2-甲基-4-甲氧基苯胺的连续流合成研究_俞新南.pdf

2023 年 第 2 期 化学工程与装备 2023 年 2 月 Chemical Engineering&Equipment 1 2-甲基-4-甲氧基苯胺的连续流合成研究2-甲基-4-甲氧基苯胺的连续流合成研究1 1 俞新南1，徐 洁2，刘 芳1，朱小刚1，张 跃4，严生虎3,4，刘建武3,4（1南通醋酸化工股份有限公司，江苏 南通 226017；2江苏城乡建设职业学院，江苏 常州 213147；3常州大学药学院，江苏 常州 213164；4石油和化工行业连续流技术工程实验室，江苏 常州 213164）摘 要：摘 要：以邻硝基甲苯和甲醇为原料，在固定床反应器中催化加氢和 bamberger 重排，形成 2-甲基-4-甲氧基苯胺（MMA）的连续流合成工艺。考察催化剂 Pt 的含量、温度、压力、体积空速等对合成反应的影响。较优工艺参数为：n（邻硝基甲苯）:n（乙酸）:n（硫酸）:n（甲醇）=1:0.4:2:30，温度为 60，压力为 0.3 MPa，体积空速（LHSV）4.8 h-1，催化剂 Pt 负载量为 1.5%，邻硝基甲苯的转化率达 99%，MMA 的收率达 62%。关键词：关键词：固定床；催化加氢；bamberger 重排；连续流 基金项目：基金项目：化学原料药环保安全技术服务平台(2020-0107-3-1)通信联系人：通信联系人：刘建武 2-甲基-4-甲氧基苯胺（MMA）是合成医药、橡胶和精细化学品的重要中间体1-2。已报道的 2-甲基-4-甲氧基苯胺的合成方法主要有：（1）以 3-硝基-4-甲基甲苯为原料还原制备3；（2）以间甲醚为原料，经硝化、还原制得4；（3）以间甲苯酚为原料，经硝化、还原以及烷基化制备5；（4）2-甲基-4-甲氧基卤苯为原料，钯的复合物为催化剂与铵盐偶合制得6；（5）以邻硝基甲苯为原料，经催化加氢、bamberger重排一步合成7。这些方法均具有合成路线长，生产成本高昂，污染严重等问题。2-甲基-4-甲氧基苯胺的传统生产工艺一般采用间歇式反应釜操作，存在着设备利用率低、工艺复杂、催化剂易失活、安全性低等缺点。本文采用固定床反应器，开发以邻硝基甲苯和甲醇为原料合成 2-甲基-4-甲氧基苯胺的连续流工艺，实现了催化加氢和 Bamberger 重排的连续化生产，具有连续进料、出料的稳态操作，停留时间控制精确，生产效率高等优点。图 1 2-甲基-4-甲氧基二苯胺的合成路线 1 实验部分 图 1 2-甲基-4-甲氧基二苯胺的合成路线 1 实验部分 1.1 主要试剂与仪器 邻硝基甲苯（分析级，阿拉丁）；氯铂酸合六水（分析级，阿拉丁）；活性炭（50 目，江西省玉山县安定活性炭有限公司）；水合肼（分析级，常州李氏越洋化工有限公司）。Agilent 7890B 气相色谱仪（HP-5 30 m320 m0.25 m，安捷伦科技（中国）有限公司）；759S 紫外可见分光光度计（上海棱光技术有限公司）；固定床反应器（NYT-9413）；P600 型高压输液泵（北京创新通恒科技有限公司）。1.2 催化剂制备及含量分析 采用浸渍法制备 Pt/C8-10，利用分光光度法，测定反应液中未吸附的氯铂酸含量，ICP 法，直接测定一定质量活性炭上面吸附铂的含量。1.3 操作过程 1-反应管柱，2-惰性填充物，3-催化剂，4-温度计探头，5-控温装置，6-冷凝器，7-安全阀，8-储液罐 图 2 固定床反应装置示意图 图 2 固定床反应装置示意图 科学研究与开发 科学研究与开发 DOI:10.19566/35-1285/tq.2023.02.0732 俞新南：2-甲基-4-甲氧基苯胺的连续流合成研究 将 Pt/C 催化剂装入反应管中（10600 mm），空余部分用惰性石英砂填满，其余线部分为外径 3 mm 的 PTEF 管。料液经高压输液泵以适当的速度连续泵入反应管，采用热电控制反应温度，定时收集反应产物，通过气相色谱仪进行含量分析。2 结果与讨论 2 结果与讨论 2.1 催化剂 Pt 的含量对加氢反应的影响 实验考察催化剂 Pt 的含量对加氢的影响，见图 3。图 3 催化剂 Pt 含量对 MMA 选择性影响 图 3 催化剂 Pt 含量对 MMA 选择性影响 如图 3 所示，随着 Pt 含量的升高，MMA 的选择性先缓慢升高再降低，邻硝基甲苯分子先吸附在催化剂表面活化后的氢原子反应生成 2-甲基苯胲。若单位质量 Pt 的含量高，活性位点多，在催化剂表面会深度加氢还原成邻甲苯胺。而Pt 含量低，活性位点减少，2-甲基苯胲可以脱离催化剂表面发生 Bamberger 重排生成 MMA。2.2 温度对加氢反应的影响 实验考察温度对加氢的影响，见图 4。图 4 反应温度对 MMA 气相含量的影响 图 4 反应温度对 MMA 气相含量的影响 图 4 可见，随着反应温度的升高，邻硝基甲苯的转化率升高，2-甲基-4-甲氧基苯胺的含量逐渐增加，随后开始缓慢下降，这是因为邻硝基甲苯加氢生成 MMA 是个放热过程，温度高不利于 MMA 的生成，易于副产物邻甲苯胺的生成。因此最佳的反应温度为 60。2.3 压力对加氢反应的影响 实验考察不同压力对加氢的影响，见图 5。图 5 氢气的压力对加氢反应的影响 图 5 氢气的压力对加氢反应的影响 当氢气的压力从 0.1 MPa 增大到 0.5 MPa 时，邻硝基甲苯的转化率从 20%增加到 100%，氢气的浓度增加，提高了反应速率，但是也促进了邻氨基甲苯的生成，降低了 MMA 的选择性。