一种催化还原间硝基苯乙酮制备间氨基苯乙酮的方法

摘要

本发明提供了一种催化还原间硝基苯乙酮制备间氨基苯乙酮的方法，该方法以氢气为还原剂，以铋化合物负载的Pt为催化剂，间歇式一步反应将间硝基苯乙酮高选择性还原成间氨基苯乙酮。该方法反应温度为30-120℃，反应时间为1-20小时，氢气分压0.05-2.0MPa。所用催化体系能够高效催化加氢间硝基苯乙酮，间氨基苯乙酮收率高；氢气为还原剂，副产物主要为水，绿色环保；反应条件温和，加氢过程对设备要求低、操作简单；产物分离提纯简单、催化剂套用次数高。

说明书

技术领域

本发明涉及到一种精细化学品的催化合成方法，具体的说是一种以氢气为还原剂，以铋化合物负载的铂为催化剂，通过间歇式液相催化选择加氢反应将间硝基苯乙酮高选择性还原成间氨基苯乙酮。

背景技术

间氨基苯乙酮是重要的医药及有机中间体，其下游产品具有重要用途。例如间羟基苯乙酮是合成拟肾上腺素药物的中间体，间氯苯乙酮可用于合成支气管扩张新特药、抗癜癞等药物，3-乙酰胺基苯乙酮则是合成镇静催眠药茚地普隆的中间体。

间硝基苯乙酮相对廉价易得，通过选择还原可以制备间氨基苯乙酮。传统的铁粉还原法历史悠久，工艺简单，技术成熟，但生产过程产生大量难以处理的含有芳胺的铁泥和废水，环境污染严重(中国专利CN102249884B，CN104402695A)。以氢气为还原剂，通过催化选择还原间硝基苯乙酮制备间氨基苯乙酮的方法产品收率高、纯度高且污染小、产物分离简单，与传统的铁粉还原法相比，具有明显技术和成本优势。但是间硝基苯乙酮结构中硝基官能团、苯环、羰基在加氢过程均可能被还原，产物的选择性控制难度高。例如常用的钯碳催化剂能够实现间硝基苯乙酮中硝基官能团的加氢还原，但是即使在室温条件下羰基也会同时发生部分加氢，得到3-氨基苯乙醇等副产物，进而增加了产品分离提纯的成本。实现间硝基苯乙酮高效加氢制备间氨基苯乙酮的关键在于开发出具有高活性和高选择性的催化体系。本发明提供一种通过间歇式液相催化加氢反应将间硝基苯乙酮高选择性还原成间氨基苯乙酮的方法，具有重要的应用价值。

发明内容

本发明的目的在于提供一种间硝基苯乙酮高效加氢制备间氨基苯乙酮的方法，这种方法以氢气为还原剂、间氨基苯乙酮收率高，反应条件温和，催化剂循环利用次数高，产品分离简单，整个反应过程三废少，成本低。

本发明的技术方案：一种催化还原间硝基苯乙酮制备间氨基苯乙酮的方法，提供一种以氢气为还原剂，以铋化合物负载的铂为催化剂，通过间歇式液相催化加氢反应将间硝基苯乙酮高选择性还原成间氨基苯乙酮的方法；具体步骤如下：

向间歇式反应釜中投加间硝基苯乙酮和催化剂，催化剂与间硝基苯乙酮的质量比为0.02-0.2；再加入溶剂，溶剂的用量为间硝基苯乙酮的50-2000wt％；然后，先用氮气置换间歇式反应釜内空气，再用氢气置换氮气，最后充入氢气至氢气分压为0.01-1.0MPa，若继续提高氢气压力虽然有利于反应速率的提高，但是易造成苯环和羰基的加氢，导致副产物(如3-氨基苯乙醇)的大幅增多，同时对设备和生产安全的要求也大幅提高；搅拌过程中升温至反应温度，反应温度为30-120℃，反应时间为1-20小时；反应过程中氢气消耗，压力下降，补充氢气至氢气分压为0.01-1.0MPa，当氢气不再消耗，间硝基苯乙酮完全转化为间氨基苯乙酮；反应结束后，采用离心法将催化剂和反应液分离，反应液收集后，蒸掉溶剂剩余产品即为间氨基苯乙酮；原料间硝基苯乙酮转化率大于99％，间氨基苯乙酮选择性大于99％。即使再延长加氢反应时间，间氨基苯乙酮中的羰基也不会进一步发生加氢反应。因此，本方法中的加氢反应操作和控制非常简单。分离回收的催化剂重新投入反应器，加入溶剂和原料后进行加氢反应，按照此方法可重复使用20次以上。

