（应用化学专业论文）色酚ASBI的制备工艺.pdf

摘要 色酚a s b i 是一种颜料中间体，以它为原料合成的偶氮颜料是一类性能优良 的新型颜料。 色酚a s b i 是f l a 2 ，3 酸和5 氨基苯并咪唑酮在脱水剂作用下经缩合得到。本论 文采用三种方法制备色酚a s b i ，前两种分别用p c i 3 、亚磷酸三苯酯和吡啶作脱 水剂，第三种方法是先制备2 羟基3 萘甲酰氯，然后再制备色酚a s b i 。p c i 3 为 脱水剂的工艺，考察了反应温度和溶剂对产品收率和纯度的影响；亚磷酸三苯酯 和毗啶为脱水剂的工艺，考察了反应温度和甲醇n m p 体积比对产品收率和纯度 的影响；酰氯法制备色酚a s b i 的工艺，考察了投料比，加料时间、反应时间、 反应温度、溶剂、催化剂和缚酸剂对产品收率和纯度的影响：同时探讨了尾气处 理、母液的循环使用和产品的精制方法。 酰氯法制备色酚a s b i 得到较好的结果。在制备2 羟基3 萘甲酰氯的反应 中，以氯苯为溶剂，氯化亚砜与2 ，3 酸的投料比为1 1 ：l ，催化剂d m f 用量为0 0 8 m ， 反应温度为4 5 5 0 ，酰氯的收率为9 7 3 ；在制备色酚a s b i 的反应中，以 n m p 为溶剂，酰氯与5 氨基苯并咪唑酮的投料比为1 2 5 ：1 ，滴加酰氯时间为1 5 h ， 反应时间为4 h ，反应温度为2 0 。c ，以d m a p 为催化剂，n a z c 0 3 为缚酸剂，产品 收率为9 1 0 ，液相色谱纯度为9 9 3 。该工艺小试成功，即将在山东投产。 关键词：色酚a s b i ； n 酰化；颜料中间体；5 氨基苯并咪唑酮 a b s t r a c t n a p h t h o la s b ii sa l li m p o r t a n tp i g m e n ti n t e r m e d i a t e ，w h i c hi su s e dt os y n t h e s i z e an e wk i n do fh i g hq u a l i t ya z od y e s 。 n a p h t h o la s b iw a so b t a i n e db yr e a c t i n g2 - h y d r o x y - 3 一n a p h t h o i c a c i dw i t h 5 - a m i n o b e n z i m i d a z o l o n ei nt h ep r e s e n c eo fd e h y d r a t i o na g e n t t h r e ep r o c e s s e sw e r e s t u d i e di n t h i st h e s i s i nt h ef i r s tp r o c e s su s i n gp c i 3 嬲d e h y d r a t i o na g e n t ，t h e i n f l u e n c eo fr e a c t i o nt e m p e r a t u r ea n ds o l v e n to ny i e l da n dp u r i t yw e r ed i s c u s s e d i n t h es e c o n dp r o c e s su s i n gt r i p h e n y lp h o s p h a t ea n dp y n d i n ea sd e h y d r a t i o na g e n t ，t h e i n f l u e n c eo fr e a c t i o nt e m p e r a t u r ea n dv o l u m er a t