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CN106000375B - 一种钛硅复合氧化物及其催化制备3-甲基吡啶的方法 - Google Patents

一种钛硅复合氧化物及其催化制备3-甲基吡啶的方法 Download PDF

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CN106000375B CN201610459713.3A CN201610459713A CN106000375B CN 106000375 B CN106000375 B CN 106000375B CN 201610459713 A CN201610459713 A CN 201610459713A CN 106000375 B CN106000375 B CN 106000375B
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Abstract

本发明公开了一种钛硅复合氧化物及其催化制备3‑甲基吡啶的方法，以三聚乙醛、乌洛托品为原料，在钛硅复合氧化物催化作用下，在200～270℃和3.5～10.0Mpa的工艺条件下进行反应，反应完毕后的物料冷却后直接过滤，所得的固体催化剂层进行重复套用，所得的液体产品层经萃取、蒸馏后得到3‑甲基吡啶。本发明提供的钛硅复合氧化物具有大比表面积和很高热稳定性，有利于减少副反应的发生，可以高效催化制备3‑甲基吡啶，3‑甲基吡啶得率显著提高。这种技术效果与钛硅复合氧化物制备方法中硝酸铵和碳酸氢铵的重量份之比有关，硝酸铵和碳酸氢铵的重量份之比为6～8:1时，钛硅复合氧化物催化效率最高。

Description

一种钛硅复合氧化物及其催化制备3-甲基吡啶的方法
技术领域
本发明属于药物化学领域，涉及一种钛硅复合氧化物及其催化制备3-甲基吡啶的方法。
背景技术
3-甲基吡啶的制备方法主要有以下几种：(1)气相法：以甲醛、乙醛、氨为原料，通过固定床反应器直接生成几种吡啶的混合物，经过分离得到3-甲基吡啶；(2)液相法：以三聚乙醛、乌洛托品为原料，在磷酸氢二铵溶液的作用下，经高温高压反应得到3-甲基吡啶；(3)液相法：以三聚乙醛、乌洛托品为原料，在离子液体(二乙基醋酸铵等)的作用下，经高温高压反应得到3-甲基吡啶。
上述几种制备方法都存在不足：方法(1)存在收率低，副产物多的问题；方法(2)的转化率收率有所提高，但以磷酸氢二铵溶液作为催化剂，存在产率低问题；方法(3)中离子液体在此反应条件下不稳定，也造成循环套用难，成本高的问题，目前还未形成工业化生产。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种适合于工业化生产的，以三聚乙醛、乌洛托品为原料，在钛硅复合氧化物催化作用下，经过高温高压反应制备3-甲基吡啶的方法。
本发明的上述目的是通过下面的技术方案得以实现的：
一种高催化活性的钛硅复合氧化物，通过如下步骤制备而成：
步骤S1，将如下重量份的原料混合制成硅溶液：硅源，20～30份；表面活性剂，5～15份；去离子水，60～80份；
步骤S2，将如下重量份的原料混合制成钛溶液：钛源，20～30份；去离子水，60～80份；
步骤S3，将钛溶液缓慢添加到硅溶液中，50～70℃搅拌1～2小时得钛硅混合溶液；
步骤S4，向上述钛硅混合溶液添加硝酸铵和碳酸氢铵的混合盐；每一百重量份的钛硅混合溶液中添加所述混合盐7～9份，硝酸铵和碳酸氢铵的重量份之比为6～8:1；
步骤S5，将步骤S4所得溶液进行喷雾干燥，喷雾干燥器喷口温度在180～220℃之间，出口温度在80～120℃之间；
