丙烯醛固定床反應(yīng)制備吡唑的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于有機合成領(lǐng)域，具體涉及一種丙烯醛固定床反應(yīng)制備吡唑的方法，主要是丙烯、水蒸氣、空氣的混合氣體經(jīng)床層連續(xù)反應(yīng)生成丙烯醛氣體，然后與氣化的水合肼在固定床下催化合成中間產(chǎn)品2-吡唑啉，2-吡唑啉和水蒸氣混合，于固定床中脫氫合成吡唑。
【背景技術(shù)】
[0002]吡唑是白色針狀或棱形結(jié)晶，從乙醇中結(jié)晶的吡唑是無色針狀晶體。有似吡啶的臭味和刺激性苦味，能溶于水、醇、醚和苯。當(dāng)環(huán)上碳原子有取代基時，沸點和熔點升高；當(dāng)?shù)由嫌腥〈鶗r，其化合物的沸點和熔點就降低。易發(fā)生氯化、溴化、碘化、烷基化、?；磻?yīng)。吡唑的衍生物吡唑啉是醫(yī)藥和染料的重要中間體。當(dāng)今世界，雜環(huán)化合物在醫(yī)藥、農(nóng)藥的研究開發(fā)中占有十分重要的地位。無論是天然的還是人工合成的雜環(huán)化合物，在醫(yī)藥、農(nóng)藥中都起著舉足輕重的作用。
[0003]其中吡唑類化合物因其作用譜廣、藥效強烈等特點而受到越來越多的關(guān)注。在醫(yī)藥應(yīng)用上，吡唑類化合物對許多的疾病具有療效；在農(nóng)藥應(yīng)用上，吡唑類化合物具有殺蟲、殺菌和除草活性，并且表現(xiàn)出高效、低毒和結(jié)構(gòu)多樣性。因此，吡唑類藥物具有廣闊的研究和開發(fā)前景。吡唑可作為某些醫(yī)藥、農(nóng)藥中間體，同時也可作為某些光敏材料單體的側(cè)鏈。吡唑的衍生物吡唑啉是醫(yī)藥和染料的重要中間體，具有廣泛的應(yīng)用?，F(xiàn)在合成吡唑的工藝大致為:一種是順滴加，即在水合肼、甘油、水中于一定溫度下滴加濃硫酸，甘油先脫水生成丙烯醛，丙烯醛隨即與水合肼反應(yīng)生成吡唑啉，然后升溫或升溫加催化劑(主要是碘化物)脫氫合成吡唑粗品，再精制(精餾或溶劑結(jié)晶)得到吡唑成品；二是往濃硫酸中滴加甘油、水合肼、水及催化劑的混合溶液，控制在一定的溫度下，甘油先脫水生成丙烯醛，丙烯醛隨即與水合肼反應(yīng)生成吡唑啉，然后升溫或升溫加催化劑(主要是碘化物)脫氫合成吡唑粗品，再精制(精餾或溶劑結(jié)晶)得到吡唑成品，以上均為間隙釜式反應(yīng)，生產(chǎn)效率低，三廢量大，廣品品質(zhì)不尚。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的是傳統(tǒng)合成吡唑的工藝需要用到硫酸等作為脫水機、氧化劑及溶劑，反應(yīng)中產(chǎn)生大量的二氧化硫氣體，同時由于反應(yīng)物料釜式反應(yīng)接觸時間長等原因?qū)е逻x擇性差、收率低、質(zhì)量低、安全性差、有機殘渣多等問題，而且傳統(tǒng)反應(yīng)由于原料不能全部氣化，基本都為間隙釜式反應(yīng)，造成生產(chǎn)能力低、生產(chǎn)成本高、危險、三廢量大等問題。
[0005]為實現(xiàn)發(fā)明目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案:一種丙烯醛固定床反應(yīng)制備吡唑的方法，其工藝步驟為:(1)以丙烯、水蒸氣、空氣的混合氣體為起始原料，連續(xù)進入固定床或流化床催化反應(yīng)器，經(jīng)床層反應(yīng)合成丙烯醛，床層反應(yīng)后的氣體用苯類溶劑吸收得到含丙烯醛的苯類溶液；(2)將步驟(I)得到的苯類溶液氣化，與預(yù)先氣化的水合肼在氮氣保護下同時計量輸入固定床催化反應(yīng)器中反應(yīng)，合成得到含2-吡唑啉的氣體，直接輸入下步反應(yīng)；(3)將步驟(2)得到的氣體和水蒸氣計量混合，連續(xù)輸入固定床催化反應(yīng)器進行脫氫反應(yīng)生成吡唑，從反應(yīng)器出來的氣體冷卻為液體，用精餾塔精餾得到吡唑粗品餾分，粗品熔融液冷卻結(jié)晶，抽濾或離心得到吡唑含量不低于99%的精制品。
