CN1733684A - 超临界相合成水杨酸新工艺 - Google Patents
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Abstract
一种在超临界条件下合成水杨酸的绿色生产新工艺。将苯酚用NaOH水溶液中和制成苯酚钠盐，干燥、研磨得固体苯酚钠(反应物)。在高压反应釜中，以苯酚钠和二氧化碳为反应物，经超临界均相羧化反应(Kolbe－Schmitt反应)生成水杨酸钠盐、酸化制取水杨酸。进一步精制后得高纯度水杨酸产品。将Kolbe－Schmitt反应由传统工艺中的气固相非均相反应变为均相反应，操作温度降低、反应速率快，避免了因局部过热而产生的副反应且不存在污染和溶剂回收问题，是一种满足循环经济工业化需求、实用性很强的绿色生产新工艺。
Description
技术领域：
本发明涉及一种合成水杨酸的方法，具体地说是涉及一种在超临界条件下合成水杨酸的新工艺。
背景技术：
水杨酸是医药工业、食品工业和精细化学工业中的重要原料和中间体。在医药工业中，水杨酸主要用于止痛灵、利尿素、乙酰水杨酸(阿司匹林)、水杨酸钠、水杨酰胺、优降糖、氯硝柳胺、水杨酸苯酯、对羟基苯甲酸乙酯、次水杨酸铋、柳氮磺胺吡啶等药物的生产；水杨酸本身也用作消毒防腐药。水杨酸还是生产高级染料、橡胶工业添加剂、香料、阻燃剂、织物保护剂、土壤改良剂等高附加值精细化工产品的重要原料。
水杨酸的合成是典型的Kolbe-Schmitt反应，即有机酚类化合物与二氧化碳发生亲电取代而在芳环上引入羧基的反应，又称芳香环羧基化反应。
水杨酸的现有合成工艺主要有常压法和中压法。常压法有低温法和高温法之分，但其工艺过程相似：它以苯酚为原料，先与氢氧化钠反应成酚钠，在常压下通入二氧化碳进行羧化反应，再用硫酸酸化得产物。其中，高温法控制温度128℃至200℃；水杨酸收率为50％-70％；低温法控制温度在50℃-100℃下，该法的优点是常压操作，安全性较好，设备投入也比较少，适用于小企业生产；缺点是苯酚的单程转化率较低，苯酚虽可循环使用，但能耗较高。
中压法是将二氧化碳通入干燥的苯酚钠并维持中压下进行羧基化反应，生成碳酸苯酚酯；然后加压进行分子重排，生成水杨酸钠；再经酸化处理制成水杨酸。中压法有直接法和溶剂法两种：直接法釜内压力稳定在0.7-0.8MPa，在130℃-140℃下羧化6小时以上，收率达98％以上，该方法采用气固相直接羧化工艺，反应在非均相介质中进行，反应物间的相接触面积小，过程的传质传热性能差。二氧化碳在反应时多次导入，过程控制繁杂，反应时间长，反应的转化率、收率低且物料容易固结在反应釜中。溶剂法加入苯酚做溶剂，使羧化反应成为较易进行的气液相反应，这样就增加了反应物料间的接触碰撞，改善了过程的传质传热性能，因而反应速度加快，周期缩短，反应的转化率和收率提高，能量消耗减少，过程控制也比较简单。该法苯酚的单程转化率较高，产品质量较好。它是目前工业上采用的主要方法。但是，该方法依然存在反应时间长、热能消耗大、溶剂回收过程繁杂、污染严重等缺点。
Kolbe-Schmitt反应是一个可逆反应，受温度影响显著。由于热力学因素的影响，苯酚钠与二氧化碳在较低温度(100℃-200℃)反应时得到邻位羟基酸钠，而在较高温度下主要得到对位产物。同时，传统的Kolbe-Schmitt反应是一个气固相非均相反应，反应过程中的传质性能直接决定着反应速度和产品质量的优劣，它是合成中需要解决的关键问题。
《现代化工》1997年第9期第49页，曾发表简讯报道，日 本北海道工业技术研究所“以超 临界二氧化碳为反应介质高收率合成水杨酸”：反应压力17.5MPa，反应温度120℃，反应时间30分钟，苯酚转化率为100％，水杨酸产率90％。其缺点是：反应压力高，设备费用高，能耗大，产率低。
发明内容：
本发明的目的是提供一种在超临界条件下合成水杨酸的绿色生产新工艺。
发明的具体内容为：
a)将苯酚用NaOH水溶液中和制成苯酚钠盐，经二次真空干燥得中间反应物固体苯酚钠(反应物)；
b)在高压反应釜中，以苯酚钠和二氧化碳为反应物，经超临界Kolbe-Schmitt反应生成水杨酸钠盐、酸化制取水杨酸；
c)进一步精制后得纯度为99.5％至100％的水杨酸产品。
