CN104892367B - 一种由硝基苯加氢直接合成环己醇的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明为一种由硝基苯加氢直接合成环己醇的方法，该方法包括以下步骤：将硝基苯，催化剂，水，叔丁醇置于高压反应釜中，通N2进行置换。然后升温至140～200℃，通入氢气至4～8MPa并保持，反应4～16h后，停止通氢气，降温至室温，然后减压过滤分离催化剂和反应液，反应液经萃取分离后得到含有环己醇的有机相；其中，物料摩尔配比为硝基苯：催化剂：水：叔丁醇＝1：0.0005～0.05：1～10000：0.01～10；所述的催化剂为负载型金属催化剂。本发明具有原料硝基苯便宜易得、合成过程更为简捷、反应收率高等特点，反应条件比较简单清洁，环己醇的收率接近100％。
Description
技术领域
本发明涉及一种由硝基苯加氢直接合成环己醇的新方法，具体为一种以硝基苯为原料，负载型金属催化剂催化硝基苯加氢直接合成环己醇的工艺过程，属于化学工艺技术领域。
背景技术
环己醇是重要的有机化工原料，是合成己内酰胺、己二酸以及医药、涂料、染料等精细化学品的重要中间体。
目前，环己醇的合成方法大体上有三种。(1)以苯酚为原料，一步催化加氢制备环己醇，该法相对简单，但因苯酚价格较高而受到限制。(2)以苯为原料，完全加氢得到环己烷，再经一步氧化得到环己醇或环己酮。这是目前环己醇最主要的生产方法，但环己烷的氧化过程比较复杂，选择性很低，且条件苛刻，容易引起爆炸。(3)旭化成工艺(Mitsui O，Fukuoka Y.Cycloalkanols：JP，83209150.1983-11-09)，且已实现工业化。该工艺分为两步：(a)以苯为原料，在100～180℃、3～10MPa、钌催化剂的条件下进行不完全加氢反应制备环己烯，苯的转化率50％～60％，环己烯的选择性为80％，20％的副产物为环己烷；(b)在高硅沸石ZSM-5催化剂作用下，环己烯水合生成环己醇，环己烯的单程转化率10％～15％，环己醇的选择性可达99.13％。该工艺路线复杂，尤其是苯部分加氢合成环己烯的效率不高，从而导致生产成本较高。
因此，鉴于上述环己醇的生产现状，其合成新工艺、新技术的研究和开发一直受到学术界和企业的重视。国内外学者一直致力于尝试采用不同的方法来改进传统的环己醇生产工艺或探索开发新的催化剂和催化技术来代替传统工艺。
基于此，本发明提出一种由硝基苯加氢直接合成环己醇的新方法，即以硝基苯为原料，负载型金属催化剂催化硝基苯加氢直接合成环己醇的工艺过程。
发明内容
本发明针对当前环己醇生产工艺复杂，成本加高的现状，提供一种高效、价廉的合成环己醇的新方法。本发明构造如反应过程(1)所示的环己醇合成方法，创新性的以硝基苯为原料、负载型金属为催化剂，加氢直接合成环己醇的工艺过程，本发明的收率接近100％。
本发明的技术方案为：
一种由硝基苯加氢直接合成环己醇的方法，包括以下步骤：
将硝基苯，催化剂，水，叔丁醇置于高压反应釜中，通N2进行置换。然后升温至140～200℃， 通入氢气至4～8MPa并保持，反应4～16h后，停止通氢气，降温至室温，然后减压过滤分离催化剂和反应液，反应液经萃取分离后得到含有环己醇的有机相；
其中，物料摩尔配比为硝基苯：催化剂：水：叔丁醇＝1：0.0005～0.05：1～10000：0.01～10；
所述的催化剂为负载型金属催化剂，催化剂的组成包括活性金属和载体，活性金属负载量为质量百分比0.1～10％；催化剂摩尔数以活性金属的摩尔量计；
所述的活性金属为Ru。
所述的催化剂载体为活性炭、纳米碳纤维、纳米碳管、Al2O3、SiO2、TiO2或分子筛。
所述的物料摩尔配比优选为：硝基苯：催化剂：水：叔丁醇＝1：0.001～0.02：400～1400：0.1～10。
所述的反应温度优选为160～200℃。
所述的反应时间优选为4～10h。
本发明与现有技术相比有如下有益效果：