[0006]上述步驟(I)中的床層反應(yīng)在現(xiàn)有技術(shù)中已有廣泛應(yīng)用，丙烯、水蒸氣、空氣的混合氣體進入加熱器預(yù)熱，混合氣體連續(xù)進入固定床或流化床催化反應(yīng)器，在一種或多種金屬、非金屬及其氧化物、鹽等催化劑存在下，于一定溫度、一定壓力下連續(xù)反應(yīng)生成丙烯醛氣體；所述步驟(I)床層反應(yīng)中，本發(fā)明以丙烯、空氣和水蒸氣的混合比按1:5:10(體積比)計量，固定床在Mo-B1-T1-Te系氧化物催化劑的作用下于350°C、0.22 MPa壓力下發(fā)生氧化反應(yīng)效果較好；所述步驟(I)中的苯類溶劑是指對丙烯醛溶解度較高的苯類溶劑，如甲苯、二甲苯、乙苯等或其混合物，優(yōu)選甲苯溶劑。
[0007]上述步驟(2)中，合成2-吡唑啉中所述催化劑為Mo、T1、Ge、Ln、B1、La、Ba、Fe、K、N1、Co、V等金屬的氧化物、鹽中的一種或幾種，優(yōu)選T1、Mo、B1、V、Fe等金屬的氧化物、鹽，尤其以催化劑氧化鈦、五氧化二釩、三氧化鐵按重量比1:1?2:0.5?1.5存在下進行催化反應(yīng)效果較理想，優(yōu)選1:2:1存在下進行催化反應(yīng)效果最佳。
[0008]所述步驟(2)中，固定床催化反應(yīng)器中的反應(yīng)溫度優(yōu)選140?200°C。
[0009]所述步驟(3)合成吡唑中所述催化劑為Mo、T1、Ge、Ln、B1、La、Ba、Fe、K、Na、N1、Co、V、S1、1、S等金屬和非金屬的氧化物、鹽中的一種或幾種，優(yōu)選T1、V、Fe、S1、1、S等金屬和非金屬的氧化物、鹽。
[0010]所述步驟(3)中，將步驟(2)得到的氣體和水蒸氣按重量比1:0.3混合，預(yù)熱至200°C，用往復(fù)式計量栗計量下連續(xù)壓入直徑18mm、高2000mm的固定床，在T1-Te-Co-S1-S系氧化物催化劑的作用下于200-250°C發(fā)生氧化反應(yīng)可獲得吡唑含量高的氣體；所述吡唑粗品熔融液O?30°C冷卻結(jié)晶，抽濾或離心得到含量不低于99%的精制品。
[0011]本發(fā)明采用的熔融液冷卻結(jié)晶不同于現(xiàn)有技術(shù)通過二次精餾或溶劑結(jié)晶精制，可保證吡唑含量不低于99%。
[0012]本發(fā)明所用原料易得，生產(chǎn)能力大，可以實現(xiàn)部分或全部步驟的連續(xù)化生產(chǎn)，反應(yīng)收率高，因而生產(chǎn)成本低、三廢少，具有較好的應(yīng)用前景。
【具體實施方式】
[0013](I)丙烯醛的合成:經(jīng)計量的丙烯、空氣和水蒸氣按1:5:10 (體積比)混合，然后連續(xù)進入直徑18mm、高2000mm的固定床在Mo-B1-T1-Te系氧化物催化劑的作用下于350°C、
0.22 MPa壓力下發(fā)生氧化反應(yīng)，同時放出大量的熱，從反應(yīng)器出來的氣體經(jīng)過冷卻，再經(jīng)少量的水層冷卻，以除去酸性副產(chǎn)物。氣體進入吸收裝置用甲苯溶解可溶產(chǎn)物丙烯醛，制得丙烯醛甲苯溶液(其中含丙烯醛27.2%)，收率82.3%，該丙烯醛甲苯溶液作為丙烯醛粗品直接用于2-吡唑啉的合成，吸收后出來的氣體含N2、02、C0、丙烷及未反應(yīng)的丙烯，這些氣體可循環(huán)使用，也可以經(jīng)處理后排入大氣中。
[0014](2)2-吡唑啉的制備:在氮氣保護下，在500ml四口瓶中加入80%水合肼(78.1g,1.245mol)，在氮氣保護下用計量栗打入已加熱至160°C的固定床催化反應(yīng)器中(直徑18_、高2000mm)氣化，同時打入丙烯醛甲苯溶液(約282g，其中含丙烯醛76.7g，1.37mol)并氣化，在催化劑氧化鈦、五氧化二釩、三氧化鐵(重量比1:2:1)存在下反應(yīng)，得到2-吡唑啉粗品，此時為氣體，直接進入下步反應(yīng)。(物料冷卻全部冷卻后可得到2-吡唑啉甲苯溶液約280g,其中約含2-吡唑啉79.5g，去掉甲苯峰歸一含量96.5%，收率91.2%)。
[0015](3)吡唑的合成:上步合成的2-吡唑啉粗品甲苯溶液氣體經(jīng)計量和水按1:0.3(重量比)混合，預(yù)熱至200°C，用往復(fù)式計量栗計量下連續(xù)壓入直徑18_、高2000_的固定床在T1-Te-Co-S1-S系氧化物催化劑的作用下于230°C發(fā)生氧化反應(yīng)，從反應(yīng)器出來的氣體經(jīng)過冷卻為液體，收集液體到一定量后，用精餾塔精餾，去除甲苯與前餾分，收集186?189°C粗品餾分，粗品收率93.8%，含量94.7%，收集的粗品餾分熔融液200g放入桶中靜置結(jié)晶，離心，得到含量99.2%吡唑白色結(jié)晶172g。
