本發(fā)明涉及醫(yī)藥化工領(lǐng)域，具體涉及一種1,2-環(huán)己二胺的制備方法。
背景技術(shù)：
1,2-環(huán)己二胺是一種重要的化工原料，在眾多領(lǐng)域具有廣泛的用途，例如其在造紙業(yè)、水處理行業(yè)中，其可用于合成螯合劑，與金屬離子結(jié)合進(jìn)而降低水體中的金屬離子濃度；在涂料行業(yè)中可以用作堿性環(huán)氧樹(shù)脂固化劑，其在室溫下就能使環(huán)氧樹(shù)脂交聯(lián)固化；此外在高分子材料行業(yè)中，其可作為單體用于合成聚酰胺、聚氨酯等；而在醫(yī)藥中間體領(lǐng)域，其可用于合成抗癌藥-“奧沙利鉑”的關(guān)鍵中間體。
由于1,2-環(huán)己二胺應(yīng)用較為廣泛，因此對(duì)于其合成研究方法有很多，根據(jù)目前現(xiàn)有報(bào)道的資料，其合成方法主要有如下三種：
1、以己二腈為起始原料，經(jīng)催化加氫，得到少量的1,2-環(huán)己二胺。因該方法導(dǎo)致1,2-環(huán)己二胺的分離提純非常困難，因此該方法不能用于大規(guī)模生產(chǎn)1,2-環(huán)己二胺。
2、以鄰苯二胺為起始原料，經(jīng)金屬催化加氫，得到1,2-環(huán)己二胺，相應(yīng)化學(xué)式如下，具體如CN201210395742公開(kāi)了一種鄰苯二胺連續(xù)化高壓制備1,2-環(huán)己二胺的方法，包括在110℃下，將鄰苯二胺溶于1,4-二氧六環(huán)中，將物料通過(guò)物料泵連續(xù)化進(jìn)入裝有催化劑(負(fù)載鈀三氧化二鋁為催化劑)并已經(jīng)升溫至在170-210℃的列管式連續(xù)化反應(yīng)器中，通入氫氣，保持氫氣壓力為3-7MPa，連續(xù)化加氫反應(yīng)制備1,2-環(huán)己二胺成品。該方法雖然實(shí)現(xiàn)了分離提純出1,2-環(huán)己二胺產(chǎn)品的要求，但是由于原料成本高以及純加氫反應(yīng)的安全問(wèn)題較多，因而該方法實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)還是存在較大難度。
3、中國(guó)專利申請(qǐng)CN105237407A中報(bào)道了一種新的1,2-環(huán)己二胺合成方法，其以2-胺基環(huán)己醇作為原料，采用脫氫、縮合和氨化三步一鍋法合成得到1,2-環(huán)己二胺。具體地，其中公開(kāi)一種1,2-環(huán)己二胺的制備方法，該方法包括如下步驟：1)將反應(yīng)底物2-胺基環(huán)己醇加入反應(yīng)釜的溶劑中，至所述2-胺基環(huán)己醇的濃度為1wt至50wt％，然后加入催化劑，所述催化劑與2-胺基環(huán)己醇的質(zhì)量比為0.1至4；2)氫氣置換釜中的空氣后，在不斷攪拌的條件下充入0.1至3MPa的氨氣，攪拌溶解0.5至2小時(shí)后，充入比氨氣分壓高0.3至3MPa的氫氣，150-220℃下反應(yīng)1至24小時(shí)后即可生成1,2-環(huán)己二胺。其中所述溶劑選自水、甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、異丙醇、丙酮、四氫呋喃、乙酸乙酯、1,4-二氧六環(huán)、二氯甲烷、氯仿、乙酸甲酯、1,3-二氧六環(huán)、甲酸甲酯和甲酸乙酯中的一種或多種。上述合成方法使用的起始原料從成本上來(lái)說(shuō)較其它方案已有很大降低，但是由于該反應(yīng)中溶劑用量較大(溶劑用量相應(yīng)為50～99wt％)，且該合成工藝為間歇式反應(yīng)，反應(yīng)溫度也要求較高，其使用的反應(yīng)溫度為150～220℃，超出一般工業(yè)蒸汽溫度130～150℃，因而該反應(yīng)只能使用電加熱等加熱方式。使用上述方法生產(chǎn)1,2-環(huán)己二胺依然存在產(chǎn)能受限及生產(chǎn)設(shè)備要求過(guò)高等問(wèn)題。
