N-甲基吡咯烷酮的最新研究进展

第３３卷第１１期　２００４年１１月　辽　宁　化　工　

Ｌｉａｏｎｉｎｇ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｉｎｄｕｓｔｒｙ　Ｖｏ１．３３．Ｎｏ．１ｌ　

Ｎｏｖｅｍｂｅｒ，２００４　

Ｎ一甲基吡咯烷酮的最新研究进展　贾太轩　，姜雄华　，冯世宏　（１．广西大学化学化工学院，广西南宁５３０００４；２．辽宁工学院材料与化学工程学院，辽宁锦州１２１００１）　摘　要：　Ｎ一甲基吡咯烷酮具有一系列优异的物理、化学性质，是一种应用非常广泛的有机溶剂。　综述了Ｎ一甲基吡咯烷酮在合成及应用方面的最新研究进展。　关键词：Ｎ一甲基吡咯烷酮；合成；应用；研究进展　中图分类号：ＴＱ　２５１．３　文献标识码：Ａ　文章编号：１００４—０９３５（２００４）１１一Ｏ６４２—０３　

Ｎ一甲基吡咯烷酮（简称ＮＭＰ），属于氮杂环　化合物，分子式为ｃ　Ｈ９Ｏ，具有一系列优异的物　理、化学性质。ＮＭＰ沸点高、极性强、粘度低、溶　解能力强、无腐蚀、毒性小、生物降解能力强、挥发　度低、化学稳定性、热稳定性优良，广泛应用于石　油化工、塑料工业、药品、农药、染料以及锂离子电　池制造业等许多方面…１。　

１　Ｎ一甲基吡咯烷酮合成方法　１．１　７一丁内酯与甲胺无催化剂合成ＮＭＰ　７一丁内酯与甲胺无催化剂合成ＮＭＰ的工艺　是Ｅ．Ｓｐａｔｈ等人在１９３６年开发的，德国ＢＡＳＦ公　司、美国ＧＡＦ公司及日本三菱化成公司等相继建　成的ＮＭＰ生产装置都是采用此工艺，所不同的是　原料７一丁内酯生产路线不同。德国ＢＡＳＦ公司、　美国ＧＡＦ公司采用１，４一丁二醇为原料生产　一　丁内酯；而日本三菱化成公司则采用顺酐高压加　氢工艺路线生产　一丁内酯　２。目前，我国生产　ＮＭＰ的企业也是采用７一丁内酯与甲胺无催化剂　合成ＮＭＰ的工艺。　ｙ一丁内酯与甲胺无催化剂合成ＮＭＰ分两步　进行。第一步在一１５℃温度下，７一丁内酯与甲　胺氨解开环生成４一羟基一Ｎ一甲基丁酰胺；第二　步反应温度２５０℃、压力５．８８　ＭＰａ下反应３　ｈ，生　成物进而脱水生成ＮＭＰ，再经浓缩、减压、脱水、　蒸馏后得成品ＮＭＰ，收率为９０％。这两步反应可　以采用釜式反应器间断进行，也可以采用管式反　

应器连续进行【３ｌ。反应方程式为：　ＣＨｚ—　Ｈ２＋ＮＨ２ＣＨ３　Ｉ　Ｉ　ＣＨ２　亡一Ｏ；一＇ＨＯ（ＣＨ２）３ＣＯＮＨＣＨ３　

＼／　０　

ｆ　一ＣＩ　Ｈ０（ｃＨ２）３ｃ０ＮＨｃＨ尸　ＣＨ：＼／，ｃ一０　

Ｎ　Ｉ　

ＣＨ３　

７一丁内酯与甲胺无催化剂合成ＮＭＰ工艺需　要较高的温度、压力和较长的停留时间，这对设备　的选用、过程的操作和控制都提出了较高的要求，　从而增大了投资。　１．２气相催化合成ＮＭＰ　邱立勤等【４　Ｊ开发了以固体酸Ｍｇｏ—ＳｉＯ，为催　化剂，以７一丁内酯和甲胺为原料，常压下气相催　化合成ＮＭＰ的工艺。反应装置为自制的４３０玻　璃管式反应器，可用电阻丝进行加热，催化剂填充　量为５　ｇ。７一丁内酯与甲胺水溶液的混合物经微　型计量泵控制，以液相形式进入反应器，氮气作为　稀释用惰性气体，经微型气体计量计计量后进人　反应器。反应器上下段均填充一定量的陶瓷材　料，上段填充段足够长，作为预热段，以确保反应　在气相状态下进行。反应后产品经冷凝收集，未　冷凝的甲胺用盐酸水溶液吸收。当甲胺和　一丁　内酯的摩尔比为１．３５、反应温度为２６０—２７０℃、　

