在间苯二酚制备2－硝基－1，3－苯二酚时，用浓硫酸磺化间苯二酚后

制备对乙酰氨基酚的中间体对氨基苯酚（p-，简称PAP）和制备布洛芬的中间体对异丁基苯基乙醇（IBPE）均需通过催化加氢生产。催化加氢工艺流程短、能耗低、污染小，被普遍认为是未来发展的方向。

首先简要介绍了几种绿色酸催化体系及其在NB加氢合成PAP反应中的研究进展；其次介绍了美国公司与Boots公司联合开发的处理系统，该系统荣获美国第二届“总统绿色化学挑战奖”。氢气生产布洛芬的工艺流程，最后给大家介绍一种新型全自动微反应加氢反应器。

硝基苯（NB）法加氢合成对氨基苯酚（PAP）

NB在酸性环境下选择性催化加氢制备PAP分为两步，即催化加氢和酸催化重排（图1）。 NB加氢生成中间体N-苯基羟胺(PHA)，PHA重排生成PAP；然而，PHA通常会继续氢化成苯胺（AN）； PHA 还会发生歧化和自动氧化反应，生成 AN 和亚硝基。苯（NSB）；另外，PHA可与NSB发生缩合反应，生成偶氮苯氧化物(AOB)；反应路径复杂，需要综合考虑催化加氢过程和酸催化重排过程，以提高PAP的选择性。

图 1 为 p-

目前几种可替代硫酸的非传统液体酸和绿色酸催化体系及其在NB加氢合成PAP反应中的研究成果如下[1]。

固体酸催化体系

王延吉等[2] 以三乙胺为模板剂，采用水热法合成了一系列无氟和含氟体系的二氧化硅磷酸铝分子筛（SAPO-5），并与Pt/SiO2共混，用作催化剂加氢反应NB 合成 PAP。含氟体系制备的SAPO-5分子筛的催化活性明显高于无氟体系合成的分子筛，PAP收率最高可达53.2%。 HF的存在促进了Si在分子筛结构中的插入和Si(4Si)配体环境的形成，从而降低了分子筛的酸含量，但增加了酸强度。酸性中心越强，与 PHA 的相互作用就越强。，加速PHA从金属催化剂表面的解吸和吸附到酸中心，促进PHA的重排反应。此外，以Zn2+作为嵌入金属离子制备了Zn修饰磷酸铝分子筛（ZnAPO），并将其与1%Pt/SiO2混合用于NB加氢合成PAP反应的研究。 PAP的收率可达53.9%。

鉴于镍基催化剂在NB加氢制AN过程中具有优异的活性和低廉的成本，张立雄等人。 [3]探讨了非贵金属镍基催化剂在NB加氢生产PAP中的催化性能，并制备了介孔SBA-15负载的磺化碳固体酸催化剂SO3 HC/SBA-15，具有酸性与硫酸类似，含碳40%。磺化后，酸密度达到最大值0./g。当Ni/SiO2和SO3H-C/SBA-15质量比1:6、0.6MPa H2、120℃、1200r/min、CTAB存在下反应3小时时，硝基苯转化率可达85.1%。 PAP的选择性最高为23.8%。

固体酸负载过渡金属双效催化体系

将加氢活性组分与酸性位点结合，合成双效催化剂，例如固体酸负载的纳米金属催化剂。双效催化剂的研发进一步发展了NB加氢重排合成PAP的反应研究。加氢活性中心和酸性位点的影响和协同作用已成为该体系的研究热点。 [4]首次在HZSM-5（Si/Al=143）上负载过渡金属Pt、Pd、Ru、Rh、Ni、Fe、Co、Cu，并探讨了双向催化剂催化NB气相加氢准备。人民行动党的表现。负载型Rh、Ru、Pd、Pt催化剂的活性顺序为：Rh>Pd>Ru≈Pt，PAP的产率顺序为Pt>Pd>Ru>Rh，Pt催化剂对PAP的选择性高达21% ; Ni催化剂活性也很高，NB转化率达到80%，但PAP选择性仅为1.2%。

宋丽娟等. [5]报道采用酸性分子筛SAPO-5负载非贵金属NiCoB的双效催化剂在适当的反应条件下可以实现90.0%的NB转化率和45%的PAP产率。他们还报道，HY负载的NiCoB催化剂可以实现NB转化率和PAP选择性分别为65%和53%； HZSM负载的NiCoB催化剂可以实现NB转化率和PAP选择性分别为73%和60%。。非贵金属双效催化剂可显着降低催化剂成本，但PAP选择性和收率有待提高。

