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CN117101643A - 一种连续制备地氟烷的催化剂 - Google Patents

一种连续制备地氟烷的催化剂 Download PDF

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CN117101643A
CN117101643A CN202310359436.9A CN202310359436A CN117101643A CN 117101643 A CN117101643 A CN 117101643A CN 202310359436 A CN202310359436 A CN 202310359436A CN 117101643 A CN117101643 A CN 117101643A
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desflurane
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chromium
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祁彦涛
屠常刚
刘春艺
王博
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Fenghuolun Shanghai Biotechnology Co ltd
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Fenghuolun Shanghai Biotechnology Co ltd
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Abstract

本发明公开了一种连续制备地氟烷的催化剂的制备方法,包括如下步骤:将氧化铝进行活化处理,然后加入含有铬盐和稀土盐的水溶液中进行吸附;再将负载好的氧化铝装入填充柱中烘干并高温煅烧,最后通入氟化氢活化。活化好的催化剂填充柱即可用于从异氟烷到地氟烷的连续转化反应。本发明在传统铬盐的基础上加入镧、铈等稀土金属,大大的提高了催化剂的活性和使用寿命,且当催化活性下降后,可采用通氧烧炭的方法活化催化剂,恢复催化剂的催化性能从而降低了催化剂使用成本,更加有利于工业化生产。

