新型十二内酰胺制备方法及合成装置与流程

本发明涉及制备十二内酰胺的新型方法及装置。

背景技术：

通常，制备酰胺化合物的工业方法是通过贝克曼重排反应转换相应的肟化合物。例如，可通过贝克曼重排反应将十二内酰胺合成为环十二酮肟。但是，贝克曼重排反应的工序为相当复杂的工艺，使用浓硫酸及发烟硫酸作为催化剂，它们为强酸，因需要高含量，当进行中和时，产生大量的硫酸铵的副产物，具有需设置用于处理其的设备的局限。并且，贝克曼重排反应在溶剂中进行，上述溶剂需具有对环十二酮肟的高溶解度，且并不与作为上述催化剂的浓硫酸及发烟硫酸进行反应，因此其选择具有限制。

作为用于制备十二内酰胺的现有的方法，在日本授权专利公报1977-033118b2中公开了“液相中的十二内酰胺的连续制备法”。这种方法也是使用浓硫酸作为催化剂来进行贝克曼重排反应的工序，但未产生硫酸铵的副产物。但是，需要用于处理废硫酸的大型设备和能量，残留的环十二酮可生成副产物，为防止其，需完成肟化反应。在此情况下，用作溶剂的异丙基环己烷具有疏水性，因此，油/水界面中的物质移动速度慢且肟化所需时间长。

另外，近来积极研究不利用大量的硫酸、发烟硫酸的催化剂。例如，包含强酸的过氧化铼的铵盐、三氟甲磺酸的混合催化剂、三氟甲碳酸铟、氟甲磺酸镱。并且具有在未利用酸的铼化合物和含氮杂环化合物的存在下进行置换反应的方法等。但在此情况下，用于催化剂及制备方法的溶剂特殊，但其回收及再利用方法尚不明确，难以视作作为工业工艺完成。

用于合成十二内酰胺的环十二酮肟可经过各种合成方法来制备。但是，这种各种合成法需进行多个步骤的工序，因此，当构建整体工艺系统时，需研究更有效的方案。

具体地，可考虑如下的步骤：作为第一工序的对环十二碳三烯进行加氢反应来合成环十二烷的步骤；作为第二工序的将环十二烷进行空气氧化(airoxidation)后进行水解(hydrolysis)及结晶化(crystallization)反应来合成环十二酮的步骤。但是，在如上所述的方法中，在第一工序伴随如下的第三工序，即，不仅合成环十二烷，还一同合成环十二烯，并分离其来在第二工序中再循环，在第二工序中伴随如下的第四工序，即，除合成环十二酮之外，还一同合成环十二醇(cyclododecanol)，并使其脱氢(dehydrogenation)。

技术实现要素：

技术问题

本发明的目的在于，提供如下的可获取十二内酰胺的制备方法：即，合成高纯度的环十二酮(cyclododecanone)，并需要消除处理大量产生的副产物的设备的问题等，简化整体工序，并可获取高收率、高纯度的十二内酰胺。

技术方案

本发明的十二内酰胺的制备方法包括：步骤a)，利用催化剂时环十二烯(cden)环氧化来合成环氧化环十二烷；步骤b)，通过使上述环氧化环十二烷进行催化反应来合成环十二酮；以及步骤c)，通过使环十二酮进行氨肟化反应(ammoximation)来合成环十二酮肟。