因此，為解決上述現(xiàn)有方案中帶來(lái)的技術(shù)問(wèn)題，本領(lǐng)域中需要一種新的1,2-環(huán)己二胺的制備方法。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
因此，本發(fā)明提供一種1,2-環(huán)己二胺的制備方法，包括使得1,2-環(huán)己二醇在氨、氫氣和含釕催化劑存在下反應(yīng)生成1,2-環(huán)己二胺，所述反應(yīng)的溫度為100～145℃，所述反應(yīng)中以包含氫氣的氣體調(diào)節(jié)反應(yīng)器內(nèi)的反應(yīng)壓力為1～5MPa，所述含釕催化劑設(shè)置在固定床反應(yīng)器中，反應(yīng)得到的產(chǎn)物經(jīng)提純后制備得到1,2-環(huán)己二胺。
在一種具體的實(shí)施方式中，所述反應(yīng)溫度為120～140℃。
在一種具體的實(shí)施方式中，反應(yīng)過(guò)程中不使用有機(jī)溶劑，優(yōu)選反應(yīng)過(guò)程中不另加入任何溶劑。
在一種具體的實(shí)施方式中，所述提純包括先后對(duì)反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行蒸餾除水和減壓精餾獲得1,2-環(huán)己二胺產(chǎn)品的步驟。
在一種具體的實(shí)施方式中，將1,2-環(huán)己二醇和液氨預(yù)混合并預(yù)熱后通入所述固定床反應(yīng)器中，用氫氣控制所述固定床反應(yīng)器內(nèi)的壓力，在含釕催化劑催化下反應(yīng)得到1,2-環(huán)己二胺。
在另一種具體的實(shí)施方式中，將氨氣和氫氣按一定的比例配成混合氣，再將混合氣通入固定床反應(yīng)器內(nèi)并控制反應(yīng)器內(nèi)的壓力為1～5MPa，同時(shí)將1,2-環(huán)己二醇單獨(dú)預(yù)熱后送入固定床反應(yīng)器，也可以反應(yīng)得到1,2-環(huán)己二胺。本發(fā)明中的氨一般選用氨氣或液氨，而不選用氨水，因本發(fā)明的主反應(yīng)過(guò)程中會(huì)生成水，而氨水中的水會(huì)促使主反應(yīng)逆向進(jìn)行，因而其不利于本發(fā)明中更高效地獲取1,2-環(huán)己二胺。
在一種具體的實(shí)施方式中，用氫氣調(diào)節(jié)反應(yīng)器內(nèi)的反應(yīng)壓力為2～4MPa。
在一種具體的實(shí)施方式中，1,2-環(huán)己二醇與氨的摩爾比為1：8～40，優(yōu)選為1：12～25。當(dāng)本發(fā)明中的氨為液氨時(shí)，優(yōu)選1,2-環(huán)己二醇與液氨的體積比為1:3～10(二者的摩爾比相應(yīng)為1：10.8～36.3)，更優(yōu)選二者體積比為1:4～6(二者的摩爾比相應(yīng)為1：14.5～21.8)。
在一種具體的實(shí)施方式中，所述含釕催化劑為負(fù)載型催化劑，所述催化劑的載體為選自Al2O3、活性碳、TiO2、SiO2、MgO和SnO2中的一種或多種，優(yōu)選所述載體為Al2O3。
在一種具體的實(shí)施方式中，固定床反應(yīng)器中催化劑裝填高度與固定床反應(yīng)器的內(nèi)徑比為5～75：1，優(yōu)選10～30:1。
