CN113072453A - 一种2-氨基环烷醇的制备方法 - Google Patents

一种2-氨基环烷醇的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种2‑氨基环烷醇的制备方法,其以氨源和环氧环烷烃为原料,使氨处于超临界或亚临界状态下进行反应,反应结束后,将剩余的原料脱除,得到2‑氨基环烷醇粗产物。采用本发明的技术方案,反应产物中副产物少,无叔胺副产物,所生产的2‑氨基环烷醇粗产物可以直接作为原料用于生产其它产品。

Description

一种2-氨基环烷醇的制备方法
技术领域
本发明属于化工合成技术领域,具体涉及一种2-氨基环烷醇的制备方法。
背景技术
2-氨基环烷醇是一种重要的化工原料,其可用于有机合成化学、药物化学及化工生产等领域。通常,2-氨基环烷醇是通过环氧环烷烃与含氮化合物进行反应制备,其中的含氮化合物可以为氨类、胺类、腈类、铵盐等,如胡滨等在文献《β-氨基环己醇的合成》(化学研究,Vol.26,2015年)中公开了一种以1,2-环氧环己烷和乙腈为原料,通过分子内Ritter反应并经唑啉环中间体制备β-氨基环己醇的方法,但该方法使用浓硫酸为催化剂,反应较为激烈,副产物较多,且原料乙腈有毒性。又如CN107011190A公开了一种1,2-环氧环己烷开环制备β-氨基环己醇的新工艺,以1,2-环氧环己烷和氨水为原料,但其反应时间较长,需12h,且收率较低。
另外,在2-氨基环烷醇的合成过程中,还会产生仲胺类副产物,主要为2-(2-羟基环烷基)氨基环烷醇,现有技术为了降低仲胺类副产物,通常采用降低反应温度的方法,如Zhang Guangyou等在文献《Resolution ofβ-aminoalcohols and 1,2-diamines usingfractional crystalization of diastereomeric salts of dehydroabietic acid》(Tctrahedron:Asymmetry,第14卷,第3297-3300页)中采用15~20℃的反应条件制备2-氨基环己醇,以减少副产物的产生,但是该反应在低温条件下进行缓慢,往往需要数天或数周才能完成,若要提高目标产物的收率,则耗时长,生产效率低。
综上所述,现有技术中仍然存在副产物多、反应时间长、环保性差等缺点和不足,不能满足高效率、高质量的生产要求,不利于工业化的推广和运用。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术的缺陷,减少副产物的生成、缩短反应时间、提高生产效率,具体采用如下技术方案:
一种2-氨基环烷醇的制备方法,其以氨源和环氧环烷烃为原料,使氨处于超临界或亚临界状态下进行反应,反应结束后,将剩余的原料脱除,得到2-氨基环烷醇粗产物。剩余的原料为反应后剩余的氨源或环氧环烷烃,对剩余的氨源的脱除通常采用以下方法:先进行脱氨处理,当氨源中还使用水或醇类等物质时,还需要进行脱溶剂处理,然后得到2-氨基环烷醇粗产物。脱氨处理中所产生的氨作为原料回用。
该2-氨基环烷醇粗产物中2-氨基环烷醇的含量>95wt%,采用本发明的技术方案,反应按照以下反应式(I)进行,反应产物中副产物少,无叔胺副产物,所生产的2-氨基环烷醇粗产物可以直接作为原料用于生产其它产品。
Figure BDA0003011179650000021
实验发现,在上述反应的过程中,亚临界和超临界状态下的氨具有较好的流动性、热传导性、溶解性和扩散性,能够提高反应效率,缩短反应时间,且能够减少副产物的生成。所得2-氨基环烷醇粗产物不需要进一步纯化即可直接使用,如用于聚醚多元醇的生产。
