CN1444577A - 3,4-二氢-2h-吡喃的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明一种在150至400℃在0.001至50巴的压力下将四氢糠醇在固体氧化催化剂上发生反应来制备3,4-二氢-2H-吡喃的方法,该方法包括在气相中在管束反应器内进行反应。

Description

3,4-二氢-2H-吡喃的制备方法
本发明涉及通过在管束反应器内的氧化催化剂上脱水重排四氢糠醇来制备3,4-二氢-2H-吡喃的方法。
EP-A 691 337公开了通过在流化床内转化四氢糠醇来制备3,4-二氢-2H-吡喃的方法。除了较高的装置成本外,在流化床内进行该方法因要循环的气体量而需要较高的能量成本,并且具有比较低的时空收率。另外的缺点是对催化剂颗粒的高度机械应力导致磨损,并因此使得在反应流出物中会有微细的催化剂物质流出。
通过在固定床内于375℃将四氢糠醇在活性氧化铝上发生反应来制备3,4-二氢-2H-吡喃的方法公开于J.Am.Chem.Soc.,68(1946),第1646至1648页。与复杂的起始步骤的不协调产生了最高为525℃的温度尖峰并导致催化剂的失活。
在Organic Syntheses,Col.第3卷,第276至277页,1955中,公开了通过在固定床反应器内将四氢糠醇发生反应来制备3,4-二氢-2H-吡喃的方法。所用的活性氧化铝的运转时间据报道为12至16小时。在催化剂上形成褐色焦油状的沉积物。
GB-A-10 17 313建议使用活性氧化铝上的氧化钒或氧化钼催化剂从四氢糠醇制备3,4-二氢-2H-吡喃。收率最高为76%。
GB 858 626还公开了在二氧化钛/氧化铝催化剂上转化四氢糠醇的方法。转化率最初为97%,但是,仅仅20天后,转化率仅仅是不令人满意的70%。可得到的催化剂的运转时间也不令人满意。
本发明的目的是克服上述缺点。
我们发现,通过在150至400℃、在0.001至50巴的压力下将四氢糠醇在固体氧化催化剂上发生反应来制备3,4-二氢-2H-吡喃的新颖、改进方法可以实现该目的,该方法包括在气相中在管束反应器内进行反应。
管束反应器至少由一根被加热和/或冷却的热传递介质所包围的反应器管组成。工业上使用的管束反应器通常包含三根以上至数万根的平行反应器管。如果将一个以上的管束反应器(在管束反应器装置的意义上)并联连接,这些可以看作是管束反应器的等同物并都包括在如下所述的管束反应器内。
如果管束反应器单元由一个以上的管束反应器组成,例如两个、三个、四个或多个,则这些管束反应器是串联连接。管束反应器通常是直接连接,也就是一个管束反应器的流出物流直接进入后面反应器的入口。但是,还可以将质量和/或能量传递到两个管束反应器,或者是从两个管束反应器传递质量和/或能量。例如,将一部分气体物流或其成分取出,或者是加入另一部分气体物流,或者是将存在的气体物流通过换热器。
管束反应器单元还可包含一个或多个可以对进入的气体混合物进行加热的预热区域。能够实现将预热区域与管束反应器成为一体,例如通过填充有惰性物质的反应器管,所述的惰性物质同样也被热传递介质包围。原则上,有用的惰性物质包括所有的具有化学惰性的成型体,也就是该惰性物质在所有情况下都不会引发或催化任何的多相催化反应并且具有低于装置最大容许的固有压力值的最大压降。有用物质的例子包括氧化物质例如Al2O3,或SiC,或者是金属物质如不锈钢。成型体的例子包括球形、片剂形、中空圆柱形、环形、三叶形、三星形、车轮形、挤出物形和不规则的成型体。
本发明的方法在管束反应器内进行将有利于促进基本上等温的反应。基本上等温是指最热反应区和最冷反应区之间的最大温差至多为5℃。等温过程使所用的催化剂获得更长的运转时间。
本发明的方法可按照如下进行:
在150至400℃、优选200至350℃、更优选250至300℃将气体形式的四氢糠醇优选与惰性载气如氮气或稀有气体如氩气、优选氮气一起经过填充有催化剂的管束反应器。
优选基本上再循环惰性气体并仅用少量新加入的气体进行补充。反应压力可以在宽限度内变化,通常为0.001至50巴,优选0.01至10巴,更优选常压至1.5巴。将离开管束反应器的气体混合物冷凝,然后分出有机相并分馏。可通过蒸馏将3,4-二氢-2H-吡喃进一步纯化。
有用的固体氧化催化剂包括周期表的第IIa、IIIa、IIb、IIIb、IVb、Vb、VIb和VIIb族,铁、钴、镍、铈、镨的氧化物或其混合物,优选镁、钙、铝、锌、钛、锆、钒、铬、钼、锰、铁、钴、镍、铈的氧化物或其混合物,更优选镁、钙、铝、锌、钛、锆、锰、铁、钴、镍的氧化物或其混合物,特别是含有氧化铝、更优选含有γ-氧化铝的混合物,其中在氧化物混合物中γ-氧化铝的含量最高为100重量%。这些固体氧化催化剂可任选地用磷酸饱和。尽管优选使用未负载的催化剂,但是本发明所用的催化剂可以是未负载的催化剂,也可以是负载到适当的载体物质上的催化剂,例如氧化铝、氧化钛、氧化锆、氧化镁或其混合物。按照本领域公知的方式将催化活性氧化物施加到载体物质上。
在本发明的方法中,催化剂的每小时空速通常为0.005至0.5kg/l催化剂h,优选0.05至0.2kg/l催化剂h。
尽管优选连续过程,但是本发明的方法可以连续进行,也可以间歇进行。
与已知方法相比,本发明的方法以更简单和更经济的方式生产3,4-二氢-2H-吡喃。该方法可进行等温操作从而使所用催化剂获得更长的运转时间。另外,可以得到收率大于80%、纯度大于90%的3,4-二氢-2H-吡喃。
在制备工业有机专用化学品的中,3,4-二氢-2H-吡喃作为有价值的醇类保护基具有广泛的应用。
                         实施例
                        实施例1
实验装置配备有能保证控制四氢糠醇进料的进料单元和反应器管。只要反应器管的测量值在工业反应器管的范围内,在实验室或中试装置规模上用反应器管代替管束反应器是非常可行的。装置以“直接通过”的方式运行,也就是没有进行循环。
管束反应器单元由长度为0.8m、内径为30mm的反应器管组成。在反应器管内,将具有温度测量点的多功能热电偶位于保护管内。反应器管被可加热的热传递回路所包围。管束反应器的流向向下。所用的热传递介质是传热油。
将51g/小时的四氢糠醇在进料单元中蒸发并与50l(STP)氮气一起通过加热至250℃的管束反应器管。管束反应器管填充有250ml(150g)γ-氧化铝。然后将反应气体冷凝并进行各相分离。得到23.5g(95重量%)/小时纯度为95GC-面积%(通过气相色谱得到95面积%)的3,4-二氢-2H-吡喃。四氢吡喃的含量低于1重量%。1360小时后,催化剂的活性没有变化。转化率为96%。
                        实施例2
重复实施例1,所不同的是使用33g/小时的四氢糠醇。3520小时的运转时间后,平均得到23.2g/小时纯度为94GC-面积%(通过气相色谱得到94面积%)的3,4-二氢-2H-吡喃。转化率在很长的运转时间内下降到最小值90%,但是通过增加5℃就能够将转化率恢复到最高95%。3520小时后,催化剂的活性基本上没有变化。
                        实施例3
实验装置配备有进料单元和管束反应器。通过再循环气体法运行装置。
管束反应器由长为1.7m、内径为30mm的30个反应器管组成。在这些反应器管的5个中,将分别具有三个温度测量点的多功能热电偶位于保护管内。反应器管被可加热的热传递回路所包围。管束反应器的流向向下。用新加入的气体代替5%再循环气体/小时。所用的热传递介质是熔化盐。
将3.2kg(3.2l)/小时的四氢糠醇在进料单元中蒸发并与2800l(STP)氮气一起经过加热至250℃的管束反应器。管束反应器填充有34l(18kg)γ-氧化铝。然后将反应气体冷凝并进行各相分离。得到2.3kg(按100%计算)/小时收率为87重量%的3,4-二氢-2H-吡喃。

