（应用化学专业论文）2（222三氟乙氧基）苯胺的合成工艺研究.pdf

硕卜论文2 4 2 2 2 三氟乙氪摹1 苯胺的合成丁艺研究 摘要 2 一( 2 ，2 ，2 一三氟乙氧基) 苯胺是合成农药及其它精细化学品的重要中间体。本文以2 氯硝基苯经两步反应合成2 ( 2 ，2 ，2 - 三氟乙氧基) 苯胺。经亲核反应、过滤、稀释、萃取 和减压蒸馏等后处理手段，将2 ( 2 ，2 ，2 - - - 氟乙氧基) 硝基苯从粗品中分离出来。2 ( 2 ，2 ，2 三氟乙氧基) 硝基苯再催化加氢制得2 一( 2 ，2 ，2 三氟乙氧基) 苯胺。 论文通过实验研究了各影响因素如反应温度、反应时间、催化剂、原料配比、加 料量等因素对产物得率的影响，最后通过单因子实验优化了反应工艺并进行了重复性 实验加以验证。采用n m r 、i r 、m s 、h p l c 等分析检测手段对产物进行定性定量分 析，确定了产物2 ( 2 ，2 ，2 三氟乙氧基) 苯胺，其含量为9 7 5 。通过对影响因素的分析， 得出最佳工艺条件为：第一步反应，采用n ，n - - - 甲基乙酰胺为溶剂，反应物料比n ( 2 氯硝基苯) ：n ( 三氟乙醇钠) ：n ( 碘化亚铜) = l ：2 ：2 ，反应温度为1 4 0 ，反应时间为5 h ， 2 一( 2 ，2 ，2 一三氟乙氧基) 硝基苯的得率为8 7 。第二步反应，采用乙醇为溶剂，钯炭为催 化剂。反应温度为7 54 c ，反应时间为l h ，产物2 一( 2 ，2 ，2 三氟乙氧基) 苯胺的得率为9 7 。 由2 一氯硝基苯经过亲核、催化加氢反应制备2 ( 2 ，2 ，2 三氟乙氧基) 苯胺的总得率为 8 2 。 关键词：2 ( 2 ，2 ，2 一三氟乙氧基) 苯胺，2 ( 2 ，2 ，2 - - - - 氟乙氧基) 硝基苯，2 氯硝基苯， 三氟乙醇，亲核反应，碘化亚铜，钯炭，催化加氢 硕 论文2 q 2 m 22 _ 二氟乙氧摹) 苯胺的台成工艺研究 a b s t r a c t 2 一( 2 ，2 ，2 一t r i f l u o r o c t h o x y ) a n i l i n e ，a so n eo ft h em o s ti m p o r t a n tc h e m i c a lm a t e r i a l s ，i sa m a i ni n t e r m e d i a t ef o r a g r i c u l t u r a l c h e m i c a l sa n d m a n y o t h e rf i n ec h e m i c a l s 2 一( 2 ，2 ，2 一t r i f l u o r o e t h o x y ) a n i l i n e w a sp r e p a r e df r o m2 - c h l o r o n i t r o b e n z e n e t h er e a c t i o n p r o c e e d si nt w os t e p s t h r o u g ht h es t e p ss u c h 勰n u c l e o p h i l i cr e a c t i o n , f i l t r a t i o n d i l u t i o n , e x t r a c t i o na n dv a c u u i nd i s t i l l a t i o n ，t h e2 - ( 2 ，2 ，2 一t r i f l u o r o e t h o x y ) n i t r o b e n z e n ei ss e p a r a t e df r o m c r u d ep r o d u c t t h e n2 - ( 2 ，2 ，2 - t r i f l u o r o e t h o x y ) n i t r o b e n z e n ew a sh y d r o g e n a t e db yc a t a l y s t , t h e t a r g e tp r o d u c tw a sg o t t h i sd i s s e r t a t i o nm a d ear e s e a r c ho nt h ef o h o w i n gf a c t o r ss u c h 私r e a c t i o nt e m p e r a t u r e t i m e ，c a t a l y s ta n dd o s a g eo f a l lk i n d so fm a t e r i a l s a f t e rt h ed i s s e r t a t i o ni n t r o d u c es i n g l ef a c t o r t oc o n s u m m a t et h et e c h n o l o g i c a lp r o c e s sa n dt e c h n o l o g i c a lc o n d i