以下，在技术方案中后述的内容仅作为一例进行说明，不应解释为局限于此。

根据本发明的一例，上述十二内酰胺的制备方法在上述步骤a)之前，还可包括通过使环十二碳三烯(cdt)进行部分加氢反应来合成环十二烯的步骤。

根据本发明的一例，上述环十二碳三烯可通过利用齐格勒-纳塔催化剂使1,3-丁二烯进行环三聚化反应来合成。

根据本发明的一例，上述部分加氢反应可通过搅拌机进行，上述搅拌机通过搅拌来产生负压和正压。

根据本发明的一例，上述部分加氢反应可在具有均相催化剂的条件下进行，上述均相催化剂包含氯化钌、三苯基膦、甲醛或一氧化碳、络合物。

根据本发明的一例，在上述十二内酰胺的制备方法的上述步骤a)中，可通过使用包含氧化钨盐及相变剂的催化剂来进行环氧化。

根据本发明的一例，在上述步骤b)中，可将碱卤化物用作催化剂。

根据本发明的一例，在上述步骤c)中，可通过使氨、过氧化氢、包含钛硅分子筛的催化剂及包含乙酸铵的反应活性物与环十二酮在包含乙醇的溶剂中进行反应来合成环十二酮肟。

根据本发明的一例，上述十二内酰胺的制备方法在上述步骤c)之后，还可包括在环十二酮肟中通过贝克曼重排反应合成十二内酰胺的步骤。

根据本发明的一例，上述贝克曼重排反应是可在包含异丙基环己烷的溶剂中通过包含三聚氯氰的催化剂来由环十二酮肟合成十二内酰胺。

根据本发明的一例，在合成上述十二内酰胺的步骤之后，还可包括从包含十二内酰胺的混合物分离及纯化十二内酰胺的步骤。

本发明的十二内酰胺合成装置包括：部分氢化反应器，使环十二碳三烯及氢流入来合成环十二烯；环氧化反应器，从上述部分氢化反应器加入环十二烯或包含其的混合物和催化剂来合成环氧化环十二烷；重排反应器，从上述环氧化反应器加入环氧化环十二烷或包含其的混合物和催化剂来合成环十二酮；肟化反应器，从上述重排反应器流入环十二酮或包含其的混合物和氨来合成环十二酮肟；以及贝克曼重排反应器，从上述肟化反应器流入环十二酮肟或包含其的混合物来合成十二内酰胺。

根据本发明的一例，上述十二内酰胺合成装置还可包括环三聚化反应器，使1,3-丁二烯流入来合成环十二碳三烯，使所合成的上述环十二碳三烯向上述部分氢化反应器流入。

根据本发明的一例，在上述部分氢化反应器的内部，可通过使环十二碳三烯与氢，包含氯化钌、三苯基膦及甲醛的催化剂。包含选自乙醇和乙酸中的一种以上的催化剂活化剂在包含乙醇的溶剂中进行反应来合成环十二烯。

根据本发明的一例，在上述环氧化反应器中，上述环十二烯可通过包含氧化钨盐及相变剂的催化剂进行反应。

根据本发明的一例，在上述重排反应器中，上述环氧化环十二烷可使用碱卤化物作为催化剂来合成环十二酮。

根据本发明的一例，上述肟化反应器可通过使环十二酮与氨、过氧化氢、包含钛硅分子筛的催化剂及包含乙酸铵的反应活性剂在包含乙醇的溶剂中进行反应来合成环十二酮肟。

根据本发明的一例，在上述贝克曼重排反应器的内部，可通过使环十二酮肟与包含三聚氯氰的催化剂在包含异丙基环己烷的溶剂中进行反应来合成十二内酰胺。

根据本发明的一例，上述十二内酰胺合成装置还可包括蒸馏反应器，从上述贝克曼重排反应器流入十二内酰胺或包含其的混合物来分离及去除十二内酰胺之外的物质。

发明的效果

可实现如下的可实用的工业工艺：即，在从初始反应物经过中间产物到作为最终产物的十二内酰胺为止的各个工序中，向目标合成物的转换率及选择性显著高，能够以高收率、高纯度获取十二内酰胺。

附图说明

图1为示出本发明的十二内酰胺的制备步骤的示意图。

具体实施方式

以下，对本发明进行具体说明。在未另行定义的情况下，在本说明书中使用的术语以应解释为本技术领域的普通技术人员通常所理解的内容。本说明书的附图及实施例用于使普通技术人员容易理解并实施本发明，可在附图及实施例中省略可能混淆发明主旨的内容，本发明并不限定于附图及实施例。

除非特别说明，在本发明中使用的术语的单数形态可解释为还包括复数形态。

本发明提供十二内酰胺的制备方法、其合成装置及包括它们中的一个以上的十二内酰胺的制备系统，在进行本发明的各个工序步骤的情况下，可实现如下的效果，即，无需通过单独的工序分离包括在各个步骤中合成的目标物质在内的未进行反应而残留的物质等的获取物，可将上述获取物直接用作后续步骤的反应物，转换率及选择性到合成十二内酰胺的最终步骤为止显著高。