酸性离子液体催化体系王延吉等。 [6]设计并制备了季铵酸性离子液体[HSO3-bN(CH3)3]·HSO4(式中b=(CH2)4)，并将该酸性离子液体与Pt/SiO2组合形成双-NB加氢重排反应的效应体系。研究证实，酸性离子液体（AIL）的浓度对反应转化率和产物选择性有很大影响。当AIL浓度增加到22.5%时，PAP的选择性出现最大值，达到70.3%。此时NB转化率96.5%；随着AIL浓度的继续增加，PAP的选择性降低。他们认为增加酸浓度既可以提高重排速率，又可以加速PHA的深度氢化。 04

路易斯酸催化体系

与硫酸等强酸相比，路易斯酸水溶液酸性较低，对设备的腐蚀性较小，环境污染较小，并且更容易从反应体系中分离。不需要后处理，可用于酸催化反应。王延吉等. 文献[7]采用Pt/SiO2、Pt/C或Pt/Al2O3作为加氢催化剂，采用硫酸锌、硝酸锌、氯化锌、氯化铁、硝酸铁、硫酸锆或硝酸锆作为Lewis酸。当代替硫酸等强酸用于NB加氢重排反应时，PAP的收率可达73%。经过过滤分离后，Pt/SiO2和硫酸锌可以有效回收，回收过程中NB转化率为100%，PAP收率仍可达到69%。但该系统需要高浓度的金属盐，导致PAP分离困难，能耗高，产品损失大。基于此，在反应液中添加少量乙二胺四乙酸、乙二胺四乙酸锌钠或Zn/SiO2作为反应助剂，可以有效降低所需金属盐的浓度，保证较高的PAP收率。。在此过程中，AN和部分水可以通过蒸发分离，然后直接冷却结晶得到PAP。结晶母液可直接回收，无废液排放。

H2O-CO2酸性反应体系江景阳等。 [8]利用H2O-CO2体系的酸性，以Zn粉为还原剂还原NB生成PHA。在没有CO2的情况下该反应基本上不活跃。当加入0.5 MPa CO2时，转化率可达100%，PHA收率提高至76%。但如果CO2压力继续升高，PHA将深度还原为AN，从而降低PHA的回收率。率下降。在H2O-CO2体系中使用NH4Cl水溶液或添加NaCl，NB转化率比H2O-CO2体系高，但PHA的选择性低于77%；添加NaNO3，NB的转化率提高到71%，PHA的选择性提高到71%。选择性达到97%。添加无机盐可加快电子的转移速度，从而加快反应速率； Cl-可以加速金属的腐蚀，增加金属的表面积，加快反应速率，但会导致PHA来不及在Zn表面解吸并被深加工。氢转化为AN，导致PHA选择性低。此外，利用H2O-CO2体系中的酸性催化PHA进行重排反应制备PAP。将0.5mmol PHA加入到50mL水中，并在100℃下反应1h。当CO2压力增加到4 MPa时，PHA转化率增加到100%，PAP收率达到79%，CO2压力继续增加，PAP收率保持不变。此外，PHA 的浓度显着影响 PAP 的选择性。随着 PHA 浓度的增加，PAP 的选择性降低。当PHA的浓度达到0.1mol/L以上时，PAP的选择性下降到60%以下。

可见，对氨基苯酚是一种重要的精细化工中间体。以硝基苯为原料合成对氨基苯酚具有明显的原料优势。但该方法通常采用传统的液体强酸作为催化剂，存在腐蚀设备、污染环境等问题。随着环境问题日益突出，节能减排的绿色化工工艺备受关注。

加氢法生产布洛芬的生产工艺

我国常用的方法有很多制药公司采用BOOTS法合成布洛芬。该方法的优点是原料易得，对设备损伤小，但缺点也很明显：由于收率较低（40.03%），因此该方法合成布洛芬的实际成本为污染程度较高，副产品污染严重。最先进的路线是BHC法，加氢是关键步骤之一。