t i o n ，t h eo p t i m a lp r o c e s s p a r a m e t e r sf o rs y n t h e s i z i n g2 - ( 2 ，2 ，2 一t r i f l u o r o e t h o x y ) a n i l i n e t h ep r o d u c tw a sd e t e r m i n e db y t h ew a y so fq u a l i t a t i v ea n a l y s i ss u c ha sl 吼l r , m s i r t h ec o n t e n to ft h ep r o d u c ti s9 7 5 b y t h eh p l c t h r o u g ht h er e s e a r c ho fi n f l u e n c i n gf a c t o r s ，t h eo p t i m i z e dt e c h n o l o g yw a sa s f o l l o w s ：f o rt h ef i r s ts t e p ，n ，n - d i m e t h y l a c e t a m i d ea ss o l v e n t , n ( 2 一c h l o r o n i t r o b e n z e n e ) ：n ( s o d i u mt r i f l u o r o c t h a n 0 1 ) ：n ( c u p r o u s i o d i d e ) = l ：2 ：2 ，t e m p e r a t u r e1 4 0 c ，t i m e 5 h t h e y i e l do f 2 一( 2 ，2 ，2 一t r i f l u o r o e t h o x y l l n i t r o b e n z e n ec a nb er e a c h e d8 7 f o rt h es e c o n ds t e p ，e t h a n o l 勰 s o l v e n t , c a t a l y s tp d c ，t e m p e r a t u r e7 5 c ，t i m el h ，t h ey i e l do f2 - ( 2 ，2 ，2 - t r i f l u o r e e t h o x y ) a n i l i n e c a nb er e a c h e d9 7 m o r e o v e r , t h eg r o s sy i e l di s 叩t o8 2 k e y w o r d s ：2 - ( 2 ，2 ，2 一t r i f l u o r o c t h o x y ) a n i l i n e ，2 - ( 2 ，2 ，2 - t r i f l u o r o e t h o x y l i n i t r o b e n z e n e ， 2 - c h l o r o n i t r o b e n z e n e ，t r i f l u o r o e t h a n o ln u c l e o p h i l i cr e a c t i o n ，c u p r o u si o d i d e ，p d c ， c a t a l y t i ch y d r o g e n a t i o n 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：盔 建 沁1 年若夙 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：蓝亟 冰辱g 砷 硕十论丈2 吖2 2 2 三氟乙氧| 吝) 苯梭的合成二r 艺研究 1 引言 1 1 课题背景 2 , 2 ，2 一三氟乙醇，是一种重要的含氟中间体。由于含有三氟甲基的特殊结构，因此 其性质不同于其它的醇类，可以参与多种有机合成反应，尤其用于合成含氟的医药、 农药和染料，国内外需求量越来越大，已经成为含氟精细化学品的重要中间体之一， 目前国内尚没有生产，开发与生产前景非常广阔”。 氟在所有元素中具有最强的电负性。往往与其它元素强烈地结合成键。c f 键 中的f 原子，作为取代基显示出强烈的吸电子性，使周围的电子密度下降，因而三氟 乙氧基是非常强的亲核试剂。一般来说，芳环卜在卤素原子的邻位或对位存在吸电子 基团如硝基、氰基、醛基、酰卤基、酯基、三氟甲基或磺酰基等时，卤素原子才能被 诱导活化成为良好的离去基团，才易于被与三氟乙氧基所代替。由于三氟甲基的强吸 电子效应和高度稳定性使得三氟乙醇具有不同于其它醇的特性，比未氟化的乙醇有更 大的分子量和粘度。由于氟原子强的电负性，三氟乙醇比不含氟的同类醇，酸性强得 多，能溶于水和有机溶剂，室温下可溶解聚酰胺、三醋酸纤维素及多肽，但不能溶解 聚乙烯和聚丙烯。由于氟原子的强拉电子效应，提高了氢键的能力，它同杂环化合物 如四氢呋喃和吡啶能形成稳定的络合物。