（应用化学专业论文）N2甲氧基5硝基苯基乙酰胺的合成.pdf

硕士论文n - ( 2 - 甲氧基一5 硝基苯基) 乙酰胺的合成 摘要 本文研究了以2 ，4 二硝基氯苯为原料，经过甲氧基化、选择性还原和酰化反应制备 n ( 2 甲氧基5 一硝基苯基) 乙酰胺的方法。分别对甲氧基化反应所用的相转移催化剂及选 择性还原所用的还原剂进行了选择，并对影响反应的各种因素如反应温度、反应时间、 物料比及溶剂用量等工艺参数进行了研究，获得了较优的反应条件，同时对其机理进行 了探讨。 研究表明，优化后的反应条件为：( 1 ) 甲氧基化反应中，以聚7 , - 醇一4 0 0 0 ( p e g 4 0 0 0 ) 作为相转移催化剂，原料比为n ( 2 ，4 二硝基氯苯) ：n ( n a o h ) ：n ( c h 3 0 h ) ：n ( p e g 4 0 0 0 ) = 1 ： 1 1 ：1 2 ：0 0 0 0 2 5 ，在6 0 下反应0 5h 。( 2 ) 选择性还原反应中，以二硫化钠为还原剂时 收率较好，原料比为n ( 2 一氨基- 4 硝基苯甲醚) ：n ( n a 2 s 2 ) ：n ( c h 3 0 h ) = i ：i 3 ：1 0 ，n a 2 s 2 溶液 浓度为2 0 ，在6 0 下反应0 5h 。( 3 ) 酰化反应中，选择乙酸、乙酸酐体系来进行酰 化反应，原料比为n ( 2 氨基4 硝基苯甲醚) ：n ( 乙酸) ：n ( 乙酸酐) = l ：3 5 ：1 5 ，反应温度7 0 ， 反应时间1h 。经三步反应后n ( 2 甲氧基5 硝基苯基) 乙酰胺的总收率可达7 7 6 4 ，纯 度为9 9 1 7 。 关键词：2 ，4 二硝基氯苯，甲氧基化，选择性还原，酰化，n 一( 2 甲氧基苯基5 硝基 苯基) 乙酰胺 a b s t r a c t 硕士论文 a b s t r a c t t h es y n t h e s i so fn 一( 2 - m e t h o x y - 5 - n i t r o p h e n y l ) a c e t a m i d ew a si n v e s t i g a t e di n t h i s d i s s e r t a t i o n 2 , 4 d i n i t r o c h l o r o b e n z e n ew a su s e d a s s t a r t i n gm a t e r i a l ，a n d t r e a t e d b y m e t h o x y l a t i o n ，s e l e c t i v er e d u c t i o na n da c y l a t i o nt oa f f o r dn - ( 2 - m e t h o x y - 5 - n i t r o p h e n y l ) a c e t a m i d e p h a s et r a n s f e rc a t a l y s tf o rm e t h o x y l a t i o nw a sc a r e f u l l ys e l e c t e d ，a n dr e d u c i n g a g e n t sf o rs e l e c t i v er e d u c t i o nw e r ei n v e s t i g a t e d t h ei n f l u e n c eo ft h er e a c t i o nc o n d i t i o n so n t h ey i e l do fn 一( 2 一m e t h o x y - 5 - n i t r o p h e n y l ) a c e t a m i d ew a ss t u d i e d t h em e c h a n i s t i ca s p e c t so f t h e s er e a c t i o n sw e r ea l s od i s c u s s e d t h eo p t i m a lc o n d i t i o n sf o rt h er e a c t i o n sw e r es u m m a r i z e da sf o l l o w s ：( 1 ) i nt h e p r e s e n c eo fp e g - 4 0 0 0a sp h a s et r a n s f e rc a t a l y s t ，t h em e t h o x y l a t i o nc o u l db er u ns m o o t h l ya t 6 0 。