步骤S6，将步骤S5所得产物于550～650℃焙烧1.5～2.5小时，即得所述高催化活性的钛硅复合氧化物；钛硅复合氧化物中Ti/Si摩尔比例为0.5～5:1。
进一步地，步骤S1中，所述硅源为水玻璃、硅酸钠、硅溶胶中的一种或多种。
进一步地，步骤S1中，表面活性剂为吐温-80、司盘-20、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、十六烷基三甲基溴化铵中的一种或多种。
进一步地，步骤S2中，所述钛源为硫酸氧钛、偏钛酸、四氯化钛、四溴化钛、四氟化钛、硝酸钛中的一种或多种。
进一步地，步骤S4中，每一百重量份的钛硅混合溶液中添加所述混合盐8份，硝酸铵和碳酸氢铵的重量份之比为7:1。
进一步地，步骤S6中，所述钛硅复合氧化物中Ti/Si摩尔比例为1～4:1。
一种利用上述钛硅复合氧化物催化制备3-甲基吡啶的方法，包括如下操作步骤：
步骤S1，称取钛硅复合氧化物倒入高压反应釜中，加入纯化水和乙醇，盖紧反应釜，设定反应温度200～270℃，边搅拌边开始升温；
步骤S2，称取三聚乙醛、乌洛托品、乙醇和纯化水混合均匀备用，如浑浊需先过滤；
步骤S3，当反应釜内温度升到设定温度时，开启进料泵，添加步骤S2制备的混合料，使进料在1～5小时内完成，反应压力保持在3.5～10.0Mpa之间，进料结束后保温15～25min；
步骤S4，保温完毕后，反应釜通冷却水降温，待釜内温度降到35～45℃，取反应液过滤，固体物用于下批反应套用，滤液用二氯甲烷萃取；
步骤S5，取步骤S4下层萃取液，回收的二氯甲烷和乙醇用于下批反应套用，剩余下层萃取液常压蒸馏，接温度130～180℃之间的馏分即得3-甲基吡啶。
进一步地，三聚乙醛与乌洛托品的摩尔比在0.5～10:1之间，三聚乙醛与钛硅复合氧化物的重量比在0.2～10:1之间。
进一步地，三聚乙醛与乌洛托品的摩尔比在1～4:1之间，三聚乙醛与钛硅复合氧化物的重量比在0.5～5:1之间。
进一步地，步骤S3中，调整进料速度，使进料在1.5～3.5小时内完成。
本发明的优点：
1、本发明提供的钛硅复合氧化物催化性能高，制备方法简单易于操作；
2、本发明提供的利用自制钛硅复合氧化物催化制备3-甲基吡啶的方法简单可行，3-甲基吡啶得率在95％以上，效果显著。
具体实施方式
下面结合实施例进一步说明本发明的实质性内容，但并不以此限定本发明保护范围。尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
下述实施例中，硅源使用硅酸钠，也可以用水玻璃或硅溶胶替代；表面活性剂使用聚乙烯吡咯烷酮，也可以用吐温-80、司盘-20、聚乙烯醇、十六烷基三甲基溴化铵；钛源使用硝酸钛，也可以用硫酸氧钛、偏钛酸、四氯化钛、四溴化钛或四氟化钛。
实施例1：钛硅复合氧化物的制备及催化制备3-甲基吡啶
步骤S1，将如下重量份的原料混合制成硅溶液：硅源，25份；表面活性剂，10份；去离子水，70份；
步骤S2，将如下重量份的原料混合制成钛溶液：钛源，25份；去离子水，70份；
步骤S3，将钛溶液缓慢添加到硅溶液中，60℃搅拌1.5小时得钛硅混合溶液；
步骤S4，向上述钛硅混合溶液添加硝酸铵和碳酸氢铵的混合盐；每一百重量份的钛硅混合溶液中添加所述混合盐8份，硝酸铵和碳酸氢铵的重量份之比为7:1；
步骤S5，将步骤S4所得溶液进行喷雾干燥，喷雾干燥器喷口温度在200℃，出口温度在100℃；
步骤S6，将步骤S5所得产物于600℃焙烧2小时，即得所述高催化活性的钛硅复合氧化物；钛硅复合氧化物中Ti/Si摩尔比例为3:1。