由于其独特的物理化学性质以及特殊的分子 结构，使得其具有与其它醇类不同的性能，可以参与多种有机化学反应，在医药、农 药、染料、能源、有机合成等方面具有广泛的用途。 在医药行业中三氟乙醇最主要的用途是作为麻醉剂，以其为原料开发出了低毒的 异氟烷和高性能的新型麻醉剂去氯氟烷：三氟乙醇可以将三氟甲基等作为功能基引进 药物的结构中，由其合成主要药物有中枢神经兴奋剂氟替尔、取代吡啶类胃壁细胞质 子泵阻断剂( 用作抗溃疡剂) 如l a n s o p r a z o l e 和p a n p r a z o l e 等、抗心律失常药物氟卡同 胺、镇痛药物苯并二氮杂卓和排尿困难治疗药物k m d 一3 2 1 2 等。在农药行业中，主 要用于合成除草剂三氟硫甲基等。 在染料行业中，三氟乙醇得到很好的开发与应用，如将c f 3 c h 2 0 - 弓 入酞菁中， 可以增加其溶解性，并能抑制分子间的聚合，另外在一些染料中分子中引入c f 3 c h 2 0 - 和c f 3 可以明显改善染料的耐光、耐候和化学稳定性。 作为溶剂，三氟乙醇能溶解醇、酮等含氧化合物和苯、甲苯等芳香族化合物，而 且能溶解多种聚合物树脂。在反应中三氟乙醇作为非亲核性离子溶剂，可作羧酸的保 护性基团：由于三氟乙醇的低亲核性和稳定性也是一些氟化反应及亲核性聚合物的优 良溶剂，如聚甲醛、聚酰胺和聚丙烯腈；另外一些聚烯烃聚合时候以三氟乙醇为溶剂， 可以得剑更高的产率和反应速率，而且能大大改善聚合物的立体规整性，提高聚合物 的性能；在些离子反应和电化学反应中也经常会使用三氟乙醇为溶剂；最近鉴于三 l 硕十论交2 4 2 2 25 - 氟乙氧堆) 苯胺的合成t 艺研究 氟乙醇溶解性能优良且纯度高，正在开发其用作高效液体色谱法的分离溶剂和手性化 合物的色谱分离溶剂的用途。 可作为酰化剂，三氟乙醇是亲核性低的醇；在酯交换反应中生成三氟乙醇缺乏反 应性，而可逆反应的另一侧的羟基就能朝一个方向酰化，因此三氟乙醇已经开始广泛 用于光学活性醇和淄类化合物的位置选择性酰化，胺的光学拆分及光学活性医药的合 成。 三氟乙醇热稳定性强，具有良好的动力学特性，原来仅用于部分热回收系统，由 于其对臭氧层破坏系数为零，目前全球性环境问题和节能问题日益得到重视，三氟乙 醇今后可以替代氟里昂，因此其在这些领域内的重要性得到重新评价与认识。目前， 三氟乙醇与水的混合液作为回收废热发电的兰金循环的工作介质用于废热回收发电 系统，在今后炼铁厂、水泥制造厂之类的高耗能企业作为环境效益良好的废热回收系 统工作流体方面具有巨大的潜力。另外人们利用三氟乙醇与酰胺化合物混合时能产生 大量溶解热的特性，进行三氟乙醇与n 甲基吡咯烷酮，n ，n 二甲基咪唑啉酮等环状 酰胺类化合物混合工作流体吸收式化学热泵的开发，该系统可作为替代电力应用于能 使用城市煤气、丙烷气、煤油等的空调设备，与现有化学热泵相比，在低温下不冻结、 设备紧凑、取冷采暖能量效率高，工业用和民用前景都非常看好。 可用于合成材料改性，用三氟乙醇改性的磷腈橡胶具有耐低温、耐热、阻燃、耐 溶剂等性能，广泛应用于航天航空、电子电表等领域，近年来关于氟磷腈橡胶研究逐 渐升温；三氟乙醇与甲基丙烯酸酯化得到三氟乙醇甲基丙烯酸甲酯，与通常的甲基丙 烯酸酯一样，具有聚合性有酯气味的无色透明液体，与甲基丙烯酸甲酯相比，具有更 优良的聚合性，容易与其他丙烯酸酯、苯乙烯、丙烯腈、醋酸乙烯等共聚，因为具有 三氟甲基基团，聚合物具有良好性能，在树脂功能性的改性等方面具有良好的发展前 景，广泛应用于涂料、光学信息传输、信息化学品、印刷电路、抗光蚀剂材料等多个 领域得到应用。另外在聚酯合成中，引入o c h z c f 3 ，可以提高平衡常数，得到期望 分子量的聚酯。 有机合成领域，三氟乙醇作为重要的基础的有机氟化物，在有机合成中越来越得 到重视，如以三氟乙醇为原料合成三氟乙醛，三氟乙醛是一种典型的含氟的醛类：三 氟乙醇还可以合成1 一呋喃、3 一氯4 ( 2 ，2 ，2 三氟乙氧基) 苯腈等。 三氟乙醇还有许多用途，而且近年来关于其应用的专利和文献较多。因此，选择 2 ( 2 ，2 ， 三氟乙氧基) 苯胺作为本实验重要的研究对象。目前，国外肘2 一( 2 ，2 ，2 一三氟 乙氧基) 苯胺的研究尚未成熟，虽然已经得到较为成熟的制各方法，但仍有定的缺 陷。2 ( 2 ，2 ，2 - 三氟乙氧基) 苯胺属于农药和医药中间体研究领域，本课题源于有关三 氟乙醇类衍生物的研究。 2 硕卜论文2 - ( 2 州2 2 王氟乙氧堆) 苯胺的合成t 艺研究 1 22 - ( 2 , 2 , 2 - 三氟乙氧基) 苯胺国内外研究概况 三氟乙氧基苯胺作为一种重要的药物中间体，具有重要的应用价值：主要用于合 成抗生素，治疗直肠癌等肿瘤病症的药物，抗惊厥及抑郁症等病症的治疗以及增加药 物吸收的辅药。在农业t - 用于合成多种含氟杀虫剂，除草剂和杀藻剂等；另外还用作 新型液晶材料的合成。 国外对2 一( 2 ，2 ，2 三氟乙氧基) 苯胺的研究报道较早见于1 9 8 0 年，采用2 一硝基苯酚钠 和甲磺酸三氟乙酯为原料，再还原的方法“1 。随后1 9 9 0 年开发了采用2 硝基苯酚和4 _ 三氟乙氧基苯磺酸钠为原料，再采用氧化铂还原的方法”1 。