Claims (7)

1、通过在150至400℃在0.001至50巴的压力下将四氢糠醇在固体氧化催化剂上发生反应来制备3,4-二氢-2H-吡喃的方法,该方法包括在气相中在管束反应器内进行反应。
2、权利要求1所述的制备3,4-二氢-2H-吡喃的方法,其中所用的固体氧化催化剂是周期表中第IIa、IIIa、IIb、IIIb、IVb、Vb、VIb或VIIb族、铁、钴、镍、铈或镨的氧化物或其混合物。
3、权利要求1所述的制备3,4-二氢-2H-吡喃的方法,其中所用的固体氧化催化剂是镁、钙、铝、锌、钛、锆、钒、铬、钼、锰、铁、钴、镍、铈的氧化物或其混合物。
4、权利要求1所述的制备3,4-二氢-2H-吡喃的方法,其中所用的固体氧化催化剂是镁、钙、铝、锌、钛、锆、锰、铁、钴、镍的氧化物或其混合物。
5、权利要求1所述的制备3,4-二氢-2H-吡喃的方法,其中所用的固体氧化催化剂是氧化铝。
6、权利要求1所述的制备3,4-二氢-2H-吡喃的方法,其中反应在250至300℃进行。
7、权利要求1所述的制备3,4-二氢-2H-吡喃的方法,其中惰性载气进行再循环。
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