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美國(guó)專(zhuān)利5 101 045報(bào)道用Co,Cu, Mn等混合氧化物(活化后)作為催化劑在250℃及20MPa的高壓下與甲胺反應(yīng)直接合成N-甲基吡咯烷酮,產(chǎn)率達(dá)80%以上.順酐一步法合成N-甲基吡咯烷酮源于y丁內(nèi)酯是由順酐經(jīng)部分催化加氫制備的,

可以得到不同的產(chǎn)物.在NVP的聚合研究中,人們總是關(guān)心聚合工藝條件(引發(fā)劑.聚合方式、聚合溫度﹑聚合時(shí)間等)對(duì)聚合產(chǎn)物結(jié)構(gòu)和分子量的影響.因?yàn)镻VP的分子量不同,即K值不同,其性能與應(yīng)用也不同(詳見(jiàn)本書(shū)PVP的應(yīng)用一章)．在NVP的共聚物及交聯(lián)聚合物中,共聚物(及交聯(lián)聚合物)的組成和結(jié)構(gòu)將決定共聚物的性能和應(yīng)用．故本章將著重對(duì)論聚合工藝條件對(duì)聚合產(chǎn)物的影響.NVP單體極容易發(fā)生聚合(均聚)反應(yīng)．

美國(guó)ISP公司建立了--套年產(chǎn)10 000t y-丁內(nèi)酯的生產(chǎn)線,就是以順酐為原料的.事實(shí)上,合成NVP的很多方法都是以y-丁內(nèi)酯為起始原料或中間產(chǎn)物.例如,乙炔法中y-丁內(nèi)酯是-種重要的中間物,吡咯烷酮法中的原料吡咯烷酮是由y-丁內(nèi)酯與無(wú)水氨反應(yīng)制得,而直接脫水法和間接脫水法都是以Y-丁內(nèi)酯為起始原料的.

之間的反應(yīng)為強(qiáng)放熱反應(yīng)),滴加完畢后繼續(xù)攪拌4h,此時(shí)NHP的轉(zhuǎn)化率已達(dá)90%以上,將反應(yīng)裝置接到SO吸收系統(tǒng)上,以除去反應(yīng)副產(chǎn)物SO,,待SO被完全吸收后,在75~80℃下常壓蒸餾出溶劑苯,然后在真空度0.09MPa下減壓蒸餾出氯乙基吡咯烷酮.(2〉將氯乙基吡咯烷酮、溶劑苯和作為催化劑的KOH或醇鈉按比例(氯乙基吡咯烷酮:苯=3∶1)加入三頸燒瓶中,KOH加入量為氯乙基吡咯烷酮的10%(mol).在攪拌下加熱升溫至65℃,維持溫度65土5℃攪拌回流反應(yīng)3h停止反應(yīng),

由此可見(jiàn)，在NVP的合成中,順酐和十-丁內(nèi)酯作為合成反應(yīng)的原料占據(jù)著不可替代的地位.NVP與N-甲基吡咯烷酮的結(jié)構(gòu)有相似的地方,都屬于吡咯烷酮類(lèi)物質(zhì),其制備方法也有相通之處,由此可以預(yù)見(jiàn)，-步法制NVP不僅是合成PVP的單體,而且是一種具有重要用途的化合物.由于其獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì),如水溶性﹑強(qiáng)極性、非毒性、化學(xué)穩(wěn)定性和陽(yáng)離子活性,

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NVP單體的聚合既包括均聚--只有NVP-一種單體參加的聚合,其產(chǎn)物是聚乙烯吡咯烷酮(PVP),也包括共聚—-NVP單體與其他不飽和單體共同聚合,其產(chǎn)物是同時(shí)具有NVP結(jié)構(gòu)單元和其他不飽和單體結(jié)構(gòu)單元的高分子化合物,還包括交聯(lián)聚合—-NVP單體發(fā)生自交聯(lián)反應(yīng)或者NVP單體與交聯(lián)劑(含有多個(gè)不飽和基團(tuán)化合物)發(fā)生交聯(lián)型共聚反應(yīng),其產(chǎn)物是聚乙烯吡咯烷酮(PVPP)．由此可見(jiàn),控制不同的聚合工藝條件,

