專(zhuān)利名稱：超臨界相合成水楊酸新工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種合成水楊酸的方法，具體地說(shuō)是涉及一種在超臨界條件下合成水楊酸的新工藝。
背景技術(shù)：
水楊酸是醫(yī)藥工業(yè)、食品工業(yè)和精細(xì)化學(xué)工業(yè)中的重要原料和中間體。在醫(yī)藥工業(yè)中，水楊酸主要用于止痛靈、利尿素、乙酰水楊酸(阿司匹林)、水楊酸鈉、水楊酰胺、優(yōu)降糖、氯硝柳胺、水楊酸苯酯、對(duì)羥基苯甲酸乙酯、次水楊酸鉍、柳氮磺胺吡啶等藥物的生產(chǎn)；水楊酸本身也用作消毒防腐藥。水楊酸還是生產(chǎn)高級(jí)染料、橡膠工業(yè)添加劑、香料、阻燃劑、織物保護(hù)劑、土壤改良劑等高附加值精細(xì)化工產(chǎn)品的重要原料。
水楊酸的合成是典型的Kolbe-Schmitt反應(yīng)，即有機(jī)酚類(lèi)化合物與二氧化碳發(fā)生親電取代而在芳環(huán)上引入羧基的反應(yīng)，又稱芳香環(huán)羧基化反應(yīng)。
水楊酸的現(xiàn)有合成工藝主要有常壓法和中壓法。常壓法有低溫法和高溫法之分，但其工藝過(guò)程相似它以苯酚為原料，先與氫氧化鈉反應(yīng)成酚鈉，在常壓下通入二氧化碳進(jìn)行羧化反應(yīng)，再用硫酸酸化得產(chǎn)物。其中，高溫法控制溫度128℃至200℃；水楊酸收率為50％-70％；低溫法控制溫度在50℃-100℃下，該法的優(yōu)點(diǎn)是常壓操作，安全性較好，設(shè)備投入也比較少，適用于小企業(yè)生產(chǎn)；缺點(diǎn)是苯酚的單程轉(zhuǎn)化率較低，苯酚雖可循環(huán)使用，但能耗較高。
中壓法是將二氧化碳通入干燥的苯酚鈉并維持中壓下進(jìn)行羧基化反應(yīng)，生成碳酸苯酚酯；然后加壓進(jìn)行分子重排，生成水楊酸鈉；再經(jīng)酸化處理制成水楊酸。中壓法有直接法和溶劑法兩種直接法釜內(nèi)壓力穩(wěn)定在0.7-0.8MPa，在130℃-140℃下羧化6小時(shí)以上，收率達(dá)98％以上，該方法采用氣固相直接羧化工藝，反應(yīng)在非均相介質(zhì)中進(jìn)行，反應(yīng)物間的相接觸面積小，過(guò)程的傳質(zhì)傳熱性能差。二氧化碳在反應(yīng)時(shí)多次導(dǎo)入，過(guò)程控制繁雜，反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率、收率低且物料容易固結(jié)在反應(yīng)釜中。溶劑法加入苯酚做溶劑，使羧化反應(yīng)成為較易進(jìn)行的氣液相反應(yīng)，這樣就增加了反應(yīng)物料間的接觸碰撞，改善了過(guò)程的傳質(zhì)傳熱性能，因而反應(yīng)速度加快，周期縮短，反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率和收率提高，能量消耗減少，過(guò)程控制也比較簡(jiǎn)單。該法苯酚的單程轉(zhuǎn)化率較高，產(chǎn)品質(zhì)量較好。它是目前工業(yè)上采用的主要方法。但是，該方法依然存在反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)、熱能消耗大、溶劑回收過(guò)程繁雜、污染嚴(yán)重等缺點(diǎn)。
