（军事化学与烟火技术专业论文）间羟基苯乙胺的合成.pdf

硕 l 论文间经基笨乙胺的合成 ab s t r a c t 3 一 (2 一 ami n o ethy l) 一 h 即olisan l m pon ant l n t e n 刀 edi 众 use dfor s y n t h e s i 幼 n gso me d yes tu ffe andp h a n n 鱿 e ut i c al s . as y n t h e s i so f3 成 2 一 ami noethy l ) 一 p henols to 叭 i ng from 3 七 y d rox y l bel u 力 l d ehy d e ， fo l l o w edb y c o n d e n s a t i onand c a ta 1 yt i c hyd r o g e n at i o n r e a c t i o ns， was s to d i ed l l l e t o l a l y i e ld3 一 ( 2 一 ami n oet h y l ) 一 h e n o l w a 72. 8 %inap u ri t yo f 9 9 2 % . 5 o m eratio nal techool o gi c al p aram e t e rs ，re 1 a t e dre actio nmec h ani s ins andre acti on conditi o ns w e r edi scuss ed fo rt h efi rst t 而e. t 五 est n l c tu resa n dcom pos iti o ns o f3 - ( hyd r o x y l ) 一 p 一 n itros ty r e ne朗d 3 一 ( 2 . amin oeth y l ) 一 p h eno l werea c c o m p l i s hed bys pec t r al 助a y s i s and chm m atog r a p h i c a n a 】 y s i s . hithe p r o ce sso f 咖 d e ns a t i o n re a c t i 叽 it h asbee n fo u n d t h a t 而s re acti onbel ongsto s n l r n e c h ani s m ， a n da c c o rd in gto而s m e c h ani sm， some e fl 七 c t i ve c a ta l y sts 、 ， e r efo und. 丁 卜 l s re 即 ti o ni s a re v er s i b l e re a c t i on， 此 y i e l dwas i m p ro v edby means o f l m p r o v ing d e v i c e and aze o 仃 o p i s m. 5 % p 小 c ， 助n e y 一 n i ， c uwereu se dint h ep r oce s s of c a l a l 西ch y d ro g e n a l l on a n d th e i r besthyd ro g e n at i o n condi ti o nsw e r e o b ta i n e d ， thei r c al 匕 】 y st ， s performanc e s al s o w ere c o m p aj 阻 d it】 挂 比比c nfo 叨d吐 旧 ts %p 小c ，r a n c y . n i、 甲 e r es u p e n or in c a ta l 州c h y d ro g e nati o n t h es y l l t h es i so f3 一 ( 2 一 ami n o e t h y l ) 一 p h eno l s t a rt i ng from 3 一 ydro x y l benza l d e h y d e ， fol l o w e d 勿 c o n d e n s at i o n and r c d u c t i onr e a c t i o ns， w a s c o n v e 垃 e ntand mi l d . k e yw o r d . : 3 一 ( 2 一 ami noethy l ) 一 p h e n o l ， 3 一 hyd r o x y l b e nza l d e h y d e ， d y e stuff ， c o n d e nsa t i o 氏hyd r o g e nat i o n 声 y n l h e si s 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: 年月日 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: 年月日 硕士论文间经墓苯乙胺的合成 1前言 取代芳基乙 胺是有机合成和医药工业重要的中间体。 