一种N-烷基丙烯酰胺的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种N‑烷基丙烯酰胺的制备方法，包括如下步骤：1)在浓硫酸的催化作用下，丙烯腈和α‑烯烃反应生成中间体；反应过程中控制丙烯腈、α‑烯烃和硫酸的物质的量之比为1：0.9～1.1：1～1.2；2)向所述中间体中加水进行水解，得到上层水解产物和下层硫酸溶液；3)对所述上层水解产物进行纯化，得到N‑烷基丙烯酰胺。本申请中不添加有机酸作为助催化剂，硫酸可直接与反应产物分离，得到高纯度的硫酸，经浓缩后可直接重复利用，省去了反应过程中碱的消耗，大大降低了废酸的处理成本和生产成本目标产品收率大于90％，纯度大于98％，反应过程温和易控，原料来源广，产品后处理简单，易于工业化生产。

A preparation method of N- alkyl acrylamide

The present invention relates to a preparation method of N alkyl acrylamide, including the following steps: 1) under the catalysis of concentrated sulfuric acid, acrylonitrile and alpha olefins react to produce an intermediate; the ratio of the amount of the amount of acrylonitrile, alpha olefins and sulfuric acid is 1:0.9 to 1.1: to 1.2; 2) in the reaction process. After hydrolysis, the hydrolysate of the upper layer and the lower layer of sulfuric acid were obtained. 3) the hydrolysate of the upper layer was purified to obtain N alkyl acrylamide. In this application, organic acid is not added as a co catalyst. Sulphuric acid can be separated directly from the reaction product to obtain high purity sulfuric acid. After concentration, it can be reused directly. It saves the consumption of alkali during the reaction process, greatly reduces the cost of treatment and production cost of the waste acid more than 90%, and the purity is more than 98%. The process is mild and easy to control, with wide source of raw materials, simple post-processing and easy industrial production.

【技术实现步骤摘要】
一种N-烷基丙烯酰胺的制备方法
本专利技术属于有机化合物的合成领域，具体涉及一种N-烷基丙烯酰胺的制备方法。
技术介绍
疏水缔合水溶性聚合物由于具有独特的结构，在水溶液中，由于疏水作用，聚合物的疏水基团发生聚集，使大分子链产生分子内和分子间缔合，因而具有良好的增粘性、抗剪切性、抗盐性等，在提高原油采收率、流度控制和涂料增稠等领域得到广泛应用。疏水缔合水溶性聚合物的疏水性单体N-烷基丙烯酰胺在制备上有四类方法：(1)丙烯酰氯与烷基胺反应法；(2)羧酸或磺酸胺化物热分解法；(3)烯烃或醇和腈反应法；(4)丙烯酰胺的N-烷基化反应，即傅-克烷基化反应。第一种方法的优点是反应条件较为温和，不需要加温加压，但丙烯酰氯的价格较高且其毒性较强，限制了该法的工业化。第二种方法的优点是反应原料简单，且不需要添加溶剂，但该方法的反应条件很苛刻，必须在高温、高压下进行，较为复杂，加上这种方法只能合成小分子烷基链的N-烷基丙烯酰胺。