i oo fm e t h a n o l n m po ny i e l da n d p u r i t yw e r ed i s c u s s e d b yt h em e t h o do fa c y lc h l o r i n e ，t h ei n f l u e n c eo f r e a c t a n tm o l a r r a t i o ，t h ef e e d i n gt i m e ，r e a c t i o n t i m e ，r e a c t i o nt e m p e r a t u r e ，r e a g e n t ，c a t a l y s ta n d a c i d - b i n d i n ga g e n tw e r ea l s os t u d i e d a tt h es a m et i m e ，t h et r e a t m e n to ft h i o n y l c h l o r i d et a i lg a s ，t h es o l v e n tr e c o v e r ya n dp r o d u c tp u r i f i c a t i o nw e r ec o n s i d e r e d t h et h i r dm e t h o dg i v e st h eb e s tr e s u l t t h eo p t i m u mc o n d i t i o n so ft h es y n t h e s i so f 2 - h y d r o x y - 3 一n a p h t h o y lc h l o r i d eu s i n gc h l o r o b e n z e n e a ss o l v e n ta l e 弱f o l l o w s ：m o l a r r a t i oo ft h i o n y lc h l o r i d et o2 - h y d r o x y - 3 一n a p h t h o i ca c i di s1 1 ：1 t h ea m o u n to fd m fi s o 0 8 m l ，a n dr e a c t i o nt e m p e r a t u r ei s4 5 。c 一5 0 。c t h ey i e l do f2 - h y d r o x y - 3 一n a p h t h o y l c h l o r i d ei s9 7 3 ：t h eo p t i m u mc o n d i t i o n so ft h es e c t i o no fs y n t h e s i z i n gn a p h t h o l a s b iu s i n gn m pa ss o l v e n ta r e 鹊f o l l o w s ：m o l a rr a t i oo f2 - h y d r o x y 一3 - n a p h t h o y l c h l o r i d et o5 - a m i n o b e n z i m i d a z o l o n ei s1 2 5 ：1 ，t h ef e e d i n gt i m ei s1 5 h ，t h er e a c t i o n t i m ei s4 h ，t h er e a c t i o nt e m p e r a t u r ei s2 0 ，a n dd m a pa n dn a 2 c 0 3a r es e l e c t e da s c a t a l y s ta n da c i d - b i n d i n ga g e