cf o r0 5 h ，a n d t h er a t i oo f n ( 2 ，4 - d i n i t r o c h l o r o b e n z e n e ) ：n ( n a o h ) ：n ( c h 3 0 h ) ： n ( p e g - 4 0 0 0 ) w a s1 ：1 1 ：12 ：0 0 0 0 2 5 ( 2 ) w h e nt h em o l a rr a t i oo fs o d i u md i s u l f i d et o 2 ， 4 - d i n i t r o a n i s o l ew a s1 3 ，a n dt h em o l a rr a t i oo fm e t h a n o lt o2 , 4 一d i n i t r o a n i s o l ew a s10 ，t h e s e l e c t i v er e d u c t i o no f2 , 4 一d i n i t r o a n i s o l ec o u l db ef i n i s h e da t6 0 c 谢t h i n0 5ht oa f f o r d 2 - a m i n o 一4 n i t r o a n i s o l e ( 3 ) n a c y l a t i o nw a sc a r r i e do u tu s i n g a c e t i ca c i da n da c e t i c a n h y d r i d ea sa c y l a t i n ga g e n tw i t h2 - a m i n o 一4 一n i t r o a n i s o l ea t7 0 cf o r 1h ，a n dt h er a t i oo f n ( 2 a m i n o 4 - n i t r o a n i s o l e ) ：n ( a c e t i ca c i d ) ：n ( a c e t i ca n h y d r i d e ) w a s1 ：3 5 ：1 5 t h eo v e r a l ly i e l d o fn ( 2 - m e t h o x y 一5 - n i t r o p h e n y l ) a c e t a m i d ew a s7 7 6 4 ，a n dt h ep u r i t yo ft h ep r o d u c tw a su p t o9 9 1 7 k e yw o r d s ：2 ，4 一d i n i t r o c h l o r o b e n z e n e ，m e t h o x y l a t i o n ，s e l e c t i v er e d u c t i o n ，a c t y l a t i o n ， n 一( 2 - m e t h o x y 一5 一n i t r o p h e n y l ) a c e t a m i d e i i 声明 本学位论文是我在导师的指导下取得的研究成果，尽我所知，在 本学位论文中，除了加以标注和致谢的部分外，不包含其他人已经发 表或公布过的研究成果，也不包含我为获得任何教育机构的学位或学 历而使用过的材料。与我一同工作的同事对本学位论文做出的贡献均 已在论文中作了明确的说明。 研究生签名：望麴 年z 月易日 学位论文使用授权声明 南京理工大学有权保存本学位论文的电子和纸质文档，可以借阅 或上网公布本学位论文的部分或全部内容，可以向有关部门或机构送 交并授权其保存、借阅或上网公布本学位论文的部分或全部内容。对 于保密论文，按保密的有关规定和程序处理。 研究生签名：j 啦如歹年月哆日 硕士论文 n - ( 2 - 甲氧基- 5 - 硝基苯基) 乙酰胺的合成 1 绪论 1 1n 一( 2 一甲氧基5 硝基苯基) 乙酰胺的性质及用途 1 1 1n ( 2 甲氧基5 硝基苯基) 乙酰胺的主要性质 n - ( 2 一甲氧基5 硝基苯基) 乙酰胺( n 一( 2 m e t h o x y - 5 n i t r o p h e n y l ) a c e t a m i d e ) ，分子式 c 4 - i l o n 2 0 4 ，精确分子量2 1 0 1 8 9 ，c a s 号3 3 7 2 1 5 4 9 ，黄色针状结晶，熔点1 7 5 1 7 6 。 溶于醇，苯，二氯甲烷，氯仿等有机溶剂，难溶于水【1 1 。 1 1 2n ( 2 甲氧基5 硝基苯基) 乙酰胺的主要用途 n 一( 2 一甲氧基5 硝基苯基) 乙酰胺是一种重要的精细化工产品，主要用作希夫碱系有 机非线性光学材料中间体。而希夫碱系化合物在液晶、感光材料以及有机非线性光学材 料等领域均有重要作用。 光电子学是在激光、非线性光学等学科综合的基础上发展起来的一门新的前沿学 科，它的兴起和发展将使现有的电子技术( 包括通讯技术、计算机技术、测量技术) 得 到了全面的革新进而转入到光电子技术时代。对于目前以及未来的信息、图像处理的许 多方面均具有极为重要的作用和巨大的潜在作用，因此引起了人们的广泛兴趣1 2 - 4 。 非线性光学是研究在强光作用下物质的响应与场强呈现的非线性关系的科学，与场 强有关的光学效应称为非线性光学效应，而其中倍频效应( s e c o n dh a r m o m i cg e n e r a t i o n 。 s h g ) 是最引人关注的效应之一【5 】。