。而且合成方法众多，大部分是研究性质的，或者反应条件苛刻，或者合成收率低，不宜于工业化生产，只有少部分合成方法具有工业化前景。早期的吲哚来自煤焦油，煤焦油中含有一定量的吲哚，经过精馏和精制是可以得到很纯的吲哚，但是其气味与合成吲哚有明显的不同，不适合用于香料和医药。工业合成方法不多，最早的合成方法是Fischer合成法，早先用于合成吲哚及取代吲哚，但该法合成吲哚收率较低，后被淘汰。苯胺法是日本在80年代开发的一条合成吲哚的新工艺，以苯胺和乙二醇为原料在催化剂的作用下一步合成吲哚，虽然反应步骤少，操作简单，但是该法存在催化剂使用寿命短的缺点，限制了其发展。国内产业化的是邻甲基苯胺多步法合成吲哚，经甲酰化，成盐，成环水解制得吲哚粗品，再经重汽提、结晶精制得到合格产品。该法合成吲哚产品品质好，但是反应速度缓慢，反应中的水难以脱除，能耗极大，成本高。而与此同时，我国已成功地实现吲哚合成色氨酸的工业化，对吲哚的需求快速增加，因此，研究开发生产周期短和成本低廉的吲哚合成技术以适应工业发展需要变得极为迫切。

申屠有德等人对邻甲基苯胺法制备吲哚有详细的介绍：在反应瓶中放入85.6g（0.8mol）邻甲基苯胺和40.3g（0.84mol）90%甲酸，加热到105℃~110℃，反应3h，常压下蒸馏除去反应生成的水，得到甲酰化物备用。在装有搅拌器、温度计、压力平衡滴液漏斗、油水分离器及回流冷凝管的烧瓶中，加入甲苯100g，邻甲基苯胺100g及粉末状的氢氧化钾61.1g（纯度95%，1.03mol），将上述甲酰化物135g（1.0mol）溶解在甲苯100g中的溶液装入滴液漏斗中，在加热搅拌下不断滴加甲酰化物甲苯溶液，并控制滴加速度，保持甲苯回流带出水，反应和滴加时间约7~8h，除去的水约17.6g。滴加完后，接着蒸馏回收甲苯190g。继续升温到250℃~280℃，回收邻甲基苯胺154g，再将反应瓶内的残留物升温至300℃~304℃，搅拌0.5h，然后降温至100℃以下，加水250mL，使其溶解，转移至水汽蒸馏装置，收集产物，低温真空干燥得38.5g（收率65%），纯度98.7%（浙江化工 2005 Vol.36 No.24-25）。

整个邻甲基苯胺法制备吲哚的流程需要回流带水和水蒸气汽提蒸馏，耗费了大量的时间和能耗，同时使用了有毒的溶剂甲苯，需要分离同时对产品的纯度等有一定的影响。从经济角度考虑，长时间的回流带水和水蒸气汽提提纯产品，消耗大量的能耗，增加了产品制备的成本，从产品质量的角度，甲苯溶剂的加入引入了杂质，降低了产品质量。因此，若能采取合适的方法减少反应时间，尤其是回流带水的时间和水蒸气汽提蒸馏的时间，则可以大大降低反应能耗，节约制备成本，提升产品的竞争力，同时，若能避免使用有毒易挥发的溶剂甲苯，将极大提高和改善产品的质量。目前，尚无文献和专利对此进行报道，本发明有针对性的解决了该问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有技术中存在的吲哚制备反应时间长，能耗高，产品质量有待改进的问题，提供一种简单的制备吲哚的方法。该方法用于吲哚制备中，具有产品吲哚收率较高，反应时间短，能耗低，产品质量好的优点。

为了解决上述问题，本发明采用的技术方案如下：一种邻甲基苯胺制备吲哚的方法，邻甲基苯胺和甲酸投入反应器进行甲酰化反应，反应生成甲酰化物，蒸馏脱除反应生成的水和副产物，再加入氢氧化钾，维持反应体系达到一定温度，一边减压蒸馏一边环合反应（减压蒸馏环合反应），减压蒸馏脱除反应中生成的水同时环合成盐，然后继续升温反应，脱除反应中生成的邻甲基苯胺，然后降温加入一定量的水进行水解反应，含吲哚的油层和含氢氧化钾的水层分离，油层继续减压蒸馏得到吲哚。

