酮肟水解反應(yīng)及其羥胺產(chǎn)品分離的研究進(jìn)展

劉家琪，劉連永，王雙瑜，李志會(huì)，張艷華，丁曉墅，張東升，2，3，趙新強(qiáng)，2，3，王延吉，2，3

（1 河北工業(yè)大學(xué)化工學(xué)院，綠色化工與高效節(jié)能河北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津300130；2 天津市本質(zhì)安全化工技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津300130；3 河北省綠色化學(xué)工業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院，河北黃驊061100）

羥胺是一種無(wú)色、無(wú)嗅、易潮解的白色片狀或針狀晶體，其分子式為NH2OH。在室溫下，羥胺不穩(wěn)定，通常以無(wú)機(jī)酸鹽的形式（如鹽酸羥胺、硫酸羥胺等）或水溶液形式存在。羥胺是重要的化工原料，其在有機(jī)合成中作為還原劑，與羰基化合物縮合生成肟，主要用于合成己內(nèi)酰胺（生產(chǎn)尼龍-6）、藥物中間體羥胺-O-磺酸以及合成農(nóng)藥、醫(yī)藥、香料、燃料等[1]。而且，隨著化學(xué)工業(yè)的快速發(fā)展，羥胺的用途不斷擴(kuò)展，近年來(lái)其在清潔合成苯胺[2]、苯酚[3]等化合物中的作用逐漸凸顯，其市場(chǎng)需求量也將不斷擴(kuò)大。

目前，羥胺鹽的工業(yè)合成方法主要有拉西（Rashing）法、催化還原（HPO）法、丙酮肟法等[4-5]；而羥胺單體的制備方法主要是羥胺化合物加熱分解法、羥胺鹽與醇鈉反應(yīng)法等[6-9]。上述這些合成羥胺的方法大多存在反應(yīng)過(guò)程復(fù)雜、工藝流程長(zhǎng)等缺點(diǎn)[10]。1994 年美國(guó)專(zhuān)利5320819[11]提出了以氨水、雙氧水為原料，一步反應(yīng)合成羥胺的路線。該法以TS-1 鈦硅分子篩為催化劑、叔丁醇的水溶液為反應(yīng)介質(zhì)，反應(yīng)條件為常壓、70～80℃。吳鵬等[12]則以TS-1、Ti-MOR、Ti-MWW、Ti-Beta等鈦硅分子篩為催化劑，氨水、雙氧水在60℃反應(yīng)10min，可得羥胺水溶液。雖然上述路線工藝簡(jiǎn)單、反應(yīng)條件溫和。然而，該方法中氨水的用量遠(yuǎn)大于雙氧水，總體來(lái)說(shuō)羥胺的收率較低（＜10%），至今尚未實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。

此外，研究發(fā)現(xiàn)以酮肟為原料，在酸性條件下進(jìn)行水解反應(yīng)[以環(huán)己酮肟為例，如反應(yīng)式(1)所示]，也可以生成羥胺產(chǎn)物[13-14]。長(zhǎng)久以來(lái)，工業(yè)上反應(yīng)式(1)中的原料環(huán)己酮肟，均是由羥胺與環(huán)己酮反應(yīng)而得。因而，合成環(huán)己酮肟的逆反應(yīng)，即環(huán)己酮肟水解制取羥胺的過(guò)程，被“理所當(dāng)然”地認(rèn)為是不經(jīng)濟(jì)的[15]。然而，隨著鈦硅分子篩的問(wèn)世及其合成技術(shù)不斷進(jìn)步，其參與的氧化反應(yīng)也不斷拓展，例如，在叔丁醇水溶液反應(yīng)介質(zhì)中，以氨水、雙氧水、環(huán)己酮為原料一步合成環(huán)己酮肟的工藝路線[如反應(yīng)式(2)所示]，逐漸走向成熟并工業(yè)化，進(jìn)而使環(huán)己酮肟的生產(chǎn)成本大幅度降低，即不使用羥胺鹽就可以廉價(jià)地制得環(huán)己酮肟。