n tr e s p e c t i v e l y t h ey i e l do fn a p h t h o la s b ii s9 1 o a n dh p l cp u r i t yi s9 9 3 a st h es m a l l s c a l er e a c t i o ns u c c e e d s ，t h et e c h n o l o g yw i l l b ep u ti n t op r o d u c t i o ni ns h a n d o n gp r o v i n c e k e yw o r d s ：n a p h t h o l a s b i ；n - a c y l a t i o n ；p i g m e n ti n t e r m e d i a t e ； 5 - a m i n o b e n z i m i d a z o l o n e 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得苤鲞盘堂或其他教育机构的学位或证 书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：高佬 签字日期：c 枷7 年月t 1 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解盘鲞盘堂有关保留、使用学位论文的规定。 特授权苤鲞盘堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名：高语 导师签名： 签字日期：川年月1 1 日签字日期： ：广? ，l j ， t 渴曲 川年f 月f f 日 第一章文献综述 1 1 有机颜料 第一章文献综述 有机颜料是一类不溶性的具有特殊应用性能的有机物质，以高度分散的颗粒 状态使被着色物着色1 1 。与染料不同，有机颜料既不溶于水也不溶于应用介质。 1 1 1 有机颜料的分类 有机颜料种类繁多，按化学结构一般可分为偶氮颜料、酞菁颜料、色淀颜料、 还原颜料和杂环颜料。 偶氮颜料是指化学结构中含有偶氮基( n = n 一) 的有机颜料。偶氮颜料 是有机颜料中的大类，其产量约占有机颜料总产量的6 0 。包括乙酰乙酰芳胺 系颜料、2 萘酚系颜料、色酚a s 系颜料、联苯胺系颜料、苯并咪唑酮系颜料、 吡唑啉酮系颜料、偶氮缩合颜料和金属络合颜料等。 1 1 1 1 色酚a s 系偶氮颜料 色酚a s 是2 羟基3 萘甲酰芳胺类化合物，通常是用2 羟基3 一萘甲酸( 2 ， 3 酸) 和取代芳胺在溶剂中酰胺化得到的。结构式如下： 似c 。- h n 诊r r = - - h ，- - c l ，一g h 3 ，一o c h 3 ，- - n 0 2 等 色酚a s 系偶氮颜料是以色酚a s 及其衍生物为偶合组分的偶氮颜料，色谱 范围从黄光红色至蓝光红色、洋红色或品红色。根据芳胺上取代基的不同，色酚 有很多种类，见表1 1 。 颜料分子中含有甲酰胺基，具有良好的耐溶剂性能，适用于塑料、涂料、印 钞油墨、黏胶纤维和织物的着色、印花的打底剂。 第一章文献综述 表1 1 不同种类的色酚 o 色酚名 色酚名 色酚名 rrr 称称称 、 h b 吼 a s m x g a s u 。 a s b i h 双h 。 a s d 弋 c i a s e h b 洲。 a s b g i 叹吼 a s o l 弋 删s a s r l a s b o l h 备o c 一。 a s i t r a 慨 a s b s 慨 a s a n 1 1 1 2 苯并咪唑酮偶氮颜料 苯并咪唑酮颜料是一类分子内含有酰胺基苯并咪唑酮基团的偶氮颜料。结构 式如下： r - n 段孓。 