專利名稱：：一種液相催化氧化環(huán)己醇制備己二酸的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及液相催化氧化環(huán)己醇制備己二酸的方法，尤其是一種以H202為氧化劑、雜多酸l-丁基-3-曱基咪唑鹽為催化劑催化氧化環(huán)己醇制備己二酸的方法。(二)
背景技術(shù)：
己二酸是一種重要的有機合成中間體，具有脂肪族二元酸的通性，能發(fā)生成鹽反應、酯化反應、酰胺化反應等，并能與二元胺縮聚生成高分子聚合物。己二酸主要用于生產(chǎn)纖維和工程塑料，亦用于生產(chǎn)各種酯類，其中大部分用作增塑劑，小部分用作高級潤滑油。己二酸聚酯最重要的用途是生產(chǎn)聚氨基甲酸酯彈性體。此外，己二酸還作為各種食品和飲料的S菱味劑，由于己二酸不易潮解，特別適用于食品，能貯存較長時間。己二酸與己二胺生成六亞曱基二胺己二酸鹽(俗稱尼龍66鹽)，尼龍66鹽縮聚而成的聚酰胺纖維和工程塑料具有許多優(yōu)點，如質(zhì)輕，美觀，不霉，不蛀，強度高，熔點高，耐磨、耐化學品腐蝕，具有優(yōu)良的耐油性能、斷裂強度和沖擊強度，因而得到廣泛的應用。自1902年首次合成以來，己二酸的生產(chǎn)方法和工藝經(jīng)歷了多次改進。依據(jù)所用原料的不同，己二酸生產(chǎn)工藝可分為KA油法；C4烯烴法；環(huán)己烯法；生物法等。在上述的幾種生產(chǎn)工藝中，氧化KA油合成己二酸是最傳統(tǒng)的己二酸合成工藝，在己二酸生產(chǎn)中占主導地位。KA油是一種由環(huán)己醇和環(huán)己酮組成的混合物，通常是通過以環(huán)己烷為原料，也可以用苯或苯酚為原料經(jīng)氧化制得,KA油再經(jīng)氧化制備已二酸。氧化KA油合成己二酸是最傳統(tǒng)的己二酸合成工藝，在己二酸生產(chǎn)中占主導地位，其產(chǎn)量約占總產(chǎn)量的93%。采用硝酸氧化KA油制備已二酸時，需用過量50%~60%的硝酸，所用催化劑有鈷鹽、硼酸以及銅-釩催化劑等。但在此工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)中，一直在使用硝酸(鹽)氧化環(huán)己醇(酮)，產(chǎn)生大量的N20廢氣，N20是一種典型的溫室氣體，能促進酸雨形成和破壞臭氧層，給人們的生存環(huán)境帶來了較大的危害。針對HN03氧化法的這些弊端，化學化工研究者對原工藝作了不少改進，人們開始考慮使用清潔氧化劑代替?zhèn)鹘y(tǒng)硝酸等氧化劑或采用生物技術(shù)來生產(chǎn)己二酸。為了克服硝酸污染嚴重的缺點，JP7961138提供了采用03氧化環(huán)已烷制備已二酸。WO9407833提供了一種在多價重金屬(如醋酸鈷)催化下02氧化環(huán)已烷制備已二酸方法，其合成收率達79%。雜多酸(鹽)作為一類新型的催化材料，近年關(guān)于雜多酸催化劑用于催化氧化環(huán)己醇、環(huán)己酮等制備己二酸的報道層出不窮，也取得一定的成果。張英群等人提供了一種以千基三乙基氯化銨作為相轉(zhuǎn)移催化劑,用磷鴒酸作催化劑,用30%的過氧化氫氧化環(huán)己烯合成己二酸最佳產(chǎn)率可達87.2%[有機化學，2003，23(1):104-105.]。李華明等人提供了一種以30%11202作氧化劑，二元羧酸或8-羥基喹啉等作助劑，磷鴒酸等雜多酸為催化劑催化氧化環(huán)己烯合成己二酸，以8-羥基喹啉作助劑時，己二酸的收率最高，反應6h,己二酸的收率可達75.0%;草酸作助劑時，反應的最佳條件為n(環(huán)己烯):n(H3PW12O40):n(H2C2O4):n(H2O2)-100:1:1:538,反應溫度為92。