而在傳統(tǒng)的Reppe工藝或采用聚氧化烯類助催化劑時,都必須采用減壓蒸餾法移去生成的水,否則將導(dǎo)致NVP收率低于50%.③此類助催化劑不僅能加快反應(yīng)速度,提高轉(zhuǎn)化率,而且能抑制聚合副反應(yīng)的發(fā)生,增大選擇性.產(chǎn)物分析表明NVP是僅有的產(chǎn)物,沒有聚合副產(chǎn)物生成.助催化劑能夠?qū)︹淃}主催化劑提供立體保護(hù),使水分子難以靠近鉀鹽催化劑,因而不會引起2-吡咯烷酮的開環(huán)副反應(yīng)發(fā)生.由于無聚合副產(chǎn)物生成,故只需要一個蒸餾塔將產(chǎn)物NVP與未反應(yīng)的2-吡咯烷酮加以分離,這有利于簡化生產(chǎn)工藝、降低設(shè)備投資.
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乙炔二醇(濃度為30%~40%)在鎳系催化劑作用下通過加氫反應(yīng)生成1,4-丁二醇即反應(yīng)(4.2).1,4-丁二醇經(jīng)脫氫環(huán)化而得y-丁內(nèi)酯[反應(yīng)(4.3)],該反應(yīng)常用銅催化劑或銅-鋅、銅-鉻等復(fù)合金屬氧化物催化體系,在230~255℃,0.2MPa的條件下進(jìn)行.反應(yīng)(4.4)為Y-丁內(nèi)酯的胺化反應(yīng),該反應(yīng)可在一定的溫度﹑壓力條件下以液相反應(yīng)形式自發(fā)進(jìn)行,為非催化過程.y-丁內(nèi)酯的胺化產(chǎn)物2-吡咯烷酮與乙炔發(fā)生乙烯化反應(yīng)生成NVP[反應(yīng)(4.5)],該反應(yīng)采用KOH為催化劑,
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又可分為鹵代法、乙酐法等.先是羥乙基吡咯烷酮在溶劑苯中與SOCl,發(fā)生鹵代反應(yīng)生成氯乙基吡咯烷酮,然后用KOH或甲醇鈉作催化劑脫去一分子氯化氫生成NVP,反應(yīng)的實(shí)施過程如下:(1)NHP和苯按重量比1:0.5~0.8加人三頸燒瓶中,再把燒瓶置于加有冰塊的超級恒水浴中,邊攪拌,邊由滴液漏斗滴加入重量為NHPO.83倍的SOCl,控制速度使體系溫度不大于35℃為宜(因?yàn)榱u乙基吡咯烷酮與SOCl。
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目的在于使中間產(chǎn)物N-(α-乙酸乙烯基)-2-吡咯烷酮熱分解所產(chǎn)生的各種產(chǎn)物不斷被分離出來.將餾出物中的目的產(chǎn)物NVP進(jìn)行提純處理后可得到的NVP產(chǎn)品.2-吡咯烷酮在低溫下即可與常用的羧酸乙烯酯反應(yīng)生成一種中間體N-(α-羧酸乙基)-2-吡咯烷酮.這反應(yīng)需采用堿金屬氫氧化物為催化劑,且催化劑堿性愈強(qiáng),得到的NVP收率就越高.綜合考慮催化劑性能及來源,價格因素,以KOH適合于本反應(yīng)體系.