美国——该公司与Boots公司联合开发的布洛芬生产工艺被誉为该工艺的成功范例。 1997年获美国第二届“总统绿色化学挑战奖”合成路线变更奖[9]。其中，中间体IBPE是以异丁基苯为起始原料，对自制对异丁基苯乙酮（IBAP）进行加氢反应，通过傅克酰化反应制得。反应方程式如图2所示。

图2 反应方程式

实验流程

向高压釜中加入30 g IBAP、90 mL甲醇、2.4 g Pd/C催化剂和0.38 g NaOH（30%，质量分数），拧紧高压釜，检查是否泄漏，更换氮气3次，氢气3次。将压力升至0.8MPa，开始搅拌和加热，设定反应温度和转速。直至不再吸收H2，然后蒸发溶剂甲醇并进行色谱分析。

检测结果

在30 g IBAP、IBAP:甲醇(质量比)=1:3的测试条件下探讨反应温度对反应的影响； P=0.8兆帕； 5%Pd/C 2.4 克。结果如表1所示。

表1 反应温度对反应的影响

在30 g IBAP、IBAP:甲醇(质量比)=1:3的实验条件下探究5% Pd/C的用量对反应的影响；温度=30℃； P=0.8 MPa[6]，结果如表2所示。

表2 催化剂用量对反应的影响

在30 g IBAP、IBAP:甲醇(质量比)=1:3的实验条件下探究氢气压力对反应的影响； T = 30°C； P=0.8兆帕； 5% Pd/C 2.4 克。影响，结果见表3。

表3 氢气压力对反应的影响

讨论与分析

1、随着温度升高，异丁基苯乙醇收率下降，副产物对异丁基乙苯量增加，但IBPE的收率在室温和30℃时有所不同。不大，但温度稍高时吸氢速度会变快。为了提高反应效率，本实验确定最佳反应温度为30℃。

2、随着催化剂用量的增加，异丁基苯乙酮的转化率不受影响，反应速率加快，异丁基苯乙醇收率达到最大值，且催化剂用量继续增加，副产物收率提高丁基乙苯的含量增加，目标产物的收率下降。该测试的最佳催化剂用量确定为2.4 g。

3、随着氢气压力的升高，对异丁基苯乙酮的转化率提高，但当氢气压力过高时，目标产物对异丁基苯乙醇的收率下降，副产物对异丁基乙苯的收率下降增加，确定实验中最佳氢气压力为0.8 MPa。

4、NaOH的添加具有抑制碳氢化合物生成的作用。碱用量的增加有利于对异丁基苯乙醇的收率，但同时会降低吸氢率。确定NaOH的最佳添加量为0.38 g。综上，通过单因素实验和正交实验对IBPE合成工艺进行了研究，最终确定了最佳反应条件：IBAP 30 g，IBAP：甲醇（质量比）=1：3；温度=30℃； P=0.8兆帕； 5%Pd/C 2.4克； NaOH(30%)0.38g，反应时间3h。在此工艺条件下，IBPE的收率可达96.5%。

从以上案例可以看出，硝基苯催化加氢合成对氨基苯酚的绿色合成路线具有明显的优势。 Pt基加氢催化剂与Zr(SO4)2高温煅烧固体酸及Pt基加氢催化体系在催化剂-硫酸锌-乙二胺四乙酸体系中，对氨基苯酚的收率可达到液体硫酸的效果酸。而且Pt基催化剂用量少，工艺操作相对简单，是一种很有前景的催化体系。 H2O-CO2系统操作简单，催化剂用量少，易于分离，不需要中和及后续处理。但PAP的收率有待进一步提高。因此，开发高效、清洁的催化体系仍然是硝基苯加氢制备对氨基苯酚的重点研究方向。

H-Flow全自动微反应加氢仪是一款基于连续流微反应加氢技术的全自动微反应加氢仪器。该仪器基于清华大学微反应加氢专利技术。它将高纯度氢气与在配备催化剂的微填充塔中连续流动的反应物混合并发生反应。集全过程自动控制、在线实时检测、自动样品采集功能于一体。使加氢反应安全、高效、节能。

目前欧世盛的连续加氢设备可成功实现双键还原、不饱和烯烃加氢还原反应、硝基加氢还原反应、加氢脱苄基反应、还原胺化反应、吡啶衍生物加氢还原反应、α,-β-不饱和酮的还原反应酸衍生物等

催化剂

应用领域

H-Flow全自动微反应加氢仪