介紹

N- 甲酰嗎啉 (NFM) 是一種重要的有機(jī)溶劑和精細(xì)化工原料，具有選擇性好、熱穩(wěn)定性好、化學(xué)穩(wěn)定性好、無毒、無腐蝕性等優(yōu)點(diǎn)，且能與脂肪族烴類、芳烴以及水等互溶，具有良好的溶解萃取性能，目前已被廣泛應(yīng)用于天然氣及天然氣凝析油、汽油、合成氣、煙道氣的脫硫，合成纖維、有機(jī)合成等工藝中。除此之外，由于 N- 甲酰嗎啉溶解芳烴后，能大大降低芳烴的揮發(fā)度，提高芳烴與非芳烴之間的分離系數(shù)，因此被廣泛應(yīng)用于芳烴 ( 如苯、甲苯、二甲苯等 ) 的抽提工藝。

圖一 N-甲酰嗎啉

合成

N-甲酰嗎啉的合成有以下幾種方法，但都存在些許問題。

(1) 甲酰氯法

圖二 N-甲酰嗎啉的合成1

該方法合成過程簡(jiǎn)單，技術(shù)難度小，但原料價(jià)格較高，毒性大，反應(yīng)生成的氯化氫氣體對(duì)設(shè)備的腐蝕嚴(yán)重，副反應(yīng)和三廢處理都比較多，產(chǎn)品質(zhì)量較差，不能滿足環(huán)保的要求，所以工業(yè)上不采用此法合成。

(2)CO 和超臨界 CO2 羰基化法

圖三 N-甲酰嗎啉的合成2

該方法原料來源豐富，價(jià)格低廉，污染小，但是該法工藝要求較高，必須在高溫、高壓、過渡金屬或貴金屬作催化劑以及添加劑等共同作用下才能合成，對(duì)設(shè)備要求高，投資比較大，工藝較復(fù)雜，催化劑的價(jià)格昂貴，目前實(shí)現(xiàn)大型工業(yè)化生產(chǎn)困難，應(yīng)用較少。

(3) 甲酸甲酯法

圖四 N-甲酰嗎啉的合成3

(4) 甲酸法

圖四 N-甲酰嗎啉的合成4

該方法具有原料價(jià)廉易得、合成路線及工藝條件簡(jiǎn)單、收率高、產(chǎn)品質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn)，是目前工業(yè)生產(chǎn)最常用的合成方法，由于反應(yīng)是可逆反應(yīng)，為提高反應(yīng)轉(zhuǎn)化率，常采用移走反應(yīng)生成的水使反應(yīng)右移的方法，最為常見的是加入帶水劑脫除水分，常見的帶水劑有芳烴類溶劑油 ( 甲苯等 )、脂肪類溶劑油 (C4～ C8石油醚等 )、酯類 ( 乙酸丁酯等 )。

為解決以上合成問題，張超等人[1]在 C4和 C5醇類帶水劑存在的條件下由嗎啉和甲酸制備 N- 甲酰嗎啉 (NFM) 的方法。

具體步驟為：在裝有溫度計(jì)、回流分水器和攪拌器的 250ml 三口燒瓶中加入帶水劑仲丁醇15.28g( 占原料總質(zhì)量的 10％ ) 和 92.40g 嗎啉 ( 純度≥ 99％，1.05mol)，在機(jī)械攪拌的條件下，緩慢滴加 ( 約 20 分鐘滴完 ) 計(jì)量的 60.41g 甲酸溶液 (88％，1.155mol)，反應(yīng)放熱，控制反應(yīng)液的溫度在 100℃左右，反應(yīng)過程中不斷將生成的水帶出，直至分水器中不再有水生成時(shí)停止反應(yīng) ( 反應(yīng)時(shí)間為 3h)。反應(yīng)結(jié)束后將釜液 ( 反應(yīng)液 ) 移至蒸餾裝置，通過常壓蒸餾 (120 ～ 160℃ ) 蒸出帶水劑和輕組分，然后精餾 ( 收集 180 ～ 243℃的餾分 ) 得到 N- 甲酰嗎啉產(chǎn)品。

圖五 N-甲酰嗎啉的合成5

該方法生產(chǎn) NFM 具有工藝簡(jiǎn)單、反應(yīng)溫度低、收率高、質(zhì)量好和易于工業(yè)化生產(chǎn)的特點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)

[1]張超,高武成,葉小明等. 低酸度N-甲酰嗎啉的制備方法[P]. 四川?。篊N104262293B,2016-04-13.