而在傳統的Reppe工藝或采用聚氧化烯類助催化劑時,都必須采用減壓蒸餾法移去生成的水,否則將導致NVP收率低于50%.③此類助催化劑不僅能加快反應速度,提高轉化率,而且能抑制聚合副反應的發(fā)生,增大選擇性.產物分析表明NVP是僅有的產物,沒有聚合副產物生成.助催化劑能夠對鉀鹽主催化劑提供立體保護,使水分子難以靠近鉀鹽催化劑,因而不會引起2-吡咯烷酮的開環(huán)副反應發(fā)生.由于無聚合副產物生成,故只需要一個蒸餾塔將產物NVP與未反應的2-吡咯烷酮加以分離,這有利于簡化生產工藝、降低設備投資.
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乙炔二醇(濃度為30%~40%)在鎳系催化劑作用下通過加氫反應生成1,4-丁二醇即反應(4.2).1,4-丁二醇經脫氫環(huán)化而得y-丁內酯[反應(4.3)],該反應常用銅催化劑或銅-鋅、銅-鉻等復合金屬氧化物催化體系,在230~255℃,0.2MPa的條件下進行.反應(4.4)為Y-丁內酯的胺化反應,該反應可在一定的溫度﹑壓力條件下以液相反應形式自發(fā)進行,為非催化過程.y-丁內酯的胺化產物2-吡咯烷酮與乙炔發(fā)生乙烯化反應生成NVP[反應(4.5)],該反應采用KOH為催化劑,
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又可分為鹵代法、乙酐法等.先是羥乙基吡咯烷酮在溶劑苯中與SOCl,發(fā)生鹵代反應生成氯乙基吡咯烷酮,然后用KOH或甲醇鈉作催化劑脫去一分子氯化氫生成NVP,反應的實施過程如下:(1)NHP和苯按重量比1:0.5~0.8加人三頸燒瓶中,再把燒瓶置于加有冰塊的超級恒水浴中,邊攪拌,邊由滴液漏斗滴加入重量為NHPO.83倍的SOCl,控制速度使體系溫度不大于35℃為宜(因為羥乙基吡咯烷酮與SOCl。
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目的在于使中間產物N-(α-乙酸乙烯基)-2-吡咯烷酮熱分解所產生的各種產物不斷被分離出來.將餾出物中的目的產物NVP進行提純處理后可得到的NVP產品.2-吡咯烷酮在低溫下即可與常用的羧酸乙烯酯反應生成一種中間體N-(α-羧酸乙基)-2-吡咯烷酮.這反應需采用堿金屬氫氧化物為催化劑,且催化劑堿性愈強,得到的NVP收率就越高.綜合考慮催化劑性能及來源,價格因素,以KOH適合于本反應體系.
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二是因為醇比水容易揮發(fā).以甲醇鈉為例,在鹵代反應中,氯化亞飆一直被認為是傳統的鹵代劑.我們探討了鹽酸作為鹵代劑的情況,研究結果表明,鹽酸作為羥乙基吡咯烷酮鹵代反應的鹵代劑具有其明顯的技術和經濟優(yōu)勢.鹽酸作為鹵代劑同樣是經過兩步得到產物NVP,其中-步反應為:二步與SOCl。作為鹵代劑時相同.鹽酸作為鹵代劑的實施過程與SOCl2作為鹵代劑時大致相同,只是在實施一步反應時有以下幾點值得注意:(1）不需要加入溶劑;(2)鹽酸過量約20%;(3)反應溫度為130℃左右,不需要冷卻;
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反應是用連續(xù)流動催化反應床進行的,壓力為常壓，收率達90%以上.美國專利5101045報道用Co,Cu,Mn等混合氧化物(活化后)作為催化劑在250℃及20MPa的高壓下與甲胺反應直接合成N-甲基吡咯烷酮,產率達80%以上.順酐一步法合成N-甲基吡咯烷酮源于y丁內酯是由順酐經部分催化加氫制備的,美國ISP公司建立了--套年產10000ty-丁內酯的生產線,就是以順酐為原料的.事實上,合成NVP的很多方法都是以y-丁內酯為起始原料或中間產物.例如,乙炔法中y-丁內酯是-種重要的中間物,
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Reppe法和吡咯烷酮法實質上都經歷了Y-丁內酯和NH,的胺化、2-吡咯烷酮的乙烯化兩步反應.區(qū)別在于Reppe工藝中乙烯化反應采用了單一的堿金屬鹽類化合物,而吡咯烷酮法則添加了各種助催化劑,或采用羧酸乙烯酯代替乙炔與2-吡咯烷酮進行乙烯化反應.兩種方法都存在不足之處:(1）在高壓條件下乙炔易分解甚至爆炸,具有操作上的不安全因素.(2)胺化、乙烯化反應需在較高壓力下進行,需高壓設備及裝置.
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這些方法可分為備PVP單體NVP是未來的發(fā)展趨勢.兩大類,一類是反應路線與Reppe法相似,即y-丁內酯先經胺化為2-吡咯烷酮,然后乙烯化為NVP,只是對各步所用催化劑進行了改變或改進.如前所述,這一類稱之為吡咯烷酮法.另--類是將Y-丁內酯胺化為羥乙基毗咯烷酮,然后乙烯化為NVP,此類稱之為Y丁內酯法．-吡咯烷酮的制備及其催化體系y-丁內酯胺化法在傳統的Reppe工藝中,y-丁內酯與NH,采用高壓液相反應合成2-吡咯烷酮,此過程無需加催化劑.
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所以迄今為止乙炔法雖然有著不可克服的缺點,但仍然是世界上PVP單體NVP的主要生產方法.目前研究得比較活躍的NVP合成方法是Y-丁內酯法,主要是直接脫水法脫水催化劑的開發(fā).另--方面,-些研究者致力于尋找更簡便、切實可行.更經濟、成本更低的PVP單體合成方法.美國專利5478950[33報道用銅的亞鉻酸鹽和陽離子交換分子篩作催化劑,使順酐先進行部分催化加氫,然后接著與甲胺反應得到甲基吡咯烷酮,
了解詳情是采用乙酸酐先與羥乙基吡咯烷酮反應生成吡咯烷酮的乙酸酯,然后脫去一分子乙酸即得NVP.方法(3)是直接使羥乙基吡咯烷酮進行催化脫水反應生成NVP.三種方法各有利弊,(1)和(2)的優(yōu)點是反應易于進行,轉化率高,脫HCl,脫乙酸比脫水反應容易,但反應路線長，需加入另一種輔助原料,如SOCl,HCl或AczO,增大了成本及設備投資,且SOCl2,HCI分別有劇毒性及腐蝕性,易帶來環(huán)境污染問題和設備腐蝕問題等.
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