关于此产品的最新合成报 道是2 0 0 4 年i s m a e lt e j e r o 等人用邻二硝基苯和三氟乙醇为原料，用n ，n - - - 甲基甲酰胺 作溶剂，用叔丁基氟化胺作为相转移催化剂合成2 ( 2 ，2 ，2 三氟乙氧基) 硝基苯。1 。但没 有还原制备2 ( 2 ，2 ，2 - 三氟乙氧基) 苯胺。在这一段时期研究的主要特点是：以亲核反应 为基础；以缩短反应时间为突破口；提高得率，以适用大规模工业化生产为目标。 在当前对2 一( 2 ，2 ，2 一三氟乙氧基) 苯胺的研究成果中，有不少值得借鉴的方法和合成 路线。在所有这些成果中，转化率低，反应时间长，操作繁琐，原料难以购买是其共 有的缺点。由于这些缺点的存在，也很少被应用于工业化生产。另外，国内对2 一( 2 ，2 ，2 一 三氟乙氧基) 苯胺的研究较晚，文献报道较少。所以，本课题在寻找一种新方法的同 时，还要解决在催化剂、溶剂等方面的回收工作。 1 2 12 - ( 2 , 2 , 2 - 三氟乙氧基) 苯胺的几种合成方法及存在的问题 上述合成2 一( 2 ，2 ，2 一三氟乙氧基) 苯胺的方法，主要是工艺路线和催化剂的变化。综 合文献，合成2 一( 2 ，2 ，2 三氟乙氧基) 苯胺的相关路线主要有以下三条： ( 1 ) 以2 一硝基苯酚钠和甲磺酸三氟乙酯为原料的合成路线，再用氧化铂做催化剂 加氢还原，制得2 一( 2 ，2 ，2 一三氟乙氧基) 苯胺。这是最早的合成方法m 。即： 亲核取代： o 催化加氢： 2 硕 论史2 4 2 , 2 , 2 兰氰乙氧堆) 苯胺的合成t 岂研究 ( 2 ) 以2 一硝基苯酚和牛三氟乙氧基苯磺酸钠为原料，再加氢还原，制得2 - ( 2 ，2 ，2 - 三氟乙氧基) 苯胺的合成路线。即： 亲核取代： 催化加氢： n 0 2 + 2 ( 3 ) 以邻二硝基苯与三氟乙醇为原料，用n ，n 一二甲基甲酰胺作溶剂，以叔丁基氟 化胺作为相转移催化剂合成2 一( 2 ，2 ，2 三氟乙氧基) 硝基苯嘲。即： 亲核取代： n o ! + c f 3 c h 2 0 h( c 鬯1 2 竺! ；：黔 上述三条路线中，都是将三氟乙氧基直接通过亲核反应引入目标产物中“”。第 l 条合成路线以2 一硝基苯酚钠与甲磺酸三氟乙酯反应，在苯环的酚钠基团t 引入三氟 乙氧基，用碳酸钾作催化剥，得到2 ( 2 ，2 ，2 三氟乙氧基) 硝基苯，再用氧化铂作催化剂 加氢还原，得到2 ( 2 ，2 ，2 三氟乙氧基) 苯胺。这是最早的合成方法。所使用的原料较难 购买，反应时间也较长。第一步，亲核取代的产物得率为6 0 。 在第2 条合成路线中以2 一硝基苯酚与4 三氟乙氧基苯磺酸钠反应，在苯环的酚羟 基t 引入三氟乙氧基，用碘化亚铜作催化剂，得到2 ( 2 ，2 ，2 一三氟乙氧基) 硝基苯。反应 结束，加入一定量的水后用乙酸乙酯萃取，因n n 一二甲基甲酰胺即溶于水同时也溶于 有机相，萃取效率较低，需多次萃取方可萃取完全。同时前两次萃取时，水相和有机 相颜色相近，很难分液。再用钯炭作催化剂加氢还原，得到2 一( 2 ，2 ，2 三氟乙氧基) 苯胺。 此合成方法原料难得，合成时间较长。第一步，亲核取代的产物得率为7 0 。 第3 条合成路线是以邻二硝基苯与三氟乙醇为原料，用n ，n 二甲基甲酰胺作溶剂， 叔丁基氟化铵作为相转移催化剂，合成2 ( 2 ，2 ，2 三氟乙氧基) 硝基苯。因为邻二硝基苯 4 硕卜论文2 4 2 2 2 一三氟乙氨甚) 苯胺的合成t 艺研究 沸点和产品相近且都很高，所以反应结束要用柱层析的分离方法才能提纯产品，操作 繁琐。虽然反应时徊1 短，但反应后提纯时间较长，同时反应原料较难购买，催化剂叔 丁基氟化胺也很贵，第一步，亲核取代的产物得率为8 0 。 以1 - 是关于制备2 ( 2 ，2 ，2 三氟乙氧基) 苯胺已有的相关报道方法，前两种合成方法 类似，合成路线的优缺点也类似。第三种合成方法用邻二硝基苯与三氟乙醇为原料， n ，n 二甲基甲酰胺作溶剂，叔丁基氟化胺为相转移催化剂，合成2 一( 2 ，2 ，2 三氟乙氧基) 硝基苯的合成路线。工艺简单，合成条件温和，得率也较高，是较合理的合成方法， 但也存在一些缺陷。 传统的合成方法存在一定的缺陷。首先文献中报道的方法中，采用的原料通常 是较难购买，反应时间长，催化剂较难抽滤除去。还原结束，产品需用柱层析的分离 方法进行提纯，时间太长，操作不方便，不利于工业化生产，得率也偏低，致使产品 成本偏高，价格较贵。 1 2 2 本论文研究内容 本论文的主要研究任务是关于2 ( 2 ，2 ，2 一三氟乙氧基) 苯胺合成工艺的研究。结合国 外已有合成路线。、相关反应“”及国内关于三氟乙氧基的相关反应“”，比较合成 路线的优缺点，寻找一条较佳的合成工艺路线。在研究的过程中，本论文要完成和解 决以下两个方面的实验内容和问题。 ( 1 ) 通过对2 - ( 2 ，2 ，2 三氟乙氧基) 硝基苯合成工艺的研究，提高产物的得率。本论 文主要采用碘化亚铜作催化剂，以2 氯硝基苯和三氟乙醇为原料，合成产物2 一( 2 ，2 ，2 一 三氟乙氧基) 硝基苯。