一种制备间苯二胺的方法与流程

本发明涉及工业生产间苯二胺的方法，尤其是涉及一种制备间苯二胺的方法。

背景技术：

间苯二胺是一种重要的有机合成原料，主要用作染料中间体、环氧树脂的固化剂、水泥的促凝剂、石油添加剂及制造医药的原料，用途非常广阔。

目前工业上主要采用混酸硝化苯制备间二硝基苯，然后还原得到间苯二胺，在该工艺路线中，主要有两个温度过程，35℃时产生一硝基苯，然后升温至90℃左右生产二硝基苯，同时释放大量热量，温度很难控制，容易导致温度失控现象，二硝基苯极易爆炸，如果发生温度失控现象，会发生爆炸事故，该工艺多次发生过极具破坏性的爆炸。同时该工艺会产生大量的废酸(生产一吨二硝基苯产生约十吨左右的废酸)。目前许多研究者研究的重点依然是局限于苯硝化工艺，采用固体酸催化来避免大量废酸的产生，但是收率很低，效果不好。还有采用微通道反应器来硝化苯避免温度失控而发生爆炸的危险，收率不高且只能小规模实验，不能大规模生产。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种制备间苯二胺的方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种制备间苯二胺的方法，包括以下步骤：

(1)以间二甲苯为起始原料，制备间苯二甲酰胺；

(2)间苯二甲酰胺在碱性溶剂中与次卤酸盐或卤素反应，制备得到所述的间苯二胺。

作为本发明的一种实施方式，步骤(1)中，包括以下步骤：

(1-1)以间二甲苯为起始原料，经过氨氧化制备间苯二甲腈；

(1-2)将间苯二甲腈水解制备间苯二甲酰胺。

优选地，步骤(1-1)中，在催化剂、空气和氨气存在下，加热进行反应。

优选地，步骤(1-1)中，所述的催化剂为v/cr催化剂。

优选地，步骤(1-1)中，所述的空气：氨：间二甲苯的摩尔比之比为7:6:1。

优选地，加热的温度为350～450℃。

优选地，步骤(1-2)中，间苯二甲腈溶解在醇类溶剂中，加入碱性水溶液，升温回流进行反应，然后蒸干溶剂，重结晶，得到间苯二甲酰胺。

优选地，步骤(1-2)中，所述的醇类溶剂包括甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇或乙二醇。

优选地，步骤(1-2)中，所述的碱性水溶液包括碳酸钠水溶液、碳酸钾水溶液、氢氧化钠水溶液、氢氧化钾水溶液或氨水。

作为本发明的另一种实施方式，步骤(1)中，包括以下步骤：

(1-a)以间二甲苯为起始原料，经过氧化制备间苯二甲酸；

(1-b)间苯二甲酸在酸催化下与醇酯化得到间苯二甲酸酯；

(1-c)间苯二甲酸酯溶解在醇类试剂中，通入氨气，制得间苯二甲酰胺。

优选地，步骤(1-b)中，将间苯二甲酸加入到醇中，加入酸性催化剂，升温回流进行酯化，不断去除生产的水，当不再产生水时，酯化结束，蒸除剩下的醇类溶剂，加水，打浆冷却过滤，烘干得到间苯二甲酸酯。

优选地，步骤(1-b)中，(1-b-i)所述的醇类溶剂包括甲醇、乙醇或异丙醇。

优选地，步骤(1-b)中，所述的酸性催化剂包括浓硫酸、对甲基苯磺酸或酸性离子交换树脂。

优选地，步骤(1-c)中，将间苯二甲酸酯溶解在醇类试剂中，慢慢通入氨气，升温反应，然后降温到较低的温度，过滤，洗涤，制得间苯二甲酰胺。

优选地，步骤(1-c)中，醇类试剂包括甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇或乙二醇。

优选地，步骤(1-c)中，间苯二甲酸酯与氨气的摩尔比为1：2～50。

优选地，步骤(1-c)中，通入氨气后升温至30～100℃，并反应至间苯二甲酸酯全部消失。

优选地，步骤(1-c)中，反应后降温至室温。

作为本发明的一种实施方式，步骤(2)中，间苯二甲酰胺在0～35℃下，加到碱性溶液中，在此温度下加入次卤酸盐或滴加卤素，升温至35～100℃，然后降温，中和，过滤，得到间苯二胺。