Kolbe-Schmitt反應(yīng)是一個(gè)可逆反應(yīng)，受溫度影響顯著。由于熱力學(xué)因素的影響，苯酚鈉與二氧化碳在較低溫度(100℃-200℃)反應(yīng)時(shí)得到鄰位羥基酸鈉，而在較高溫度下主要得到對(duì)位產(chǎn)物。同時(shí)，傳統(tǒng)的Kolbe-Schmitt反應(yīng)是一個(gè)氣固相非均相反應(yīng)，反應(yīng)過(guò)程中的傳質(zhì)性能直接決定著反應(yīng)速度和產(chǎn)品質(zhì)量的優(yōu)劣，它是合成中需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題。
《現(xiàn)代化工》1997年第9期第49頁(yè)，曾發(fā)表簡(jiǎn)訊報(bào)道，日 本北海道工業(yè)技術(shù)研究所“以超 臨界二氧化碳為反應(yīng)介質(zhì)高收率合成水楊酸”反應(yīng)壓力17.5MPa，反應(yīng)溫度120℃，反應(yīng)時(shí)間30分鐘，苯酚轉(zhuǎn)化率為100％，水楊酸產(chǎn)率90％。其缺點(diǎn)是反應(yīng)壓力高，設(shè)備費(fèi)用高，能耗大，產(chǎn)率低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種在超臨界條件下合成水楊酸的綠色生產(chǎn)新工藝。
發(fā)明的具體內(nèi)容為a)將苯酚用NaOH水溶液中和制成苯酚鈉鹽，經(jīng)二次真空干燥得中間反應(yīng)物固體苯酚鈉(反應(yīng)物)；b)在高壓反應(yīng)釜中，以苯酚鈉和二氧化碳為反應(yīng)物，經(jīng)超臨界Kolbe-Schmitt反應(yīng)生成水楊酸鈉鹽、酸化制取水楊酸；c)進(jìn)一步精制后得純度為99.5％至100％的水楊酸產(chǎn)品。
如上所述的步驟a)中固體苯酚鈉(反應(yīng)物)的具體制備方法為準(zhǔn)確稱取一定量固態(tài)苯酚加熱至液態(tài)，在攪拌下將苯酚液加入到40一70％的氫氧化鈉溶液中，苯酚與氫氧化鈉的摩爾比為1∶1.0～1.03。攪拌混合液10-20分鐘后，加熱升溫，減壓蒸水。至溶液變成粘稠狀時(shí)，轉(zhuǎn)移到真空干燥箱中進(jìn)行第一次減壓干燥?？刂普婵斩?.085Mpa-0.095Mpa，溫度在160℃-170℃，至出水較少時(shí)，降溫。取出固體苯酚鈉，研磨成細(xì)粉，再進(jìn)行第二次干燥，溫度在135℃-145℃，真空度0.090MPa-0.095MPa。直到不出水時(shí)降溫，稱重，干燥環(huán)境中保存?zhèn)溆谩?br> 如上所述的步驟b)中超臨界合成反應(yīng)的具體工藝操作和控制方法為將苯酚鈉放入高壓釜中，加蓋密封，抽真空后通入適量二氧化碳。加熱升溫并攪拌，達(dá)到80-150℃后，緩慢通入二氧化碳至7.5-10MPa，隨反應(yīng)的進(jìn)行再緩慢通入適量二氧化碳，使釜內(nèi)溫度和壓力穩(wěn)定在7.5-10MPa和80-150℃。在此超臨界狀態(tài)下反應(yīng)60-120min后，通入冷凝水使高壓釜內(nèi)溫度迅速下降到60℃以下，同時(shí)打開(kāi)放氣閥將二氧化碳經(jīng)過(guò)濾器和干燥器排入儲(chǔ)罐(循環(huán)利用)。至常壓后打開(kāi)釜蓋，倒入適量蒸餾水，攪拌至全部溶解，然后將溶液轉(zhuǎn)出、酸化、抽濾、真空干燥，得到水楊酸粗品。
優(yōu)選的，如上所述的在超臨界Kolbe-Schmitt反應(yīng)合成水楊酸的最佳反應(yīng)溫度為115-123℃。
