2,5-二氯对苯二胺的合成工艺研发 毕业论文.doc

毕业设计报告(论文) 2,5-二氯对苯二胺的合成工艺研发姓名 所 属 系 化工与制药工程系 专 业 化学工程与工艺 学 号 06107428 指导老师 顾问老师 起讫日期 2011.01-2011.05 设计地点 盐城市庙港化学品有限公司 4东南大学成贤学院毕业论文毕业设计（论文）诚信承诺本人承诺所呈交的毕业设计报告（论文）及取得的成果是在导师指导下完成，引用他人成果的部分均已列出参考文献。如论文涉及任何知识产权纠纷，本人将承担一切责任。 学生签名： 日 期：2,5-二氯对苯二胺的合成工艺研发摘 要2,5-二氯对苯二胺是一种重要的化学原料、药品合成中间体，在农药、医药行业有着极为广泛的应用，在染料工业，可用于合成偶氮颜料，也可作为聚氨酯合成的原料。也常应用于染发剂、橡胶防老剂、显像剂的生产。2,5-二氯对苯二胺的制备方法是以2,5二氯苯胺为原料，合成路线包括苯甲酰化，混酸硝化，碱性介质中水解，铁粉还原四步反应。本文中，对其中的酰化阶段和硝化阶段进行工艺改进，即：采用了在1,2-二氯乙烷溶剂中进行反应，从而提高了产物的收率。这种反应条件温和、产品纯度高、生产成本低的制备方法适用于工业化生产。在酰化阶段，用酸酐乙酰化，操作简单，反应速率快。在水解反应阶段，采用碱性介质中水解，解决了废酸难处理的问题。各步反应中比较适宜的工艺条件参数(反应温度，反应时间，质量收率)分别为：酰化反应：25，0.5h，98.09%；硝化反应：50，7-8h，93.90%；水解反应：95，2-3h，81.31%；还原反应：95，7h，80.14%。最后，四步反应总收率为60.25%。产物熔点与文献报道中的一致，并通过h-nmr和ir确认了标题化合物的结构。关键词：2,5-二氯对苯二胺；酰化反应；硝化反应；水解反应；还原反应synthesis process research of 2,5-dichloro-p-phenylenediamineabstract2,5-dichloro-p-phenylenediamine is an important chemical material, pharmaceutical synthesis intermediate. in pesticide, medicine industry, it has a very wide range of applications. in dyestuff industry, it can be used for azo pigments, also can be used as the raw material polyurethane synthesis, and also can be applied in hair colorings,rubber made,imaging agents production.the preparation method is based on 2,5-dichloroaniline as raw material, the route includes acylation reaction, nitratlon reaction, alkali hydrolysis reaction, reduction reaction. in this article, the process improvement of acylation reaction and nitratlon reaction is to use halogenated hydrocarbon solvents, so its productivity-boosting. the mild reaction conditions, high purity and low cost preparation method is suitable for industrial production.in acylation reaction, we use ac2o for reaction, hence, the operation is convenient and this way is efficient. the hydrolysis reaction in alkaline medium hydrolysis, is to solve the problem of waste acid treatment. the optimal reaction conditions (temperature, time，weight yield) were asfollows: acylation reaction: 25, 0.5h, 98.09%; nitratlon reaction: 