基于式(1)和式(2)，構(gòu)建如圖1所示的綠色反應(yīng)組裝過(guò)程。在該組裝過(guò)程中，其實(shí)質(zhì)是將環(huán)己酮肟水解工藝和環(huán)己酮氨肟化反應(yīng)有機(jī)結(jié)合，開(kāi)發(fā)一條以環(huán)己酮肟水解反應(yīng)為中間媒介，制備羥胺產(chǎn)品的工藝路線。該過(guò)程中環(huán)己酮/肟循環(huán)使用，提供了一種操作簡(jiǎn)單、環(huán)境友好、資源節(jié)約型的新工藝路線。因此，從該角度來(lái)看，由合成環(huán)己酮肟的逆過(guò)程，即環(huán)己酮肟酸性水解制取羥胺的過(guò)程，就具備了經(jīng)濟(jì)合理性。而且，傳統(tǒng)的丙酮肟法[5]制備羥胺路線表明，以焦亞硫酸氫鈉、亞硝酸鈉和丙酮反應(yīng)生成丙酮肟（酮肟化合物），再將其酸化、水解，可以得到鹽酸羥胺產(chǎn)品；該過(guò)程中有酮肟水解制備羥胺的步驟，也為酮肟水解反應(yīng)制備羥胺產(chǎn)品提供了可能和工業(yè)可操作性。

圖1 基于環(huán)己酮肟水解反應(yīng)的綠色組裝過(guò)程

基于此，酮肟水解法制備羥胺產(chǎn)品的反應(yīng)，近年來(lái)引起研究者的廣泛重視。本文從水解反應(yīng)的原料、催化劑及對(duì)應(yīng)羥胺產(chǎn)品、水解與分離工藝的結(jié)合等角度，闡述了酮肟水解反應(yīng)及其羥胺產(chǎn)品分離的研究進(jìn)展。

1 水解反應(yīng)采用的原料

酮肟水解反應(yīng)所采用的原料，通常有丙酮肟[16]、丁酮肟[17]、環(huán)己酮肟及其他酮肟物質(zhì)，分別簡(jiǎn)述如下。

1.1 丙酮肟

20 世紀(jì)20 年代，Semon[16]最先以丙酮肟為原料，在鹽酸中水解得到鹽酸羥胺鹽[式(3)]，鹽酸羥胺的產(chǎn)率為53%～77%，副產(chǎn)物丙酮回收利用率約為60%，為丙酮肟水解工藝開(kāi)創(chuàng)了先河。（3）

20世紀(jì)50年代初，我國(guó)一些廠家也開(kāi)始使用丙酮肟水解法生產(chǎn)羥胺鹽。丙酮肟化法的原料是Na2HSO3、NaNO2和丙酮，其中丙酮可部分回收，經(jīng)過(guò)合成、酸化、水解、脘化、蒸餾成鹽、濃縮結(jié)晶等步驟生產(chǎn)鹽酸羥胺[4-5]。其主要反應(yīng)如式(4)～式(6)所示。

該方法由于極為繁雜的工藝流程、高能耗以及差強(qiáng)人意的經(jīng)濟(jì)效益，逐漸被市場(chǎng)淘汰。

1.2 丁酮肟

20 世紀(jì)末，日本是主要提供由丁酮肟法制備硫酸羥胺的國(guó)家[17]。當(dāng)時(shí)該生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、成熟，反應(yīng)實(shí)質(zhì)是丁酮氨肟化后、在酸性條件下水解得到硫酸羥胺鹽，反應(yīng)如式(7)、式(8)所示。

2003 年，全球大約75%的丁酮生產(chǎn)集中在美國(guó)、西歐和日本，美國(guó)曾經(jīng)是世界丁酮的主要供應(yīng)者[18]。當(dāng)時(shí)，中國(guó)的丁酮全部依賴(lài)進(jìn)口，并不具備市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)性，致使該工藝在中國(guó)發(fā)展較緩慢。至21 世紀(jì)初期，隨著中國(guó)科技的發(fā)展，國(guó)內(nèi)已經(jīng)可以量產(chǎn)丁酮，國(guó)內(nèi)研究者也開(kāi)始探索丁酮肟的水解過(guò)程。

1.3 環(huán)己酮肟

隨著氨氧一步合成環(huán)己酮肟法的提出[11]，以環(huán)己酮肟為原料，開(kāi)展環(huán)己酮肟水解制備羥胺的路線[見(jiàn)反應(yīng)式(1)][19-22]，引起了人們的廣泛關(guān)注。