目 前国内仅有苯乙胺的生产 工艺， 而取代芳基乙胺的研究在国内还是刚刚起步， 其中轻基， 烷氧基取代的苯乙胺 是重要的药物中间体， 备受研究者青昧， 而关于轻基苯乙胺的研究只有少量关于对经 基苯乙 胺的报道， 而间 轻基苯乙胺的系统的合成研究还未见文献有相关方面的报道。 本课题正是为了填补这方面的空白而进行的。 l l 间经基苯乙胺的合成进展 通过c a进行检索， 没有发现有系统报道制备间轻基苯乙胺的文献， 只有少量关 于对轻基苯乙肪和对甲氧基苯乙胺的合成的报道。 所以本论文拟通过对对经基苯乙胺 和对甲 氧基苯乙 胺的 合 成的方法的 借鉴和一些相关文献【 1 动 1 知识的结 合， 找出 一条经 济，环保，易工艺化的路线来合成间轻基苯乙胺。 对经基苯乙胺的合成概述如下: 对轻基苯乙 胺又名酪胺 ( 钾 如 i n e ) ， 分子结构式p 一 h o c 6 场c 比c h z n h z ， 分子量 137 . 1 8 ， c a s号 51一 67一 对经基苯乙胺是白色或类白色固体，熔点 1 61一 163 ， 沸点 1 7 5 一 1 8 1 。 ( 1 )对轻基苯乙酮法 创| c 告 n 一0 日 为二 自 二 广 丫 厂h 刃乓、/义飞 该法用到了亚硝酞氯这种剧毒物质，且实验的条件苛刻，产率也较低。 ( 2 ) 苯乙睛法1 2 ， 1 以苯乙睛为原料， 经硝化，还原，重氮化，还原而制得目 标产品。 ( 1 ) 硝化 硕 卜 论文间经摹苯乙胺的合成 :hgn卜尸 珊 刃 3 珑阳4 低 将适量的65% h n 伪和一定量的浓珑5 伍混合后冷却至0 ， 滴加适量的苯乙腊， 控制滴加温度在。 一 5 ， 滴加完毕后在10以下继续反应1 权将反应液在搅拌下慢慢 倒入5 一倍的冰水中， 控制温度在10以下， 此时析出大量的黄色固体物， 过滤， 用 水洗涤至p h = 7 即得粗品，再将粗品用乙醇重结晶，即可得对硝基苯乙睛。 ( 11)还原 h z c n 、一 业一 将适量对硝基苯乙睛，5 0 %乙醇溶液和氯化按一起投入反应器中，升温到回流， 分次投入适量铁粉， 加料完毕后回流 lh， 再加入5 %的活性炭退色， 趁热过滤， 用5 % 乙醇洗涤过滤，滤液冷却至室温，以硫酸中和至p h = 5 ，析出晶体，再经过滤，水洗 即得对氨基苯乙 腊硫酸盐。 ( 1 11 )重氮化，水解 h zcn h zcn 少 望 红产 n an0 2 叹产 厂飞 将对氮基苯乙 睛投入到已 冷却至仆 5 的适量的 硫酸中， 在0 一 5 下慢慢滴加3 0 % 亚硝酸钠水溶液， 以 淀粉一 碘化钾试纸测定终点， 到达终点后继续反应lh， 再将一定量 的硫酸加热到00， 在搅拌下慢慢滴加上述溶液， 滴加完毕保温o j h ， 加入5 %的活性 炭退色，继续搅拌0. 5h，趁热过滤，粗品经水重结晶即得对轻基苯乙睛。 ( iv)睛基还原 硕 十 论文间轻基笨乙胺的合成 h 班 加 c h 式h z nhs 厂飞 n a / e t 0h 厂飞 对经基苯乙睛在乙醇钠介质中还原为对经基苯乙胺。 由以上的步骤可以看出该法步骤较长，且产率也较低。 ( 3 )对甲氧基苯甲醛法 以对甲氧基苯甲醛为原料合成对轻基苯乙胺可以采用与丙二酸反应生成对甲 氧 基肉 桂酸， 再经还原，氯化，重排，脱甲 基化而得到对轻基苯乙 胺。 虽然本方法各步的收率均较高， 操作简便， 但由于反应步骤繁多， 反应中使用氯 化亚讽，氨水，浓盐酸等较多的腐蚀性原料，对环境的危害较大。 呢 产 与 na/业叹 少 就1 “ ochs火11 姗- 必习 c h0 亡 h 幸 = cho i 妇 印h 3 c h 兰 c h z c 以 犯 优h 3 尹、 n a 浅 1 洲|、 刃- nh- 勿 chz ch以姗2 ( 4 ) 对经基苯甲醛法 对羚基苯甲 醛与硝基甲 烷缩合得到对经基书 一 硝基苯乙 烯， 再经还原， 水 解 得 到 对 轻 基 苯乙 胺 【2 2 一 1 。 ( 1 ) 对经基 一 p 一 硝基苯乙 烯的制备 护|飞 chwh一 劲尹 厂、 c h o 硕 卜 论文间轻鹅苯乙胺的合成 在四口 瓶中加入一定量的对羚基苯甲醛， 硝基甲烷， 冰乙酸和醋酸按， 搅拌加热 至回流，反应 3 万 h 后， 冷却至室温，倒入冰水中，析出黄色晶体， 抽滤，滤饼用冰 水洗涤，干燥后得到黄色针状晶体。 ( 11) 对经基苯乙 胺的制备 飒 白ichzca 汾 在反应瓶中 加入 适量的 对轻基 一 p 一 硝基苯乙 烯， 锌粉及乙 醇 / 水溶液 ， 冷水浴下加入 27% 的盐酸， 然后在40下搅拌3 h ， 再在50下搅拌3h， 滤去锌渣， 滤液用氯仿萃取 3 次，水层用饱和碳酸氢钠溶液调节p h = 9 ，用正丁醇提取3 次，无水硫酸钠干燥， 减压蒸去正丁醇得灰白色固体，用苯重结晶，得白色固体。 