在一種具體的實(shí)施方式中，固定床反應(yīng)器中反應(yīng)壓力為2.5～3MPa，反應(yīng)溫度為120～135℃
本發(fā)明能實(shí)現(xiàn)連續(xù)化制備得到1,2-環(huán)己二胺產(chǎn)品。本發(fā)明采用1,2-環(huán)己二醇為原料、在氨和氫氣存在下反應(yīng)生成1,2環(huán)己二胺，目標(biāo)產(chǎn)物轉(zhuǎn)化率高且后處理提純簡(jiǎn)便。本發(fā)明中采用了固定床反應(yīng)器，可實(shí)現(xiàn)工業(yè)連續(xù)化生產(chǎn)1,2-環(huán)己二胺。本發(fā)明中不需使用任何溶劑，能高效率獲取純凈的1,2-環(huán)己二胺產(chǎn)品?？傊景l(fā)明兼顧原材料成本、工藝操作簡(jiǎn)便、以及工業(yè)化連續(xù)大規(guī)模生產(chǎn)等因素，開(kāi)發(fā)出一種新的1,2-環(huán)己二胺的制備方法。本發(fā)明得到的1,2-環(huán)己二胺純凈且產(chǎn)物收率較高，工藝經(jīng)濟(jì)性好。
具體實(shí)施方式
為了便于公眾能夠詳細(xì)理解本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)特點(diǎn)，申請(qǐng)人對(duì)具體實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)描述，但是描述內(nèi)容不涵蓋全部可行技術(shù)方案，任何其他依據(jù)本發(fā)明構(gòu)思作形式而非實(shí)質(zhì)變化都應(yīng)視為本發(fā)明包括范圍。其中，實(shí)施例都采用固定床反應(yīng)器，其管道直徑為8mm，反應(yīng)器管長(zhǎng)為600mm，反應(yīng)器中填充部分長(zhǎng)度或全部長(zhǎng)度的催化劑；反應(yīng)完畢后，反應(yīng)器中物料經(jīng)冷凝后分離出液體，液體再經(jīng)常壓蒸餾除水，減壓精餾得到1,2-環(huán)己二胺產(chǎn)品。
實(shí)施例1
一種利用固定床反應(yīng)器制備1,2-環(huán)己二胺的方法，反應(yīng)操作過(guò)程如下：
將負(fù)載于Al2O3上的釕催化劑填充至固定床反應(yīng)器中，然后將“1,2-環(huán)己二醇與液氨”采用計(jì)量泵計(jì)量后以一定體積比進(jìn)入預(yù)混合器升溫混合后，再通入固定床反應(yīng)器內(nèi)，然后通入氫氣控制固定床反應(yīng)器保持在一定壓力下反應(yīng)，反應(yīng)器下端出料物料進(jìn)入小型氣液分離器，得到的液相產(chǎn)物取樣GC檢測(cè)反應(yīng)進(jìn)度。液相產(chǎn)物經(jīng)過(guò)常壓蒸餾分水，減壓精餾得到產(chǎn)品-1,2-環(huán)己二胺，同時(shí)精餾出的1,2-環(huán)己二醇重新進(jìn)入胺化反應(yīng)體系中。
具體設(shè)置反應(yīng)條件如下：催化劑裝填高度與固定床直徑比為20:1(填充160mm高的催化劑層)，固定床反應(yīng)器中間段的反應(yīng)溫度120℃，固定床反應(yīng)壓力為2.0MPa，1,2-環(huán)己二醇：液氨的體積比為1:4。反應(yīng)結(jié)果：1,2-環(huán)己二醇轉(zhuǎn)化率為91％，1,2-環(huán)己二胺選擇性為85％，產(chǎn)品精餾收率為64％。
實(shí)施例2