50，7-8h，93.90%; hydrolysis reaction: 95, 2-3h，81.31%; reduction reaction: 95，7h，80.14%finally, the total yield of this four steps was 60.25%.the melting point of the product was the same as those reported in literatures，and the structure of the target product was affirmed by h-nmr and irkeyword: 2,5-dichloro-p-phenylenediamine; acylation reaction; nitratlon reaction; hydrolysis reaction; reduction reaction目 录摘要abstract第一章 文献综述11.1 引言11.2 研究背景及意义11.3 2,5-二氯对苯二胺的介绍11.3.1 2,5-二氯对苯二胺的结构11.3.2 2,5-二氯对苯二胺的性质11.4 2,5-二氯对苯二胺的应用21.5 2,5-二氯对苯二胺的文献合成方法21.6 研究目的和研究内容2第二章 合成方法的研究与反应机理42.1 合成方法的研究42.2 合成路线中反应机理分析42.2.1 第一阶段：酰化反应42.2.2 第二阶段：硝化反应52.2.3 第三阶段：水解反应62.2.4 第四阶段：还原反应6第三章 2,5-二氯对苯二胺的合成工艺研究83.1 实验材料83.1.1 主要实验试剂83.1.2 主要实验仪器83.2 制备2,5-二氯对苯二胺的实验研究93.2.1 酰化料的制备93.2.2 硝化料的制备103.2.3 水解料的制备113.2.4 还原料的制备12第四章 实验结果与分析154.1 酰化阶段：2,5-二氯乙酰苯胺的合成154.1.1 反应溶剂对酰化产物的影响154.1.2 反应温度对酰化产物的影响154.2 硝化阶段：4-硝基-2,5-二氯乙酰苯胺的合成174.3 水解阶段：4-硝基-2,5-二氯苯胺的合成194.4 精制阶段：邻、对位水解物的分离204.5 还原阶段：2,5-二氯对苯二胺的合成204.5.1 铁粉与水解料的摩尔比对还原产物的影响204.5.2 试剂盐酸与水解料的摩尔比对还原产物的影响214.5.3 电解质与水解料的摩尔比对还原产物的影响22第五章 结论与展望245.1 结论245.2 展望25致谢26参考文献27附录28东南大学成贤学院毕业论文第一章 文献综述1.1 引言当今世界由于大规模采用现代科技手段，农业发展取得了令人瞩目的成就，同时也面临着一系列问题，主要表现为资源耗竭，特别是不可再生资源耗竭；生态环境质量恶化；国家、地区间资源不公平分配；世界粮食价格大幅上涨；巨额农产品补贴以及农产品进出口贸易中的非关税壁垒等。为解决这些问题和矛盾，世界各国都在进行广泛探索，环保生态农业成为其中的主流，环保生态农产品的生产和发展成为可持续农业的重要途径之一。然而，在农业生产中，施用农药以防治病、虫、草害是保证农业丰收的必要手段，但化学农药因对人、畜的安全和对环境的污染又受到日益严格的管制。而同一种农药施用过久，则病菌、害虫和杂草都会对其产生抗药性。因此，需要不断开发高效低毒、能自然降解的新农药。橡胶防老剂按结构细分可以分为：萘胺类、喹啉类、对苯二胺类、二苯胺类，其中性能优异适合于轮胎尤其是子午线轮胎的主要是对苯二胺类和喹啉类防老剂，尤其是以对苯二胺类防老剂防护性能最佳而被广泛应用。多年来我国一直把提高对苯二胺类防老剂比例，降低有致癌危险的萘胺类防老剂比例作为橡胶助剂产业结构调整重点来抓。2007年，全球橡胶助剂总产量约为1100kt左右，其中防老剂400kt，而对苯二胺类防老剂约占65左右，约为260kt。2008年，全球对苯二胺类防老剂产量与消费量基本平衡。鉴于全球市场竞争日趋激烈，20世纪末期至今，国外橡胶防老剂主要生产厂家总在不断调整之中，进行兼并、重组等，以适应当前橡胶及助剂工业的发展需求。因此，研发对苯二胺类的新产品是很有价值意义的。本文主要是对含氯医药的一种中间体2,5-二氯对苯二胺的合成工艺研究，该物质在医药、农药等领域具有相当重要的地位。但是目前对于2,5-二氯对苯二胺的合成方法研究较少，国内2,5-二氯对苯二胺的价格较为昂贵，合成难度较高。因此，对2,5-二氯对苯二胺的合成工艺进行研究，研发一条高纯度低成本的工艺路线并且探索适合的工业化生产方式显得尤为重要，具有较高的经济价值和社会意义。1.2 研究背景及意义在医药行业中，含氯的药品近年来发展迅速，因而相关的中间体也得到了发展，在国外有机氯中间体已有多种，就可生产数百种药物。