（应用化学专业论文）除草剂乙氧呋草黄的合成与工艺研究.pdf

摘要 蕞3 本论文研究了除草剂乙氧呋草黄的合成方法，并对乙氧呋草黄工艺条件 及其产品杂质的高效液相色谱分析进行厂探索。 弋在乙氧呋草黄的合成研究中合成了烯胺、2 - ( 4 吗啉幕) 一2 ，3 - 二氢化一3 ， 3 - 二甲基一5 一苯并呋喃酚( h b f ) 、2 - ( 4 一吗啉基) 一2 ，3 - 二氢化一3 ，3 - 二甲基5 苯并呋喃基甲基磺酸酯( s b f ) 、2 - 乙氧基一2 ，3 - 二氢一3 ，3 - 一：甲基一5 苯并呋 哺基甲基磺酸酯( e f s ) 四种化合物，讨论了反应条件对各化合物合成影响， 并对整个反应的反应机理进行了探讨。对所合成的化合物，利用红外光谱、 核磁共振等进行了结构表征，利用熔点、高效液相色谱进行了纯度分析。本 论文突破了现有文献的条件，找到了一条高产率、高品质的合成方法。5 一 关键词：除草剂乙氧呋草黄合成高效液相色谱分析 s y n t h e s i so f h e r b i c i d a le t h o f u m e s a t ea n di t sp r o d u c t i o np r o c e s s a b s t r a c t t h i s p a p e ri s a b o u tt h e s t u d yo fp r e p a r a t i o na n dp r o d u c t i o np r o c e s so fh e r b i c i d a l e t h o f u m e s a t e i nt h e p a p e r , f o u r d i f f e r e n tc h e m i c a l sw e r e s y n t h e s i z e d ，i n c l u d i n ge n a m i n e ， 2 - m o r p h o l i n o 2 ，3 - d i h y d r o 一3 ，3 d i m e t h y l b e n z o f u r a n 5 - o i ( h b f ) ， 2 - m o r p h o l i n o - 2 , 3 - d i h y d r o - 3 ，3 d i m e t h y l b e n z o f u r a n 5 - y l m e t h a n e s a l f o n a t e ( s b f ) ， 2 e t h o x y _ 2 , 3 _ d i h y d r o - 3 ，3 d i - m e t h y l b e n z o - f u r a n - 5 - y l - m e t h a n e s u l f o n a t e ( e f s ) t h ee f f e c t so fv a r i o u s c o n d i t i o n st or e a c t i o nw e r es t u d i e d t h er e a c t i o nm e c h a n i s m sw g r ed i s c u s s e d t h e p r o d u c t s w e r ec o n f i r m e db yi r 、1 h - n m r m e l t i n gp o i n ta n dh p l ca n y z ct h ep u r i t yo f e f s k e y w o r d ：h e r b i c i d e e t h o f u m e s a t e s y n t h e s i sh p l c a n a l y s i s 图1 图2 图3 图4 图5 图6 图7 图8 图9 图1 0 图1 l 图1 2 图1 3 图1 4 图1 5 图1 6 图1 7 图1 8 图1 9 图2 0 附图目录 h b f 红外吸收光谱 s b f 红外吸收光谱 e f s 红外吸收光谱 h b f 核磁共振图 s b f 核磁共振图 e f s 核磁共振图 2 羟基。2 ，3 一二氢一3 ，3 二甲基一5 苯并呋喃酚紫外吸收光谱 h b f 紫外吸收光谱 1 , 4 二甲砜氢醌紫外吸收光谱 2 羟基一2 ，3 一二氢3 ，3 二甲基5 一苯并呋喃基甲基磺酸酯 紫外吸收光谱 2 一乙氧基2 ，3 一二氢3 ，3 一二甲基5 一苯并呋喃酚紫外吸收光谱 s b f 紫外吸收光谱 2 , 6 一二( 4 吗啉基) 一2 ，3 一二氢一3 ，3 一二甲基一5 一苯并呋喃基甲基磺酸酯 紫外吸收光谱 2 乙氧基一2 ，3 一二氢一3 ，3 一二甲基6 一( 4 1 吗啉基) 一5 一苯并呋喃基 甲基磺酸酯紫外吸收光谱 e f s 紫外吸收光谱 e f s 标样杂质高效液相色谱 e f s 杂质高效液相色谱 2 羟基一2 ，3 一二氢3 ，3 二甲基5 苯并呋喃酚标样 高效液相色谱 h b f 标样高效液相色谱 1 , 4 二甲砜一氢醌标样高效液相色谱 图2 l 图2 2 图2 3 图2 4 图2 5 2 一羟基一2 ，3 一二氢一3 ，3 二甲基一5 一苯并呋喃基 甲基磺酸酯标样高效液相色谱 2 ，乙氧基一2 ，3 一二氢3 ，3 一二甲基一5 苯并呋喃酚 标样高效液相色谱 2 乙氧基一2 ，3 一二氢一3 ，3 一二甲基6 一( 4 一吗啉基) 一5 一苯并呋喃基 甲基磺酸酯标样高效液相色谱 e f s 标样含量高效液相色谱 e f s 含量高效液相色谱 2 简称一览表 序号简称详细名称 】烯胺 4 一( 2 一甲基) 丙烯基一吗啉 2h b f 2 一( 4 。