Description

一种连续制备地氟烷的催化剂
技术领域
本发明属于有机化学领域,涉及吸入性麻醉剂地氟烷的制备方法,具体涉及由异氟烷连续制备地氟烷时所用催化剂的制备方法。
背景技术
地氟烷(Desflurane)化学名为2-(二氟甲氧基)-1,1,1,2-四氟乙烷,CAS登记号为57041-67-5,又名地氟醚,是一种众所周知的吸入性麻醉剂,该吸入麻醉剂具有极低的体内代谢率,作为对生物体温和且安全性高的药剂而广泛使用。
关于地氟烷有许多的文献报道,其中一种主要的方法是以异氟烷(Isoflurane)为原料,通过氟化反应取代异氟烷中氯原子,从而得到地氟烷。最初的氟化反应是釜式反应,一般以三氯化锑、五氯化锑或五氟化锑等含锑的金属为催化剂,如专利US5026924A;后来为了操作方便改成连续式反应,如US6800786B1、WO2006055749A1、WO2009010908、Org. Pr℃ ess Res. Dev.2011, 15, 585–592等报道。含锑的金属由于本身有毒,制备比较困难,而且五氯化锑和五氟化锑常温下是液体,在高温条件下容易流失,造成催化效率下降,缩短了催化剂的使用寿命,因此限制了它在工业上的应用。
专利WO2006076324首先提出了氧化铬催化方法,将气相的异氟烷和氟化氢混合物在140℃或170℃经过氧化铬催化床,从而得到地氟烷。但该方法在较高温度时容易发生碳氧键断裂,产生大约 10%的副产物;较低温度时转化率仅为 50%,需要多次氟化氢再循环从而导致氟化氢损失。因此,需要开发高效的并且能够基本消除现有方法的缺陷的汽相方法。
发明内容
为了克服以上方法的缺点,特别是氟化催化剂在高温条件下,催化剂流失结炭,造成催化效率下降,缩短了催化剂的使用寿命的问题。本发明公开了一种连续制备地氟烷的催化剂的制备方法,包括如下步骤:将氧化铝进行活化处理,然后加入含有铬盐和稀土盐的水溶液中进行吸附;再将负载好的氧化铝装入填充柱中烘干并高温煅烧,最后通入氟化氢活化。活化好的催化剂填充柱即可用于从异氟烷到地氟烷的连续转化反应。
本发明的氟化催化剂是采用浸渍法将金属盐吸附到载体氧化铝上,所述的金属盐是以铬为基础,并添加入镧、铈等稀土元素。该催化剂适用于气相氟化氢氟化氯代烃,且寿命较长。
一种用于连续制备地氟烷的催化剂的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
A,将氧化铝用水加热回流,然后洗涤烘干待用;
B,将步骤A中的氧化铝加入含有铬盐和稀土盐的水溶液中进行吸附,然后洗涤烘干;
C,将步骤B中的氧化铝装入填料柱中高温转化;
D,在一定温度下,在将步骤C的填料柱中通入氟化氢反应活化。
步骤A中的水为去离子水,加热回流时间为1~3小时,烘干温度为100~130℃。
优选地,加热回流时间为大约2小时,烘干温度为大约120℃。
步骤B中的铬盐包含三氯化铬、硝酸铬,稀土盐包含三氯化镧、三氯化铈、硝酸镧、硝酸铈。
优选地,所述铬盐为硝酸铬,所述的稀土盐为硝酸铈。在一种实施方式中,当铬盐为硝酸铬,所述的稀土盐为硝酸铈时,调节pH值并洗涤后,烘干温度为大约115℃。
步骤B中的铬盐与稀土盐的摩尔比为20:1~5:1。
优选地,所述铬盐为硝酸铬,所述的稀土盐为硝酸铈。在一种实施方式中,硝酸铬与硝酸铈时摩尔比为10:1。
步骤C中填料柱中转化温度为300~500℃,转化时间大于8小时。
优选地,转化温度为450℃,转化时间为16小时。
步骤D中填料柱中活化温度为150~250℃,活化时间为1~3小时。
优选地,活化温度为200℃,活化时间为2小时。
应理解,本文中在表述数值特征时,术语“约”或者“大约”是指所表示的本数可以有±10%、±9%、±8%、±7%、±6%或±5%的误差范围或浮动范围。
本发明与现有技术相比,具有如下优点:
1、催化剂通过浸渍法负载在氧化铝上,比表面积高,操作简单;
2、通过铬盐与稀土盐两种或两种以上的金属固载在氧化铝上,高温烧结后形成共结晶,降低了催化剂的流失速率,提高了催化剂寿命;
3、本发明的氟化催化剂可用于多种气相氟化反应中。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚的理解,根据本发明的具体实施例并结合附图,对本发明作进一步详细的说明。
图1是通过催化剂填料柱连续制备地氟烷示意图
具体实施方式
试剂:本发明实施例中使用的反应物和催化剂均为化学纯,可直接使用或根据需要经过简单纯化。试剂均购自中国医药(集团)上海化学试剂公司、上海阿拉丁生化科技股份有限公司。