一般地，所述邻甲基苯胺和甲酸的摩尔比例为：5.0~1.0:1.0，氢氧化钾与甲酸的摩尔比例为0.9~4.0:1.0，甲酰化反应蒸馏温度90℃~120℃，减压蒸馏环合反应温度120℃~350℃，减压蒸馏环合反应真空度1kPa~1000kPa，减压蒸馏环合反应时间1~5h，产品提纯减压蒸馏温度100~260℃，产品提纯减压蒸馏的真空度1kPa~1000kPa，产品提纯减压蒸馏时间0.5~3h。

上述技术方案中，所述甲酰化反应物料比例为邻甲基苯胺与甲酸及氢氧化钾的物料摩尔比例为1~5:1.0:0.9~4.0，优选比例为1.2~3.0:1.0:1.0~2.0，再优选比例为1.5~2.0:1.0:1.1~1.8.，最优选比例为1.5~1.8:1.0:1.2~1.6。

甲酰化反应温度为90~120℃，优选甲酰化反应温度为95~115℃，特别优选甲酰化反应温度为100~113℃，最优选甲酰化反应温度为105~110℃。

甲酰化反应时间为0.5 ~4h，优选反应时间1-3h。

所述减压蒸馏环合反应物料比例为氢氧化钾：甲酸=0.9~4.0:1.0，优选氢氧化钾：甲酸=1.0~3.0:1.0，特别优选氢氧化钾：甲酸=1.2~2.0:1.0，最优选氢氧化钾：甲酸=1.4~1.8:1.0，减压蒸馏环合反应温度120~350℃，优选减压蒸馏环合反应温度为130~300℃，特别优减压蒸馏选环合反应温度为135~250℃反应，最优选减压蒸馏环合反应温度为140~200℃，减压蒸馏环合反应真空度为1kPa~1000kPa，优选减压蒸馏环合反应真空度为2kPa~500kPa，特别优选减压蒸馏环合反应真空度为3kPa~100kPa，最优选减压蒸馏环合反应真空度为5kPa~20kPa，减压蒸馏环合反应时间为1~5h，优选减压蒸馏环合反应时间1.2~4h，特别优选减压蒸馏环合反应时间1.5~3.5h，最优选减压蒸馏环合反应时间2.0~3.0h；产品减压蒸馏温度100~260℃，优选产品减压蒸馏温度120~240℃，特别优选产品减压蒸馏温度130~200℃，最优选产品减压蒸馏温度140~180℃，产品减压蒸馏的真空度1kPa~1000kPa，优选产品减压蒸馏的真空度2kPa~500kPa，特别优选产品减压蒸馏的真空度3kPa~200kPa，最优选产品减压蒸馏的真空度5kPa~20kPa，产品减压蒸馏时间0.5~3h，优选2h。

所述水解反应用水量为油层体积1~5倍，水解用水量优选油层体积1.5倍，水解反应时间0.1~1h，优选0.5h。

本发明方法取得了较好的技术效果，避免使用甲苯溶剂，改善了产品质量，环合反应避免使用溶剂带水操作，采用减压蒸馏环合反应，节约反应时间50%以上，产品后处理提纯过程中避免汽提操作，采用直接蒸馏提纯方式，大大降低能耗，产品收率由63%提高到78%，产品纯度由98.7%提高到99.9%，提高了产品的质量。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明做进一步的阐述，但不仅限于本实施例。

对照例

在500mL带有搅拌的反应瓶中，加入120g（99%，1.1mol）邻甲基苯胺和56.9g（90%，1.1mol）甲酸混合搅拌，加热到105℃~110℃，反应3h，常压蒸馏2h，脱出反应中的水和副产物，得到甲酰化物备用。