所述的催化剂包括活性组分和载体，活性组分为Pt，载体为Bi₂O₃、Bi₂O₅、(BiO)₂CO₃中的一种或两种以上混合；活性组分与载体的质量比为0.001-0.05。

催化剂的制备方法采用沉积沉淀法，典型制备过程为：取H₂PtCl₆溶液，用NaOH调节pH至12，记为A液。取2g的Bi₂O₃分散于去离子水中，记为B液。将A液缓慢滴加至B液中，并持续搅拌18h。然后，过滤、洗涤至pH＝7。最后，干燥、200℃焙烧。所得催化剂在使用前需用H₂在200℃条件下还原2h。

反应体系所用溶剂为甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、仲丁醇、异丁醇、叔丁醇中的一种或二种以上混合，反应体系中溶剂的用量为间硝基苯乙酮的50-2000wt％。溶剂增多，反应速率下降，同时造成成本升高；溶剂减少，间硝基苯乙酮和目标产物间氨基苯乙酮不能完全溶解，同样不利于加氢反应的进行。

本发明的有益效果：所用催化体系能够高效催化加氢间硝基苯乙酮，间氨基苯乙酮收率高；氢气为还原剂，副产物主要为水，绿色环保；反应条件温和，加氢过程对设备要求低、操作简单；产物分离提纯简单、催化剂套用次数高。

附图说明

图1是本发明的原料间硝基苯乙酮色谱图(色谱信号出现在13.2min)。

图2是本发明在商品化钯碳催化剂上加氢反应液色谱图(12.3min是过度加氢产物3-氨基苯乙醇信号，12.8min是目标产物3-氨基苯乙酮信号)。

图3是本发明使用本专利提供的方法加氢反应液色谱图(12.8min是目标产物3-氨基苯乙酮信号)。

具体实施方式

以下结合附图和技术方案，进一步说明本发明的具体实施方式。

实施例1

将2.0g间硝基苯乙酮，0.2gPt/Bi₂O₃(Pt含量为0.2wt％),10mL无水甲醇加入50mL间歇式反应釜中，先后用氮气和氢气置换反应釜内气体3-5次，充入氢气至压力1.0MPa，不断搅拌下升温至70℃，搅拌速度为600-800转/分钟。如果总压力下降至0.5MPa以下，则补充氢气至初始压力。4h后总压力不再变化，停止搅拌，冷却到室温。对反应后混合物离心，底部为黄色催化剂，上清液为绿色(如果间硝基苯乙酮转化不完全，则上清液为黄绿色,副产物有硝基部分加氢产物亚硝基化合物)。取少量上清液采用气相色谱分析，间硝基苯乙酮转化率大于99.9％，间氨基苯乙酮选择性大于99.9％(图3)。通过旋转蒸发去掉滤液中甲醇后得产物间氨基苯乙酮，分离收率99％。

使用商品化的钯碳催化剂(1wt％，Sigma-Aldrich)时，相同反应条件下(催化剂原料比例、反应温度、反应时间、氢气压力、溶剂用量、搅拌速度)则有大量的副产物间氨基苯乙醇产生(图2)。

实施例2

将2.0g间硝基苯乙酮，0.2gPt/Bi₂O₅(Pt含量为0.2wt％),10mL无水乙醇加入50mL间歇式反应釜中，先后用氮气和氢气置换反应釜内气体3-5次，充入氢气至压力0.1MPa，不断搅拌下升温至40℃，搅拌速度为600-800转/分钟。如果总压力下降则补充氢气至初始压力。10h后总压力不再变化，停止搅拌，冷却到室温。取少量上清液采用气相色谱分析，间硝基苯乙酮转化率大于99.9％，间氨基苯乙酮选择性大于99.9％。通过旋转蒸发去掉滤液中甲醇后得产物间氨基苯乙酮，分离收率98％。

