丙烯醛固定床反应制备吡唑的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于有机合成领域，具体涉及一种丙烯醛固定床反应制备吡唑的方法，主要是丙烯、水蒸气、空气的混合气体经床层连续反应生成丙烯醛气体，然后与气化的水合肼在固定床下催化合成中间产品2-吡唑啉，2-吡唑啉和水蒸气混合，于固定床中脱氢合成吡唑。
【背景技术】
[0002]吡唑是白色针状或棱形结晶，从乙醇中结晶的吡唑是无色针状晶体。有似吡啶的臭味和刺激性苦味，能溶于水、醇、醚和苯。当环上碳原子有取代基时，沸点和熔点升高；当氮原子上有取代基时，其化合物的沸点和熔点就降低。易发生氯化、溴化、碘化、烷基化、酰化反应。吡唑的衍生物吡唑啉是医药和染料的重要中间体。当今世界，杂环化合物在医药、农药的研究开发中占有十分重要的地位。无论是天然的还是人工合成的杂环化合物，在医药、农药中都起着举足轻重的作用。
[0003]其中吡唑类化合物因其作用谱广、药效强烈等特点而受到越来越多的关注。在医药应用上，吡唑类化合物对许多的疾病具有疗效；在农药应用上，吡唑类化合物具有杀虫、杀菌和除草活性，并且表现出高效、低毒和结构多样性。因此，吡唑类药物具有广阔的研究和开发前景。吡唑可作为某些医药、农药中间体，同时也可作为某些光敏材料单体的侧链。吡唑的衍生物吡唑啉是医药和染料的重要中间体，具有广泛的应用。现在合成吡唑的工艺大致为:一种是顺滴加，即在水合肼、甘油、水中于一定温度下滴加浓硫酸，甘油先脱水生成丙烯醛，丙烯醛随即与水合肼反应生成吡唑啉，然后升温或升温加催化剂(主要是碘化物)脱氢合成吡唑粗品，再精制(精馏或溶剂结晶)得到吡唑成品；二是往浓硫酸中滴加甘油、水合肼、水及催化剂的混合溶液，控制在一定的温度下，甘油先脱水生成丙烯醛，丙烯醛随即与水合肼反应生成吡唑啉，然后升温或升温加催化剂(主要是碘化物)脱氢合成吡唑粗品，再精制(精馏或溶剂结晶)得到吡唑成品，以上均为间隙釜式反应，生产效率低，三废量大，广品品质不尚。
【发明内容】
[0004]本发明要解决的是传统合成吡唑的工艺需要用到硫酸等作为脱水机、氧化剂及溶剂，反应中产生大量的二氧化硫气体，同时由于反应物料釜式反应接触时间长等原因导致选择性差、收率低、质量低、安全性差、有机残渣多等问题，而且传统反应由于原料不能全部气化，基本都为间隙釜式反应，造成生产能力低、生产成本高、危险、三废量大等问题。
[0005]为实现发明目的，本发明采用下述技术方案:一种丙烯醛固定床反应制备吡唑的方法，其工艺步骤为:(1)以丙烯、水蒸气、空气的混合气体为起始原料，连续进入固定床或流化床催化反应器，经床层反应合成丙烯醛，床层反应后的气体用苯类溶剂吸收得到含丙烯醛的苯类溶液；(2)将步骤(I)得到的苯类溶液气化，与预先气化的水合肼在氮气保护下同时计量输入固定床催化反应器中反应，合成得到含2-吡唑啉的气体，直接输入下步反应；(3)将步骤(2)得到的气体和水蒸气计量混合，连续输入固定床催化反应器进行脱氢反应生成吡唑，从反应器出来的气体冷却为液体，用精馏塔精馏得到吡唑粗品馏分，粗品熔融液冷却结晶，抽滤或离心得到吡唑含量不低于99%的精制品。
[0006]上述步骤(I)中的床层反应在现有技术中已有广泛应用，丙烯、水蒸气、空气的混合气体进入加热器预热，混合气体连续进入固定床或流化床催化反应器，在一种或多种金属、非金属及其氧化物、盐等催化剂存在下，于一定温度、一定压力下连续反应生成丙烯醛气体；所述步骤(I)床层反应中，本发明以丙烯、空气和水蒸气的混合比按1:5:10(体积比)计量，固定床在Mo-B1-T1-Te系氧化物催化剂的作用下于350°C、0.22 MPa压力下发生氧化反应效果较好；所述步骤(I)中的苯类溶剂是指对丙烯醛溶解度较高的苯类溶剂，如甲苯、二甲苯、乙苯等或其混合物，优选甲苯溶剂。