在装有搅拌器、温度计、恒压滴液漏斗、油水分离器及回流冷凝管的1000mL烧瓶中，加入甲苯120g，邻甲基苯胺150g及粉末状的氢氧化钾61.1g（纯度95%，1.03mol），将上述甲酰化物135g（1.0mol）溶解120g在甲苯中，将甲酰化物溶液装入恒压滴液漏斗中，在加热搅拌下不断滴加甲酰化物甲苯溶液，并控制滴加速度，保持甲苯回流带出水，反应和滴加时间约7~8h，滴加完后，接着蒸馏1h回收甲苯220g。继续升温到250℃~280℃，蒸馏2h，回收邻甲基苯胺，再将反应瓶内的残留物升温至300℃~304℃蒸馏1h，然后降温至100℃以下，加水250mL，使其水解1h，得到含吲哚的油层和含氢氧化钾的水层，分离油层和水层，将油层转移至水蒸汽汽提装置，汽提直到没有油层出来为止，需时8h，过滤，收集滤饼，低温真空干燥得白色成品吲哚73.71g，收率63%g（以甲酸计），纯度98.5%，反应耗时大于25h。

实施例1

在1000mL带有搅拌的反应瓶中，加入540g（99%，5.0mol）邻甲基苯胺和51.2g（90%，1.0mol）甲酸混合搅拌，缓慢升温到90℃，保温反应1h，常压蒸馏脱出反应中的水和副产物2h，然后加入53g（95%，0.9mol）氢氧化钾，搅拌升温到120℃，保持系统真空度1kPa，减压蒸馏环合反应1小时，脱除反应中生成的水和邻甲基苯胺，降温到100℃以下，加入110mL水，搅拌0.1h，分离油层和水层，油层去减压蒸馏，保持真空度1kPa，温度100℃，减压蒸馏时间0.5h，得到吲哚58.5g，产品纯度98.2%，收率50.0%（以甲酸计）。

实施例2

在500mL带有搅拌的反应瓶中，加入108g（99%，1.0mol）邻甲基苯胺和51.2g（90%，1.0mol）甲酸混合搅拌，缓慢升温到120℃，保温反应4h，常压蒸馏2h脱出反应中的水和副产物，然后加入235.6g（95%，4.0mol）氢氧化钾，搅拌升温到120℃，保持系统真空度1000kPa，减压蒸馏环合反应5小时，脱除反应中生成的水和邻甲基苯胺，降温到100℃以下，加入500mL水，搅拌1h，分离油层和水层，油层去减压蒸馏，保持真空度100kPa，温度260℃，减压蒸馏时间3.0h，得到吲哚73.71g，产品纯度98.5%，收率63.0%（以甲酸计）。

实施例3

在500mL带有搅拌的反应瓶中，加入162g（99%，1.5mol）邻甲基苯胺和51.2g（90%，1.0mol）甲酸混合搅拌，缓慢升温到105℃，保温反应2h，常压蒸馏脱出反应中的水和副产物，然后加入82.5g（95%，1.4mol）氢氧化钾，搅拌升温到140℃，保持系统真空度5.0kPa，减压蒸馏环合反应2小时，脱除反应中生成的水和邻甲基苯胺，降温到100℃以下，加入160mL水，搅拌0.5h，分离油层和水层，油层去减压蒸馏，保持真空度5.0kPa，温度140℃，减压蒸馏时间2.0h，得到吲哚88.2g，产品纯度99.5%，收率75.0%（以甲酸计）。

实施例4

在500mL带有搅拌的反应瓶中，加入194.4g（99%，1.8mol）邻甲基苯胺和51.2g（90%，1.0mol）甲酸混合搅拌，缓慢升温到110℃，保温反应2h，常压蒸馏脱出反应中的水和副产物，然后加入106.0g（95%，1.8mol）氢氧化钾，搅拌升温到200℃，保持系统真空度20.0kPa，减压蒸馏环合反应3小时，脱除反应中生成的水和邻甲基苯胺，降温到100℃以下，加入160mL水，搅拌0.5h，分离油层和水层，油层去减压蒸馏，保持真空度5.0kPa，温度180℃，减压蒸馏时间3.0h，得到吲哚91.7g，产品纯度99.6%，收率78.0%（以甲酸计）。

