一種4-甲氧基環(huán)己酮的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種4-甲氧基環(huán)己酮的制備方法，尤其是連續(xù)催化氧化制備4-甲氧 基環(huán)己酮的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 4-甲氧基環(huán)己酮是重要的精細(xì)化工中間體，可用于合成多種農(nóng)藥和醫(yī)藥，4-甲氧 基環(huán)己酮化學(xué)結(jié)構(gòu)式如下：
[0003]
[0004] 農(nóng)藥方面主要用于合成螺蟲乙酯的關(guān)鍵中間體（W02012122747Al)cis-4-甲氧基 環(huán)己基-1-氨基甲酸甲酯。
[0005] 文獻(xiàn)報(bào)道的合成方法可概述為五種：
[0006] 1)文獻(xiàn)（MedicinalChemistry(1989)，32(2)，351-357)報(bào)道以對苯二酚為起始 原料，經(jīng)加氫、甲基化、氧化三步反應(yīng)制備，此法文獻(xiàn)所用氧化劑溴酸鈉價(jià)格昂貴，且處理產(chǎn) 生大量含鹽廢水，其次甲基化反應(yīng)步驟需要在強(qiáng)堿性體系中進(jìn)行，導(dǎo)致原料以及產(chǎn)物發(fā)生 聚合反應(yīng)，收率大大降低。
[0007] 2)文獻(xiàn)（W02007107565)報(bào)道以1，4-環(huán)己二酮單乙二醇縮酮為起始原料，經(jīng)加氫 還原、甲基化、水解三步反應(yīng)制備，此法原料1，4-環(huán)己二酮單乙二醇縮酮無大規(guī)模生產(chǎn)，原 料不易得，其次甲基化反應(yīng)需要在強(qiáng)堿性體系中進(jìn)行，后處理產(chǎn)生大量的含鹽廢水，再三水 解步驟產(chǎn)生的乙二醇混溶于廢水中，難以回收，廢水C0D較高，不易處理。
[0008] 3)文獻(xiàn)（化工學(xué)報(bào)? 2007, 12(58) :3041-3045)報(bào)道以環(huán)己基甲基醚為起始原料， 以固載金屬卟啉催化，空氣氧化先制備4-甲氧基環(huán)己醇，再繼續(xù)氧化至4-甲氧基環(huán)己酮。 此法催化劑結(jié)構(gòu)復(fù)雜，雙金屬卟啉和單金屬卟啉通過物理或化學(xué)方法形成的固載金屬卟啉 作催化劑比較難獲得，合成方法不夠成熟。
[0009] 4)文獻(xiàn)（CN1137513A)報(bào)道以4-甲氧基苯酚為原料，以鈀碳催化一步加氫制備 4-甲氧基環(huán)己酮，此法副產(chǎn)大量4-甲氧基環(huán)己醇，需精餾提純，最終收率僅76%左右。
[0010] 5)文獻(xiàn)（TetrahedronLetters. 1994,35(39)，7151-7154;AmericanChemical Society(1957)，79, 6295-6299)報(bào)道以4-甲氧基苯酚為起始原料，經(jīng)鈀碳加氫還原制備 4-甲氧基環(huán)己醇、再經(jīng)氧化制備目標(biāo)物，該法加氫還原收率大于99%，工藝成熟可靠，主 要問題存在于氧化步驟。氧化步驟主要存在的問題：目前文獻(xiàn)報(bào)道用于該反應(yīng)的氧化劑 有N-甲基嗎啉-N-氧化物、沙瑞特（Sarrett)試劑PCC、溴酸鈉以及重鉻酸鉀。①文獻(xiàn) (US20040186127、W02003057696)報(bào)道了以N-甲基嗎啉-N-氧化物為氧化劑，以四正丙 基過釕（VII)酸銨為催化劑制備4-甲氧基環(huán)己酮，報(bào)道收率為90%，但存在原材料成本 高、副產(chǎn)N-甲基嗎啉回收套用工藝復(fù)雜等問題。