吗啉) 一2 ，3 - 二氢化一3 ，3 - 二甲基一5 一苯并呋喃酚 2 一( 4 - 吗啉) 一2 ，3 一二氢化一3 ，3 一二甲基一5 一苯并呋喃基甲基磺酸 3s b f 酯 4e f s 2 一乙氧基一2 ，3 二氢化一3 ，3 一二甲基一5 苯并呋喃基甲基磺酸酯 5t r保留时间 南京理工大学硕士学位论文 ! ! j 目_ 目目目i _ 目! ! e s 目i 目目l _ _ _ 8 自目目e ! g _ _ 目e e - i 目自! | 目自l 1 前言 11 农药的发展和使用 农药是用于防治危害农作物及农副产品的病虫害、杂草及其他有害生物的 化学药剂的统称，主要分为杀虫剂、除草剂、杀菌剂、植物生长调节剂四类， 是精细化学品的个重要组成部分”。 化学药剂用于防治害虫可以追溯到古希腊罗马时代，烟草、硫磺、石灰等 天然物质被用于杀虫等方面。1 9 世纪中叶作物的化学保护第一次系统地科学研 究开始。3 0 年代后期，世界各国在新农药的研制方面取得许多突破性进展，其 中d d t 诞生于瑞士，有机磷杀虫剂在德国得以开发；同时英国的苯氧羧酸类 除草剂商品化，1 9 4 5 年有机氯杀虫剂在美国、德国首先应用，从而开创了现代 有机合成农药的新纪元。 大规模农业的建立开始于第二次世界大战末期，其主要标志是具有选择性 苯氧乙酸除草剂、有机氯和有机磷杀虫剂等进入商品化应用阶段。1 9 5 5 1 9 6 0 年，在瑞士开发了三氮苯类除草剂，英国发展了季胺盐类除草剂。1 9 6 0 1 9 6 5 年期间，继敌草腈、氟乐灵、溴苯腈投入使用后，还出现了几类新的作物保护 药剂，如苯菌灵、草甘磷等。农药研制工作取得了可喜的进展。 自六十年代初期到九十年代三十年时间里，农药一直处于蓬勃发展的时期， 全世界农药销售额从1 9 6 0 年的85 亿美元增长到1 9 9 1 年的2 6 8 亿美元，三十 年净增3 0 倍，平均每年递增1 j 8 “1 。其中农药的结构也发生了重大的变化， 具体表现在除草剂在整个农药销售额中比例迅速上升，年平均增长率1 47 ， 这也说明了除草剂在农药中的地位。 农药的使用和经济发达与否有密切的关系，世界农药市场主要集中于北美、 1 南京理工大学硕士学位论文 ! ! ! ! ! ! ! 自! ! s e _ 自! ! 目_ ! _ j l 自! ! ! ! ! _ _ _ _ g ! e ! ! e ! ! ! ! 目! s ! 自自! _ | ! | ! ! 欧洲与东南亚地区。其中美国在1 9 9 1 年的除草剂市场占整个农药市场的6 4 ， 居世界首位，可见其农业高度发达。 1 2 除草剂的重要作用 农田杂草从人类开始在大地上耕种那天起，就一直是困扰农业生产发展、 阻碍农作物产量提高的一个重要因素。杂草同农作物争夺阳光、水分以及土壤 中的养分，严重地影响了作物的生长与发育，降低作物产量和质量，许多杂草 还是农作物病菌、病毒和害虫的宿主，易引起病虫害在作物中蔓延，因此，杂 蕈的防除在农作物生产中起着重要的作用。 随着生产力的发展，迫切需要除草剂的地方还有排灌系统、航道、机场、 油田、露天仓库、工业区、道路两旁、林田及公园等地。因此，杂草的危害也 影响着国民经济的许多部门。 人工除草在农业生产中是一种高强度的体力劳动，每年要耗用大量的劳动 力。因为在农忙季节一旦除草不及时，很容易造成草荒而导致巨大损失。据估 计，全球1 5 亿公顷耕地每年杂草危害就造成7 63 亿美元的损失，( 占病虫草鼠 造成的总损失2 4 37 亿美元的1 3 ) ，仅粮食就损失l2 5 亿吨，足够25 亿人口 生活一年”。 在我国，列入名录的杂草有7 0 4 种，分属8 7 科3 6 6 属，对农业生产造成危 害的重要农田杂草有6 0 多种。据近年估算，因杂草造成的作物损失约为1 7 5 0 万吨年，损失率平均为1 34 ”1 。 化学除草不但可以节省大量的劳动力，增产增收，并且有利于农业机械化 的发展和耕作栽培技术的革新，同时除草剂的使用也给农业带来巨大的经济效 益。尤其是改革开放以来，我国农业发展有长足的进步，化学除草剂使用也有 了铰快增长，据统计，1 9 9 1 年全国化学防除杂草面积35 7 5 亿亩，比1 9 8 7 年化 南京理工大学硕士学位论文 _ _ _ _ _ _ _ e ! l _ l ! ! e ! 自自i _ _ _ _ _ _ _ _ 自e ! e 自_ l 目_ - _ _ _ _ _ _ l ! e j j ! ! e 学防除面积1 , 3 5 亿亩增加了6 1 。