v 茁o 苯并咪唑酮类偶氮颜料是一类高性能的有机颜料，具有十分优异的耐热、耐 光、耐溶剂和耐迁移性能。色谱有黄、橙、红、棕等品种，浅色牢度较好。适用 于硬、软聚氯乙稀、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、有机玻璃、丁酸纤维等塑料的 着色和聚氨基甲酸酯的涂层中【2 1 。此外，还可用于油漆行业制造各种各样的工业 漆，制造轿车原始面漆、修补漆和金属漆；用于制造建筑用涂料( 尤其是外墙涂 料) 和乳胶漆；用于丙纶、腈纶、粘胶、改性粘胶等纤维原液的着色以及用于制 造高级户外广告印刷用油墨。 2 第一章文献综述 1 1 1 3 色酚a s - bi 色酚a s b i 的结构式如下： o 段孓。 h 分子中既带有2 羟基3 萘甲酰基又含有苯并咪唑酮基团，以它为原料合成 的偶氮颜料是一类性能优良的新型颜料，主要用于塑料如聚氯乙稀、聚乙烯及原 浆着色等方面，具有优良的耐热、耐光、耐溶剂和耐迁移性能。同时还可以用于 高档汽车油漆的生产。 1 1 2 有机颜料的市场供给与需求 1 1 2 1 有机颜料的市场 目前世界有机颜料的年产量在3 0 万t 左右，年销售量约2 7 8 万2 8 0 万t ，销售 市场主要集中在欧美地区，约占世界有机颜料市场的6 7 。目前亚洲有机颜料的 年产量已达1 6 万t ，主要是我国，2 0 0 3 年的产量达到1 2 6 7 万t ，其它国家和地区 的产量不大，如韩国为8 0 0 0 t 、印度1 5 万t ( 产能为4 万妇) 、泰国1 0 0 0 t 、印尼 3 0 0 0 - 4 0 0 0 t 、我国台湾省3 0 0 0 t ( 产能为0 5 万t a ) 等。亚洲大多数国家所需的有机 颜料还主要依靠进口，而出口量的增长主要是半成品，可以说亚洲的潜在市场很 大【引。 进入新世纪以来我国有机颜料的产量增加了5 5 8 万t ，年均增长率达到了 2 1 3 5 ，出口量也增加了1 8 1 万t ，年均增长率为8 2 4 。由于世界有机颜料工 业发展的新动向以及我国印刷、涂料和塑料等工业对有机颜料需求量的大幅度增 长，再加上高新技术领域对功能性颜料的迫切要求，都为进一步发展我国有机颜 料工业的大好形势提供了新的市场。 1 1 2 2 有机颜料开发新动向 为了适应国际市场对有机颜料性能的新要求以及提高有机颜料在市场竞争 中的实力，世界各有机颜料公司都比较注重新产品的研究与开发。开发新有机颜 料的重点，是对现有有机颜料通过固体化学、结晶化学、界面化学和粉体工程等 研究，改变它们的结晶构造、颜料粒子或采用不同的表面处理等而制得新品种， 或研制用不同颜料组成的新型固溶体颜料。开发的新有机颜料有如下几种： ( 1 ) 发展新的或改进的黄色有机颜料，取代基于重金属的无机颜料用于道路 第一章文献综述 标记等，美国和西欧的颜料制造者已经在市场上推出有关产品。 ( 2 ) 开发适用于紫外线熟化的颜料，粉末涂层用颜料和新一代变色颜料，一 般都用在油墨制造中。 ( 3 ) 发展荧光颜料，比较突出的有氮杂香豆素系列荧光颜料、苯并硫或氧杂 葸系列荧光颜料和吡咯并吡咯二酮系列荧光颜料等，c i b a 、b a s f 和c l a r i a n t 等公 司都有商品进入市场。 ( 4 ) 开发数字印刷特别是数字喷墨印刷用墨水用颜料。 ( 5 ) 发展用于电子照相调色剂的颜料。 另外，为了减少对环境的冲击采用了一种新的、有专利权的氧化技术；为了 提高产品纯度使用几种分离和纯化加工技术，如反渗透与超滤、溶剂重结晶或研 磨、离子交换和高效液相色谱柱分离等。 