②文獻(xiàn)（W0201005712UW0 2008028860、 MedicinalChemistry(1989) ,32 (2) ,351-357)報(bào)道了以沙瑞特（Sarrett)試劑PCC作 為氧化劑制備4-甲氧基環(huán)己酮，報(bào)道收率為85%，主要存在原材料成本高、廢水COD高、 重金屬鉻污染等問題。③文獻(xiàn)（TetrahedronLetters(1994) ,35(39) ,7151-7154)報(bào)道 了以溴酸鈉作為氧化劑，以硝酸鈰銨為催化劑制備4-甲氧基環(huán)己酮，報(bào)道收率為74%， 主要存在原材料成本高、后處理產(chǎn)生大量含鹽廢水等問題。④文獻(xiàn)（AmericanChemical Society(1957) ,79,6295-6299)報(bào)道了以重鉻酸鉀作為氧化劑，以硫酸作為催化劑制備 4-甲氧基環(huán)己酮，報(bào)道收率為50 %，主要存在后處理產(chǎn)生大量含鹽廢水以及重金屬鉻污染 等問題。
[0011] 反應(yīng)式如下：
[0012]
[0013] 上述報(bào)道合成4-甲氧基環(huán)己酮的方法，普遍收率都不高，在50~90%之間。分析 原因是：這類反應(yīng)一般在酸性體系或者堿性體系中進(jìn)行，且需要一定的反應(yīng)溫度，在這樣的 反應(yīng)體系中生成的目標(biāo)物4-甲氧基環(huán)己酮不能穩(wěn)定存在，會隨著反應(yīng)時(shí)間延長發(fā)生聚合 反應(yīng)，導(dǎo)致收率下降。其次，在第五種方法中選擇的上述四種氧化劑均不是最佳之選，歸結(jié) 起來存在原料成本高、廢水C0D高、廢水含鹽量大以及重金屬鉻污染等問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014] 本發(fā)明提供的4-甲氧基環(huán)己酮的制備方法，是以4-甲氧基環(huán)己醇為原料、以過氧 化氫為氧化劑、以分子篩負(fù)載型磷鎢酸為催化劑，采用管式反應(yīng)器連續(xù)催化氧化得到4-甲 氧基環(huán)己酮反應(yīng)液，再經(jīng)溶劑萃取、脫溶得到目標(biāo)物4-甲氧基環(huán)己酮，反應(yīng)式為：
[0015]
[0016] 本發(fā)明所述4-甲氧基環(huán)己醇是指質(zhì)量百分濃度為30~50%的4-甲氧基環(huán)己醇 水溶液；所述過氧化氫是指質(zhì)量百分濃度為30~50%的過氧化氫；所述分子篩為5A分子 篩；4-甲氧基環(huán)己醇：過氧化氫的摩爾投料比為1:1. 05~1. 5 ;4-甲氧基環(huán)己醇水溶液 的加料速度為5~15g/min ;過氧化氫的滴加速度為與4-甲氧基環(huán)己醇同時(shí)滴加完為準(zhǔn)； 所述萃取溶劑為甲苯或二氯乙烷、乙酸乙酯、甲基叔丁醚；管式反應(yīng)器反應(yīng)溫度70~90°C。
[0017] 具體操作步驟：具體操作是將內(nèi)徑2cm、長度60cm的玻璃管式反應(yīng)器垂直放置，管 內(nèi)填充100~150g負(fù)載磷鎢酸分子篩催化劑，將管式反應(yīng)器加熱到70~90°C，再分別將 4-甲氧基環(huán)己醇以及過氧化氫從管式反應(yīng)器上端加入管式反應(yīng)器中進(jìn)行反應(yīng)，得到4-甲 氧基環(huán)己酮反應(yīng)液經(jīng)冷凝器冷卻后從管式反應(yīng)器下端流出，收集反應(yīng)液后經(jīng)溶劑萃取、脫 溶得到產(chǎn)物4-甲氧基環(huán)己酮。氣相色譜內(nèi)標(biāo)法測得4-甲氧基環(huán)己酮含量大于98. 5%，收 率大于98%。