本发明所提供的一种硝基苯加氢直接合成环己醇的新方法，目前尚未见以硝基苯为原料合成环己醇的工艺路线相关的报道。而相比传统的环己烷液相氧化法、苯酚加氢法和环己烯水合法合成环己醇而言，本发明的方法具有原料硝基苯便宜易得、合成过程更为简捷、反应收率高等特点，反应条件比较简单清洁，水既作为溶剂也充当原料，叔丁醇作为第二溶剂，增强水和硝基苯的互溶性。实验证明，本发明的方法制备环己醇，环己醇的收率接近100％。本发明的硝基苯加氢一步制备环己醇的方法是一种高效、价廉的新方法，开拓了环己醇合成的技术路线。
具体实施方式
本发明的实质特点和显著效果可以从下述的实施例得以体现，但他们并不对本发明作任何限制，该领域的技术人员可以根据本发明的内容做出一些非本质的改进和调整。下述实施例中如无特殊说明所用方法均为常规方法，所用试剂均可从商业途径获得。下面通过具体实施方式对本发明作进一步的说明。
下述实施例中所采用的负载型金属催化剂为公知材料，可直接商购或采用如下方法制备：
将所需负载量的RuCl3溶液溶于10mol/L的盐酸溶液或水溶液中配成浸渍液，等体积浸渍到载体(活性炭、纳米碳纤维、纳米碳管、Al2O3、SiO2、TiO2、分子筛)上，浸渍24h后，在100℃干燥5h，然后在300℃用H2还原2h。
实施例1
在高压釜中依次加入硝基苯2.0g，2％(wt)Ru/MCM-41(分子筛)催化剂0.41g，水170ml和叔丁醇10ml(其摩尔比为1：0.005：583：6.5)。通N2进行置换。然后升温至180℃，再通入氢气至反应压力4.4MPa，反应8h后，停止通氢气，降温。减压过滤分离催化剂和反应液，反应液经甲苯萃取分离后可得有机相，有机相进行气相色谱分析。定量计算产物环己醇的收率为99.7％。
实施例2
在高压釜中依次加入硝基苯2.0g，2％Ru/AC催化剂0.41g，水170ml和叔丁醇10ml(其摩尔比为1：0.005：583：6.5)。通N2进行置换。然后升温至180℃，再通入氢气至反应压力4.4MPa，反应8h后，停止通氢气，降温。减压过滤分离催化剂和反应液，反应液经甲苯萃取分离后可得有机相，有机相进行气相色谱分析。定量计算产物环己醇的收率为100％。
实施例3
在高压釜中依次加入硝基苯2.0g，2％Ru/SiO2催化剂0.41g，水170ml和叔丁醇10ml(其摩尔比为1：0.005：583：6.5)。通N2进行置换。然后升温至180℃，再通入氢气至反应压力4.4MPa，反应8h后，停止通氢气，降温。减压过滤分离催化剂和反应液，反应液经甲苯萃取分离后可得有机相，有机相进行气相色谱分析。定量计算产物环己醇的收率为99.8％。
实施例4
在高压釜中依次加入硝基苯2.0g，2％Ru/TiO2催化剂0.41g，水170ml和叔丁醇10ml(其摩尔比为1：0.005：583：6.5)。通N2进行置换。然后升温至180℃，再通入氢气至反应压力4.4MPa，反应8h后，停止通氢气，降温。减压过滤分离催化剂和反应液，反应液经甲苯萃取分离后可得有机相，有机相进行气相色谱分析。定量计算产物环己醇的收率为96.9％。
实施例5
在高压釜中依次加入硝基苯2.0g，2％Ru/γ-Al2O3催化剂0.41g，水170ml和叔丁醇10ml(其摩尔比为1：0.005：583：6.5)。通N2进行置换。然后升温至180℃，再通入氢气至反应压力4.4MPa，反应8h后，停止通氢气，降温。减压过滤分离催化剂和反应液，反应液经甲苯萃取分离后可得有机相，有机相进行气相色谱分析。定量计算产物环己醇的收率为75.0％。
实施例6
在高压釜中依次加入硝基苯2.0g，2％Ru/Hβ(分子筛)催化剂0.41g，叔丁醇10ml和水170ml(其摩尔比为1：0.005：583：6.5)。通N2进行置换。然后升温至180℃，再通入氢气至反应压力4.4MPa，反应8h后，停止通氢气，降温。减压过滤分离催化剂和反应液，反应液经甲苯萃取分离后可得有机相，有机相进行气相色谱分析。定量计算产物环己醇的收率为100.0％。
实施例7