非线性光学材料广泛地应用于激光频率转换、四波混 频、图象放大、光束转向、光存储、光信息处理、光纤通讯、水下通讯、激光对抗以及 核聚变等研究领域。能够充分利用其非线性过程同时具有足够可塑性以实现目标的剪裁 村料主要有三类：以l i n b 0 3 和k d p 为代表的具有良好透明性和硬度的氧化物和铁电单 晶；i i i v 族半导体，特别是外延生长的约束结构形式的材料现在已经并且仍将是非线 性光学的一类极具挑战性的材料；最后，就是我们所关注的有机类化合物。早在7 0 年 代的中期，就有一些研究工作者对有机非线性光学进行了研究。通过对于有机分子体系 的非线性特性的测量和鉴定，从微观和宏观水平上认识到它们具有较强的非线性响应。 初期的研究结果表明，一些有机材料( 如苯并芘、六次甲基四胺、马尿酸以及二苯基乙 二酮等) 中可有效观察到二次谐波产生效应，随后的进一步研究进而证明了尿素晶体及 3 一甲基一4 硝基氧化吡啶( p o m ) 和n ( 4 一硝基苯基) ( d 脯氨酸( n p p ) 晶体的可调谐参量的 放大与发射。随之，研究深入到聚合物非线性光学材料的开发及其器件化的发展等 2 , 6 - 8 1 。 般认为，7 c 电子的大的非局域性诱导了协同效应而产生很大的非线性响应，中心 对称分子中的兀电子体系本身存在着巨大的三阶极化率，而更普遍的情况是未取代的母 体分子是中心对称的，非局域电子对d 的贡献消失，因此认为共轭分子的二阶极化率是 1 l 绪论 硕士论文 起因于由一个或多个取代基造成的兀电子分布畸变。效应的大小与符号取决于取代基的 性质、数目及共轭体系的长度【2 j j 。 有机非线性光学材料已经日益引起人们的重视，主要是由于其具有较高的光学活 性，较为快速的响应时间以及分子结构可变性等特点。但是许多研究却表明，大多数的 有机化合物在真正成为实用型倍频晶体材料时，并不顺利，主要是由于不易长出大尺寸 的、光学均匀的以及各项物理化学综合性能优良的晶体。国内外研究工作者进行了大量 的探索，力求在这一领域有所突破。研究表明希夫碱系有机化合物，由于其自身的线性 结构，分子偶极距大，倍频效应高，被认为是较为有前景的结构之一，具有广泛的开发 应用前景【l # j 。 1 2n ( 2 甲氧基一5 一硝基苯基) 乙酰胺的合成研究现状 1 2 1 全合成研究现状 国内外研究表明，n ( 2 甲氧基5 硝基苯基) 乙酰胺的合成方法主要有两种，分别以 邻硝基氯苯以及2 , 4 二硝基氯苯为基本原料，经过多个单元反应来制备 9 - n 】。 以邻硝基氯苯为原料的合成路线： c 1 o c h 3o c h 3 妨2 昔2 一臼洲2 o c h 3o c h 3 景9 洲2 等警洲洲3 n 0 2 n i0 2 以2 , 4 二硝基氯苯为原料的合成路线： c 。l o c h 3 9 c h 3 9 2 盖9 2 苦9 洲2 n 0 2n 0 2n 0 2 o 。c h 3 堕塑旦r 寸洲洲3 c h 3 c o o h n 0 2 上述合成路线的基本原料均符合工业合理经济性，因此都有可行性，针对上述路线 中所涉及的单元反应，国内外的科研工作者也进行了大量的研究- f 作h , h 4 】。观察上述 合成路线，我们认为第二条路线具有明显优势，它不仅避免了将会产生大量的废酸废水 硕士论文n - ( 2 甲氧基5 硝基苯基1 乙酰胺的合成 的硝化反应，而且该路线步骤也较少，认为在工业生产中具有更大的竞争力。但是该路 线中的各步反应仍然存在着一些不足 9 - i l 】，如2 ，4 二硝基氯苯在甲氧基化的反应过程中， 一般工业上运用大量的无机碱和有机溶剂共同作用来制备，容易发生副反应生成2 ，4 二硝基苯酚，应当指出的是这种物质极不稳定，容易发生爆炸，工业上一般以逐步加碱 的方式来避免和减少副反应的发生，但是加碱过程耗时很长。此外选择性还原反应收率 不高，一般只能达到7 2 7 6 ，也成为限制其发展的原因之一。最后一步的酰化反应， 文献报道使用了较多的乙酸和乙酐来反应，室温下反应5h ，收率8 5 。针对上述不足， 认为对该路线的单元反应的研究，以及对工艺的优化有很大的必要。下面，针对该路线 涉及的甲氧基化、选择性还原以及酰化反应的研究现状分别进行简单介绍。 1 2 2 单元反应研究现状 1 2 2 1 甲氧基化反应 现有工业上，2 ，4 二硝基苯甲醚可以通过2 ，4 二硝基氯苯与甲醇和无机碱共热来制 备，也可由2 ，4 二硝基苯酚与硫酸二甲酯制备，本论文选择由2 , 4 二硝基氯苯为原料， 经过甲氧基化反应来得到2 ，4 二硝基苯甲醚，以下，对近年来甲氧基化反应的研究工作 做一点简单介绍。 余志兵等利用卤代芳烃和甲醇、甲醇钠共同作用，来得到醚化产物。张振华【1 6 1 等直接用碱和卤代芳烃在不加催化剂的条件下进行醚化。2 4h 左右滴入氢氧化钠溶液 于2 , 4 二硝基氯苯的甲醇溶液中，反应温度在5 5 6 0 ，这时p h = 7 5 左右，在5 6 左 右保温反应2h 左右，p h = 7 ，即认为达到反应终点，物料呈鲜艳的嫩黄色。