该法具有原料成本低，工艺简单，对环境污染小的优点，适合用于工业化。 1 .2论文主要研究内 容 本学位论文主要包括以 下几个方面的研究内 容: 通过对对轻基苯乙胺和对甲 氧基苯乙胺的合成的方法的借鉴和一些相关文献知 识的结合，找出一条经济，环保，易工艺化的路线来合成间经基苯乙 胺。 场 n 场 hzc11/ u.we人产，勺 0玉一 0一舰 n- h- c一 ( 1 ) 缩合反应 ( 1 ) 从催化剂，反应机理， 产物的处理和提纯等方面进行比 较系统的研究。并 用现代光谱和色谱分析方法表征了 物质的结构和组成。 ( 11 ) 依次用典型的酸式催化剂和碱式催化剂进行催化， 首先找出该反应可由 何 种 类 型 的 催 化 剂 所 催 化， 再 在 该 类型 中 找 出 最 合 适的 几 种 催 化 剂 ， 通 过 实 验 来 推测其反应的机理。 (ii1) 通过对反 应平衡的研究， 进而改 进实 验方法来影响 平衡， 进一步提高 产率. 硕 十论文间经基苯乙胺的合成 ( 2 )催化加氢还原 ( 1 ) 制备了5 %p 山 ， r 朋 妙ni这 两 种 催化剂。 ( 1 1 ) 通过改变加氢过程中的条件，如温度、 压力、时间、 催化剂用量、 溶剂等 来提高间经基苯乙胺的产率。 硕 卜 论文间经基笨乙胺的合成 2实验部分 2. 1间轻基一 p 一 硝基苯乙 烯的合成 c h 3 n02 2. l i主要仪器和试剂 间 经基苯甲 醛， 硝基甲 烷等， 所用试剂为化学纯以 上， z f 一 2三用紫外分析仪， s p d 一 1 0 a v p 型高效液相色谱仪， b 几 山 e r t e n so r2 7 型红外光谱仪。 实验方法 在装有磁力搅拌器， 温度计和回流冷凝管的250 m l的四口 烧瓶中， 加入间经基 苯甲醛，硝基甲烷，乙酸和一定量的催化剂，加热搅拌，升温至 80，保温反应。 待反应结束后， 将反应体系冷却至室温， 倒入适量冰水中， 析出黄色沉淀。 此时不用 进行过滤，而是直接把该体系加热到6 0 一 70，并于搅拌下缓慢滴加乙醇， 直至沉淀 完全溶解， 然后把该溶液倒入适量冰水中， 此时迅速析出亮黄色针状晶体， 并沉到底 部。静止大约5 分钟，待亮黄色晶体沉淀完后，随即倒掉上层溶液，过滤沉淀。 2. 2间握基苯乙胺的合成 h2 在催化剂的制备时加入载体， 可使之成为负载型催化剂。 加入载体的方法一般以 浸渍法为主。 负载型催化剂中的载体能够为催化剂提供比表面积和适合的孔结构， 改 进催化剂的强度， 提高催化剂热稳定性， 并且可以 减少活性组分的用量。 此外， 载体 还可能通过其与金属之间发生相互作用而影响催化剂的反应和结构性能。 文献报道较 多的作为液相加氢用催化剂的载体主要有活性炭、 51 仇、 a 12 伪、 肠 伍 等。因此， 选 6 硕 l 论文间羚基苯乙胺的合成 择适当的载体对催化剂的活性， 稳定性有很大的影响。 往催化剂中添加助剂。 添加助 剂的效果常很显著， 可大幅度提高催化剂活性和选择性， 延长使用寿命。 引入助剂的 方法可采用化学反应法。常用的助剂种类有m。 、cr、凡、 c 。 、b 、c u 。助剂添加也 不能过量， 过量会导致催化剂活性原子比表面积下降，影响活性。 所以还原一步要找 出一种催化剂， 通过改性使之活性高， 稳定性好， 可循环套用次数多， 符合工业化生 产要求。 芳香胺类化合物是一类很重要的有机中间体， 在染料、 农药、 医药等化学和工业 生产中占有重要地位， 其生产是精细化工合成的重要领域之一 目 前， 随着我国化学 工 业的 迅猛 发展， 特别 是 精细 化学品 的 发 展， 其 应 用范围 不 断 拓展， 市 场前 景看好. 现有文献报道的工业合成芳胺的合成路线主要有: 铁粉还原法、 硫化碱还原法、 催化 加氢法和电解还原法等路线。 ( 1) 铁粉还原法 p e r k i n 首先于18 57年使用铁粉还原硝基苯工业生产苯胺以 来， 铁粉还原工艺大 大促进了染料工业的发展，多年来一直被应用于多 种芳胺的生产中126. 该路线可以简单概括为， 芳香族硝基化合物在氯化按存在的条件下， 用铁粉还原， 然后用消石灰来中和分离出铁灰的反应液， 再用水洗涤后进行蒸汽蒸馏得到粗品， 粗 品经真空蒸馏得到成品。 该生产技术工艺使用时间长， 发展情况较为完善， 具有较强 还原能力， 基本适用于所有硝基化合物的还原， 与此同时， 还具备操作条件温和， 对 于设备要求不高， 工艺较为简单， 主反应的选择性好等优点， 在生产芳胺的同时， 还 产生副产品铁红， 从技术经济的角度考虑， 较为合理。 但是， 随着现代化工工艺水平 的提高，以及对环境友好的工艺要求， 该工艺自 动化水平低， 工人劳动强度大，所产 生三废对环境污染严重等不适合现行经济发展政策的弊端就逐渐显现出来， 这种方法 正在被其他方法所替代，特别是在一些发达国家，正在被加氢还原法所替代。 ( 2 )硫化物还原法 硫化碱还原法制取芳胺， 生产工艺成熟， 也是现阶段大部分企业生产芳胺所使用 的一种方法。 此工艺反应比较缓和， 可使多硝基化合物中的硝基分步还原， 或只还原硝基偶氮 化合物中的硝基而不影响偶氮基， 产物比较容易分离， 易实现封闭式生产， 且周期较 短，设备的腐蚀性较小，但该工艺也存在着和铁粉还原法同样突出的环境污染问题， 其中废水污染环境的问题较为突出，因为原料采用硫化碱溶液，导致生产成本较高， 收率往往比铁粉还原法还要低。 ( 3 )电解还原法 电解还原法的流程大体上是， 芳香族硝基化合物在无机酸电解液、 溶剂、 润滑剂、 促进剂的作用下，在阴极 ( 材料通常为 c u ，n i ，pb 等)电解产生离子氢，进而对 7 硕 十 论文 间经基苯乙胺的合成 硝基化合物进行还原制得芳胺。 该法和化学还原法相比， 具有产率高、 纯度好、易分 离、成本低等优点。 与催化加氢还原相比， 不存在催化剂中毒问题， 操作简便，容易 控制。 但此法能耗大，目 前仅在实验室合成及半工业化生产中应用较多， 一且推广到 工业化生产，其应用前景非常广阔。 (4)催化加氢还原法 催化加氢还原工艺作为一种工艺先进、目 标产品收率高、质量稳定、副反应少、 环境友好的制取芳胺的工艺路线，日 益受到国内外化工企业的青睐。 可分为气相加氢 和液相加氢两种方法， 因为受到原料沸点的限制， 前者的应用范围相对后者要窄一些。 ( 1 ) 气相加氢还原法 气相加氢还原法在国外比较普遍。 可用铜催化剂生产芳胺， 对于异构芳胺的生产 具有显著优越性， 即可以 在一套生产装置上交替生产异构产物， 提高了设备的利用率。 简单的工艺流程可以叙述为， 将硫基化合物歧化后和氢气进行混合， 进入到装有 铜基催化剂的流化床或者固定床反应器中进行氢化反应， 反应混合气冷却， 静止分层， 得粗品，经加压蒸馏得精品。该生产工艺具有不需要使用溶剂、铜催化剂廉价易得、 生产稳定、安全性高、易实现自 动化控制、 封闭式生产等优点， 但是气相催化加氢过 程中需要汽化硝基物，所以只适合于高温蒸发仍能保持稳定状态的硝基化合物还原， 也就是说仅仅适用于沸点较低、容易气化且稳定的芳香族硝基化合物的加氢反应中， 如硝基苯气相加氢制苯胺。 ( 11)液相加氢还原法 液相催化加氢法制取芳胺是一种比较先进的生产工艺。 通过该法制得的芳胺纯度较高， 且产品收率高， 质量稳定。 液相催化加氢还原反 应实质上是气一 液一 固三相反应，也就是说固体的粉状催化剂悬浮在溶解有硝基物的溶 液中， 氢气呈气相通入悬浮液中。 影响的因素主要涉及传质、 传热和动力学因素。 在 反应进行过程中 网， 硝基化合物分子和氢分子扩散到固 相催化剂的表面， 在催化剂表 面发生活化吸附， 而活化吸附的分子之间发生化学反应， 生成的产物从催化剂表面脱 附， 再通过扩散由 催化剂的表面进入溶剂中，因此， 这就需要解决好传质的问题。由 于是非均相反应体系，同时也是剧烈的放热反应，并且要在一定的压力情况下进行， 这就要求在实际生产过程中考虑到良 好的传热问题及时散出热量， 控制适当反应温度 和压力， 同时在生产的过程中如果选用了易姗的雷尼镍或贵金属系作为催化剂， 生产 安全因素就会凸现出来，此外生产成本较高也是限制了其推广和应用的一个主要因 素。 通过液相加氢还原制取芳胺， 具有反应度低， 易实现分离 ( 分离催化剂后只有芳 胺和水) ，反应副产物少，产生的三废很少，而且不受硝基物沸点的限制等优点，因 而可在各种不同的溶剂和较低的温度下进行， 加氢过程可加压可常压， 可间歇可连续， 适用的硝基化合物的范围更加宽泛， 是一种比较先进的生产工艺。 硝基化合物加氢还 g 硕 上论文间径螃苯乙胺的合成 原过程中， 液相加氢和气相加氢相比， 还原品种较多， 催化剂选择的范围相对更加宽 泛，如贵金属催化剂、金属氧化物、金属硫化物、氢氧化物和多孔性金属催化剂等。 而气 相加氢 催化剂 选 择面比 较有限， 报道多见于铜基催化剂128 一 1 。 下面是几种常见的液相加氢催化剂: ( 1 )多孔性金属催化剂 比较常见的多孔性金属催化剂有骨架镍及其改性催化剂， 它价格比 较便宜、 稳定 性较好， 而且比 较易得， 广泛应用于现今工业生产中。 但其制备过程中， 残存的一些 杂质及催化剂用苛性碱处理时出 现的大量微孔， 影响了反应的选择性， 同时该催化剂 的耐热性也较差， 易形成局部过热， 从而限制了生产能力和催化剂的寿命。 针对它的 这些弊端复合型镍基催化剂是我们应该研究的一个方向。 ( u)贵金属催化剂 该类催化剂比较常见的有还原型纯贵金属粉，如 pd 、pt、ru 等。此类催化剂 具有反应条件温和、 活性高等优点， 工业中得到广泛的应用， 但是由于工艺和成本的 考虑， 在实际生产中， 经常对贵金属催化剂进行改性处理。 制备负载型贵金属催化剂 或者在单一贵金属催化剂中， 引入其它金属， 通过第二种金属的调变， 提高催化剂的 活性、选择性是目前研究和应用较多的的两种改性方法。 