Pt/C催化加氫3-氯-4-甲基硝基苯制備3-氯-4-甲基苯胺

閆江梅,崔　靜,王昭文

(1.西安凱立新材料股份有限公司, 陜西 西安 710201；2.陜西省貴金屬催化劑工程研究中心, 陜西 西安 710201)

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Pt/C催化加氫3-氯-4-甲基硝基苯制備3-氯-4-甲基苯胺

閆江梅1,2*,崔靜1,2,王昭文1,2

(1.西安凱立新材料股份有限公司, 陜西 西安 710201；2.陜西省貴金屬催化劑工程研究中心, 陜西 西安 710201)

摘要：3-氯-4-甲基苯胺是合成有機(jī)顏料、染料和農(nóng)藥的重要有機(jī)中間體。以3-氯-4-甲基硝基苯為原料，1%Pt/C為催化劑，低壓催化加氫制備3-氯-4-甲基苯胺，考察不同溶劑、反應(yīng)壓力、反應(yīng)溫度和催化劑用量對產(chǎn)物收率的影響。結(jié)果表明， 在3-氯-4-甲基硝基苯10 g、溶劑甲醇用量30 mL、1%Pt/C催化劑用量0.04 g、反應(yīng)溫度80 ℃和反應(yīng)壓力1.0 MPa條件下,3-氯-4-甲基苯胺收率99.08%，脫氯率0.2%，催化劑可重復(fù)使用5次。

關(guān)鍵詞：精細(xì)化學(xué)工程;Pt/C；催化加氫；3-氯-4-甲基硝基苯；3-氯-4-甲基苯胺

3-氯-4-甲基苯胺，又稱2B油，是合成有機(jī)顏料、染料、2B酸和農(nóng)藥綠麥隆、戊酰苯草胺的重要中間體。3-氯-4-甲基苯胺一般是還原相應(yīng)的硝基物3-氯-4-甲基硝基苯而制得[1-2]，其制備屬于氯代硝基苯的還原，工業(yè)化方法主要有鐵粉還原、硫化堿還原和催化加氫還原[3]。鐵粉和硫化堿還原最大的問題是三廢污染嚴(yán)重，后處理繁瑣；催化加氫還原法反應(yīng)條件較溫和，雜質(zhì)少，產(chǎn)品收率高，環(huán)境污染小，是工業(yè)化生產(chǎn)3-氯-4-甲基苯胺較為理想的方法。

催化加氫還原法主要采用貴金屬或Ni催化劑催化，反應(yīng)中伴隨脫氯副反應(yīng)，為解決脫氯副反應(yīng)問題，主要在催化加氫體系中加入抑制劑或?qū)Υ呋瘎┻M(jìn)行改性，達(dá)到抑制脫氯的目的[4-6]。本文以自制1%Pt/C為催化劑，不添加任何助劑，低壓催化加氫制備3-氯-4-甲基苯胺，考察不同溶劑、反應(yīng)壓力、反應(yīng)溫度和催化劑用量對產(chǎn)物收率的影響。

1實(shí)驗(yàn)部分

1.1主要原料

3-氯-4-甲基硝基苯(98.0%)、甲醇、甲苯，分析純，成都金山化學(xué)試劑有限公司；1%Pt/C，西安凱立新材料股份有限公司。

1.2實(shí)驗(yàn)方法

將10 g的3-氯-4-甲基硝基苯、一定量溶劑和1%Pt/C催化劑加入高壓反應(yīng)釜，用N2置換反應(yīng)體系中空氣3次，加熱，并通入H2至一定壓力，控制攪拌速率900 r·min-1，反應(yīng)至不消耗H2，冷卻，放料，取樣色譜分析。

1.3色譜條件

采用島津GC-2010型氣相色譜儀對產(chǎn)品進(jìn)行分析，氣化溫度250 ℃，柱溫210 ℃，檢測器溫度280 ℃。

2結(jié)果與討論

2.1溶劑與溶劑用量

在3-氯-4-甲基硝基苯10 g、1%Pt/C催化劑用量0.04 g、反應(yīng)溫度80 ℃和反應(yīng)壓力1.0 MPa條件下，考察溶劑與溶劑用量對催化加氫反應(yīng)的影響，結(jié)果見表1。從表1可以看出，溶劑對催化加氫反應(yīng)的影響較大，甲醇作溶劑比甲苯作溶劑時(shí)反應(yīng)時(shí)間短，3-氯-4-甲基苯胺收率高。溶劑用量對催化反應(yīng)也有較大影響，溶劑用量為10 mL時(shí)，3-氯-4-甲基苯胺收率較低；溶劑用量增加，反應(yīng)速率加快，3-氯-4-甲基苯胺收率提高，脫氯率降低；以甲醇為溶劑，溶劑用量為30 mL時(shí)，3-氯-4-甲基苯胺收率最高，脫氯率最低；繼續(xù)增加溶劑用量，反應(yīng)加快但脫氯率上升。選擇甲醇作溶劑，適宜用量為30 mL。

表 1　溶劑與溶劑用量對催化加氫反應(yīng)的影響

2.2反應(yīng)壓力

在3-氯-4-甲基硝基苯10 g、甲醇用量30 mL、1%Pt/C催化劑用量0.04 g和反應(yīng)溫度80 ℃條件下，考察反應(yīng)壓力對催化加氫反應(yīng)的影響，結(jié)果見表2。