进一步地,本发明的反应温度为10~180℃,优选80~180℃,再优选120~180℃。根据温度范围设定压力,以使氨处于亚临界或超临界状态下进行反应。在优选的条件下,能够使原料最大限度地依照反应式(I)平稳、高效的进行,提高环氧环烷烃的转化率,并降低副产物的生成。
具体的,氨源为含有氨分子的物质,优选为液氨、氨气、氨水、氨水-甲醇溶液或氨水-乙醇溶液。氨水-甲醇溶液是指氨水与甲醇的混合液,氨水-乙醇溶液是指氨水与乙醇的混合液。实验发现,水的存在有助于提高原料依照反应式(I)反应时的反应速率,进而提高环氧环烷烃的转化率,且水所带来的二醇等副产物易于从反应体系中去除。同时,当有醇类物质存在,特别是甲醇或乙醇存在时,有利于提高反应体系的相容性,使反应原料间充分接触,进而提高环氧环烷烃的转化率并降低仲胺副产物的生成。
进一步地,所述氨水的浓度为28~95wt%。由于环氧环烷烃不溶于水,因此,若含水量过多,则会产生两相分离,阻碍原料依照反应式(I)进行反应,反而提高二醇类副产物的选择性,同时,高浓度的氨水还有利于减少脱水所耗费的热能。
进一步地,氨源中的氨与环氧环烷烃的总投料摩尔比(以下简称:氨环比)为2~10:1,优选3~8:1。若氨的含量过低,则容易生成仲胺、环烷烯烃等副产物,若氨的含量过高,则回收工艺复杂且容易造成原材料的浪费。当氨的用量处于本发明的范围内时,有利于提高反应效率,并进一步降低仲胺、叔胺等副产物的生成。
具体地,所述环氧环烷烃为环氧环戊烷、环氧环己烷、环氧环庚烷或环氧环辛烷。上述环氧环烷烃与本发明的制备方法具有较好的适应性,本发明的制备方法条件下具有较好的转化率,所得反应产物依次为2-氨基环戊醇、2-氨基环己醇、2-氨基环庚醇、2-氨基环辛醇,产物收率高、选择性好。
进一步地,所采用的反应装置由2~12个串联的反应器所构成。反应器具体为釜式反应器或管式反应器,特别是管式反应器具有极低阻力的特点,有利于提高目标产物收率和生产效率。
进一步地,沿物料的走向,将排在第一位的反应器称为第一反应器,环氧环烷烃分批加入到第一反应器和其余反应器中的至少一个。实验发现,环氧环烷烃的反应活性较高,反应速度的可控性较差,若一次性加入,则反应剧烈,副反应加大。将环氧环烷烃分批次加入,以限制反应速度,减少反应过于激烈的危险,提高体系安全性;同时,还可以实现物料比的动态调整,可根据生产需要调整单次反应摩尔比,以达到提高环氧环烷烃的转化率和2-氨基环烷醇的选择性,节省原材料的目的。为了达到更好的生产效果,优选将环氧环烷烃分2~6次加入。
进一步地,氨源分批加入到第一反应器和其余反应器中的至少一个。该方法能够提高反应器内氨环比的稳定性,以提高反应效率并降低副产物的生成。
进一步地,为了获得更好的制备效果,优选按照如下步骤实施本发明的技术方案:
(1)反应装置由6~12个串联的管式反应器所构成;
(2)将至少部分氨源和部分环氧环烷烃加入到第一管式反应器中,然后将剩下的环氧环烷烃分3~5次加入到除第一管式反应器外其它的管式反应器中,控制反应温度为120~180℃,使氨处于亚临界状态或超临界状态,进行反应,获得反应产物;
(3)将反应产物在室温进行减压蒸馏脱除剩余的氨源,获得2-氨基环烷醇粗产物;
(4)将粗产物在90~110℃条件下纯化,获得2-氨基环烷醇。
与现有技术相比,本发明技术方案的综合优势为:耗时短、效率高、流程简单、过程平稳,且环氧环烷烃的转化率高(≥99.7%),2-氨基环烷醇的选择性高(>95.5%)。
附图说明:
图1本申请一实施例的流程图。
图2本申请另一实施例的流程图。
具体实施方式:
为了更好地理解本发明,下面结合实施例进一步阐明本发明的内容,但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。在下述各实施例中,当反应装置有N个反应器构成时,依照物料的走向,将各反应器依次称为第一反应器、第二反应器、第三反应器、直到第N反应器。