检测仪器:
核磁共振仪型号:Bruker AV-500 和 Brucker AV-600;
气相色谱仪(GC),型号:Shimadzu 2030,检测器为FID,气相色谱柱型号:30-mG0301-31。
实施例1:催化剂A的制备
将100g 氧化铝加入到400mL 的去离子水中,加热回流3小时,抽滤,用去离子水洗涤至中性,放入鼓风烘箱 120℃烘干。将硝酸铬10.0g (25 mmol)和硝酸铈0.82(2.5 mmol)加入到100mL水中,加热至50℃然后加入上述氧化铝,充分搅拌2小时后降温至室温,浓缩除去多余的水。得负载了金属铬和铈的氧化铝110℃鼓风烘箱烘干。
将烘干好的催化剂装入316L不锈钢管中,内径为2cm,长20cm,升温至350℃,通入氮气流100mL/min 烧结10小时,再以氮气:氟化氢=10:1 充分活化4小时,得氟化催化剂A。
实施例2:催化剂B的制备
将80g 氧化铝加入到300mL 去离子水中,加热回流3小时,抽滤,用纯净水洗涤至中性,放入鼓风烘箱 120℃烘干。将三氯化铬15.8g (100 mmol)和七水三氯化镧2.6g (7.0mmol)加入到150mL水中,加热至50℃然后加入上述活性炭,充分搅拌2小时后降温至室温,浓缩除去多余的水。得负载了金属铬和镧的活性炭120℃鼓风烘箱烘干。
将烘干好的催化剂装入316L不锈钢管中,内径为2cm,长20cm,升温至4450℃,通入氮气流100mL/min 烧结16小时,再以氮气:氟化氢=10:1 充分活化4小时,得氟化催化剂B。
对比实施例1:催化剂C的制备
将100g 氧化铝加入到400mL 去离子水中,加热回流3小时,抽滤,用纯净水洗涤至中性,放入鼓风烘箱 120℃烘干。将硝酸铬10.0g (25 mmol)加入到100mL水中,加热至50℃然后加入上述氧化铝,充分搅拌2小时后降温至室温,浓缩除去多余的水。得负载了金属铬和铈的氧化铝110℃鼓风烘箱烘干。
将烘干好的催化剂装入316L不锈钢管中,内径为2cm,长20cm,升温至350℃,通入氮气流100mL/min 烧结10小时,再以氮气:氟化氢=10:1 充分活化4小时,得氟化催化剂C。
实施例3:地氟烷的制备
选用催化剂A的填料柱,将原料异氟烷和氟化氢通过连接至气化装置,设置反应装置温度至260℃,当温度稳定后泵入异氟烷和氟化氢,异氟烷的流速为1.0 mL/min,氟化氢的流速为1.0 mL/min,柱压0.2MPa,反应的保留时间为1.8s。稳定后再连续运行30min,计算异氟烷进料13.5g (9.0mL),收集反应液用5%的氢氧化钠水溶液洗涤,除去氟化氢后,再用纯净水洗涤至中性,干燥,得到粗产品地氟烷12.3g,GC显示转化率为91%。
重复上述反应操作,改变不同的反应温度,异氟烷和氟化氢流速,氟化氢的当量数和反应温度,得到原料的转化率,实验结果如下表1所示。
序号 反应温度(℃) 异氟烷流速(mL/min) 氟化氢流速(mL/min) 摩尔比 保留时间(s) 转化率
1 250 0.10 0.20 14.0 14.9 93%
2 260 0.30 0.40 9.4 4.7 88%
3 260 0.35 0.35 7.0 5.2 91%
4 260 0.50 0.50 7.0 3.7 90%
5 260 0.60 0.60 7.0 3.0 88%
6 260 0.80 0.80 7.0 2.4 90%
7 260 1.00 1.00 7.0 1.8 91%
8 240 0.80 0.80 7.0 2.4 87%
9 250 1.00 1.00 7.0 1.8 88%
10 260 1.20 1.20 7.0 1.5 88%
11 260 2.00 2.00 7.0 0.9 89%
上述结果显示,当反应温度为260℃,异氟烷和氟化氢流速在2.00mL/min及以下,异氟烷的转化率都比较高。
实施例4:地氟烷的制备
选用不同的催化剂填料柱,将原料异氟烷和氟化氢通过连接至气化装置,设置反应装置温度至260℃,当温度稳定后泵入异氟烷和氟化氢,异氟烷的流速为1.0 mL/min,氟化氢的流速为1.0 mL/min,柱压0.2MPa,反应的保留时间为1.8s。稳定后再连续运行30min,取样用5%的氢氧化钠水溶液洗涤,除去氟化氢后,再用纯净水洗涤至中性, GC测试转化率为92%。每隔2小时取样检测转化率,运行24小时,计算催化剂性能下降至初始性能90%时(转化低于82.8%)的寿命,为673小时。