優(yōu)選的，如上所述的在超臨界Kolbe-Schmitt反應(yīng)合成水楊酸的最佳反應(yīng)壓力為7.8-8.3MPa。
優(yōu)選的，如上所述的在超臨界Kolbe-Schmitt反應(yīng)合成水楊酸的最佳反應(yīng)時(shí)間為80-1OOmin。
優(yōu)選的，如上所述的水楊酸粗品的精制方法為將水楊酸粗品、水、磷酸按重量比1∶5∶0.004～O.005依次投入燒杯中，置于磁力攪拌器上攪拌，并緩緩升溫至65℃～80℃，保持45-70min。然后降溫至30℃以下，過(guò)濾，濾餅用少量水洗滌，真空干燥得高純度水楊酸產(chǎn)品。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明采用超臨界Kolbe-Schmitt反應(yīng)合成水楊酸的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在采用超臨界二氧化碳作為反應(yīng)介質(zhì)和反應(yīng)物，將Kolbe-Schmitt反應(yīng)由傳統(tǒng)工藝中的氣固相非均相反應(yīng)變?yōu)榫喾磻?yīng)，使其傳質(zhì)、傳熱特性得到大大改善，從而在適宜的反應(yīng)溫度、反應(yīng)壓力和反應(yīng)時(shí)間下，合成水楊酸。本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在操作溫度降低、反應(yīng)速率快，均相體系避免了因局部過(guò)熱而產(chǎn)生的副反應(yīng)、反應(yīng)選擇性好、反應(yīng)轉(zhuǎn)化率高，且不存在污染和溶劑回收問(wèn)題，而且能提高產(chǎn)品質(zhì)量，是一種滿足循環(huán)經(jīng)濟(jì)工業(yè)化需求、實(shí)用性很強(qiáng)的綠色生產(chǎn)新工藝。CO2可以循環(huán)利用，產(chǎn)品純度高達(dá)99％以上，可以滿足醫(yī)藥級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。


圖1為本發(fā)明合成水楊酸的反應(yīng)方程式圖2為本發(fā)明合成水楊酸的主要副反應(yīng)反應(yīng)方程式
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1準(zhǔn)確稱取氫氧化鈉60.40g(1.51mol)，用蒸餾水配制成50％的溶液，冷卻。準(zhǔn)確稱取苯酚141.165g(1.5mol)，將固態(tài)苯酚加熱至液態(tài)，在攪拌下將苯酚液加入氫氧化鈉溶液中。攪拌混合液15分鐘后，加熱升溫，減壓蒸水。至溶液變成粘稠狀時(shí)，轉(zhuǎn)移到真空干燥箱中進(jìn)行第一次減壓干燥?？刂普婵斩?.085MPa-O.095MPa，溫度在160℃-170℃，至出水較少時(shí)，降溫。取出固體苯酚鈉，研缽內(nèi)磨成細(xì)粉，再進(jìn)行第二次干燥，溫度在135℃-145℃，真空度0.090MPa-O.095MPa。直到不出水時(shí)降溫。取出固體苯酚鈉轉(zhuǎn)移到容積為500ml的裝有電磁攪拌和自動(dòng)控溫系統(tǒng)的高壓釜中，加蓋密封，抽真空后通入適量二氧化碳。加熱升溫并攪拌，控制釜內(nèi)溫度為120℃，再緩慢通入二氧化碳至8.0MPa，隨反應(yīng)的進(jìn)行再緩慢通入適量二氧化碳，使釜內(nèi)溫度和壓力穩(wěn)定在120℃和8.0MPa。