C，反應時間為6h,己二酸的收率可達70.1%。十六烷基三曱基溴化銨、溴代十六烷基吡啶作相轉(zhuǎn)移催化劑時，己二酸的收率也較高，反應6h，己二酸的收率分別為73.1%和71.6%[應用化學，2003,20(6):570573]。賈琦等人提供了一種以n'd6H33(CH3)3N.Br為相轉(zhuǎn)移劑，原位合成磷鶴酸作催化劑，1,2-二氯乙烷作有機溶劑，用30%11202催化氧化環(huán)己烯合成己二酸[河南化工，2004，(4):1820]。上述反應在使用了相轉(zhuǎn)移催化劑和酸性助劑等的情況下，取得了較好的反應收率。但相轉(zhuǎn)移催化劑和酸性助劑等一般都有一定的毒性，污染環(huán)境，對產(chǎn)品的純度也有影響，為此科研工作者在不加任何相催化劑和助劑的條件下，使用清潔氧源H202和雜多酸為催化劑制備己二酸。張金輝等以30%過氧化氫為氧源，考察了磷鎢酸、磷鉬酸、硅鴒酸催化氧化環(huán)己烯制己二酸的反應性能，結(jié)果表明磷鴒酸的催化性能最好，而硅鴒酸不具有催化性能[石油化工高等學校學報，2003,16(2):2529]。紀明慧等報道了以質(zhì)量分數(shù)為30%的11202為氧化劑，在沒有任何有機溶劑或助催化劑存在的情況下，考察了磷鴒S臾催化環(huán)己酮氧化合成己二酸的活性。在所確定的較優(yōu)工藝條件下，己二酸的收率可達60.6%。但是明顯可以看出在不使用相轉(zhuǎn)移劑和助劑時，己二酸的產(chǎn)率大幅下降[應用化學，2003,20(6):570~573]。因此，尋求一種可行的綠色催化氧化環(huán)己醇高選擇制備己二酸的高效雜多酸催化劑，具有一定的經(jīng)濟和社會意義。雜多酸(鹽)是一類具有獨特結(jié)構(gòu)的固體酸類催化劑，雜多酸的陰離子結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，并具有獨特的籠狀結(jié)構(gòu)，可以通過分子設(shè)計的手段，改變分子組成和結(jié)構(gòu)來調(diào)變其催化性能，以滿足特定催化過程要求，經(jīng)修飾的雜多酸鹽往往表現(xiàn)出較好的催化活性。
發(fā)明內(nèi)容為解決環(huán)己醇催化氧化過程中的上述不足，本發(fā)明提供了一種經(jīng)濟、環(huán)保的液相催化氧化環(huán)己醇制備己二酸的方法，以&02為氧化劑、雜多酸咪唑鹽為催化劑催化氧化環(huán)己醇制備己二酸。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種液相催化氧化環(huán)己醇制備己二酸的方法，所述方法包括以環(huán)己醇為原料、&02為氧化劑、雜多酸咪唑鹽為催化劑，在25100。C下進行催化氧化反應210小時，反應結(jié)束后反應液分離純化得到所述己二酸；所述雜多酸咪唑鹽為下列之一①磷鎢酸l-丁基-3-曱基咪唑鹽([bmim]3PW12O40)、②磷鉬酸l-丁基-3-曱基咪唑鹽([bmim]3PMo12O40)、③磷鉬釩酸l-丁基-3-曱基咪唑鹽([bmim]3+xPMo12-xVxO40(x=l~3));[bmim]代表l-丁基-3-曱基咪唑陽離子。所述催化劑用量為常規(guī)催化劑用量，優(yōu)選的，本發(fā)明催化劑質(zhì)量用量為環(huán)己醇質(zhì)量的424%。