但是，距英美日等发达国家，除草剂的使 用率差得太远，我国化学除草还有待于大力发展。 1 3 我国农药及除草剂开发现状 我国的农药工业是新中国成立以后逐步建立和发展起来的，6 0 年代6 6 6 、 d d t 有机氯杀虫剂首先投入生产。5 0 年代末建立有机磷杀虫剂生产装置。6 0 年代后，除草剂和杀菌剂生产逐步发展。7 0 年代以来，我国农药生产才形成多 品种、门类齐全的新格局。 近4 0 年来，我国在农药研究方面也取得了长足的进步，相继开发了包括杀 菌剂、农田抗菌素、除草剂、杀虫剂和植物生长调节剂在内的1 5 种新农药。但 是，在农药生产和研发方面，与先进国家的差距十分明显，工艺设备落后，产 品质量差，品种制剂少。现在生产的大品种几乎全部从国外复制，很少有自己 创制的品种。 世界上往往以除草剂在农药中所占的比例来衡量一个国家的农药水平。目 前。世界三大类农药平均比例是除草剂：杀虫剂：杀菌剂= 4 67 ：2 89 ：1 93 ，而我国 为1 34 ：7 26 ：1 0l ，由此可见我国农药的落后所在。 就除草剂来讲，我国目前已有4 2 个除草剂品种，其中包括当今世界较为先 进的磺酰脲类和眯唑啉酮类除草剂。但是老品种较多，故每年仍需要大量进口 以弥补不足。以上可看出，我国独立开发农药任务紧迫，但由于科研水平以及 人员素质的差距，赶超世界水平仍待时日。 在除草剂开发方面，世界的几个著名公司如美国杜邦、孟山都、氰胺、罗 姆哈斯公司，德国的拜耳、艾格福、巴斯夫公司，瑞士的诺华公司等在新农 药中的研究开发方面处于世界的领先地位，在研究开发中除草剂专利居多“1 。 新的除草荆品种主要有高效、价廉、安全，易于使用等特点。近些年来 3 南京理工大学硕士学位论文 使用除草剂混剂己成为主流。即除草剂一除草剂、除草剂一其他农药、除草剂 一化肥的混合使用，可以扩大杀草谱，降低用药量，延缓抗药性等优异特点， 同时，应用混剂还能为改善环境和药性毒性创造机会。3 。 1 4 除草剂乙氧呋草黄开发及使用 乙氧呋草黄是当今世界上流行的混配除草剂有效成分之一，其商品名为 n c 8 4 3 8 ，n o r t r o n 和t r a m a t 。英文名称为e t h o f u m e s a t e ，中译名为甜菜呋、甜 菜净、乙呋草黄“。它最早由f i s o n s 公司开发用于甜菜田除草“。它在水中 溶解度为l o op p m ，对甜菜具有高选择性，使用量达1 0k g h a 时也不会产生药 害。当用量为2k g h a 时，可防除看麦娘、野燕麦、早熟禾、狗尾草等一年生禾 本科杂草及许多阔叶杂草。 乙氧呋草黄单剂对气候敏感，雨水缺乏时，这种芽前除草剂活性降低到最 低水平“。随着混配除草剂的发展，乙氧呋草黄作为其中有效成分之一，被几 个大公司研究开发，利用本公司的剂型重新混配，找到药效最佳配方，并申请 专利，有的己商品化。 作为二元混剂成分之一，乙氧呋草黄可以与杀草敏“、甜菜安“、甜菜宁 “、氟胺黄隆“6 1 以及硫酸氢钾( 钠) “7 1 等不同比例使用，可防甜菜田杂草。乙 氧呋草黄与甲氧除草醚、混草灵混用于稻田，具有广阔的除草谱，可防除稗、 蔗草属、莎草属、荸荠属等杂草“8 “”。与恶唑禾草灵混用可除高酥油草皮中的 狗芽根“。与新药品种三唑啉酮类衍生物混用可完全防除猪殃殃“。 乙氧呋草黄作为三元混剂成分之一，可分别与甜菜灵和甜菜宁”“、甜菜灵 和环革定。“、苯嗪草酮和甜菜安”“、甜菜宁和甜菜安“”混用可用于甜菜田除草， 有协同活性。乙氧呋草黄与草除灵、伴地农混用于牧场，可除繁缕、猪殃殃、 野芝麻、自生禾谷、野燕麦及一年生草地早熟禾”“，另外，它与甜菜灵、燕麦 南京理工大学硕士学位论文 敌合用防除野燕麦效果较好“”，在轮作田中则应用乙氧呋草黄、阔叶枯、敌草 隆混剂。 乙氧呋草黄还可以与甜菜宁、甜菜安、氟乐灵组成四元混剂，用于甜菜田 苗后除草”，如往其中加入油性辅料，可使药效增加、用量减少一半，无副作 用”。与灭草灵、恶草灵、环草丹混合，可用于甜菜与稻田1 。 在我国，甜菜和甘蔗作为食用糖原料之一，其中甜菜占4 0 ，1 9 9 6 年种植 面积达6 9 47 1 千公顷。“，但从单位面积产量来看，我国与欧美国家主要甜菜种 植区产量相差很大”“。西方国家几乎都用机械化种植，采用化学除草，其中含 有乙氧呋草黄的除草剂大量使用，并且各环境监测研究单位对其残留降解研究 也较多。“。而目前，在我国合成和使用乙氧呋草黄尚未见报道。综上所述， 借鉴发达国家先进技术，在目前农药研究开发力量薄弱的情况下，迅速解决迫 在眉睫的难题，开发乙氧呋草黄的新用途，是有一定意义的。 南京理工大学硕士学位论文 皇詈e 量_ 一_ 墨一b | ! ! 暑! | ! 量墨詈詈暑詈量皇曼曼詈曼皇鼍詈曼量皇詈量皇詈詈詈暑詈詈皇詈詈詈 2 乙氧呋草黄母体合成路线讨论 乙氧呋草黄的化学结构为 图2 1 h h 化学名称为2 一乙氧基- 2 ，3 一二氢化一3 ，3 一二甲基一5 一苯并呋哺基甲基磺酸酯， c a 登录号为2 6 2 2 5 7 9 6 ，为苯并呋喃衍生物。 乙氧呋草黄结构复杂，为稠杂环化合物，而且所带的基团如两个甲基，直 接烷基化反应较为困难，可以预想到该反应步骤较多，且各步反应所需条件各 异，引起了制备成本增高。