通过对温度、催化剂用量、原料物料比、溶剂的种类、溶剂的 用量、催化剂的选择及用量等工艺的研究，寻找一条较佳的合成工艺，提高产物的得 率。 ( 2 ) 通过对2 ( 2 ，2 ，2 三氟乙氧基) 苯胺的合成工艺的研究，提高产物的得率。用钯 炭加氢还原，得到2 ( 2 ，2 ，2 - - - 氟乙氧基) 苯胺。催化加氢过程中，反应温度、氢气压力、 溶剂、搅拌转速对催化反应的影响。 颂卜论文2 4 2 2 2 = 三氟乙氧堆) 苯胺的合成二r 艺啦宽 2 2 - ( 2 , 2 , 2 三氟乙氧基) 硝基苯的研究 2 1 实验与表征 2 1 1 试剂及仪器设备 2 1 1 1 试剂 2 氯硝基苯 三氟乙醇 金属钠 n ，n 一二甲基乙酰胺 碘化亚铜 溴化亚铜 氯化亚铜 氮气 乙酸乙酯 正已烷 石油醚 2 1 1 2 仪器设备 a r 工业品 c r c r a r a r a r 工业品 a r a r a r 上海化学试剂厂 浙江上虞市三和医药化工有限公司 上海凌峰化学试剂有限公司 上海凌峰化学试剂有限公司 ，卜海振欣试剂厂 上海振欣试剂厂 上海振欣试剂厂 中电集团公司南京第五十五研究所 上海化学试剂厂 上海化学试剂厂 上海化学试剂厂 直形冷凝管，球形冷凝管，5 0 0 m l 四口圆底烧瓶，2 5 0 m l 单口圆底烧瓶，1 0 0 0 m l - - - d 圆底烧瓶，5 0 m l 单口厕底烧瓶，1 0 0 m l 量筒，5 0 m l 量筒，克氏蒸馏头，真空接 液管，1 0 0 m l 磨l a - - 角烧瓶，2 5 0 m l - - 角烧瓶，5 0 0 r e e f 口瓶，2 m l 移液管，1 0 0 0 m l 抽滤瓶，漏斗，玻璃棒，四氟搅拌棒，毛细管。 h g l 0 1 1 烘箱南京盈鑫实验仪器有限公司 氮气减压阀青岛华青仪表( 集团) 有限公司 循环水式真空泵巩仪市英峪予华仪器厂 d w k 套式电热器江苏南兴乡荣原联合电器厂 搅拌电机 金坛市新航仪器厂 水浴锅国华电器有限公司 j j l 增力电动搅拌器金坛市新航仪器厂 电子继电器上海浦东荣丰科学仪器有限公司 电子天平天津市天马仪器厂 6 硕卜论文2 ( 2 ，2 ，2 - 二氟乙氧罄) 苯胺的台成丁艺研究 2 1 22 - ( 2 , 2 , 2 - 三氟乙氧基) 硝基苯的制各 该反应是属于苯环上亲核取代反应，从原料制备产物的过程中，经过三氟乙醇钠 的制备，亲核反应，减压蒸馏溶剂，酸化，过滤，减压蒸馏过程。下面将对以上几个 过程分别进行阐述。 2 1 2 1 实验制备 将2 0 0 m i 无水溶剂加入到干净无水的四1 3 烧瓶中。一次性加入l o g 三氟乙醇，开 动搅拌。并用氮气保护整个反应体系，氮气气流大小由尾部冒气泡速度控制，一般以 l 一2 个，s 为佳，开动搅拌，再分批加入已经切割好的2 3 9 钠。直至钠完全反应消失后， 继续搅拌3 0 r a i n 。一次性加, 入2 0 9 c u i 和7 8 8 9 2 氯硝基苯。缓慢升温至1 4 0 c ，搅拌5 h ， 反应毕降温至1 0 0 ，用水吸真空泵减压脱去2 3 体积的溶剂。继续降温至室温，加入 少量硅藻土和2 0 0 9 的水，加少量稀盐酸酸化，搅拌1 0 m i n ，过滤除去催化剂，滤液用 2 0 0 m l 乙酸乙酯摹取三次后，再用水洗萃取液后，干燥脱水，常压蒸馏脱乙酸乙酯， 减压蒸馏得产品。 2 122 减压蒸馏脱溶剂 该过程的目的是通过减压蒸馏将溶剂从反应物料中蒸馏出来。反应结束，降温至 1 0 0 。c ，用水吸真空泵减压脱去2 3 体积的溶剂。蒸馏液为溶剂微黄色n ，n 一二甲基乙酰 胺。蒸馏液以备回收使用。 因为溶剂n ，y - - - 甲基乙酰胺，即能溶于水相又能溶于有机相，如果不将其蒸馏除 去2 3 体积，加水很难进行分层，同时也造成产品的损耗。 2 1 2 3 过滤 将减压蒸馏之后，在四口厕底烧瓶的物料中加入硅藻土进行过滤，除去些固体 杂质和催化剂c u l 。过滤后所得的滤液用于下一步萃取。 2 1 2 4 常压蒸馏 该过程是浓缩2 ( 2 ，2 ，2 三氟乙氧基) 硝基苯的过程。将干燥后的萃取液倒入三口圆 底烧瓶中，按照常压蒸馏要求进行装置，蒸馏出三氟乙醇和乙酸乙酯。 2 1 2 5 减压蒸馏 该过程是提取产品2 ( 2 ，2 ，2 一三氟乙氧基) 硝基苯的过程。按照减压蒸馏要求进行装 7 硕士论文2 q 2 22 兰氟乙敏幕) 苯墼塑垒堕! 苎婴塑 置，用油浴升温。在真空度为- 0 0 9 5 m p a 下，接取温度为1 4 0 - 1 5 0 c 的馏分。该馏分通 过质谱确认为2 ( 2 ，2 ，2 三氟乙氧基) 硝基苯。 2 1 3 产物得率计算 在该反应中，原料物料比对反应有着重要的影响，在引言中就提到过在一般情况 下，为了提高反应速度对反应原料的要求是三氟乙醇钠过量。因此，在计算产物得率 时必须以2 一氯硝基苯为基准。 