使用该钛硅复合氧化物催化制备3-甲基吡啶的效果见实施例8。
实施例2：钛硅复合氧化物的制备及催化制备3-甲基吡啶
步骤S1，将如下重量份的原料混合制成硅溶液：硅源，20份；表面活性剂，5份；去离子水，60份；
步骤S2，将如下重量份的原料混合制成钛溶液：钛源，20份；去离子水，60份；
步骤S3，将钛溶液缓慢添加到硅溶液中，50℃搅拌2小时得钛硅混合溶液；
步骤S4，向上述钛硅混合溶液添加硝酸铵和碳酸氢铵的混合盐；每一百重量份的钛硅混合溶液中添加所述混合盐7份，硝酸铵和碳酸氢铵的重量份之比为6:1；
步骤S5，将步骤S4所得溶液进行喷雾干燥，喷雾干燥器喷口温度在180℃，出口温度在80℃；
步骤S6，将步骤S5所得产物于550℃焙烧2.5小时，即得所述高催化活性的钛硅复合氧化物；钛硅复合氧化物中Ti/Si摩尔比例为0.5:1。
使用该钛硅复合氧化物催化制备3-甲基吡啶的效果见实施例8。
实施例3：钛硅复合氧化物的制备及催化制备3-甲基吡啶
步骤S1，将如下重量份的原料混合制成硅溶液：硅源，30份；表面活性剂，15份；去离子水，80份；
步骤S2，将如下重量份的原料混合制成钛溶液：钛源，30份；去离子水，80份；
步骤S3，将钛溶液缓慢添加到硅溶液中，70℃搅拌1小时得钛硅混合溶液；
步骤S4，向上述钛硅混合溶液添加硝酸铵和碳酸氢铵的混合盐；每一百重量份的钛硅混合溶液中添加所述混合盐9份，硝酸铵和碳酸氢铵的重量份之比为8:1；
步骤S5，将步骤S4所得溶液进行喷雾干燥，喷雾干燥器喷口温度在220℃，出口温度在120℃；
步骤S6，将步骤S5所得产物于650℃焙烧1.5小时，即得所述高催化活性的钛硅复合氧化物；钛硅复合氧化物中Ti/Si摩尔比例为5:1。
使用该钛硅复合氧化物催化制备3-甲基吡啶的效果见实施例8。
实施例4：钛硅复合氧化物的制备及催化制备3-甲基吡啶
步骤S1，将如下重量份的原料混合制成硅溶液：硅源，25份；表面活性剂，10份；去离子水，70份；
步骤S2，将如下重量份的原料混合制成钛溶液：钛源，25份；去离子水，70份；
步骤S3，将钛溶液缓慢添加到硅溶液中，60℃搅拌1.5小时得钛硅混合溶液；
步骤S4，向上述钛硅混合溶液添加硝酸铵和碳酸氢铵的混合盐；每一百重量份的钛硅混合溶液中添加所述混合盐8份，硝酸铵和碳酸氢铵的重量份之比为6:1；
步骤S5，将步骤S4所得溶液进行喷雾干燥，喷雾干燥器喷口温度在200℃，出口温度在100℃；
步骤S6，将步骤S5所得产物于600℃焙烧2小时，即得所述高催化活性的钛硅复合氧化物；钛硅复合氧化物中Ti/Si摩尔比例为3:1。
使用该钛硅复合氧化物催化制备3-甲基吡啶的效果见实施例8。
实施例5：钛硅复合氧化物的制备及催化制备3-甲基吡啶
步骤S1，将如下重量份的原料混合制成硅溶液：硅源，25份；表面活性剂，10份；去离子水，70份；
步骤S2，将如下重量份的原料混合制成钛溶液：钛源，25份；去离子水，70份；
步骤S3，将钛溶液缓慢添加到硅溶液中，60℃搅拌1.5小时得钛硅混合溶液；
步骤S4，向上述钛硅混合溶液添加硝酸铵和碳酸氢铵的混合盐；每一百重量份的钛硅混合溶液中添加所述混合盐8份，硝酸铵和碳酸氢铵的重量份之比为8:1；
步骤S5，将步骤S4所得溶液进行喷雾干燥，喷雾干燥器喷口温度在200℃，出口温度在100℃；
步骤S6，将步骤S5所得产物于600℃焙烧2小时，即得所述高催化活性的钛硅复合氧化物；钛硅复合氧化物中Ti/Si摩尔比例为3:1。
使用该钛硅复合氧化物催化制备3-甲基吡啶的效果见实施例8。
实施例6：对比实施例，硝酸铵和碳酸氢铵的重量份之比为5:1
