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美國專利5 101 045報道用Co,Cu, Mn等混合氧化物(活化后)作為催化劑在250℃及20MPa的高壓下與甲胺反應(yīng)直接合成N-甲基吡咯烷酮,產(chǎn)率達(dá)80%以上.順酐一步法合成N-甲基吡咯烷酮源于y丁內(nèi)酯是由順酐經(jīng)部分催化加氫制備的,

該反應(yīng)所用催化劑仍是堿金屬或堿金屬氫氧化物.典型的實驗步驟如下:取0.4g氫氧化鉀溶于170g(2mol)2-吡咯烷酮中,加熱攪拌并通過減壓蒸餾不斷移去生成的水,得到混合物A冷卻待用.在一個裝有攪拌器﹑溫度計、回流冷凝管﹑滴液漏斗的四口燒瓶中加入172g(2mol)乙酸乙烯酯,然后在攪拌狀態(tài)下滴加A混合液，30min內(nèi)滴完.通過冷卻及滴加過程中反應(yīng)物系溫度保持在10℃以下.加完后升溫至80℃,并進(jìn)行減壓蒸餾(壓力6.6×10~3MPa,隨后逐漸升溫并降低反應(yīng)器內(nèi)壓,直到溫度為100℃時內(nèi)壓達(dá)1.3×10+MPa為止

美國ISP公司建立了--套年產(chǎn)10 000t y-丁內(nèi)酯的生產(chǎn)線,就是以順酐為原料的.事實上,合成NVP的很多方法都是以y-丁內(nèi)酯為起始原料或中間產(chǎn)物.例如,乙炔法中y-丁內(nèi)酯是-種重要的中間物,吡咯烷酮法中的原料吡咯烷酮是由y-丁內(nèi)酯與無水氨反應(yīng)制得,而直接脫水法和間接脫水法都是以Y-丁內(nèi)酯為起始原料的.

可以得到不同的產(chǎn)物.在NVP的聚合研究中,人們總是關(guān)心聚合工藝條件(引發(fā)劑.聚合方式、聚合溫度﹑聚合時間等)對聚合產(chǎn)物結(jié)構(gòu)和分子量的影響.因為PVP的分子量不同,即K值不同,其性能與應(yīng)用也不同(詳見本書PVP的應(yīng)用一章)．在NVP的共聚物及交聯(lián)聚合物中,共聚物(及交聯(lián)聚合物)的組成和結(jié)構(gòu)將決定共聚物的性能和應(yīng)用．故本章將著重對論聚合工藝條件對聚合產(chǎn)物的影響.NVP單體極容易發(fā)生聚合(均聚)反應(yīng)．

由此可見，在NVP的合成中,順酐和十-丁內(nèi)酯作為合成反應(yīng)的原料占據(jù)著不可替代的地位.NVP與N-甲基吡咯烷酮的結(jié)構(gòu)有相似的地方,都屬于吡咯烷酮類物質(zhì),其制備方法也有相通之處,由此可以預(yù)見，-步法制NVP不僅是合成PVP的單體,而且是一種具有重要用途的化合物.由于其獨特的物理化學(xué)性質(zhì),如水溶性﹑強極性、非毒性、化學(xué)穩(wěn)定性和陽離子活性,

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前者的NVP選擇性及單程收率明顯優(yōu)于后者,其中K,Si催化劑既具有高活性又具有高選擇性.(2)MSizo(M為堿土金屬Mg,Ca,Sr,Ba)催化劑分別取2.9g氫氧化鎂、3.7g氫氧化鈣、13.3g氫氧化鍶(含8個結(jié)晶水)、15.8g氫氧化鋇(含8個結(jié)晶水)分別溶于150ml水中,加熱到90℃攪拌并每種溶液中加入30gSiO,,然后依次經(jīng)濃縮,干燥(120℃,2h)、粉碎(9~16目),焙燒(500℃,2h)而得到Mg,Sijo,CaySiso,Sr,Sio,BaSigo四種催化劑.烷酮發(fā)生催化脫HCI反應(yīng)而生成NVP.方法

NVP可廣泛應(yīng)用于膠黏劑、涂料、紡織、食品、制藥等工業(yè)領(lǐng)域.它的共聚物或均聚物大都具有良好的膜強度﹑染色相容性、剛性和黏性.大約80年前,德國人J. Walter. Reppe以乙炔為起始原料通過多步反應(yīng)合成了NVP(即乙炔法或Reppe法),20年后美國的GAF公司、德國的BASF公司相繼采用Reppe法實現(xiàn)了NVP的工業(yè)化生產(chǎn).

因而提高了主反應(yīng)速率和NVP選擇性.此類助催化劑不僅能顯著加快反應(yīng)速度,使反應(yīng)在溫和條件下高轉(zhuǎn)化率地進(jìn)行,而且能有效抑制聚合副反應(yīng)的發(fā)生,從而得到較高的NVP收率.不足之處在于助催化劑加入量較大,一般為KOH的2~4倍.其次,這一類助催化劑價格相對較高,而且并不能完全阻止聚合副反應(yīng)的發(fā)生(聚合副產(chǎn)物產(chǎn)率一般為4.5%~6.5%),這仍然會帶來下游工序中產(chǎn)物分離上的困難.由于不揮發(fā)性聚合物的生成,必須采用兩個蒸餾塔將目標(biāo)產(chǎn)物NVP分別與未反應(yīng)的原料2-吡咯烷酮及聚合副產(chǎn)物加以分離.此外

該方法雖然工藝并不復(fù)雜,但需高壓設(shè)備,不適于大規(guī)模及連續(xù)生產(chǎn),因此人們又將研究目標(biāo)轉(zhuǎn)移到氣相法連續(xù)催化反應(yīng)合成2-吡咯烷酮上.y-Al,O作為y-丁內(nèi)酯與NH氣相法胺化反應(yīng)催化劑,在350℃反應(yīng)條件下得到的2-吡咯烷酮收率較低,僅15%.后來有專利報道采用硅鋁化合物,如蒙脫石、NaX分子篩為催化劑,效果良好.其中以人工合成的Y型沸石具應(yīng)用前景.y-丁內(nèi)酯分子中的券基被沸石分子篩中骨架陽離子周圍的強靜電場極化成(Ⅰ),

到目前為止,Reppe法仍是NVP生產(chǎn)的主要方法.由于Reppe具有反應(yīng)步驟多、流程長,條件苛刻、副產(chǎn)物多、收率低、操作危險性大等缺陷,長期以來人們對Reppe法的改進(jìn)研究從未間斷,研究的焦點集中在合成途徑的改變和新型催化體系的開發(fā)上.

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所以迄今為止乙炔法雖然有著不可克服的缺點,但仍然是世界上PVP單體NVP的主要生產(chǎn)方法.目前研究得比較活躍的NVP合成方法是Y-丁內(nèi)酯法,主要是直接脫水法脫水催化劑的開發(fā).另--方面,-些研究者致力于尋找更簡便、切實可行.更經(jīng)濟(jì)、成本更低的PVP單體合成方法.美國專利5478950[33報道用銅的亞鉻酸鹽和陽離子交換分子篩作催化劑,使順酐先進(jìn)行部分催化加氫,然后接著與甲胺反應(yīng)得到甲基吡咯烷酮,