[0018] 本發(fā)明所述負(fù)載磷鎢酸分子篩催化劑的制備方法，是在帶回流裝置的反應(yīng)釜中將 溶劑無水乙醇、磷鎢酸攪拌溶解后加入5A分子篩，分子篩與磷鎢酸的質(zhì)量比為1 : 1，之后 加熱回流反應(yīng)2h。反應(yīng)完畢，冷卻至室溫、抽濾、紅外燈烘干得到負(fù)載磷鎢酸分子篩粗品。 將粗品置于200°C馬弗爐中焙燒4h，得到負(fù)載磷鎢酸分子篩催化劑成品。
[0019] 本發(fā)明采用過氧化氫為氧化劑，原料成本低廉，綠色環(huán)保，無三廢產(chǎn)生，避免了其 它原料成本高、廢水C0D高、廢水含鹽量大以及存在重金屬鉻污染等問題。而且由于采取連 續(xù)催化氧化工藝，有效避免了生成的目標(biāo)物長時(shí)間停留于反應(yīng)體系而發(fā)生聚合反應(yīng)，避免 了過氧化氫累集、高溫下不穩(wěn)定、易分解產(chǎn)生大量的氧氣可能發(fā)生爆炸的危險(xiǎn)。采用負(fù)載磷 鎢酸分子篩催化，大大提高了反應(yīng)的收率，后處理簡單，無需過濾分離，實(shí)現(xiàn)了催化劑的無 損以及多次套用。
[0020] 具體實(shí)施方法
[0021] 實(shí)施例1 :負(fù)載磷鎢酸分子篩的制備
[0022] 向帶有回流裝置的反應(yīng)釜中加入1000ml無水乙醇、200g磷鎢酸，攪拌溶解后加入 200g5A分子篩，加熱回流反應(yīng)2h。反應(yīng)完畢，冷卻至室溫、抽濾、晾干得到負(fù)載磷鎢酸分子 篩粗品，將粗品置于200°C馬弗爐中焙燒4h，得到負(fù)載磷鎢酸分子篩成品。
[0023] 實(shí)施例2 :4_甲氧基環(huán)己酮的合成
[0024] 稱取實(shí)施例1中制備得到的負(fù)載磷鎢酸分子篩100g，裝填到內(nèi)徑為20mm、長度 60cm的管式玻璃反應(yīng)器中，將反應(yīng)器垂直放置并固定牢固，使用加熱帶調(diào)節(jié)電壓將管式反 應(yīng)器內(nèi)部溫度控制在70°C左右待用。
[0025] 稱取866. 6g4-甲氧基環(huán)己醇水溶液（2mol，30% )和238g過氧化氫（2.lmol， 30% )準(zhǔn)備同時(shí)加料，調(diào)節(jié)4-甲氧基環(huán)己醇水溶液的加料速度為5g/min，通過計(jì)算為保證 過氧化氫能同時(shí)滴完，應(yīng)調(diào)節(jié)加料速度為1. 4g/min。
[0026] 開始滴加，原料混合后通過固定床進(jìn)行反應(yīng)，再經(jīng)冷凝器冷卻后得到4-甲氧基環(huán) 己酮的水溶液，約2. 9h反應(yīng)完全。收集得到的4-甲氧基環(huán)己酮水溶液使用350X2ml甲 苯萃取、合并油層脫溶得到255.2g4-甲氧基環(huán)己酮，產(chǎn)品含量98.6%(GC，內(nèi)標(biāo)法），收率 98. 3%〇
[0027] 實(shí)施例3 :4_甲氧基環(huán)己酮的合成
[0028] 稱取實(shí)施例1中制備得到的負(fù)載磷鎢酸分子篩150g，裝填到內(nèi)徑為20mm、長度 60cm的管式玻璃反應(yīng)器中，將反應(yīng)器垂直放置并固定牢固，使用加熱帶調(diào)節(jié)電壓將管式反 應(yīng)器內(nèi)部溫度控制在70°C左右待用。
