CN111019387A - 一种2,9-二甲基喹吖啶酮紫红颜料的制备方法 - Google Patents
一种2,9-二甲基喹吖啶酮紫红颜料的制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
一种2,9‑二甲基喹吖啶酮紫红颜料的制备方法,采用先闭环后氧化工艺制备2,9‑二甲基喹吖啶酮紫红颜料,将经过缩合和闭环反应得到的2,9‑二甲基‑6,13‑二氢喹吖啶酮加入反应容器中,再向其中加入催化剂,用稀碱溶液调pH至7‑11,加热升温至90℃,向反应容器中缓慢加入双氧水溶液,控制双氧水、催化剂及2,9‑二甲基‑6,13‑二氢喹吖啶酮的添加摩尔比,继续升温到105‑140℃,保持温度,反应3‑4.5h,反应结束;将反应溶液降温至80℃,倒出至烧杯中,加入与反应溶液等体积的冷水,搅拌冷却至室温,过滤,滤饼利用甲醇进行洗涤、打浆1h,过滤、顶洗得到PR122粗品;纯化。本发明方法采取双氧水代替传统氧化剂,并对氧化工艺进行优化,以达到提高产品收率的目的。
Description
技术领域
本发明涉及一种2,9-二甲基喹吖啶酮紫红颜料的制备方法,属于化学品制备技术领域。
背景技术
喹吖啶酮类颜料1958年进入市场,与之前使用的红、紫颜料相比较,喹吖啶酮具有显著的耐候、耐热、耐溶剂等优异特性,受到用户热捧,被当时的颜料市场定位在有机颜料的高档产品中。
2,9-二甲基喹吖啶酮颜料(颜料紫红PR122)生产工艺在喹吖啶酮类颜料生产工艺中具有代表性。工业上一般采用丁二酸二酯法。该方法有先氧化反应后闭环反应和先闭环反应后氧化反应两种工艺。先闭环后氧化工艺,即丁二酸二酯在甲醇钠存在的情况下控制反应温度,进行自身缩合反应,生成中间产物丁二酰丁二酸二甲酯,再加入苯胺或取代苯胺进行缩合反应,生成中间产物2,5-二苯胺基-3,6-二氢对苯二甲酸二甲酯,再加入多聚磷酸PPA使2,5-二苯胺基-3,6-二氢对苯二甲酸二甲酯进行闭环反应,生成中间产物2,9-二甲基-6,13-二氢喹吖啶酮,然后加入到含氧化剂间硝基苯磺酸钠的碱性溶液中,进行氧化反应,去氢得到喹吖啶酮或其衍生物,其反应式(Ⅰ)如下:
反应过程的氧化通常采用重铬酸盐、氯酸钠、间硝基苯磺酸盐等氧化剂,而此类氧化剂使用后会对环境保护和污水处理产生很大的影响,例如重铬酸盐含有重金属铬,在环境中很难去除,间硝基苯磺酸盐具有毒性和刺激性等。
发明内容
本发明针对现有技术存在的问题,提供一种2,9-二甲基喹吖啶酮紫红颜料的制备方法,本发明制备方法采取双氧水代替传统氧化剂,并对氧化工艺进行优化,以达到提高产品收率的目的。
本发明所述的技术问题是以如下技术方案解决的:
一种2,9-二甲基喹吖啶酮紫红颜料的制备方法,所述方法采用先闭环后氧化工艺制备2,9-二甲基喹吖啶酮紫红颜料,丁二酸二酯在甲醇钠存在的情况下自身缩合反应得到第一中间产物丁二酰丁二酸二甲酯,再加入苯胺或取代苯胺进行缩合反应得到第二中间产物2,5-二苯胺基-3,6-二氢对苯二甲酸二甲酯,其在多聚磷酸PPA的作用下进行闭环反应,得到第三中间产物2,9-二甲基-6,13-二氢喹吖啶酮,所述2,9-二甲基-6,13-二氢喹吖啶酮以双氧水作为氧化剂进行氧化反应,包括如下步骤:
a、氧化反应:将经过缩合和闭环反应得到的2,9-二甲基-6,13-二氢喹吖啶酮加入反应容器中,再向其中加入催化剂,用稀碱溶液调pH至7-11,水浴加热升温至90℃,向反应容器中缓慢加入双氧水溶液,继续升温到105-140℃,保持温度,反应3-4.5h,反应结束;
b、将反应溶液降温至80℃,倒出至烧杯中,加入与反应溶液等体积的冷水,搅拌冷却至室温,过滤,滤饼利用甲醇进行洗涤、打浆1h,过滤、顶洗得到PR122粗品;