如上所述的步骤a)中固体苯酚钠(反应物)的具体制备方法为：准确称取一定量固态苯酚加热至液态，在搅拌下将苯酚液加入到40一70％的氢氧化钠溶液中，苯酚与氢氧化钠的摩尔比为1∶1.0～1.03。搅拌混合液10-20分钟后，加热升温，减压蒸水。至溶液变成粘稠状时，转移到真空干燥箱中进行第一次减压干燥。控制真空度0.085Mpa-0.095Mpa，温度在160℃-170℃，至出水较少时，降温。取出固体苯酚钠，研磨成细粉，再进行第二次干燥，温度在135℃-145℃，真空度0.090MPa-0.095MPa。直到不出水时降温，称重，干燥环境中保存备用。
如上所述的步骤b)中超临界合成反应的具体工艺操作和控制方法为：将苯酚钠放入高压釜中，加盖密封，抽真空后通入适量二氧化碳。加热升温并搅拌，达到80-150℃后，缓慢通入二氧化碳至7.5-10MPa，随反应的进行再缓慢通入适量二氧化碳，使釜内温度和压力稳定在7.5-10MPa和80-150℃。在此超临界状态下反应60-120min后，通入冷凝水使高压釜内温度迅速下降到60℃以下，同时打开放气阀将二氧化碳经过滤器和干燥器排入储罐(循环利用)。至常压后打开釜盖，倒入适量蒸馏水，搅拌至全部溶解，然后将溶液转出、酸化、抽滤、真空干燥，得到水杨酸粗品。
优选的，如上所述的在超临界Kolbe-Schmitt反应合成水杨酸的最佳反应温度为115-123℃。
优选的，如上所述的在超临界Kolbe-Schmitt反应合成水杨酸的最佳反应压力为7.8-8.3MPa。
优选的，如上所述的在超临界Kolbe-Schmitt反应合成水杨酸的最佳反应时间为80-1OOmin。
优选的，如上所述的水杨酸粗品的精制方法为：将水杨酸粗品、水、磷酸按重量比1∶5∶0.004～O.005依次投入烧杯中，置于磁力搅拌器上搅拌，并缓缓升温至65℃～80℃，保持45-70min。然后降温至30℃以下，过滤，滤饼用少量水洗涤，真空干燥得高纯度水杨酸产品。
本发明的优点：
本发明采用超临界Kolbe-Schmitt反应合成水杨酸的优势主要体现在：采用超临界二氧化碳作为反应介质和反应物，将Kolbe-Schmitt反应由传统工艺中的气固相非均相反应变为均相反应，使其传质、传热特性得到大大改善，从而在适宜的反应温度、反应压力和反应时间下，合成水杨酸。本发明的优势主要体现在：操作温度降低、反应速率快，均相体系避免了因局部过热而产生的副反应、反应选择性好、反应转化率高，且不存在污染和溶剂回收问题，而且能提高产品质量，是一种满足循环经济工业化需求、实用性很强的绿色生产新工艺。CO2可以循环利用，产品纯度高达99％以上，可以满足医药级标准。
附图说明：
图1为本发明合成水杨酸的反应方程式
图2为本发明合成水杨酸的主要副反应反应方程式
具体实施方式：
实施例1：
准确称取氢氧化钠60.40g(1.51mol)，用蒸馏水配制成50％的溶液，冷却。准确称取苯酚141.165g(1.5mol)，将固态苯酚加热至液态，在搅拌下将苯酚液加入氢氧化钠溶液中。搅拌混合液15分钟后，加热升温，减压蒸水。至溶液变成粘稠状时，转移到真空干燥箱中进行第一次减压干燥。控制真空度0.085MPa-O.095MPa，温度在160℃-170℃，至出水较少时，降温。取出固体苯酚钠，研钵内磨成细粉，再进行第二次干燥，温度在135℃-145℃，真空度0.090MPa-O.095MPa。直到不出水时降温。取出固体苯酚钠转移到容积为500ml的装有电磁搅拌和自动控温系统的高压釜中，加盖密封，抽真空后通入适量二氧化碳。加热升温并搅拌，控制釜内温度为120℃，再缓慢通入二氧化碳至8.0MPa，随反应的进行再缓慢通入适量二氧化碳，使釜内温度和压力稳定在120℃和8.0MPa。在此超临界状态下反应90min后，通入冷凝水使高压釜内温度迅速下降到60℃以下，同时打开放气阀将二氧化碳经过滤器和干燥器排入储罐(循环利用)。至常压后打开釜盖，倒入150ml蒸馏水，搅拌至全部溶解，然后将溶液转入1000ml的四口瓶中，在搅拌下加入10％的稀硫酸，调节pH值为1-2，静置一段时间后，抽滤，在真空干燥箱中于50℃-60℃下干燥2-3小时，得到水杨酸粗品。将水杨酸粗品、水、磷酸按重量比1∶5∶0.005依次投入烧杯中，置于磁力搅拌器上搅拌，并缓缓升温至65℃～75℃，保持50min。然后降温至30℃以下，过滤，滤饼用少量水洗涤，真空干燥得水杨酸精品199.20g。取样，进行GC分析。结果：水杨酸纯度99.85％，苯酚转化率100％，选择性96.0％。