以上研究 表明可以通过直接向2 ，4 二硝基氯苯的甲醇溶液中滴加无机碱溶液来实现甲氧基化的 反应，但是该反应条件存在很多不足，如需要消耗大量的无机碱以及甲醇，反应时间较 长，容易生成副产物2 ，4 二硝基苯酚等等。 考虑到甲氧基化反应发生于有机相和无机相之间，因此认为应用相转移催化技术来 优化反应能取得明显的效果。二相相转移催化技术是在7 0 年代初开始发展起来的，并 且日益得到研究工作者的重视和生产的广泛应用。相转移催化反应具有反应速度快、反 应条件温和以及副反应少等优点，相转移催化剂一般分为三类：季铵盐类，冠醚类和聚 乙二醇类【17 1 。 季铵盐虽然不大稳定，但却是相转移催化剂中研究最早并且应用广泛的一类。常用 的季铵盐类相转移催化剂主要有四丁基溴化铵( t b a b ) 、四丁基氯化铵( t b a c ) 、四丁 基硫酸氢铵( t b a s ) 、具有结构y 寸( c 8 。l o h l 7 2 1 ) n + c h 3 c 1 的季铵盐a 1 以及三乙基苄基 氯化铵( t e b a ) 等【l8 1 。罗志强【l9 】等使用了季铵盐苄基三乙基氯化胺来做催化剂，最佳条 件为n ( 2 ，4 二硝基氯苯) ：n ( 甲醇) ：n ( 氢氧化钠) = 1 ：2 0 ：1 3 ，催化剂用量为2 , 4 一二硝基氯苯质 量的1 ，氢氧化钠的加入形式为甲醇和水( 体积比3 ：1 ) 混合液，滴加时间lh ，保温 3 1 绪论 硕士论文 5 8 - 6 0 反应1h ，产率可以达到9 5 。章亚东【2 0 】等研究了以苄基三乙基氯化胺( t e b a ) 为相转移催化剂，由对硝基氯苯和甲醇在氢氧化钠碱性介质中反应，来制得对硝基苯 甲醚，认为最佳实验条件为n ( 对硝基氯苯) ：n ( 甲醇) ：n ( 氢氧化钠) ：n ( t e b a ) = 1 ：3 ：3 ： ( 0 0 2 5 0 o s o ) ，反应温度8 0 。c ，反应时间7 8h ，收率9 5 。吴萍【2 1 】等以四丁基溴化 铵、十六烷基三甲基溴化铵等为催化剂进行研究，得到最佳反应条件n ( 对硝基氯苯) ： n ( 甲醇) ：n ( 氢氧化钠) ：n ( t b a b ) = i ：4 ：2 ：o 0 2 ，微波功率4 6 0 w ，辐射时间5m i n ，收率8 2 ， 缩短了反应时间。卢奎【2 2 】等用酚和氢氧化钠水溶液反应，再在四丁基溴化铵的催化下 与卤代烷反应，合成了1 0 个芳基烷基醚，研究表明催化剂的用量以酚的l o 为宜， 该反应几乎能够定量进行。j z l e r n e r 【2 3 j 等的研究表明以四丁基溴化铵为催化剂，通 过对硝基氯苯与氢氧化钠、甲醇共同在8 0 下反应，得到9 9 的收率。 季铵盐类本身的不稳定，以及在使用过程中易于乳化等问题都日益受到重视，有文 献报道，苄基三甲基溴化铵在浓氢氧化钠溶液中时，温度达到6 0 c 以上便会发生分解， 分解速度随温度的升高而逐渐加快【2 4 , 2 5 】。聚7 , - - 醇类相转移催化剂具有无毒、化学稳 定、反应条件温和等特点，加之其相转移催化能力强、产品收率高等优点，越来越受 到研究人员的关注，国内外也有很多相关报道。 陈邦俊【2 6 1 、吴萍【2 刀、褚斐2 8 1 等分别对以聚7 , - - 醇为催化剂，对硝基氯苯为原料合 成对硝基苯甲醚的反应进行了研究和工艺优化，得到了明显的效果。优化条件之一为 n ( 对硝基氯苯) ：n ( 甲醇) ：n ( 氢氧化钠) ：n ( p e g 6 0 0 ) = 1 ：2 ：3 ：0 0 4 ，氢氧化钠溶液浓度为5 0 ， 收率9 5 。 国内外研究还表明，可以通过固液相转移催化剂来实现类似反应，如gd y a d a v 2 9 】 等以四丁基溴化铵作为催化剂，将固体甲醇钠与对硝基氯苯反应，物质的量之比为1 ：4 进行反应，甲苯为溶剂，反应温度为3 0 ，反应的转化率和选择性均很高。a r r a d 和 s a s s o n d o 等报道了用a 2 7 作为催化剂，同样以对硝基氯苯和固体甲醇钠反应，收率达 到7 0 ，产物纯度9 8 。 此外，随着研究的深入，2 0 世纪8 0 年代末，高分子类相转移催化剂得到了快速的 发展，相较于小分子相转移催化剂只能一次性使用和性能不稳定的缺点，高分子催化 剂的优势明显。例如文献报道【3 1 。3 4 】的聚苯乙烯固载聚乙二醇树脂、氯化聚氯乙烯三乙 胺树脂、聚苯乙烯固载季铵盐树脂、聚苯乙烯吡啶树脂等来作为催化剂，均取得了较 好的实验效果。 1 2 2 2 部分还原及选择性还原反应 该路线的第二步由2 ，4 二硝基苯甲醚制备2 氨基4 硝基苯甲醚，这步反应涉及了选 择性还原的问题，因此，选用合适的还原剂就成为了此步反应成功与否的关键所在。硝 基化合物还原成胺，通常是通过亚硝基化合物、羟胺、偶氮化合物等中间过程。因此， 用于还原硝基化合物成胺的方法，也适用于这些中间过程各化合物的还原。还原硝基化 4 硕士论文 n - ( 2 一甲氧基- 5 硝基苯基) 乙酰胺的合成 合物常用的方法有活泼金属还原法，硫化物还原法，水合肼还原法，催化氢化法和电化 学还原法【9 ，l o 】。