步骤S1，将如下重量份的原料混合制成硅溶液：硅源，25份；表面活性剂，10份；去离子水，70份；
步骤S2，将如下重量份的原料混合制成钛溶液：钛源，25份；去离子水，70份；
步骤S3，将钛溶液缓慢添加到硅溶液中，60℃搅拌1.5小时得钛硅混合溶液；
步骤S4，向上述钛硅混合溶液添加硝酸铵和碳酸氢铵的混合盐；每一百重量份的钛硅混合溶液中添加所述混合盐8份，硝酸铵和碳酸氢铵的重量份之比为5:1；
步骤S5，将步骤S4所得溶液进行喷雾干燥，喷雾干燥器喷口温度在200℃，出口温度在100℃；
步骤S6，将步骤S5所得产物于600℃焙烧2小时，即得所述高催化活性的钛硅复合氧化物；钛硅复合氧化物中Ti/Si摩尔比例为3:1。
使用该钛硅复合氧化物催化制备3-甲基吡啶的效果见实施例8。
实施例7：对比实施例，硝酸铵和碳酸氢铵的重量份之比为9:1
步骤S1，将如下重量份的原料混合制成硅溶液：硅源，25份；表面活性剂，10份；去离子水，70份；
步骤S2，将如下重量份的原料混合制成钛溶液：钛源，25份；去离子水，70份；
步骤S3，将钛溶液缓慢添加到硅溶液中，60℃搅拌1.5小时得钛硅混合溶液；
步骤S4，向上述钛硅混合溶液添加硝酸铵和碳酸氢铵的混合盐；每一百重量份的钛硅混合溶液中添加所述混合盐8份，硝酸铵和碳酸氢铵的重量份之比为9:1；
步骤S5，将步骤S4所得溶液进行喷雾干燥，喷雾干燥器喷口温度在200℃，出口温度在100℃；
步骤S6，将步骤S5所得产物于600℃焙烧2小时，即得所述高催化活性的钛硅复合氧化物；钛硅复合氧化物中Ti/Si摩尔比例为3:1。
使用该钛硅复合氧化物催化制备3-甲基吡啶的效果见实施例8。
实施例8：催化制备3-甲基吡啶的效果实施例
分别使用实施例1～7制备的钛硅复合氧化物催化制备3-甲基吡啶，通过3-甲基吡啶的得率比较实施例1～7制备的钛硅复合氧化物的催化活性高低。催化制备方法包括如下步骤：
步骤S1，称取钛硅复合氧化物倒入高压反应釜中，加入适量纯化水和乙醇，盖紧反应釜，设定反应温度200～270℃，边搅拌边开始升温；
步骤S2，称取三聚乙醛、乌洛托品、适量乙醇和纯化水混合均匀备用，如浑浊需先过滤；
步骤S3，当反应釜内温度升到设定温度时，开启进料泵，添加步骤S2制备的混合料，使进料在3小时内完成，反应压力保持在3.5～4.5Mpa之间，进料结束后保温20min；
步骤S4，保温完毕后，反应釜通冷却水降温，待釜内温度降到40℃，取反应液过滤，固体物用于下批反应套用，滤液用二氯甲烷萃取；
步骤S5，取步骤S4下层萃取液，回收的二氯甲烷和乙醇用于下批反应套用，剩余下层萃取液常压蒸馏，接温度130～180℃之间的馏分即得3-甲基吡啶。
其中，三聚乙醛与乌洛托品的摩尔比为2.5:1，三聚乙醛与钛硅复合氧化物重量比为3:1。
实施例1～7钛硅复合氧化物催化制备3-甲基吡啶的得率如下表：
3-甲基吡啶得率(％)
实施例1 96.8
实施例2 95.1
实施例3 95.5
实施例4 95.2
实施例5 95.7
实施例6 65.8
实施例7 66.4
催化制备3-甲基吡啶的方法中，三聚乙醛与乌洛托品的摩尔比可以在0.5～10:1之间，三聚乙醛与钛硅复合氧化物的重量比可以在0.2～10:1之间，优选三聚乙醛与乌洛托品的摩尔比在1～4:1之间，三聚乙醛与钛硅复合氧化物的重量比在0.5～5:1之间。步骤S3中进料在1.5～3.5小时内完成均可。
上述结果表明，本发明提供的钛硅复合氧化物可以高效催化制备3-甲基吡啶，3-甲基吡啶得率显著提高，这与钛硅复合氧化物制备方法中硝酸铵和碳酸氢铵的重量份之比有关，硝酸铵和碳酸氢铵的重量份之比为6～8:1时，钛硅复合氧化物催化制备3-甲基吡啶的效率最高。