1.4 其他酮肟原料

除了以上3 種主要酮肟原料外，盧福軍[23]以頻哪酮肟為原料[反應(yīng)式(9)]，羥胺收率98.3%；采用3-戊酮肟為原料[反應(yīng)式(10)]，羥胺收率為92.7%。但頻哪酮氨肟化效果不理想，而3-戊酮回收率太低（25%）。同時(shí)，他們又選擇苯乙酮肟為原料[反應(yīng)式(11)]，在反應(yīng)-蒸餾條件下，苯乙酮肟和18%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）鹽酸的摩爾比為1∶1.1，在110℃反應(yīng)90min，得到鹽酸羥胺收率為97%，酮回收率為96%。

2 水解反應(yīng)使用的催化劑及其對(duì)應(yīng)的羥胺產(chǎn)品

在不同的酸性催化劑條件下，酮肟水解反應(yīng)通常會(huì)得到不同的羥胺產(chǎn)品，簡(jiǎn)述如下。

2.1 鹽酸催化劑及對(duì)應(yīng)羥胺產(chǎn)品

作為酮肟水解過(guò)程中常見(jiàn)的無(wú)機(jī)酸催化劑之一，鹽酸在酮肟水解反應(yīng)中占據(jù)了半壁江山。

鹽酸羥胺作為合成抗癌藥、磺胺藥和農(nóng)藥的原料，具有很廣泛的工業(yè)價(jià)值。當(dāng)水解反應(yīng)中使用的酸性催化劑為鹽酸時(shí)，其反應(yīng)后獲得的羥胺產(chǎn)品大多是鹽酸羥胺[15]。

石開(kāi)丁[24]以肟酸質(zhì)量比為7∶8，將丁酮肟與鹽酸混合加熱攪拌溶解，待靜止分層后，下層溶液經(jīng)活性炭脫色過(guò)濾后在乙醇溶液中析出結(jié)晶，烘干結(jié)晶得到鹽酸羥胺，其收率為90%。

本文作者課題組[25]也對(duì)環(huán)己酮肟水解法制備羥胺進(jìn)行了改進(jìn)，以環(huán)己酮及環(huán)己酮肟為“反應(yīng)載體”，反應(yīng)過(guò)程如圖1 所示。在典型的反應(yīng)中，使用0.6g 鈦含量6.62% 的TS-1 催化劑，環(huán)己酮62mmol，超 純 水833mmol，氨65mmol，雙 氧 水80mmol，70℃反應(yīng)1.5h，固體鹽酸羥胺鹽收率高達(dá)64.2%。但反應(yīng)中使用了無(wú)機(jī)酸鹽酸，存在環(huán)境污染、設(shè)備腐蝕等問(wèn)題。

可見(jiàn)，將鹽酸作為傳統(tǒng)酮肟水解反應(yīng)的酸催化劑，雖然對(duì)肟水解反應(yīng)有著良好的催化活性。但存在腐蝕設(shè)備、污染環(huán)境等不足。

2.2 硫酸催化劑及對(duì)應(yīng)羥胺產(chǎn)品

除鹽酸外，硫酸也是酮肟水解反應(yīng)體系常用的無(wú)機(jī)酸催化劑之一。

硫酸羥胺作為一種重要的化工中間體，主要用于合成抗癌藥（羥基脲）、磺胺類(lèi)藥（新諾明）和農(nóng)藥（滅多威）等。當(dāng)酮肟水解反應(yīng)中，使用的催化劑為硫酸時(shí)，反應(yīng)后可得到硫酸羥胺產(chǎn)品[26]。

本文作者課題組[26]以環(huán)己酮肟為原料，硫酸為催化劑，去離子水、硫酸和環(huán)己酮肟的物質(zhì)的量之比為12.55∶1.87∶1，在60℃下反應(yīng)1h，得到硫酸羥胺鹽，收率為41%。

無(wú)論是鹽酸還是硫酸，無(wú)機(jī)酸催化劑始終存在著其特定的局限性，如腐蝕設(shè)備、污染環(huán)境、儲(chǔ)存運(yùn)輸安全等問(wèn)題。尋找無(wú)機(jī)酸的有效代替物，將是未來(lái)的研究熱點(diǎn)和重點(diǎn)。

