N-甲酰吗啉的合成

介绍

N- 甲酰吗啉 (NFM) 是一种重要的有机溶剂和精细化工原料，具有选择性好、热稳定性好、化学稳定性好、无毒、无腐蚀性等优点，且能与脂肪族烃类、芳烃以及水等互溶，具有良好的溶解萃取性能，目前已被广泛应用于天然气及天然气凝析油、汽油、合成气、烟道气的脱硫，合成纤维、有机合成等工艺中。除此之外，由于 N- 甲酰吗啉溶解芳烃后，能大大降低芳烃的挥发度，提高芳烃与非芳烃之间的分离系数，因此被广泛应用于芳烃 ( 如苯、甲苯、二甲苯等 ) 的抽提工艺。

图一 N-甲酰吗啉

合成

N-甲酰吗啉的合成有以下几种方法，但都存在些许问题。

(1) 甲酰氯法

图二 N-甲酰吗啉的合成1

该方法合成过程简单，技术难度小，但原料价格较高，毒性大，反应生成的氯化氢气体对设备的腐蚀严重，副反应和三废处理都比较多，产品质量较差，不能满足环保的要求，所以工业上不采用此法合成。

(2)CO 和超临界 CO2 羰基化法

图三 N-甲酰吗啉的合成2

该方法原料来源丰富，价格低廉，污染小，但是该法工艺要求较高，必须在高温、高压、过渡金属或贵金属作催化剂以及添加剂等共同作用下才能合成，对设备要求高，投资比较大，工艺较复杂，催化剂的价格昂贵，目前实现大型工业化生产困难，应用较少。

(3) 甲酸甲酯法

图四 N-甲酰吗啉的合成3

(4) 甲酸法

图四 N-甲酰吗啉的合成4

该方法具有原料价廉易得、合成路线及工艺条件简单、收率高、产品质量好等优点，是目前工业生产最常用的合成方法，由于反应是可逆反应，为提高反应转化率，常采用移走反应生成的水使反应右移的方法，最为常见的是加入带水剂脱除水分，常见的带水剂有芳烃类溶剂油 ( 甲苯等 )、脂肪类溶剂油 (C4～ C8石油醚等 )、酯类 ( 乙酸丁酯等 )。

为解决以上合成问题，张超等人[1]在 C4和 C5醇类带水剂存在的条件下由吗啉和甲酸制备 N- 甲酰吗啉 (NFM) 的方法。

具体步骤为：在装有温度计、回流分水器和搅拌器的 250ml 三口烧瓶中加入带水剂仲丁醇15.28g( 占原料总质量的 10％ ) 和 92.40g 吗啉 ( 纯度≥ 99％，1.05mol)，在机械搅拌的条件下，缓慢滴加 ( 约 20 分钟滴完 ) 计量的 60.41g 甲酸溶液 (88％，1.155mol)，反应放热，控制反应液的温度在 100℃左右，反应过程中不断将生成的水带出，直至分水器中不再有水生成时停止反应 ( 反应时间为 3h)。反应结束后将釜液 ( 反应液 ) 移至蒸馏装置，通过常压蒸馏 (120 ～ 160℃ ) 蒸出带水剂和轻组分，然后精馏 ( 收集 180 ～ 243℃的馏分 ) 得到 N- 甲酰吗啉产品。

图五 N-甲酰吗啉的合成5

该方法生产 NFM 具有工艺简单、反应温度低、收率高、质量好和易于工业化生产的特点。

参考文献

[1]张超,高武成,叶小明等. 低酸度N-甲酰吗啉的制备方法[P]. 四川省：CN104262293B,2016-04-13.