优选地，步骤(2)中，间苯二甲酰胺在2～15℃下，加到碱性溶液中，在此温度下加入次卤酸盐或滴加卤素，然后升温至35℃，保温30分钟后，再升温至75℃，然后降温，中和，过滤，得到间苯二胺。

优选地，碱性溶液包括naoh溶液、koh溶液或ca(oh)2溶液；次卤酸盐包括次氯酸钠、次氯酸钾、次氯酸钙、次溴酸钠、次溴酸钾或次溴酸钙；卤素包括氯气或溴素。

本发明制备间苯二胺的方法提供了两种以间二甲苯为起始原料的工艺路径来制备间苯二胺。

路线一：以间二甲苯为起始原料经过氨氧化制备间苯二甲腈，水解制备间苯二甲酰胺，然后在碱性溶剂中与次卤酸盐或卤素反应的方法来制备间苯二胺。

路线二：以间二甲苯为起始原料经过氧化制备间苯二甲酸，在酸催化下与醇酯化制备间苯二甲酸酯，然后在醇类溶剂中通入氨气，得到间苯二甲酰胺，然后在碱性溶剂中与次卤酸盐或卤素反应来制备间苯二胺。

反应过程如下所示：

其中化合物1为间二甲苯，化合物2为间苯二甲腈，化合物3为间苯二甲酰胺，化合物4为间苯二甲酸，化合物5为间二苯甲酸甲酯，目标产物为间苯二胺。

本发明以间二甲苯为起始原料的两条新工艺路线制备目标产品：第一条路线以间二甲苯、氨气和空气为原料，采用固定床反应器，氨氧化制备间苯二甲腈，该步工艺收率高，收率达95％以上，过量氨气做载体回收套用，不会产生三废。然后间苯二甲腈在碱性条件下水解制得间苯二甲酰胺，收率达95％以上，全部溶剂回收套用，不产生三废。最后间苯二甲酰胺在碱性条件下，采用在碱性溶剂中与次卤酸盐或卤素反应反应，高收率(90％以上)地生产目标产品，该步工艺产生的含盐废水与氯碱厂配套，可以循环生产次氯酸盐和液碱，次氯酸盐和液碱重新利用做降解用，做到零排放的循环工艺，清洁生产。第二条工艺路线，以间二甲苯为原料，氧化得到间苯二甲酸，收率达99％以上。间苯二甲酸在酸催化下酯化反应达100％，然后氨解制备间苯二甲酰胺收率达90％以上，然后采用第一条工艺路线的最后一步工艺条件将间苯二甲酰胺经在碱性溶剂中与次卤酸盐或卤素反应成功制备目标产品。这两条工艺路线成功都规避了目前的工艺中出现的易爆炸物质间二硝基苯的产生，避免了目前的危险工艺，同时也避免了目前工艺产生大量的难处理的废酸。整个过程的三废可以做到低排放，甚至达到零排放。

与现有技术相比，本发明制备间苯二胺的方法完全避开了混酸硝化工艺，不会产生废酸，也不会出现强爆炸性化合物二硝基苯，安全清洁高效。

附图说明

图1为实施例1制备间苯二甲腈的装置示意图。

图中，1为微量泵，2为氨气源，3为空气压缩机，4为空气流量计，5为氨气流量计，6为空气缓冲罐，7为氨气缓冲罐，8为空气预热器，9为氨气预热器，10为固定床反应器，11为冷凝器，12为接收罐，13为酸液罐。

