[发明专利]一种连续非溶剂法催化氧化合成吡啶类-N-氧化物的方法

说明书

本发明公开了一种连续非溶剂法催化氧化合成吡啶类‑N‑氧化物的方法，属于化学合成领域。所述方法的特点是计量的吡啶或烷基吡啶和氧化剂按比例混合后，通过装填有固载催化剂的连续管式反应器反应，反应结束后蒸出多余的水得到产品吡啶‑N‑氧化物或烷基吡啶‑N‑氧化物，所述催化剂为固载有活性物质阴离子的具有季铵盐基团的交联聚苯乙烯树脂。与现有技术相比，本发明的连续非溶剂法催化氧化合成吡啶类‑N‑氧化物的方法能够实现成吡啶类‑N‑氧化物的连续生产，环保节能、转化率高，具有很好的推广应用价值。

技术领域

本发明涉及化学合成领域，具体提供一种连续非溶剂法催化氧化合成吡啶类-N-氧化物的方法，所述吡啶类-N-氧化物为吡啶-N-氧化物或烷基吡啶-N-氧化物。

背景技术

吡啶类-N-氧化物，特别是吡啶-N-氧化物是常用的医药、化工产品的中间体，也是一类重要的吡啶衍生物。

通常制备N-氧化吡啶的方法主要通过过氧化氢、过氧乙酸、间氯过氧苯甲酸等过氧化物作为氧化剂直接对吡啶进行氧化，这其中以过氧化氢作为氧化剂最为常见。该经典方法采用H₂O₂作为氧化剂，在乙酸介质中氧化后，用氯仿萃取、干燥、减压蒸馏而得。过氧化氢氧化法具有过程简单、氧化剂价廉环保、条件温和、收率高的优点。缺点是作为介质的冰醋酸需求量大，操作麻烦，在反应结束时后处理麻烦；且耗时长，造成间歇性操作的生产效率低下。因此近年出现了较多的催化过氧化氢氧化的研究，尤其是各种杂多酸催化的氧化研究。

章梦帅在《吡啶类化合物氧化制备吡啶N-氧化物》研究进展一文中对国内外现有的研究进行了全面、详细的阐述。经过对其进行分析可以发现，过氧化氢作为最为绿色环保的氧化剂，在大多数催化剂条件下依旧不能摆脱乙酸作为溶剂的反应条件。虽然过氧化氢在醋酸中的氧化法最方便最常用，但氧化产物一般极性和水溶性较大，又是较强的氧化剂，因此如何从反应体系中有效分离出产物，以及醋酸的高效回收利用都是需要考虑的问题。部分固载的磷钨酸催化剂，在没有溶剂反应的间歇反应中转化率较低。

如公开号为CN1982297A的专利文献中公开了一种吡啶-N-氧化物的合成工艺，以分子筛固载磷钨酸作为催化剂实现吡啶-N-氧化物的合成。然而该方法是通过物理吸附作用实现活性成分的固载，反应过程中催化剂活性成分会从载体微孔中迁移溶出，如果采用连续反应，催化剂活性成分很快就流失完全而不再具有活性，同时也就造成反应后产物中含有催化剂活性成分，分离比较困难。因此只能采用间歇反应，这样在单批次反应过程中从催化剂微孔中迁移流失出的活性成分，依然处于反应混合体系中，对反应有催化作用；反应结束分离出液相物料中含有催化剂活性成分，造成固体催化剂表面活性成分减少，活性下降，必须添加新的催化剂才能维持反应工艺的稳定性；否则氧化工艺不稳定，原料的转化率随催化剂使用批次的增加，迅速降低，甚至没有活性。

美国阿奇化工公司在CN1113868中公布了采用固载到无机或有机载体上的磺酸、羧酸为催化剂，这些含磺酸、羧酸的催化活性成分在有机/无机载体上作用属于物理作用，或弱的化学作用，在吡啶或衍生物的间歇氧化过程中发生活性成分的流失，氧化活性不高；其含有磺酸基、羧酸基的离子交换树脂属于固体酸催化剂，磺酸基、羧酸基直接和交联聚苯乙烯树脂的芳环骨架相连，在氧化反应过程中，磺酸基、羧酸基团解离常数小，催化活性低，不如均相酸催化氧化，原料吡啶或吡啶衍生物的转化率最高仅为34.3％(其实例3)。

同样在美国阿奇化工公司专利CN1113868中公布了采用罗门哈斯公司生产的含有氯季铵盐的离子交换树脂AMBERLITE IR-410，经过表面修饰后作为吡啶或吡啶衍生物间歇氧化的催化剂。该专利仅是直接采用商品化阴离子交换树脂，在钨酸-钨酸钠溶液中经过离子交换负载活性成分。该树脂负载的活性成分钨酸根，和树脂结合不稳定，在反应介质中发生流失；同时氧化反应过程需要对原料吡啶或吡啶衍生物用磷酸酸化；在该氧化过程中磷酸会和树脂上的季铵盐(含钨酸根)发生作用，将树脂上的钨酸根置换下来(因为磷酸的酸性强于钨酸、钨酸钠等)，实际发生催化作用的是溶解在反应混合物中的均相磷酸和置换下来的钨酸，氧化活性低，且不稳定，原料转化率仅为12％(其实例4)，不具有工业化价值。