我国目前开发的有机氯中间体根据起始原料或化学结构大致可分为四大系列，即苯系列化合物、甲苯系列化合物、脂肪族氯化物、杂环化合物。含氯类的药品，是今后农药和医药发展的重点。因此含氯类的中间体是今后国内研发的主要方向之一。2,5-二氯对苯二胺是一种十分重要的药用中间体，主要用于含氯医药产品的合成。在农业生产中，施用农药以防治病、虫、草害是保证农业丰收的必要手段，但化学农药因对人、畜的安全和对环境的污染又受到日益严格的管制。而同一种农药施用过久，则病菌、害虫和杂草都会对其产生抗药性。因此，需要不断开发高效低毒、能自然降解的新农药。同时，2,5-二氯对苯二胺也常应用于橡胶防老剂、显像剂、染发剂的生产。橡胶防老剂按结构可以分为：萘胺类、喹啉类、对苯二胺类、二苯胺类，其中性能优异适合于轮胎尤其是子午线轮胎的主要是对苯二胺类和喹啉类防老剂，尤其是以对苯二胺类防老剂1防护性能最佳而被广泛应用。多年来我国一直把提高对苯二胺类防老剂比例，降低有致癌危险的萘胺类防老剂比例作为橡胶助剂产业结构调整重点来抓。由于对苯二胺类防老剂合成技术有一定难度，国内生产企业所以并不多。因此，从我国的化工行情考虑，研发对苯二胺类的化学产品具有很大的价值。1.3 2,5-二氯对苯二胺的介绍1.3.1 2,5-二氯对苯二胺的结构2,5-二氯对苯二胺的分子式是c6h6n2cl2，其分子量是177.03，其分子结构式是：图1.1 2,5-二氯对苯二胺的分子结构式2,5-二氯对苯二胺的分子中含有两个氯原子和两个氨基，氯原子是直接与苯环上sp2杂化的c原子相连的。1.3.2 2,5-二氯对苯二胺的性质2,5-二氯对苯二胺的外观为浅咖啡色固体，熔点为164，有特殊的刺激气味，不溶于水而溶于有机溶剂。2,5-二氯对苯二胺是牌号为克劳莫夫塔尔（cromophtal）6g的缩合偶氮颜料的一种中间体，也是聚氨酯的一个单体，也可用作溶剂和有机合成原料，也是一些农药、药物和染料中间体的原料。1.4 2,5-二氯对苯二胺的应用2,5-二氯对苯二胺是一种重要的化学原料、药品合成中间体，在农药、医药行业2有着极为广泛的应用。在染料工业，可用于合成偶氮颜料，被广泛地应用于油墨、涂料、橡胶、印花涂料色浆中。作为与人的生活息息相关的一种产品，环保型不溶性偶氮颜料应为消费者提供安全有利于生态和环境保护的产品，注重绿色消费3趋势。2,5-二氯对苯二胺也可作为聚氨酯合成的原料。目前聚氨酯泡沫塑料应用广泛。软泡沫塑料主要用于家具及交通工具各种垫材、隔音材料等；硬泡沫塑料主要用于家用电器隔热层、屋墙面保温防水喷涂泡沫、管道保温材料、建筑板材、冷藏车及冷库隔热材等；半硬泡沫塑料用于汽车仪表板、方向盘等。市场上已有各种规格用途的泡沫塑料组合料(双组分预混料)，主要用于(冷熟化)高回弹泡沫塑料、半硬泡沫塑料、浇铸及喷涂硬泡沫塑料等。1.5 2,5-二氯对苯二胺的文献合成方法目前对2,5-二氯对苯二胺的合成方法的研究，还只见于少数文献4报道，主要有以下两种路线。图1.2 文献报道中的合成路线上述两种方法，第一种方法中，硝化条件苛刻，要用发烟硝酸和发烟硫酸，且有较多异构体生成，对于分离操作较为困难。第二种方法中，羟胺的成本较高，2,5-二氯苯醌5的来源较难保证。1.6 研究目的和研究内容本论文以2,5-二氯苯胺为原料，经过酰化反应，硝化反应，水解反应，还原反应，四个反应步骤合成2,5-二氯对苯二胺。该合成路线中，避免了文献报道中的“硝化条件苛刻”、“分离操作困难”、“羟胺的成本高”、“2,5-二氯苯醌来源较难”等等一些问题。综合上述两条路线，我们对2,5-二氯对苯二胺的合成进行了研究。以较廉价的2,5-二氯苯胺为原料，经过酰化反应，硝化反应，水解反应，还原反应，反应比较典型。在确定这种方法后，我们对采用何种酰化剂保护氨基，进行了选择。采用酰化6保护氨基，一般有乙酰化、苯磺酰化、苯甲酰化三种方法，其反应如下：乙酰化：苯磺酰化：苯甲酰化：图1.3 三种保护氨基的酰化方法从上述三种酰化氨基的反应看，乙酰化反应有乙酸生成，苯磺酰化有盐生成，而且要在碱性介质中反应，苯磺酰氯的水解难以避免，所以除了有盐生成，还有一定的苯磺酸钠生成。如果再考虑下一步水解，则水解下来的分别为乙酸和苯磺酸，而乙酸和苯磺酸的回收都很困难。而苯甲酰化反应后，生成的氯化氢可吸收后作盐酸用，水解下来的苯甲酸较易回收，同时，由于苯甲酰基的空间阻碍效应，也有利于硝基的定位，减少了异构体7的生成。通过上述的分析比较，确定了以2,5-二氯苯胺为原料，经过氨基乙酰化保护，混酸硝化，乙酰基水解，硝基还原，四个步骤合成2,5-二氯对苯二胺的工艺路线。东南大学成贤学院毕业论文第二章 合成方法的研究与反应机理2.1 合成方法的研究综合上述的研究分析，确定了2,5-二氯对苯二胺的合成路线。具体反应路线如下： 图2.1 2,5-二氯对苯二胺的合成路线 以2,5-二氯苯胺为原料，经过氨基乙酰化保护，混酸硝化，乙酰基水解，硝基还原，四个反应步骤8来合成2,5-二氯对苯二胺。