以下是计算公式： 产物得率= 妻譬喜o o 理论产物质量( g ) = 邻氯硝基苯投料鼍( g ) 每克邻氯硝基苯产物理论得率 蜊嘞麟产物理论得率螽黧鐾篓器纛f 凳器黠f “ 所以 产物得率= 实际产物生成龟( 亩 磊丽磊虿五4 x 1 0 0 8 2 1 4t 艺路线图 溶 三氟乙 金属 2 1 5 样品表征 图2 1 42 - ( 2 砧- - - 氟乙氧基) 硝基苯工艺路线图 2 - ( 2 ，2 ，2 一三氟乙氧基) 硝基苯是中间产物，该物质只是通过m s 、t l c 进行定性分 析；通过液相色谱( h p l c ) 进行定量分析。 2 1 5 1 质谱 ( 1 ) 仪器：t r a c eg c u l t r af i n n i g a n 公司 ( 2 ) 谱图，见图2 1 5 1 9 m t z 1 s i 2 - ( 2 , 2 , 2 - 三氟乙氧基) 硝基苯质谱圈 ( 3 ) 图谱分折 m z ：2 2 1 ( m ) ，2 2 2 ( m + 1 ) ，1 9 1 ( m 一3 0 ) ，1 4 3 ( m 一7 8 ) ，1 2 4 ( m 9 7 ) ， 1 2 3 ( m 一9 8 ) ，1 0 6 ( m 一1 1 5 ) 2 1 5 2t l c 定性分析 ( 1 ) t l c ：硅胶钣 ( 2 ) 展开刺：石油醚：乙酸乙酯= 9 ：l ( v v ) ( 3 ) t i c 分析结果，如下图2 1 5 2 1 i b - - - 一一 i 2 圈2 1 s 22 - ( 2 2 ，2 三氟乙氧基) 硝基苯t l c 通过比较硅胶板 ：的高度进行定性分析。薄层分析后，板上有机物在紫外线照射 下，两圆点不在同高度，圆点2 的高度比图点l 低，说明生成了新物质。结合质谱图 谱和第二步加氢反应结束图谱，证明圃点2 就是中间产物2 ( 2 ，2 ，2 - 三氟乙氧基) 硝基苯。 1 0 硕卜论文2 4 2 2 2 三氟己氧琏) 薹堕塑鱼堕王苎堕塑 2 1 5 3 2 - ( 2 , 2 , 2 - - - - 氟乙氧基) 硝基苯的含量分析 该物质在3 m m h g 压力下，沸点是1 1 4 0 c ，属于高沸点液体。所以用液相色谱法 ( h p l c ) 来定量分析，定量方法及测定条件如下。 ( 1 ) 检测仪器 液相色谱仪荚国啪r s 公司的6 0 0 型 ( 2 ) 检测条件 液谱柱：c 1 8检测器：u v 紫外波长：2 3 2 n m 移动相：甲醇：水= 7 ：3 ( v v ) 停止时间：1 2 m i n 流速：l m l m i n ( 3 ) 2 ( 2 ，2 ，2 一三氟乙氧基) 硝基苯液谱图，如下图2 1 5 3 图2 1 5 32 4 2 , 2 , 2 兰氟乙氧基) 硝基苯液谱图 ( 4 ) 物质的定量分析 该物质市场上无法获得标准物，无法进行校正。上述分析条件下，用归一化法， 保留时间为6 0 9 3 i i l i n 是2 一( 2 ，2 ，2 一三氟乙氧基) 硝基苯的出峰时间，其含量是9 8 。 硕十论文2 - ( 2 2 ，2 一氟乙氧接) 苯1 i 盘的合成t 艺研究 2 2 分析与讨论 2 2 1 结构分析对反应的影响 本实验是用2 ，2 ，2 三氟乙醇钠与2 一氯硝基苯反应生成产物2 ( 2 ，2 ，2 三氟乙氧 基) 硝基苯。以下为反应方程式： + ，一攀c u l c fc h 2 0 n a +1-+ n a a 由方程式可看出反应是由三氟乙氧基取代2 一氯硝基苯上的氯原子，此反应属于芳 香亲核取代反应，即s n a r 反应。其过程示意如下： + y - 净卫 y + x 。 亲核试剂三氟乙氧基先与芳香环2 一氯硝基苯加成，然后消去一个取代基氯原子完 成亲核取代反应，这一历程的主要步骤为加成中间体的生成，这一步可被强的吸电子 基所活化。虽然取代基的邻位存在强吸电子基团硝基，可以降低苯环上的电子云密度， 容易进行亲核反应，但考虑到空间效应，三氟乙氧基和硝基的存在，空间位阻较大， 所以反应受到一定的障碍，速度受到限制1 2 0 l 。在没有加催化剂的实验条件下，上述反 应需要很高的温度和较长的时间，原料才开始转化。 2 2 2 原料物料比对反应的影响 在反应过程中，为了提高某一种反应物的转化率或者提高反应速率，经常需要提 高某一种反应物的浓度，加大该反应物的投料量。对于该反应，因为2 氯硝基苯和产 品2 - ( 2 ，2 ，2 2 氟乙氧基) 硝基苯的性质很相近，反应结束后很难分离，所以采用加大三 氟乙醇钠投料量，提高2 一氯硝基苯的转化率。这里原料物料比主要指两个部分： ( 1 ) 在制备三氟乙醇钠的过程中，为了确保钠能完全反应及提高三氟乙醇和钠的 反应速度，三氟乙醇的投料量要大于钠。 ( 2 ) 在亲核取代反应过程中，为了确保2 一氯硝基苯能完全反应及加快亲孩反应， 硕十论史2 4 2 甜22 一氟乙鲺堆) 苯噱的合成r 岂研究 三氟乙醇钠投料量要大于2 氯硝基苯。 在单位时间里，如果三氟乙醇钠投料量过鼍太小，反应速率很慢。如果三氟乙醇 钠投料鼍过大，2 一氯硝基苯转化越完全，但三氟乙醇钠就浪费很多，不经济。在以下 实验条件：温度皆为1 4 0 c 和反应时间为1 0 h 的情况下，通过实验，数据如下衷2 2 2 所示： 表2 2 2 原料物料比对反应的影响 从上表可以看出，得率随物料比的增加而增加。