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我們探討了鹽酸作為鹵代劑的情況,研究結(jié)果表明,鹽酸作為羥乙基吡咯烷酮鹵代反應(yīng)的鹵代劑具有其明顯的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì).鹽酸作為鹵代劑同樣是經(jīng)過(guò)兩步得到產(chǎn)物NVP,其中-步反應(yīng)為:二步與SOCl。

乙炔二醇(濃度為30%~40%)在鎳系催化劑作用下通過(guò)加氫反應(yīng)生成1,4-丁二醇即反應(yīng)(4.2).1,4-丁二醇經(jīng)脫氫環(huán)化而得y-丁內(nèi)酯[反應(yīng)(4.3)],該反應(yīng)常用銅催化劑或銅-鋅、銅-鉻等復(fù)合金屬氧化物催化體系,在230~255℃,0.2MPa的條件下進(jìn)行.反應(yīng)(4.4)為Y-丁內(nèi)酯的胺化反應(yīng),該反應(yīng)可在一定的溫度﹑壓力條件下以液相反應(yīng)形式自發(fā)進(jìn)行,為非催化過(guò)程.y-丁內(nèi)酯的胺化產(chǎn)物2-吡咯烷酮與乙炔發(fā)生乙烯化反應(yīng)生成NVP[反應(yīng)(4.5)],該反應(yīng)采用KOH為催化劑,

作為鹵代劑時(shí)相同.鹽酸作為鹵代劑的實(shí)施過(guò)程與SOCl2作為鹵代劑時(shí)大致相同,只是在實(shí)施一步反應(yīng)時(shí)有以下幾點(diǎn)值得注意:(1）不需要加入溶劑;(2)鹽酸過(guò)量約20%;(3)反應(yīng)溫度為130℃左右,不需要冷卻;(4)由于副產(chǎn)物只有HO,所以不像SOCIl。作鹵代劑那樣需要副產(chǎn)物吸收裝置.由以上可知,用鹽酸作為鹵代劑進(jìn)行NHP的鹵代反應(yīng)時(shí)具有實(shí)施過(guò)程簡(jiǎn)單﹑副產(chǎn)物少、后處理容易等優(yōu)點(diǎn),只是反應(yīng)時(shí)間稍長(zhǎng).值得-提的是,鹽酸作為鹵代劑時(shí)反應(yīng)隨溫度的變化不顯著，而受反應(yīng)時(shí)間和鹽酸用量的影響卻較大,對(duì)于由氯乙基吡咯烷酮制備NVP,前述是在KOH或者醇鈉的存在下加熱使發(fā)生消除反應(yīng)脫去一分子HC1而達(dá)到制備NVP的目的.

該反應(yīng)所用催化劑仍是堿金屬或堿金屬氫氧化物.典型的實(shí)驗(yàn)步驟如下:取0.4g氫氧化鉀溶于170g(2mol)2-吡咯烷酮中,加熱攪拌并通過(guò)減壓蒸餾不斷移去生成的水,得到混合物A冷卻待用.在一個(gè)裝有攪拌器﹑溫度計(jì)、回流冷凝管﹑滴液漏斗的四口燒瓶中加入172g(2mol)乙酸乙烯酯,然后在攪拌狀態(tài)下滴加A混合液，30min內(nèi)滴完.通過(guò)冷卻及滴加過(guò)程中反應(yīng)物系溫度保持在10℃以下.加完后升溫至80℃,并進(jìn)行減壓蒸餾(壓力6.6×10~3MPa,隨后逐漸升溫并降低反應(yīng)器內(nèi)壓,直到溫度為100℃時(shí)內(nèi)壓達(dá)1.3×10+MPa為止

除上述方法外,也有以丙酮為溶劑,把氯乙基吡咯烷酮轉(zhuǎn)化為季胺鹽,然后用氧化銀處理季胺鹽的甲醇溶液,再經(jīng)過(guò)蒸餾得到NVP,收率達(dá)82 % [5].對(duì)于以上所討論的PVP單體NVP的合成方法,除乙炔法比較成熟外,其他的方法,包括Y丁內(nèi)酯法在內(nèi),都處在進(jìn)一步的研究中,都有待于取得進(jìn)--步的突破.