当分子中同时含有多个硝基，通过对于催化剂，还原剂，以及反应条件 的选择和控制也可以实现部分还原或者选择性还原的目的，关于部分还原和选择性还 原，国内外科研工作者展开了大量的研究工作。 ( 1 ) 活泼金属还原法 d s w u l f m a n 和c s c o o p e r 3 5 j 在间二硝基苯和冰醋酸体系中，加入铁粉，回流数 分钟，得到3 一硝基苯胺，产率4 9 ，熔点1 1 2 1 1 4 。进而研究了用在冰醋酸体系中， 用铁粉来实现选择性还原的反应。 r 艿峨 f e a c o h ，1 0 - 1 5r a i n r 6 n 啦 g e o r g et h e o d o f i d i s l 3 6 等将2 , 4 二硝基氟化苯溶于乙醇中，加入冰醋酸，以及经研钵 混合均匀的物质的量之比约为1 0 0 ：1 的铁粉和氯化钯混合粉末。反应约需3 0m i n ，深红 色混合物在5 0 。c 下过滤，用水洗涤滤饼，得亮红色固体，核磁共振分析证明得到的是 2 一氟5 硝基苯胺( 纯度9 5 ) 。并且继续深入研究了一系列的用铁粉和氯化钯来实现选 择性还原的反应。 f f ii 2c h 3 c h 2 0 h ，c h 3 c o o hp y 洲2 v 瓦面瓦一v i l n 0 2n 0 2 ( 2 ) 硫化物还原法 含硫化合物多数为相当缓和的还原剂，其中包括硫化物( 硫氢化物、多硫化物也包 括在内) 以及含氧硫化物。常用的有：n a 2 s 、( n h 4 h s 、n a r i s 、n a 2 s x = l 5 ) 、n a 2 h s 0 3 、 n a z s 0 3 、n a 2 s 2 0 4 等，h 2 s 、s 0 2 等也可以用作还原剂。硫化物多用于硝基化合物的还原， 当反应物为多硝基化合物时，可选择性地进行部分还原，应用这类还原剂进行的还原反 应，硫化物提供电子，水或醇为质子供给剂i l0 1 。 魏启华【3 7 】等以多硫化钠为还原剂研究了2 ，4 二硝基苯酚的还原反应，认为当n a 2 s x 的x = 2 时，反应取得较好的结果，得到目标产物2 氨基4 硝基苯酚。s e b a r r o w s 3 8 1 等以十余种多硝基芳香族化合物为研究对象，以二硫化钠的水溶液为还原剂，研究了反 应的效果。姚蒙正和张若蘅 3 9 j 等，以2 ，4 二硝基苯胺为底物，分别定量研究了以n a r i s ， n a 2 s 2 和n a h c 0 3 n a 2 s 为还原体系的反应，研究表明，处于邻位的硝基更易被还原，反 应介质的关键的影响因素，而选择性可以达到9 0 ，同时研究认为三种体系的选择性 相近，还原能力以n a r i s 最佳，但是综合考虑操作成本等因素，以n a 2 s 2 为最佳。 j h b o y e r 和r s b u r i k s l 4 0 1 用1 ，5 二氨基2 ，4 二硝基苯和水在回流条件下加热至 5 1 绪论硕士论文 沸腾，充分搅拌的条件下滴加二硫化钠溶液，控制在1 5h 滴完，滴完后继续充分搅拌 下回流1 5h 。深红色混合物经过滤得固体，经沸水洗涤，过滤，冷却至室温，得到2 ，4 ，5 三氨基硝基苯的红色针状结晶，熔点2 0 0 2 0 7 ，收率4 9 5 5 2 。 h 2 n 仃n h 2 n a 2 s 2 h 2 n 、斜n h 2 0 2 n 足：；久n 0 2 h 2 0 ，a 0 2 n k 5 多人n h 2 ( 3 ) 催化氢化 催化氢化，是指在催化剂的作用下，氢分子加成到有机化合物的不饱和基团上的反 应，几乎所有的不饱和基团均可以直接加氢。对于将硝基催化氢化还原为氨基的反应， 国内外研究者进行了大量的工作，一般认为，催化氢化的关键是催化剂【9 】。 孟祥春【4 l j 等在2 氟5 一硝基苯胺的合成中发现2 , 4 二硝基氟苯中氟取代基对邻位硝 基的影响大于对对位硝基的影响，因而将优先还原氟取代基邻位的硝基，催化剂的总量 应为反应物的1 5 也o 较为合适，采用p d c l 2 c f e ( o a c ) 2 ，但是催化剂仅具有优先 选择性还原作用，因此氢气的用量对产品的收率的影响较大，相对于每摩尔反应物氢气 用量应当较准确地为3 摩尔，如果继续通氢将导致进一步还原。 9 慨蠢9 n h 2 h 2 n h 2 j f k n i f i o n 4 2 埘】比较了不同催化剂对催化加氢的影响，并以r u c l 2 ( p p h 3 ) 3 为催化剂， 研究以间二硝基苯、2 ，4 二硝基甲苯、3 ，5 。二硝基邻二甲苯、l ，3 二硝基萘等为底物，经 催化氢化，实现部分还原，但是其反应条件较为苛刻，氢气压力需达到8 0a t m 。n w g r e g o r y 4 5 1 等以p d c 为催化剂，考察了其在2 , 4 二硝基甲苯的催化氢化过程中的催化活 性及反应动力学。 ( 4 ) 其他方法 a c o r s 4 6 】等，将间硝基苯在2 5 4n l n 紫外光照下，加入适量m e c n 和1m o l l 4 的甲 酸共同作用，来制备了间硝基苯胺，产率高达9 8 。 