2.3 酸性離子液體催化劑及對(duì)應(yīng)羥胺產(chǎn)品

為解決上述水解反應(yīng)中使用無(wú)機(jī)酸催化劑存在的不足，本文作者課題組[27]提出以酸性離子液體取代無(wú)機(jī)酸作催化劑，應(yīng)用于環(huán)己酮肟水解制備羥胺反應(yīng)中；并探索了N,N,N-三甲基-N-磺丁基硫酸氫銨鹽離子液體[HSO3-btma][H2SO4]作催化劑，環(huán)己酮肟∶去離子水∶離子液體的摩爾比為1∶61.5∶5，在60℃下反應(yīng)1h，環(huán)己酮肟轉(zhuǎn)化率高達(dá)98.9%。這說(shuō)明以離子液體替代無(wú)機(jī)酸的方法是可行的，具有潛在的工業(yè)應(yīng)用價(jià)值。但該方法存在離子液體用量大、離子液體催化劑與羥胺產(chǎn)物難分離回收等問(wèn)題。如何改善離子液體在反應(yīng)體系中的反應(yīng)性能以及提高離子液體的分離效率，將是后續(xù)工作的研究重點(diǎn)。

如前所述，酸性的無(wú)機(jī)酸會(huì)結(jié)合呈堿性的羥胺，形成穩(wěn)定的羥胺鹽。通常，羥胺單體與等摩爾的無(wú)機(jī)酸作用可以得到相應(yīng)的羥胺鹽固體[28-29]，如羥胺與硫酸反應(yīng)可以得到硫酸羥胺固體，羥胺與鹽酸作用可得鹽酸羥胺。為了探究酸性離子液體是否可與羥胺單體作用生成離子液體型羥胺固體。本文作者課題組[27]利用N,N,N-三甲基-N-磺丁基硫酸氫銨鹽離子液體[HSO3-btma][HSO4]既充當(dāng)催化劑又充當(dāng)與產(chǎn)物羥胺反應(yīng)的原料，在60℃反應(yīng)1h，催化環(huán)己酮肟水解制備離子液體型羥胺鹽，并通過(guò)元素分析、紅外分析等表征證實(shí)得到了離子液體型羥胺鹽；其有望克服傳統(tǒng)無(wú)機(jī)酸羥胺鹽的缺陷，成為一種新型的、極具有發(fā)展前途的羥胺鹽。并且由于離子液體的可設(shè)計(jì)性，為將來(lái)能夠制備更多種類(lèi)和數(shù)量的離子液體型羥胺鹽奠定了基礎(chǔ)，不足之處是離子液體型羥胺鹽收率低（＜5%）。

2.4 固體酸催化劑及對(duì)應(yīng)羥胺產(chǎn)品

固體酸作為無(wú)機(jī)酸催化劑的代替物，憑借其自身的優(yōu)勢(shì)，如適宜的酸性、運(yùn)輸儲(chǔ)存便利性等，受到廣大研究者的青睞。

李瑞歌等[30]以固體酸為肟水解催化劑，研究了一系列固體酸催化劑對(duì)環(huán)己酮肟水解反應(yīng)的影響（見(jiàn)表1）。而且，當(dāng)丙酮肟與氨基磺酸的物質(zhì)的量之比為1∶0.75 時(shí)，反應(yīng)溫度為室溫25℃，反應(yīng)時(shí)間1h，加水量為90mL，通過(guò)減壓精餾的操作打破化學(xué)反應(yīng)平衡，得到丙酮肟轉(zhuǎn)化率為41%，丙酮選擇性為98.5%，羥胺選擇性達(dá)到97%。但是，他們并未對(duì)固體酸催化劑的重復(fù)使用性進(jìn)行評(píng)價(jià)。

此外，該課題組[30]還考察了不同固體酸對(duì)丙酮肟水解反應(yīng)的催化效果（見(jiàn)表2），優(yōu)化選出了催化效率最佳的固體酸（氨基磺酸）。

