【正文】 低成本生產(chǎn)高純度 9， 9－ 二（甲氧甲基）芴的研究 可 行 性 研 究 報 告 一、選題的必要性 項目所處技術(shù)領(lǐng)域產(chǎn)業(yè)政策； 高純 9， 9－ 二（甲氧甲基）芴（簡稱為 DONORF）為純度 %的 產(chǎn)品 ，其既可作為內(nèi)給電子體，又可作為外給電子體，同時其還是新型抗病毒藥物中間體 ——芴可醚的生產(chǎn) 原料，以及新一代彩色數(shù)碼噴繪墨水與新型熒光染料等的重要中間體， 因此 高純 DONORF 產(chǎn)品具有廣闊的市場前景。 20世紀 90 年代末開發(fā)出來的第五代聚丙烯催化劑采用的內(nèi)給電子體即為 9,9－ 二 (甲氧甲基 )芴， 該催化劑 性能十分優(yōu) 越： (1) 聚合過程中無需使用外給電子體； (2) 催化劑具有極高的活性，其活性是第四代催化劑的 2～ 3 倍； (3) 氫調(diào)性更佳。無容置疑，該類高性能的催化劑將在今后相當長的一段時間內(nèi)影響著全球聚丙烯工業(yè)的發(fā)展。 另外， 高純 DONORF 還可以用于對 二環(huán)戊基二甲氧基硅烷（ DONORD） 進行改性。這是因為 DONORD 雖然優(yōu)點突出，但單獨作為外給電子體使用也存在不足： (1) 使用 DONORD 后，聚合過程的氫調(diào)性急劇下降； (2) 聚丙烯分子量分布變窄，同時融指 (MFR)急劇下降，這給聚丙烯裝置生產(chǎn)中、高 MFR 樹脂 帶來困難。而DONORF 作為外給電子體具有氫調(diào)性好的優(yōu)點，因此可用來對DONORD 進行改性，構(gòu)成更為高效的復(fù)合電子體。我們通過實驗證明，經(jīng) DONORF 改性后的 DONORD 復(fù)合給電子體，明顯改善了單獨使用 DONORD 氫調(diào)性不佳的缺陷，可以更為靈巧生產(chǎn)不同融指樹脂，這對于發(fā)展我國聚丙烯專用料的生產(chǎn)將產(chǎn)生深遠的影響。 但目前面臨的問題是，國內(nèi)外無論是在發(fā)展基于 9,9－ 二 (甲氧甲 基 )芴為內(nèi)給電子體的第五代聚丙烯催化劑，還是將其作為第三、四代聚丙烯催化劑的外給電子體均遇到了巨大障礙：即采用現(xiàn)有的生產(chǎn)工藝生產(chǎn) 高純度 9,9－ 二 (甲氧甲基 )芴成本過高，導(dǎo)致使用成本過高。此外，國內(nèi)現(xiàn)階段還沒有大規(guī)模生產(chǎn)普通純度的 9,9－ 二 (甲 氧甲基 )芴，高純度 9,9－ 二 (甲氧甲基 )芴現(xiàn)完全依賴進口，每噸進口品價格高達 80～ 100 萬元！ 項目所處技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀； 通常 9， 9—二（甲氧甲基）芴是由芴與 多 聚甲醛反應(yīng)，生成 9，9—二（羥甲基）芴，再將它與甲基化試劑反應(yīng)合成 9， 9—二（甲氧甲基）芴。 1967 年， Bengt Wesslen 發(fā)表文章，介紹在干燥過的無水二甲基亞砜（ DMSO）中，用乙醇鈉芴與多聚甲醛在冰水浴中反應(yīng)，用 濃鹽酸中和，以水稀釋反應(yīng)液，加晶體氯化鈉飽和，再用乙酸乙酯萃取反應(yīng)產(chǎn)物，經(jīng)洗滌、減壓蒸出乙酸乙酯，可得到粗 9， 9—二（羥甲基）芴，產(chǎn)率為 74％，然后，用苯重結(jié)晶可得無色針狀物 9， 9—二（羥甲基）芴。 Montell North Amical Inc 在歐洲專利（ EP 0, 728, 769A1。 EP 0, 728, 770A1）和巴塞爾（ BASELL）在中國專利（ CN1090194C）報導(dǎo)的 9，9—二（羥甲基）芴的合成方法與上述方法相似，所不同的是在惰性氣體保護下反應(yīng)，所有的原料、試劑、溶劑和儀器都經(jīng)過無水 處理。