重复上述反应操作,选用不同的催化剂,实验结果如下表2所示。
序号 催化剂 异氟烷流速(mL/min) 氟化氢流速(mL/min) 转化率 保留时间(s) 寿命(h)
1 催化剂A 1.00 1.00 92% 1.9 673
2 催化剂A 1.20 1.20 89% 1.5 665
3 催化剂A 2.00 2.00 87% 0.9 650
4 催化剂B 1.00 1.00 86% 1.9 750
5 催化剂B 1.20 1.20 87% 1.5 741
6 催化剂B 2.00 2.00 82% 0.9 733
7 催化剂C 1.00 1.00 57% 1.9 325
8 催化剂C 1.20 1.20 54% 1.5 319
9 催化剂C 2.00 2.00 49% 0.9 314
实施例5:催化剂的再生
将实施例4催化剂填料柱性能降低至初始性能90%时(转化率低于82.8%),停止通入异氟烷和氟化氢,以氮气流100ml/min 置换体系1小时后,通入氧气:氮气=1:10 100ml/min并加热至350度,进行烧炭活化3小时,烧炭结束后,再以氮气:氟化氢=10:1 充分活化4小时,得再生的氟化催化剂填料柱。
选用再生的不同催化剂填料柱,将原料异氟烷和氟化氢通过连接至气化装置,设置反应装置温度至260℃,当温度稳定后泵入异氟烷和氟化氢,异氟烷的流速为1.0 mL/min,氟化氢的流速为1.0 mL/min,柱压0.2MPa,反应的保留时间为1.8s。稳定后再连续运行30min,取样用5%的氢氧化钠水溶液洗涤,除去氟化氢后,再用纯净水洗涤至中性, GC测试转化率为92%。每隔2小时取样检测转化率,运行24小时,计算催化剂性能下降至初始性能90%时(转化低于82.8%)的寿命,为662小时。
重复上述反应操作,选用不同的催化剂,实验结果如下表3所示。
序号 催化剂 异氟烷流速(mL/min) 氟化氢流速(mL/min) 转化率 保留时间(s) 寿命(h)
1 催化剂A 1.00 1.00 92% 1.9 662
2 催化剂A 1.20 1.20 89% 1.5 655
3 催化剂A 2.00 2.00 87% 0.9 640
4 催化剂B 1.00 1.00 86% 1.9 745
5 催化剂B 1.20 1.20 87% 1.5 731
6 催化剂B 2.00 2.00 82% 0.9 721
7 催化剂C 1.00 1.00 57% 1.9 278
8 催化剂C 1.20 1.20 54% 1.5 275
9 催化剂C 2.00 2.00 49% 0.9 214
上述结果显示,催化剂A和催化剂B的活性与使用寿命明显高于催化剂C;即在铬中添加镧或铈后,催化剂的活性要好于单独用铬的催化剂。且在进行活化再生后,其催化性能下降不明显。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是,本发明并不局限于上述特定实施方式,本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改,这并不影响本发明的实质内容,均应包括在本发明的范围内。

Claims (6)

1.一种用于连续制备地氟烷的催化剂的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
A,将氧化铝用水加热回流,然后洗涤烘干待用;
B,将步骤A中的氧化铝加入含有铬盐和稀土盐的水溶液中进行吸附,然后洗涤烘干;
C,将步骤B中的氧化铝装入填料柱中高温转化;
D,在一定温度下,在将步骤C的填料柱中通入氟化氢反应活化。
2.如权利要求1所述方法,其特征在于,步骤A水为去离子水,加热回流时间为1~3小时,烘干温度为100~130℃。
3.如权利要求1所述方法,其特征在于,步骤B中的铬盐包含三氯化铬、硝酸铬,稀土盐包含三氯化镧、三氯化铈、硝酸镧、硝酸铈。
4.如权利要求1所述方法,其特征在于,步骤B中的铬盐与稀土盐的摩尔比为20:1~10:1。
5.如权利要求1所述方法,其特征在于,步骤C中填料柱中转化温度为300~500℃,转化时间大于8小时。
6.如权利要求1所述方法,其特征在于,步骤D中填料柱中活化温度为150~250℃,活化时间为1~3小时。
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