表1 不同固體酸催化劑對(duì)環(huán)己酮肟水解的催化效果

表2 不同固體酸催化劑對(duì)丙酮肟水解的催化效果

酮肟水解反應(yīng)中，在固體酸催化劑的條件下，由于反應(yīng)液中沒(méi)有游離的酸根離子，因此羥胺就以游離態(tài)的形式存在于水溶液中。李瑞歌等[30]以固體酸為肟水解催化劑，成功獲得了羥胺單體。但是環(huán)己酮肟轉(zhuǎn)化率不高（＜21%），羥胺收率較低（＜20%）。此外，本文作者課題組[10]還考察了固體酸HZSM-5催化環(huán)己酮肟水解制備羥胺的過(guò)程。當(dāng)反應(yīng)溫度15～25℃、反應(yīng)時(shí)間0.5～1.5h、水量0.56～1.11mol、原料與催化劑量的比為1.1～2時(shí)，水相中羥胺的質(zhì)量分?jǐn)?shù)能達(dá)到0.1%～0.8%，且HZSM-5催化劑可重復(fù)使用。如何提高羥胺產(chǎn)品收率，將是固體酸催化肟水解反應(yīng)的難點(diǎn)。

2.5 酮肟水解的反應(yīng)機(jī)理

關(guān)于酮肟在酸性溶液中的水解機(jī)理，相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行了一些研究[20,31-33]。普遍接受的觀點(diǎn)是質(zhì)子化的酮肟與水反應(yīng)，生成中間體加合物；隨后加合物被氫離子催化釋放酮和羥胺，酮肟水解的反應(yīng)機(jī)理如圖2所示。簡(jiǎn)而言之，酮肟的水解是通過(guò)質(zhì)子從氮原子上的Br?nsted酸位點(diǎn)進(jìn)攻開(kāi)始，然后由于水對(duì)α-碳原子的進(jìn)攻，破壞了碳和氮之間的雙鍵，氫質(zhì)子從水轉(zhuǎn)移到氮原子；隨后，碳和氮之間的單鍵斷裂，并且過(guò)渡態(tài)進(jìn)一步分裂為羥胺、酮和氫離子。

圖2 酮肟水解的反應(yīng)機(jī)理

3 酮肟水解反應(yīng)與分離工藝的結(jié)合

為更好地分離、提取水解反應(yīng)后的羥胺產(chǎn)品，研究者探索了不同的酮肟水解反應(yīng)-分離技術(shù)。

3.1 反應(yīng)-蒸餾耦合分離法

蒸餾是一種熱力學(xué)的分離工藝，它利用液體混合物中各組分揮發(fā)度的差別，使液體混合物部分汽化并冷凝，以達(dá)到分離整個(gè)組分的單元操作過(guò)程。蒸餾是蒸發(fā)和冷凝兩種單元操作的聯(lián)合，屬于傳質(zhì)分離的單元操作，廣泛應(yīng)用于煉油、化工等領(lǐng)域。

嚴(yán)生虎等[34]以丙酮肟、鹽酸為原料，考察了丙酮肟水解制備鹽酸羥胺的反應(yīng)，并且建立了反應(yīng)-蒸餾耦合工藝裝置：通過(guò)將反應(yīng)生成物丙酮蒸出，與同時(shí)蒸出的水形成混合溶液，另一反應(yīng)生成物鹽酸羥胺則溶解在反應(yīng)區(qū)殘留液中；促進(jìn)了肟水解反應(yīng)平衡向有利于水解的方向移動(dòng)，打破反應(yīng)平衡，不斷生成鹽酸羥胺。同時(shí)，優(yōu)化了反應(yīng)-蒸餾過(guò)程工藝條件，當(dāng)丙酮肟與鹽酸（38%，質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的物質(zhì)的量比為1∶2時(shí)，130℃、反應(yīng)3h，得到丙酮肟轉(zhuǎn)化率為89%，鹽酸羥胺產(chǎn)品收率達(dá)到84%，丙酮回收率達(dá)99.64%。

陳林[15]以丁酮肟、鹽酸（15%，質(zhì)量分?jǐn)?shù)）為原料，肟酸比為1.5∶1，在82℃下反應(yīng)1h，丁酮肟轉(zhuǎn)化率為7.33%，鹽酸羥胺選擇性為96.43%?？傮w反應(yīng)過(guò)程如式(12)、式(13)所示。在此基礎(chǔ)上，他們改進(jìn)了上述水解方法：①通過(guò)減壓蒸餾，將產(chǎn)物丁酮不斷蒸出反應(yīng)體系，破壞反應(yīng)平衡，促進(jìn)反應(yīng)的正向進(jìn)行；②替換原料為環(huán)己酮肟和硫酸，并添加乙醇作溶劑，使得生成的硫酸羥胺分離，變相促進(jìn)水解反應(yīng)的正向進(jìn)行，同時(shí)反應(yīng)物料（環(huán)己酮、環(huán)己酮肟等）的回收趨于完全。