具体实施方式

制备间苯二胺包括以下两条工艺路线。

路线一：

(1)以间二甲苯为起始原料，制备间苯二甲酰胺：

(1-1)以间二甲苯为起始原料经过氨氧化制备间苯二甲腈；

(1-2)间苯二甲腈水解制备间苯二甲酰胺；

(2)间苯二甲酰胺在碱性溶剂中与次卤酸盐或卤素反应的方法来制备间苯二胺。

路线二：

(1)以间二甲苯为起始原料，制备间苯二甲酰胺：

(1-a)以间二甲苯为起始原料，经过氧化制备间苯二甲酸；

(1-b)间苯二甲酸在酸催化下与醇酯化得到间苯二甲酸酯；

(1-c)间苯二甲酸酯溶解在醇类试剂中，通入氨气，制得间苯二甲酰胺；

(2)间苯二甲酰胺在碱性溶剂中与次卤酸盐或卤素反应的方法来制备间苯二胺。

反应过程如下所示：

其中化合物1为间二甲苯，化合物2为间苯二甲腈，化合物3为间苯二甲酰胺，化合物4为间苯二甲酸，化合物5为间二苯甲酸甲酯，目标产物为间苯二胺。

对于上述路线一：

优选地，步骤(1-1)中，在催化剂、空气和氨气存在下，加热进行反应。

优选地，步骤(1-1)中，所述的催化剂为v/cr催化剂。

优选地，步骤(1-1)中，所述的空气：氨：间二甲苯的摩尔比之比为7:6:1。

优选地，加热的温度为350～450℃。

优选地，步骤(1-2)中，间苯二甲腈溶解在醇类溶剂中，加入碱性水溶液，升温回流进行反应，然后蒸干溶剂，重结晶，得到间苯二甲酰胺。

优选地，步骤(1-2)中，所述的醇类溶剂包括甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇或乙二醇。

优选地，步骤(1-2)中，所述的碱性水溶液包括碳酸钠水溶液、碳酸钾水溶液、氢氧化钠水溶液、氢氧化钾水溶液或氨水。

对于上述路线二：

优选地，步骤(1-b)中，将间苯二甲酸加入到醇中，加入酸性催化剂，升温回流进行酯化，不断去除生产的水，当不再产生水时，酯化结束，蒸除剩下的醇类溶剂，加水，打浆冷却过滤，烘干得到间苯二甲酸酯。

优选地，步骤(1-b)中，(1-b-i)所述的醇类溶剂包括甲醇、乙醇或异丙醇。

优选地，步骤(1-b)中，所述的酸性催化剂包括浓硫酸、对甲基苯磺酸或酸性离子交换树脂。

优选地，步骤(1-c)中，将间苯二甲酸酯溶解在醇类试剂中，慢慢通入氨气，升温反应，然后降温到较低的温度，过滤，洗涤，制得间苯二甲酰胺。

优选地，步骤(1-c)中，醇类试剂包括甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇或乙二醇。

优选地，步骤(1-c)中，间苯二甲酸酯与氨气的摩尔比为1：2～50。

优选地，步骤(1-c)中，通入氨气后升温至30～100℃，并反应至间苯二甲酸酯全部消失。

优选地，步骤(1-c)中，反应后降温至室温。

对于在碱性溶剂中与次卤酸盐或卤素反应来制备间苯二胺：

优选地，步骤(2)中，间苯二甲酰胺在0～35℃下，加到碱性溶液中，在此温度下加入次卤酸盐或滴加卤素，然后升温至35～100℃，然后降温，中和，过滤，得到间苯二胺。

优选地，步骤(2)中，间苯二甲酰胺在2～15℃下，加到碱性溶液中，在此温度下加入次卤酸盐或滴加卤素，升温至35℃，保温30分钟后，再升温至75℃，然后降温，中和，过滤，得到间苯二胺。

优选地，所述的碱性溶液包括naoh溶液、koh溶液或ca(oh)2溶液；次卤酸盐包括次氯酸钠、次氯酸钾、次氯酸钙、次溴酸钠、次溴酸钾或次溴酸钙；卤素包括氯气或溴素。

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例1(路线一)

第一步：间苯二甲腈(化合物2)的制备

采用图1的装置制备间苯二甲腈。图中，1为微量泵，2为氨气源，3为空气压缩机，4为空气流量计，5为氨气流量计，6为空气缓冲罐，7为氨气缓冲罐，8为空气预热器，9为氨气预热器，10为固定床反应器，11为冷凝器，12为接收罐，13为酸液罐。氨气源2、氨气流量计5、氨气缓冲罐7和氨气预热器9依次连接，空气压缩机3、空气流量计4、空气缓冲罐6和空气预热器8依次连接，空气预热器8和空气预热器8的出口与固定床反应器10连接，固定床反应器10与冷凝器11、接收罐12和酸液罐13依次连接，微量泵1用于将间二甲苯泵入氨气预热器9中。具体操作方法：启动空气压缩机3，调节好流量，打开加热开关，设定好各段的温度，等固定床反应器10内部催化剂层预热到设定温度395℃，开始通计量氨气，待固定床反应器10内部催化剂层温度稳定在395℃5分钟后再进间二甲苯，采用空气：氨：间二甲苯＝7：6：1的工艺条件制备间苯二甲腈。间苯二甲腈的收率97％。