篇一坚d15,hv 3 0 m i n 。3 h n 0 2n h 2 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 、1 ，u 、r 、 此外，研究表明在有催化剂的条件下以c o 为还原剂，也能够实现多硝基的部分还 原，如x z l i u 和s w l u 4 7 1 研究了用c o 和水，在醋酸钠和d m f 体系中，通过s e 作为催化剂，在常压下与含两个硝基的芳烃化合物反应，得到了选择性还原其中一个硝 基为氨基的产物。 6 f审呲 硕士论文n ( 2 一甲氧基- 5 一硝基苯基) 乙酰胺的合成 g 峨 l n 0 2 c o ，h 2 0 c a t s e n a a c 9 5 。c ，d m f _ 1h n 0 2 n h 2 张天永【4 8 】等以间二硝基苯为原料，研究了以纳米t i 0 2 光催化来还原得到间硝基苯 胺和间苯二胺的还原过程，认为甲醇为溶剂下，纳米t i 0 2 ( p 2 5 ) 为催化剂时，效果最佳。 认为加入甲酸和草酸分别有利于间二硝基苯的完全还原和部分还原。 1 2 2 3n 酰化反应 n 酰化反应是向胺类化合物的氨基氮原子上引入酰基而成为酰胺衍生物的过程。n 酰化反应常用的酰化剂有以下几种：酸类，如甲酸、乙酸、草酸、2 羟基3 萘甲酸等； 酐类，如乙酐、邻苯二甲酸酐等；酰氯类，如光气、苯磺酰氯、苯甲酰氯、三聚氯氰、 三氟一氯吡啶等；酯类，如乙酰乙酸乙酯等；其他类别，如二乙烯酮【1 0 】。 ( 1 ) 酸类为酰化剂的酰化 用羧酸对胺类进行酰化是合成酰胺的重要方法，该反应是可逆的，酰化反应慢，需 要反应温度高。例如用乙酸进行酰化时，为了促使反应平衡移动，在反应经过一段时间 后还需要向体系外蒸出稀醋酸，再对体系中补加冰醋酸后再加热继续进行乙酰化，设备 稍复杂，不易控制，操作周期长。 付强【4 9 j 将冰醋酸和对甲苯胺的混合物在0 5h 内升温到1 1 8 ，保持少量回流，酰 化反应5h 。继续加热升温，使稀醋酸缓慢蒸出，当温度升至1 2 4 时，冷却到1 1 0 ， 补加冰醋酸，再加热使内温升至2 4 0 ，保温lh 后自然冷却至1 6 0 ，将物料倒入搪 瓷盘内冷却凝固，粉碎。酰化产物对甲基乙酰苯胺收率9 8 ，熔点1 4 8 1 5 0 。 甲h 2 n h c o c h 3 囝业唑 e l l 3 c h 3 ( 2 ) 酸酐为酰化剂的酰化 用酸酐进行酰化，该反应不可逆，故不需要除去生成的羧酸，最常用的酸酐是乙酐， 由于它比较活泼，在2 0 9 0 。c 即可顺利进行，乙酐酰化，反应速度快，收益好，是目前 较为常用的酰化方法。 付强【4 9 】将对甲苯胺加入乙酐中，加料时间3 0m i n 左右，加完之后在7 0 。c 下，保持 反应3 0m i n ，再降温至3 0 。c 以下即得产物对甲基乙酰苯胺。 ( 0 h 3 0 0 ) 2 0 o c h 3 7 审呲 2、j 3爹呲 i 1 绪论硕士论文 罗一鸣【5 0 】等将2m l 苯胺、3 2m l 含不同质量的碳酸钠溶液，再在搅拌下，于约5m i n 内滴加乙酐3m l ，反应得乙酰苯胺。随着碳酸钠加入量的增加，乙酰苯胺的产率虽逐渐 增高，但增高的幅度不大，尤其当它的加量( 3 4 0g ) 和反应生成的醋酸的量达到中和点 后，则随碳酸钠的增加，产率的增高更趋缓慢。 ( 3 ) 酰氯类为酰化剂的酰化 郑辉【5 l 】等通过制备不同结构的酰氯，加入二氯甲烷溶解，等物质的量地滴入相应的 胺类，室温下搅拌3h ，经过适当后处理分别制得了9 个含氟吡啶杂环酰胺类化合物。王 小强【5 2 】等以环己胺与对苯二甲酰氯在摩尔比为1 9 5 - 2 0 0 的条件下反应，在8 2 以上反 应，经过5 6h 制得环己烷基对苯二甲酰胺，收率8 0 。安悦【5 3 】等将一系y 0 2 氨基5 取 代1 ，3 ，4 噻二唑与酰氯进行反应，合成得至l j l 2 个新的n 一( 5 取代1 ，3 ，4 噻二唑2 基) 酰胺 类化合物。王淑菊【5 4 】等以2 一甲基6 乙基苯胺与氯乙酰氯在物质的量之比为1 ：0 9 的条件 下，8 0 反应8 5m i n ，制备乙革胺，收率9 1 。 ( 4 ) 有催化剂的酰化 p s a r a v a n a n ”】等对有催化剂的酰化反应进行了深入研究，该研究指出醇，酚，胺 和硫酸用乙酐或乙酸在l e w i s 酸三氟甲磺酸铜c u ( o t 02 的催化下，于室温下或6 5 下能高效地进行酰化反应，且适用于某些有位阻的底物。该研究对4 0 余例化合物分别 进行了酰化研究，结果表明酰化反应收率在7 9 9 9 。 1 3 本论文主要研究内容 本论文主要围绕n 一( 2 一甲氧基5 硝基苯基) 乙酰胺的合成展开研究工作，结合国内 外文献报道，通过大量的实验和分析，寻找一条较佳的合成路线，并探讨其反应机理。 在研究的过程中，本论文要完成和解决以下几方面的实验内容和问题。 ( 1 ) 通过对n ( 2 甲氧基5 硝基苯基) 乙酰胺的合成工艺的研究，选择一条合成n ( 2 甲氧基。