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X(硼,鋁,磷)可采用其氧化物﹑氫氧化物、鹵化物﹑碳酸鹽﹑硝酸鹽﹑羧酸鹽、磷酸鹽.硫酸鹽等等.催化劑既可以單獨(dú)使用,也可以負(fù)載于載體氧化鋁、碳化硅等上使用,還可以與這些載體混合后使用.催化劑焙燒溫度一般在400~8o0℃,催化反應(yīng)既可以采用固定床反應(yīng)器以連續(xù)流動(dòng)方式進(jìn)行,也可以在流化床、移動(dòng)床反應(yīng)器中進(jìn)行.以下是部分MSi,X.O催化劑的具體制備方法及反應(yīng)評(píng)價(jià)結(jié)果(固定床反應(yīng)器),為便于表示,在各催化劑表示式中均略去氧原子.

以Y-丁內(nèi)酯-直接脫水法為例，理想的脫水催化劑的成功開(kāi)發(fā)將是這---方法能否順利大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)的關(guān)鍵.所以迄今為止乙炔法雖然有著不可克服的缺點(diǎn),但仍然是世界上 PVP單體NVP的主要生產(chǎn)方法.目前研究得比較活躍的NVP合成方法是Y-丁內(nèi)酯法,主要是直接脫水法脫水催化劑的開(kāi)發(fā).另--方面,-些研究者致力于尋找更簡(jiǎn)便、切實(shí)可行.

把NVP單體加熱到140℃以上,或者在NVP單體中加入引發(fā)劑,很容易引發(fā)NVP的均聚,生:成聚乙烯吡咯烷酮(PVP).由于NVP極容易發(fā)生本體聚合,所以NVP單體在長(zhǎng)期儲(chǔ)存、運(yùn)輸過(guò)程中需要加入阻聚劑,在聚合之前需要蒸餾提純.引發(fā)劑包括陽(yáng)離子型引發(fā)劑,如BF3,陰離子型引發(fā)劑,如酰胺的鉀鹽,游離基引發(fā)劑,如過(guò)氧化物﹑偶氮類化合物等.與其他高分子的合成方法相同,NVP的聚合方式也有本體聚合﹑溶液聚合和懸浮聚合等幾種.

吡咯烷酮法中的原料吡咯烷酮是由y-丁內(nèi)酯與無(wú)水氨反應(yīng)制得,而直接脫水法和間接脫水法都是以Y-丁內(nèi)酯為起始原料的.由此可見(jiàn)，在NVP的合成中,順酐和十-丁內(nèi)酯作為合成反應(yīng)的原料占據(jù)著不可替代的地位.NVP與N-甲基吡咯烷酮的結(jié)構(gòu)有相似的地方,都屬于吡咯烷酮類物質(zhì),其制備方法也有相通之處,由此可以預(yù)見(jiàn)，-步法制NVP不僅是合成PVP的單體,而且是一種具有重要用途的化合物.

更經(jīng)濟(jì)、成本更低的PVP單體合成方法.美國(guó)專利5 478 950[33報(bào)道用銅的亞鉻酸鹽和陽(yáng)離子交換分子篩作催化劑,使順酐先進(jìn)行部分催化加氫,然后接著與甲胺反應(yīng)得到甲基吡咯烷酮,反應(yīng)是用連續(xù)流動(dòng)催化反應(yīng)床進(jìn)行的,壓力為常壓，收率達(dá)90%以上.

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直接脫水法可避免上述缺點(diǎn),簡(jiǎn)化操作，但脫水反應(yīng)較難進(jìn)行,需開(kāi)發(fā)高效脫水催化劑,傳統(tǒng)的脫水催化劑都不適用于羥乙基吡咯烷酮分子內(nèi)脫水反應(yīng).總的來(lái)看,MSi,XO類催化劑普遍具有如下優(yōu)點(diǎn):(1)反應(yīng)過(guò)程中催化劑表面積炭量較少.(2）催化劑穩(wěn)定性良好,長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)反應(yīng)而活性無(wú)明顯降低.(3）催化劑易使用,方法簡(jiǎn)單易行,可在催化反應(yīng)原位進(jìn)行.(4）能夠有效抑制羥乙基吡咯烷酮分解為2-吡咯烷酮和乙醛等副反應(yīng)的發(fā)生,