[0007]上述步骤(2)中，合成2-吡唑啉中所述催化剂为Mo、T1、Ge、Ln、B1、La、Ba、Fe、K、N1、Co、V等金属的氧化物、盐中的一种或几种，优选T1、Mo、B1、V、Fe等金属的氧化物、盐，尤其以催化剂氧化钛、五氧化二钒、三氧化铁按重量比1:1?2:0.5?1.5存在下进行催化反应效果较理想，优选1:2:1存在下进行催化反应效果最佳。
[0008]所述步骤(2)中，固定床催化反应器中的反应温度优选140?200°C。
[0009]所述步骤(3)合成吡唑中所述催化剂为Mo、T1、Ge、Ln、B1、La、Ba、Fe、K、Na、N1、Co、V、S1、1、S等金属和非金属的氧化物、盐中的一种或几种，优选T1、V、Fe、S1、1、S等金属和非金属的氧化物、盐。
[0010]所述步骤(3)中，将步骤(2)得到的气体和水蒸气按重量比1:0.3混合，预热至200°C，用往复式计量栗计量下连续压入直径18mm、高2000mm的固定床，在T1-Te-Co-S1-S系氧化物催化剂的作用下于200-250°C发生氧化反应可获得吡唑含量高的气体；所述吡唑粗品熔融液O?30°C冷却结晶，抽滤或离心得到含量不低于99%的精制品。
[0011]本发明采用的熔融液冷却结晶不同于现有技术通过二次精馏或溶剂结晶精制，可保证吡唑含量不低于99%。
[0012]本发明所用原料易得，生产能力大，可以实现部分或全部步骤的连续化生产，反应收率高，因而生产成本低、三废少，具有较好的应用前景。
【具体实施方式】
[0013](I)丙烯醛的合成:经计量的丙烯、空气和水蒸气按1:5:10 (体积比)混合，然后连续进入直径18mm、高2000mm的固定床在Mo-B1-T1-Te系氧化物催化剂的作用下于350°C、
0.22 MPa压力下发生氧化反应，同时放出大量的热，从反应器出来的气体经过冷却，再经少量的水层冷却，以除去酸性副产物。气体进入吸收装置用甲苯溶解可溶产物丙烯醛，制得丙烯醛甲苯溶液(其中含丙烯醛27.2%)，收率82.3%，该丙烯醛甲苯溶液作为丙烯醛粗品直接用于2-吡唑啉的合成，吸收后出来的气体含N2、02、C0、丙烷及未反应的丙烯，这些气体可循环使用，也可以经处理后排入大气中。
[0014](2)2-吡唑啉的制备:在氮气保护下，在500ml四口瓶中加入80%水合肼(78.1g,1.245mol)，在氮气保护下用计量栗打入已加热至160°C的固定床催化反应器中(直径18_、高2000mm)气化，同时打入丙烯醛甲苯溶液(约282g，其中含丙烯醛76.7g，1.37mol)并气化，在催化剂氧化钛、五氧化二钒、三氧化铁(重量比1:2:1)存在下反应，得到2-吡唑啉粗品，此时为气体，直接进入下步反应。(物料冷却全部冷却后可得到2-吡唑啉甲苯溶液约280g,其中约含2-吡唑啉79.5g，去掉甲苯峰归一含量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气体经计量和水按1:0.3(重量比)混合，预热至200°C，用往复式计量栗计量下连续压入直径18_、高2000_的固定床在T1-Te-Co-S1-S系氧化物催化剂的作用下于230°C发生氧化反应，从反应器出来的气体经过冷却为液体，收集液体到一定量后，用精馏塔精馏，去除甲苯与前馏分，收集186?189°C粗品馏分，粗品收率93.8%，含量94.7%，收集的粗品馏分熔融液200g放入桶中静置结晶，离心，得到含量99.2%吡唑白色结晶172g。