实施例3

将实施例1中回收的催化剂,10mL无水甲醇加入50mL间歇式反应釜中，补加2.0g间硝基苯乙酮，先后用氮气和氢气置换反应釜内气体3-5次，充入氢气至压力1.0MPa，不断搅拌下升温至70℃，搅拌速度为600-800转/分钟。如果总压力下降则补充氢气至初始压力。一定时间后(见表1)总压力不再变化，停止搅拌，冷却到室温。取少量上清液采用气相色谱分析，间硝基苯乙酮转化率大于99.9％，间氨基苯乙酮选择性大于99.9％。按照上述方法，循环套用催化剂，具体结果见下表：

从表中可以看到，催化剂经过20次重复使用，仍有较高催化活性，说明该催化剂具有良好的稳定性。

实施例4

将2.0g间硝基苯乙酮，0.3gPt/Bi₂O₃(Pt含量为0.5wt％),5mL异丙醇加入50mL间歇式反应釜中，先后用氮气和氢气置换反应釜内气体3-5次，充入氢气至压力0.5MPa，不断搅拌下升温至100℃。如果总压力下降则补充氢气至初始压力。1h后总压力不再变化，停止搅拌，冷却到室温。取少量上清液采用气相色谱分析，间硝基苯乙酮转化率大于99.9％，间氨基苯乙酮选择性99.4％。

实施例5

将2.0g间硝基苯乙酮，0.2g(BiO)₂CO₃(Pt含量为0.2wt％),20mL仲丁醇加入50mL间歇式反应釜中，先后用氮气和氢气置换反应釜内气体3-5次，充入氢气至压力1.0MPa，室温下搅拌。如果总压力下降则补充氢气至初始压力。10h后总压力不再变化，停止搅拌，冷却到室温。取少量上清液采用气相色谱分析，间硝基苯乙酮转化率大于99.9％，间氨基苯乙酮选择性为99.8％。

实施例6

将20g间硝基苯乙酮，1.0g(BiO)₂CO₃(Pt含量为0.5wt％),100mL异丁醇加入500mL间歇式反应釜中，先后用氮气和氢气置换反应釜内气体3-5次，充入氢气至压力0.5MPa，不断搅拌下升温至100℃，其中机械搅拌速度为600-800转/分钟。如果总压力下降则补充氢气至初始压力。10h后总压力不再变化，停止搅拌，冷却到室温。取少量上清液采用气相色谱分析，间硝基苯乙酮转化率大于99.9％，间氨基苯乙酮选择性为99.6％。

实施例7

将400g间硝基苯乙酮，5.0gPt/Bi₂O₃(Pt含量为1.0wt％),1000mL叔丁醇加入50mL间歇式反应釜中，先后用氮气和氢气置换反应釜内气体3-5次，充入氢气至压力1.0MPa，不断搅拌下升温至120℃，其中机械搅拌速度约为1000转/分钟。如果总压力下降则补充氢气至初始压力。20h后总压力不再变化，停止搅拌，冷却到室温。取少量上清液采用气相色谱分析，间硝基苯乙酮转化率大于99.9％，间氨基苯乙酮选择性为99.8％。

实施例8

将200g间硝基苯乙酮，10.0gPt/Bi₂O₅(Pt含量为0.5wt％),1000mL正丁醇加入50mL间歇式反应釜中，先后用氮气和氢气置换反应釜内气体3-5次，充入氢气至压力1.0MPa，不断搅拌下升温至80℃，其中机械搅拌速度约为1000转/分钟。如果总压力下降则补充氢气至初始压力。20h后总压力不再变化，停止搅拌，冷却到室温。取少量上清液采用气相色谱分析，间硝基苯乙酮转化率大于99.0％，间氨基苯乙酮选择性为99.5％。

对于熟悉本发明技术领域的技术人员在本发明报道的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围不仅限于以上实施例，应该以权利要求的保护范围为准。