2-羟乙基吡啶的合成技术

2020-07-01温兰兰赵志华李宁徐道明刘典典

安徽化工 2020年3期

温兰兰，赵志华，李宁，徐道明，刘典典

（安徽国星生物化学有限公司，安徽杂环省级实验室，安徽马鞍山243100）

2-羟乙基吡啶别名为2-吡啶乙醇，外观为无色或淡黄色透明液体，分子量123.15，能与乙醇、乙醚相混溶，溶于水，易吸潮。2-羟乙基吡啶是一种高附加值的化工产品，通过它可以合成2-乙烯吡啶和其他许多精细有机化学中间体，在高分子材料、表面活性剂、医药、农药等领域都有广泛应用，因此研究高收率、“三废”少的合成方法具有重要意义。目前，2-羟乙基吡啶制备路线主要有以下几种[2-18]：

（1）高温高压反应

该法不需要催化剂和溶剂，反应时间短，但欲使反应完全，需保持高压、高温200℃以上，虽然反应时间仅需0.5 h，但所得产物呈深褐色，在回收2-甲基吡啶和甲醛后，产物中有黑色沥青状高聚物存在，而且经HPLC分析可知，高压反应中的副产物多，转化率低，后续脱水反应困难。同时，采用高温高压反应，危险系数较高，生产成本增加。

（2）常压催化反应

综合国内外专利资料及现有的乙醇吡啶系列产品的研究文献，常压下，2-羟乙基吡啶合成主要采用羧酸类物质作为催化剂[2-18]，也有专利报道采用有机碱（甲醇钠、乙醇钠等）作为催化剂[2-18]。通过酸或碱催化剂的引入，降低了反应温度和压力，同时减少了副反应。

通过对高温高压及常压催化反应结果对比，本研究在常压催化反应的基础上，使用有机胺类作为碱性催化剂，一方面避免了高温高压反应的弊端，另一方面采用阶段升温方式反应，提高了常压催化反应的收率，具有良好的工业应用前景。

1 实验部分

1.1 试剂与仪器

2-甲基吡啶，自制，质量分数99%；多聚甲醛，分析纯，质量分数95%，阿拉丁试剂；三乙胺，分析纯，质量分数99%，阿拉丁试剂；二乙胺，分析纯，质量分数95%，阿拉丁试剂。

1.2 实验步骤

合成路线如下所示：

向500 mL的四口烧瓶中，先加入2-甲基吡啶279 g（3 mol），催化剂三乙胺6 g，升温至60℃，反应2 h，然后依次加入水15 g，多聚甲醛30 g（1 mol），缓慢升温至内温约90℃，保温反应2 h，继续升温至内温约110℃，回流反应20 h，反应结束后，降温，将反应液转移至单口烧瓶进行减压蒸馏（-0.01 MPa，85℃），回收未反应的2-甲基吡啶、水分及少量催化剂三乙胺，蒸馏残液即为2-羟乙基吡啶粗品，外观为淡黄色透明液体，含量大于99%，单程反应收率大于85%，产品水分小于1%。若对产品水分有严格要求，可向蒸馏残液2-羟乙基吡啶粗品中加入硫酸钙，进行除水处理，将除去水分后的产物进行过滤，经干燥处理后的2-羟乙基吡啶产品水分小于0.1%。

2 结果与讨论

2.1 催化剂的影响

2.1.1 催化剂种类的影响

在投料比例、反应温度及反应时间相同的情况下，考查了不同碱性催化剂对反应的影响，实验结果如表1。不加任何催化剂时，反应收率最低；三乙胺催化反应的收率最高；二乙胺虽然碱性大于三乙胺，但由于其沸点只有55℃，易挥发，所以催化效率低。

表1 催化剂对收率及含量的影响Tab.1 Effect of catalyst on the reaction

2.1.2 催化剂用量的影响

在其他因素不变的情况下，考查了不同三乙胺用量对合成反应的影响。实验结果见表2。结果表明，在相同条件下，三乙胺的用量为0.06 mol 时，收率得到最大值，但当三乙胺用量增加至0.09 mol时，反应收率降低，主要由于三乙胺沸点低，随着三乙胺用量增加，导致反应液共沸点降低，影响反应回流温度，进而影响反应收率。