但改進(jìn)后，上述方法的局限性也很明顯：減壓蒸餾法所能推動(dòng)的反應(yīng)程度有限，且所能促進(jìn)的反應(yīng)限度也受諸多因素影響；在負(fù)壓條件下，減壓蒸餾使反應(yīng)物料的損失也較為嚴(yán)重；添加溶劑促進(jìn)水解反應(yīng)正向進(jìn)行，同時(shí)也促進(jìn)了其逆反應(yīng)的進(jìn)行，不能提高目標(biāo)產(chǎn)物的選擇性；添加乙醇溶劑的量也存在“偶然性”，添加的多則不利于硫酸電離，抑制了水解反應(yīng)的進(jìn)行，添加的少則難以促進(jìn)羥胺鹽的溶析，無(wú)法定向提高肟水解反應(yīng)；而且，添加溶劑后，會(huì)大幅度增加后期的分離費(fèi)用。

3.2 聚二甲基硅氧烷（PDMS）膜原位分離法

為解決上述方法存在的問(wèn)題，陳武威[35]通過(guò)結(jié)合氨肟化和肟水解反應(yīng)，提出了一種經(jīng)濟(jì)高效的合成鹽酸羥胺的方法（A—O—H方法）。利用全蒸發(fā)膜反應(yīng)器（PVMR），通過(guò)原位去除丁酮來(lái)促使平衡反應(yīng)向右移動(dòng)，鹽酸羥胺溶液在PVMR 中結(jié)晶，提高丁酮肟水解轉(zhuǎn)化率。通過(guò)使用PDMS膜，使得對(duì)丁酮/水的膜選擇性高于對(duì)丁肟/水的膜選擇性，以此達(dá)到分離效果?？疾炝硕⊥克夥磻?yīng)條件，當(dāng)肟酸物質(zhì)的量比1∶1.2，100℃反應(yīng)80min，鹽酸羥胺收率高達(dá)90%。并且PDMS膜具有良好的耐損性、穩(wěn)定性，不足之處就是PVMR反應(yīng)器對(duì)丁酮分離的性能稍弱，需要反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，增加了能耗。

3.3 反應(yīng)-萃取耦合分離法

隨著反應(yīng)萃取耦合技術(shù)的發(fā)展[36-40]，為了進(jìn)一步提高酮肟的水解轉(zhuǎn)化率，劉光虎等[39]提出將TS-1催化環(huán)己酮肟水解制備羥胺的工藝與反應(yīng)萃取耦合技術(shù)相結(jié)合，以酮及其對(duì)應(yīng)肟作為循環(huán)反應(yīng)介質(zhì)，環(huán)己烷等有機(jī)溶劑作為循環(huán)反應(yīng)溶劑，與水解-萃取耦合技術(shù)相結(jié)合制備羥胺鹽，一級(jí)萃取后羥胺鹽產(chǎn)率較高（＞80%）。此外，彭超等[41]也對(duì)該方法進(jìn)行改進(jìn)，優(yōu)化了連續(xù)反應(yīng)-萃取條件，以環(huán)己酮肟和硫酸為原料重相進(jìn)料，以環(huán)己烷為萃取劑，硫酸與環(huán)己酮肟等摩爾投料，硫酸與環(huán)己烷等體積投料，通過(guò)5 級(jí)串聯(lián)逆流反應(yīng)循環(huán)萃取1.5h，環(huán)己酮肟轉(zhuǎn)化率為81.90%，硫酸羥胺選擇性高達(dá)90.55%。反應(yīng)流程如圖3所示。盡管以上工藝得到相對(duì)較高的羥胺鹽收率，但該工藝只適用于環(huán)己酮肟存在的反應(yīng)流程，具有一定的局限性；同時(shí)使用了無(wú)機(jī)酸作為催化劑，存在環(huán)境污染等問(wèn)題，因此開(kāi)發(fā)無(wú)機(jī)酸綠色替代物將是未來(lái)研究的重點(diǎn)。