实施例1
按照氨源中的氨与环氧环戊烷的总投料摩尔比10:1准备原材料,其中液氨170g、环氧环戊烷84g。将原材料全部加入到高压反应釜中,反应温度为10℃,压力为0.5MPa,使氨处于亚临界状态。反应30min后,将反应产物在室温进行减压蒸馏脱氨,获得2-氨基环戊醇粗产物,其中2-氨基环戊醇的含量为95.5wt%。环氧环戊烷的转化率为99.7%,2-氨基环戊醇的选择性为95.8%。
实施例2
按照氨源中的氨与环氧环戊烷的总投料摩尔比10:1准备原材料,其中氨水-甲醇溶液585g(40wt%氨水425g,无水甲醇160g)、环氧环戊烷84g。其余同实施例1。获得2-氨基环戊醇粗产物,其中2-氨基环戊醇的含量为96.3wt%。环氧环戊烷的转化率为99.8%,2-氨基环戊醇的选择性为96.5%。
实施例3
将两个反应釜串联,按照氨源中的氨与环氧环戊烷的总投料摩尔比8:1准备原材料,其中氨气136g、环氧环戊烷84g。首先将136g氨气和42g环氧环戊烷加入第一反应釜中,控制反应温度为80℃,压力为2MPa,使氨处于亚临界状态。然后将剩下的42g环氧环戊烷加入第二反应釜中,反应温度为80℃,压力为2MPa。停留时间控制为50min,然后将反应产物在室温进行减压蒸馏脱氨,获得干燥的粗产物,然后将粗产物在100℃、0.033kPa条件下纯化,获得2-氨基环戊醇。环氧环戊烷的转化率为99.8%,2-氨基环戊醇的选择性为96.3%。
实施例4
请参阅图1,将三个反应釜串联,按照氨源中的氨与环氧环己烷的总投料摩尔比6:1准备原材料,其中氨水-乙醇溶液502g(28wt%氨水364g,无水乙醇138g)、环氧环己烷98g。首先将502g氨水-乙醇溶液和33g环氧环己烷加入第一反应釜中,控制反应温度为40℃,压力为1MPa,使氨处于亚临界状态。然后将33g环氧环己烷加入第二反应釜中,反应温度为40℃,压力为1MPa,最后将剩下的32g环氧环己烷加入第三反应釜中,反应温度为40℃,压力为1MPa。停留时间控制为60min,然后将反应产物在室温进行减压蒸馏脱氨,再进行蒸馏脱溶剂水和乙醇,获得2-氨基环己醇粗产物,其中2-氨基环己醇的含量为96.7wt%。环氧环己烷的转化率为99.9%,2-氨基环己醇的选择性为96.8%。
脱出的氨返回第一反应器,作为原料回用。2-氨基环己醇粗产物作为原料直接用于聚醚合成,或者进行纯化,获得高纯度2-氨基环己醇。
实施例5
将三个管式反应器串联,其余同实施例4。
获得2-氨基环己醇粗产物,其中2-氨基环己醇的含量为97.5wt%。环氧环己烷的转化率为100%,2-氨基环己醇的选择性为97.5%。
实施例6
仅使用一个管式反应器,将环氧环己烷分3次加入到管式反应器中,其余同实施例4。
获得2-氨基环己醇粗产物,其中2-氨基环己醇的含量为97.1wt%。环氧环己烷的转化率为100%,2-氨基环己醇的选择性为97.1%。
实施例7
将八个管式反应器串联,按照氨源中的氨与环氧环庚烷的总投料摩尔比3:1准备原材料,其中50wt%氨水102g、环氧环庚烷112g。首先将102g氨水和28g环氧环庚烷加入第一管式反应器中,控制反应温度为120℃,压力为7MPa,使氨处于亚临界状态。然后将剩下的84g环氧环庚烷平均分成3份,依次加入到第三管式反应器、第五管式反应器和第七管式反应器中,反应温度为120℃,压力为7MPa。停留时间控制为3h,然后将反应产物在室温进行减压蒸馏脱氨,再进行蒸馏脱溶剂水,获得干燥的粗产物,然后将粗产物在80℃、3.325kPa条件下纯化,获得馏分2-氨基环庚醇。环氧环庚烷的转化率为100%,2-氨基环庚醇的选择性为97.8%。