在高压釜中依次加入硝基苯2.0g，2％Ru/HZSM-5(分子筛)催化剂0.41g，水10ml和叔丁醇10ml(其摩尔比为1：0.005：34.3：6.5)。通N2进行置换。然后升温至180℃，再通入氢气至反应压力7.0MPa，反应8h后，停止通氢气，降温。减压过滤分离催化剂和反应液，反应液经甲苯萃取分离后可得有机相，有机相进行气相色谱分析。定量计算产物环己醇的收率为46.5％。
实施例8
在高压釜中依次加入硝基苯2.0g，2％Ru/CNT(纳米碳管)催化剂0.41g，水170ml和叔丁醇10ml(其摩尔比为1：0.005：583：6.5)。通N2进行置换。然后升温至180℃，再通入氢气至反应压力7.0MPa，反应10h后，停止通氢气，降温。减压过滤分离催化剂和反应液，反应液经甲苯萃取分离后可得有机相，有机相进行气相色谱分析。定量计算产物环己醇的收 率为96.3％。
实施例9
在高压釜中依次加入硝基苯2.0g，2％Ru/CNF(纳米碳纤维)催化剂0.41g，水170ml和叔丁醇10ml(其摩尔比为1：0.005：583：6.5)。通N2进行置换。然后升温至180℃，再通入氢气至反应压力8.0MPa，反应5h后，停止通氢气，降温。减压过滤分离催化剂和反应液，反应液经甲苯萃取分离后可得有机相，有机相进行气相色谱分析。定量计算产物环己醇的收率为95.4％。
实施例10
在高压釜中依次加入硝基苯2.0g，2％Ru/MCM-41(分子筛)催化剂0.41g，水200ml和叔丁醇1ml(其摩尔比为1：0.005：686：0.65)。通N2进行置换。然后升温至200℃，再通入氢气至反应压力5.0MPa，反应10h后，停止通氢气，降温。减压过滤分离催化剂和反应液，反应液经甲苯萃取分离后可得有机相，有机相进行气相色谱分析。定量计算产物环己醇的收率为98.3％。
实施例11
在高压釜中依次加入硝基苯2.0g，2％Ru/MCM-41(分子筛)催化剂0.41g，水100ml和叔丁醇10ml(其摩尔比为1：0.005：343：6.5)。通N2进行置换。然后升温至140℃，再通入氢气至反应压力7.0MPa，反应4h后，停止通氢气，降温。减压过滤分离催化剂和反应液，反应液经甲苯萃取分离后可得有机相，有机相进行气相色谱分析。定量计算产物环己醇的收率为72.4％。
实施例12
在高压釜中依次加入硝基苯2.0g，0.5％Ru/AC催化剂0.41g，水170ml和叔丁醇10ml(其摩尔比为1：0.00125：583：6.5)。通N2进行置换。然后升温至160℃，再通入氢气至反应压力8.0MPa，反应8h后，停止通氢气，降温。减压过滤分离催化剂和反应液，反应液经甲苯萃取分离后可得有机相，有机相进行气相色谱分析。定量计算产物环己醇的收率为90.2％。
实施例13
在高压釜中依次加入硝基苯2.0g，5％Ru/SiO2催化剂0.41g，水400ml和叔丁醇10ml(其摩尔比为1：0.0125：1372：6.5)。通N2进行置换。然后升温至180℃，再通入氢气至反应压力8.0MPa，反应8h后，停止通氢气，降温。减压过滤分离催化剂和反应液，反应液经甲苯萃取分离后可得有机相，有机相进行气相色谱分析。定量计算产物环己醇的收率为99.8％。
本发明未尽事宜为公知技术。
Claims (1)
1.一种由硝基苯加氢直接合成环己醇的方法，其特征为该方法包括以下步骤：
将硝基苯，催化剂，水，叔丁醇置于高压反应釜中，通N2进行置换，然后升温至160～200℃，通入氢气至4～8MPa并保持，反应4～10h后，停止通氢气，降温至室温，然后减压过滤分离催化剂和反应液，反应液经萃取分离后得到含有环己醇的有机相；
其中，物料摩尔配比为硝基苯：催化剂：水：叔丁醇＝1：0.001～0.02：400～1400：0.1～10；
所述的催化剂为负载型金属催化剂，催化剂的组成包括活性金属和载体，活性金属负载量为质量百分比0.1～10％；催化剂摩尔数以活性金属的摩尔量计；
所述的活性金属为Ru；
所述的催化剂载体为活性碳、纳米碳纤维、纳米碳管、SiO2、TiO2或分子筛。
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