NVP可廣泛應(yīng)用于膠黏劑、涂料、紡織、食品、制藥等工業(yè)領(lǐng)域.它的共聚物或均聚物大都具有良好的膜強(qiáng)度﹑染色相容性、剛性和黏性.大約80年前,德國(guó)人J. Walter. Reppe以乙炔為起始原料通過(guò)多步反應(yīng)合成了NVP(即乙炔法或Reppe法),20年后美國(guó)的GAF公司、德國(guó)的BASF公司相繼采用Reppe法實(shí)現(xiàn)了NVP的工業(yè)化生產(chǎn).

在制備主催化劑2-吡咯烷酮的鉀鹽時(shí)無(wú)需采取特殊方法移去反應(yīng)生成的水,因?yàn)檫@類(lèi)助催化劑對(duì)2-吡咯烷酮鉀鹽主催化劑具有保護(hù)作用,使得主催化劑的活性基本不受微量水的影響.因此,在制備主催化劑時(shí),使反應(yīng)在90~120℃條件下進(jìn)行0.5~1.5h便足以移去生成的水,無(wú)需采用減壓蒸餾手段移去生成的水.原料2-吡咯烷酮中水含量達(dá)5×10~“時(shí),目標(biāo)產(chǎn)物NVP收率也能達(dá)90%以上.

反應(yīng)(a)實(shí)際上就是主催化劑2-吡咯烷酮堿金屬鹽(A)的制備過(guò)程,A分子中的N與K”分離后乙炔分子迅速進(jìn)入到陰離子N附近并與其結(jié)合形成中間態(tài)(B).(B)與另一分子反應(yīng)物2-吡咯烷酮反應(yīng)生成NVP和另一分子(A),如此循環(huán),反應(yīng)連續(xù)不斷進(jìn)行下去.反應(yīng)式(b>中,(A)分子正負(fù)電荷N與K分離的難易程度決定著NVP生成反應(yīng)的難易程度.作為助催化劑的聚氧化烯類(lèi)化合物,其聚氧化烯鏈能夠包圍(A)分子中的堿金屬離子,促進(jìn)正負(fù)電荷N與KR的分離,

到目前為止,Reppe法仍是NVP生產(chǎn)的主要方法.由于Reppe具有反應(yīng)步驟多、流程長(zhǎng),條件苛刻、副產(chǎn)物多、收率低、操作危險(xiǎn)性大等缺陷,長(zhǎng)期以來(lái)人們對(duì)Reppe法的改進(jìn)研究從未間斷,研究的焦點(diǎn)集中在合成途徑的改變和新型催化體系的開(kāi)發(fā)上.

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極化態(tài)的y丁內(nèi)酯(l)被氨分子攻擊后形成酰胺(),()迅速脫水及閉環(huán)后生成2-吡咯烷酮.分子篩骨架陽(yáng)離子周?chē)o電場(chǎng)越強(qiáng),y-丁內(nèi)酯環(huán)上炭基的極化程度就越大,也就越容易被NH,攻擊.2．順酐、加氫胺化法[3由于y丁內(nèi)酯價(jià)格較高,因此由順酐直接合成2-吡咯烷酮具有重要意義.將順酐與氨水按一定配比混合后進(jìn)行催化加氫,即可生成2-吡咯烷酮.順酐與氨水的混合實(shí)質(zhì)上是一個(gè)快速進(jìn)行的酸堿中和過(guò)程,中和的產(chǎn)物再進(jìn)行催化加氫,這種方法比起順酐先加氦成y丁內(nèi)酯,