[0029] 稱取52〇. 0g4-甲氧基環(huán)己醇水溶液（2mol，5〇%)和2〇4g過氧化氫（3mol，5〇%) 準(zhǔn)備同時(shí)加料，調(diào)節(jié)4-甲氧基環(huán)己醇水溶液的加料速度為15g/min，通過計(jì)算為保證過氧 化氫能同時(shí)滴完，應(yīng)調(diào)節(jié)加料速度為5. 8g/min。
[0030] 開始滴加，原料混合后通過固定床進(jìn)行反應(yīng)，再經(jīng)冷凝器冷卻后得到4-甲氧基環(huán) 己酮的水溶液，約35min反應(yīng)完全。收集得到的4-甲氧基環(huán)己酮水溶液使用350X2ml二 氯乙烷萃取、合并油層脫溶得到255. 7g4-甲氧基環(huán)己酮，產(chǎn)品含量98. 9% (GC，內(nèi)標(biāo)法）， 收率98. 8%。
[0031] 實(shí)施例4 :4_甲氧基環(huán)己酮的合成
[0032] 將實(shí)施例2中填裝好的管式玻璃反應(yīng)器垂直放置并固定牢固，使用加熱帶調(diào)節(jié)電 壓將管式反應(yīng)器內(nèi)部溫度控制在90°C左右待用。
[0033] 稱取866. 6g4-甲氧基環(huán)己醇水溶液（2mol，30% )和238g過氧化氫（2.lmol， 30% )準(zhǔn)備同時(shí)加料，調(diào)節(jié)4-甲氧基環(huán)己醇水溶液的加料速度為5g/min，通過計(jì)算為保證 過氧化氫能同時(shí)滴完，應(yīng)調(diào)節(jié)加料速度為1. 4g/min。
[0034] 開始滴加，原料混合后通過固定床進(jìn)行反應(yīng)，再經(jīng)冷凝器冷卻后得到4-甲氧基環(huán) 己酮的水溶液，約2. 9h反應(yīng)完全。收集得到的4-甲氧基環(huán)己酮水溶液使用350X2ml乙酸 乙酯萃取、合并油層脫溶得到256. 0g4-甲氧基環(huán)己酮，產(chǎn)品含量98.5% (GC，內(nèi)標(biāo)法），收 率 98. 5%。
[0035] 實(shí)施例5 :4_甲氧基環(huán)己酮的合成
[0036] 將實(shí)施例3中填裝好的管式玻璃反應(yīng)器垂直放置并固定牢固，使用加熱帶調(diào)節(jié)電 壓將管式反應(yīng)器內(nèi)部溫度控制在90°C左右待用。
[0037] 稱取52〇. 0g4-甲氧基環(huán)己醇水溶液（2mol，5〇%)和2〇4g過氧化氫（3mol，5〇%) 準(zhǔn)備同時(shí)加料，調(diào)節(jié)4-甲氧基環(huán)己醇水溶液的加料速度為15g/min，通過計(jì)算為保證過氧 化氫能同時(shí)滴完，應(yīng)調(diào)節(jié)加料速度為5. 8g/min。
[0038] 開始滴加，原料混合后通過固定床進(jìn)行反應(yīng)，再經(jīng)冷凝器冷卻后得到4-甲氧基環(huán) 己酮的水溶液，約35min反應(yīng)完全。收集得到的4-甲氧基環(huán)己酮水溶液使用350X2ml叔 丁基甲基醚萃取、合并油層脫溶得到256. 8g4-甲氧基環(huán)己酮，產(chǎn)品含量98.7% (GC，內(nèi)標(biāo) 法），收率99. 0%。
[0039] 實(shí)施例6 :4_甲氧基環(huán)己酮的合成
[0040]將實(shí)施例3中填裝好的管式玻璃反應(yīng)器垂直放置并固定牢固，使用加熱帶調(diào)節(jié)電 壓將管式反應(yīng)器內(nèi)部溫度控制在90°C左右待用。
[0041] 稱取