当物料比超过l ：2 时，物料比对 得率的影响逐渐变小。综合考虑得率和三氟乙醇钠投料量的成本，建议n ( 三氟乙醇 钠) ：n ( 2 一氯硝基苯) - 2 ：1 最佳。 2 2 3 催化剂类型对反应的影响 由一卜述分析和实验经验，就会很自然思考到催化剂。催化剂可以降低反应活化能， 提高反应速度，缩短反应时间等优点。对于该反应，常用的催化剂有c u 2 c 1 2 、c u b r 、 c u i 。在以下实验条件：n ( 2 氯硝基苯) ：n ( 三氟乙醇钠) ：n ( 催化剂) = l ：2 ：2 ，温度都是1 4 0 的情况下，通过实验，数据如表2 2 3 所示： 表2 2 3 催化剂类型对反应的影响 从一1 - 面数据可以看出，相同摩尔比的情况下，c u i 作催化剂，得率是8 7 ，效果 最好，其次是c u b r ，最后是c u 2 c 1 2 。在催化剂阳离子部是一价铜离子的情况下，很自 然就会比较阴离子的差异。虽然阴离子都属于卤素，但它们的原子半径却差j j 0 很大。 原子半径由大到小的顺序如下：i b r c 1 。原子半径越大，阴离子受阳离子的引力就 越小，阴离子就越易离去。卤素阴离子离去后，可与苯环上的氯置换，形成过渡态， 该过渡态能量也大大低于不加催化剂直接反应的能量，从而提高反应速度，缩短反应 时间。 2 2 4 催化剂投料量对反应的影响 催化剂对反应可以缩短反应时间，提高反应速率。但如果催化剂加入太少，催化 硕卜沧文2 ( 2 ，2 2 三氟乙氧堆) 苯唛的合成t 艺研究 效果不明显，j j n a 太多，会大大浪费催化剂。在以下实验条件：n ( 2 一氯硝基苯) ：n ( 三氟 乙醇钠) = l ：2 ，温度为1 4 0 c 的情况下，通过实验，数据如下表2 2 4 所示： 表2 2 4 催化剂投料量对反应的影响 通过实验可以看出，催化剂确实提高了反应速率，缩短了反应时间。当催化剂投 料量超过l ：2 时，得率随催化剂的增加不大。综合考虑，催化剂的用量为1 9 1 9 ，较为 合理。 2 2 5 水分对反应体系的影响 在亲核取代反应中，水分对该反应的影响很大。根据卡尔费休水分测定仪的测定， 当反应体系的水分超过2 以上时，基本无目标产物。而此时反应主要是在碱性条件 n ，n 一二甲基乙酰胺分解反应，反应方程式如下。”： c h 3 c o n ( c h 3 ) 2 + o c h 3 c o 旷+ n h ( c h 3 ) 2f n h ( c h 3 ) 2 沸点只有7 4 c ，所以在上述条件下，1 3 0 c 时会有大量的气体逸出，并 且伴有浓浓的类似于氨的气味。同时加剧副反应的发生，反应方程式如下： n 0 2 n 0 2 在反应过程中，放热量较大。以及反应毕，经减压蒸馏提纯后，溶液颜色为黄绿 色，冷却后为固体，测其熔点为4 5 。根据2 羟基硝基苯的物化性质，可以推断出副 产物就是2 一氯硝基苯酚。 为了消除水分对反应的影响，要得到高纯度溶剂，可使用干燥剂与蒸馏并用的方 法。首先加入1 1 0 体积的苯，通过共沸蒸馏除去水。再按下列方法进行精制： ( 1 ) 加入无水硫酸镁( 2 5 9 l ) 干燥，减压下蒸馏。 ( 加入粉状氧化钡，搅动后倾出液体，减压蒸馏。 ( 3 ) 加入氧化铝粉末( 5 0 9 l , 5 0 0 - 6 0 0 c ，烧成) ，混合摇动，减压下蒸馏。 ( 4 ) 加入三苯基氯硅烷( 5 一l o g l ) ，1 2 0 1 4 0 ，加热2 4 h 后减压蒸馏。 由以七方法所得的溶剂水分含量极低。但在工业化生产时操作过于烦琐，所以建 议采用n n - - - - 甲基乙酰胺和十分之一体积的正己烷、少量沸石，通过共沸脱去溶剂中 1 4 硕卜论史2 - ( 2 22 一氟乙瓴摹) 苯唆的合i 揽丁岂研究 的少量水分。正己烷蒸馏结束，继续升温直至蒸馏头卜温度达到1 5 0 ，停止加热。 当四口烧瓶内温度冷却剑室温，再加入少量无水m g s 0 4 搅拌均匀，进行干燥。由以七 方法所得的溶剂水分含量小于千分之一，不影响实验。水分包括原料、溶剂以及反应 过程中带入的水分。n ，n 二甲基乙酰胺具有吸湿性，所以在反应过程中应用氮气保护 或在球型冷凝管e 装用e a c h 填充的干燥管，防止吸湿。考虑剑在制备三氟乙醇钠过 程中产生的氢气，建议整个反应过程都采用氮气保护的措施。 2 2 6 温度对反应的影响 温度对反应的影响是很显著的。一般来说，温度每提高1 0 c ，反应速度增加2 _ 4 倍。但也不是温度越高越好，有时温度越高，副反应也加剧。所以要考虑温度对反应 的影响程度。所以在以下实验条件：n ( 2 一氯硝基苯) ：n ( 三氟乙醇钠) ：n ( 碘化亚铜) _ l ：2 ：2 ， 反应时间都相同的情况下，通过实验，数据如下表2 2 6 所示： 表2 2 6 温度对反应的影响 通过上表可以看出，温度在1 5 0 。c ，接近溶剂的沸点，所以会有溶剂在高温下分解。 所以建议温度选择在1 3 0 - 1 4 0 c 都可以。