实施例5

在500mL带有搅拌的反应瓶中，加入194.4g（99%，1.8mol）邻甲基苯胺和51.2g（90%，1.0mol）甲酸混合搅拌，缓慢升温到110℃，保温反应2h，常压蒸馏脱出反应中的水和副产物，然后加入106.0g（95%，1.8mol）氢氧化钾，保持系统真空度500kPa，搅拌升温到200℃，减压蒸馏环合反应3小时，脱除反应中生成的水和邻甲基苯胺，降温到100℃以下，加入160mL水，搅拌0.5h，分离油层和水层，油层去减压蒸馏，保持真空度5kPa，温度180℃，减压蒸馏时间3.0h，得到吲哚82.4g，产品纯度99.3%，收率70.0%（以甲酸计）。

实施例6

在500mL带有搅拌的反应瓶中，加入172.8（99%，1.6mol）邻甲基苯胺和51.2g（90%，1.0mol）甲酸混合搅拌，缓慢升温到115℃，保温反应2h，常压蒸馏脱出反应中的水和副产物，然后加入88.3g（95%，1.8mol）氢氧化钾，保持系统真空度10kPa，搅拌升温到200℃，减压蒸馏环合反应2小时，脱除反应中生成的水和邻甲基苯胺，降温到100℃以下，加入150mL水，搅拌0.5h，分离油层和水层，油层去减压蒸馏，保持真空度10kPa，温度200℃，减压蒸馏时间3.0h，得到吲哚89.4g，产品纯度99.5%，收率76.0%（以甲酸计）。

实施例7

在500mL带有搅拌的反应瓶中，加入162.0g（99%，1.5mol）邻甲基苯胺和51.2g（90%，1.0mol）甲酸混合搅拌，缓慢升温到108℃，保温反应2h后，常压蒸馏脱出反应中的水和副产物，然后加入70.7g（95%，1.2mol）氢氧化钾，保持系统真空度10kPa，搅拌升温到200℃，减压蒸馏环合反应3小时，脱除反应中生成的水和邻甲基苯胺，降温到100℃以下，加入160mL水，搅拌0.5h，分离油层和水层，油层去减压蒸馏，保持真空度5kPa，温度180℃，减压蒸馏时间3.0h，得到吲哚91.7g，产品纯度99.9%，收率78.0%（以甲酸计）。

Claims (33)

1.一种邻甲基苯胺制备吲哚的方法，其特征在于邻甲基苯胺与甲酸混合进行甲酰化反应，然后蒸馏除水和副产物得到中间体甲酰化物，甲酰化物再与氢氧化钾进行减压蒸馏环合反应，脱出反应中生成的水和邻甲基苯胺，反应完成，降温加水进行水解，油层直接减压蒸馏得到吲哚产品。