另外，步骤多，必然造成可能的杂质增多，为提纯 造成了一定的难度，从而得率会受到影响，又使成本增加。所以研究这类除草 剂的目的，主要是寻找一种比较好的合成路线，首先使原料价格低廉，供应充 足，其次反应步骤相对较少，条件比较温和，得率相对较高，生产上可行的反 应路线。 现有的合成此类苯并呋喃衍生物的方法，一般是从醌类( 带取代基或不带 取代基) 和含有烯键的化合物为原料开始，使烯与醌缩合，形成苯并呋喃环骨 架，同时在环化过程中，利用醌类或烯键上的取代基团，直接将所需基团带到 苯并呋喃上。或者，带上可转化的基团，继续进行下一步反应。另一类为酚类 与烯反应。下面是以苯并呋喃为母体的衍生物的合成路线实例。 2 1 苯酚衍生物与取代烯环化m 2 1 1 反应方程式 滞 oqsc 一。 一，。型鎏警兰生釜墼二一 $ s _ _ _ _ - _ ! 目e ! ! ! e 目_ _ _ _ l j 目_ _ _ _ _ g = = 一一 + 。嘶 j ，_ - 6 b c h 2 y r c u 其中x ，y = c i ，b r r ；低级链烷基，h 反应式211 1 2 1 2 简要合成步骤 苯酚衍生物在溶剂c h 2 c 1 2 、c s 2 、c h c l 3 或无溶剂下，用酸如浓硫酸、磷 酸和三氟甲烷磺酸之一作为催化剂，加入至少等摩尔的甲基卤，在一2 0 。c 至溶剂 沸点下反应，得到c 。在溶剂如水、甲醇、乙醇、四氢呋喃、二恶烷、苯、甲 苯、氯仿、丙酮等中，加入碱如n a o h 、k o h 、k 2 c 0 3 、n a 2 c o s 反应，过滤得 到d 。 2 2 对苯醌与异丁醛环化 2 2 1 反应方 c h 3 c h s +c h h o h 。 o h 3 下c 2 h s o h 。_ c 胖0 吼0 c 2 mc 蕊h 3 s 0 z c l 嘶晒。j ：正牛0 吼o c ： h 5 件比 埘k nlc 丫 式o o k r o蟹八丫。 南京理工大学硕士学位论文 反应式2 2 1 1 2 2 2 简要合成步骤 往0 2 t o o l 对苯醌与1 3 6 9 异丁醛的溶液中逐滴在氮气气氛下加入含有 o5 m o l 三乙胺的异丁醛的回流溶液中，反应。过量的异丁醛经减压蒸馏回收。 残留物中含有被少量氢醌污染的2 一羟基一2 ，3 一二氢化一3 ，3 一二甲基一5 一苯并呋 喃酚。将粗混合物溶解在含有i5 9 对甲苯基磺酸的2 5 0 m l 乙醇溶液中，回流1 小时，该溶液在过滤后用固体碳酸钾处理，并减压回收乙醇。将粘性的残余物 溶解在回流的正己烷中，并过滤除去51 9 不溶解的氢醌。再减压蒸去正己烷， 得到3 5 1 92 一乙氧基一2 ，3 - 二氢化一3 ，3 - 二甲基一5 一苯并呋喃酚。将该物质溶于 吡啶中，冷却至5 - i o 。c ，向其中逐滴加入o4 m o l 甲基磺酰氯，不断搅拌，在 冷水浴中保持温度2 0 以下，反应混合物在室温下静置过夜，然后加入到水中， 用乙醚萃取产物，该乙醚溶液用水洗5 次，接着用硫酸镁干燥，蒸发溶剂得到 4 37 9 乙氧呋草黄粗品，该粗品溶于氯仿中，然后通过一个细小的硅胶床，减压 蒸去氯仿，最后经环己烷重结晶，共得到3 l 7 9 乙氧呋草黄。 2 3 对苯醌与烯醇醚环化“5 1 2 3 1 反应方程式 申+ x 攀m h 衅并5 反应式23l l 2 , 3 2 简要合成步骤 往含有o5m o l 对苯醌、o5 5t o o l 乙基异丁烯醚的5 0 0 m l 乙醚溶液中，在 不断搅拌下加入2 m ! 三氟化硼乙醚配合物。混合物温度在1 0 分钟内升高到3 9 ( 回流) ，并通过外部冷却保持温度3 4 3 8 。c1 5 分钟，然后该混合物在室温 r 南京理工大学硕士学位论文 ! li _ _ 目j _ - - _ 目i _ - 自e i e _ 1 日_ _ _ e i _ ! s e e s g ! 自! 自自自_ i _ ! g 自目! s ! ! ! ! ! 下静置4 小时，接着用8 左右的n a o h 水溶液4 0 0 m l 萃取，其中水层用h c i 酸化，并且再用2 5 0 m l 乙醚萃取两次，乙醚萃取物蒸馏得到3 75 92 一乙氧基一3 ， 3 - 二甲基一2 ，3 二氢化一5 一苯并呋哺酚。 本反应中可用l e w i s 酸为催化荆，一般为b f 3 、z n c l 2 、s n c l 2 、t i c l 4 等。 2 4 对苯醌与取代六氢吡啶环化“ 2 4 1 反应方程式 卺- 2 4 2 简要合成步骤 h e 辞p 将】0 0 m l 含有o3 m o l 卜( 2 ，_ 甲基丙烯) 一六氢毗啶的苯溶液加入到含有 03 0 m o l 对苯醌的3 0 0 m l 苯中，不断搅拌。自发的放热反应使温度不断升高， 同时混合溶液变黑。当反应温度冷却至约2 5 时，有褐色晶体析出，在室温下， 静置过夜，过滤，将该粗品经苯重结晶，得到5 1 92 一( i 一六氢吡啶基) 一2 ，3 一 二氢化一3 ，3 一二甲基一5 一苯并呋喃酚。 