实施例8
请参阅图2,将六个管式反应器串联,按照氨源中的氨与环氧环己烷的总投料摩尔比5.8:1准备原材料,其中95wt%氨水102.9g、环氧环己烷98g。首先将89.5g 95wt%氨水和24.5g环氧环己烷加入第一管式反应器中,控制反应温度为140℃,压力为12MPa,使氨处于超临界状态。然后依次在第二管式反应器、第四管式反应器和第六管式反应器中分别加入将24.5g环氧环己烷并补入4.5g 95wt%氨水,反应温度为140℃,压力为12MPa。停留时间控制为6h,然后将反应产物在室温进行减压蒸馏脱氨,再进行蒸馏脱溶剂水,获得干燥的粗产物,然后将粗产物在90℃、0.133kPa条件下纯化,获得馏分2-氨基环己醇。环氧环己烷的转化率为100%,2-氨基环己醇的选择性为98.6%。脱出的氨返回第一反应器,作为原料回用。2-氨基环己醇粗产物作为原料直接用于聚醚合成,或者进行纯化,获得高纯度2-氨基环己醇。
实施例9
将十二个管式反应器串联,按照氨源中的氨与环氧环辛烷的总投料摩尔比2:1准备原材料,其中氨水-甲醇溶液377g(60wt%氨水57g,无水乙醇320g)、环氧环辛烷126g。首先将377g氨水-甲醇溶液和21g环氧环辛烷加入第一管式反应器中,控制反应温度为180℃,压力为19MPa,使氨处于超临界状态。然后依次在第三、第五、第七、第九、第十一管式反应器中分别加入将21g环氧环辛烷,反应温度为180℃,压力为19MPa。停留时间控制为10h,然后将反应产物在室温进行减压蒸馏脱氨,再进行蒸馏脱水和甲醇,获得干燥的粗产物,然后将粗产物在110℃、0.106kPa条件下纯化,获得馏分2-氨基环辛醇。环氧环辛烷的转化率为100%,2-氨基环辛醇的选择性为98.1%。
对比例1
将三个反应釜串联,按照氨源中的氨与环氧环己烷的总投料摩尔比6:1准备原材料,其中氨水-乙醇溶液502g(28wt%氨水364g,无水乙醇138g)、环氧环己烷98g。首先将502g氨水-乙醇溶液和33g环氧环己烷加入第一反应釜中,控制反应温度为40℃,反应压力为常压。然后将33g环氧环己烷加入第二反应釜中,反应温度为40℃,反应压力为常压,最后将剩下的32g环氧环己烷加入第三反应釜中,反应温度为40℃,反应压力为常压。停留时间控制为60min,然后将反应产物在室温进行减压蒸馏脱氨,再进行蒸馏脱溶剂水和乙醇,获得2-氨基环己醇粗产物,其中2-氨基环己醇的含量为22.1wt%。环氧环己烷的转化率为24.6%,2-氨基环己醇的选择性为90%。
对比例2
将三个反应釜串联,按照氨源中的氨与环氧环己烷的总投料摩尔比6:1准备原材料,其中氨水-乙醇溶液502g(28wt%氨水364g,无水乙醇138g)、环氧环己烷98g。首先将502g氨水-乙醇溶液和33g环氧环己烷加入第一反应釜中,控制反应温度为180℃,反应压力为常压。然后将33g环氧环己烷加入第二反应釜中,反应温度为180℃,反应压力为常压,最后将剩下的32g环氧环己烷加入第三反应釜中,反应温度为180℃,反应压力为常压。停留时间控制为60min,然后将反应产物在室温进行减压蒸馏脱氨,再进行蒸馏脱溶剂水和乙醇,获得2-氨基环己醇粗产物,其中2-氨基环己醇的含量为47.3wt%。环氧环己烷的转化率为75%,2-氨基环己醇的选择性为63%。
对比例3