【主权项】
1.一种丙烯醛固定床反应制备吡唑的方法，其工艺步骤依次为:(1)以丙烯、水蒸气、空气的混合气体为起始原料，连续进入固定床或流化床催化反应器，经床层反应合成丙烯醛，床层反应后的气体用苯类溶剂吸收得到含丙烯醛的苯类溶液，所述苯类溶剂是指甲苯、二甲苯、乙苯其中的一种或其混合物；(2)将步骤(I)得到的苯类溶液气化，与预先气化的水合肼在氮气保护下同时计量输入固定床催化反应器中反应，合成得到含2-吡唑啉的气体，直接输入下步反应；(3)将步骤(2)得到的气体和水蒸气计量混合，连续输入固定床催化反应器进行脱氢反应生成吡唑，从反应器出来的气体冷却为液体，用精馏塔精馏得到吡唑粗品馈分，粗品恪融液冷却结晶，抽滤或离心得到吡唑含量不低于99%的精制品。2.如权利要求1所述丙烯醛固定床反应制备吡唑的方法，其特征在于:所述步骤(I)中的苯类溶剂为甲苯。3.如权利要求2所述丙烯醛固定床反应制备吡唑的方法，其特征在于:所述步骤(2)中，催化反应是在催化剂氧化钛、五氧化二银、三氧化铁按重量比1:1?2:0.5?1.5存在下进行的。4.如权利要求3所述丙烯醛固定床反应制备吡唑的方法，其特征在于:所述步骤(2)中，固定床催化反应器中的反应温度为140?200°C。5.如权利要求1或4所述丙烯醛固定床反应制备吡唑的方法，其特征在于:所述步骤(I)中，丙烯、空气和水蒸气按体积比1:5:10混合，所述步骤(I)床层反应中，固定床在Mo-B1-T1-Te系氧化物催化剂的作用下于350°C、0.22 MPa压力下发生氧化反应。6.如权利要求5所述丙烯醛固定床反应制备吡唑的方法，其特征在于:所述步骤(3)中，将步骤(2)得到的气体和水蒸气按重量比1:0.3混合，预热至200°C，用往复式计量栗计量下连续压入直径18mm、高2000mm的固定床，在T1-Te-Co-S1-S系氧化物催化剂的作用下于200?250 °C发生氧化反应。7.如权利要求6所述丙烯醛固定床反应制备吡唑的方法，其特征在于:氧化反应温度为 230 0C ο8.如权利要求7所述丙烯醛固定床反应制备吡唑的方法，其特征在于:所述上述步骤(2)中，合成2-吡唑啉中所述催化剂以催化剂氧化钛、五氧化二钒、三氧化铁按重量比1:2:I存在下进行。
【专利摘要】本发明涉及一种丙烯醛固定床反应制备吡唑的方法，以丙烯、水蒸气、空气的混合气体为起始原料，经床层反应合成的丙烯醛气体，用苯类溶剂吸收后气化，与预先气化的水合肼在氮气保护下进行固定床催化反应，合成得到含2-吡唑啉的苯类溶液，2-吡唑啉再经床层催化脱氢生成吡唑。本发明解决了传统合成吡唑的工艺需要用到硫酸等作为脱水机、氧化剂及溶剂，反应中产生大量的二氧化硫气体，同时由于反应物料釜式反应接触时间长等原因导致选择性差、收率低、质量低、安全性差、有机残渣多等问题，特别是间隙釜式反应非连续化的问题。本发明的技术方案具有生产能力高、生产成本低、三废产生少、产品品质高的优点。
【IPC分类】C07D231/12
【公开号】CN105153036
【申请号】CN201510625160
【发明人】王永忠, 阎春平
【申请人】乐平市康鑫医药化工有限公司
【公开日】2015年12月16日
【申请日】2015年9月28日