實(shí)驗(yàn)室合成N-環(huán)己基吡咯烷酮影響因素研究

吳彥彬

（濮陽(yáng)邁奇科技有限公司，河南 濮陽(yáng)，457000）

N-環(huán)己基吡咯烷酮（CHP）是一種重要的化工產(chǎn)品，在印染、材料機(jī)械加工清洗、制冷等行業(yè)有著廣泛的用途。對(duì)于N-環(huán)己基吡咯烷酮的合成，目前文獻(xiàn)已報(bào)道有多種方法，其中馬來(lái)酸酐與環(huán)己胺催化氫化法［1，6］具有制備意義。該方法使用氫氣和高壓設(shè)備，安全性差；以磷酸作催化劑合成方法［3，5，6］，利用γ-丁內(nèi)酯（GBL）和環(huán)己胺反應(yīng)合成N-環(huán)己基吡咯烷酮，反應(yīng)時(shí)間2h，n(GBL) : n(環(huán)己胺):n(磷酸)=1.0 : 2.0 : 0.15，反應(yīng)溫度170℃ 200℃，CHP的收率和質(zhì)量分?jǐn)?shù)雖有了很大的提高，但是在合成的過(guò)程中磷酸作為催化劑對(duì)設(shè)備有一定的腐蝕性，后續(xù)的分離提純比較困難。

受中國(guó)石油集團(tuán)公司石油化工科學(xué)研究院開(kāi)發(fā)的管式連續(xù)N-甲基吡咯烷酮合成技術(shù)［4］的啟發(fā)，在實(shí)驗(yàn)室對(duì)GBL與環(huán)己胺直接高壓合成進(jìn)行了探索，使得GBL轉(zhuǎn)化率≥98%，CHP選擇性≥95%。

1 試驗(yàn)

1.1 原料及儀器

原料：γ-丁內(nèi)酯（AR），濮陽(yáng)邁奇科技有限公司；環(huán)己胺（AR），南京冠杰化工有限公司。儀器：帶有攪拌高壓反應(yīng)釜；氣相色譜儀；微量水分測(cè)定儀等。

1.2 試驗(yàn)過(guò)程

在2000mL裝有攪拌、溫度計(jì)、壓力表的高壓反應(yīng)釜中，加入86g（1.0mol）GBL和124g（1.25mol）環(huán)己胺，在攪拌下將溫度控制在270℃ 280℃，在6.5 MPa的壓力下反應(yīng)9.0 9.5 h，經(jīng)過(guò)分離提純得到無(wú)色透明CHP 。GBL轉(zhuǎn)化率≥98%，CHP選擇性≥95%。

2 影響因素研究

胺比n(環(huán)己胺) : n(GBL)、反應(yīng)溫度、壓力、反應(yīng)時(shí)間均對(duì)反應(yīng)過(guò)程和產(chǎn)品收率有一定的影響。

2.1 胺比對(duì)收率的影響

環(huán)己胺與GBL的合成是一個(gè)可逆的反應(yīng)，胺比的增加有利于GBL的轉(zhuǎn)化，從而增加反應(yīng)產(chǎn)率。胺比對(duì)選擇性和轉(zhuǎn)化率的影響見(jiàn)表1。

由表1可以看出，當(dāng)胺比大于1.25時(shí)轉(zhuǎn)化率沒(méi)有明顯增加，反而收率下降，其他的副產(chǎn)物生成量增加。因此，選擇胺比為1.25較為合適。

表1 胺比對(duì)收率和轉(zhuǎn)化率的影響

2.2 反應(yīng)溫度對(duì)收率的影響

在其他影響因素不變的情況下，考察了不同溫度下對(duì)合成反應(yīng)的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

由表2可以看出，升高溫度GBL轉(zhuǎn)化率有一定的提高；但是當(dāng)溫度超過(guò)285℃產(chǎn)物收率降低，溫度高于285℃可能出現(xiàn)了燒結(jié)碳化現(xiàn)象使得產(chǎn)物收率下降；綜合考慮反應(yīng)溫度選擇270℃ 280℃較合適。

2.3 壓力對(duì)收率的影響

在其他因素不變的情況下，考察了不同壓力下對(duì)合成反應(yīng)的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

由表3可以看出，壓力與產(chǎn)物的生成成正向關(guān)系，升高壓力有利于GBL的轉(zhuǎn)化，當(dāng)壓力在6.5 7.5 MPa時(shí)GBL轉(zhuǎn)化率幾乎不變化，出于安全、設(shè)備、能耗等考慮，反應(yīng)壓力選擇為6.5 MPa較適宜。

2.4 反應(yīng)時(shí)間

在其他因素不變的情況下，考察了不同時(shí)間下對(duì)合成反應(yīng)的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 停留時(shí)間對(duì)收率和轉(zhuǎn)化率的影響

從環(huán)己胺與GBL合成CHP的機(jī)理來(lái)看，GBL通過(guò)轉(zhuǎn)化為中間體而進(jìn)一步生成目標(biāo)產(chǎn)物CHP，這個(gè)過(guò)程速度慢、時(shí)間長(zhǎng)。但是，當(dāng)時(shí)間超過(guò)10 h出現(xiàn)了燒結(jié)碳化現(xiàn)象，使得收率有一定的下降。綜合考慮選擇反應(yīng)時(shí)間為9.0 9.5 h合適。

3 結(jié)論

通過(guò)我們?cè)趯?shí)驗(yàn)室的研究，在n(環(huán)己胺):n(GBL)=1.0:1.25；反應(yīng)溫度270℃ 280℃；反應(yīng)時(shí)間9.0 9.5 h；壓力6.5 MPa的條件下；環(huán)己胺與GBL合成N-環(huán)己基吡咯烷酮，GBL轉(zhuǎn)化率≥98%，NBP選擇性≥95%。

[1]Weyer H Juergen F,RolfHW.Preparation of N su-bstituted pynolidones [P].EP:460 474,1991-12-11.

[2] Zhen H Zhu等. N-烷基-2-吡咯烷酮某些協(xié)同性質(zhì)［J］，日用化學(xué)工業(yè)譯叢，1990年第6期，7 10.

[3] 張志德，陳玉琴，林鳳珍等. 1-芐基-2-吡咯烷酮的合成［J］.精細(xì)化工,2004,21（11）：869 871.

[4] 宋國(guó)全，劉俊廣. N-甲基吡咯烷酮生產(chǎn)工藝影響因素分析［J］.河南化工，2006年第23卷. 24 25.

[5] 張志德，陳春風(fēng)，陳玉琴，林鳳珍. 1-芐基-2-吡咯烷酮的合成［J］.精細(xì)與專(zhuān)用化學(xué)品，2005年第13卷15期. 18 20.

[6] 張志德，林鳳珍，楊春風(fēng)，陳玉琴等. 1-環(huán)己基-2-吡咯烷酮的合成［J］.精細(xì)化工，2005年第22卷9期. 702 704.