圖3 連續(xù)反應(yīng)-萃取流程

3.4 反應(yīng)-精餾耦合分離法

精餾是根據(jù)混合物中各組分揮發(fā)能力的差異，通過(guò)液相和氣相的回流，使氣、液兩相逆向多級(jí)接觸，在熱能驅(qū)動(dòng)和相平衡關(guān)系的約束下，使得易揮發(fā)組分（輕組分）不斷從液相往氣相中轉(zhuǎn)移，而難揮發(fā)組分卻由氣相向液相中遷移，使混合物得到不斷分離。比之于簡(jiǎn)單蒸餾，精餾分離程度更高，設(shè)備更復(fù)雜，可分離相對(duì)揮發(fā)度較小的物系，且可通過(guò)控制回流比“精準(zhǔn)制導(dǎo)”獲取固定餾分，是簡(jiǎn)單蒸餾的升級(jí)。

杜昕洋等[42]提出將反應(yīng)-精餾與反應(yīng)-結(jié)晶兩種反應(yīng)分離技術(shù)相結(jié)合用于酮肟水解制備硫酸羥胺工藝：通過(guò)將產(chǎn)物硫酸羥胺以及副產(chǎn)物酮的連續(xù)原位移出，以促進(jìn)反應(yīng)向有利于水解的方向進(jìn)行，提高酮肟反應(yīng)轉(zhuǎn)化率；同時(shí)避免反應(yīng)液因黏度過(guò)高而增加傳質(zhì)傳熱阻力，避免副反應(yīng)發(fā)生，實(shí)現(xiàn)在高濃度硫酸反應(yīng)體系下，制備硫酸羥胺。并且得到了適宜的反應(yīng)條件：當(dāng)肟酸比為1∶0.5、初始加入硫酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%時(shí)，硫酸羥胺收率達(dá)到95.59%。

劉樂(lè)樂(lè)[43]利用酮肟水解制備硫酸羥胺，采用反應(yīng)-精餾耦合法移除副產(chǎn)物酮，促進(jìn)酮肟水解反應(yīng)的正向進(jìn)行，在硫酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)≤40%反應(yīng)體系下打破原反應(yīng)平衡轉(zhuǎn)化率（12%～15%），將硫酸羥胺收率提高了80%左右。之后改進(jìn)了該方案，提出采用反應(yīng)-精餾與反應(yīng)-結(jié)晶兩種反應(yīng)分離技術(shù)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了硫酸羥胺的在線移出，硫酸羥胺收率達(dá)90%以上。最后優(yōu)化了水解反應(yīng)的工藝條件，當(dāng)[n(H2SO4)∶n(丁酮肟)]≥[0.5∶1]，硫酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)60%，反應(yīng)溫度80℃，得到硫酸羥胺的收率高達(dá)96%以上。與此同時(shí)帶來(lái)的弊端則是在高濃度反應(yīng)體系下，硫酸羥胺晶體會(huì)大量析出，影響反應(yīng)液的傳質(zhì)傳熱過(guò)程，存在一定的工藝過(guò)程安全問(wèn)題。

4 展望

隨著酮氨肟化反應(yīng)工業(yè)化的逐漸成熟，通過(guò)酮肟水解反應(yīng)制備不同羥胺產(chǎn)品的工藝過(guò)程，不斷成功實(shí)現(xiàn)，展示了良好的發(fā)展可能性和潛在的工業(yè)應(yīng)用價(jià)值。但是，針對(duì)目前的酮肟水解合成羥胺路線中存在的操作條件苛刻、三廢污染排放等問(wèn)題，如何克服無(wú)機(jī)酸催化劑腐蝕設(shè)備、污染環(huán)境及低重復(fù)使用性的缺點(diǎn)，制備高效且重復(fù)使用性高的非均相酸催化劑，借助反應(yīng)萃取-耦合等新型反應(yīng)、分離技術(shù)，開(kāi)發(fā)溫和條件下清潔高效的催化酮肟水解一步合成羥胺及其鹽的工藝過(guò)程，或?qū)⒊蔀榻窈蟮难芯繜狳c(diǎn)。