采用制备负载型贵金属催化剂的方法进行改性， 就是将贵金属以 极微小的晶粒分 散在载体的内表面上， 载体多选用多孔介质， 这就要考虑载体的选择对催化剂活性的 影响。 载体选择的范围既可以是有机物， 也可以是无机物。 常见的无机物载体主要有 活性炭、硅胶、氧化铝、碳酸钙、氧化钦、氧化镁等。最常用的是 p d/ c ，有文献报 道，在常温常压条件下，在 2 一 氯一 6 一 硝基甲苯催化加氢还原反应和苯环上对对硝基甲 苯或者邻硝基苯酚的硝基还原反应中，使用p d/ c催化剂，都可以可获得较高的催化 活性和选择性， 这其中， 活性碳载体具有良 好的性能， 有文献报道， 用p dj c作为催化 剂进行加氢反应时， 溶剂的影响对反应的转化率和选择性有较大的影响， 用甲醇溶剂 能得到较好的转化率。 ( i n )常压型催化剂漆原镍 目 前 通用的漆原 镍有: 用碱处理沉淀镍而得到的漆原镍b( 简称u 一1 一 b ) ; 用酸 处理而得到的漆原镍a( 简称 u 一1 一 a ) :用ai 作镍盐的还原剂制得沉淀镍，再用碱 处理沉淀镍而得到的漆原镍 b a ( u 一i- b a) ;用酸处理而得到的漆原镍 a a ( u. ni . aa) 。 2 .2.1主要仪器和化学试剂 间 轻基一 p 一 硝基苯乙 烯 ( 自 制) ，甲 醉，乙醉。 所用试剂为化学纯以 上。 zf一三用 紫外分析仪，岛津 s p d 一 1 0 a v p型高效液相色谱仪，b ruk e r t 七 n 0 左7 型红外光谱仪， 硕卜 论文间经基苯乙胺的合成 wd f型反应釜 ( 山东威海市自控反应釜有限公司)。 2 :2实验方法 将适量的间 轻基 一 卜 硝基苯乙 烯溶入一定量的甲醇中， 投入氢化反应釜中，再加 入适量的催化剂， 通入氮气， 置换5 次， 然后在强烈的搅拌下通入氢气，升至一定的 温度， 待反应完成后， 放空， 压滤， 在反应后的溶液中加入适量的盐酸溶液使其呈酸 性，用c 比c 眨 萃取，分离出水相，再在水相中加入适量的n az c o 3 溶液使其呈碱性， 减压蒸馏，然后再用热的乙酸乙醋萃取，再次减压蒸馏乙酸乙醋溶液，即可得产物。 硕 于论文间经基苯乙胺的合成 3 .结果与讨论 1 1 间 经基一 卜 硝基苯乙 烯的 合成 工 l i 催化剂的 选择 按2 . 1 . 2 所述的实验方法，在一定的条件下，考察加入不同的催化剂对反应的 影响，实验结果见表3 . 1 。 反应催化剂 表3. 1 催化剂选择“ 量比b时间 爪产率了 % js.32511 11从128.3.1屯 10:310 1:11: c h i c 0 0na 心 4 0 114.57.111 424424424424444444444 :310汪10:3 nh j c i ch 3 (ch z 为 4 n b r l0:3 hci 10:310 1:11: c h ， c 0 0n h 69 .0 7 4 再 ( c z h ， ) 浏刁h的 7 1 0 % 溶液1 : 341 注: a 反应条件:间 轻基笨乙 胺 (0一02mol); 硝基甲 烷 ( 0 刀 3 mo l) ;醋酸 ( 1 7 m l ) ; 1 10一 卜 回 流。 b 量比为催化剂与间轻基苯甲醛的物质的量之比。 硕_ l 论文间径基苯乙胺的合成 工 l 2间轻基苯甲醛的用量对反应的影响 按2. 1 2 所述的实验方法，在其他条件相同的情况下，考察间轻基苯甲醛的用量 对反应的影响，实验结果见表3 2 。 表3. 2间羚基苯甲醛的用量对反应的影响“ 反应 时间山产率2 % 七 262525262525 0 一 0 3 0 00 3 0 00 3 0 0 . 0 3 0 0 乃3 0 00 3 0 0.02 0 0.02 5 0 . 0 3 0 0 . 0 3 5 00 4 0 0 一 0 4 5 注: a 反应条件:醋酸钱 ( 0. ols m ol) ; 醋酸 ( 17 m l ) ;1 10卜 问流。 b 此处产率以 硝基甲 烷为 基准物计算。 由表3 .2可见， 硝基甲烷的量不变， 而改变间经基苯甲醛与硝基甲烷反应时的摩 尔配比时。 在反应一个小时后， 产率基本不变。 可见， 反应中间经基苯甲醛的浓度变 化对反应是基本没有影响的。 3. 1 3c h 3 n 认 的用量对反应的影响 按2 . 1 2 所述的 实验方法， 应的影响，实验结果见表3. 3 。 表 3.3 在其他条件相同的情况下， 考察c h 如仇的用量对反 c h ， n o z 的用量对反应的影响. 反应m目 ohp h choi mo 】 时间币产率/% 10 . 0 4 00 一 0 2 011 0 0.0 4 000 2 5 00 4 00 . 0 0 l 4 l 7 ，山、 22 00 4 0 00 3 5 0.0 4 00 一 0 4 0 注:a 反应条件:醋酸钱 ( 0. 03m ol) ;醋酸 17m l ) ;1 10 卜 回流。b 此处产率以间轻基苯甲醛 为基准物计算. 