1 1 2 3 色酚a s - bi 有机颜料的研究开发 1 9 6 4 年德国h o e c h s t 公司首先以商品供应市场【2 1 ，此后色酚a s - b i 被广泛应用 于合成偶氮染料 4 - 1 0 】，主要有p vc a r m i n eh f 3 c 、p vc a r m i n eh f 4 c 、永固红h s t 、 永固棕h s r 、n o v o p e r mb o r d e a n xh f 3 r 、n o v o p e r mr e dh f 2 b 、n o v o p e r mm a r o o n h f m 0 1 等，具有抗热性 1 1 、抗光迁移性 1 2 - 1 3 】、p v c 中防老化【1 4 】等性能，用于塑 料和织物的着色 1 5 - 1 6 】、生产墨水旧1 8 1 等方面。1 9 7 4 年r o c h l i t zj u e r g e nd r 等【1 9 将 色酚a s b i 用于合成电子摄影的记录材料。2 0 世纪9 0 年代日本加大了对色酚 a s b i 的应用研究，合成的一系列化合物主要应用于电子摄影术中的光电导体和 感光器 2 0 - 2 3 】。 我国在苯并咪唑酮颜料的研究开发上也取得了进展。据报道沈阳化工研究院 取得技术上的突破【2 4 】，在山东淄博宝丰集团和辽阳东旺集团进行了工业生产【2 5 】。 国内生产厂商有2 一- 3 家，但是生产工艺尚未成熟，产品质量差，不能满足生产高 档颜料的需要；每吨成本在1 1 万元左右，市场售价为1 9 万元，因此进行开发研究 具有重要的经济价值。 1 2 色酚a s - bi 的合成 1 2 1 羧酸法 2 ，3 酸和5 氨基苯并咪唑酮直接发生n 酰化反应，生成色酚a s b i 。反应式如 下所示： 4 第一章文献综述 雠i ih + h 2 n 取。一 o 段孓2 。 反应式( 1 - i ) g o e t z em a r l i s 等人1 2 6 】将2 ，3 酸和5 氨基苯并咪唑酮在二甲苯溶液中加入p c i 3 反应制得色酚a s b i ，产率8 4 。a m d to t t od r 等人【7 】溶剂采用n 甲基吡咯烷酮 ( n m p ) ，加入p c i 3 反应制得色酚a s b i ，产率9 4 。 w a g n e rl u m i n i t ae 等人【2 8 】将2 ，3 酸和5 氨基苯并咪唑酮溶解在n ，n 二甲基 甲酰胺( d m f ) 中，加入吡啶和( p h o ) 3 p ，在1 0 0 * c 下反应制得产品，产率为9 5 。 也可以使用n 甲基吡咯烷酮( n m p ) 作溶剂，加入吡啶和( p h o ) 3 p ，在1 4 5 下反应 制得产品，产率为8 5 【列j 。 1 2 2 酰氯法 将2 3 酸酰氯化生成2 羟基3 萘甲酰氯，然后与5 氨基苯并咪唑酮发生n 一酰 化反应，生成色酚a s b i 。反应式如下所示： o l l + s o c l 2 一 + 叱n 以 ( a 颞 c 。- h c i 一雠段孓h 。 m e i e rm i c h a e l 等人将2 ，3 酸溶解在二甲苯中用s o c l 2 酰化得到2 - 羟基一3 一萘 甲酰氯，然后与5 氨基苯并咪唑酮的n m p 溶液在低温( 2 5 , - - , 2 8 。c ) 下反应制得产 物，收率8 5 4 。 合成色酚a s b i 的反应主要是n 酰化反应，下节将对n 酰化反应进行讨论。 o hn声nh o _ 卢、 氏v。似 第一章文献综述 1 3n 一酰化 酰化是指有机分子中与碳原子、氮原子、磷原子、氧原子或硫原子相连的氢 被酰基所取代的反应。氨基或羟基等官能团与酰化剂作用可转变为酰胺或酯，引 入酰基后可改变原化合物的性质和功能。如染料分子中的氨基或羟基酰化前后的 色光、染色性能和牢固指标都将有所变化【3 1 1 。氨基氮原子上的氢被酰基所取代 的反应称为n 酰化。 1 3 1 酰化剂 1 3 1 1 酰化剂的种类 最常用的酰化剂主要有： ( 1 ) 羧酸例如甲酸、乙酸和乙二酸等。 ( 2 ) 酸酐例如乙酐、甲乙酐、顺丁烯二酸酐、邻苯二甲酸酐、l ，8 萘二甲酸 酐以及二氧化碳( 碳酸酐) 和一氧化碳( 甲酸酐) 等。 ( 3 ) 酰氯例如碳酸二酰氯( 光气) 、乙酰氯、苯甲酰氯、三聚氰酰氯、苯磺 酰氯、三氯氧磷和三氯化磷等。某些酰氯不易制成工业品，可用羧酸和三氯化磷、 亚硫酰氯或无水三氯化铝在无水介质中作酰化剂。 ( 4 ) 羧酸酯例如乙酰乙酸乙酯、氯乙酰乙酯( 双光气) 和二( 三氯甲基) 碳酸酯( 三光气) 等。 ( 5 ) 酰胺例如尿素和n ，n 二甲基甲酰胺等。 ( 6 ) 其他例如乙烯酮和双乙烯酮等。 1 3 1 2 酰化剂的反应活性 酰化是亲电取代反应，酰化剂是以亲电质点参加反应的。最常见的酰化剂是 羧酸、相应的酸酐或酰氯。酰化剂的活性取决于羰基碳原子上部分正电荷的大小， 正电荷越大，酰化能力越强 3 2 】。因此，羧酸、相应的酸酐或酰氯的活泼性次序 是： 6 1 十6 ，+6 3 十 r 一蕈( ：h r 一蠡o - - 凸c - - ) r r 一宣宅i o l 6 ，。6 1 当r 相同时：6 1 + 6 2 + 6 l + ，即酰氯比相应的酸酐和羧酸活泼。 在脂肪族酰化剂中，其反应活性随碳链的增长而变弱。因此，只有向氨基氮 原子或羟基氧原子上引入甲酰基、乙酰基或羧甲酰基时才能使用价廉易得的甲 酸、乙酸或乙二酸作酰化剂。在在引入长链的脂酰基时，则需要使用活泼的羧酰 氯作酰化剂。 当r 是芳环时，由于芳环的共轭效应，使酰基碳原子上的部分正电荷降低， 从而使酰化剂的活性降低。因此在引入芳羧酰基时也要用活泼的芳羧酰氯作酰化 剂。 当脂链上或芳基上有吸点基时，酰化剂的活性增强，而有供电基时活性减弱。 1 3 2n 一酰化反应历程 用羧酸或其衍生物作酰化剂时，酰基取代伯氨基氮原子上的氢，生成酰胺1 3 3 j 时的反应历程可简单表示如下： r 警十h ，一 z h oh 二r 一巴一是一r ， 。_ l 卜r c n r 反应式( 1 3 ) 首先是酰化剂的碳酰基中带电部分正电荷的碳原子向伯氨基氮原子上的未 共用电子对作亲电进攻，形成过渡配合物，然后脱去h z 而生成羧酰胺。 酰基是吸电基，它使酰胺分子中氨基氮原子上的电子云密度降低，不容易再 与亲电性的酰化剂质点相作用，即不容易生成n ，n 二酰化物。所以在一般情况 下容易得到较纯的酰胺。 被酰化基团的反应活性取决于官能团上孤对电子的活性，氨基氮原子上的电 子云密度越高，碱性越强，空间位阻越小，胺被酰化的反应越强。胺类被酰化的 相对反应活性是：伯胺 仲胺：脂胺 芳胺；无位阻胺 有位阻胺。对于芳胺， 环上有供电基时，碱性增强，芳胺的反应活性增加。反之，环上有吸电基时，碱 性减弱，芳胺的反应活性降低。 对于活泼的胺，可采用弱酰化剂。对于活性低的胺，则需要采用活泼的酰化 剂。 7 r y q h o u c i z 一( r 第一章文献综述 1 3 3 用羧酸的n 一酰化 羧酸价格低廉，但反应活性低，一般只有在引入甲酰基、乙酰基、羧甲酰基 时才使用甲酸、乙酸或7 , - - 酸作酰化剂。个别情况下也可用苯甲酸作酰化剂。羧 酸类酰化剂一般只用于碱性较强的胺或氨的n 酰化。 用羧酸的n 一酰化是可逆反应，首先是羧酸与胺或氨生成铵盐，然后脱水生成 酰胺【3 4 】，如反应式( 1 4 ) 所示： r 一0 凸刊+ h 2 n r ，些r o 凸- o - 吼蠢一r ，磐r o 巳一h - r 。 + h 2 0 反应式( 1 - 4 ) 由于这个反应是一个可逆反应，因此采用过量的反应物之一或除去反应中生 成的水，均有利于平衡向产物方向转移。 1 3 3 1 化学脱水剂 采用化学脱水剂可移去反应生成的水。五氧化二磷、三氯氧磷、三氨化磷等 含磷化合物均为应用较早的脱水剂【35 1 。