所述H202用量以使環(huán)己醇充分反應為宜，本發(fā)明中H202用量優(yōu)選為1.23.6mL/g環(huán)己醇。優(yōu)選的，所述H202用量為1.83.0mL/g環(huán)己醇。具體的，所用&02為體積濃度30%的&02水溶液，按照上述11202用量換算，所述30%H2O2水溶液用量為412mL/g環(huán)己醇，優(yōu)選為610mL/g環(huán)己醇。所述磷鉬釩酸l-丁基-3-曱基咪唑鹽為下列之一①磷鉬一釩酸1-丁基-3-曱基咪唑鹽([bmim]4PMouV040)、②磷鉬二釩酸l-丁基-3-曱基咪唑鹽([bmim]5PMo10V2O40)、③磷鉬三釩酸l-丁基-3-甲基咪唑鹽([bmim]6PMo9V3O40)。優(yōu)選的，所述催化氧化反應在6080。C下進行，反應時間58小時。所述分離純化方法可按本領(lǐng)域常規(guī)方法進行，本發(fā)明中，所述己二酸分離純化方法如下反應結(jié)束后，過濾取濾液冷卻至-5。C,保持12小時以上，過濾取濾渣室溫真空干燥，得所述己二酸。具體的，本發(fā)明催化氧化環(huán)己醇制備己二酸的方法可為(l)在裝有磁力攪拌、回流冷凝器等的反應器中加入環(huán)己醇、以及h2o2;(2)加熱升溫60~80°C,再加入咪唑鹽雜多酸催化劑，攪拌反應；(3)反應58后，過濾、濾液冷卻至-5。C,并保持12小時，再過濾、固體物室溫真空千燥2小時，得已二酸產(chǎn)品。本發(fā)明所述的雜多酸咪唑鹽催化劑可以按照下述方法制備將等量的N-曱基咪唑和溴代正丁烷倒入三口圓底燒瓶中，加熱攪拌反應，冷卻至室溫，得到微黃色粘稠狀的溴化l-丁基-3-甲基咪唑鹽([bmim]Br)。再將過量的溴化l-丁基-3-曱基咪唑鹽([bmim]Br)與不同的雜多酸水溶液混合，在室溫下攪拌，生成不溶性雜多酸l-丁基-3-曱基咪唑鹽。過濾、干燥得雜多酸咪唑鹽。所述的雜多酸有磷鎢酸(H3PW12O40)，磷鉬酸(H3PMo12O40),磷鉬一釩酸(H4PMoVO40),磷鉬二釩酸(H5PMo10V2O40),磷鉬三釩酸(H6PMo9V3O40)等。本發(fā)明的有意效果主要體現(xiàn)在與工業(yè)上所采用的硝酸氧化KA油制備已二酸的方法相比，反應設(shè)備要求較低，避免了有害氣體N20的產(chǎn)生，而且反應溫度較低，反應能耗少；同時與常用的以雜多酸為催化劑催化氧化環(huán)己醇制備己二酸的方法相比，避免了有毒的相轉(zhuǎn)移催化劑和助劑的使用，同時使用綠色環(huán)保型催化劑H202,反應后為H20,基本不存在對環(huán)境的污染問題，具有一定的實用價值和明顯的經(jīng)濟、社會效益。具體實施方式下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明進行進一步描述,但本發(fā)明的保護范圍并不僅限于此實施例1:磷鉬一釩酸的制備將3.58gNa2HP04'12H20溶于50mL蒸餾水，24.2gNa2Mo04.2H20溶于60mL蒸餾水，將此兩種溶液混合，加熱至沸，反應30min;再將1.58gNaV03.2H20溶于20mL蒸餾水中，并將該溶液在攪拌下加入上述混合液中，在90。C反應30min;停止加熱；邊攪拌邊加入1:1的H2S04至溶液pH=2.0,并繼續(xù)攪拌至室溫，加入50mL乙醚于混合液中，充分振蕩后，再加入1:1H2S04繼續(xù)振蕩到靜置后溶液分為3層，中層鮮紅油狀物為雜多酸醚合物。取中層物，室溫下真空去除乙醚，得磷鉬一釩酸16.4g。