本发明的十二内酰胺的制备方法包括：步骤a)，利用催化剂使环十二烯环氧化来合成环氧化环十二烷；步骤b)，通过使上述环氧化环十二烷进行催化反应来合成环十二酮；以及步骤c)，通过使环十二酮进行氨肟化反应来合成环十二酮肟。

如本发明，可具有使环十二烯未进行环氧化过程而直接空气氧化为环十二酮(cdon)的方法。但在此情况下，收率非常低，为20％以下，使得作为最终产物的十二内酰胺的收率显著降低，在经过环氧化过程来生成环氧化环十二烷后利用催化剂进行置换反应来转换为环十二酮的情况下，可实现以95％以上的收率获取环十二酮的效果。

本发明提供十二内酰胺的制备方法，在上述步骤a)之前还包括通过使环十二碳三烯进行部分加氢反应来合成环十二烯的步骤。

如上所述，在现有的方法中，通过使环十二碳三烯进行加氢反应来合成双键均被去除的环十二烷，使这种环十二烷进行空气氧化反应后，进行水解及结晶化反应来合成环十二酮，在如上所述的现有方法的情况下，具有需使用单独分离可在工序过程中一同合成的副产物并进行追加的工序来循环的方法的不便，在此过程中，具有反应物的转换率及所需合成物的选择性显著降低的限制。

但是，当在上述步骤a)之前使环十二碳三烯进行部分加氢反应后进行如上所述的步骤a)及步骤b)时，与现有的方法相比，发挥不仅可简化整体工艺，还使反应物的转换率及十二内酰胺的选择性显著提高的效果。

上述环十二碳三烯可通过各种途径合成。作为优选例，可通过利用齐格勒-纳塔(ziegler-natta)催化剂使1,3-丁二烯(1,3-butadiene)进行环三聚化(cyclotrimerization)反应来合成。在对包含通过这种方法合成的环十二碳三烯来一同获取的混合物进行上述部分加氢反应的情况下，可使作为最终产物的十二内酰胺的选择性及转换率显著提高。但是，这为优选一例，环十二碳三烯可通过其他途径合成，因此本发明并不局限于此。

上述部分加氢反应可通过搅拌机进行，上述搅拌机通过搅拌来产生负压和正压。通过搅拌产生负压，来使得正压的气相的氢与液相的环十二碳三烯相接触来使其强制分散，并可通过增加搅拌速度来提高分散效率。而且，在使用产生正压或负压的上述搅拌机的情况下，并不按照步骤区分反应器或者进行添加如乙酸或乙醇的溶剂等的后续操作，也可获取具有高收率和优秀的选择性的产物。

但这仅作为优选一例进行说明，本发明可使用公知的各种方法的部分加氢反应方法，不应局限于此来解释。

用于上述部分加氢反应的催化剂，只要可向环十二碳三烯部分添加氢的催化剂就可，但优选地，可在具有均相催化剂的条件下进行，上述均相催化剂包含氯化钌(rutheniumchloride)、三苯基膦(tpp，triphenylphosphine)、以及甲醛或一氧化碳络合物。

三苯基膦在氯化钌形成络合物来起到部分加氢反应的催化剂作用，在此情况下，还可使用乙酸或乙醇作为催化剂活化剂，来进一步活化上述催化剂的反应。因此，可显著提高向包含一个双键的环十二烯的转换率及其选择性。但是，这仅为优选一例，本发明并不局限于此。

在上述部分加氢反应中，氢只要能够连续供给来使环十二碳三烯充分反应即可，优选地，控制流量来使总反应压力保持10bar至80bar，更优选地，保持20bar至40bar，由此供给氢，可以为一个例示。但这仅为优选一例，本发明并不局限于此。

在上述部分加氢反应中，催化剂的使用含量只要是氢可与环十二碳三烯进行部分加氢反应的程度就不受限。优选地，相对于100重量份的环十二碳三烯，可使用0.1重量份至15重量份的上述催化剂，具体地，催化剂中的氯化钌的用量可为0.0001重量份至1重量份使用，催化剂中的三苯基膦的用量可为0.1重量份至10重量份，甲醛的用量可为0.3重量份至3重量份。