c、将N,N-二甲基甲酰胺和PR122粗品依次加入四口瓶中,机械搅拌15min后,开始对溶液水浴加热;先将温度升至68℃,维持30min,然后继续升温至溶液有回流时,保持温度2.5h,反应结束;
d、将温度降至50-55℃,滴加氢氧化钠溶液将物料的p H调节至7-7.5,继续搅拌30min,再次检测溶液PH,若PH没有变化,反应结束;若溶液PH降低,重复滴加氢氧化钠溶液操作至溶液PH恒定;
e、将溶液过滤,滤饼再用甲醇顶洗、水顶洗,用鼓风干燥箱烘干,得终产品颜料紫红PR122。
上述2,9-二甲基喹吖啶酮紫红颜料的制备方法,所述步骤a中,双氧水、催化剂及2,9-二甲基-6,13-二氢喹吖啶酮的添加摩尔比为(1.1-1.8):(0.05-0.08):1。
上述2,9-二甲基喹吖啶酮紫红颜料的制备方法,所述双氧水、催化剂及2,9-二甲基-6,13-二氢喹吖啶酮的添加摩尔比为1.8:0.05:1。
上述2,9-二甲基喹吖啶酮紫红颜料的制备方法,所述双氧水采用化学纯双氧水。
上述2,9-二甲基喹吖啶酮紫红颜料的制备方法,所述反应温度为105-110℃,反应时间为4h。
上述2,9-二甲基喹吖啶酮紫红颜料的制备方法,所述pH值调至10-11。
上述2,9-二甲基喹吖啶酮紫红颜料的制备方法,所述步骤a中,缓慢滴加双氧水的同时,向反应体系中通入臭氧,臭氧与双氧水的摩尔比为1:1。
上述2,9-二甲基喹吖啶酮紫红颜料的制备方法,所述步骤a中,所述催化剂为葱酮-2-磺酸钠;所述稀碱溶液为氢氧化钾溶液和/或氢氧化钠溶液。
本发明采用双氧水作为氧化剂,优化氧化反应条件,氧化反应工艺控制参数为双氧水用量为2,9-二甲基-6,13-二氢喹吖啶酮的1.8倍,氧化反应温度为105℃-110℃,氧化反应时间为4h,催化剂用量为0.05倍,反应液PH值为10-11,得到的产品收率高达92.56%,比现有工艺收率水平提高了5.7%,且与使用间硝基苯磺酸钠作为氧化剂的工艺相比,本发明原料费用降低了7.8%,废水产生量降低了61%,使得三废处理费用降低了51%。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细地说明。
实施例1
闭环过程:丁二酸二酯在甲醇钠存在的情况下自身缩合反应得到第一中间产物丁二酰丁二酸二甲酯,再向反应体系中加入苯胺或取代苯胺进行缩合反应,得到第二中间产物2,5-二苯胺基-3,6-二氢对苯二甲酸二甲酯,其在多聚磷酸PPA的作用下进行闭环反应,得到第三中间产物2,9-二甲基-6,13-二氢喹吖啶酮。
氧化过程:将经过缩合和闭环反应得到的2,9-二甲基-6,13-二氢喹吖啶酮加入反应容器中,再向其中加入葱酮-2-磺酸钠,用KOH溶液调pH至10-11,加热升温至90℃,向反应容器中缓慢加入双氧水溶液,控制双氧水、葱酮-2-磺酸钠及2,9-二甲基-6,13-二氢喹吖啶酮的添加摩尔比为1.8:0.05:1,继续升温到105-110℃,保持温度,反应4h,反应结束;将反应溶液降温至80℃,倒出至烧杯中,加入与反应溶液等体积的冷水,搅拌冷却至室温,过滤,滤饼利用甲醇进行洗涤、打浆1h,过滤、顶洗得到PR122粗品;
纯化过程:将N,N-二甲基甲酰胺和PR122粗品依次加入四口瓶中,机械搅拌15min后,开始对溶液加热;先将温度升至68℃,维持30min,然后继续升温至溶液有回流时,保持温度2.5h,反应结束;将温度降至50-55℃,滴加氢氧化钠溶液将物料的p H调节至7-7.5,继续搅拌30min,再次检测溶液PH,若PH没有变化,反应结束;若溶液PH降低,重复滴加氢氧化钠溶液操作至溶液PH恒定;将溶液过滤,滤饼再用甲醇顶洗、水顶洗,用鼓风干燥箱烘干,得终产品颜料紫红PR122。得到的产品颜料紫红PR122的收率为91.13%。
实施例2