按照上述方法步驟，將1.58gNaV03'2H20替換成3.95gNaV03'2H20和5.53gNaV03.2H20,分別制得磷鉬二釩酸和磷鉬三釩酸。磷鎢酸l-丁基-3-曱基咪唑鹽([bmim]3PWi2O40)的制備將16.42g(0.2mol)N-曱基咪唑(臺州臨海凱樂化工廠)和27.40g(0.2mol)溴代正丁烷(上海五蓮化工廠)倒入100ml三口圓底燒瓶中，加熱攪拌反應12h,冷卻至室溫，得到微黃色粘稠狀的溴化l-丁基-3-曱基咪唾鹽。將28.8g(0.01mol)磷鴒酸(國藥集團化學有限公司)溶于100ml水中，得到澄清溶液。然后將13.2g(0.06mol)溴化l-丁基-3-曱基咪唑鹽加入到磷鴒酸水溶液中，室溫下攪拌12h,得到白色沉淀。過濾、水洗至無溴離子(硝S臾銀檢測)，再過濾，固體80。C干燥24h，得到白色粉末狀的磷鵠酸l-丁基-3-甲基咪唑鹽([bmim]3PWu040)33.2g。按照上述方法步驟，將28.8g磷鴒酸替換為等29.3g磷鉬酸(H3PMo12O40)(國藥集團化學有限公司)、l5.5g磷鉬一釩酸(H4PMoVO40)、15.3g石粦鉬二釩酸(H5PMo10V2O40)或12.5g石舞鉬三釩酸(H6PMo9V3O40),分別得到磷鉬酸1-丁基-3-曱基咪唑鹽([bmim]3PMo12O40)、磷鉬一釩酸1-丁基-3-曱基咪唑鹽([bmim]4PMoVO40)、磷鉬二釩酸1-丁基-3-曱基咪唑鹽([bmim]5PMo10V2O40)或磷鉬三釩酸1-丁基-3-甲基咪唑鹽([bmim]6PMo9V3O40)催化劑。實施例2:在裝有磁力攪拌、回流冷凝器的100mL三口燒瓶中，加入環(huán)己醇4.5g(45mmo1),30%H2O2氧化劑25mL,加熱升溫至60。C,加入0.2g的磷鴒酸l-丁基-3-曱基咪唑鹽([bmim]3PWu04。)催化劑，攪拌反應5h。過濾、濾液冷卻至-5。C，并保持12小時。再過濾、固體物室溫真空干燥2小時，得白色結(jié)晶已二酸產(chǎn)品0.7g,純度98%,己二酸的收率為10.15%。實施例36:采取利用不同的咪唑鹽雜多酸替代實施例2中所述的l-丁基-3-曱基咪唑磷鴒酸鹽催化劑，其他條件同實施例2,其試驗結(jié)果列于表l。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>實施例7:在裝有磁力攪拌、回流冷凝器的100mL三口燒瓶中，加入環(huán)己醇4.5g(45mmo1),30%11202氧化劑25mL,加熱升溫至70°C,加入0.2g的磷鴒酸l-丁基-3-甲基咪唑鹽([bmim]3PWi204Q)催化劑，攪拌反應5h。過濾、濾液冷卻至-5。C,并保持12小時。再過濾、固體物室溫真空干燥2小時，得白色結(jié)晶已二酸產(chǎn)品3.1g，純度99%,己二酸的收率為47.25%。實施例8:在裝有磁力攪拌、回流冷凝器的100mL三口燒瓶中，加入環(huán)己醇2.5g(25mmo1)，30%1€202氧化劑15mL,加熱升溫至100。C,加入0.4g的磷鴒酸l-丁基-3-曱基咪唑鹽([bmim]3PWi204o)催化劑，攪拌反應2h。過濾、濾液冷卻至-5。C,并保持12小時。再過濾、固體物室溫真空干燥2小時，得白色結(jié)晶已二酸產(chǎn)品2.3g,純度99.P/。，己二酸的收率為35.04%。實施例9~12:采取利用不同的雜多酸咪唑鹽替代實施例6中所述的磷鎢酸l-丁基-3-曱基咪唑鹽催化劑，其他條件同實施例7。實施例912的試驗結(jié)果列于表2。