在大生产t z ，考虑到蒸汽加热的最高温度和 降低设备要求，可以选择温度在1 3 0 c 。 2 2 7 反应时间对反应的影响 反应时间也是影响该反应的一个因素。因此，对反应时间与产物得率进行了不同 时间段的因素分析。在反应温度为1 4 0 。c 条件下，n ( 2 一氯硝基苯) ：n ( 三氟乙醇钠) ：n ( 碘 化亚铜) = l ：2 ：2 ，进行实验研究。反应时间对反应的影响如下表2 2 7 所示： 表2 2 7 反应时间对反应的的影响 注：反应时间从升温至1 4 0 开始计算 从上表可以看出，在反应的初始阶段，反应速度快。当反应时间到4 h 的时候，反 应速度减慢。在反应时间4 h 之后，反应得率不再有较大变化。由此可以得出反应时间 般控制在4 - 5 h 为宜。 硕l 论文2 吖2 2 2 三氟乙氧荜) 苯胺的台成t 艺研究 2 2 8 溶剂对反应的影响 溶剂效应对反应可以加速或延缓的作用。考虑到溶剂对原料的溶解性、溶剂价格、 毒性、反应温度、反应机理等因素，三氟乙氧基反应选择n ，n 二甲基乙酰胺。 实验室常用的几种非质子极性溶剂有n ，n - - - - - 甲基甲酰胺( d m f ) ，n ，n _ 二甲基乙 酰胺( d m a c ) ，1 - 甲基- 2 一吡咯烷酮( n m p ) 和六甲基磷酰三胺( h m p a ) ，这几种溶 剂都具有较高的介电常数1 。 在n ( 2 氯硝基苯) ：n ( 三氟乙醇钠) ：n ( 碘化亚铜) = l ：2 ：2 ，反应温度1 4 0 和反应时间 5 h 不变，用各种非质子极性溶剂进行实验研究。如下表2 2 8 1 所示： 表2 2 8 1 溶剂对反应产物得率的影响 从上表得出，在这几种非质子极性有机溶剂中，用h m p a 作为溶剂时，产品得 率较低。而其它三种溶剂中，以d m a c 所得的产率最高。但是，溶剂的选择应同时 考虑到另外两个因素。一是溶剂的沸点因素，溶剂沸点与产物沸点越接近，溶剂与产 物就越难分离。二是价格因素。在影响产品得率相差不大的情况下，应采用价洛便宜 的溶剂。表2 2 8 2 是述溶剂的价格和沸点对照表。 表2 2 8 2 不同溶剂的价格与沸点 从综合因素考虑，选择n ，n - - - 甲基乙酰胺( d m a c ) 作溶剂足比较合适的，在 论文的实验中，选择d m a c 作溶剂。 2 2 9 溶剂用量对反应的影响 溶剂的作用是分散催化剂和溶解三氟乙醇钠。在反应中，溶剂的用量对反应也有 影响。溶剂过少，溶解在有机相中的催化剂和三氟乙醇钠含量会很少，反应液很黏稠， 难以搅拌，导致反应时间长，甚至反应无法进行。如果溶剂过多，2 - 氯硝基苯的浓度 就会降低，从反应速率的角度考虑，速率反而会减慢。因此，本论文对溶剂的用量进 行研究探索。在反应温度为1 4 0 c 条件下，n ( 2 一氯硝基苯) ：n ( 三氟乙醇钠) ：n ( 碘化亚 铜) = l ：2 ：2 ，进行实验研究，反应时间为5 h 进行实验。实验结果如下表2 2 9 所示。 1 6 硕卜论文2 - ( 2 2 2 二二氟乙氧堆) 苯胺的合成二r 艺研究 由t - _ 表可以看出溶剂对该反应是必不可少的。溶剂为低于8 0 m l 时，反应温度升 高至回流时，就难以搅拌了。溶剂为1 5 0 - 2 0 0 m l 时，反应产物得率最高；溶剂用量大 于2 0 0 m l 时，产物得率下降。这说明溶剂用量并不是越多越好。溶剂用量过多，一是 增加实验成本，二是溶剂过多会造成反应物浓度降低，而导致反应时间延长。当溶剂 用量大于2 0 0 m l 时，得率下降。另外，溶剂用量过多也会影响后处理。 2 3 溶剂回收利用 2 3 1 溶剂n n - - 甲基乙酰胺回收利用 在溶剂回收方面，国外文献的三条合成路线都没有做回收方面的工作。三条合成 路线都是在合成反应结束后，冷却至室温，直接加水，过滤，再用乙酸乙酯萃取产品， 而溶剂直接进入废液中，不回收使用。这样在工业化生产 ：是不现实，即浪费溶剂又 增加三废处理的难度。根据上述方法，因为n ，n - z 甲基乙酰胺具有即能溶于有机物又 能与水混溶的特性，所以很难分清水层和有机层，同时也会增加水层中产品量，增加 产品损耗。如果溶剂加入多些，即使在溶液中加入强电解质氯化钠帮助分层，有时也 很难辨别水层和有机层。因此，在总结前人经验和自己实际操作中，当反应结束后， 反应温度降至1 0 0 - 1 1 0 ，用水吸真空泵，将n ，n _ 二甲基乙酰胺蒸馏出2 3 体积。蒸馏 出溶剂过多，会造成反应体系干涸，固体结壁，当加入水后，很难搅拌开来。所以只 需蒸馏出2 3 体积n ，n - 二甲基乙酰胺。这样既能保证蒸馏出的n ，n - 二甲基乙酰胺含水 低可以直接套用，又能确保分液时可以清楚的辨别水层和有机层。 2 3 2 回收溶剂n , l q - - 甲基乙酰胺套用对反应的影响 对回收溶剂的套用是适应工业化生产要求的，一方面可以节省生产成本，节约开 支；另一方面也是环保需要，减少对环境的污染。因此，本论文对回收溶剂奁用进行 了实验研究。 以回收的d m a c 为溶剂，反应物料比：n ( 2 。氯