实施例2

路线一：第二步：间苯二甲酰胺(化合物3)的制备

间苯二甲腈128g溶解在600ml甲醇溶液中，加入20g碳酸钠水溶液，升温回流5～6小时后达到终点，蒸干甲醇，重结晶得到156g间苯二甲酰胺(化合物3)。收率95.1％。

实施例3间苯二甲酰胺(化合物3)的制备

间苯二甲腈128g溶解在500ml乙醇溶液中，加入5g氢氧化钠，滴加50ml氨水，升温回流5～6小时后达到终点，蒸干溶剂，重结晶得到157.6g间苯二甲酰胺(化合物3)。收率96.1％。

实施例4

第三步：间苯二胺(目标产品)的制备

82g间苯二甲酰胺(化合物3)在10℃加到10mol/lnaoh200ml和735g10％次氯酸钠溶液中，加完后升温至35℃，然后保温30分钟，升温至75℃，降温中和过滤，得到50.9g间苯二胺(目标产品)。收率94.2％。

实施例5间苯二胺(目标产品)的制备

将82g间苯二甲酰胺(化合物3)加到15mol/lnaoh280ml中，冷却到5℃，在此温度下通入70g氯气，通完后升温至35℃，然后保温30分钟，升温至75℃，降温中和过滤，得到51.7g间苯二胺(目标产品)。收率95.8％。

实施例6间苯二胺(目标产品)的制备

82g间苯二甲酰胺(化合物3)在10℃加到10mol/lnaoh200ml和711g10％次氯酸钙溶液中，加完后升温至35℃，然后保温30分钟，升温至75℃，降温中和过滤，得到51.9g间苯二胺(目标产品)。收率96.2％。

实施例7间苯二胺(目标产品)的制备

将82g间苯二甲酰胺(化合物3)加到15mol/lnaoh280ml中，冷却到5℃，在此温度下通入158g溴素，通完后升温至35℃，然后保温30分钟，升温至75℃，降温中和过滤，得到51.8g间苯二胺(目标产品)。收率96.0％。

实施例8(路线二)

参考gazzettachimicaitaliana,78,511-16；1948，采用高锰酸钾作为氧化剂氧化间二甲苯制得间苯二甲酸(化合物4)。

实施例9

83g间苯二甲酸(化合物4)加到500ml甲醇中，加入2ml浓硫酸，升温回流12小时，不断去除生产的水，当回流温度达到66℃以上，酯化结束，蒸除剩下的甲醇，加50ml水，打浆冷却过滤，洗涤，烘干得到96.5g间二苯甲酸甲酯(化合物5)。收率99.5％。

实施例10

83g间苯二甲酸(化合物4)加到500ml甲醇中，加入20g阳离子交换树脂，升温回流10小时，不断去除生产的水，当回流温度达到66℃以上，酯化结束，过滤，蒸除剩下的甲醇，打浆冷却过滤，洗涤，烘干得到96.7g间二苯甲酸甲酯(化合物5)。收率99.5％。

实施例11

48.5g间二苯甲酸甲酯(化合物5)溶解300ml乙二醇中，慢慢通入氨气，升温至60℃，反应7小时后，降温至10℃左右，过滤，洗涤，得到36.9g间苯二甲酰胺(化合物3)。收率90％。

实施例12

48.5g间二苯甲酸甲酯(化合物5)溶解300ml乙醇中，慢慢通入氨气，升温至60～63℃，反应8小时后，蒸出溶剂，得到38.5g间苯二甲酰胺(化合物3)。收率94.0％。

实施例13

然后将间苯二甲酰胺(化合物3)采用路线一第三步同样的方法可以制得目标产品间苯二胺(目标产品)。

上述对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。