表 2　反應(yīng)壓力對催化加氫反應(yīng)的影響

從表2可以看出，隨著反應(yīng)壓力的增加，反應(yīng)時(shí)間縮短，但脫氯率上升，反應(yīng)壓力為1.0 MPa時(shí)，3-氯-4-甲基苯胺收率最高，脫氯率最低。適宜的反應(yīng)壓力為1.0 MPa。

2.3反應(yīng)溫度

在3-氯-4-甲基硝基苯10 g、甲醇用量30 mL、1%Pt/C催化劑用量0.04 g和反應(yīng)壓力1.0 MPa條件下，考察反應(yīng)溫度對催化加氫反應(yīng)的影響，結(jié)果見表3。從表3可以看出，隨著反應(yīng)溫度升高，反應(yīng)時(shí)間逐漸縮短，但脫氯率上升，反應(yīng)溫度80 ℃時(shí)，3-氯-4-甲基苯胺收率最高。適宜的反應(yīng)溫度為80 ℃。

表 3　反應(yīng)溫度對催化加氫反應(yīng)的影響

2.4催化劑用量

在3-氯-4-甲基硝基苯10 g、甲醇用量30 mL、反應(yīng)溫度80 ℃和反應(yīng)壓力1.0 MPa條件下，考察1%Pt/C催化劑用量對催化加氫反應(yīng)的影響，結(jié)果見表4。

表 4　催化劑用量對催化加氫反應(yīng)的影響

從表4可以看出，隨著催化劑用量增加，反應(yīng)時(shí)間逐漸縮短，但脫氯率上升，催化劑用量為0.04 g時(shí)，3-氯-4-甲基苯胺收率最高為99.08%，脫氯率0.2%。適宜的催化劑用量為0.04 g。

2.5催化劑重復(fù)使用性能

在3-氯-4-甲基硝基苯10 g、甲醇用量30 mL、1%Pt/C催化劑用量0.04 g、反應(yīng)溫度80 ℃和反應(yīng)壓力1.0 MPa條件下，催化劑重復(fù)使用5次，催化加氫反應(yīng)結(jié)果見表5。

表 5　催化劑重復(fù)使用對催化加氫反應(yīng)的影響

從表5可以看出，催化劑重復(fù)使用5次后，催化劑性能穩(wěn)定，3-氯-4-甲基苯胺收率為98.83%，脫氯率為0.2%。

3結(jié)論

(1) 以1%Pt/C為催化劑，采用催化加氫還原法制備3-氯-4-甲基苯胺，在3-氯-4-甲基硝基苯10 g、甲醇用量30 mL、1%Pt/C催化劑用量0.04 g、反應(yīng)溫度80 ℃和反應(yīng)壓力1.0 MPa條件下，3-氯-4-甲基苯胺收率99.08%，脫氯率0.2%。

(2) 在最佳工藝條件下進(jìn)行催化劑重復(fù)使用實(shí)驗(yàn)，催化劑重復(fù)使用5次后，3-氯-4-甲基苯胺收率為98.83%，脫氯率為0.2%。

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CLC number:TQ426.94;TQ246.3Document code: AArticle ID: 1008-1143(2016)03-0079-03

Catalytic hydrogenation of 3-chloro-4-methylnitrobenzene to 3-chloro-4-methylaniline over Pt/C catalyst

YanJiangmei1,2*,CuiJing1,2,WangZhaowen1,2

(1.Xi’an Catalyst New Materials Co.,Ltd., Xi’an 710201, Shaanxi, China;2.Shaanxi Engineering Research Center of Noble Metal Catalyst, Xi’an 710201, Shaanxi, China)

Abstract:3-Chloro-4-methylaniline is an important organic intermediate for the synthesis of organic pigments,dyes and pesticides.3-chloro-4-methylaniline was synthesized by low pressure catalytic hydrogenation of 3-chloro-4-methylnitrobenzene over 1%Pt/C catalyst.The effects of different solvents, reaction pressure, reaction temperatures and catalyst amount on the product yield were investigated. The results showed that 3-chloro-4-methylaniline yield of 99.08% and the dechlorination rate of 0.2% were obtained under the condition of 3-chloro-4-methylnitrobenzene 10 g,methanol 30 mL,1%Pt/C catalyst 0.04 g,reaction temperature 80 ℃ and reaction pressure 1.0 MPa. The catalyst could be reused five times.

Key words:fine chemical; Pt/C catalyst; catalytic hydrogenation; 3-chloro-4-methylnitrobenzene; 3-chloro-4-methylaniline

中圖分類號(hào)：TQ426.94;TQ246.3

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1008-1143(2016)03-0079-03

doi:10.3969/j.issn.1008-1143.2016.03.014 10.3969/j.issn.1008-1143.2016.03.014

作者簡介：閆江梅，1986年生，女，陜西省西安市人，碩士，工程師，從事貴金屬催化劑的研究開發(fā)及應(yīng)用研究。

收稿日期：2016-01-04

精細(xì)化工與催化

通訊聯(lián)系人：閆江梅。