第三种方法是比较新的合成方法，原料廉价，合成方法简单，正在逐渐被广泛使用。第四种方法是丙烯酰胺与卤代烃通过傅-克反应后水解得到，反应条件温和，反应时间短，但产生大量三氯化铝废水和氯化氢气体，污染环境。本专利技术采用第三种方法，即用丙烯腈和烯烃或醇反应。目前这种方法大多采用固体酸或硫酸作为催化剂，其中固体酸能避免最后产生对环境不友好的酸性废液，但是固体酸的价格较贵，且需要在高温下才具有催化活性，因此固体酸催化剂通常需要在高温高压下进行反应，限制了以固体酸为催化剂的发展。采用浓硫酸为催化剂，反应条件温和，专利CN104045577中，杜娟等同样采用浓硫酸为催化剂，以低分子量有机酸作为助催化剂及介质，在低温下由丙烯腈和烯烃反应得到疏水单体，产率高达99％，收率接近90％，缺点是需要添加有机酸作为助催化剂，增加了处理成本，且废酸经过加碱处理得到的是硫酸盐，耗碱量大，且所得硫酸盐固体纯度低，可利用率低。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中成本高，废液回收利用率低的问题，提供一种N-烷基丙烯酰胺的制备方法，这种方法仅以浓硫酸作为催化剂，不需添加有机酸作为助催化剂，可直接回收得到高纯度的硫酸，浓缩后可重复利用。本专利技术的方法包括如下步骤：1)在浓硫酸的催化作用下，丙烯腈和α-烯烃反应生成中间体；反应过程中控制丙烯腈、α-烯烃和硫酸的物质的量之比为1：0.9～1.1：1～1.2；2)向所述中间体中加水进行水解，得到上层水解产物和下层硫酸溶液；3)对所述上层水解产物进行纯化，得到N-烷基丙烯酰胺。上述操作中，一方面严格控制反应物和催化剂的相对用量，在不添加有机酸的情况下，保证反应的快速进行；另一方面，水解完成后直接对硫酸进行分离，得到高纯度的硫酸，浓缩后可直接重复利用，提高了废酸的利用率。上述硫酸的物质的量为浓硫酸换算后所得纯硫酸的物质的量。本专利技术所述反应的方程式具体如下：优选的，所述步骤1)具体为：将浓硫酸添加到反应器中，降温至5℃以下，依次滴加丙烯腈和α-烯烃，滴加过程中控制反应体系的温度在10℃以下，然后升温，在温度20～60℃下继续反应3～7h，得所述中间体。将温度控制在上述条件下，反应生成的N-烷基丙烯酰胺副产物极少，产物收率高。优选的，所述步骤2)具体为：根据所述丙烯腈和α-烯烃的添加量计算得出理论上生成的N-烷基丙烯酰胺的物质的量；向所述中间体中加入与理论上生成的N-烷基丙烯酰胺的物质的量之比为1:1的去离子水，搅拌均匀，静置分层，得到上层水解产物和下层硫酸溶液。所述静置分层后的下层硫酸溶液为稀硫酸，浓缩后可以重复利用。优选的，所述步骤3)具体为：向所述上层水解产物中加入与理论上生成的N-烷基丙烯酰胺的物质的量为3～8:1的去离子水，搅拌均匀，得到白色膏状物；调节所述膏状物pH值至3～6，得到白色浆状物；对所述白色浆状物进行过滤，得固体，对所述固体进行重结晶和真空干燥，得到N-烷基丙烯酰胺。优选的，所述浓硫酸的质量浓度为70％～90％，优选75～85％。优选的，所述的α-烯烃为1-辛烯、1-癸烯、1-十二烯、1-十四烯、1-十六烯、1-十八烯或1-二十烯。上述烯烃可以得到不同碳链的N-烷基丙烯酰胺，作为疏水单体满足不同聚合物性能要求。优选的，通过添加碱调节所述膏状物pH值至3～6，所述碱为氨水、氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸盐中的一种或几种。优选的，用丙酮对所述固体进行重结晶。重结晶后所得的丙酮滤液，经过蒸馏后可以重复利用。优选的，所述真空干燥的温度为30～50℃。作为优选的方案，本专利技术的方法包括如下步骤：1)将浓硫酸添加到反应器中，降温至5℃以下，依次滴加丙烯腈和α-烯烃，滴加过程中控制反应体系的温度在8℃以下，然后升温，在温度40～50℃下继续反应5～6h，得所述中间体；反应过程中控制丙烯腈、α-烯烃和硫酸的物质的量之比为1：0.95～1.1：1～1.2；浓硫酸的浓度为75～85％；2)根据所述丙烯腈和α-烯烃的添加量计算得出理论上生成的N-烷基丙烯酰胺的物质的量；向所述中间体中加入与理论上生成的N-烷基丙烯酰胺的物质的量之比为1:1的去离子水，搅拌均匀，静置分层，得到上层水解产物和下层硫酸溶液；3)向所述上层水解产物中加入与理论上生成的N-烷基丙烯酰胺的物质的量为4～6:1的去离子水，搅拌均匀，得到白色膏状物；调节所述膏状物pH值至5～6，得到白色浆状物；对所述白色浆状物进行过滤，得固体，对所述固体用丙酮进行重结晶，在30～50℃的条件下进行真空干燥，得到N-烷基丙烯酰胺。