本发明涉及精细化工领域，特别涉及一种十三吗啉的合成工艺。
背景技术：
十三吗啉(克啉菌)，化学名称为2，6-二甲基-4-十三烷基吗啉，也称为n-十三烷基-2，6-二甲基吗啉。1965年由巴斯夫开发，并于1969年上市的第二个吗啉杀菌剂。十三吗啉作用机理和特点主要是抑制病菌的麦角甾醇生物合成，属于低毒、高效、内吸性杀菌剂，杀菌谱广(卵菌外)；对担子菌、子囊菌和半知菌引起的多种植物病害有效。可有效防治小麦和大麦白粉病、叶锈病和条锈病，黄瓜、马铃薯、豌豆白粉病，橡胶树白粉病，香蕉叶斑病。
十三吗啉可以通过植物的根、茎、叶吸收进入植物体内，并在木质部向上移动，但在韧皮部只有轻微程度的转移，因此，在十三吗啉施药后仅略受气候因子影响，能够保持较长的持效期。
十三吗啉作为杀菌剂一般可采用的剂型为ec、wp、sc。其中，单剂如75％十三吗啉乳油；混剂如十三吗啉+多菌灵+代森锰、十三吗啉+三唑醇、十三吗啉+丙环唑等。
十三吗啉在我国登记产品并不多。截至2015年10月8日，共有19个产品登记。
十三吗啉一般是由n，n-双(β-羟丙基)十三胺在硫酸存在下，于160℃脱水环合制得。但该方法原料昂贵，不易获得，选择性和产率均不理想，而且产生大量废酸，难以处理。
目前，对十三吗啉的工业合成方法的报道较少，主要制备方法包括二种，一种是利用二氯二异丙醚和和c11～c13脂肪胺为原料，在液碱和水的存在下，搅拌下于95℃反应，继续升温至110℃反应，直至反应结束，对油相进行蒸馏，截取塔顶温度为160～200℃馏分，得十三吗啉。但该方法中，水相产生大量三废污染物，难以处理，蒸馏时还要先回收未反应的醚和胺，此外产物宽馏程也含有多种副产物，目标产物以胺计的收率80％左右，含量仅为95％左右。
另一种制备方法中，将十三醇与氯化亚砜反应，dmf作为相转移催化剂，反应生成的氯化氢及二氧化硫用液碱进行中和吸收，生产的氯代十三烷去精馏，得到含量约99％的氯代十三烷成品；氯代十三烷在富酸剂碳酸钠的作用下，与2，6-二甲基吗啉反应生成n-十三烷基-2，6-二甲基吗啉，反应液经碱洗，分层，上次油相经蒸馏得到n-十三烷基-2，6-二甲基吗啉成品(简称十三吗啉)。此反应过程副产多，产生大量固废，包括亚硫酸钠、氯化钠等。
因此，有必要研发一种可用于工业化生产的十三吗啉的新合成工艺，以简化工艺条件、降低污染物排放以及提高产品收率。
技术实现要素：
为了解决上述问题，本发明人进行了锐意研究，采用十三醇与2，6-二甲基吗啉直接进行反应，以高选择性和高产率获得纯度大于99％的十三吗啉，同时大大降低了三废的产生，从而完成本发明。
因此，本发明的目的在于提供一种十三吗啉的合成工艺，包括以下步骤：
步骤1，向反应釜中加入十三醇，任选加入溶剂；
步骤2，加入催化剂，任选在搅拌下进行混合，通入氢气，反应釜升温；
步骤3，釜温升至200℃以上时，加入2，6-二甲基吗啉，维持反应釜在一定压力和一定温度下进行反应，直至反应结束；
步骤4，经后处理，得到十三吗啉成品。
以下对本发明进行具体描述和说明。
本发明提供一种十三醇的合成工艺，包括以下步骤：
步骤1，向反应釜中加入十三醇，任选加入溶剂。
本发明中，十三醇作为反应原料，可以以固体或液体直接加入反应釜中，也可以与溶剂一起加入。
本发明使用的溶剂原则上可以是不参与反应的有机溶剂或无机溶剂，优选使用非水溶剂，因为主反应得到十三吗啉的同时，还有水生成，使用非水溶剂不会阻碍反应的正向进行。
本发明优选使用有机溶剂，例如与水不混溶的有机溶剂，优选烃类溶剂，更优选烷烃，尤其是长链烷烃，最优选十三烷。
这些溶剂除了为反应提供液体环境，还有利于反应过程中生成的水从反应釜塔顶采出。这是如下实现的：反应过程中，由于反应釜内温度较高，未反应的2，6-二甲基吗啉与反应生成的水、有机溶剂(如十三烷)会一起沸腾，经塔顶冷凝器冷凝成为液体，由于水与有机溶剂如十三烷相互不溶解，从而出现分层，下层为水层，其中可含部分2，6-二甲基吗啉，从而排出系统)，进而促进反应正向进行。
