实验室合成N-环己基吡咯烷酮影响因素研究

吴彦彬

（濮阳迈奇科技有限公司，河南 濮阳，457000）

N-环己基吡咯烷酮（CHP）是一种重要的化工产品，在印染、材料机械加工清洗、制冷等行业有着广泛的用途。对于N-环己基吡咯烷酮的合成，目前文献已报道有多种方法，其中马来酸酐与环己胺催化氢化法［1，6］具有制备意义。该方法使用氢气和高压设备，安全性差；以磷酸作催化剂合成方法［3，5，6］，利用γ-丁内酯（GBL）和环己胺反应合成N-环己基吡咯烷酮，反应时间2h，n(GBL) : n(环己胺):n(磷酸)=1.0 : 2.0 : 0.15，反应温度170℃ 200℃，CHP的收率和质量分数虽有了很大的提高，但是在合成的过程中磷酸作为催化剂对设备有一定的腐蚀性，后续的分离提纯比较困难。

受中国石油集团公司石油化工科学研究院开发的管式连续N-甲基吡咯烷酮合成技术［4］的启发，在实验室对GBL与环己胺直接高压合成进行了探索，使得GBL转化率≥98%，CHP选择性≥95%。

1 试验

1.1 原料及仪器

原料：γ-丁内酯（AR），濮阳迈奇科技有限公司；环己胺（AR），南京冠杰化工有限公司。仪器：带有搅拌高压反应釜；气相色谱仪；微量水分测定仪等。

1.2 试验过程

在2000mL装有搅拌、温度计、压力表的高压反应釜中，加入86g（1.0mol）GBL和124g（1.25mol）环己胺，在搅拌下将温度控制在270℃ 280℃，在6.5 MPa的压力下反应9.0 9.5 h，经过分离提纯得到无色透明CHP 。GBL转化率≥98%，CHP选择性≥95%。

2 影响因素研究

胺比n(环己胺) : n(GBL)、反应温度、压力、反应时间均对反应过程和产品收率有一定的影响。

2.1 胺比对收率的影响

环己胺与GBL的合成是一个可逆的反应，胺比的增加有利于GBL的转化，从而增加反应产率。胺比对选择性和转化率的影响见表1。

由表1可以看出，当胺比大于1.25时转化率没有明显增加，反而收率下降，其他的副产物生成量增加。因此，选择胺比为1.25较为合适。

表1 胺比对收率和转化率的影响

2.2 反应温度对收率的影响

在其他影响因素不变的情况下，考察了不同温度下对合成反应的影响，实验结果见表2。

由表2可以看出，升高温度GBL转化率有一定的提高；但是当温度超过285℃产物收率降低，温度高于285℃可能出现了烧结碳化现象使得产物收率下降；综合考虑反应温度选择270℃ 280℃较合适。

2.3 压力对收率的影响

在其他因素不变的情况下，考察了不同压力下对合成反应的影响，实验结果见表3。

由表3可以看出，压力与产物的生成成正向关系，升高压力有利于GBL的转化，当压力在6.5 7.5 MPa时GBL转化率几乎不变化，出于安全、设备、能耗等考虑，反应压力选择为6.5 MPa较适宜。

2.4 反应时间

在其他因素不变的情况下，考察了不同时间下对合成反应的影响，实验结果见表4。

表4 停留时间对收率和转化率的影响

从环己胺与GBL合成CHP的机理来看，GBL通过转化为中间体而进一步生成目标产物CHP，这个过程速度慢、时间长。但是，当时间超过10 h出现了烧结碳化现象，使得收率有一定的下降。综合考虑选择反应时间为9.0 9.5 h合适。

3 结论

通过我们在实验室的研究，在n(环己胺):n(GBL)=1.0:1.25；反应温度270℃ 280℃；反应时间9.0 9.5 h；压力6.5 MPa的条件下；环己胺与GBL合成N-环己基吡咯烷酮，GBL转化率≥98%，NBP选择性≥95%。

[1]Weyer H Juergen F,RolfHW.Preparation of N su-bstituted pynolidones [P].EP:460 474,1991-12-11.

[2] Zhen H Zhu等. N-烷基-2-吡咯烷酮某些协同性质［J］，日用化学工业译丛，1990年第6期，7 10.

[3] 张志德，陈玉琴，林凤珍等. 1-苄基-2-吡咯烷酮的合成［J］.精细化工,2004,21（11）：869 871.

[4] 宋国全，刘俊广. N-甲基吡咯烷酮生产工艺影响因素分析［J］.河南化工，2006年第23卷. 24 25.

[5] 张志德，陈春风，陈玉琴，林凤珍. 1-苄基-2-吡咯烷酮的合成［J］.精细与专用化学品，2005年第13卷15期. 18 20.

[6] 张志德，林凤珍，杨春风，陈玉琴等. 1-环己基-2-吡咯烷酮的合成［J］.精细化工，2005年第22卷9期. 702 704.