25 对苯醌与异丁烯吗啉环化“” 2 5 1 反应方程式 a 、h a ，c ，c c 八0 厂_ h 3 c h 邺，9 6 厂、0 u 竖 ) h n o ( 如 十 u 、o 、 、!f h c 牮 鼍 。一 一一。 j 圣筌翌量兰丝垒三一。i 。，。，。一 舛h 芸地棚z o 婢耄如 2 5 2 简要合成步骤 将3 3 2 份( 质量，以下同) 异丁醛的甲苯溶液加入到2 0 05 份吗啉中，在 回流加热下将水分出来后，向该溶液中加入2 3 82 份工业对苯醌的甲苯溶液， 并冷却至3 4 4 5 。c ，至无热生成，在搅拌下加热至回流05 小时，在冷却下至 2 56 c 时，有不溶物析出，并过滤。 a ：将滤饼溶于少量的甲苯中，加入2 5 8 份甲基磺酰氯和2 2 6 份三乙胺在同 一时问分别加到反应混合物中o3 5 小时，并冷却至4 0 4 6 。c ，另外再加入2 3 份 三乙胺，加入5 8 5 份水，加热混合物至5 0 5 5 ，最后用三乙胺把溶液层分出， 然后向其中加入3 5 0 份乙醇，4 3 份水和6 5 5 份3 0 盐酸，温度升高到4 7 。c ， 反应1 6 小时并冷却至2 0 ，取上层溶液，并将乙醇回收，用盐酸和碳酸钾洗 涤，最后得到5 6 4 份产品。 b ：将滤饼风干，然后加入5 1 3 份乙醇和3 25 份水，同时加入7 2 份浓硫酸， 该混合液在回流加热下反应4 小时，然后用3 2 0 0 份冰水混合物冷却，过滤，将 该滤饼放入2 0 份甲苯和6 份三乙胺的混合液中，在0 2 小时内加入63 份甲基 磺酰氯溶液，温度控制在4 0 4 5 ，然后在搅拌下加入1 5 份水，在分层后，取 上层蒸馏浓缩，得到1 l7 份产品。 26 苯酚与一卤代醛( 酮) 化合物环化“8 1 1 0 畔 氟 牮 肿 警 南京理工大学硕士学位论文 皇! _ _ i _ _ 一一- 一皇皇量詈詈皇詈詈暑置审皇量皇詈皇曼詈皇曼皇曼曼蔓墨拦鼍皇皇詈量暑皇 c ： + 2 h 5 _ ，。皇。q 。! ： 27 邻羟基芳醛与a 一卤代羧酸化合物环化“8 淄 q 啦c o o 一骂q 洲l “ 2 8 香豆素转化“8 h = i h - - 叶一 反应式27 l o 父 k o h c 2 h s o h c o o n 三 反应式28 l 在这种不同的合成方法中，21 方法的苯并呋哺骨架虽然能以消去反应生 成，但是在2 位带上所需的取代基很难，从而不能继续反应生成乙氧呋草黄。 同样，26 、2 7 、2 8 虽然能够合成苯并呋喃母体，由于苯并呋喃是一个较稳定 的大n 键共轭体系进行下一步反应，会出现很大的难度。22 、2 3 、24 、25 方 法均符合继续反应的条件，说明这几条路线是可行的。但是烯醇和烯胺在常温 常压、空气气氛下不稳定，需要现制现用，而方法22 中苯并呋喃化合物中， 需利用两个羟基的些微的活性差别反应。 1 1 弧 南京理工大学硕士学位论文 比较几种反应方程，对比各反应的操作步骤及条件，以及其反应工业化的 可行性，通过考虑周围地区各种原料生产、供应等方面的成本，本论文选用25 合成路线中的a 方法，从反应机理上苯环上的反应更容易些。因为b 中的第一 步用到浓硫酸，操作上要求比较严格，且产率较低，不采用该方法。本论文从 简化反应操作，提高产率，优化产品品质等方面进行试验，找出最佳合成条件， 并对产品的品质进行高效液相色谱分析。 南京理工大学硕士学位论文 3 合成实验操作部分 31 实验原料与仪器 3 i 1 实验帐料 异丁醛：密度0 7 8 k m 3 吗啉：密度10 k g m 3 甲苯：密度o7 8 k g m 3 乙醇：密度0 8 0 k g m 3 对苯醌：墨绿色粉末 以上均为工业品 三乙胺：密度0 7 2 k g m 3 盐酸( 3 0 ) ：密度11 5 k g m 3 甲基磺酰氯( 9 8 ) ：密度1 4 8 k g m 3 异丙醇：密度0 7 8 k g m 3 氢氧化钠：白色固体 3 1 2 实验仪器 j n m f x 9 0 q 核磁共振仪；w a t e r s5 1 0 高效液相色谱仪；w i t s l 数字熔 点仪；b r u c kv - 2 2 红外吸收光谱仪； 3 2 烯胺的合成 3 2 1 烯胺合成反应方法综述 烯胺一般从如下式的具有a h 的醛和仲胺反应而制得。( 其中r 。为低级链 烷基、h 、苯基，i = 1 ，2 ，3 ，4 。仲胺可为杂环类伸胺) 。 c ：仙峨t 。r ：一c 卜“h 2 0 ，如 反应式3 2 1l 南京理工大学硕士学位论文 g _ ! 目! e e 目! ! _ _ 自目_ _ _ e ! 1 日目_ _ | l e j 目e ! j ! | e 目l _ l g e ! ! g ! m a n n i c h 和d a v i d s e n 方法“” 将l m o l 醛和约2 m o l 仲胺在约o 时，在碳酸钾和惰性有机溶剂存在下， 反应，然后加热到回流温度下，生成烯胺和水。其中水被碳酸钾吸收，最后通 过蒸馏得到烯胺。 