并且，上述催化剂活化剂只要可使环十二碳三烯与部分加氢反应进一步活化的程度即可。优选地，相对于100重量份的环十二碳三烯，可使用0.1重量份至3重量份的上述催化剂活化剂，具体地，作为催化剂活化剂的乙酸的用量可为0.01重量份至2重量份，乙醇的用量可为0.1重量份至3重量份。但这仅为优选一例，本发明并不局限于此。

对于通过上述部分加氢反应合成的物质的选择性及用于上述合成的原料的转换率可以为95％至99.9％，更优选为98％至99.9％。

在本发明的十二内酰胺的制备方法中，上述步骤a)可通过使用包含氧化钨盐及相变剂的催化剂来进行环氧化。进行如下方式的氧化，即，通过相变催化剂从存在于水溶层的过氧化氢接收氧，并向存在于有机层的环十二烯传递。

在上述氧化钨盐的情况下，可以为选自由钨酸(h2wo4)、钨酸铵、钨酸钠、钨酸锂组成的组中的一种，优选地，可使用钨酸。但这仅为优选一例，本发明并不局限于此。在上述相变催化剂的情况下，只要有助于水层与有机层之间的物质移动就不受限，优选为可包含三辛胺(trioctylamine)。

在上述环氧化反应中，催化剂的使用含量只要可利用环十二烯进行环氧化的程度就不受限，优选地，相对于100重量份的环十二烯，能够以0.002重量份至10重量份使用，具体地，在氧化钨盐的情况下，能够以0.001重量份至10重量份使用，在相变催化剂的情况下，能够以0.001重量份至10重量份使用，但这仅为优选一例，本发明并不局限于此。

通过上述环氧化反应合成的环氧化环十二烷从环十二烯的转换率可以为95％至99.9％，更优选为98％至99.9％。

在本发明的十二内酰胺的制备方法中，上述步骤b)使用碱卤化物作为催化剂，优选为锂卤化物。更优选地，可使用溴化锂。但这仅为本发明的一例，本发明并不局限于此。使用上述碱卤化物作为催化剂来发生环氧化物重排为酮官能团。

上述碱卤化物催化剂的使用含量只要是可利用环氧化环十二烷进行重排反应来形成酮官能团的程度就不受限，但优选地，相对于100重量份的环氧化环十二烷，可使用0.01重量份至10重量份。但这仅为优选一例，本发明并不局限于此。

在本发明的十二内酰胺的制备方法中，上述步骤c)在包含乙醇的溶剂中使氨、过氧化氢、包含钛硅分子筛的催化剂及包含乙酸铵的反应活性物与环十二酮进行反应来合成环十二酮肟。

上述乙醇的使用含量只要可使环十二酮充分溶解来进行肟化反应的程度就不受限。优选地，在氨的情况下，可使用总压力成为1.3bar至2.5bar的量，在过氧化氢的情况下，能够以0.5ml/min至3.5ml/min使用10分钟至40分钟。但这仅为优选一例，本发明并不局限于此。

作为由于诱导上述肟化反应的催化剂可使用公知的各种化合物，优选例示为钛硅分子筛(titaniumsilicalite)。其使用含量只要可进行肟化反应的程度就可，具体地，相对于100重量份的环十二酮，可以为1重量份至80重量份。但这仅为优选一例，本发明并不局限于此。

还可使用反应活性剂来进行上述肟化反应，优选地，可例示乙酸铵。其使用含量只要是可进行肟化反应的程度就可，具体地，相对于100重量份的环十二酮，可以为3重量份至30重量份。但这仅为优选一例，本发明并不局限于此。

上述肟化反应中的反应温度及反应时间只要是可使环十二酮进行肟化反应的程度就可，具体地，可分别例示50℃至100℃及15分钟至70分钟。但这仅为优选一例，本发明并不局限于此。