5 硝基苯基) 乙酰胺的路线，即采用2 ，4 二硝基氯苯为原料，通过甲氧基化、选 择性还原及酰化三步反应，合理的后处理得到目标产物n ( 2 甲氧基5 硝基苯基) 乙酰 胺。 ( 2 ) 针对甲氧基化反应选择合适的相转移催化剂，以实现反应的高转化率和高选择性。 ( 3 ) 针对选择性还原，尝试不同的还原体系，选择合适的还原剂进行选择性还原。 ( 4 ) 分别对甲氧基化、选择性还原及酰化三步反应进行讨论，通过对温度、原料比、 溶剂用量、反应物浓度及后处理方式等工艺参数的研究，讨论寻找较佳的工艺条件，以 求获得目标产物n ( 2 甲氧基5 硝基苯基) 乙酰胺的较高收率。 8 硕士论文 n ( 2 甲氧基一5 一硝基苯基) 乙酰胺的合成 22 , 4 二硝基苯甲醚的制备 2 ，4 - 二硝基苯甲醚，无色至黄色针状结晶，分子式c 7 h 6 n 2 0 5 ，c a s 号1 1 9 2 7 7 ， 分子量1 9 8 1 4 ，熔点8 3 ( 8 8 ) ，沸点2 0 0 7 ( 1 6k p a ) ，相对密度1 3 4 1 ( 2 0 4 ) 。 溶于醇和醚，微溶于热水。用作染料中间体，该品也是一种杀虫卵剂，对于蛾类、虱、 蝉螂、家具、地毯内虫卵或甲虫等均有效【9 ，- o l 。 本文以2 ，4 一二硝基氯苯为起始物，经甲氧基化反应制各得到2 ，4 二硝基苯甲醚。该 反应工业上用大量无机碱溶液在大量有机溶剂中进行甲氧基化反应，并且需要缓慢逐步 加入碱液以减少副反应的发生。考虑到反应是在有机相和无机相之间进行，因此，反应 相界面的传质是非均相反应的制约因素，而相转移催化剂在非均相反应中实际上起到了 一种担载转移的媒介作用，即通过相转移催化剂与反应活性组分经过特定形式的结合， 从而实现不同相之间的界面离子转移。 2 1 实验部分 2 1 1 实验试剂与仪器 2 1 1 1 实验试剂 试剂 2 ，4 二硝基氯苯 氢氧化钠 甲醇 聚乙二醇4 0 0 0 聚乙二醇2 0 0 0 0 氯化苄 三甲胺( 3 0 水溶液) 2 1 1 2 实验仪器 仪器 嵋5 0 d 增力电动搅拌器 s h z - d ( i i i ) 循环水式真空泵 j y l 0 0 2 电子天平 z f 2 型三用紫外仪 w r s 1 b 数字熔点仪 规格 工业品 a r a r a r c p a r a r 生产单位 南京化工厂陶尿化- l j 汕头市西陇化工厂有限公司 南京宁试化学试剂有限公司 广州医药站化学试剂公司 中国医药集团上海化学试剂有限公司 上海凌锋化学试剂厂 成都市科龙化工试剂厂 生产单位 上海标本模型厂 巩义市予华仪器有限责任公司 上海精密科学仪器有限公司 上海市安亭电子仪器厂 上海精密科学仪器有限公司 9 22 , 4 二硝基苯甲醚的制各 硕士论文 r e 3 0 0 0 旋转蒸发仪 岛津( s p d 2 0 a ) 高效液相色谱 b r u k e rt e n s o r2 7 傅里叶红外变换光谱仪 b r u k e rd r x3 0 0 核磁共振仪 2 1 2 实验方法 上海亚荣生化仪器厂 日本岛津公司 瑞士b r u k e r 公司 瑞士b r u k e r 公司 在装有回流冷凝管、温度计、机械搅拌器的的四1 2 1 烧瓶中依次加入1 0 1 2g ( 0 0 5 m 0 1 ) 的2 ，4 一二硝基氯苯、适量的催化剂，适量甲醇，升温到一定的温度，滴加一定浓度 的氢氧化钠溶液适量，滴加完毕后再保持一定温度至反应完毕。经后处理得白色或浅黄 色针状结晶，2 ，4 二硝基苯甲醚的收率为9 7 0 7 。 2 2 结果与讨论 为优化反应条件，研究了催化剂、氢氧化钠用量、氢氧化钠浓度、反应时间、反应 温度及甲醇用量等对反应的影响，本节涉及的收率均为2 ，4 二硝基苯甲醚的分离收率。 2 2 1 催化剂对反应的影响 按照2 1 2 所示的方法进行反应，加入2 ，4 一二硝基氯苯1 0 1 2g ( 0 0 5t 0 0 1 ) ，甲醇4 0 m l ，催化剂适量，4 0 下滴加浓度为3 0 的含氢氧化钠0 0 7 5m o l 的水溶液，滴加完毕 后保持6 0 反应，t l c 跟踪反应完成。反应完毕后，加入适量冷水，2 0 。c 以下冷却结 晶，抽滤，水洗，5 0 。c 真空干燥。改变催化剂种类和用量，考察催化剂对反应的影响， 结果列于表2 1 中。 表2 1 催化剂对反应的影响 1 0 硕士论文 n ( 2 甲氧基5 - 硝攀苯摹) 乙酰胺的合成 表2 1 ( 续) 注：a ：苄基三甲基氯化铵的英文缩写，该催化剂自制，制备方法为将氯化苄置于烧瓶中，4 5 以下 滴加当量三甲胺溶液，滴加完毕后保持6 0 反应，至烧瓶中体系无分层为止。b ：聚乙二醇- 4 0 0 0 的英 文缩写。c ：聚乙二醇2 0 0 0 0 的英文缩写。 从表中可看出，就本实验而言，苄基三甲基氯化铵，p e g 4 0 0 0 ，p e g 2 0 0 0 0 三种催 化剂对2 ，4 二硝基苯甲醚的收率有较为明显的影响，说明相转移催化剂的加入对优化反 应的效果明显。