本专利技术的方法具有如下有益效果：1)现有技术添加有机酸作为助催化剂可加快反应速度，但是有机酸会影响硫酸从反应后的体系中分离出来，硫酸与碱反应成盐后，需通过蒸馏将有机酸与硫酸盐进行分离，得到的硫酸盐纯度低，不适宜再次直接进行利用，且反应过程中碱的耗碱量大。本申请中不添加有机酸作为助催化剂，反应时间略比添加有机酸长，但硫酸可直接与反应产物分离，得到高纯度的硫酸，经浓缩后可直接重复利用，省去了反应过程中碱的消耗，大大降低了废酸的处理成本和生产成本。2)本申请中采用浓度为70％～90％浓硫酸为催化剂即可完成反应，不需添加纯的硫酸，反应条件温和，反应过程平稳易控；产品后处理简单，废酸可通过浓缩得到所需浓度以重复利用，对环境友好。3)采用不同碳链的α-烯烃为原料，可得到不同疏水链长度的疏水单体，可满足不同的工业需求；采用丙酮重结晶，所得产品纯度高，目标产品收率大于90％，纯度大于98％，且丙酮易于重复利用。具体实施方式以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。实施例1本实施例涉及本专利技术所述N-烷基丙烯酰胺的制备方法，包括如下步骤：1)按照n(丙烯腈)：n(α-烯烃)：n(浓硫酸)＝1：0.95：1的比例，将130.7g浓度为75％的浓硫酸加入装有冷凝管，温度计，搅拌器的反应器中，冰水浴将体系温度降至5℃，依次将53克丙烯腈和159.9克1-十二烯慢慢滴加，滴加过程中，反应温度不超过8℃，滴加完毕后，体系升温至40℃，继续搅拌反应3.5h；反应结束，得中间体；2)向所述中单体中加入17.1克去离子水，搅拌均匀，静置，分层，得上层溶液和下层溶液；下层溶液为稀硫酸，经过浓缩可得75％的硫酸，可以重复使用；3)在上层溶液加入100克去本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种N‑烷基丙烯酰胺的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：1)在浓硫酸的催化作用下，丙烯腈和α‑烯烃反应生成中间体；反应过程中控制丙烯腈、α‑烯烃和硫酸的物质的量之比为1：0.9～1.1：1～1.2；2)向所述中间体中加水进行水解，得到上层水解产物和下层硫酸溶液；3)对所述上层水解产物进行纯化，得到N‑烷基丙烯酰胺。

【技术特征摘要】
1.一种N-烷基丙烯酰胺的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：1)在浓硫酸的催化作用下，丙烯腈和α-烯烃反应生成中间体；反应过程中控制丙烯腈、α-烯烃和硫酸的物质的量之比为1：0.9～1.1：1～1.2；2)向所述中间体中加水进行水解，得到上层水解产物和下层硫酸溶液；3)对所述上层水解产物进行纯化，得到N-烷基丙烯酰胺。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤1)具体为：将浓硫酸添加到反应器中，降温至5℃以下，依次滴加丙烯腈和α-烯烃，滴加过程中控制反应体系的温度在10℃以下，然后升温，在温度20～60℃下继续反应3～7h，得所述中间体。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤2)具体为：根据所述丙烯腈和α-烯烃的添加量计算得出理论上生成的N-烷基丙烯酰胺的物质的量；向所述中间体中加入与理论上生成的N-烷基丙烯酰胺的物质的量之比为1:1的去离子水，搅拌均匀，静置分层，得到上层水解产物和下层硫酸溶液。4.根据权利要求1或3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤3)具体为：向所述上层水解产物中加入与理论上生成的N-烷基丙烯酰胺的物质的量为3～8:1的去离子水，搅拌均匀，得到白色膏状物；调节所述膏状物pH值至3～6，得到白色浆状物；对所述白色浆状物进行过滤，得固体，对所述固体进行重结晶和真空干燥，得到N-烷基丙烯酰胺。5.根据权利要求1～3任一项所述的制备方法，其特征在于，所述浓硫酸的质量浓度为70％～90％，优选75～85％。6.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：莫衍志，徐青林，吴林健，彭韵燕，白宝成，
申请(专利权)人：北京恒聚化工集团有限责任公司，河南恒聚化工有限责任公司，
类型：发明
国别省市：北京,11