粗產(chǎn)物采用甲苯重結(jié)晶，產(chǎn)率為 70％。 上述專利在得到了 9， 9—二（羥甲基）芴后，進一步在 N2氣保護下，用四氫呋喃（ THF）作溶劑，將 9， 9 二（羥甲基）芴與碘甲烷在室溫攪拌下，于 小時內(nèi)加入化學(xué)計量的 NaH礦物油，繼續(xù)反應(yīng) 小時，然后蒸餾回收未反應(yīng)的碘甲烷，用水稀釋，過濾出產(chǎn)物， 于 40℃ 真空干燥，并用乙醇重結(jié)晶，得產(chǎn)物 9， 9—二（甲氧甲基）芴，產(chǎn)率為 90％ 。 日本三井油化在日本專利（平 9—95460）用兩相相轉(zhuǎn)移催化法，對用 9， 9—二（羥甲基）芴合成 9， 9—二（甲氧甲基）芴進行了研究，即在反應(yīng) 燒瓶中，加入甲苯、 9， 9—二（羥甲基）芴、硫酸氫四丁基銨和硫酸二甲酯，在 10℃ 攪拌下，于 2—3 小時內(nèi)滴加 50％的NaOH溶液，并在 15℃ 繼續(xù)攪拌 5 小時。然后用水稀釋反應(yīng)混合物，分出有機層中，用液相色譜分析有機層，發(fā)現(xiàn)含有 9， 9—二（甲氧甲基）芴和未轉(zhuǎn)化的原料 9， 9—二（羥甲基）芴。 從上述已有技術(shù)中可以看出，在第一步合成中間體 9， 9—二（羥甲基）芴中，歐洲專利的合成方法，操作繁雜，每種原料、試劑、溶劑都需經(jīng)過無水處理，而且要在惰性氣體保護下反應(yīng)，與 Bengt Wesslen 方法得到的產(chǎn)率基本相當。在第二步合 成 9， 9—二（甲氧甲基）芴中，歐洲專利使用的烷基化試劑碘甲烷和縮合劑 NaH用量大、價格昂貴，反應(yīng)需在 N2 氣保護下進行，給工業(yè)化帶來很大困難。而日本專利雖然反應(yīng)條件溫和，試劑價格便宜，但采用滴加 NaOH溶液的加料方法，易使硫酸二甲酯分解，影響產(chǎn)率，三種方法在合成 9，9—二（甲氧甲基）芴中，也都沒有對產(chǎn)物分離、溶劑回收、循環(huán)套用、回收副產(chǎn)物給出具體方法。 營口向陽催化劑有限責任公司在 CN1336359A 報道 9， 9—二（甲氧甲基）芴的合成工藝過程分為兩個階段： 第一階段：高純度 9， 9— 二（羥甲基）芴的合成工藝 將 原料芴與多聚甲醛在二甲基亞砜（ DMSO）溶劑和 20％乙醇鈉的醇溶液中，冰水浴下進行羥甲基化反應(yīng) 3 分鐘，生成產(chǎn)物 9， 9—二（羥甲基）芴和副產(chǎn)物。然后，加水稀釋，用新萃取劑乙酸乙酯萃取，共沸蒸餾回收乙酸乙酯，過濾，得到粗產(chǎn)物，再用溶劑甲苯重結(jié) 晶，共沸蒸餾回收甲苯，再過濾，得到了高純度 9， 9—二（羥甲基）芴，得率約為 70％。 第二階段：三相相轉(zhuǎn)移催化合成 9， 9— 二（甲氧甲基）芴的工藝過程： 將第一階段合成的高純度 9， 9—二（羥甲基）芴作原料，以苯、甲苯、二甲苯或 C6—C18 非水溶性脂肪烴、脂環(huán)烴或芳香烴為溶劑，在 5—50％ NaOH或 KOH溶液以及相轉(zhuǎn)移催化劑季銨鹽 R4N+X－ 的存在下，連續(xù)滴加或分批多次加入甲基化試劑硫酸二甲酯或其與非水溶性烴溶劑的混合物，于常壓、 0—50℃ ，強烈攪拌下，使水相、有機溶劑相、固相三相甲基化反應(yīng) 1—10 小時，分離水層后，經(jīng)共沸蒸餾分離，回收溶劑、水、濾液，并將它們循環(huán)使用，分離副產(chǎn)物，得到9， 9—二 （甲氧甲基）芴產(chǎn)品，粗品得率約為 74％。 從上我們可以發(fā)現(xiàn)，營口向陽催化劑有限責任公司的中國專利CN1336359A 所公開的二步法工藝：其中第一步制備 9， 9－ 雙（羥甲基）芴實質(zhì)上和 Montell（ EP0,728,769A1:EP0,728,770A1）； BASELL（ CN1090194C）公布的方法基本相同，在第二步由 9， 9－ 雙（羥甲基）芴進行甲基比制備 9， 9－ 二（甲氧甲基）芴的方法也是對日本三井油化（ JP9095460）的改進。 