三乙醇胺分子內脫水制備嗎啉乙醇的研究

第9期三乙醇胺分子內脫水制備嗎啉乙醇的研究39科研開(kāi)發(fā)三乙醇胺分子內脫水制備嗎啉乙醇的研究陳嵐曾平(1長(cháng)沙環(huán)保職業(yè)技術(shù)學(xué)院,湖南長(cháng)沙410004;2湖南輕工研究院,湖南長(cháng)沙410015;)擴要:采用濃鹽酸為催化劑,以三乙醇胺為主要原料經(jīng)催化分子內脫水環(huán)合合成了嗎啉乙醇?？疾炝舜呋瘎┓N類(lèi)、用量、反應溫度和時(shí)間對轉化率的影響,結果表明濃鹽酸對本反應有較高的催化活性,在優(yōu)化工藝下三乙醇胺轉換率可達55%以上,產(chǎn)品經(jīng)精餾提純后含量在9%以上。關(guān)鍵詞:嗎啉乙醇;三乙醇胺;濃鹽酸;催化;分子內脫水;合成中圖分類(lèi)號:TQ6126文獻標識碼:A文章編號:T1672-8142011)1003903嗎啉乙醇,又名4-羥乙基嗎啉,分子式率可達到55%以上,產(chǎn)品經(jīng)減壓精餾后含量在99%以C6H13NO2,英文名 morpholine ethanol,用于有機及醫上。藥合成,是一種重要的化工中間體。目前常用的制備方法是由嗎啉與環(huán)氧乙烷加成而得,即在堿性催化劑1實(shí)驗部分作用下將環(huán)氧乙烷氣體通入嗎啉中反應,由環(huán)氧乙烷11儀器和試劑開(kāi)環(huán)與嗎啉聚合而成。該工藝為氣液兩相反應,操作儀器:CC-17A氣相色譜儀(日本島津公司),較復雜,且原材料成本較高,在合成生產(chǎn)上有一定的WQF-410紅外光譜儀(北京第二光學(xué)儀器廠(chǎng))。試局限性,使得產(chǎn)品市場(chǎng)價(jià)格偏高。專(zhuān)利報道了一種劑:三乙醇胺、濃鹽酸、三氯化鋁、氯化鋅、氯化由三乙醇胺經(jīng)催化分子內脫水制備嗎啉乙醇的工藝路鐵、磷酸、濃硫酸等均為分析純。線(xiàn),三乙醇胺的轉化率達到474%。由于該工藝選用具1.2合成原理有較大比表面積的固態(tài)硅-鋁復合催化劑,在催化劑的EMBED ISISServer制備上需要較高的成本,且只適用于液固兩相固定床本工藝的主要副反應為三乙醇胺的分子間脫水反式反應,反應器設計及操作較復雜。國內有以N-甲基應,經(jīng)分子間脫水交聯(lián)聚合可生成高聚物而影響轉化二乙醇胺分子內脫水環(huán)合制備N(xiāo)-甲基嗎啉的相關(guān)專(zhuān)利率。另外反應生成的嗎啉乙醇如不能及時(shí)從反應系統1,目前尚無(wú)以三乙醇胺環(huán)合合成嗎啉乙醇的公開(kāi)報中分出,可進(jìn)一步發(fā)生雙分子間脫水的醚化反應。道。針對目前合成嗎啉乙醇在工藝上的不足,本實(shí)驗13實(shí)驗步驟以基本化工產(chǎn)品三乙醇胺為原料,設計了一條三乙醇13.1產(chǎn)品的合成胺經(jīng)液相催化分子內脫水環(huán)合制備嗎啉乙醇的工藝路在備有電磁攪拌、溫度計、滴液漏斗、蒸餾頭線(xiàn),粗品無(wú)需中和冼滌,直接減壓精餾,具有原料簡(jiǎn)冷凝管、接收瓶的500ml三口燒瓶中,加入一定質(zhì)量單易得,操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。優(yōu)化工藝下三乙醇胺轉化的三乙醇胺,加熱攪拌,控制在一定溫度內滴加催化劑。加完催化劑后逐漸升高料溫,啟動(dòng)真空泵,使反應生成的嗎啉乙醇和水不斷從蒸餾頭餾出經(jīng)冷凝管冷凝后入接收瓶中。反應至無(wú)產(chǎn)物餾出停止,餾出液經(jīng)陳嵐(1982-),女,講師。從事環(huán)境監測教學(xué)和精細化工科研工作。減壓精餾后得產(chǎn)品,取樣分析?；ぶ虚g體Chenmical Intermediate2011年第9期CHCHOHHOCH..-NTCat.HOCH.CH一Nvb+h.CH CH,OH表1不同催化劑對反應的影響催化劑H3P04AICIHCIZnCl2Fecl3H2S04轉化率153%27.2%554%165%326%114%表2催化劑用量對反應的影響「W濃鹽酸三乙醇胺3%5%8%10%15%轉化率(%31.655456.753.349.2表3反應溫度和時(shí)間對轉化率的影響升溫反升至反應溫度應時(shí)間190℃200℃220℃240℃250℃3h15226428536.543.218.328.536.14834985h2832642.755253.426.135856.7132產(chǎn)品的分析檢測胺轉化率的影響,結果見(jiàn)表1。反應液以氣相色譜測定各組分含量,精餾后所由上表可看出,濃鹽酸對三乙醇胺分子內脫水有得產(chǎn)品經(jīng)紅外光譜儀檢測分析后與標準圖譜對照,各較高的催化活性,濃硫酸的催化性能最差。同時(shí)實(shí)驗特征吸收峰與標準圖譜一至,表明合成產(chǎn)品為目標產(chǎn)表明,以濃硫酸為催化劑的反應料液顏色最深,粘度大,副反應嚴重。