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美國(guó)專利5 101 045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,

乙炔二醇(濃度為30%~40%)在鎳系催化劑作用下通過(guò)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(guò)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,

美國(guó)ISP公司建立了--套年產(chǎn)10 000t y-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,吡咯烷酮法中的原料吡咯烷酮是由y-丁內(nèi)酯與無(wú)水氨反應(yīng)制得,而直接脫水法和間接脫水法都是以Y-丁內(nèi)酯為起始原料的.

在制備主催化劑2-吡咯烷酮的鉀鹽時(shí)無(wú)需采取特殊方法移去反應(yīng)生成的水,因?yàn)檫@類助催化劑對(duì)2-吡咯烷酮鉀鹽主催化劑具有保護(hù)作用,使得主催化劑的活性基本不受微量水的影響.因此,在制備主催化劑時(shí),使反應(yīng)在90~120℃條件下進(jìn)行0.5~1.5h便足以移去生成的水,無(wú)需采用減壓蒸餾手段移去生成的水.原料2-吡咯烷酮中水含量達(dá)5×10~“時(shí),目標(biāo)產(chǎn)物NVP收率也能達(dá)90%以上.

由此可見(jiàn)，在NVP的合成中,順酐和十-丁內(nèi)酯作為合成反應(yīng)的原料占據(jù)著不可替代的地位.NVP與N-甲基吡咯烷酮的結(jié)構(gòu)有相似的地方,都屬于吡咯烷酮類物質(zhì),其制備方法也有相通之處,由此可以預(yù)見(jiàn)，-步法制NVP不僅是合成PVP的單體,而且是一種具有重要用途的化合物.由于其獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì),如水溶性﹑強(qiáng)極性、非毒性、化學(xué)穩(wěn)定性和陽(yáng)離子活性,

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反應(yīng)(a)實(shí)際上就是主催化劑2-吡咯烷酮堿金屬鹽(A)的制備過(guò)程,A分子中的N與K”分離后乙炔分子迅速進(jìn)入到陰離子N附近并與其結(jié)合形成中間態(tài)(B).(B)與另一分子反應(yīng)物2-吡咯烷酮反應(yīng)生成NVP和另一分子(A),如此循環(huán),反應(yīng)連續(xù)不斷進(jìn)行下去.反應(yīng)式(b>中,(A)分子正負(fù)電荷N與K分離的難易程度決定著NVP生成反應(yīng)的難易程度.作為助催化劑的聚氧化烯類化合物,其聚氧化烯鏈能夠包圍(A)分子中的堿金屬離子,促進(jìn)正負(fù)電荷N與KR的分離,

NVP可廣泛應(yīng)用于膠黏劑、涂料、紡織、食品、制藥等工業(yè)領(lǐng)域.它的共聚物或均聚物大都具有良好的膜強(qiáng)度﹑染色相容性、剛性和黏性.大約80年前,德國(guó)人J. Walter. Reppe以乙炔為起始原料通過(guò)多步反應(yīng)合成了NVP(即乙炔法或Reppe法),20年后美國(guó)的GAF公司、德國(guó)的BASF公司相繼采用Reppe法實(shí)現(xiàn)了NVP的工業(yè)化生產(chǎn).

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(lái).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(lái)源,價(jià)格因素,以KOH適合于本反應(yīng)體系.

反應(yīng)在150~170℃,2MPa的條件下進(jìn)行，產(chǎn)品NVP收率在70%~80%.在傳統(tǒng)的Reppe工藝中,從乙炔到Y(jié)-丁內(nèi)酯需經(jīng)歷三步反應(yīng)即醇解﹑加氫﹑脫氫,還需加入甲醛作為另一反應(yīng)物.近年來(lái)隨著順酐生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展和成熟,y-丁內(nèi)酯的生產(chǎn)工藝已得到明顯改進(jìn).例如采用苯或正丁烷為原料,通過(guò)催化氧化(V-P-O系催化劑)得順酐,順酐加氫即得到y(tǒng)-丁內(nèi)酯.因此,在新開(kāi)發(fā)的NVP合成技術(shù)中,大多是以Y-丁內(nèi)酯為起始原料來(lái)進(jìn)行的.

到目前為止,Reppe法仍是NVP生產(chǎn)的主要方法.由于Reppe具有反應(yīng)步驟多、流程長(zhǎng),條件苛刻、副產(chǎn)物多、收率低、操作危險(xiǎn)性大等缺陷,長(zhǎng)期以來(lái)人們對(duì)Reppe法的改進(jìn)研究從未間斷,研究的焦點(diǎn)集中在合成途徑的改變和新型催化體系的開(kāi)發(fā)上.

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MSi催化劑(M為堿金屬Li，Na，K，Rb，Cs)分別取3.45gLiNO,,4.25gNaNO,,5.06KNO,,7.38gRbNO,9.75gCsNO。分別溶解于50ml水中,將它們的水溶液加熱到90℃并保持?jǐn)嚢?然后在每種溶液中加入30gSiO,再將混合物濃縮至干,得到的固體在120℃干燥20h,然后再粉碎成9~16目的顆粒,在500℃空氣氛中焙燒2h分別得到Li,Sio,Na,Sio,K,Sio,RbySio,CsSizo催化劑.在一個(gè)直徑為10mm的不銹鋼管式反應(yīng)器中裝填5ml催化劑,熔鹽加熱,以N為稀釋劑通入羥乙基吡咯烷酮(分壓0.01MPa),體積空速200hT',常壓下進(jìn)行反應(yīng)(以下催化劑評(píng)價(jià)均采用相同方式和上述條件).M,Sio催化劑與活性氧化鋁、氧化鈷、二氧化硅相比,