根据本发明，基于50重量份的十三醇，溶剂的用量为40至50重量份，优选为43至47重量份。
步骤2，加入催化剂，任选在搅拌下进行混合，通入氢气，反应釜升温。
本发明使用的催化剂在氢气气氛下，可以催化十三醇与2，6-二甲基吗啉反应，例如可以使用镍基、铜基、钯基、锌基和/或铝基的催化剂，可以使用其中一种催化剂，也可以使用多种催化剂组成的混合催化剂。
根据本发明，这些催化剂可以是基于金属、金属氧化物或氢氧化物、无机金属盐或金属有机化合物的催化剂，其中，无机金属盐例如基于镍、铜、钯、锌或铝的盐酸盐、硫酸盐或硝酸盐的无机金属盐，金属有机化合物例如基于镍、铜、钯、锌或铝的羧酸盐、烷基磺酸盐、苯基磺酸盐的有机金属盐，或者使用有机金属化合物，例如烷基金属化合物，非限定地可以列举烷基镍、烷基铜、烷基锌、烷基铝化合物，例如单烷基铜(或其与锂形成的烷基铜锂，例如r2culi，r为c1-c12烷基，例如乙基溴化镁与碘化亚铜和溴化锂的四氢呋喃溶液制得的乙基烷基铜锂)，双核甲基镍，甲基磺酸镍，甲基锌或二甲基锌，三甲基铝等。
根据本发明，优选使用由以上二种或更多种催化剂组成的混合催化剂，例如使用镍基和铜基混合催化剂，镍基、铜基和锌基混合催化剂，镍基、铜基、锌基和铝基混合催化剂，或者镍基、铜基、钯基、锌基和铝基混合催化剂。生产实践表明，多种催化剂组成的混合催化剂在催化效率和选择性上较单独使用的一种催化剂(例如镍基、铜基、钯基、锌基或铝基催化剂中的一种)均有提高。
根据本发明，以上催化剂可以单独使用，也可以负载在载体上形成负载型催化剂，在此情况下，金属基催化活性组分担载在载体表面上，载体主要用于支持这些活性组分，使催化剂具有一定形状、尺寸和机械强度，以符合工业反应器的操作要求；载体可使活性组分分散在载体表面上，获得较高的比表面积，提高单位质量活性组分的催化效率。可用于本发明的载体非限定地包括氧化铝、硅胶、活性炭、分子筛、沸石及某些天然产物，如硅藻土、蛭石、高岭土、膨润土、硅灰石和海泡石等。
根据本发明，基于50重量份的十三醇，催化剂的用量为0.5至5重量份，优选为0.75至2重量份，更优选为0.8至1.25重量份。
在反应釜中，催化剂与十三醇和任选的溶剂混合，任选进行搅拌，在此过程中通入氢气，并对反应釜进行升温。
本发明人发现，在升温过程中，以固体加入的十三醇逐渐液化，并与负载型催化剂相互混合、充分接触，原来“惰性”的底物原料逐渐活化；随着温度进一步升高，十三醇与任选的溶剂甚至发生汽化，与催化剂反复混合、接触，均匀分布，活化更充分。
不受任何理论的束缚，以上升温活化导致的变化可以解释为，作为惰性底物的十三醇，在与催化剂接触并且温度升高的情况下，一定程度上变成“活性”底物，从而在氢气气氛下，更容易发生随后的反应，可以形象地称之为“借氢”反应，即反应过程在氢气存在下进行，但原则上不消耗氢气。
进一步地，“借氢”反应是利用金属催化剂从相对惰性的有机分子中脱氢形成金属氢化物，同时使有机分子活化，并参与后续反应，之后金属氢化物再还原反应过程中生成的中间体，从而生成新的偶联产物。通过借氢反应可以扩展活性较低的有机化合物的反应类型。同时借氢反应一般具有非常高的原子经济性，是一种绿色的化学反应类型。例如，醇类物质是一类广泛存在的基本化工原料，但醇类化合物在有机反应中的活性相对比较低。将醇脱氢氧化成醛能扩展其反应性。使用金属催化剂将醇脱氢生成高活性的醛，然后醛参与后续反应生成一个不饱和中间体，最后催化剂利用脱除的氢将该中间体还原而得到一个新的产物，以上反应过程即醇参与的借氢反应。该反应不仅扩展了醇的反应类型，同时也具有较高的原子经济性。醇参与的借氢反应可以分为醇和胺之间的借氢反应，以及醇和各种碳亲核试剂之间的借氢反应。