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二是因?yàn)榇急人菀讚]發(fā).以甲醇鈉為例,在鹵代反應(yīng)中,氯化亞飆一直被認(rèn)為是傳統(tǒng)的鹵代劑.我們探討了鹽酸作為鹵代劑的情況,研究結(jié)果表明,鹽酸作為羥乙基吡咯烷酮鹵代反應(yīng)的鹵代劑具有其明顯的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢.鹽酸作為鹵代劑同樣是經(jīng)過兩步得到產(chǎn)物NVP,其中-步反應(yīng)為:二步與SOCl。作為鹵代劑時相同.鹽酸作為鹵代劑的實(shí)施過程與SOCl2作為鹵代劑時大致相同,只是在實(shí)施一步反應(yīng)時有以下幾點(diǎn)值得注意:(1）不需要加入溶劑;(2)鹽酸過量約20%;(3)反應(yīng)溫度為130℃左右,不需要冷卻;
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反應(yīng)是用連續(xù)流動催化反應(yīng)床進(jìn)行的,壓力為常壓，收率達(dá)90%以上.美國專利5101045報(bào)道用Co,Cu,Mn等混合氧化物(活化后)作為催化劑在250℃及20MPa的高壓下與甲胺反應(yīng)直接合成N-甲基吡咯烷酮,產(chǎn)率達(dá)80%以上.順酐一步法合成N-甲基吡咯烷酮源于y丁內(nèi)酯是由順酐經(jīng)部分催化加氫制備的,美國ISP公司建立了--套年產(chǎn)10000ty-丁內(nèi)酯的生產(chǎn)線,就是以順酐為原料的.事實(shí)上,合成NVP的很多方法都是以y-丁內(nèi)酯為起始原料或中間產(chǎn)物.例如,乙炔法中y-丁內(nèi)酯是-種重要的中間物,
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Reppe法和吡咯烷酮法實(shí)質(zhì)上都經(jīng)歷了Y-丁內(nèi)酯和NH,的胺化、2-吡咯烷酮的乙烯化兩步反應(yīng).區(qū)別在于Reppe工藝中乙烯化反應(yīng)采用了單一的堿金屬鹽類化合物,而吡咯烷酮法則添加了各種助催化劑,或采用羧酸乙烯酯代替乙炔與2-吡咯烷酮進(jìn)行乙烯化反應(yīng).兩種方法都存在不足之處:(1）在高壓條件下乙炔易分解甚至爆炸,具有操作上的不安全因素.(2)胺化、乙烯化反應(yīng)需在較高壓力下進(jìn)行,需高壓設(shè)備及裝置.
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這些方法可分為備PVP單體NVP是未來的發(fā)展趨勢.兩大類,一類是反應(yīng)路線與Reppe法相似,即y-丁內(nèi)酯先經(jīng)胺化為2-吡咯烷酮,然后乙烯化為NVP,只是對各步所用催化劑進(jìn)行了改變或改進(jìn).如前所述,這一類稱之為吡咯烷酮法.另--類是將Y-丁內(nèi)酯胺化為羥乙基毗咯烷酮,然后乙烯化為NVP,此類稱之為Y丁內(nèi)酯法．-吡咯烷酮的制備及其催化體系y-丁內(nèi)酯胺化法在傳統(tǒng)的Reppe工藝中,y-丁內(nèi)酯與NH,采用高壓液相反應(yīng)合成2-吡咯烷酮,此過程無需加催化劑.
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所以迄今為止乙炔法雖然有著不可克服的缺點(diǎn),但仍然是世界上PVP單體NVP的主要生產(chǎn)方法.目前研究得比較活躍的NVP合成方法是Y-丁內(nèi)酯法,主要是直接脫水法脫水催化劑的開發(fā).另--方面,-些研究者致力于尋找更簡便、切實(shí)可行.更經(jīng)濟(jì)、成本更低的PVP單體合成方法.美國專利5478950[33報(bào)道用銅的亞鉻酸鹽和陽離子交換分子篩作催化劑,使順酐先進(jìn)行部分催化加氫,然后接著與甲胺反應(yīng)得到甲基吡咯烷酮,
了解詳情是采用乙酸酐先與羥乙基吡咯烷酮反應(yīng)生成吡咯烷酮的乙酸酯,然后脫去一分子乙酸即得NVP.方法(3)是直接使羥乙基吡咯烷酮進(jìn)行催化脫水反應(yīng)生成NVP.三種方法各有利弊,(1)和(2)的優(yōu)點(diǎn)是反應(yīng)易于進(jìn)行,轉(zhuǎn)化率高,脫HCl,脫乙酸比脫水反應(yīng)容易,但反應(yīng)路線長，需加入另一種輔助原料,如SOCl,HCl或AczO,增大了成本及設(shè)備投資,且SOCl2,HCI分別有劇毒性及腐蝕性,易帶來環(huán)境污染問題和設(shè)備腐蝕問題等.
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