2. 羟胺盐的其他制备方法
羟胺的传统制法可分为两类:NOx的磺化或硝基甲烷水解,由此衍生出的具体工艺有多种,例如SO2和NOx可使用多种不同来源的等效试剂,生成的羟胺可用丙酮肟或甲乙酮肟富集,也可不用酮而设法使羟胺盐直接析出。亚硝酸钠磺化法已在前文详述。
硝基甲烷在酸中长时间加热回流,可水解生成羟胺盐。该反应在浓硫酸中仅加热几分钟就能完成,而在浓盐酸中需回流几十个小时,但使用盐酸时能副产甲酸及其盐。原料硝基甲烷[CH3NO2]一般以亚硝酸钠和甲基化试剂(硫酸二甲酯、氯代甲烷、氯乙酸等)反应制备,或者硝酸在高温下将甲烷硝化。这些工艺所涉及的反应为:
(1) 亚硝酸钠和硫酸二甲酯反应:
(CH3)2SO4 + 2NaNO2 → 2CH3NO2 + Na2SO4;
(2) 甲烷的硝化:
H3C‒H + HO‒NO2 → H3C‒NO2 + HO‒H;
(3) 硝基甲烷在盐酸中水解:
CH3NO2 + HCl + H2O → HONH2·HCl + HCOOH.
HCOOH在沸腾的盐酸中部分分解为CO和H2O,在浓硫酸中则彻底分解。
然而硝基甲烷的各制备方法均存在工艺复杂、收率低、副产物多的缺陷,因此硝基甲烷的制备成本往往较高,故该法制备羟胺的成本也较高。同时,该法还存在硝基甲烷危险性大、热盐酸对设备的腐蚀严重、酸性废液排放量大等问题,并不比NOx的磺化有优势。
此外,还有几种羟胺的制备方法也在工业上实现了规模化生产:HPO法即H2在Pd/C催化下还原NO3‒(HPO法),所得的磷酸羟胺可用于制造己内酰胺;另一种工艺是以氨为原料,先合成NO,继而NO在盐酸介质中在Pt等催化下被H2还原;还有一种工艺是H2O2在TS-1催化下加压氧化NH3,并用丙酮富集生成的羟胺。
近两三年,NO3‒电解还原制备羟胺成为科研热点,我国科学家在这一领域处于领先水平:中科大的团队完全以空气为原料,先合成高纯硝酸,继而使用铋基催化剂高选择性地合成了羟胺(2024年报道);化学所的团队则开发了金属-有机骨架衍生的Cu催化剂,在水中以环戊酮介导还原NO3‒,法拉第效率达到47.8%(2024年报道)。