在此超臨界狀態(tài)下反應(yīng)90min后，通入冷凝水使高壓釜內(nèi)溫度迅速下降到60℃以下，同時(shí)打開(kāi)放氣閥將二氧化碳經(jīng)過(guò)濾器和干燥器排入儲(chǔ)罐(循環(huán)利用)。至常壓后打開(kāi)釜蓋，倒入150ml蒸餾水，攪拌至全部溶解，然后將溶液轉(zhuǎn)入1000ml的四口瓶中，在攪拌下加入10％的稀硫酸，調(diào)節(jié)pH值為1-2，靜置一段時(shí)間后，抽濾，在真空干燥箱中于50℃-60℃下干燥2-3小時(shí)，得到水楊酸粗品。將水楊酸粗品、水、磷酸按重量比1∶5∶0.005依次投入燒杯中，置于磁力攪拌器上攪拌，并緩緩升溫至65℃～75℃，保持50min。然后降溫至30℃以下，過(guò)濾，濾餅用少量水洗滌，真空干燥得水楊酸精品199.20g。取樣，進(jìn)行GC分析。結(jié)果水楊酸純度99.85％，苯酚轉(zhuǎn)化率100％，選擇性96.0％。
實(shí)施例2準(zhǔn)確稱取氫氧化鈉410.00g(10.25mol)，用蒸餾水配制成50％的溶液，冷卻。準(zhǔn)確稱取苯酚941.10g(10.0mol)，將固態(tài)苯酚加熱至液態(tài)，在攪拌下將苯酚液加入氫氧化鈉溶液中。攪拌混合液15分鐘后，加熱升溫，減壓蒸水。至溶液變成粘稠狀時(shí)，轉(zhuǎn)移到真空干燥箱中進(jìn)行第一次減壓干燥?？刂普婵斩?.085MPa-0.095MPa，溫度在160℃-170℃，至出水較少時(shí)，降溫。取出固體苯酚鈉，在研缽內(nèi)磨成細(xì)粉后，再進(jìn)行第二次干燥，溫度在130℃-145℃，真空度0.090MPa-0.095MPa，直到不出水時(shí)降溫。取出固體苯酚鈉轉(zhuǎn)移到容積為5000ml的裝有電磁攪拌和自動(dòng)控溫系統(tǒng)的高壓釜中，加蓋密封，抽真空后通入適量二氧化碳。加熱升溫并攪拌，控制釜內(nèi)溫度為120℃，再緩慢通入二氧化碳至8.2MPa，隨反應(yīng)的進(jìn)行再緩慢通入適量二氧化碳，使釜內(nèi)溫度和壓力穩(wěn)定在120℃和8.2MPa。在此超臨界狀態(tài)下反應(yīng)90min后，通入冷凝水使高壓釜內(nèi)溫度迅速下降到60℃以下，同時(shí)打開(kāi)放氣閥將二氧化碳經(jīng)過(guò)濾器和干燥器排入儲(chǔ)罐(循環(huán)利用)。至常壓后打開(kāi)釜蓋，倒入1000ml蒸餾水，攪拌至全部溶解，然后將溶液轉(zhuǎn)入5000ml的四口瓶中，在攪拌下加入20％的稀硫酸，調(diào)節(jié)pH值為1-2，靜置一段時(shí)間后，抽濾，在真空干燥箱中于50℃-60℃下干燥2-3小時(shí)，得到水楊酸粗品。將水楊酸粗品、水、磷酸按重量比1∶5∶0.005依次投入燒杯中，置于磁力攪拌器上攪拌，并緩緩升溫至65℃～75℃，保持1小時(shí)。然后降溫至30℃以下，過(guò)濾，濾餅用少量水洗滌，真空干燥得水楊酸精品1326.7g。取樣，進(jìn)行GC分析。結(jié)果水楊酸純度99.84％，苯酚轉(zhuǎn)化率100％，選擇性95.9％。
權(quán)利要求
1.一種超臨界相合成水楊酸的綠色生產(chǎn)新工藝，其特征在于制備方法包括如下步驟a)將苯酚用NaOH水溶液中和制成苯酚鈉鹽，經(jīng)二次真空干燥得中間反應(yīng)物固體苯酚鈉(反應(yīng)物)；b)在高壓反應(yīng)釜中，以苯酚鈉和二氧化碳為反應(yīng)物，經(jīng)超臨界Kolbe-Schmitt反應(yīng)生成水楊酸鈉鹽、酸化制取水楊酸；c)進(jìn)一步精制后得純度為99.5％至100％的水楊酸產(chǎn)品。