表2<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>在裝有^f茲力攪拌、回流冷凝器的100mL三口燒〗&中，加入環(huán)己醇2.5g(25mmo1)，30%11202氧化劑15mL，加熱升溫至80°C，加入0.1g的l-丁基-3-曱基咪唑磷鴒酸鹽([bmimbPWi204Q)催化劑，攪拌反應5h。過濾、濾液冷卻至-5。C,并保持12小時。再過濾、固體物室溫真空干燥2小時，得白色結(jié)晶已二酸產(chǎn)品1.4g,純度98.5%,己二酸的收率為20.8%。實施例1418:釆取不同的磷鴒酸l-丁基-3-曱基咪唑鹽催化劑用量替代實施例13中所述的催化劑用量，其他條件同實施例13,其試驗結(jié)果列于表3。表3<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>在裝有磁力攪拌、回流冷凝器的100mL三口燒瓶中，加入環(huán)己醇2.5g(25mmo1),30%&02氧化劑10mL,加熱升溫至80。C，加入0.4g的磷鴒酸l-丁基-3-曱基咪唑鹽([bmim]3PW!2O40)催化劑，攪拌反應5h。過濾、濾液冷卻至-5。C,并保持12小時。再過濾、固體物室溫真空干燥2小時，得白色結(jié)晶已二酸產(chǎn)品3.2g,純度99%,己二酸的收率為47.83%。實施例20:在裝有^f茲力攪拌、回流冷凝器的100mL三口燒)f瓦中，加入環(huán)己醇2.5g(25mmo1)，30%11202氧化劑20mL,加熱升溫至80。C,加入0.4g的磷鎢酸l-丁基-3-曱基咪唑鹽([bmim]3PWi2O40)催化劑，攪拌反應5h。過濾、濾液冷卻至-5。C，并保持12小時。再過濾、固體物室溫真空干燥2小時，得白色結(jié)晶已二酸產(chǎn)品3.7g,純度99.2。/。，己二酸的收率為56.32%。實施例21:在裝有磁力攪拌、回流冷凝器的100mL三口燒^f瓦中，加入環(huán)己醇2.5g(25mmo1),30%H202氧化劑25mL，加熱升溫至80。C，加入0.4g的磷鴒酸l-丁基-3-曱基咪唑鹽([bmim]3PWi2O40)催化劑，攪拌反應5h。過濾、濾液冷卻至-5。C,并保持12小時。再過濾、固體物室溫真空干燥2小時，得白色結(jié)晶已二酸產(chǎn)品3.5g,純度99.4%,己二酸的收率為53.16%。實施例22:在裝有磁力攪拌、回流冷凝器的100mL三口燒瓶中，加入環(huán)己醇2.5g(25mmo1),30%H202氧化劑30mL,力口熱升溫至80°C,加入0.4g的磷鴒酸l-丁基-3-曱基咪唑鹽([bmim]3PWi2O40)催化劑，攪拌反應5h。過濾、濾液冷卻至-5。C,并保持12小時。再過濾、固體物室溫真空干燥2小時，得白色結(jié)晶已二酸產(chǎn)品3.4g,純度99.2%,己二酸的收率為50.4%。實施例23:在裝有磁力攪拌、回流冷凝器的100mL三口燒瓶中，加入環(huán)己醇2.5g(25mmol)，30%&02氧化劑15mL,加熱升溫至90°C,加入0.4g的磷鴒酸l-丁基-3-曱基咪唑鹽([bmim]3PWi2O40)催化劑，攪拌反應5h。過濾、濾液冷卻至-5。C,并保持12小時。再過濾、固體物室溫真空干燥2小時，得白色結(jié)晶已二酸產(chǎn)品4.1g,純度99.5。/。，己二酸的收率為62.02%。實施例24:在裝有^f茲力攪拌、回流冷凝器的100mL三口燒瓶中，加入環(huán)己醇2.5g(25mmo1)，30%&02氧化劑15mL,加熱升溫至100°C,加入0.4g的磷鴒酸l-丁基-3-曱基咪唑鹽([bmim]3PWu04o)催化劑，攪拌反應5h。