由表3 .3可见，间轻基苯甲醛的量不变，而改变硝基甲烷与间硝基苯甲醛反应时 的摩尔配比。 反应一个小时后，由 产率可见， 反应的产率是随着硝基甲烷的浓度而有 l 2 硕 七 论文间经鹅苯乙胺的合成 所提高的. 由以上浓度对反 应的影响， 可初步推测此反应遵循翻1 反应机理: 1 c h ， n 0 2 失去 一 个h+， 形成 一 c h z n 0 2 c h 3n 02二 二 全c h z n 0 2 十 h+ c 韶 0 2 1飞 hzn 。 进 攻 叙。，。 。 碳 原 子 逻 _ 之 工 chz 肠 、 屯 产、 服 oh 一 ch一 一c hz n02 十 h+ 二二 二 二 全 30 杯 脱去形成双键 1 于 = c h n 02 软。 h 对于基元反应【 11 : c h 如仇由于n o z 一 的强吸电 性， 使c h 如仇具有比 较明显的 酸性， 一个硝基的致酸能力与两个碳基相当， 碱性类催化剂能催化该步反应的发生。 对于基元反应2:该步反应是对间轻基苯甲醛的亲核加成反应，由于氧的强吸 电性。使碳基上的c带上部分正电荷，从而有利于亲核试剂的进攻，碳基的反应中， 关键步骤是亲核体的 加成， 得到的中间体具有四面体的结构。 因此处是以c 比c o o h 作溶剂，所以其反应历程应为酸催化。 对于 基元反应3 1 : 该步反应是轻基的 脱去， 轻基在酸性条件和碱性条件下均可 以使其能够脱去。 但在此处由 于是用c 场c o o h作为反应溶剂， 所以更容易发生酸催 化。 该反应机理虽然是通过简单的浓度对反应速率的影响而推测出来的， 但却能对前 面的实验事实作出很好的理论解释。 之所以 选择c 凡c o o h作为 该反应的 溶剂， 是由 于及田 c o o l户 1 . 7 5 、 1 0-， 其电 离 出的c 场c o o 产是 一 种碱， 能 在一定程度上催化基元反应11 】 的 进行， 从后面 对实验 的改进时进行的除水可看出， 它还有利于通过持续的蒸馏而除去水。 更为重要的是催 化剂在c h 3 c o o h中形成的是弱碱的盐， 有利于反应的发生。 为什么 c 场c 0 0 n 氏 能起到较好的催化效果呢?我们知道 c h 3 c 0 0 n 践 在 i 3 硕 七论文间经基笨乙肢的合成 c h 3 c 0 0 h中电离出c 场c 0 0 一 阴离子和n h4十 阳离子。c h 3 c 0 0 尸 是一种强碱，能使 基元反 应川中的 的减小， 从而 促使平衡右 移， c h z n 仇 增大， 有 利于基元反 应1 2 的 进行。 n 践+ 是一种酸， 能较好的 催化基元反 应1 3 的 进行. c 场c 0 0 na 能完全电离出c h 3 c 0 0 一 阴离子。 从理论上讲， 它应该更能催化基元 反 应【 1 的发生。 但从实 验结果看出，以 它作为催化剂时， 其产率是很低的。 这可以 从它在反应体系中的 溶解度而得到合理的解释，由于c h 天0 0 n a 在该体系中的溶解 度很小， 且电 离出 的n a + 不能作为一 种有效的 酸来 催化基元反 应 3 的 进行。 所以 用它 做催化剂时，产率很低。 同理可对粗和n h 月 cl的不适合性作出 解释。kl 电离出的k+不能作为一种有效 的 酸来催化基元反 应3 的发生。 n h4ci电 离出 的c i-不能作为 一种有效的 碱来 催化基 元反应l的 进行。 由于该反应的第一步基元反应是碱催化且是决定速率的一步。 所以 (c玩为 n 一 h c i 不能作为该反应的催化剂。 参照上面所提出的机理， 如果一种物质能在c h 3 c o o h中有较好的溶解度， 且电 离出的两种离子一种为碱， 另一种为酸的话。 或是一种物质既能进行碱催化， 又能进 行酸催化。 则该物质应该能成为该反应的良 好的催化剂。 根据上面所提出的理论， 对 一些满足这类要求的物质作了检验。 3. l 4 催化剂的再选择 按2 . 1 2 所述的实验方法， 在其他条件相同的情况下， 考察不同的催化剂对反应的 影响，实验结果见表3 一 4 。 由 表3 .4可见， 此处n h 月 h c o 3 和侧氏h h p o 月 满足上面所提出的理论， 但却不能 催化该反应的发生。 找寻其原因是因为未考虑h c 伪一 和iip0 4 一 得到的能力， 此 二者的碱性不足以使它们从c 场n 仇处夺取质子， 反而由于c 场c o o 一 的存在而失去质 子而表现出一定的酸性。而n h z c 玩c 场o h ， c 场c 垃c 0 0 n 场等则满足能从硝基甲 烷出夺取质子的能力，所以能很好的催化该反应的发生。 综上所述， 如果一种物质能在c h 3 c o o h中 有较好的溶解度， 且电 离出的两种离 子一种为碱，另一种为酸的话。 或是一种物质既能进行碱催化，又能进行酸催化。并 且碱性强到能从c h 3 n 伍处夺取质子的话。 则该物质应该能成为该反应的良 好的催化 剂。 从催化剂的催化效果，价格以及对环境的友好性等方面考虑，最后选择 c 场c o o n 场作为该反应合适的催化剂来对该反应作进一步的研究。 