2.如權(quán)利要求1所述的一種超臨界相合成水楊酸的綠色生產(chǎn)新工藝，其特征在于所述的步驟a)中用于制備中間反應(yīng)物苯酚鈉的苯酚與氫氧化鈉的摩爾比為1∶1.0～1.03。
3.如權(quán)利要求1所述的一種超臨界相合成水楊酸的綠色生產(chǎn)新工藝，其特征在于所述的步驟b)中超臨界合成反應(yīng)的具體工藝操作和控制方法為a)將苯酚鈉放入高壓釜中，加蓋密封，抽真空后通入適量二氧化碳；b)加熱升溫并攪拌，達(dá)到80-150℃后，緩慢通入二氧化碳至7.5-10MPa，隨反應(yīng)的進(jìn)行再緩慢通入適量二氧化碳，使釜內(nèi)溫度和壓力穩(wěn)定在7.5-10MPa和80-150℃；c)在此超臨界狀態(tài)下反應(yīng)60-120min后，通入冷凝水使高壓釜內(nèi)溫度迅速下降到60℃以下，同時(shí)打開(kāi)放氣閥將二氧化碳經(jīng)過(guò)濾器和干燥器排入儲(chǔ)罐，以便循環(huán)利用；d)至常壓后打開(kāi)釜蓋，倒入適量蒸餾水，攪拌至全部溶解，然后將溶液轉(zhuǎn)出、酸化、抽濾、真空干燥，得到水楊酸粗品。
4.如權(quán)利要求1至3所述的任一種超臨界相合成水楊酸的綠色生產(chǎn)新工藝，其特征在于所述的超臨界Kolbe-Schmitt反應(yīng)合成水楊酸的最佳反應(yīng)溫度為115-123℃。
5.如權(quán)利要求1至3所述的任一種超臨界相合成水楊酸的綠色生產(chǎn)新工藝，其特征在于所述的超臨界Kolbe-Schmitt反應(yīng)合成水楊酸的最佳反應(yīng)壓力為7.8-8.3MPa。
6.如權(quán)利要求1至3所述的任一種超臨界相合成水楊酸的綠色生產(chǎn)新工藝，其特征在于所述的超臨界Kolbe-Schmitt反應(yīng)合成水楊酸的最佳反應(yīng)時(shí)間為80-100min。
7.如權(quán)利要求1所述的一種超臨界相合成水楊酸的綠色生產(chǎn)新工藝，其特征在于所述的水楊酸粗品的精制方法為將水楊酸粗品、水、磷酸按重量比1∶5∶0.004～0.005依次投入燒杯中，置于磁力攪拌器上攪拌，并緩緩升溫至65℃～80℃，保持45-70min。然后降溫至30℃以下，過(guò)濾，濾餅用少量水洗滌，真空干燥得高純度水楊酸產(chǎn)品。
全文摘要
一種在超臨界條件下合成水楊酸的綠色生產(chǎn)新工藝。將苯酚用NaOH水溶液中和制成苯酚鈉鹽，干燥、研磨得固體苯酚鈉(反應(yīng)物)。在高壓反應(yīng)釜中，以苯酚鈉和二氧化碳為反應(yīng)物，經(jīng)超臨界均相羧化反應(yīng)(Kolbe－Schmitt反應(yīng))生成水楊酸鈉鹽、酸化制取水楊酸。進(jìn)一步精制后得高純度水楊酸產(chǎn)品。將Kolbe－Schmitt反應(yīng)由傳統(tǒng)工藝中的氣固相非均相反應(yīng)變?yōu)榫喾磻?yīng)，操作溫度降低、反應(yīng)速率快，避免了因局部過(guò)熱而產(chǎn)生的副反應(yīng)且不存在污染和溶劑回收問(wèn)題，是一種滿足循環(huán)經(jīng)濟(jì)工業(yè)化需求、實(shí)用性很強(qiáng)的綠色生產(chǎn)新工藝。
文檔編號(hào)C07C51/15GK1733684SQ20051004434
公開(kāi)日2006年2月15日 申請(qǐng)日期2005年8月2日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月2日
發(fā)明者邢存章, 呂海亮, 班青, 高菲 申請(qǐng)人:山東輕工業(yè)學(xué)院