過濾、濾液冷卻至-5。C，并保持12小時。再過濾、固體物室溫真空干燥2小時，得白色結(jié)晶已二酸產(chǎn)品4.1g,純度99.4。/c)，己二酸的收率為61.26%。實施例25~28:采取不同的反應時間替代實施例15中所述的反應時間，其他條件同實施例15,其試驗結(jié)果列于表4。表4<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>權(quán)利要求1.一種液相催化氧化環(huán)己醇制備己二酸的方法，所述方法包括以環(huán)己醇為原料、H2O2為氧化劑、雜多酸咪唑鹽為催化劑，在25～100℃下進行催化氧化反應2～10小時，反應結(jié)束后反應液分離純化得到所述己二酸；所述雜多酸咪唑鹽為下列之一①磷鎢酸1-丁基-3-甲基咪唑鹽、②磷鉬酸1-丁基-3-甲基咪唑鹽、③磷鉬釩酸1-丁基-3-甲基咪唑鹽。2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述催化劑質(zhì)量用量為環(huán)己醇質(zhì)量的424%。3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述11202用量為1.23.6mL/g環(huán)己醇。4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于所述11202用量為1.83.0mL/g環(huán)己醇。5.如權(quán)利要求3或4所述的方法，其特征在于所用&02為體積濃度30%的H202水溶液。6.如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于所述磷鉬釩酸1-丁基-3-曱基咪唑鹽為下列之一①磷鉬一釩酸l-丁基-3-曱基咪唑鹽、②磷鉬二釩酸l-丁基-3-曱基咪唑鹽、③磷鉬三釩酸l-丁基-3-曱基咪唑鹽。7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述催化氧化反應在6080°C下進行，反應時間5~8小曰于。8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述分離純化方法如下反應結(jié)束后，過濾取濾液冷卻至-5。C，保持12小時以上，過濾:f又濾渣室溫真空干燥，得所述己二酸。全文摘要本發(fā)明提供了一種液相催化氧化環(huán)己醇制備己二酸的方法，所述以H₂O₂為氧化劑、雜多酸咪唑鹽為催化劑，催化氧化環(huán)己醇制備己二酸，所述的催化劑可為磷鎢酸1-丁基-3-甲基咪唑鹽[bmim]₃PW₁₂O₄₀、磷鉬酸1-丁基-3-甲基咪唑鹽[bmim]₃PMo₁₂O₄₀以及磷鉬釩酸1-丁基-3-甲基咪唑鹽[bmim]_3+xPMo_12-xV_xO₄₀(x＝1～3)等，[bmim]代表1-丁基-3-甲基咪唑陽離子。本發(fā)明與工業(yè)上用硝酸(鹽)氧化環(huán)己醇制備己二酸的方法相比，不會產(chǎn)生有毒的氮氧化合物-N₂O，杜絕了對環(huán)境的危害。而且反應體系中無相轉(zhuǎn)移催化劑和助劑的使用，避免了潛在的環(huán)境污染，具有明顯的經(jīng)濟和社會意義。文檔編號B01J31/02GK101302147SQ20081006252公開日2008年11月12日申請日期2008年6月13日優(yōu)先權(quán)日2008年6月13日發(fā)明者施介華,高潘申請人:浙江工業(yè)大學