其中以p e g 4 0 0 0 和p e g 2 0 0 0 0 为好，分析其原因，可能是由于t m b a c 在浓氢氧化钠存在下，6 0 以上易分解，使其催化效果降低。此外，t m b a c 作为一种 季铵盐，除了在高温下易分解外，在室温下也会发生霍夫曼降解而产生有毒物质，其自 身也带有一定的毒性。综合上述，t m b a c 存在种种不足，对比而言，聚乙二醇类的相 转移催化剂价格低廉，来源方便，毒性较小，并且对本反应体系有更好的催化效果，因 此选用p e g 作为催化剂。但是比较不同分子量的聚乙二醇，发现p e g 4 0 0 0 与p e g 2 0 0 0 0 之间对本反应的催化作用并无明显区别，考虑到p e g 4 0 0 0 的价格更加低廉，最终本实 验选择其作为催化剂。分析上表数据，发现p e g 4 0 0 0 用量为0 0 1 2 5m m o l 时收率最好， 再增加其用量至o 1m m o l 的过程中，对反应的转化率和收率并无明显影响，因此选择 催化剂为p e g 一4 0 0 0 ，用量为n ( 2 ，4 二硝基氯苯) ：n ( p e g 4 0 0 0 ) = 1 ：0 0 0 0 2 5 为最优条件， 此时p e g 4 0 0 0 质量为2 ，4 二硝基氯苯质量的0 5 。 2 2 2 氢氧化钠用量对反应的影响 按照2 1 2 所示的方法反应，加入2 ，4 二硝基氯苯1 0 1 2g ( 0 0 5t 0 0 1 ) ，甲醇4 0m l ， 0 0 5 9 催化剂p e g 4 0 0 0 ，4 0 下滴加浓度为3 0 的氢氧化钠溶液适量，滴加完毕后保 持6 0 反应，t l c 跟踪反应完成。反应完毕后，加入适量冷水，2 0 以下冷却结晶， 抽滤，水洗，5 0 真空干燥。改变氢氧化钠用量，考察其对反应的影响，结果列于表2 2 中。 22 , 4 二硝基苯甲醚的制备硕十论文 从上表结果可以看出，在其它条件不变的条件下，氢氧化钠用量对整个反应有显著 的影响，分析其原因，在有机反应中，一般会以其中一个反应物稍稍过量，以保证反应 的充分进行，考虑到经济成本，认为氢氧化钠稍稍过量为宜，从上表可以看出，当n ( 氢 氧化钠) ：n ( 2 ，4 二硝基氯苯) 1 1 ：l 时，随着氢氧化钠用量的增加2 , 4 二硝基苯 甲醚的收率反而开始逐渐降低。认为此时，随着体系碱度的增加，发生了更多的副反应， 更多的生成了2 ，4 二硝基苯酚及偶氮类化合物，虽然经过后处理，对于产品的纯度没有 影响，但是这些条件下造成了原料的浪费，并且考虑到2 ，4 二硝基苯酚有爆炸的危险， 认为这样的反应条件是不可取的。综上所述采用n ( 氢氧化钠) ：n ( 2 ，4 - - ：l i f i 基氯苯) = 1 1 ：1 为最佳实验条件。 2 2 3 反应时间对反应的影响 按照2 1 2 所示的方法进行反应，加入2 ，4 一二硝基氯苯1 0 1 2g ( 0 0 5m 0 1 ) ，加入甲醇 4 0m l ，0 0 5g 催化剂p e g 4 0 0 0 ，在4 0 下滴加浓度为3 0 的含0 0 5 5 m o l 氢氧化钠的 水溶液，滴加完毕后保持6 0 。c 反应，反应完毕后，加入适量冷水，2 0 以下冷却结晶， 抽滤，水洗，5 0 真空干燥。改变氢氧化钠的滴加时间和滴加完毕后的反应时间，考察 它们对反应的影响，结果列于表2 3 中。 1 2 硕士论文 n - ( 2 - 甲氧基5 硝基苯基) 乙酰胺的合成 表2 3 表明：当滴加完毕后反应时间在小于3 0m i n 时，反应并不完全，高效液相色 谱( h p l c ) 分析也显示含有少量原料未转化，当反应时间达到3 0m i n 之后再延长反应时 间对反应并无太大影响，而对于滴加时间，由于本反应放热剧烈，当滴加速度过快时， 难以防止反应体系内温度上升过快，曾尝试加快滴速使滴加时间小于1 0m i n ，但是滴加 过程中，会使得体系温度上升至6 5 以上，使得体系内剧烈回流，认为反应体系内过于 剧烈，不适合实际操作和体系稳定，而当滴加时间大于1 0m i n 时，对反应并无明显影 响，考虑到时间的经济性，确定滴加时间为1 0m i n ，反应时间为3 0m i n 为最佳条件。 曾有文献报道认为，无机碱需要逐步加入以减少副反应的发生，但是在本实验的条件下， 滴加时间在保证反应体系内的温度不至于上升过快的前提下，对反应的影响并不显著， 用1 0m i n 滴加完毕，得到的收率已经高于9 0 ，因此认为，相转移催化剂p e g 4 0 0 0 的加入，有效的提高了反应的选择性，有效的扼制了由于瞬间体系碱度变化带来的副反 应的发生。 2 2 4 反应温度对反应的影响 按照2 1 2 所示的方法进行反应，2 ，4 二硝基氯苯1 0 1 2g ( 0 0 5m 0 1 ) ，甲醇4 0m l ，加 入0 0 5g 催化剂p e g 一4 0 0 0 ，4 0 下滴加含o 0 5 5 m o l 氢氧化钠的3 0 溶液，约1 0m i n 滴完，滴加完毕后保温反应3 0m i n 。反应完毕后，加入适量冷水，2 0 以下冷却结晶， 抽滤，水洗，5 0 真空干燥。改变反应温度，考察其对反应的影响，结果见表2 4 。 1