上述实施例的作用在于说明本发明的实质性内容，但并不以此限定本发明的保护范围。本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和保护范围。

Claims (7)

1.一种钛硅复合氧化物，其特征在于，通过如下步骤制备而成：
步骤S1，将如下重量份的原料混合制成硅溶液：硅源，20~30份；表面活性剂，5~15份；去离子水，60~80份；
步骤S2，将如下重量份的原料混合制成钛溶液：钛源，20~30份；去离子水，60~80份；
步骤S3，将钛溶液缓慢添加到硅溶液中，50~70℃搅拌1~2小时得钛硅混合溶液；
步骤S4，向上述钛硅混合溶液添加硝酸铵和碳酸氢铵的混合盐；每一百重量份的钛硅混合溶液中添加所述混合盐7~9份，硝酸铵和碳酸氢铵的重量份之比为6~8:1；
步骤S5，将步骤S4所得溶液进行喷雾干燥，喷雾干燥器喷口温度在180 ~220℃之间，出口温度在80~120℃之间；
步骤S6，将步骤S5所得产物于550~650℃焙烧1.5~2.5小时，即得钛硅复合氧化物；钛硅复合氧化物中Ti/Si摩尔比例为0.5~5:1；
其中：步骤S1中，所述硅源为水玻璃、硅酸钠、硅溶胶中的一种或多种；步骤S1中，表面活性剂为吐温-80、司盘-20、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、十六烷基三甲基溴化铵中的一种或多种；步骤S2中，所述钛源为硫酸氧钛、偏钛酸、四氯化钛、四溴化钛、四氟化钛、硝酸钛中的一种或多种。
2.根据权利要求1所述的钛硅复合氧化物，其特征在于：步骤S4中，每一百重量份的钛硅混合溶液中添加所述混合盐8份，硝酸铵和碳酸氢铵的重量份之比为7:1。
3.根据权利要求1所述的钛硅复合氧化物，其特征在于：步骤S6中，所述钛硅复合氧化物中Ti/Si摩尔比例为1~4:1。
4.一种利用权利要求1~3任一所述的钛硅复合氧化物催化制备3-甲基吡啶的方法，其特征在于，包括如下操作步骤：
步骤S1，称取钛硅复合氧化物倒入高压反应釜中，加入纯化水和乙醇，盖紧反应釜，设定反应温度200~270℃，边搅拌边开始升温；
步骤S2，称取三聚乙醛、乌洛托品、乙醇和纯化水混合均匀备用，如浑浊需先过滤；
步骤S3，当反应釜内温度升到设定温度时，开启进料泵，添加步骤S2制备的混合料，使进料在1~5小时内完成，反应压力保持在3.5~10.0Mpa之间，进料结束后保温15~25min；
步骤S4，保温完毕后，反应釜通冷却水降温，待釜内温度降到35~45℃，取反应液过滤，固体物用于下批反应套用，滤液用二氯甲烷萃取；
步骤S5，取步骤S4下层萃取液，回收的二氯甲烷和乙醇用于下批反应套用，剩余下层萃取液常压蒸馏，接温度130~180℃之间的馏分即得3-甲基吡啶。
5.根据权利要求4所述的催化制备3-甲基吡啶的方法，其特征在于：三聚乙醛与乌洛托品的摩尔比在0.5~10:1之间，三聚乙醛与钛硅复合氧化物的重量比在0.2~10:1之间。
6.根据权利要求5所述的催化制备3-甲基吡啶的方法，其特征在于：三聚乙醛与乌洛托品的摩尔比在1~4:1之间，三聚乙醛与钛硅复合氧化物的重量比在0.5~5:1之间。
7.根据权利要求4所述的催化制备3-甲基吡啶的方法，其特征在于：步骤S3中，调整进料速度，使进料在1.5~3.5小时内完成。
CN201610459713.3A 2016-06-22 2016-06-22 一种钛硅复合氧化物及其催化制备3-甲基吡啶的方法 Active CN106000375B (zh)

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