硕 l 论文间轻篆苯乙胺的合成 表 3 .4 反应催化剂 催化剂的再选择“ 用最卜时间爪 产率/ % 1 : 1 0 n h月 h c 伪 70 .5 nh z c h z c h 2 0h 71 . 3 刊 hz c h z c 0 0h 1 :3 1 : 1 0 61 . 1 64 。 1 424424444 :310:310 11:11: 倒h h hp o 月 1 : 3 1 : 1 0 60 .3 4444 c h ， c h z c 0 0 n h4 1 : 3461 . 2 注:a反应条件:间处基苯甲醛 (0一02m ol) ; 硝基甲 烷 ( 0 一 03mol) ;醋酸 ( 1 7 m l ) :1 10卜 回 流。 b 量比为催化剂与间羚基苯甲醛的的物质的量之比。 3. l 5 水对反应的影响 按2 . 1 2 所述的实验方法， 在一定的条件下， 考察水的存在对反应的影响， 实验结 果见表3. 5 。 表3 .5水对反应的影响. 反应时间小 体系组分了 % 2 一 5c h 闪 0 2 87.14 2 1% oh ch闷 0 俘当 刀 %， 戳 % oh oh 硕 1 : 论文 间经基苯乙胺的合成 注: a反 应条件: 间 轻基 一 卜 硝基苯乙 烯( 0 .似m o l ) : 醋酸( 1 加l ) ; h z o ( z s m l ) ; 醋酸按( 0 .oo7 mol ) ; 1 1 0 下回流。 刃 h 十 印一 c hn0 2 chwh 一 图3 . 1改进装置除水 由 表3. 5 可以 看出， 该反应是一个可逆反应， 反应中不断生成的h z o对反应是 不利的，如果在反应的过程中能够不断的使生成的 h 2 0脱离该反应体系，则有利于 反 应 平 衡 的 右 移 ， 从 而 使 产 率 提高， 为 此 设 计 采 用了 图3 1 所 示 的 装置 ， 通过该装置， 如果反应的温度在珑0的沸点之上，则能不断地使场0脱离反 应体系，在接收瓶中冷凝下来。 1 1 石改进装置除水对产率的影响 按2 . 1 .2 所述的实验方法， 在其他条件相同的情况下， 考察不同的催化剂下改进装 置除水对产率的影响，实验结果见表3 .6 。 由表3 .6实验结果可见， 在该反应条件下， 产率不仅没有提高， 反而大大降低了。 通过仔细分析原因后发现，此处产率低的原因主要是未考虑到 c h 3 n o : 的沸点， c h 3 n o z 的沸点为1 0()户 1 02，与水基本一样。 两者共沸物的沸点为83.5 9 ， 但此处 反应的回流温度是h o ， 所以c h 卿仇与水一起冷凝下来而脱离反应体系，从而使 反应体系中的c h 3 n 0 2 不断减少，从而使产率很低。 硕 七论文间轻基苯乙胺的合成 表3. 6改进装置除水对产率的影响. 反应催化剂用量b 时间爪产率/ % ic h 3 c 0 0 n h41 :341 4 n h z c h z c h 2 0 h n h z c 珑c ( x ) h c h刃o on a 卜 3 1 : 3 卜3 l 0 l l 444 sc h 3 c h z c 0 0 n 践1 :341 0 注: a 反应条件: 间处基苯甲醛( 0 . 似m o l ) ; 硝基甲 烷( 0 .0 3 m o l ) ; 醋酸( 1 7 m l ) ; 1 1 0 下回流。 b 量比为催化剂与间轻基苯甲醛的的 物质的量之比。 为了证明上述装置设计的合理性，在相同的反应条件下探讨了苯乙酮与 n c c 珑c o o c 场 的反应。前者沸点为2 02左右，后者沸点为2 05左右。 3. 1 .7改进装置除水对高沸点反应物的产率的影响 按2 1 2 所述的实验方法， 在其他条件相同的情况下， 考察不同的催化剂下改进装 置除水对高沸点反应物的产率的影响，实验结果见表3. 7 。 表3 7改进装置除水对高沸点反应物的产率的影响 反应催化剂用量b产率/ % 产率2 % d ic h ， c 0 0nh 1 :35 172 卜3 卜 3 1 : 3 卜 3 注:a 反应条件:苯乙 酮 ( 0. 02mol ) ; 氛基乙酸甲醋 ( 0 . 03m of); 醋酸 ( 17m l ) ; 1 10下 回流。 b 量比为催化剂与间轻基苯甲醛的 物质的量之比。c 未除水时的产率。 d 除水时的 产率。 由表3. 7 可看出，在用上述的反应装置除去水后，产率有了较大的提高，从而可 证明采用上述装置的合理性。 硕 l 论文间径纂笨乙胺的合成 所研究的反应采用该装置 所以会失败， 主要是由 于水与反应原料之一的c h 3 n q 形成的共沸物的熔点为83.5 9 ，由 共沸物的特点可知，共沸物的沸点低于其组成各 组分的沸点。 据此原理， 如果在反应体系中能够加入一种沸点比较低的惰性物质使之 与水形成共沸物， 使该共沸物的沸点远低于c h 剑仇与水形成共沸物的沸点， 则能使 反应体系中的 氏0不断的被除去。