本发明提供一种十二内酰胺的制备方法，在上述步骤c)之后，还包括步骤d)，在环十二酮肟中通过贝克曼重排反应合成十二内酰胺。

在上述步骤d)中，可使用各种催化剂来进行贝克曼重排反应。优选地，为包含三聚氯氰(cyanuricchloride)等的催化剂，可将氯化锌(zincchloride)等作为助催化剂与上述催化剂一同使用为佳。三聚氯氰及氯化锌的使用含量只要是可使环十二酮肟进行贝克曼重排反应的程度就可，具体地，相对于100重量份的环十二酮肟，各自独立地可例示0.001重量份至0.1重量份。但这仅为优选一例，本发明并不局限于此。

在上述步骤d)中，溶剂只要是使环十二酮肟进行贝克曼重排反应就可任意使用，优选地，可例示异丙基环己烷(isopropylcyclohexane)。使用含量只要是可使环十二酮肟进行贝克曼重排反应来合成十二内酰胺的程度就不受限。

在上述步骤d)中，反应温度及反应时间只要是可使环十二酮肟不进行贝克曼重排反应的程度就不受限，优选地，可分别例示70℃至130℃及1分钟至20分钟。但这仅为优选一例，但本发明并不局限于此。

在上述步骤d)中，除所获取的作为目标物质的十二内酰胺之外，还可包含溶剂及未反应而残留的物质等，因此，优选地，进行从这种混合物分离及纯化十二内酰胺的步骤。

因此，本发明的十二内酰胺的制备方法在上述步骤d)之后，还可包括步骤e)，从包含十二内酰胺的混合物分离及纯化十二内酰胺。在此情况下，十二内酰胺的分离及纯化方法可使用公知的各种方法。

在上述步骤d)中，对于所合成的物质的选择性及用于上述合成的原料的转换率可以为95％至99.9％，优选为98％至99.9％。

并且，本发明可提供根据如上所述的十二内酰胺制备方法的十二内酰胺合成装置。在此情况下，属于与在上述十二内酰胺制备方法中提及的内容实质上相同的技术思想，因此，应将所使用的物质、反应条件等解释为与如上所述的内容实质上相同。

本发明的十二内酰胺合成装置可包括：部分氢化反应器，使环十二碳三烯及氢流入来合成环十二烯；环氧化反应器，从上述部分氢化反应器加入环十二烯或包含其的混合物和催化剂来合成环氧化环十二烷；重排反应器，从上述环氧化反应器加入环氧化环十二烷或包含其的混合物和催化剂来合成环十二酮；肟化反应器，从上述重排反应器流入环十二酮或包含其的混合物和氨来合成环十二酮肟；以及贝克曼重排反应器，从上述肟化反应器流入环十二酮肟或包含其的混合物来合成十二内酰胺。

本发明一例的十二内酰胺合成装置还可包括环三聚化反应器，使1,3-丁二烯流入来合成环十二碳三烯，使所合成的上述环十二碳三烯向上述部分氢化反应器流入。

根据本发明的一例，在上述部分氢化反应器的内部中，通过使环十二碳三烯与氢，包含氯化钌、三苯基膦、甲醛或一氧化碳络合物的催化剂、包含乙酸或乙醇的催化剂活化剂在包含乙醇的溶剂中进行反应来合成环十二烯。

根据本发明的一例，在上述环氧化反应器中，上述环十二烯可通过包含氧化钨盐及相变剂的催化剂进行反应。

并且，在上述重排反应器中，上述环氧化环十二烷可使用碱卤化物作为催化剂来合成环十二酮。

根据本发明的一例，上述肟化反应器通过使环十二酮与氨、过氧化氢、包含钛硅分子筛的催化剂及包含乙酸铵的反应活性剂在包含乙醇的溶剂中进行反应来合成环十二酮肟。

根据本发明的一例，在上述贝克曼重排反应器内部中，在包含异丙基环己烷的溶剂中可使环十二酮肟与包含三聚氯氰的催化剂进行反应来合成十二内酰胺。

根据本发明的一例，可提供一种十二内酰胺合成装置，上述十二内酰胺合成装置还包括蒸馏反应器，从上述贝克曼重排反应器流入十二内酰胺或包含其的混合物来分离及去除十二内酰胺之外的物质。