与文献相比，希望达到简化实验操作、避免实验成本较高的等等一些问题，以适于工业化生产。对其中的酰化反应进行了工艺优化，既：以醋酐作酰化剂，反应中加用卤代烃代替乙酸作溶剂，例如1,2-二氯乙烷或者1,1,1-三氯乙烷，这样，反应温度可降低为25，使反应条件更温和，而且溶剂1,2-二氯乙烷或者1,1,1-三氯乙烷可以回收套用，减少了废液排放，符合国家十二五规划中的低耗能生产的要求。优化后， 酰化料的收率得到提高，是一种很好的适用于工业化生产9的制备方法。2.2 合成路线中反应机理分析2.2.1 第一阶段：酰化反应胺类物质容易发生氧化、烃化、酰化等等反应，因此，在合成中常常需要把氨基保护起来。氨基通过酰化，转变成酰胺是保护氨基的一种常用方法。酰胺对氧化剂、烃化剂都是比较稳定的，但易发生水解，因此，广泛用酰基保护氨基。常用的酰基为乙酰基。例如，在磺胺类药物10的合成中，也是用乙酰基保护氨基的。酰基化反应可以用相应的羧酸、酰氯、羧酸酐作为反应试剂，但用酸时需加入脱水剂来增加产率，且有些时候后处理比较麻烦，因而这种反应11一般用酰氯或酸酐。该阶段反应为亲电反应，反应历程可简单表示如下：图2.2 酰化反应中的反应历程对于此类反应也可看作是两步反应：加成一消除。加成一步，取决于电子因素和空间因素；消除一步，取决于离去基团的碱性12和稳定性。2.2.2 第二阶段：硝化反应有机化合物分子中的氢，被硝基取代的反应称为硝化反应。芳环的硝化反应，广泛应用于医药、农药、炸药和染料13等行业。这种芳环硝化反应是芳环上质子的亲电取代反应，反应历程包括下列步骤：（1） 硝酸(作为碱)在浓硫酸作用下先被质子化，然后失水产生的硝酰正离子no2+，这个硝基正离子no2+ 成为了硝化反应的主要活泼质点：图2.3 亲电体的产生（2） 硝基正离子no2+是一种强亲电试剂，它进攻苯环，由于氨基的邻对位定位作用，分别在2,5-二氯乙酰苯胺（酰化料）的4位、6位碳原子发生亲电取代反应，碳原子由原来的sp2杂化转变为sp3杂化，并与亲电试剂以键相结合，分别形成苯环的4位和6位的中间体碳正离子。其实，在第一阶段的酰化反应里，氨基经过酰化后，降低了再亲电取代反应中的活化能力，使其由很强的第类定位基变为中等强度的第类定位基，使反应由多元取代变为了一元取代，由于乙酰基的空间效应，往往更多地生成对位14取代产物。图2.4 对苯环的进攻（3） 碱(负离子)从碳正离子的sp3杂化态的碳原子上夺取一个质子，形成4-硝基-2,5-二氯乙酰苯胺和6-硝基-2,5-二氯乙酰苯胺。图2.5 去质子作用2.2.3 第三阶段：水解反应本阶段的水解是指硝化料4-硝基-2,5-二氯乙酰苯胺与水发生的复分解反应。水分子中的一个氢离子进入一个基团，氢氧根离子则进入另一个基团，分别生成4-硝基-2,5-二氯苯胺和乙酸。反应历程15可简单表示如下：图2.6 水解反应中的反应历程2.2.4 第四阶段：还原反应硝基还原的方法较多，该合成路线中采用铁粉还原法。铁粉在水介质中还原硝基化合物的过程，理论上同金属的腐蚀过程是一致的。由于铁屑的组成中含有比铁不活泼的元素，当铁屑和水溶液接触时，这些不活泼元素能够与铁组成微电池，铁为负极，不活泼元素为正极。在负极上，铁不断被氧化腐蚀为铁离子，生成氢氧化亚铁和氢氧化铁，同时，硝基化合物不断被还原成氨基化合物。铁粉还原是通过电子转移实现的，铁是电子给体，被还原的某个原子首先在铁粉的表面得到电子生成负离子自由基，后者再从质子给体(例如水)得到质子16而生成产物。反应机理可表示如下：图2.7 硝基还原成氨基的反应历程这种铁粉还原法，其优点就是铁粉价格低，工艺方法简单。但是，副产物的氧化铁铁泥中会含有芳伯胺，会有环境污染问题。1mol单硝基化合物被还原成芳伯胺需要2.25mol原子铁17，但实际要用4-5mol的原子铁，因为这与铁粉的质量有关。31东南大学成贤学院毕业论文第三章 2,5-二氯对苯二胺的合成工艺研究3.1 实验材料3.1.1 主要实验试剂表3.1 主要实验试剂试剂名称生产厂家乙酸盐城市滨江化学品有限公司乙酸酐盐城市滨江化学品有限公司98%硫酸无锡市龙吉利化工试剂有限公司98%硝酸无锡市龙吉利化工试剂有限公司发烟硝酸无锡市龙吉利化工试剂有限公司32%盐酸盐城市庙港化学品有限公司氢氧化钠盐城市庙港化学品有限公司铁粉盐城市庙港化学品有限公司石油醚无锡市宜兴辉煌化学试剂有限公司乙酸乙酯无锡市宜兴辉煌化学试剂有限公司乙醇无锡市宜兴辉煌化学试剂有限公司氯化铵无锡市宜兴辉煌化学试剂有限公司甲醇上海申翔化学试剂有限公司1,2-二氯乙烷无锡市展望化学试剂有限公司注：以上试剂和其他溶剂均为分析纯（ar），使用前未做进一步的纯化处理。