[发明专利]一种N-吡啶氧化物的连续制备方法

说明书

本发明公开了一种N‑吡啶氧化物的连续制备方法，向浆态床反应器内添加催化剂TS‑1分子筛和蒸馏水后升温至70～90℃，并将压力调为0～1.5MPa，然后加入吡啶类化合物和双氧水，调节吡啶类化合物的空速为1～10h^‑1，双氧水的空速为2～20h^‑1；吡啶类化合物和双氧水的摩尔比为1:1～1.1；吡啶类化合物和双氧水进行氧化反应生成N‑吡啶氧化物粗品，经蒸馏分离、干燥后得N‑吡啶氧化物，失活的催化剂TS‑1分子筛经活化后继续作为催化剂使用。本发明方法以钛硅分子筛作为催化剂，催化剂的重复利用率高、催化效果好、使用寿命长，吡啶的转化率、N‑吡啶氧化物的选择性高，双氧水的有效利用率高；以浆态床反应器作为反应器，操作简单、后处理简单可以连续化生产，适合大规模的工业化生产。

技术领域

本发明涉及一种N-吡啶氧化物的制备方法，具体涉及一种N-吡啶氧化物的连续制备方法，尤其是吡啶氧化物、三甲基吡啶氧化物的连续制备方法。

背景技术

N-吡啶氧化物及其衍生物属于氮杂环类化合物，它们与未氧化的母体化合物性质差别很大，在亲电取代、亲核取代反应中明显不同。由于氧原子对反应具有重要的影响，而且反应后可以通过还原除去，常被作为取代、重排等反应的定位基团。通过吡啶氧化反应物这个平台及其途径，可以合成出一系列吡啶化合物。它们多具有吡啶杂环的特殊结构，因而表现出许多独特的化学性质和生理活性，构成了一类重要的有机化工中间体，广泛应用于医药、农药、催化等诸多化工领域，尤其作为合成新型医药和农药等中间体的平台技术而引人注意、并已展示出十分诱人的应用前景。

N-吡啶氧化物的合成方法主要有两种，一种为直接氧化法，一种为催化氧化法。直接氧化法常用的氧化剂有过氧化氢、过氧乙酸、过氧化苯甲酸、过氧化苯二甲酸等。过氧化氢氧化法具有原料易得、过程简单、收率高等优点，但在其制备过程中，存在溶剂冰乙酸需求量大、反应时间长、操作繁琐的缺点。过氧乙酸氧化法具有反应时间短，冰乙酸需求量小等优点，但在其制备过程中，由于过氧乙酸的热稳定性差，并且产率低，在应用中也受到了限制。

与直接氧化法比，催化氧化法具有反应时间短，无需溶剂，吡啶转化率高，选择性高等优点，有很大的发展前景。但是催化氧化法的关键是选用合适的催化剂，目前常用的催化剂有冰乙酸、阳离子交换树脂、过氧酸酐、过钨酸盐、杂多酸、硫酸/硫酸氢钠以及钛硅分子筛TS-1等。

冰乙酸法中，以冰乙酸为催化剂，以过氧化氢为氧化剂氧化吡啶后，用氯仿萃取、干燥、减压蒸馏制得，该方法有明显的缺陷：反应时间长，过氧化氢需求量大，工艺复杂；N-吡啶氧化物在水中溶解度很大，氯仿萃取效果不好，产品损失严重。阳离子交换树脂法中，双氧水消耗量小，但反应速度慢，反应很难进行彻底。过氧酸酐法具有成本高、工艺过程复杂、环境污染严重的缺点。过钨酸盐法产率较高，但催化剂价格太高，同时要求过氧化氢有较高的浓度。杂多酸具有非常高的活性，反应时间较短；同时由于具有酸的性质，避免了反应中加入大量的醋酸，较直接氧化法有较大改进；但对设备要求严格，并且不可重复利用，成本高。硫酸/硫酸氢钠法具有反应时间短、溶剂耗量少、催化剂价格低且容易获得的优点，但硫酸腐蚀性强，后处理麻烦。本发明采用TS-1分子筛作为催化剂，不仅具有较好的催化活性、稳定性和重复使用性，而且极大地减少了副产物的生成，降低了氧化过程对环境的污染和设备的腐蚀。

此外，还有其他氧化方法，比如中国专利CN102757384介绍了一种以臭氧为氧化剂的方法，该方法是在高压釜内加入钛硅分子筛催化剂，吡啶，溶剂，臭氧及稀释气体，该方法具有产物易分离、成本低等优点，但转化率低，臭氧利用率低，难于工业化生产。中国专利CN102060760介绍了一种以磷-钨-硅复合催化剂在双氧水体系下氧化吡啶，该方法催化剂制备简单，催化效果好，产物收率较高，但催化剂添加量大，釜式反应处理较为复杂，催化效率低，产物纯度低，并且双氧水利用率低。

发明内容