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液相贝克曼重排合成ε-己内酰胺研究

贾金锋  
【摘要】:ε-己内酰胺(CPL)是一种重要的有机化工中间体,它广泛应用于纺织、电子电器、汽车、船舶、工业机械、医药等领域,市场需求量大。目前,95%左右的己内酰胺在工业生产工艺中最后一个步骤是环己酮肟的液相贝克曼重排反应,该工艺的催化剂是浓硫酸或发烟硫酸。该重排工艺催化剂腐蚀性严重,副产大量的低值硫酸铵,成本高,环境污染严重。故本文以液相贝克曼重排为前提,分别研究了以H2SO4/Cr/Si O2和三聚氯氰作为催化剂的催化效果,对传统工艺进行了改进。主要工作如下:首先,探讨了H2SO4/Cr/Si O2催化环己酮肟液相Beckmann重排反应。着重考察了反应温度、H2SO4/Cr/Si O2催化剂用量、重排反应时间、溶剂用量等关键因素对重排反应的影响规律,对各个重排条件进行了优化。实验结果表明,当环己酮肟1.0g,H2SO4/Cr/Si O2催化剂0.6g,反应温度40℃,反应时间5h,溶剂用量12ml时,环己酮肟转化率为96.9%,己内酰胺选择性为92.5%。环己酮为主要副产物。其次,本文探讨了三聚氯氰催化环己酮肟液相Beckmann重排反应。着重考察了反应温度、催化剂用量、反应时间、三氟乙酸/甲苯比例、溶剂三氟乙酸/甲苯用量、不同助剂等关键因素对重排反应的影响规律,对各个重排条件进行了优化。实验结果表明,当环己酮肟2.76g,催化剂三聚氯氰36mg,反应温度80℃,反应时间2.5h,三氟乙酸/甲苯比例1.25,混合溶剂三氟乙酸/甲苯用量20ml,获得环己酮肟转化率为98.4%,己内酰胺选择性为97.2%。环己酮为主要副产物,同时还提出了三聚氯氰催化酮肟重排可能的反应路线。该重排路线反应条件温和,催化剂廉价易得,不副产(NH4)2SO4,并且溶剂可完全回收利用,具有非常好的应用前景。最后,为了减少三聚氯氰在反应过程中的损失,本文还研究了氯球经乙二胺、乙醇胺或者乙二醇改性后接枝三聚氯氰,并探讨了三聚氯氰树脂对液相贝克曼重排的催化性能。结果表明,经改性后得到的三聚氯氰树脂对重排的催化性能仍然处于较高水平,转化率为97.6%,选择性为94.8%。


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