3.1.2 主要实验仪器表3.2 主要实验仪器仪器名称生成厂家架盘天平江苏常熟衡器厂接触调压器浙江正泰电器股份有限公司调温电热器上海苏进仪器设备厂三用紫外分析仪上海骥辉科学分析仪器有限公司101系列电热鼓风干燥箱上海索谱仪器有限公司shz-循环水式真空泵浙江黄岩天龙真空泵厂jj-1型定时电动搅拌器江苏金坛市金城国胜实验仪器厂0.5100型点样毛细管上海汇润物资有限公司sp-10vap型液相色谱仪上海荆和分析仪器有限公司3.2 制备2,5-二氯苯胺的实验研究3.2.1 酰化料的制备（1）该步反应是制取2,5-二氯苯胺18的第一步反应。反应方程式如下：图3.1 酰化反应中的反应方程式一开始进行这步实验时，是以乙酸酐为酰化剂，在乙酸为溶剂中进行反应，反应结束后用水打散物料，抽滤，水洗到中性，烘干，得到目标产物，由于溶剂中仍有残留产品，回收比较麻烦，并且废酸量比较大。因此，改用1,2-二氯乙烷作溶剂，在1,2-二氯乙烷中，2,5-二氯苯胺直接与乙酸酐进行反应。这样，反应温度可降低为25，使反应条件更温和，而且溶剂1,2-二氯乙烷可以回收套用，减少了废液排放，节省溶剂。由于此反应放热较多，不能一次性加入原料，则采用滴加原料的投料方法。（2） 具体操作方法与实验现象：表3.3 酰化反应的的物料及投料量物料分子量分子数质量（g）2,5-二氯苯胺162.010.62100乙酸酐102.090.981001,2-二氯乙烷98.971.01100在一装有电动搅拌器、温度计及回流装置的1000ml四口瓶中，加入1,2-二氯乙烷100g（1.01mol），再加入乙酸酐100g（0.98mol），待溶液温度在20时开始滴加原料2,5-二氯苯胺100g（0.62mol），然后保温在25-30，根据tlc(薄板层析法)跟踪检测分析，大约0.5小时反应完全。反应结束后，加入500ml水打散物料，抽滤，水洗到中性，烘干，得到目标产物（酰化料：2,5-二氯乙酰苯胺）123.5g,收率98.09%，hplc测定纯度为99.69%。tlc分析展开剂为石油醚：乙酸乙酯=2：1（质量比），结果如图3.2所示(左边为原料点，中间为混合点，右边为产物点)：图3.2 酰化反应中的点板分析结果原料2,5-二氯苯胺在常温下为固体，使用时需要先升温融化。在滴加原料的过程中，反应放热剧烈，要做好降温冷却措施，同时适当加快搅拌，滴加时间控制在30-40min，在反应的初期，溶液颜色为深紫色，然后变为深红色，再渐渐变为粉红色，最后变为白色。反应物料由透明状液体逐渐变稠，此时需要加快搅拌速度，将物料打散，使反应充分完全。3.2.2 硝化料的制备（1）该步反应是以酰化料（2,5-二氯乙酰苯胺）为原料，制取硝化料（4-硝基-2,5-二氯乙酰苯胺）的反应。反应方程式如下：图3.3 硝化反应中的反应方程式投料前，先开始配80%硫酸，以1mol酰化料为基准，称取98%硫酸与水配成1.33mol的80%的浓硫酸（以硫酸质量计算），作溶剂和脱水剂使用。该反应中使用的溶剂，以1mol酰化料为基准，1,2-二氯乙烷投2.5mol。然后再配混酸，混酸的组成以1mol酰化料为基准，1.50mol的95%硝酸（以硝酸质量计算）和1.20mol的98%硫酸（以硫酸质量计算）。一开始进行这步实验时，混酸中使用的是65%试剂硝酸，由于硝酸浓度低，所以水分含量高，则降低了硝化能力，使得该阶段硝化料的收率不高。后来，改用98%浓硝酸，提高了硝化能力，使得该阶段硝化料的纯度由87%提高到93%（以邻、对位产物的总和计算）。（2）具体操作方法与实验现象：表3.4 硝化反应的物料及投料量物料分子量物质量（mol）质量（g）酰化料204.050.6112580%硫酸980.821001,2-二氯乙烷98.972.5024895%硝酸631.5010098%硫酸981.20120在一装有电动搅拌器、温度计及回流装置的2000ml四口瓶中，加入100g配好的80%硫酸，再加入248g1,2-二氯乙烷，酰化料125g，在搅拌下缓慢加料，因为加入太快会使酰化料不完全散开，则导致瓶壁上物料结块。同时，外用冷水冷却，期间温度不超过25，至投料结束后，开始升温至40-45时，停止加热，开始滴加混酸。混酸的滴加时间控制在1.5-2h。反应温度控制在50-55，根据tlc(薄板层析法)跟踪检测分析，大约7-8小时反应完全。反应结束后，倒入两个3000ml烧杯中，用水稀释，抽滤，水洗到中性，烘干，得到目标产物（以邻、对位产物的总和计算）143.2g,收率93.90%，hplc测定纯度为：对位产物（4-硝基-2,5-二氯乙酰苯胺）为82.53%，邻位产物（6-硝基-2,5-二氯乙酰苯胺）为16.31%。tlc分析展开剂为石油醚：乙酸乙酯=1.5：2（质量比），结果如图3.4所示(左边为原料点，中间为混合点，右边为产物点)：图3.4 硝化反应中的点板分析结果由于混酸滴进溶液后，硝化反应立即开始发生，放出大量的热，需要采取冷却措施，且反应温度在50-55之间为宜。