2 1b r a n n o c k 和b u r p i t t 方法1 使醛和仲胺在高压釜中反应，其中含1l m o lk 2 c 0 3 、5 0 m l 甲苯、4 t o o l 醛 和44 t o o l 仲胺，将混合物加热至1 0 0 。c ，反应4 小时，冷却，倾出液体，并蒸 馏出烯胺。本方法适用于低沸点仲胺。 3 、s t o r k 方法5 ” 约15 20t o o l 胺与l m o l 的醛，用甲基磺酸作催化剂，加热至回流温度下 反应5 2 4 小时，并不断地将生成的水分离出来，最后减压蒸馏将烯胺蒸出来备 用。 烯胺不稳定，尤其是在水存在下，极容易分解，因此烯胺用氮气气氛下冷 藏，或者烯胺制备后马上使用。 3 2 2 烯胺的合成实验 3 2 2 1 反应方程式 c h 3 ，c h 3 c h + h c o 反应式322 1 3 2 2 2 操作步骤 将12 0m o l 异丁醛和4 0m 1 甲苯放入三口烧瓶中，在搅拌下加入05m o 1 4 唑 ) 南京理工大学硕士学位论文 _ e _ _ _ - e _ | ! _ _ _ _ | l _ l _ _ l _ l _ _ _ _ _ _ ! e ! ! e 目i e ! ! l ! s ，i m l l l 吗啉，并加热到回流温度下反应。同时不断地用分水器将生成的水分离出来， 加热3 - 5 小时至无水生成为止。将过量的异丁醛通过蒸馏回收，余下为烯胺的 甲苯溶液，直接进行下一步反应。 3 2 2 3 实验现象 表3 2 2 3 1 合成烯胺实验现象 3 32 一( 4 ，一吗啉基) 一2 3 - 二氢化一3 ，3 - 二甲基一5 一苯并呋喃酚( h b f ) 的合成 3 3 1 反应方程式 0 + 邺h 3 c c c b 0 3 3 2 操作步骤 衅 反应式3 3 ll 将o5 6 m o l 对苯醌放入三口烧瓶中，分数次加入甲苯共2 1 0 m l ，加热使之 沸腾。将甲苯对苯醌的溶液蒸馏出来，并将该对苯醌溶液逐滴加入至新生成的 烯胺中，有大量的热生成，冷水浴冷却至2 0 4 5 。c ，搅拌反应4 小时，期间不 断有晶体析出，反应后静置半小时，过滤，干燥后得h b p 。 3 3 3 实验现象 南京理工大学硕士学位论文 表3 , 3 3 1 合成h b f 实验现象 操作步骤实验现象说明 蒸馏对苯醌的甲苯溶液有红色液滴冷凝对苯醌被还原 继续蒸馏橘黄色液滴对苯醌甲苯溶液 最后冷凝管处有黄色针状物对苯醌晶体 滴加对苯醌甲苯溶液有大量热放出，烯胺溶液先变环化反应为放热反应 红，而后变黑褐色 继续滴加有砖红色的晶粒析出h b f 析出 反应结束 有大量的晶体析出 3 3 4 结构表征 ( 1 ) 红外光谱图分析 i r ( k b r 压片，c m 。) v ：3 3 1 52 ( 0 一h 伸缩振动，有氢键缔合) ；3 0 0 5 2 f a l c h 伸缩振动) ；2 9 5 44 、2 9 1 4l ( 一c h 3 ，c h 不对称伸缩振动) 、2 8 6 31 f c h ，c h 对称伸缩振动) ；1 6 0 84 ( a t ，c - c 伸缩振动) ；1 4 7 42 、1 4 0 89 ( 一o h 3 ，c - h 对称、 不对称剪式振动) ；1 3 5 88 ( - c h 3 ，c h 弯曲振动) ；1 2 8 42 、1 1 9 54 r c n ) ： l l4 9 ( c o c 伸缩振动) ( 2 ) 核磁共振图分析 分析条件：1 h n m r ，溶剂c d c l 3 ，d 2 0 交换，基准物d m s o 。 图3341 6 ：( p p m ) l2 ( 3 h ，单峰，3 位一c h 3 ) ，l3 3 ( 3 h ，单峰，3 位c h 3 ) ，2 6 1 ( 4 h ， 两个三重峰，外观上为四重峰，2 位吗啉上a ，a ) ，3 6 0 ( 4 h ，三重峰，2 位吗啉 上b ) ，47 4 ( 1 h ，单峰，2 位h ) ，6 5 0 左右( 3 h ，a b x 体系，4 ，6 ，7 位h ) 。 6 一。，皇耋：釜耋譬譬竺垒翟皇，。，。，。，一 3 42 一( 4 ，一吗啉基) 一2 ，3 - 二氢化一3 ，3 - 二甲基一5 一苯并呋喃基甲基磺酸酯 ( s b f ) 的合成 3 4 i 反应方程式 反应式3 4 11 3 4 2 操作步骤 将00 2t o o lh b f 溶于7 0 m l 甲苯中，加入0 、0 8t o o l 三乙胺，搅拌下滴加0 0 4 m o l 甲基磺酰氯，控制温度为3 0 4 06 c ，搅拌反应2 小时，生成粘稠的红色物质， 加水洗涤，去除下层，重复用水洗至下层溶液为中性为止，上层液为s b f 的甲 苯溶液，可直接进行下一步反应。 3 4 3 实验现象 表3 4 3 i 合成s b f 实验现象 3 4 4 结构表征 ( 1 ) 红外光谱图分析 1 7 牮 婵 一一。蜜彗翌筌兰兰坚一 i r ( k b r 压片，c m 1 ) v ：3 0 4 0 2 、3 0 0 8o ( a r ，c h 伸缩振动) ；2 9 5 3 2 、 2 8 6 01 f c h 3 不对称、对称伸缩振动) ：1 3 5 97 ( 变宽，一c h 3 ，c - h 弯曲振动”a s s 0 2 彳；对称伸缩振动) ；1 15 35 ( v ，s 0 2 对称伸缩振动) 。 ( 2 ) 核磁共振图分析 分析条件：1 h n m r ，溶剂c d c l 3 ，基准物d m s o 。 图344l 6 ：( p p m ) l2 1 ( 3 h ，单峰，3 位一c h 3 ) ，l3 3 ( 3 h ，单峰，3 位c h 3 ) ，26 1 ( 4 h ， 两个三重峰，外观上为四重峰，2 位吗啉上a ，a ) ，31 0 ( 3 h ，单峰，5 位一c h 3 ) ， 3 6 0 ( 4 h ，三重峰，2 位吗啉上b ) ，48 7 ( 1 h ，单峰，2 位h ) ，6 9 02 铕( 3 h ，a b x 体 系，4 ，5 ，6 位h ) j 352 - 乙氧基一2 3 - - 氢化- 3 ，3 - - - - - 甲基- 5 - 苯并呋喃基甲基磺酸酯( e f s ) 的 合成 3 5 1 反应方程式 c 2 b l s o h+ 3 5 2 操作步骤 反应式35l1 将上步反应生成的s b f 的甲苯6 8 m l 溶液中加入00 8m o l 乙醇，室温下滴 加o0 4m o l 盐酸( 3 0 ) ，反应1 0 小时后，加盐酸5 0m l 洗涤三次，取上层液， 1 8 。# 牮 南京理工大学硕士学位论文 ! 目| ! _ _ _ _ _ _ _ e e e _ _ _ | e 自_ _ _ - - _ _ _ i _ _ _ _ _ _ _ l 目日| l _ 自e _ 再加入1 0 n a o h 洗涤三次，取上层液，加水适量洗涤，洗涤至下层为中性为 止，取上层液进行减压蒸馏，冷却，过滤，得粗品，再经乙醇或异丙醇重结晶， 得到白色晶体，为e f s 纯品。 3 5 3 实验现象 表3 5 3 1 合成e f s 实验现象 操作步骤实验现象说明 加入乙醇有分层不互溶 滴加盐酸溶液有分层，下浅黄，上浅紫下层主要是盐酸 搅拌反应分层逐渐不明显，溶液粉红色已有反应 继续搅拌层间不明显，溶液浅黄色进行反应 反应结束溶液呈浅黄色 加入盐酸溶液分层，下黄色透明洗去吗啉 加入n a o h 溶液溶液分层，上浅土红色，下黄色洗去盐酸 加入水溶液分层，下澄清洗去酸碱 减压蒸馏上层液渐渐变为无色粘稠物冷却得e f s 粗品 异丙醇重结晶高温溶解度较大白色结晶，e f s 纯品 或乙醇重结晶高温溶解度较大白色结晶，e f s 纯品 3 5 4 结构表征 ( 1 ) 红外光谱图分析 i r ( i c a 3 r 压片，c m 。1 ) v ：3 0 3 44 、3 0 7 02 ( a t ，c h 伸缩振动) ；2 9 8 10 、2 9 3 24 、 2 8 8 3o ( 一c h 3 ，一c h 2 一，c - h 不对称、对称伸缩振动) ；1 3 5 9 9 ( c h s , - c h 2 - , c h 对称弯 曲振动) 。 ( 2 ) 核磁共振图分析 蛑7 c h 2 c h 3 图3541 1 9 南京理工大学硕士学位论文 分析条件：1 h n m r ，溶剂c d c l 3 ，基准物d m s o 。 6 ：( p p m ) 12 7 ( 3 h ，三重峰，2 位一c h 3 ) ，1 3 0 ( 3 h ，单峰，3 位一c h 3 ) ， 1 3 3 ( 3 h ，单峰，3 位一c h 3 ) ，313 ( 3 h ，单峰，5 位一c h 3 ) ，3 8 2 ( 2 h ，两组四重峰， 2 位c h 2 一) ，5 2 9 ( 1 h ，单峰，2 位h ) ，69 5 左右( 3 h ，a b x 体系，4 ，6 ，7 位 h 1 。 2 0 南京理工大学硕士学位论文 ! 目l ! _ _ _ _ _ _ - ! e ! _ _ l _ _ _ _ _ _ 目目_ _ _ _ 自自目- _ _ 目| e _ _ _ 目| _ _ _ 4 合成工艺实验设计与结果讨论 41 烯胺 4 1 1 烯胺合成的影响因素及讨论 4 1 1 1 烯胺放置时间对其活性的影响。 为了测定烯胺放置时间对其活性的影响，进行了对比实验。将o9 5m o l 吗 啉，1 9 0m o l 异丁醛，2 5 0m l 甲苯，加热回流至无水生成为止，反应4 小时， 共分出水1 93m l ( 含少量异丁醛，呈乳白色，应为1 7l m l ) ，回收异丁醛及部 分甲苯后，将生成的烯胺分成5 份，放置不同的时间，再分别与含01 9m o ! 对 苯醌的甲苯溶液2 1 0m l 反应，以干h b f 粉末为依据，相对于对苯醌计算收率， 测量h b f 熔点( 文献值为1 8 7 1 8 8 c i 删) 。从而得出烯胺活性与时间的关系。 表4 1 1 1 1 烯胺放置时间与其活性的关系 由上表数据可得：烯胺放置时间与其活性有很大的关系。放置时间越长， h b f 颜色逐渐变深，熔点范围扩大，杂质增多，说明烯胺分解的可能越大，活 性越低。一般烯胺生成冷却后，在0 - 2 小时内直接进行下一步反应。