收稿日期：２００４－０９—２１　作者简介：　贾太轩（１９６７一）．勇，硕士研究生。　

维普资讯 http://www.cqvip.com 第３３卷第１１期　贾太轩，等：Ｎ一甲基吡咯烷酮的最新研究进展　６４３　反应时间为２　ｈ时，ＮＭＰ的收率可达９４％。　气相催化合成ＮＭＰ反应可在常压下进行，反　应时间也有所缩短，对设备的要求大为降低，能耗　更是大大减少，具有很好的开发价值。　１．３电解合成ＮＭＰ　闫昭君　５以Ｎ一甲基丁二酰胺为原料，三氯　甲烷为萃取剂，２０％（ｍａｓｓ）的硫酸为介质，经过欲　处理的铅为电极，在隔膜电解槽中电解合成了　ＮＭＰ。电解合成ＮＭＰ的过程为：在阴极池中加入　２０％硫酸液，加入原料Ｎ甲基丁二酰亚胺（白色　结晶），在阳极筒中倒入２０％硫酸液，使阴阳两极　液面高度基本相同。通入冷凝水，外加冰水浴，保　持一定的反应温度。开动磁子搅拌器，将阳极板　接上直流稳压电源，通以０．０３　Ａ／￣ｍ２的电流进行　电解２　ｈ。将电解液倒入分液漏斗中，用等体积的　三氯甲烷萃取３次，充分静止后分离。将滤液在　常压下蒸馏，基本蒸出溶剂后改为减压蒸馏。　ＮＭＰ的产率可达７０％以上，产品纯度可达９７％　以上。　Ｎ一甲基丁二酰胺电解合成ＮＭＰ的反应实质　是电极表面的催化反应，电解池的负极发生还原　反应生成原子氢：　Ｈ　＋ｅ—Ｈ　再由原子氢还原有机化合物。化学反应式　为：　Ｏ　厂＜　Ｐｂ　一ｃ　阴极ＬＵ　以Ｎ一甲基丁二酰胺为原料电解合成ＮＭＰ，　工艺简单，操作方便，反应条件易于控制，是一种　很有前途的方法。　２　ＮＭＰ的应用　２．１萃取剂　由于ＮＭＰ是一种溶解能力极强的溶剂，广泛　用作萃取剂，可用于回收天然气、轻质石脑油裂解　的生成气中含有乙炔，可使乙炔纯度提高到９９．７　％；可用于回收石脑油高温裂解制取乙烯副产品　Ｃ　馏分中含有的丁二烯及，Ｃ　馏分中含有的异戊　二烯，纯度可达９９％；还用于从裂解气油、石油或　煤焦油的苯馏分中回收芳烃，其回收率约达９６％　９９．６％［６ｌ２．２尾气的吸收气体精制　聚氯乙烯尾气中含有相当数量的氯乙烯，会　造成环境污染，浪费资源，可利用ＮＭＰ吸收聚氯　乙烯尾气中氯乙烯，效果甚佳。ＮＭＰ还可用于吸　附合成气、天然气中酸性气体（如ｃ０２、Ｈ２Ｓ等），使　气体净化，达到精制的目的。　２．３润滑油精炼　石油炼制过程中，减压分馏３７０—５５０℃润滑　油中含有芳烃，影响润滑油粘度指数。传统采用　苯酚和糠醛为原料萃取其芳烃。由于ＮＭＰ具有　比苯酚和糠醛溶解能力强、选择性高的优点，可代　替苯酚和糠醛用于润滑油的精练。杨煜远Ｌ７Ｊ用　ＮＭＰ、苯酚和糠醛对大庆馏分润滑油进行了精制　实验。结果表明：ＮＭＰ溶解能力和选择性均优于　苯酚和糠醛；收率比苯酚高５％左右，与糠醛相　当；溶剂比比苯酚地９％，比糠醛低ｌ４％；ＮＭＰ精　制油还具有较好的抗氧化性。李志东【引、陈英Ｌ’】　等也以ＮＭＰ为溶剂分别对兰州炼油化工总厂减　二线馏分油、伊朗减三线未脱蜡润滑油馏分进行　了精制，并对精制的工艺条件进行了优化优化。　用ＮＭＰ精制润滑油，操作安全，损耗少，产品　性能好，具有良好的应用前景。　２．４聚合物及聚合反应的溶剂　ＮＭＰ可作为树脂加工溶剂，制造乙烯基类涂　料、地板漆、清漆及复合涂料。ＮＭＰ还可作为聚　合反应的溶剂，如以ＮＭＰ作为溶剂合成聚苯硫醚　和聚酰亚胺。　聚苯硫醚（ＰＩＥ＇Ｓ）是一种新型的高分子工程塑　料，具有优异的耐热性、阻燃性、绝缘性，其强度和　硬度均较高，制品的尺寸稳定性好，可用多种成型　方法进行加工，而且可精密成型，用途十分广泛。　陈明尧等【ｔｏ］在催化剂ＮａＣＯ　的作用下，用对二氯　苯（Ｐ—ＤＣＢ）和脱水后的硫化钠在ＮＭＰ溶剂中在　２３０　ｏＩ＝左右、在常压下反应８　ｈ，合成了聚苯硫醚。　聚酰亚胺是一类以酰亚胺环为特征结构的聚　合物。这类高聚物具有突出的耐热性、优良的机　械性能、电学性能及稳定性能等。其各类制品如　薄膜、粘合剂、涂料、层压板和模塑料等已广泛应　用于航空航天、电子电工、汽车、精密仪器等诸多　领域。用苯羧酸二酐与二胺反应生成聚酰胺类化　合物后，在ＮＭＰ溶剂中低于５０　ｏＩ＝反应条件下进　行环化反应可制得聚酰亚胺。　