实施例2：
准确称取氢氧化钠410.00g(10.25mol)，用蒸馏水配制成50％的溶液，冷却。准确称取苯酚941.10g(10.0mol)，将固态苯酚加热至液态，在搅拌下将苯酚液加入氢氧化钠溶液中。搅拌混合液15分钟后，加热升温，减压蒸水。至溶液变成粘稠状时，转移到真空干燥箱中进行第一次减压干燥。控制真空度0.085MPa-0.095MPa，温度在160℃-170℃，至出水较少时，降温。取出固体苯酚钠，在研钵内磨成细粉后，再进行第二次干燥，温度在130℃-145℃，真空度0.090MPa-0.095MPa，直到不出水时降温。取出固体苯酚钠转移到容积为5000ml的装有电磁搅拌和自动控温系统的高压釜中，加盖密封，抽真空后通入适量二氧化碳。加热升温并搅拌，控制釜内温度为120℃，再缓慢通入二氧化碳至8.2MPa，随反应的进行再缓慢通入适量二氧化碳，使釜内温度和压力稳定在120℃和8.2MPa。在此超临界状态下反应90min后，通入冷凝水使高压釜内温度迅速下降到60℃以下，同时打开放气阀将二氧化碳经过滤器和干燥器排入储罐(循环利用)。至常压后打开釜盖，倒入1000ml蒸馏水，搅拌至全部溶解，然后将溶液转入5000ml的四口瓶中，在搅拌下加入20％的稀硫酸，调节pH值为1-2，静置一段时间后，抽滤，在真空干燥箱中于50℃-60℃下干燥2-3小时，得到水杨酸粗品。将水杨酸粗品、水、磷酸按重量比1∶5∶0.005依次投入烧杯中，置于磁力搅拌器上搅拌，并缓缓升温至65℃～75℃，保持1小时。然后降温至30℃以下，过滤，滤饼用少量水洗涤，真空干燥得水杨酸精品1326.7g。取样，进行GC分析。结果：水杨酸纯度99.84％，苯酚转化率100％，选择性95.9％。
Claims (7)
1.一种超临界相合成水杨酸的绿色生产新工艺，其特征在于制备方法包括如下步骤：
a)将苯酚用NaOH水溶液中和制成苯酚钠盐，经二次真空干燥得中间反应物固体苯酚钠(反应物)；
b)在高压反应釜中，以苯酚钠和二氧化碳为反应物，经超临界Kolbe-Schmitt反应生成水杨酸钠盐、酸化制取水杨酸；
c)进一步精制后得纯度为99.5％至100％的水杨酸产品。
2.如权利要求1所述的一种超临界相合成水杨酸的绿色生产新工艺，其特征在于所述的步骤a)中用于制备中间反应物苯酚钠的苯酚与氢氧化钠的摩尔比为1∶1.0～1.03。
3.如权利要求1所述的一种超临界相合成水杨酸的绿色生产新工艺，其特征在于所述的步骤b)中超临界合成反应的具体工艺操作和控制方法为：
a)将苯酚钠放入高压釜中，加盖密封，抽真空后通入适量二氧化碳；
b)加热升温并搅拌，达到80-150℃后，缓慢通入二氧化碳至7.5-10MPa，随反应的进行再缓慢通入适量二氧化碳，使釜内温度和压力稳定在7.5-10MPa和80-150℃；
c)在此超临界状态下反应60-120min后，通入冷凝水使高压釜内温度迅速下降到60℃以下，同时打开放气阀将二氧化碳经过滤器和干燥器排入储罐，以便循环利用；
d)至常压后打开釜盖，倒入适量蒸馏水，搅拌至全部溶解，然后将溶液转出、酸化、抽滤、真空干燥，得到水杨酸粗品。
4.如权利要求1至3所述的任一种超临界相合成水杨酸的绿色生产新工艺，其特征在于所述的超临界Kolbe-Schmitt反应合成水杨酸的最佳反应温度为115-123℃。
5.如权利要求1至3所述的任一种超临界相合成水杨酸的绿色生产新工艺，其特征在于所述的超临界Kolbe-Schmitt反应合成水杨酸的最佳反应压力为7.8-8.3MPa。
6.如权利要求1至3所述的任一种超临界相合成水杨酸的绿色生产新工艺，其特征在于所述的超临界Kolbe-Schmitt反应合成水杨酸的最佳反应时间为80-100min。
7.如权利要求1所述的一种超临界相合成水杨酸的绿色生产新工艺，其特征在于所述的水杨酸粗品的精制方法为：将水杨酸粗品、水、磷酸按重量比1∶5∶0.004～0.005依次投入烧杯中，置于磁力搅拌器上搅拌，并缓缓升温至65℃～80℃，保持45-70min。然后降温至30℃以下，过滤，滤饼用少量水洗涤，真空干燥得高纯度水杨酸产品。
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