此外，三苯基磷多卤代甲烷、三苯基磷 n b s 、三苯基磷二硫化合物、三苯基磷硫酰胺、三苯基磷六氯丙酮、二苯氧 基磷酰氯、亚磷酸酯苯并三氮唑、n 苯基氯硫酰胺苯酯、苯并三氮唑的含磷衍 生物如( 苯并三氮唑1 基氧) 三( 二甲氨基) 膦的六氟磷酸盐、( 苯并三氮唑1 基氧) 三( 吡咯烷基) 膦的六氟磷酸盐，以及l 一羟基7 氮杂苯并三氮唑的含磷 衍生物如( 7 氮杂苯并三氮唑1 基氧) 三( 吡咯烷基) 膦的六氟磷酸盐等是有效 的缩合剂，他们具有产率高、条件温和的特点，已被广泛用于肽的合成。7 除上述磷试剂外，三甲基氯硅烷、四氯化硅、四氯化钛、三氟化硼乙醚、 二环己基碳二亚胺、双异丙基碳二亚胺、3 乙基( 3 二甲基丙基) 碳二亚胺、n ，n 一 羰基双咪唑三氟甲磺酸盐、碘化1 甲基2 卤吡啶盐、对硝基苯磺酰氯、苯磺酰 氯、甲基及甲苯磺酰氯、焦碳酸二叔丁酯、n ，n ，n ，n 四甲基丁二酰亚胺基脲的 四氟硼酸盐、三( 2 ，6 二甲氧基苯基) 铋等均是羧酸与胺缩合的有效试剂p 6 1 。 1 3 3 2 物理脱水法 物理脱水法通常是在反应物中加入苯或甲苯进行共沸精馏。若为不挥发的羧 酸与胺反应时，可直接加热同时蒸出生成的水。若为挥发的氨或胺，则可将氨或 胺通入到熔融的羧酸中进行反应。物理脱水法主要有以下几种。 8 第一章文献综述 ( 1 ) 反应精馏脱水酰化法此法主要用于乙酸与芳胺的n 酰化。例如将含水 乙酸和苯胺加热至沸腾，然后先用精馏法蒸出含水稀乙酸，然后在1 6 0 2 1 0 减压蒸出未反应的乙酸和苯胺，即得到n 乙酰苯胺，n 乙酰苯胺的需求量很大， 也可采用多釜串联连续酰化法。 ( 2 ) 溶剂共沸蒸馏脱水酰化法此法主要用于甲酸与苯胺的n 酰化。因为甲 酸和水的沸点非常接近，一般不能用精馏法分离出反应生成的水，所以必须加入 甲苯、二甲苯等惰性有机溶剂，并用共沸蒸馏法蒸出反应生成的水。 ( 3 ) 高温熔融脱水酰化法此法可用于稳定铵盐的脱水。例如，向冰乙酸中通 入氨气，使生成乙酸铵，然后逐渐加热到1 8 0 - 2 2 0 进行脱水，即得到乙酰胺。 用同样的方法还可以制得丙酰胺和丁酰胺。 另外，此法还可用于高沸点羧酸和芳胺的n 酰化。例如，将苯甲酸和苯胺 的混合物先在1 8 0 - 1 9 0 反应，直到不再蒸出水和苯胺，然后升温至2 2 5 ，使 反应接近完全，粗品用盐酸处理，除去未反应的苯胺；再用氢氧化钠水溶液处理， 除去未反应的苯甲酸，用乙醇重结晶，即得工业品n 苯甲酰苯胺。 1 3 3 3 强酸的催化作用 为了加速n 酰化反应，有时需要加入少量强酸作为催化剂，例如：苦味酸、 盐酸、氢溴酸或氢碘酸【37 | 。催化剂中的质子与羧酸先形成中间加成物，然后再 与胺反应脱水，生成酰胺。反应式如下： r - - c o o h + 旷一r 一古 三： r 一一悻 o 哕 反应式( 1 - 5 ) 关于强酸的催化作用，也有人认为是帮助酰化剂中的脱离基z 的消除，形 成酰基正碳离子，从而增大酰化剂的反应活性，如反应式( 1 6 ) 所示： o r 一塾z + h 3 0 + 一r c - i - 一。+ h z + h ：。反应式。6 ， 质子除了能催化羧酸形成的正碳离子外，也有可能与氨基结合形成胺盐，这 9 第一章文献综述 样反而破坏了氨基与酰化剂的反应，因而只有适当的控制反应介质的酸碱度，才 能增大反应速度【3 引。 应该指出，用羧酸n 酰化时反应温度较高，容易生成焦油物，使产品颜色 变深，而且反应不易完全。对于小批量的精细化工n 酰化过程，为了简化工艺， 常常不用羧酸，而改用价格较贵的乙酐，甲乙酐或苯甲酰氯作酰化剂，有时也可 以用羧酸加三氯化磷或亚硫酰氯的酰化法。 1 3 4 用酰氯的n 一酰化 酰氯是很强的酰化剂，适用于活性低的氨基或羟基的酰化。