根据本发明，在反应釜温度不达到200℃，甚至不达到220℃以前，并不加入另一原料，即2，6-二甲基吗啉，其原因在于，在温度不够，十三醇活化不足以发生反应的情况下，过早加入的2，6-二甲基吗啉，容易与催化剂的金属发生络合，特别是铜、镍等金属与2，6-二甲基吗啉上的氮、氧等相互作用，引起催化剂失活。
步骤3，釜温升至200℃以上时，加入2，6-二甲基吗啉，维持反应釜在一定压力和一定温度下进行反应，直至反应结束。
根据本发明，当反应釜温度达到200℃，优选达到220℃，甚至达到225℃以上时，开始加入2，6-二甲基吗啉。
本发明中，需要控制2，6-二甲基吗啉的加入速度和加入量，以避免体系的胺度过大，胺度过大则容易使催化剂中金属如铜、镍、钯、锌或铝等与吗啉相互作用，甚至络合而造成金属基自载体上脱落，降低催化剂的活性，甚至引起催化剂失活。
根据本发明，2，6-二甲基吗啉的加入方式为滴加，其加入量为25至49重量份，优选为30至45重量份，更优选为35至42重量份，基于50重量份的十三醇计。
根据本发明，当温度达到225℃后，随着2，6-二甲基吗啉的加入，反应开始不断进行，反应式如下式1所示：
本发明中，控制温度不超过250℃，优选不超过245℃，并维持反应容器中的压力为0.1mpa～0.8mpa，优选0.15mpa～0.6mpa，更优选0.2mpa～0.4mpa。
根据本发明，在反应过程中持续滴加2，6-二甲基吗啉，并且连续或间断地将反应过程中生产的水经反应容器的顶部采出，任选水与溶剂一起采出，从而促进反应的正向进行。
根据本发明优选的实施方式，反应过程中连续或间断地将未来得及反应的2，6-二甲基吗啉经塔顶采出。
根据本发明，在反应过程中收集的水和/或2，6-二甲基吗啉，优选将其混合在一起，更优选一起将其从反应器顶部采出，并加入碱性物质(例如片碱)进行脱水，上层获得2，6-二甲基吗啉相，并经精馏塔回收2，6-二甲基吗啉，返回步骤3或者进行套用。
步骤4，经后处理，得到十三吗啉成品。
根据本发明，当2，6-二甲基吗啉滴加完毕后，可以视为反应结束，也可以经检测确定，当反应产物不再增加时，即为反应完成。
反应结束后，对反应液进行后处理，包括以下操作：
一、将温度降低，直至降至225℃以下，优选将温度降至220℃以下，特别是降温至200℃以下。通过温度降低，一方面结束反应，另一方面进行自然沉降，以便后续分离和进一步纯化。
二、沉降后反应体系分为上下两层，从下层回收催化剂，任选返回步骤2中，或者留置进行下批套用。根据本发明，在催化剂循环后套用之前，进行催化剂再生处理。
三、对上层清液进行过滤，然后精馏，优选进行负压精馏，主馏分即为本发明目标产物十三吗啉，单程精馏收率为70％以上。
根据本发明，在获得主馏分之前，先回收轻馏分以及前馏分，其中，通过回收轻馏分获得未反应的十三醇，并任选将其返回步骤1循环使用，或者留置进行下批套用；通过回收前馏分获得十三醇及十三吗啉的混合物，并任选将其返回精馏步骤，或者留置套用于下批精馏。
通过上述反应步骤和后处理操作，在大大降低三废产生的情况下以高选择性和高产率获得十三吗啉，其纯度(gc)≥99％，甚至≥99.2％，为无色至淡黄色油状液体，单个杂质(gc)≤0.3％，总杂质(gc)≤0.6％。
本发明的有益效果主要体现在以下几个方面：
(1)、十三醇与2，6-二甲基吗啉直接进行反应，反应历程简单，避免副反应或中间阶段或中间产物，简化了工业化生产对设备和工艺的要求。
(2)、避免使用强酸强碱性物质，降低了对设备的腐蚀强度，反应条件温和，降低了能源消耗。
(3)、能够实现原料、反应试剂和催化剂的回收套用，避免苛性试剂的使用和排放，降低了制造成本并减少了三废产生。
(4)、获得纯度大于99％(甚至99.2％)的高品质十三吗啉产品。
(5)、本发明从根本上改变了杀菌剂原料或中间体合成工艺复杂、产率低、纯度差的现状，解决了其面临的品质不高难题，本发明方法还具有简便、易于控制和工业化生产的特点。
