目的在于使中間產(chǎn)物N-(α-乙酸乙烯基)-2-吡咯烷酮熱分解所產(chǎn)生的各種產(chǎn)物不斷被分離出來.將餾出物中的目的產(chǎn)物NVP進行提純處理后可得到的NVP產(chǎn)品.2-吡咯烷酮在低溫下即可與常用的羧酸乙烯酯反應(yīng)生成一種中間體N-(α-羧酸乙基)-2-吡咯烷酮.這反應(yīng)需采用堿金屬氫氧化物為催化劑,且催化劑堿性愈強,得到的NVP收率就越高.綜合考慮催化劑性能及來源,價格因素,以KOH適合于本反應(yīng)體系.
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光催化分解法(以紫外光照射)及電催化分解法.若從工業(yè)化角度來看,仍以加熱分解法較為可行.加熱溫度一般控制在80~110℃.在中間體N-(α-羧酸乙基)-2-吡咯烷酮的分解過程中,分解反應(yīng)易為前面加入的堿金屬化合物所促進,因而無需將前面的反應(yīng)混合物加以分離,一步反應(yīng)結(jié)束后可直接將混合物加熱,使生成的中間體N-(α-羧酸乙基)-2-吡咯烷酮在原位分解.2-吡咯烷酮與多種羧酸乙烯酯反應(yīng)都能得到較高的NVP收率,但乙酸乙烯酯無論在來源、價格還是反應(yīng)性能上都更具優(yōu)勢.
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MSi,x,Oa催化劑可采用下列常規(guī)方法來制備.(1）將堿(堿土)金屬鹽及硅源溶解或懸浮于水中,加熱攪拌該混合物使之濃縮至干,然后經(jīng)干燥﹑焙燒即可.(2）先將堿金屬或堿土金屬化合物溶解于水中,然后用該溶液浸漬模制氧化硅,然后蒸發(fā)至干,經(jīng)干燥﹑焙燒而得.(3）先將堿金屬或堿土金屬化合物溶解于水中,然后加入硅酸鹽或有機硅酸鹽,再進行混合、濃縮、干燥﹑焙燒而得.(4〉先通過離子交換法將堿金屬或堿土金屬引入分子篩骨架,然后經(jīng)干燥、焙燒而得.在催化劑制備過程中,
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除上述方法外,也有以丙酮為溶劑,把氯乙基吡咯烷酮轉(zhuǎn)化為季胺鹽,然后用氧化銀處理季胺鹽的甲醇溶液,再經(jīng)過蒸餾得到NVP,收率達82%[5].對于以上所討論的PVP單體NVP的合成方法,除乙炔法比較成熟外,其他的方法,包括Y丁內(nèi)酯法在內(nèi),都處在進一步的研究中,都有待于取得進--步的突破.以Y-丁內(nèi)酯-直接脫水法為例，理想的脫水催化劑的成功開發(fā)將是這---方法能否順利大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)的關(guān)鍵.
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乙炔二醇(濃度為30%~40%)在鎳系催化劑作用下通過加氫反應(yīng)生成1,4-丁二醇即反應(yīng)(4.2).1,4-丁二醇經(jīng)脫氫環(huán)化而得y-丁內(nèi)酯[反應(yīng)(4.3)],該反應(yīng)常用銅催化劑或銅-鋅、銅-鉻等復(fù)合金屬氧化物催化體系,在230~255℃,0.2MPa的條件下進行.反應(yīng)(4.4)為Y-丁內(nèi)酯的胺化反應(yīng),該反應(yīng)可在一定的溫度﹑壓力條件下以液相反應(yīng)形式自發(fā)進行,為非催化過程.y-丁內(nèi)酯的胺化產(chǎn)物2-吡咯烷酮與乙炔發(fā)生乙烯化反應(yīng)生成NVP[反應(yīng)(4.5)],該反應(yīng)采用KOH為催化劑,
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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
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由于該反應(yīng)為--強放熱過程,適宜的反應(yīng)溫度范圍在-30~30℃之間,較低的溫度有利于避免副反應(yīng)發(fā)生,提高選擇性.為控制反應(yīng)過程中溫度升高,一是要采用緩慢的加料方式,如滴加,二要有外加的冷卻裝置,此外還可以采取減少催化劑用量、添加惰性溶劑以稀釋反應(yīng)物濃度的方法.常用溶劑包括正己烷、苯、四氫呋喃、二嗯烷等．催化劑用量為每摩爾2-吡咯烷酮加0.001~0.2mol催化劑.中間產(chǎn)物N-(α-羧酸乙基)-2-吡咯烷酮的分解方法通常包括熱分解法.
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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、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,
了解詳情而在傳統(tǒng)的Reppe工藝或采用聚氧化烯類助催化劑時,都必須采用減壓蒸餾法移去生成的水,否則將導(dǎo)致NVP收率低于50%.③此類助催化劑不僅能加快反應(yīng)速度,提高轉(zhuǎn)化率,而且能抑制聚合副反應(yīng)的發(fā)生,增大選擇性.產(chǎn)物分析表明NVP是僅有的產(chǎn)物,沒有聚合副產(chǎn)物生成.助催化劑能夠?qū)︹淃}主催化劑提供立體保護,使水分子難以靠近鉀鹽催化劑,因而不會引起2-吡咯烷酮的開環(huán)副反應(yīng)發(fā)生.由于無聚合副產(chǎn)物生成,故只需要一個蒸餾塔將產(chǎn)物NVP與未反應(yīng)的2-吡咯烷酮加以分離,這有利于簡化生產(chǎn)工藝、降低設(shè)備投資.
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不僅能催化加氫順酐/氨水混合物而得到2-吡咯烷酮,而且可通過加人另一種反應(yīng)物伯醇或醛而生成N-烷基-2-吡咯烷酮,該催化劑制法是將CoO(66.8%),CuO(19.1%)，MngO,(7.1%),MoO(3.3%),HPO,(3.5%),Na,O(0.15%)混合物在氫氣氣氛中還原而得.采用該催化劑還能夠?qū)?-氰基丙酸酯與氨的混合物加氫而得到2-吡咯烷酮,收率-一般在90%以上.由于3-氰基丙酸酯的來源及價格遠不如順酐有優(yōu)勢,因此該法可作為合成2-吡咯烷酮的---種輔助手段.1.2-吡咯烷酮與乙炔反應(yīng)催
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