最长时间 不超过5 小时。 南京理工大学硕士学位论文 ! ! 目目e e i 目e ! s ! 自e ! ! ! e 自e | 目自! s ! ! e ! 自! 自! ! ! ! ! ! ! ! j ! ! e 1 4 1 1 2 烯胺中少量水对其稳定性影响 为了测定烯胺中少量的残余水对其稳定性的影响，设计了对比实验。将01 9 m o l 吗啉、o3 8t o o l 异丁醛、5 0m l 甲苯，加热回流，至无水生成为止，回收异 j 一醛及部分甲苯后。将烯胺分成两份，均放置2 小时后分别与0 0 9 5m o l 对苯醌 的甲苯溶液反应，以干燥的i - i b f 收率为指标比较。 表4 1 1 2 i 少量水对烯胺稳定性影响 由上表可看出少量的存水，使烯胺的稳定性大大降低，生成的h b f 明显含 有杂质。停止反应的标志为无水生成，尤其是后期，水生成的量较少，继续回 流，至半小时内无水滴生成为止。这样保证烧瓶中残留的少量的水也被蒸出， 否则少量的存水将影响烯胺的稳定。 4 1 1 3 反应物物料比例对烯胺产率的影响。( 见表4 2 1 2 1 ) 由表42l21 可看出 ( 1 ) 异丁醛与吗啉的最佳摩尔比为( 2 - 4 ) ：1 ( 2 ) 异丁醛过量目的是使吗啉反应完全，从而避免了因吗啉剩余而生成杂质 2 , 6 一二( 4 一吗啉基) 2 ，3 二氢化3 ，3 二甲基一5 苯并呋喃酚。同时，异丁醛为低 沸点有机物，易于从中蒸馏回收，可重新利用到循环中去。若吗啉过量，困其 沸点较高，回收比较困难。 ( 3 ) 在回流过程中，因异丁醛沸点最低，先被冷凝至分水器中，其中下层 有少部分的水。在反应过程中，需不断地将水分分出，而上层的异丁醛液体重 南京理工大学硕士学位论文 新倾入烧瓶中继续参与反应。 4 1 1 4 回收异丁醛不完全影响 回收异丁醛的目的之一是为了不使反应因此产生杂质。如果异丁醛有残留， 继续反应会生成氢化苯并呋喃酚化合物。为了研究残留异丁醛对h b f 的品质影 响，设计了对比实验。取12 1m o l 异丁醛、05 7 t o o l 吗啉、6 0 m l 甲苯加热回流 至无水生成为止。平均分成3 份。回收异丁醛后与含有01 9t o o l 对苯醌的6 0m l 甲苯溶液反应，过滤，干燥后测定熔点。 表4 1 1 4 1 异丁醛残留与合成的t t b f 品质的关系 本反应中应回收异t 醛5 81 2 m l 。 异丁醛的回收过程中，溶液沸点逐渐上升至甲苯的沸点，仍需多蒸出一些， 以确保全部的异丁醛回收。如果异丁醛有残留，易与第二步原料对苯醌反应生 成杂质2 一( 4 吗啉基) 2 ，3 二氢化一3 ，3 一二甲基一5 苯并呋喃酚。 4 1 2 结论 烯胺合成晟佳反应条件为：异丁醛吗啉= ( 2 4 ) l ；生成烯胺时产物水要 充分分离；回收异丁醛需彻底：烯胺放置时间不能太长。 42h b f 4 2 1 h b f 合成实验设计及讨论 4 2 1 i 对苯醌纯化处理 南京理工大学硕士学位论文 ! ! _ 日_ _ e e ! ! ! _ _ # ! _ _ _ _ ! ! _ _ e 目e 目口! ! 口! ! ! 目! ! ! 目 对苯醌与烯胺反应是一个剧烈放热反应，粉末状态的对苯醌参与反应不利 于控制反应速度，并且对苯醌中含有少量不溶解物质，需要在反应前将杂质除 去。为了不影响对苯醌进行下一步反应，本文采用了类似水蒸气蒸馏方法纯化 了对苯醌。 取对苯醌o5 6 m o l ，加入到已有一定数量的甲苯溶液的三口烧瓶中，蒸馏， 得到橘黄色的馏出液即对苯醌的甲苯溶液。接着该溶液通过滴加的形式与烯胺 反应。三h 烧瓶中的不溶杂质弃去待处理。为了找到对苯醌与甲苯的最佳比例， 同时得到最佳纯化条件，设计了对比实验。 表4 , 2 1 1 1 对苯醌的纯化实验 由上表可看出： ( 1 ) 对苯醌溶解在甲苯中后再进行反应，目的一是为了除去对苯醌中少量 的不溶性的杂质，二是方便操作，使之以溶液状态滴加，便于控制反应速度， 从而控制温度。实验室应用甲苯蒸馏( 同水蒸气蒸馏) ，形成对苯醌的甲苯溶液。 ( 2 ) 由实验可得出，甲苯少量多次加入为佳。 ( 3 ) 对苯醌在空气中容易被还原，而使甲苯溶液显橘红色，而其本身应为 橘黄色，为了减少杂质的产生，加强密闭或充氮气保护。 4 2 1 2 合成h b f 对比实验 为了确定合成h b f 中，反应物料比例、反应时间、反应温度对产率的影响， 设计了一系列的对比实验。 南京理工大学硕士学位论文 曼! ! 曼墨置皇曾皇皇型量皇曼暑皇量鼍量鲁皇曼| 曼曼量鼻舅量墨舅墨鼍舞曼! 墨曼曼鼍曼! 曼暑曼曼曼! 曼! 曼鼍 表4 2 1 2 1 合成h b f 对比实验 反应条件 实验号异丁醛吗啉对苯醌反应时间反应温度产率 熔点 t o o lm o lt o o l h r ( 1 ) 由对比实验可以看出以h b f 的收率及品质( 主要看熔点范围和外观) 标准，得到较佳实验条件为n o2 实验条件。即异丁醛：吗啉：对苯醌= 3 ：11 ，反 应时间为3 5 小时，温度为2 0 一4 5 。 ( 2 ) 由实验数据可得，烯胺与对苯醌