氧化过程:将经过缩合和闭环反应得到的2,9-二甲基-6,13-二氢喹吖啶酮加入反应容器中,再向其中加入葱酮-2-磺酸钠,用KOH溶液调pH至7-8,加热升温至90℃,向反应容器中缓慢加入双氧水溶液,控制双氧水、葱酮-2-磺酸钠及2,9-二甲基-6,13-二氢喹吖啶酮的添加摩尔比为1.3:0.07:1,继续升温到130-140℃,保持温度,反应4h,反应结束;将反应溶液降温至80℃,倒出至烧杯中,加入与反应溶液等体积的冷水,搅拌冷却至室温,过滤,滤饼利用甲醇进行洗涤、打浆1h,过滤、顶洗得到PR122粗品。
闭环过程与纯化过程与实施例1相同。得到的产品颜料紫红PR122的收率为85.71%。
实施例3
氧化过程:将经过缩合和闭环反应得到的2,9-二甲基-6,13-二氢喹吖啶酮加入反应容器中,再向其中加入葱酮-2-磺酸钠,用KOH溶液调pH至9-10,加热升温至90℃,向反应容器中缓慢加入双氧水溶液,控制双氧水、葱酮-2-磺酸钠及2,9-二甲基-6,13-二氢喹吖啶酮的添加摩尔比为1.6:0.06:1,继续升温到120-130℃,保持温度,反应4h,反应结束;将反应溶液降温至80℃,倒出至烧杯中,加入与反应溶液等体积的冷水,搅拌冷却至室温,过滤,滤饼利用甲醇进行洗涤、打浆1h,过滤、顶洗得到PR122粗品。
闭环过程与纯化过程与实施例1相同。得到的产品颜料紫红PR122的收率为89.10%。
实施例4
氧化过程:将经过缩合和闭环反应得到的2,9-二甲基-6,13-二氢喹吖啶酮加入反应容器中,再向其中加入葱酮-2-磺酸钠,用KOH溶液调pH至10-11,加热升温至90℃,向反应容器中缓慢加入双氧水溶液,控制双氧水、葱酮-2-磺酸钠及2,9-二甲基-6,13-二氢喹吖啶酮的添加摩尔比为1.6:0.08:1,继续升温到130-140℃,保持温度,反应4.5h,反应结束;将反应溶液降温至80℃,倒出至烧杯中,加入与反应溶液等体积的冷水,搅拌冷却至室温,过滤,滤饼利用甲醇进行洗涤、打浆1h,过滤、顶洗得到PR122粗品。
闭环过程与纯化过程与实施例1相同。得到的产品颜料紫红PR122的收率为69.76%。
实施例5
氧化过程:将经过缩合和闭环反应得到的2,9-二甲基-6,13-二氢喹吖啶酮加入反应容器中,再向其中加入葱酮-2-磺酸钠,用KOH溶液调pH至10-11,加热升温至90℃,向反应容器中缓慢加入双氧水溶液,控制双氧水、葱酮-2-磺酸钠及2,9-二甲基-6,13-二氢喹吖啶酮的添加摩尔比为1.1:0.07:1,继续升温到120-130℃,保持温度,反应3h,反应结束;将反应溶液降温至80℃,倒出至烧杯中,加入与反应溶液等体积的冷水,搅拌冷却至室温,过滤,滤饼利用甲醇进行洗涤、打浆1h,过滤、顶洗得到PR122粗品。
闭环过程与纯化过程与实施例1相同。得到的产品颜料紫红PR122的收率为58.61%。
对本发明制备工艺进行条件验证。
本试验采用正交试验的方法,对反应过程中以下五个因素进行考察:氧化反应温度a、氧化反应时间b、催化剂用量c、反应液酸碱度d,双氧水用量e,每个因素选择四个不同梯度水平,通过试验计算确定最佳的工艺参数。
表1正交试验因素水平列表
注:试验中的双氧水用量、催化剂用量采用对2,9-二甲基-6,13-二氢喹吖啶酮的摩尔比。
实验结果
选取正交试验表L16(45)进行试验,试验结果如下:
表2正交试验结果计算表
经过极差计算,通过R值可以看出,影响2,9-二甲基-6,13-二氢喹吖啶酮氧化反应收率的影响因子其影响程度排序为e>b>a>d>c,通过T值计算,最佳因素水平组合为a1b3c1d4e4,从试验结果直观来看,实验第6组a1b3c1d4e4收率最高(91.13%),与计算结果完全相符,将这一参数水平组合进行连续十批的工艺试验验证,氧化反应收率平均值92.56%,比原工艺收率水平提高5.7%。