除如下內(nèi)容改動(dòng)以外，其余同實(shí)施例1條件一致，具體改動(dòng)如下內(nèi)容：固定床反應(yīng)器中間段的反應(yīng)溫度130℃，1,2-環(huán)己二醇：液氨的體積比為1:5。反應(yīng)結(jié)果為：1,2-環(huán)己二醇轉(zhuǎn)化率為93％，1,2-環(huán)己二胺選擇性為87％，產(chǎn)品精餾收率為68％。
實(shí)施例3
除如下內(nèi)容改動(dòng)以外，其余同實(shí)施例1條件一致，具體改動(dòng)如下內(nèi)容：固定床反應(yīng)壓力為2.5MPa，1,2-環(huán)己二醇：液氨的體積比為1:6。反應(yīng)結(jié)果為：1,2-環(huán)己二醇轉(zhuǎn)化率為94％，1,2-環(huán)己二胺選擇性為84％，產(chǎn)品精餾收率為66％。
實(shí)施例4
除如下內(nèi)容改動(dòng)以外，其余同實(shí)施例1條件一致，具體改動(dòng)如下內(nèi)容：釕催化劑的載體由“Al2O3”變?yōu)椤盎钚蕴俊?。反?yīng)結(jié)果為：1,2-環(huán)己二醇轉(zhuǎn)化率為80％，1,2-環(huán)己二胺選擇性為79％，產(chǎn)品精餾收率為56％。
實(shí)施例5
除如下內(nèi)容改動(dòng)以外，其余同實(shí)施例1條件一致，具體改動(dòng)如下內(nèi)容：催化劑裝填高度與固定床直徑比為30:1。反應(yīng)結(jié)果為：1,2-環(huán)己二醇轉(zhuǎn)化率為95％，1,2-環(huán)己二胺選擇性為85％，產(chǎn)品精餾收率為67％。
實(shí)施例6
除如下內(nèi)容改動(dòng)以外，其余同實(shí)施例1條件一致，具體改動(dòng)如下內(nèi)容：固定床反應(yīng)器中間段的反應(yīng)溫度130℃，固定床反應(yīng)壓力為3.0MPa，1,2-環(huán)己二醇：液氨的體積比為1:6。反應(yīng)結(jié)果為：1,2-環(huán)己二醇轉(zhuǎn)化率為98％，1,2-環(huán)己二胺選擇性為82％，產(chǎn)品精餾收率為70％。
實(shí)施例7
將實(shí)施例6的“催化劑裝填高度比”改成10:1，其余內(nèi)容同實(shí)施例6；最終的反應(yīng)結(jié)果為：1,2-環(huán)己二醇轉(zhuǎn)化率為84％，1,2-環(huán)己二胺選擇性為84％，產(chǎn)品精餾收率為60％。
實(shí)施例8
將實(shí)施例6的“固定床反應(yīng)器中間段的反應(yīng)溫度”改為120℃，其余內(nèi)容同實(shí)施例6；最終的反應(yīng)結(jié)果為：1,2-環(huán)己二醇轉(zhuǎn)化率為94％，1,2-環(huán)己二胺選擇性為85％，產(chǎn)品精餾收率為68％。
實(shí)施例9
將實(shí)施例6的“1,2-環(huán)己二醇：液氨”體積比改為1：4，其余內(nèi)容同實(shí)施例6；最終的反應(yīng)結(jié)果為：1,2-環(huán)己二醇轉(zhuǎn)化率為91％，1,2-環(huán)己二胺選擇性為85％，產(chǎn)品精餾收率為65％。
實(shí)施例10
將實(shí)施例6的“反應(yīng)壓力”改為4.0MPa，其余內(nèi)容同實(shí)施例6；最終的反應(yīng)結(jié)果為：1,2-環(huán)己二醇轉(zhuǎn)化率為98％，1,2-環(huán)己二胺選擇性為76％，產(chǎn)品精餾收率為62％。
實(shí)施例11
將實(shí)施例6的“固定床反應(yīng)器中間段的反應(yīng)溫度”改為140℃，“反應(yīng)壓力”改為4.0MPa，其余內(nèi)容同實(shí)施例6；最終的反應(yīng)結(jié)果為：1,2-環(huán)己二醇轉(zhuǎn)化率為99％，1,2-環(huán)己二胺選擇性為70％，產(chǎn)品精餾收率為59％。