2.根据权利要求1所述邻甲基苯胺制备吲哚的方法，其特征在于邻甲基苯胺与甲酸及氢氧化钾的物料摩尔比例为1~5:1.0:0.9~4.0。

3.根据权利要求1所述邻甲基苯胺制备吲哚的方法，其特征在于邻甲基苯胺与甲酸及氢氧化钾的物料摩尔比例为1.2~3.0:1.0:1.0~2.0。

4.根据权利要求1所述邻甲基苯胺制备吲哚的方法，其特征在于邻甲基苯胺与甲酸及氢氧化钾的物料摩尔比例为1.5~2.0:1.0:1.1~1.8。

5.根据权利要求1所述邻甲基苯胺制备吲哚的方法，其特征在于邻甲基苯胺与甲酸及氢氧化钾的物料摩尔比例为1.5~1.8:1.0:1.2~1.6。

6.根据权利要求1所述邻甲基苯胺制备吲哚的方法，其特征在于甲酰化反应温度为90~120℃。

7.根据权利要求1所述邻甲基苯胺制备吲哚的方法，其特征在于甲酰化反应温度为95~115℃。

8.根据权利要求1所述邻甲基苯胺制备吲哚的方法，其特征在于甲酰化反应温度为100~113℃。

9.根据权利要求1所述邻甲基苯胺制备吲哚的方法，其特征在于甲酰化反应温度为105~110℃。

10.根据权利要求1所述邻甲基苯胺制备吲哚的方法，其特征在于甲酰化反应时间为0.5 ~4h。

11.根据权利要求1所述邻甲基苯胺制备吲哚的方法，其特征在于甲酰化反应时间为1-3h。

12.根据权利要求1所述邻甲基苯胺制备吲哚的方法，其特征在于减压蒸馏环合反应温度为120~350℃。

13.根据权利要求1所述邻甲基苯胺制备吲哚的方法，其特征在于减压蒸馏环合反应温度为130~300℃。

14.根据权利要求1所述邻甲基苯胺制备吲哚的方法，其特征在于减压蒸馏环合反应温度为135~250℃。

15.根据权利要求1所述邻甲基苯胺制备吲哚的方法，其特征在于减压蒸馏环合反应温度为140~200℃。

16.根据权利要求1所述邻甲基苯胺制备吲哚的方法，其特征在于减压蒸馏环合反应真空度为1kPa~1000kPa。

17.根据权利要求1所述邻甲基苯胺制备吲哚的方法，其特征在于减压蒸馏环合反应真空度为2kPa~500kPa。

18.根据权利要求1所述邻甲基苯胺制备吲哚的方法，其特征在于减压蒸馏环合反应真空度为3kPa~100kPa。

19.根据权利要求1所述邻甲基苯胺制备吲哚的方法，其特征在于减压蒸馏环合反应真空度为5kPa~20kPa。

20.根据权利要求1所述邻甲基苯胺制备吲哚的方法，其特征在于减压蒸馏环合反应时间为1~5h。

21.根据权利要求1所述邻甲基苯胺制备吲哚的方法，其特征在于减压蒸馏环合反应时间为1.2~4h。

22.根据权利要求1所述邻甲基苯胺制备吲哚的方法，其特征在于减压蒸馏环合反应时间为1.5~3.5h。

23.根据权利要求1所述邻甲基苯胺制备吲哚的方法，其特征在于减压蒸馏环合反应时间为2.0~3.0h。

24.根据权利要求1所述邻甲基苯胺制备吲哚的方法，其特征在于油层直接减压蒸馏温度100~260℃；减压蒸馏时间0.5~3h。

25.根据权利要求1所述邻甲基苯胺制备吲哚的方法，其特征在于油层直接减压蒸馏温度120~240℃；减压蒸馏时间0.5~3h。

26.根据权利要求1所述邻甲基苯胺制备吲哚的方法，其特征在于油层直接减压蒸馏温度130~200℃；减压蒸馏时间0.5~3h。

27.根据权利要求1所述邻甲基苯胺制备吲哚的方法，其特征在于油层直接减压蒸馏温度140~180℃；减压蒸馏时间0.5~3h。

28.根据权利要求1所述邻甲基苯胺制备吲哚的方法，其特征在于油层直接减压蒸馏的真空度1kPa~1000kPa。

29.根据权利要求1所述邻甲基苯胺制备吲哚的方法，其特征在于油层直接减压蒸馏的真空度2kPa~500kPa。

30.根据权利要求1所述邻甲基苯胺制备吲哚的方法，其特征在于油层直接减压蒸馏的真空度3kPa~200kPa。

31.根据权利要求1所述邻甲基苯胺制备吲哚的方法，其特征在于油层直接减压蒸馏的真空度5kPa~20kPa。

32.根据权利要求1所述邻甲基苯胺制备吲哚的方法，其特征在于水解用水量为油层体积1~5倍，水解时间0.1~1h。

33.根据权利要求1所述邻甲基苯胺制备吲哚的方法，其特征在于水解用水量为油层体积1.5倍，水解时间0.5h。