本发明中提及的“反应器”可使用公知的各种反应器，可根据工序的规模、环境适当调节其规格、尺寸，并不受限。并且，在各个反应器可设置使物质流入或流出的各种流入管、流出管等，使用用于调节它们的流入量、流出量的各种装置及用于控制其的各种装置是普通技术人员可适当调节的事项。

以下，通过实施例对本发明进行详细说明，这仅用于更加详细地说明本发明，本发明的发明要求保护范围并不限定于下述实施例。

实施例1

环十二烯合成工序

利用高速搅拌间歇式(batch)反应器(500ml，800rpm)，将200g的环十二碳三烯、40mg的rucl3、5.56g的三苯基膦(110:1＝三苯基膦:ru)、3.44g的35％福尔马林(三苯基膦:福尔马林＝1:2)、0.5g的乙酸(aceticacid)、10.54g的乙醇添加至反应器，并连接反应器。之后，利用5kg/cm²的氮(n2)吹扫(purge)3次，利用氢气(h2)吹扫3次后，将反应器压力加到10barg。接着，在约40分钟内将反应器温度从25℃增加至145℃，若反应器的压力开始降低，则将反应器压力升至20bar，在约10分钟内升温至160℃，并在进行反应的过程中保持其。反应共进行6小时，在此情况下，为了继续保持压力，持续供给氢。在反应完成后，最终环十二碳三烯的转换率为98.2％，环十二烯的选择性为98.5％。

环氧化环十二烷合成工序

向高速搅拌间歇式(batch)反应器(100ml))添加25g的环十二烯、0.075g的钨酸(h2wo4)、0.06g的h3po4、0.105g的三正辛胺(tri-n-octylamine)、1.4g的h2o、1.02g的50％h2o2。在100℃的温度下共进行4小时的反应，在反应过程中，以1500rpm的条件搅拌反应器内容物，通过泵每分钟注入85ul的过氧化氢。在反应完成后，最终环十二烯的转换率为98％，环氧化环十二烷的选择性为99％。

环十二酮合成工序

利用手套箱(glovebox)在非活性条件(inertcondition)下，向50ml的圆烧瓶添加5g的环氧化环十二烷、0.085g的溴化锂(libr)。并且，制造氮气球来与烧瓶相连后，置于装有硅油的油池(oilbath)，并在加热至200℃的同时进行搅拌。在反应完成为止所耗时间为120分钟，反应完成后的向环十二酮的转换率为99％以上、选择性为95％以上。

环十二酮肟合成工序

向设置有搅拌机的压力反应器(2l)添加73g的在上述环十二酮合成工序中最后获取的混合物(包含环十二酮)、535g的乙醇(ethanol)、8.5g的乙酸铵(ammoniumacetate)、30g的钛硅分子筛催化剂粉末(ts-1，titaniumsilicalite)并加热至80℃。接着，注入nh3气体(氨气(ammoniagas))至1.8barg，并以500rpm的条件搅拌30分钟来使nh3很好地溶解于溶液。接着，以2.45ml/min的流量搅拌浓度为30重量百分比的过氧化氢水溶液。

反应完成时间为25分钟，环十二酮的转换率为99％以上，环十二酮肟的选择性为99％以上，过氧化氢的反应率为78％。

十二内酰胺合成工序

向100ml的圆烧瓶添加3g的在上述环十二酮合成工序中获取的混合物(环十二酮肟)、12g的异丙基环己烷(isopropylcyclohexane)、0.045g的三聚氯氰(cyanuricchloride)、0.03g的氯化锌(zincchloride)。并且，利用加热罩将温度调整为95℃，以200rpm以上的条件搅拌来进行反应。反应完成时间为5分钟，环十二酮肟的转换率为99％以上，十二内酰胺的选择性为99％以上。

实施例1示出，即使将包含在各个工序中获取的合成物的混合物作为反应物直接用于下一工序，反应物的转换率及作为目标合成物的十二内酰胺的选择性均为99％以上。与现有的方法相比，更加简化，但确认到转换率和选择性均为99％以上，由此可知工序效率非常优秀。