實(shí)施例12
將實(shí)施例6的“反應(yīng)壓力”改為1.0MPa，其余內(nèi)容同實(shí)施例6；最終的反應(yīng)結(jié)果為：1,2-環(huán)己二醇轉(zhuǎn)化率為70％，1,2-環(huán)己二胺選擇性為84％，產(chǎn)品精餾收率為43％。
實(shí)施例13
將實(shí)施例6的“反應(yīng)壓力”改為5.0MPa，其余內(nèi)容同實(shí)施例6；最終的反應(yīng)結(jié)果為：1,2-環(huán)己二醇轉(zhuǎn)化率為98％，1,2-環(huán)己二胺選擇性為68％，產(chǎn)品精餾收率為54％。
實(shí)施例14
將實(shí)施例6的“反應(yīng)溫度”改為145℃，其余內(nèi)容同實(shí)施例6；最終的反應(yīng)結(jié)果為：1,2-環(huán)己二醇轉(zhuǎn)化率為99％，1,2-環(huán)己二胺選擇性為62％，產(chǎn)品精餾收率為53％。
對(duì)比例1
將實(shí)施例6的“反應(yīng)溫度”改為150℃，其余內(nèi)容同實(shí)施例6；最終的反應(yīng)結(jié)果為：1,2-環(huán)己二醇轉(zhuǎn)化率為99％，1,2-環(huán)己二胺選擇性為48％，產(chǎn)品精餾收率為38％。
表1
從表1的實(shí)施例1和實(shí)施例4的比對(duì)可見(jiàn)，本發(fā)明中適宜選取氧化鋁為載體。
從實(shí)施例6與實(shí)施例10～13可見(jiàn)，反應(yīng)壓力太高時(shí)副反應(yīng)嚴(yán)重，而反應(yīng)壓力過(guò)低時(shí)不利于原料的轉(zhuǎn)化率，因而優(yōu)選反應(yīng)壓力為氫氣調(diào)節(jié)至含氨的反應(yīng)器中壓力為2～4MPa，更優(yōu)選2.5～3MPa。
從實(shí)施例6、實(shí)施例8、實(shí)施例11、實(shí)施例14和對(duì)比例1的比對(duì)可見(jiàn)，溫度高于145℃時(shí)產(chǎn)物選擇性極低，生成的副產(chǎn)物過(guò)多。因而反應(yīng)溫度優(yōu)選120～140℃，尤其優(yōu)選120～135℃。另外，從實(shí)施例6、實(shí)施例14和對(duì)比例1可見(jiàn)，該反應(yīng)隨著溫度的升高將嚴(yán)重影響1,2-環(huán)己二胺的選擇性，尤其是溫度達(dá)到150℃時(shí)產(chǎn)物的選擇性下降顯著。本發(fā)明優(yōu)選反應(yīng)溫度為120～140℃，因?yàn)楣I(yè)蒸汽的溫度為130～150℃，因而本發(fā)明中的反應(yīng)尤其適合使用工業(yè)蒸汽進(jìn)行加熱，而不需要使用電熱源；這使得使用本發(fā)明所述方法工業(yè)生產(chǎn)1,2-環(huán)己二胺時(shí)設(shè)備簡(jiǎn)化，成本大幅降低。
對(duì)比例2
將50g原料1，2-環(huán)己二醇溶解于100g二甲苯中，該物料通過(guò)物料泵連續(xù)化進(jìn)入已升溫至125℃，且裝有2.5gRu/MgO催化劑的固定床反應(yīng)器中，然后通入液氨或氨氣，保持反應(yīng)器循環(huán)壓力為0.6-0.8MPa，混合反應(yīng)5h后取樣分析GC，其中1,2-環(huán)己二胺為64.6％，1,2-環(huán)己二醇1.5％。放出反應(yīng)液，開(kāi)始減壓精餾提純，得到淺黃色透明液體產(chǎn)品-1，2-環(huán)己二胺，摩爾收率為52.4％。