维普资讯 http://www.cqvip.com 辽　宁　化　工　２ＯＯ４年１１月　２．５中温段热管工质　目前中温段热管工质很少，现在使用的导热　姆一Ａ有毒且在高温下易分解；萘凝结换热系数　太低。因此探询一种无毒、化学性质稳定且传热　性能较好的中温段热管工质对于工业上广泛存在　的４００　６ＯＯ　ｏＣ的排烟余热的回收具有十分重要　的意义。童明伟等［１１ｊ对以ＮＭＰ为工质的两相闭　式热虹吸管传热特性进行了实验研究，结果表明　ＮＭＰ的综合传热性能优于萘，且在２２０—３５０　ｏＣ的　工作温度范围内，其相应的工作压力仅为０．３—　２．５　ＭＰａ，是一种合适的中温段热管工质。　２．６合成的电荷转移化合物　激光科学的发展对非线性光学材料提出了更　高的要求，新型非线性光学材料的合成成为人们　关注的焦点。牛景扬等ｕ　Ｊ由　ＭＰ和Ｈ３ＰＭｏｘ　Ｗ。２一　０４ｏ·／７，Ｈ２０合成了一系列电荷转移化合物，　并对其非线性光学性质进行了表征。结果表明，　该系列化合物固体中阴离子和阳离子间存在强的　相互作用，化合物在光照下发生分子内电荷转移，　导致阳离子氧化和阴离子还原，阴离子还原处于　单电子阶段；随化合物分子内钨取代数增多，化合　物倍频效应增强，三阶非线性系数增大。有望成　为新型非线性光学材料。　２．７其　他　ＮＭ可作为清洗剂，用于清洗精密机械及光　学仪器的超声波清洗，还可用于锂离子电池制造　业、药品、农药、染料、涂料等精细化学品生产中。　３结语　ＮＭＰ是一种性能优良、应用非常广泛的有机　溶剂。伴随科技的发展日新月异，ＮＭＰ的合成技　术将不断提高，成本会断降低，ＮＭＰ将会有更为　广阔的发展前景。　

参考文献　［１］徐兆瑜．聚乙烯吡咯烷酮和Ｎ一甲基吡咯烷酮的应用　进展［Ｊ］．化工生产与技术，２００４，３３（３）：１９—２３　［２］于目凯，孙春兰，魏章申，等．Ｎ一甲基吡咯烷酮的生产　及市场［Ｊ］．河南化工，１９９９，７：１０—１２　［３］汪家铭．Ｎ一甲基吡咯烷酮生产应用与市场前景［Ｊ］．　四川化工，１９９７，１：５８—６０　［４］邱立勤，米镇涛，张香文，等．气相催化合成Ｎ一甲基毗　咯烷酮［Ｊ］．石油化工，１９９６，２５（３）：１７９—１８２　［５］　同昭君．Ｎ一甲基毗咯烷酮电解合成的研究［Ｊ］．天然　气化工，２０００，２５（１）：４４—４６　［６］汪多仁．Ｎ一甲基吡咯烷酮生产应用与需求［Ｊ］．石油　化工动态，１９９７，５（１）：５１—５３　［７］杨远．甲基毗咯烷酮精制大庆馏分润滑油［Ｊ］．炼油设　计，１９９８，２８（３）：１１—１５　［８］李志东，朴香兰，朱慎林．润滑油Ｎ一甲基毗咯烷酮精　制工艺条件的优化［Ｊ】．炼油设计，２００１，３１（１）：１６—１９　［９］　陈英，陈东，吴宪．ＮＭＰ精制伊朗润滑油馏分的初步研　究［Ｊ］．润滑油，２００２，１７（１）：３９—４１　［１０］陈明尧，毛逢银，向群．硫化钠法常压合成聚苯硫醚　的研究［Ｊ］．化工时刊．２００３，１７（１０）：２１—２３　［１１］童明伟，童庆明，陈李，等．Ｎ一甲基毗咯烷酮两相闭　式热虹吸管传热特性的实验研究［Ｊ］．工程热物理学　报，１９９４，１５（２）：１８５—１８９　［１２］牛景扬，王敬平，柏艳，等．Ｈ３ＰＭｏｘＷＩ２一ＸＯ，ｏ·ｎＨ２０和　Ｎ一甲基毗咯烷酮电荷转移盐的合成，表征和非线性　光学性质［Ｊ］．应用化学，２ＯＯＯ，１７（６）：５８９—５９２