附图说明
图1为实施例1反应过程中反应样的gc图。
图2为实施例1反应获得的成品的gc图。
图3为实施例2反应过程中反应样的gc图。
图4为实施例2反应获得的成品的gc图。
具体实施方式
以下以十三吗啉的合成工艺为例，通过具体实例进一步描述本发明。不过这些实例仅仅是范例性的，并不对本发明的保护范围构成任何限制。
实施例1
将500g十三醇、500g十三烷加入到反应釜中；
向反应釜中加入10g催化剂(由甲基铜、双核甲基镍、二甲基锌和三甲基铝按重量比1:1:1:1混合而成)，搅拌下进行混合，以每分钟0.1l的速度通入氢气，将反应釜升温，约2小时升至230℃；
待反应釜温度升至230℃时，开始缓慢滴加400g2，6-二甲基吗啉，维持反应釜中压力为0.3mpa，温度为230-240℃，直至反应结束，在反应过程中连续或间断地将水和未反应的2，6-二甲基吗啉从塔顶采出；反应过程中对反应样进行gc检测，如图1所示，在1.716、1.838、1.891、2.014、2.273、2.357、2.447、2.530、4.563、9.237、13.301、13.379的保留时间(min.)处出现峰位，其中1.716、4.563、9.237分别对应2，6-二甲基吗啉(8.299％)、十三烷+十三醇(53.864％)、十三吗啉(37.473％)。
待2，6-二甲基吗啉滴加完毕，降温至200℃，进行沉降；下层催化剂回收套用，上层液体进行过滤，精馏提纯(绝对压力100-150pa)，以75％的单程精馏收率得到十三吗啉成品，为无色油状液体。
经检测，其lc-ms分析分子量为297.6，经1h-nmr检测确认为2，6-二甲基-4-十三烷基吗啉，其gc含量(纯度)为99.200％，如图2的成品gc图谱所示，在1.943、2.009、3.205、8.790、10.696、14.089的保留时间(min.)处出现峰位，其中10.696对应为十三吗啉(99.200％)。
实施例2
将500g十三醇、400g十三烷加入到反应釜中；
向反应釜中加入9g实施例1所用的新鲜催化剂以及2g由实施例1回收的催化剂，搅拌下进行混合，通入氢气，将反应釜升温；
待反应釜温度升至225℃时，开始缓慢滴加400g2，6-二甲基吗啉以及50g由实施例1回收并精馏提纯的2，6-二甲基吗啉，维持反应釜中压力为0.35mpa，温度为230-245℃，直至反应结束；反应过程中对反应样进行gc检测，如图3所示，在1.717、1.840、1.891、2.013、2.061、2.343、2.444、2.576、2.767、4.545、6.983、7.147、7.261、9.238、13.272的保留时间(min.)处出现峰位，其中1.717、4.545、9.238分别对应2，6-二甲基吗啉(7.414％)、十三烷+十三醇(45.986％)、十三吗啉(45.947％)。
待2，6-二甲基吗啉滴加完毕，降温至210℃，进行沉降；下层催化剂回收套用，上层液体进行过滤，精馏提纯，以73％的单程精馏收率得到十三吗啉成品，为淡黄色油状液体。
经检测，其lc-ms分析分子量为297.5，经1h-nmr检测确认为2，6-二甲基-4-十三烷基吗啉，其gc含量(纯度)为99.414％，如图4的成品gc图谱所示，在1.947、2.013、2.226、3.026、3.319、5.667、6.033、7.051、7.400、8.791和10.699的保留时间(min.)处出现峰位，其中10.699对应为十三吗啉(99.414％)。
应该理解，虽然本发明结合实例进行了详细的说明，但上述说明旨在举例说明，而不以任何方式限制其发明内容。对本领域技术人来说，基于本文的说明可以最大程度地利用本发明，并可在没有脱离本发明的权利要求范围或精神内进行多种修改或修饰。本申请所引用的各个参考文献，在此全文引入作为参考。