對(duì)比例2中的方案是本申請(qǐng)人現(xiàn)在已經(jīng)棄用的技術(shù)方案。因?yàn)樵摲桨钢泻Y選的有效溶劑二甲苯的沸點(diǎn)仍然與產(chǎn)品1,2-環(huán)己二胺的沸點(diǎn)接近，其殘留仍然影響產(chǎn)品的收率和產(chǎn)品品質(zhì)，且二甲苯在加氫環(huán)境下性質(zhì)不夠穩(wěn)定，其化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)物也對(duì)產(chǎn)品的收率和品質(zhì)產(chǎn)生不利影響。也就是說(shuō)，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)該方案中使用的溶劑會(huì)不可避免地造成溶劑殘留，不利于提純，且影響產(chǎn)品質(zhì)量；而在不使用溶劑后發(fā)現(xiàn)反應(yīng)效果更佳，因而在本發(fā)明方案中將溶劑舍去。究其原因可能是，由于該反應(yīng)原料1,2-環(huán)己二醇和產(chǎn)物1,2-環(huán)己二胺在該反應(yīng)條件下均呈液態(tài)，反應(yīng)過(guò)程中它們可以以自身作為反應(yīng)溶劑；并且隨著反應(yīng)進(jìn)行，原料濃度會(huì)不斷降低。因而本發(fā)明可以通過(guò)不添加溶劑而高效獲取產(chǎn)品1,2-環(huán)己二胺。
對(duì)比例3
實(shí)驗(yàn)條件與實(shí)施例1基本一致，但并不使用氫氣來(lái)保持固定床反應(yīng)器內(nèi)的壓力。而是使用氮?dú)鈦?lái)保持固定床反應(yīng)器內(nèi)的壓力。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)使用氮?dú)鈱⒐潭ù卜磻?yīng)器內(nèi)的壓力保持在1-5MPa時(shí)，反應(yīng)液中幾乎檢測(cè)不到1,2-環(huán)己二胺。而若使用氮?dú)鈱⒐潭ù卜磻?yīng)器內(nèi)的壓力保持在10-15MPa的高壓時(shí)，反應(yīng)液中可以檢測(cè)到生成了少量的1,2-環(huán)己二胺，但其它副反應(yīng)很嚴(yán)重。由此可見(jiàn)，本發(fā)明的1,2-環(huán)己二醇制備1,2-環(huán)己二胺的反應(yīng)中需要?dú)錃鈪⑴c方能得到較為理想的轉(zhuǎn)化率和收率結(jié)果。分析其原因可能是1,2-環(huán)己二醇先脫氫生成酮基，酮基與氨反應(yīng)后生成亞胺，再在氫氣作用下加氫生成1,2-環(huán)己二胺。因此，對(duì)比例3中只能使用反應(yīng)脫下的氫氣用于后續(xù)加氫反應(yīng)，這會(huì)導(dǎo)致氫氣量小而需要在很高反應(yīng)壓力下才能檢測(cè)到有1,2-環(huán)己二胺的生成，且超高壓下副反應(yīng)嚴(yán)重因而目的產(chǎn)物1,2-環(huán)己二胺的收率很低。
另外，與現(xiàn)有技術(shù)中以2-胺基環(huán)己醇作為原料得到1,2-環(huán)己二胺的方案相比，本發(fā)明中采用連續(xù)式反應(yīng)，其反應(yīng)溫度低至可以使用工業(yè)蒸汽加熱的程度，大幅節(jié)約設(shè)備和能源投資。且本發(fā)明中不需要使用溶劑，因而不會(huì)增加后處理步驟，也不會(huì)因溶劑原因而降低產(chǎn)品質(zhì)量。
以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。