四口瓶中的物料在混酸加入前溶液为粘稠状，随着混酸的滴加，物料逐渐变为稀稠状，反应临近结束时，物料会与溶剂分层。当开始滴加混酸0.5h后，就会有有少量的氧化氮类的气体生成，需要采取负压的方式抽掉这类氧化氮气体。并且，反应过程中，四口瓶的瓶壁上会有少量水汽产生，要用干棉纸擦去，是为了阻止水分进入反应物料中。反应物料的颜色由初期的酰化料白色渐渐变为深红色，当反应进行到3-4h时物料变为黄褐色絮状物，反应进行到6-7h时开始淡黄色固体析出，保温8h左右，具体反应时间根据tlc跟踪检测分析确定。3.2.3 水解料的制备（1）该步反应是以硝化料（含邻、对位产物）为原料，制取水解料（4-硝基-2,5-二氯苯胺）的反应。反应方程式如下：图3.5 水解反应中的反应方程式酰胺的水解是对酰胺基的羰基亲核加成，从电子和空间效应来说，甲酰基的稳定性最小，所以最易水解，脱除保护。水解反应可以在碱性溶液或酸性溶液中进行，选择水解条件时，必须同时注意到酰胺键的稳定性和原料的稳定性。一开始进行这步实验时，尝试了酸性水解和碱性水解。酸性水解时，反应后水洗时，用水量太大。碱性水解时，因为反应后生成了乙酸，乙酸可以与氢氧化钠发生中和反应，降低酸浓度，可以节约水洗时的用水量。因此，该阶段采用碱性水解。（2）具体操作方法与实验现象：表3.5 水解反应的物料及投料量物料分子量物质量（mol）质量（g）硝化料249.050.512530% naoh溶液402.70360在一装有电动搅拌器、温度计及回流装置的1000ml四口瓶中，加入360g配好的30%naoh溶液，开始升温至50-65，进行投料，反应温度控制在95-98，根据tlc(薄板层析法)跟踪检测分析，大约2-3小时反应完全。反应结束后，倒入一个3000ml烧杯中，用水稀释，抽滤，水洗到中性，自然风干，得到目标产物（以邻、对位产物的总和计算）83.75g,收率81.31%。tlc分析展开剂为石油醚：乙酸乙酯=1.5:1.75（质量比），结果如图3.6所示(左边为原料点，中间为混合点，右边为产物点)：图3.6 水解反应中的点板分析结果反应初期物料呈粘稠状，反应物料颜色为深墨绿色，反应温度达到65以上时，反应剧烈程度加大，物料中有大量气泡产生。此时，剧烈反应继续进行，0.5h后，物料由原来的粘稠状渐渐变稀，物料颜色也由深墨绿色变为浅墨绿色。再反应2h后，反应物料颜色变为深黄色。反应温度上升到98时，需要控制温度不能再上升，避免发生物料的碳化。然后，进行保温反应1小时，具体反应时间根据tlc跟踪检测分析确定。3.2.4 还原料的制备（1）该步反应是以对位水解料 对位水解料：水解反应后，将得到的水解料（含邻、对位产物）进行精制分离，从而得到的主产物对位水解料。关于精制分离的方法，将在第四章中进行讨论。为原料，制取还原料（2,5-二氯对苯二胺）的反应。反应方程式如下：图3.7 还原反应中的反应方程式这里，以铁粉为还原剂，将硝基还原成氨基的方法曾在工业生产上获得广泛应用，其优点是铁粉廉价，工艺简单。此法副产的氧化铁（铁泥）对环境会造成污染。但是，对于还原反应制取2,5-二氯对苯二胺，用铁粉还原19可以避免氯基的脱落。（2）具体操作方法与实验现象：表3.6 还原反应的物料及投料量物料分子量物质量（mol）质量（g）对位水解料2070.2450乙醇463.26150水180.5510氯化铵53.50.056332%盐酸36.50.0823铁粉560.80445在一装有电动搅拌器、温度计及回流装置的1000ml四口瓶中，加入铁粉，水，乙醇，盐酸，氯化铵，投料，投料结束后，将温度升高到95，根据tlc(薄板层析法)跟踪检测分析，大约7-8小时反应完全。反应结束后，冷却至45过滤，收集滤液，回收乙醇。在物料中加入适量水，进行水洗，抽滤，烘干。得到目标产物（2,5-二氯对苯二胺）34.26g,收率80.14%。tlc分析展开剂为石油醚：乙酸乙酯=6:1（质量比），结果如图3.8所示(左边为原料点，中间为混合点，右边为产物点)：图3.8 还原反应中的点板分析结果将铁粉，盐酸，氯化铵及水投入四口反应瓶中，要先加热回流15分钟，冷却至70，缓慢分批加入水解料，因为温度过高会引起暴沸，加完后缓慢升温至回流。具体反应时间根据tlc跟踪检测分析确定，7h后基本反应完全。加入盐酸的作用是在预蚀过程中产生二价铁离子，二价铁离子是还原反应重用的催化剂，促进了还原反应。加入的氯化铵为电解质，形成电解质溶液，可以提高溶液的导电能力，增大了电解质的传导速率，加快铁氧化成fe304的速率，从而加快硝基化合物的还原。东南大学成贤学院毕业论文第四章 实验结果与分析在一个新产品的研发中，确定好合成路线，会起到引导作用。确定好具体反应条件，会起到关键作用。关于2,5-二氯对苯二胺的合成方法，我们搜集到的资料不多，从查得的文献资料中看，真正具有实验可实施意义的很少。