将三个反应釜串联,按照氨源中的氨与环氧环己烷的总投料摩尔比6:1准备原材料,其中氨水-乙醇溶液502g(28wt%氨水364g,无水乙醇138g)、环氧环己烷98g。首先将502g氨水-乙醇溶液和33g环氧环己烷加入第一反应釜中,控制反应温度为40℃,反应压力为常压。然后将33g环氧环己烷加入第二反应釜中,反应温度为40℃,反应压力为常压,最后将剩下的32g环氧环己烷加入第三反应釜中,反应温度为40℃,反应压力为常压。停留时间控制为48h,然后将反应产物在室温进行减压蒸馏脱氨,再进行蒸馏脱溶剂水和乙醇,获得2-氨基环己醇粗产物,其中2-氨基环己醇的含量为48.1wt%。环氧环己烷的转化率为63.9%,2-氨基环己醇的选择性为75.3%。
对比例4
将十二个管式反应器串联,按照氨源中的氨与环氧环辛烷的总投料摩尔比2:1准备原材料,其中氨水-甲醇溶液377g(60wt%氨水57g,无水乙醇320g)、环氧环辛烷126g。将全部原材料加入第一管式反应器中,控制反应温度为180℃,压力为19MPa,使氨处于超临界状态。停留时间控制为10h,然后将反应产物在室温进行减压蒸馏脱氨,再进行蒸馏脱水和甲醇,获得干燥的粗产物,然后将粗产物在110℃、0.106kPa条件下纯化,获得馏分2-氨基环辛醇。环氧环辛烷的转化率为85%,2-氨基环辛醇的选择性为72%。
从对比例1~4可以看出,常压下的氨,不管在低温还是高温条件下,均不能使反应获得很好的转化率和选择性,虽然延长反应时间有利于降低副产物,但是环氧环烷烃的转化率还是很低,且2-氨基环烷醇选择性不佳。同时,对于串联的反应器,若选择将所有原材料一次性加入的方式,则不能将原材料充分利用和转化。本发明所选择的技术方案,不仅具有较高的转化率和选择性,而且耗时少、流程简单,综合效率高。

Claims (10)

1.一种2-氨基环烷醇的制备方法,其特征在于,以氨源和环氧环烷烃为原料,使氨处于超临界或亚临界状态下进行反应,反应结束后,将剩余的原料脱除,得到2-氨基环烷醇粗产物。
2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,反应的温度为10~180℃。
3.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述氨源为液氨、氨气、氨水、氨水-甲醇溶液或氨水-乙醇溶液。
4.根据权利要求3所述的制备方法,其特征在于,所述氨水的浓度为28~95wt%。
5.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,氨源中的氨与环氧环烷烃的总投料摩尔比为2~10:1。
6.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述环氧环烷烃为环氧环戊烷、环氧环己烷、环氧环庚烷或环氧环辛烷。
7.根据权利要求1~6任意一项所述的制备方法,其特征在于,
所采用的反应装置由2~12个串联的反应器所构成。
8.根据权利要求7所述的制备方法,其特征在于,
沿物料的走向,将排在第一位的反应器称为第一反应器,环氧环烷烃分批加入到第一反应器和其余反应器中的至少一个。
9.根据权利要求8所述的制备方法,其特征在于,氨源分批加入到第一反应器和其余反应器中的至少一个。
10.根据权利要求8所述的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
(1)反应装置由6~12个串联的管式反应器所构成;
(2)将至少部分氨源和部分环氧环烷烃加入到第一管式反应器中,然后将剩下的环氧环烷烃分3~5次加入到除第一管式反应器外其它的管式反应器中,控制反应温度为120~180℃,使氨处于亚临界状态或超临界状态,进行反应,获得反应产物;
(3)将反应产物在室温进行减压蒸馏脱除剩余的氨源,获得2-氨基环烷醇粗产物;
(4)将粗产物在90~110℃条件下纯化,获得2-氨基环烷醇。
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