因此，体系压力为 0.3 MPa 适宜。2.4 体积空速（LHSV）对加氢反应的影响 实验考察体积空速对加氢的影响，见表 1。表 1 1.0%Pt/C 为催化剂 LHSV 对反应的影响 表 1 1.0%Pt/C 为催化剂 LHSV 对反应的影响 反应液中各组份含量/%体积空速LHSV/h-1邻硝基甲苯 转化率/%2-甲基-4-甲氧基苯胺（MMA）/%邻甲苯胺/%其它/%9.0 48.0 65.4 33.8 1 7.2 73.4 65.0 34.0 1 6.0 82.0 63.2 35.0 1 5.4 91.0 63.8 36.0 1 4.8 99.0 64.2 35.0 1 3.0 100 57.1 42.2 1 1.8 100 48.0 51.5 4.8 h-1时，邻硝基甲苯转化效率降低，可能是反应液在催化剂表面停留时间比较短，导致原料反应不完全。当 LHSV4.8 h-1时，延长了反应物分子在催化剂上的停留时间，邻甲苯胲进一步加氢，降低了 MMA 的含量。因此，LHSV 的最佳值为 4.8 h-1。2.5 间歇工艺与连续固定床工艺比较 传统间歇工艺中，物料需要先冷却，再加入催化剂，步骤烦琐，催化剂损耗较大，收率约为 60%。在固定床反应器 俞新南：2-甲基-4-甲氧基苯胺的连续流合成研究 3 中，1.5%的 Pt/C 催化剂，反应温度为 60，反应压力为0.3 MPa，总体积空速为 4.8 h-1，邻硝基甲苯转化率达 99%，MMA 收率达 62%。3 结 论 3 结 论（1）以邻硝基甲苯和甲醇为原料，在固定床反应器中进行催化加氢和 bamberger 重排，形成 2-甲基-4-甲氧基苯胺（MMA）的连续流合成工艺。（2）与传统间歇釜式工艺相比，连续流工艺实现了 MMA合成反应的稳定进行，提高了设备的利用率，降低了催化剂的损耗以及提高了本质安全，形成了固定床反应器中 MMA连续合成新工艺技术。参考文献 参考文献 1 张洪美,孙乐芳.苯胺的应用及其下游产品开发()J.精细与专用化学品,2000(13):6-8.2 Huang X F,YulanZhu,Zhu H L.Synthesis and evaluation of N-benzyl-acridinone derivatives induced apoptosis in human liver cancer cell-lines J.Letters in Drug Design&Discovery,2011,8(7):606-611.3 Young D C,Vouros P,Holick M F,et al.Collisionally induced dissociation in the study of A-ring hydroxylated vitamin D type compoundsJ.Analytical chemistry,1992,64(8):837-842.4 Gajare A S,Toyota K,Yoshifuji M,et al.Application of a diphosphinidenecyclobutene ligand in the solvent-free copper-catalysed amination reactions of aryl halidesJ.Cheminform,2004,36(5):1994-1995.5 Scholz U,Schlummer B.Synthesis of 2-methyl-4-methoxydiphenylamine by palladium catalyzed C-N coupling-high synthetic versatility by use of a flexible catalytic systemJ.Tetrahedron,2005,61(26):6379-6385.6 Lundgren,Rylan J,Peters,et al.N-ligand for palladium-catalyzed ammonia arylation:coupling of deactivated aryl chlorides,chemoselective arylations,and room temperature reactionsC/International Conference on MICRO Electro Mechanical Systems,2010:32-35.7 崔凯,沈宏.3,4-二甲基苯胺的合成研究J.化学试剂,2017,39(8):901-903.8 贾永涛,王闯,梁长海,等.CNT 表面修饰对 Pt/CNT在邻氯硝基苯加氢反应中催化性能的影响J.催化学报,2009,30(10):1029-1034.9 俞铁铭,李艳,周仁贤,等.掺杂 Co 对 CNTs 负载 Pt催化剂上肉桂醛选择性催化加氢性能的影响J.化工学报,2009,60(7):1668-1672.10 Crabb E M,Ravikumar M K.Synthesis and characterization of carbon-supported PtGe electrocatalysts for CO oxidationJ.Electrochimica Acta,2002,46(7):1033-1041.