背景技術(shù)
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，農(nóng)藥方面主要用于合成螺蟲(chóng)乙酯的關(guān)鍵中間體(WO2012122747A1)cis-4-甲氧基環(huán)己基-1-氨基甲酸甲酯。
文獻(xiàn)報(bào)道的合成方法可概述為五種：
1)文獻(xiàn)(Medicinal Chemistry(1989),32(2),351-357)報(bào)道以對(duì)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。
2)文獻(xiàn)(WO2007107565)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(wú)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COD較高，不易處理。
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(guò)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。
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。
5)文獻(xiàn)(Tetrahedron Letters.1994,35(39),7151-7154；American ChemicalSociety(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(wèn)題存在于氧化步驟。氧化步驟主要存在的問(wèn)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、WO2003057696)報(bào)道了以N-甲基嗎啉-N-氧化物為氧化劑，以四正丙基過(guò)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(wèn)題。②文獻(xiàn)(WO2010057121、WO 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(wèn)題。③文獻(xiàn)(Tetrahedron Letters(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(wèn)題。④文獻(xiàn)(American Chemical 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(wèn)題。
反應(yīng)式如下：
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(lèi)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(huì)隨著反應(yīng)時(shí)間延長(zhǎng)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之選，歸結(jié)起來(lái)存在原料成本高、廢水COD高、廢水含鹽量大以及重金屬鉻污染等問(wèn)題。
發(fā)明內(nèi)容
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(guò)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：
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(guò)氧化氫是指質(zhì)量百分濃度為30～50％的過(guò)氧化氫；所述分子篩為5A分子篩；4-甲氧基環(huán)己醇︰過(guò)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(guò)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℃。
具體操作步驟：具體操作是將內(nèi)徑2cm、長(zhǎng)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℃，再分別將4-甲氧基環(huán)己醇以及過(guò)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(cè)得4-甲氧基環(huán)己酮含量大于98.5％，收率大于98％。
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(wú)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℃馬弗爐中焙燒4h，得到負(fù)載磷鎢酸分子篩催化劑成品。
本發(fā)明采用過(guò)氧化氫為氧化劑，原料成本低廉，綠色環(huán)保，無(wú)三廢產(chǎn)生，避免了其它原料成本高、廢水COD高、廢水含鹽量大以及存在重金屬鉻污染等問(wèn)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(zhǎng)時(shí)間停留于反應(yīng)體系而發(fā)生聚合反應(yīng)，避免了過(guò)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(jiǎn)單，無(wú)需過(guò)濾分離，實(shí)現(xiàn)了催化劑的無(wú)損以及多次套用。
合成方法
1、負(fù)載磷鎢酸分子篩的制備
向帶有回流裝置的反應(yīng)釜中加入1000ml無(wú)水乙醇、200g磷鎢酸，攪拌溶解后加入200g 5A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℃馬弗爐中焙燒4h，得到負(fù)載磷鎢酸分子篩成品。
2、4-甲氧基環(huán)己酮的合成
稱(chēng)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(zhǎng)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℃左右待用。
稱(chēng)取866.6g 4-甲氧基環(huán)己醇水溶液(2mol，30％)和238g過(guò)氧化氫(2.1mol，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(guò)計(jì)算為保證過(guò)氧化氫能同時(shí)滴完，應(yīng)調(diào)節(jié)加料速度為1.4g/min。
開(kāi)始滴加，原料混合后通過(guò)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350×2ml甲苯萃取、合并油層脫溶得到255.2g 4-甲氧基環(huán)己酮，產(chǎn)品含量98.6％(GC，內(nèi)標(biāo)法)，收率98.3％。