选取双氧水、催化剂及2,9-二甲基-6,13-二氢喹吖啶酮的添加摩尔比为1.8:0.05:1,氧化反应温度为105-110℃,稀碱调节的溶液pH值为10-11,向反应体系中缓慢滴加双氧水,同时通过微孔曝气的方式均速向反应体系中通入臭氧,控制臭氧通入量与双氧水添加量的摩尔比为1:1,控制臭氧通入速度为2.24L/min,之后继续反应2.5h,反应过程中,以气流速度3.2L/min的速度向反应容器内通入氮气保护,将反应体系中未溶解的臭氧和臭氧分解产生的氧气充分置换出反应容器,以此避免副反应的发生;得到的产品收率为98.26%,说明臭氧的加入,增强了双氧水的氧化效果,两者协同作用,促进氧化的进行。
Claims (8)
1.一种2,9-二甲基喹吖啶酮紫红颜料的制备方法,所述方法采用先闭环后氧化工艺制备2,9-二甲基喹吖啶酮紫红颜料,丁二酸二酯在甲醇钠存在的情况下自身缩合反应得到第一中间产物丁二酰丁二酸二甲酯,再加入苯胺或取代苯胺进行缩合反应得到第二中间产物2,5-二苯胺基-3,6-二氢对苯二甲酸二甲酯,其在多聚磷酸 PPA的作用下进行闭环反应,得到第三中间产物2,9-二甲基-6,13-二氢喹吖啶酮,其特征在于:所述2,9-二甲基-6,13-二氢喹吖啶酮以双氧水作为氧化剂进行氧化反应,包括如下步骤:
a、氧化反应:将经过缩合和闭环反应得到的2,9-二甲基-6,13-二氢喹吖啶酮加入反应容器中,再向其中加入催化剂,用稀碱溶液调pH至7-11,加热升温至90℃,向反应容器中缓慢加入双氧水溶液,继续升温到105-140℃,保持温度,反应3-4.5h,反应结束;
b、将反应溶液降温至80℃,倒出至烧杯中,加入与反应溶液等体积的冷水,搅拌冷却至室温,过滤,滤饼利用甲醇进行洗涤、打浆1h,过滤、顶洗得到PR122粗品;
c、将N,N-二甲基甲酰胺和PR122 粗品依次加入四口瓶中,机械搅拌15min后,开始对溶液加热;先将温度升至68℃,维持30min,然后继续升温至溶液有回流时,保持温度2.5h,反应结束;
d、将温度降至50-55℃,滴加氢氧化钠溶液将物料的 p H 调节至7-7.5,继续搅拌30min,再次检测溶液PH,若PH没有变化,反应结束;若溶液PH降低,重复滴加氢氧化钠溶液操作至溶液PH恒定;
e、将溶液过滤,滤饼再用甲醇顶洗、水顶洗,用鼓风干燥箱烘干,得终产品颜料紫红PR122。
2.根据权利要求1所述的2,9-二甲基喹吖啶酮紫红颜料的制备方法,其特征在于:所述步骤a中,双氧水、催化剂及2,9-二甲基-6,13-二氢喹吖啶酮的添加摩尔比为(1.1-1.8):(0.05-0.08):1。
3.根据权利要求2所述的2,9-二甲基喹吖啶酮紫红颜料的制备方法,其特征在于:所述双氧水、催化剂及2,9-二甲基-6,13-二氢喹吖啶酮的添加摩尔比为1.8:0.05:1。
4.根据权利要求3所述的2,9-二甲基喹吖啶酮紫红颜料的制备方法,其特征在于:所述双氧水采用化学纯双氧水。
5.根据权利要求4所述的2,9-二甲基喹吖啶酮紫红颜料的制备方法,其特征在于:所述反应温度为105-110℃,反应时间为4h。
6.根据权利要求5所述的2,9-二甲基喹吖啶酮紫红颜料的制备方法,其特征在于:所述pH值调至10-11。
7.根据权利要求6所述的2,9-二甲基喹吖啶酮紫红颜料的制备方法,其特征在于:所述步骤a中,缓慢滴加双氧水的同时,向反应体系中通入臭氧,臭氧与双氧水的摩尔比为1:1。
8.根据权利要求7所述的2,9-二甲基喹吖啶酮紫红颜料的制备方法,其特征在于:所述步骤a中,所述催化剂为葱酮-2-磺酸钠;所述稀碱溶液为氢氧化钾溶液和/或氢氧化钠溶液。
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