我們在世界上首次發(fā)明了一步法工藝，即氯甲醚路線： 在少量四氫呋喃（ THF）中加入鈉砂，滴加含芴的 THF 溶液，在 10℃ 左右反應(yīng) 2 小時，然后再滴加氯甲醚，繼續(xù)反應(yīng) 8 小時，過濾除去氯化鈉，回收 THF，然后程序升溫和降溫進行無溶劑分步結(jié)晶制得高純度 9， 9－ 二（甲氧甲基）芴 ，產(chǎn)物純度為 99， 93%左右，總收率為 90～ 92％。 在該工藝中，僅需要一種有機溶劑 THF，且用量不及其它工藝的1/5，另外，即不使用價格昂貴的碘甲烷，也不使用劇毒的硫酸二甲 酯，其它工藝的總收率為 50—60％，而本工藝的收率高達 90—92％，該工藝經(jīng)查新還暫未見公開報道。 （ 1） Montell 或 BASELL 工藝：近十年，國際市場碘價愈來愈高，碘甲烷的價格十分昂貴且有逐年上升的勢頭，該工藝必將淘汰，而代之于使用氯甲烷或溴甲烷工藝。 （ 2）日本三井油化或營口向陽催化劑有限責任公司工藝 ：該工藝實質(zhì)是 Montell 或 BASELL 二步法工藝的改進，它在第二步反應(yīng)過程中不使用昂貴的碘甲烷，而代之于價廉而劇毒的硫酸二甲酯，采用該路線，對于環(huán)保的要求則十分高，該工藝必須進一步改進，而代之于使用碳酸二甲酯工藝。 （ 3）氯甲醚工藝：具有投資小，收率高，品質(zhì)好，且成本低廉（僅為上述工藝的 1/3—1/5）的優(yōu)點，若本工藝中試成功后，上述二種工藝必將徹底淘汰，氯甲醚工藝是生產(chǎn) 9， 9－ 二（甲氧甲基）芴的革命性工藝，具有世界領(lǐng)先水平。 B. 9， 9－ 二（甲氧甲基）芴的應(yīng)用技術(shù)發(fā)展趨勢： （ 1）在生產(chǎn)醫(yī)藥中間體 “芴可醚 ”方面：以芴可醚為中間體生產(chǎn)的抗病毒新藥已經(jīng)完成了三期臨床，即將在我國正式推廣。 （ 2）在生產(chǎn)數(shù)碼噴繪材料方面：隨著數(shù)碼成像、數(shù)碼噴繪進入尋常百姓家庭，對于顏料的色譜要求更加純正，芴醚偶氮類化合物以其優(yōu)異的耐候性，更加細膩，更加豐實的層次感，已迅速成為柯達、富士、佳能的新一代數(shù)碼噴繪墨水材料。 （ 3）在聚丙烯催化劑方面：由于基于 9， 9－ 二（甲氧甲基）芴為內(nèi)給電子體聚丙烯第五代催化劑優(yōu)異的性能，它正在成為聚丙烯第三、四代催化劑的替代產(chǎn)品，在今后相當時間內(nèi)它將占統(tǒng)治地位。 （ 4）在聚合過程中作為外給電子體 方面： 在 ZieglerNatta 型催化劑中，外給電子體的發(fā)展經(jīng)過下列階段：苯甲酸酯 → 二苯基二甲氧基硅烷 → 環(huán)己基甲基二甲氧基硅烷這幾個階段?，F(xiàn)在使用二環(huán)戊基二甲氧基硅烷僅是一個開始。 由于 9， 9－ 二 （甲氧甲基） 芴 具有一系列令人驚奇的特性，我們通過將二環(huán)戊基二甲氧基硅烷此種強給電子體和其組合使用，可制得一系列性能優(yōu)異的聚丙烯的專用料，故可以肯定， 隨 著對此種復(fù)合外給電子體性能的掌握，使用復(fù)合外給電子體的時代即將來臨，人們可以通過使用復(fù)合外給電子體更靈巧設(shè)計聚丙烯的各種性能及風格。 項目技術(shù)先進性，對相關(guān) 領(lǐng)域技術(shù)進步的推動作用； 9， 9－ 二（甲氧甲基）芴是生產(chǎn)藥物、新一代彩色噴繪墨水以及新型熒光染料的重要中間體，并獲廣泛應(yīng)用，對其進行技術(shù)攻關(guān)就顯得極為有現(xiàn)實意義，在此不進行細述，僅以發(fā)展新型聚丙烯催化劑以及新型復(fù)合外給電