[发明专利]一种5-甲基-2-吡咯烷酮的合成方法

说明书

本发明公开了一种5‑甲基‑2‑吡咯烷酮的制备方法，以生物质衍生物乙酰丙酸为起始原料，以甲酸铵为氢源和氮源，以负载型双金属催化剂为加氢催化剂，在水中采用“一锅法”合成5‑甲基‑2‑吡咯烷酮，所述的负载型双金属催化剂的负载金属为两种贵金属组成的双金属、一种贵金属与一种非贵金属A或非贵金属B组成的双金属、或一种非贵金属A与一种非贵金属B组成的双金属。本发明方法乙酰丙酸转化率可达到100％，5‑甲基‑2‑吡咯烷酮的收率可达94％以上。本发明工艺环保，操作简单，催化剂可回收利用，反应选择性高，产物收率高，具有明显的工业化生产优势。

技术领域

本发明涉及一种5-甲基-2-吡咯烷酮的制备方法，特别是在负载型双金属催化剂作用下由乙酰丙酸、甲酸铵催化还原胺化制备5-甲基-2-吡咯烷酮的方法。

背景技术

随着煤、石油和天然气等不可再生化石资源日趋消耗殆尽，以典型的可再生资源生物质为替代品生产高附加值化学品和燃料的研究受到越来越广泛关注。生物质可再生资源有效转化可降低对化石能源的依赖，缓解我国乃至世界当前的资源和能源问题、实现可持续发展。生物质可以转化得到5-羟甲基糠醛、γ-戊内酯、乙酰丙酸、N-取代烷基吡咯烷酮等大宗平台化合物和生物燃料。

5-甲基-2-吡咯烷酮是一种重要的化学品和医药、农药等合成的中间体，可由生物质可再生资源衍生物乙酰丙酸及其酯通过催化加氢还原胺化制得。通常的合成方法是以氢气为氢源、以氨气或者有机胺为氮源，在金属催化剂作用下催化乙酰丙酸(酯)制得。

如Shilling等以氢气为氢源，以氨气为氮源，以硅藻土负载的镍作为催化剂，200℃下还原胺化乙酰丙酸合成5-甲基-2-吡咯烷酮，收率为87％(Shilling,WilburL.Pyrrolidinones:US3,235,562[P].1966.2.15.)。

Zhang等以碳酸氢铵或甲胺为氮源，以氢气为氢源，以乙酰丙酸酯类化合物为起始原料，四氢呋喃为溶剂，Ru-PVP/碳纳米管为催化剂，120℃下反应24小时，5-甲基-2-吡咯烷酮收率为96.3％。(Ting Zhang,Yao Ge,Xuefeng Wang,Jinzhu Chen,XueliHuang.Polymeric Ruthenium Porphyrin-Functionalized Carbon Nanotubes andGraphene for Levulinic Ester Transformations intoγValerolactone andPyrrolidone Derivatives[J].ACS Omega.2017,2,3228-3240)。但这些合成工艺均以氢气为氢源，需在高压下进行，反应不易控制；此外，如果以氨气为氮源，则对环境不友好。

中国发明专利申请公开号CN1764376A公开了一种利用任选地有载体的金属催化剂，通过乙酰丙酸与硝基化合物的还原胺化，生产5-甲基-N-芳基-2-吡咯烷酮、5-甲基-N-环烷基-2-吡咯烷酮、和5-甲基-N-烷基-2-吡咯烷酮的方法，也需要氢气为还原剂，产物选择性差，甚至低于10％。

Ananda等以市售雷尼镍为催化剂，以甲酸铵作为氢源和氮源，在水溶液中还原胺化乙酰丙酸制5-甲基-2-吡咯烷酮，在180℃下反应3小时，产物收率为94％。(AnandaS.Amarasekara,Yen Maroney Lawrence.Raney-Ni catalyzed conversion of levulinicacid to 5-methyl-2-pyrrolidone using ammonium formate as the H and N source[J].Tetrahedron Letters.2018,59,1832–1835.)。但雷尼镍催化剂用量比较大(20mg/mmol乙酰丙酸)，且骨架结构不稳定，在反应过程中易粉碎，导致催化剂活性降低。

发明内容