因此，在实验中，对实验结果进行分析与讨论是不可缺少的。4.1 酰化阶段：2,5-二氯乙酰苯胺的合成研究了酰化反应中的反应溶剂、反应温度的不同对酰化产物的影响。4.1.1 反应溶剂对酰化产物的影响许多有机化学反应，都是在溶剂的存在下进行的。溶剂的作用不只是使反应物溶解，更重要的是溶剂分子可以与反应物分子发生各种相互作用。选择合适的溶剂，可以使主反应明显加速，并且能有效地抑制副反应。在该阶段实验中，研究了乙酸作溶剂、1,2-二氯乙烷（edc）作溶剂对酰化产物的影响。实验结果如表1所示：表4.1 不同溶剂对酰化产物的影响反应温度溶剂实验序号酰化料含量（%）原料含量（%）25乙酸（1）95.830.86（2）96.390.70（3）96.720.451,2-二氯乙烷（1）97.890.24（2）98.120.22（3）98.320.21实验结果表明：在采用乙酸为溶剂时，酰化料含量最高到达96.72%，而采用1,2-二氯乙烷为溶剂时，酰化料含量最高到达98.32%。因此，酰化阶段使用1,2-二氯乙烷为反应溶剂较为理想。4.1.2 反应温度对酰化产物的影响由于酰化反应速率很快，为了尽可能地移出大量的热效应，否则会使物料温度迅速上升，引起其他副反应，同时还会造成酰化剂乙酸酐的大量分解。在反应中，分子的碰撞接触才能发生反应，但不是每次碰撞都能发生反应，只有活化能高的分子相互碰撞才能发生反应，而反应的温度与活化能有着紧密的关系。因此，为了使酰化反应顺利进行，必须将酰化温度严格控制在规定的范围内。在该阶段实验中，研究了不同的反应温度（20-40）对酰化产物的影响。实验结果如表2和图1所示：表4.2 不同温度对酰化产物的影响溶剂实验序号反应温度（）酰化料含量（%）原料含量（%）1,2-二氯乙烷（1）20297.450.86（2）25298.320.70（3）30299.690.45（4）35298.110.24（5）40297.090.22图4.1 不同温度对酰化产物的影响实验结果表明：在采用302时，酰化料含量最高到达99.69%。因此，酰化阶段反应温度为302时较为理想。4.2 硝化阶段：4-硝基-2,5-二氯乙酰苯胺的合成研究了硝化反应中的硝化温度及硝酸浓度的不同对硝化产物的影响。采用不同浓度的硝酸，分别在45-50、50-55、55-60条件下进行反应，实验结果如表3和图2所示：表4.3 在不同温度下，硝酸浓度对产物含量的影响温度（）实验序号硝酸浓度（%）产物含量（%）45-50（1）6514.49（2）7030.55（3）7544.20（4）8560.47（5）9869.2150-55（1）6514.01（2）7028.33（3）7541.29（4）8562.20（5）9873.2055-60（1）6512.23（2）7027.24（3）7540.57（4）8560.78（5）9870.39图4.2 在不同温度下，硝酸浓度对产物含量的影响从以上数据可以看出，硝化反应中的硝化温度及硝酸浓度的不同对硝化产物的影响很大。硝酸中含水不能太多，含水太多硝化能力就很低。实验结果与此吻合。当硝酸浓度低于75% 时，得到的产物含量很低。此时，总有一些分子因水解过快而含有较多的二级胺，最终破环反应，导致产物含量降低。硝酸浓度在75-98%时，提高硝酸浓度，产物含量也相应提高。当硝酸浓度为98%时，硝化能力最强，产物含量最高。当硝酸浓度为65-75%时，产物得率很低，升高温度导致得率进一步降低。原因在于，在此浓度条件下，反应介质的水解能力大于硝化能力，生成的二级胺不能迅速被硝化成相应的硝胺，导致分子中同时存在两个或多个二级胺的现象。含有两个或多个二级胺的分子在酸性介质中不稳定，出现了破环，因此效率较低。升高温度，产物含量降低，说明在此浓度条件下，提高温度可能使水解反应和硝化反应的速率均有增加，但水解反应速率增加得更多一些，破环反应就更多，产物含量也更低。因此，只有改变硝酸浓度来提高产物含量。当硝酸浓度大于85%，50-55时，产物含量明显增加，说明，产物含量随温度的提高而提高。4.3 水解阶段：4-硝基-2,5-二氯苯胺的合成起初进行这步反应时，尝试了酸性水解和碱性水解，在95下，进行酸性水解和碱性水解比较，发现水解料含量相差不到5% 以上。并且，酸性水解时，反应后水洗时，用水量太大。碱性水解时，因为反应后生成了乙酸，乙酸可以与氢氧化钠发生中和反应，降低酸浓度，可以节约水洗时的用水量。因此，该阶段采用碱性水解。下面，研究了水解反应中naoh溶液的浓度比对水解产物的影响。实验结果如表4和图3所示：表4.4 naoh溶液的浓度比对水解产物的影响naoh溶液的浓度（%）产物含量（%）点板分析水解料1071.20有2074.09不明显3076.16无4073.22无5072.59无图4.3 naoh溶液的浓度比对水解产物的影响实验结果表明：naoh溶液的浓度不是越低越好，也不是越高越好，而是当naoh溶液的浓度达到一定数值后，产物含量才达到最高。