22催化劑用量對產(chǎn)品收率的影響以濃鹽酸為催化劑,攪拌下滴加入三乙醇胺中,2結果與討論在5h內逐漸將料溫升至240℃,并維持在該溫度直至反21不同催化劑對產(chǎn)品收率的影響應完全,真空度控在-0085Mpa左右,考察了催化劑用催化劑加入量為三乙醇胺質(zhì)量的5%,在5h內逐漸量對三乙醇胺轉化率的影響,結果見(jiàn)表2將料溫升至240℃,并維持在該溫度直至反應完全,真由上表可看出,當催化劑用量在5%-8%三乙醇胺空度控在0085Mpa左右,考察了不同催化劑對三乙醇質(zhì)量分數時(shí),反應有較高的轉化率,超過(guò)8%的用量則第9期三乙醇胺分子內脫水制備嗎啉乙醇的研究對提高轉化率的效果不明顯,反而使轉化率下降。實(shí)持該溫度直至反應完全(無(wú)餾出物止,2h左右),反驗表明,滴加入的濃鹽酸催化劑先與三乙醇胺形成三應收率可達55%以上。乙醇胺的鹽酸鹽,隨著(zhù)反應溫度的升高,三乙醇胺鹽酸鹽逐漸溶解,反應溫度升高到一定程度后該鹽酸鹽3結論發(fā)生分子內脫水,生成嗎啉乙醇和水,將鹽酸釋放出以三乙醇胺為原料,經(jīng)濃鹽酸催化分子內脫水環(huán)完成催化歷程。鹽酸用量過(guò)大,將使最終殘余的三乙合制備了嗎啉乙醇。該工藝具有所需設備簡(jiǎn)單,操作醇胺鹽酸鹽量過(guò)多,從而使轉化率降低條件溫和,原材料易得,成本低廉等優(yōu)點(diǎn)。經(jīng)優(yōu)化獲23反應溫度和時(shí)間對收率的影響得的最佳工藝條件如下:濃鹽酸為催化劑,用量為三以濃鹽酸為催化劑,用量為8%三乙醇胺質(zhì)量,攪乙醇胺質(zhì)量的8%,在-0085MPa真空下6h內將料溫逐漸拌下滴加入三乙醇胺中。升溫反應過(guò)程中,真空度控升至240℃,并維持該溫度反應2h。在該工藝條件下三在-0085Mpa左右?？疾炝朔磻獣r(shí)間及最終維持的反應乙醇胺轉化率可達55%以上,經(jīng)減壓精餾后產(chǎn)品純度可溫度對三乙醇胺轉化率的影響,結果見(jiàn)表3達99%以上。表3反應溫度和時(shí)間對轉化率的影響實(shí)驗表明,反應升溫速度以及最終反應溫度對反參考文獻應收率有較大影響。升溫速度過(guò)快,分子間脫水的副 Michael E. Brennan, Austin,Trex. Production of反應將占主導,如在3小時(shí)內以下將反應溫度升至預設N-( substituted) morpholine[P] United States Patent,No溫度并維持在該溫度下反應,則反應收率都難以達到4117227.Sep.26,1978.50%。在5-6小時(shí)內將料液升至最終反應溫度可獲得較(2劉弈君,許炯,孫國君.一種N-甲基嗎啉的制備方法高的反應收率。如在6小時(shí)內將料液升至240℃,并維P]CN101012208A,2007-8-8Study on the Preparation of Morpholine Ethanol by IntramolecularDehydration of triethanolaminegChangsha Environment Protection Technique College, Changsha 410004, HIunan, China; 2. Hunnaninstitute of light industry, Changsha 410015, Hunan, China)Abstract: Morpholine ethanol was synthesised with hydrochloric acid as catalyst andtriethanolamine as the main raw materials by catalyzed intramolecular dehydration and cyclization. Theeffects of catalyst type, amount, reaction temperature and time on the conversion rate were discussed.The results showed that the hydrochloric acid has a higher catalytic activity to this reaction, and theconversion rate of triethanolamine was more than 55% under the optimized process. The concentrationf the product purified by distillation can reach more than 99%Key words: morpholine ethanol; triethanolamine; hydrochloric acid;catalyse;intramoleculardehydration; synthesize