[发明专利]一种N-甲基吗啉的合成工艺

说明书

本发明公开了一种N‑甲基吗啉的合成工艺，以吗啉和甲醇为起始原料，在非金属催化剂DBU和/或DBU的盐的催化作用下合成N‑甲基吗啉。与现有技术相比，本发明N‑甲基吗啉的合成工艺具有以下有益效果：(一)在常压下反应，对设备要求比较低，反应条件温和；(二)催化剂简单易得，且可以循环套用，套用效果好；(三)C原子利用率高，经济效益较好；(四)反应的副产物是水，后处理简单，对环境友好；(五)产品收率高，达到90％以上，产品纯度高，达到98％以上，生产成本低廉。

技术领域

本发明属于有机化学合成的技术领域，更具体地讲，涉及一种N-甲基吗啉的合成工艺。

背景技术

N-甲基吗啉作为一种有机化工中间体，具有叔胺及醚的双重性质，能够作表面活性剂、萃取剂、腐蚀抑制剂，还广泛应用于农药和医药领域。

N-甲基吗啉的合成工艺很多，按照原料划分，有吗啉法、N-甲基二乙醇胺法、二乙醇胺法、二甘醇法和二氯乙醚法。其中，选择以吗啉为起始原料进行甲基化的研究是最多的，也是合成N-甲基吗啉的重要方法。

从原子利用率和经济性出发，采用吗啉和碳酸二甲酯反应，会产生二氧化碳和甲醇，不利于C原子的有效利用，同时吗啉和二氧化碳会继续反应生成副产物，造成后序分离比较困难。采用吗啉和氯代甲烷反应，生成的HCl会与吗啉继续反应成盐，造成原料消耗大的问题，同时HCl对设备腐蚀较严重，该工艺目前已被淘汰。采用吗啉和甲醛在N-甲基哌啶锌硼氢催化剂下反应，反应快，收率高，但反应过程对pH值控制十分严格，仅限于实验室研究，同时该催化剂制备过程繁琐且不好回收，对环境不友好。2004年，标题为“Cyclopentadienyl RuⅡ complexes as highly efficient catalysts for the N-methylation of alkylamines by methanol.”(European Journal of InorganicChemistry,2004,(3):524-529.)的文章报道说吗啉和甲醇在催化剂为Ru的三苯基磷配体下可以定量反应，反应收率高，但是此工艺采用贵金属作催化剂，价格昂贵，不适用于工业化生产。中国专利CN100545152C采用吗啉和甲醇在负载型的金属催化剂下且在200℃、0.3～0.6Mpa的条件下反应，得到收率为85％的产物N-甲基吗啉，这种合成工艺的缺点是高温高压反应，设备费用较高且投资比较大，同时反应过程中加入金属催化剂，给产物的纯化造成困难，并且含有金属催化剂的废水也容易造成环境问题。

发明内容

为了解决现有合成工艺条件不够温和、对环境不够友好、C原子利用率低下、催化剂制备困难、后处理复杂等问题，本发明的目的是提供一种投资小、成本低、产率高、容易实现工业化的N-甲基吗啉合成工艺。

本发明提供了一种N-甲基吗啉的合成工艺，以吗啉和甲醇为起始原料，在非金属催化剂DBU和/或DBU的盐的催化作用下合成N-甲基吗啉。

根据本发明N-甲基吗啉的合成工艺的一个实施例，将吗啉和非金属催化剂加入至反应器中，搅拌加热至回流，再向反应器中缓慢加入甲醇并反应1～5h后结束反应，将反应产物脱醇脱水精制得到N-甲基吗啉，其中，所述非金属催化剂为DBU和/或DBU的盐，以摩尔比计，吗啉：甲醇：非金属催化剂＝1:(1.2～3):(0.2～0.8)。

根据本发明N-甲基吗啉的合成工艺的一个实施例，以摩尔比计，吗啉：甲醇：非金属催化剂＝1:(2～2.5):(0.3～0.7)。

根据本发明N-甲基吗啉的合成工艺的一个实施例，所述DBU为1,8-二氮杂双环[5,4,0-7-十一烯]，所述DBU的盐选自DBU甲酸盐、DBU乙酸盐、DBU丙酸盐、DBU乳酸盐、DBU丁酸盐、DBU苯酚盐、DBU辛酸盐、DBU对甲苯磺酸盐、DBU油酸盐、DBU磷酸盐、DBU草酸盐、DBU苯酸盐、DBU邻苯二甲酰亚胺盐、DBU硼酸盐、DBU碘化物、DBU氯化物和DBU烯酸盐中的一种或多种。