【主權(quán)項】
1.一種丙烯醛固定床反應(yīng)制備吡唑的方法，其工藝步驟依次為:(1)以丙烯、水蒸氣、空氣的混合氣體為起始原料，連續(xù)進入固定床或流化床催化反應(yīng)器，經(jīng)床層反應(yīng)合成丙烯醛，床層反應(yīng)后的氣體用苯類溶劑吸收得到含丙烯醛的苯類溶液，所述苯類溶劑是指甲苯、二甲苯、乙苯其中的一種或其混合物；(2)將步驟(I)得到的苯類溶液氣化，與預(yù)先氣化的水合肼在氮氣保護下同時計量輸入固定床催化反應(yīng)器中反應(yīng)，合成得到含2-吡唑啉的氣體，直接輸入下步反應(yīng)；(3)將步驟(2)得到的氣體和水蒸氣計量混合，連續(xù)輸入固定床催化反應(yīng)器進行脫氫反應(yīng)生成吡唑，從反應(yīng)器出來的氣體冷卻為液體，用精餾塔精餾得到吡唑粗品饋分，粗品恪融液冷卻結(jié)晶，抽濾或離心得到吡唑含量不低于99%的精制品。2.如權(quán)利要求1所述丙烯醛固定床反應(yīng)制備吡唑的方法，其特征在于:所述步驟(I)中的苯類溶劑為甲苯。3.如權(quán)利要求2所述丙烯醛固定床反應(yīng)制備吡唑的方法，其特征在于:所述步驟(2)中，催化反應(yīng)是在催化劑氧化鈦、五氧化二銀、三氧化鐵按重量比1:1?2:0.5?1.5存在下進行的。4.如權(quán)利要求3所述丙烯醛固定床反應(yīng)制備吡唑的方法，其特征在于:所述步驟(2)中，固定床催化反應(yīng)器中的反應(yīng)溫度為140?200°C。5.如權(quán)利要求1或4所述丙烯醛固定床反應(yīng)制備吡唑的方法，其特征在于:所述步驟(I)中，丙烯、空氣和水蒸氣按體積比1:5:10混合，所述步驟(I)床層反應(yīng)中，固定床在Mo-B1-T1-Te系氧化物催化劑的作用下于350°C、0.22 MPa壓力下發(fā)生氧化反應(yīng)。6.如權(quán)利要求5所述丙烯醛固定床反應(yīng)制備吡唑的方法，其特征在于:所述步驟(3)中，將步驟(2)得到的氣體和水蒸氣按重量比1:0.3混合，預(yù)熱至200°C，用往復(fù)式計量栗計量下連續(xù)壓入直徑18mm、高2000mm的固定床，在T1-Te-Co-S1-S系氧化物催化劑的作用下于200?250 °C發(fā)生氧化反應(yīng)。7.如權(quán)利要求6所述丙烯醛固定床反應(yīng)制備吡唑的方法，其特征在于:氧化反應(yīng)溫度為 230 0C ο8.如權(quán)利要求7所述丙烯醛固定床反應(yīng)制備吡唑的方法，其特征在于:所述上述步驟(2)中，合成2-吡唑啉中所述催化劑以催化劑氧化鈦、五氧化二釩、三氧化鐵按重量比1:2:I存在下進行。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種丙烯醛固定床反應(yīng)制備吡唑的方法，以丙烯、水蒸氣、空氣的混合氣體為起始原料，經(jīng)床層反應(yīng)合成的丙烯醛氣體，用苯類溶劑吸收后氣化，與預(yù)先氣化的水合肼在氮氣保護下進行固定床催化反應(yīng)，合成得到含2-吡唑啉的苯類溶液，2-吡唑啉再經(jīng)床層催化脫氫生成吡唑。本發(fā)明解決了傳統(tǒng)合成吡唑的工藝需要用到硫酸等作為脫水機、氧化劑及溶劑，反應(yīng)中產(chǎn)生大量的二氧化硫氣體，同時由于反應(yīng)物料釜式反應(yīng)接觸時間長等原因?qū)е逻x擇性差、收率低、質(zhì)量低、安全性差、有機殘渣多等問題，特別是間隙釜式反應(yīng)非連續(xù)化的問題。本發(fā)明的技術(shù)方案具有生產(chǎn)能力高、生產(chǎn)成本低、三廢產(chǎn)生少、產(chǎn)品品質(zhì)高的優(yōu)點。
【IPC分類】C07D231/12
【公開號】CN105153036
【申請?zhí)枴緾N201510625160
【發(fā)明人】王永忠, 閻春平
【申請人】樂平市康鑫醫(yī)藥化工有限公司
【公開日】2015年12月16日
【申請日】2015年9月28日