所以此处通过向反应体系中加入惰性物质苯，苯 能与水形成共沸物。该共沸物的沸点为65。 工l 8 改进装置 卞 共沸法除水对产率的影响 按2 . 1 .2 所述的实验方法， 在其他条件相同的情况下， 利用改进装置考察不同的催 化剂下共沸法除水对产率的影响，实验结果见表3. 8 。 表3 名改进装置下共沸法除水对产率的影响. 反应催化剂产率乃 护产率了 % ic h 丈0 on h4748 2 80742875 71641059 n日 z c h z c h 2 0 h nh z c h z c 0 0 h c h 天o ona c h 3 c h z c 0 0nh 礴 ，山内jj，白、 注: a 反应条件: 间轻基苯甲醛( 0 . 0 2 mol ) ; 硝基甲 烷( 0 . 0 3 m o l ) ; 醋酸( 1 7 m l ) ; 醋酸钱( 0 .0 0 7 m o l ) ; 苯 (0一02m ol)反应温度为78。b 未除水时的产率。 c 除水时的产率。 由表3 .8可以看出， 通过加入苯形成共沸物除水，使产率有了一定的提高。 一些 物质能够大量的吸水。 如果能在反应体系中加入该种物质， 使生成的水被吸收。 而不 能参与反应。 则也是能过提高产率的。 根据这一原理， 通过向反应体系中加入硅胶来 除水。 11 .9硅胶除水对产率的影响 按2 . 1 .2 所述的实验方法， 在其他条件相同的情况下， 考察不同的催化剂下硅胶除 水对产率的影响，实 验结果见表3 .9 。 由表3 .9可以看出， 利用硅胶来除水也能使产率有一定的提高。 但效果不如利用 共沸法除水好。 硕 l 论文 间轻基笨乙胺的合成 表3. 9 硅胶除水对产率的影响. 反应催化剂产率乃 护产率邝 犷 c h c 0 0n比 n h， c hz c x h c h 3 c 0 0 n a sc h 天h 沁o o n比5 05 9 注: a 反应条尹 1 : : 间羚基苯甲醛( 0 0 2 m o l ) ; 硝基甲 烷( 0 0 3 m o l ) ; 醋酸( i 7 m l ) : 醋酸钱( 0 . 0()7 mol ) ; 硅胶 (59 ) 反 应温 度为78。 b 未除水时的产率。c 除水时的 产率。 3.l 10 反应机理的讨论 该反应遵循翻。 反应机理: llc 玩n q失 去一 个h+， 形 成 一 c h z n q ch3n 0 2 二 二 兰chzn0z + h+ c日 0 2 ，飞 hzn * 进 ， 或。“。 。 碳 原 子 c h z 眠 十 h + 3 】 o h 一 脱去形成双键 硕上论文间径篆苯乙胺的合成 h 一 一 chz n0z1 于 = c l 习 02 h o 软 一一 对于基元反应【 1 : c 场n 仇由 于n o 厂的强吸电 性， 使c 场n 仇具有比 较明显的 酸性， 一个硝基的致酸能力与两个碳基相当， 碱性类催化剂能催化该步反应的发生。 对于基元反应口 :该步反应是对间经基苯甲醛的亲核加成反应，由于氧的强吸 电 性。使碳基上的c带上部分正电荷，从而有利于亲核试剂的进攻， 碳基的反应中， 关键步骤是亲核体的加成， 得到的中间体具有四面体的结构。 因此处是以醋酸作溶剂， 所以其反应历程应为酸催化。 对于基元反应3 :该步反应是经基的脱去，经基在酸性条件和碱性条件下均可 以使其能够脱去。 但在此处由于是用c h 3 c 0 0 h作为反应溶剂， 所以更容易发生酸催 化。 3. 1 . 1 1 反应物的配比 对反应的影响 ( k = 硝基甲 烷了 间经基苯甲 醛) 按 2 1 .2所述的实验方法， 在其他条件相同的情况下， 考察反应物的配比对反应 的影响，实验结果见图3 2 。 月u 7 毛1。叫之知 匀0 66 io12j41616 . 水. 2022 图3. 2反应物的配比对反应的影响 由 图3 .2可以 看出， 随 着c 场n 仇量的增大， 间 经基一 卜 硝基苯乙 烯的 产率也提高。 硕士论文间经基苯乙胺的合成 但当kl 月. 5时， 此时产率随比 例的变化就不明显了， 所以硝基甲烷/ 间轻基苯甲醛的 最佳配比为1 /l . 5 工 l 12催化剂的用量对反应的影响 ( 场 = 醋酸按/ 间经基苯甲醛) 84b250787e 毛工a之卜 启 4 0b 8 00020 月 图3. 3 催化剂用量对反应的影响 按2 . 1 . 2 所述的实验方法，在其他条件相同的情况下，考察催化剂的用量对反应 的影响，实验结果见图3. 3 。 由以上折线图可看出，当处闭.6时，产率随催化剂量的增加就趋于稳定了。所 以反应的催化剂的用量为间轻基苯甲醛的0. 6 倍。 硕 l 论文间轻基苯乙胺的合成 1 1 j 3 反应温度对反应的影响 50 7， 专侣又谈 5 06 56 06 57 d7 50 0 x / 图1 4反应温度对反应的影响 按21 2 所述的实验方法，在其他条件相同的情况下，考察反应温度对反应的影 响，实验结果见图3. 4 。 因为苯的沸