由以上实验数据可知，naoh溶液的浓度为30%时，实验结果最理想。4.4 精制阶段：邻、对位水解物的分离由于在酰化反应里，氨基经过酰化后，使其由很强的第类定位基变为中等强度的第类定位基(-nhcoch3)，强度变低，生成的副产物（邻位产物）还是存在的，为了得到高纯度的对位产物2,5-二氯苯胺，因此，还有必要将邻、对位水解物进行分离。在研究实验中，将水解阶段的产物完全溶解于甲醇中，然后升温至65-70，再立即降温至 15以下后，倒入布氏漏斗中，用滤液反复洗涤3-5次，再进行抽滤，烘干。实验结果如表5所示：表4.5 精制后邻、对位水解物的含量实验序号对位含量（%）邻位含量（%）（1）97.231.59（2）98.111.02（3）95.402.33（4）95.312.61（5）96.292.07实验结果表明：在将水解料进行精制后，得到的对位产物的纯度更高。没有进行精制的水解料分析的结果：对位含量75.23%，邻位含量19.94%，与以上表格中的结果相比，将水解料进行精制后，得到的对位产物的纯度大大提高。4.5 还原阶段：2,5-二氯对苯二胺的合成研究了还原反应中铁粉与水解料的摩尔比、试剂盐酸与水解料的摩尔比、水解料与电解质的摩尔比对还原产物的影响。4.5.1 铁粉与水解料的摩尔比对还原产物的影响铁粉是还原反应中的电子提供者，其用量的多少对产物有较大的影响。在该阶段实验中，研究了铁粉与水解料的摩尔比对还原产物的影响。实验结果如表6和图4所示：表4.6 铁粉与水解料的摩尔比对还原产物的影响铁粉与水解料的摩尔比产物含量（%）点板分析水解料2：168.70有3：187.01不明显4：192.20无4.5：189.01无5.5：191.67无图4.4 铁粉与水解料的摩尔比对还原产物的影响根据理论上，1mol硝基物被还原需要2.25mol的铁粉，但从实际实验结果可以看出，理论上的铁粉量得到的产物收率很低，而且对产物进行薄板分析表明有水解料存在，说明还原反应不彻底。只有当铁粉与水解料的摩尔比为4:1时，得到的还原产物比较理想。继续增大铁粉与水解料的摩尔比，收率没有明显提高，并且成本增大，则没有价值再增大铁粉与水解料的摩尔比。4.5.2 试剂盐酸与水解料的摩尔比对还原产物的影响在铁粉还原法制2,5-二氯对苯二胺中，加入试剂盐酸的作用是在预蚀过程中产生二价铁离子，二价铁离子是还原反应重用的催化剂，促进了还原反应。因此，试剂盐酸的用量是很重要的。实验结果如表7和图5所示：表4.7 试剂盐酸与水解料的摩尔比对还原产物的影响试剂盐酸与水解料的摩尔比产物含量（%）点板分析水解料0.1：184.01不明显0.2：188.22无0.3：186.40无0.4：185.17无0.5：184.27无图4.5 试剂盐酸与水解料的摩尔比对还原产物的影响实验结果表明：试剂盐酸用量如果太小，则预蚀过程中产生二价铁离子数量不足，因此不能引起良好的催化效果。试剂盐酸用量如果太大，则预蚀过程中放出氢气而使大量铁粉被消耗，导致还原过程中铁粉的量不足，从而影响还原反应的进行。因此，试剂盐酸与水解料的摩尔比采用0.2：1。4.5.3 电解质与水解料的摩尔比对还原产物的影响研究了还原反应中，氯化铵作电解质时，氯化铵与水解料的摩尔比对还原产物的影响。实验结果如表8和图6所示：表4.8 电解质与水解料的摩尔比对还原产物的影响电解质与水解料的摩尔比产物含量（%）点板分析水解料0.04：183.09有0.06：184.21不明显0.08：187.20无0.10：185.33无图4.6 电解质与水解料的摩尔比对还原产物的影响实验结果表明：电解质的用量不是越少越好，而当电解质的数量达到一定程度后，继续增大电解质的用量，产物收率并没有提高。因此，电解质与水解料的摩尔比采用0.08：1。根据以上研究结果可知，采用铁粉还原法制备2,5-二氯对苯二胺中，当铁粉与水解料的摩尔比为4:1，试剂盐酸与水解料的摩尔比采用0.2：1，电解质与水解料的摩尔比采用0.08：1时，2,5-二氯对苯二胺的收率可达80.14%，目的产物纯度可达75.25%。东南大学成贤学院毕业论文第五章 结论与展望5.1 结论本论文介绍了2,5-二氯对苯二胺的性质与用途，并综述了它的文献合成方法，分析了各文献合成方法的优缺点，同时本文从低成本高产率合成2,5-二氯对苯二胺的角度出发，提出了以2,5-二氯苯胺为原料，经过氨基乙酰化保护，混酸硝化，乙酰基水解，硝基还原，四个步骤合成2,5-二氯对苯二胺的工艺路线。本论文对该路线的研究结果，可以归纳为以下几点：（1）在酰化反应中，用卤代烃1,2-二氯乙烷代替乙酸作溶剂，反应温度可降低为25，使反应条件更温和，而且溶剂1,2-二氯乙烷可以回收套用，减少了