用酰氯进行n 酰化的反应可以用以下通式来表示： o r c 一c i +h 2 n r ， r 一一i+h ，n r r o g 一h r ， 反应船7 ) 这类反应是不可逆的。酰氯是比相应的酸酐更活泼的酰化剂，许多酰氯比相 应的酸酐容易制备，因此常常用酰氯作酰化剂。最常用的酰氯是羧酰氯、芳磺酰 氯、三聚氰酰氯和光气。 酰氯与胺的酰化反应放热量相当大，反应收率通常不太高3 4 1 。例如，2 二丙 基乙酰氯与胺类的反应： ( c h 3 c h 2 c h 2 ) 2 c h c o c l + r n h 2 p ( c h 3 c h 2 c h 2 ) 2 c h c o n h r + h c l 反应式( 1 - 8 ) 3 3 种胺类中，收率从1 1 9 8 ，其中一半收率为4 0 - - 6 9 。酰化反应 速率很快，由于大量放热，一般要求冰浴冷却。温度太高，胺损失大，酰氯分解 快。反应要用碱中和卤化氢，否则过量的卤化氢会和酰胺反应，从而使酰胺分 解。 1 3 4 1 用羧酰氯的n 一酰化 羧酰氯一般是由相应的羧酸与亚硫酰氯、三氯化磷、三氯化磷加氢气或光气 相作用而制得的。 高碳脂羧酰氯亲水性差，而且容易水解，其n 酰化反应要在无水惰性有机 溶剂中，在较高温度下进行，而且要用吡啶或三乙胺等叔胺作缚酸剂；丙酰氯等 低碳脂酰氯的n 酰化反应速度较快，可在水介质中进行，为了减少酰氯水解的 l o 第一章文献综述 副反应，最好在滴加酰氯的同时不断的滴加氢氧化钠水溶液、碳酸钠水溶液、固 体碳酸钠或氢氧化钙，控制反应的p h 值始终在7 , - - , 8 左右；苯甲酰氯及其取代 衍生物的反应活性比碳脂羧酰氯差一些，但一般不易水解，反应一般可在水介质 中进行，在个别情况下需要在无水氯苯中进行，缚酸剂一般用碳酸钠。羧酰氯的 用量一般是理论量的1 1 0 1 5 0 。在芳羧酰氯中最长用的是苯甲酰氯或对硝 基苯甲酰氯。有时也用到苯环上有其他取代基的苯甲酰氯。 1 3 4 2 用芳羧酸加三氯化磷的n 一酰化 为了避免将芳酸制成工业品的芳羧酰氯可以用在酰化反应物中加三氯化磷 的方法。此方法主要用于从2 羟基3 萘甲酸( 2 ，3 酸) 与苯胺反应制2 羟基萘3 甲酰苯胺。 2 ，3 酸是很弱的酰化试剂，传统工艺使用p c i 3 作为缩合剂，主要有酸式酰化 法和钠盐酰化法。 ( 1 ) 酸式酰化法 酸式酰化法是将2 ，3 酸和p c i 3 加入到氯苯中，将温度升高，然后加入苯胺。 回流反应数小时后将反应物用n a 2 c 0 3 溶液中和至p h 等于8 ，就得色酚a s 。收率 大于9 6 【3 9 】。反应式如下： 3 瞄h 2 n 旬- 3 o 3 b c i 旬 7 2 1 3 0 + h 3 p 0 3 + 3h c 反应式( 1 9 ) ( 2 ) 钠盐酰化法 钠盐酰化法是将2 ，3 酸和n a 2 c 0 3 加入到氯苯中加热成盐，蒸出水分后加入苯 胺，然后滴；a i p c i 3 和氯苯的混和液，最后中和分离可得色酚a s d ，收率为9 5 1 4 0 。 反应式如下： 第一章文献综述 1 - n a 2 c 0 3 3 5 4 0 匝坟on a + 匝斌h + h 2 。+ c 。2 c i 旬 11 8 1 2 0 + c v - 几o h + h 2 + p c i 3 + n a c i - i - n a 2 h p 0 3 - i - n a h 2 p 0 3 反应式( 1 1 0 ) 对于大多数色酚来说采用酸式酰化法或钠盐酰化法，产品的质量和收率都相 差不大，但有些色酚则必须采用酸式酰化法。但钠盐酰化法可不用耐酸设备，而 酸式酰化法则必须用搪瓷反应器，石墨冷凝器和氯化氢吸收装备【3 5 1 。 如果芳胺价廉、容易随水蒸气和氯苯一起蒸出，回收使用，可用过量的芳胺。 如果芳胺价格较贵，或不易随水蒸汽蒸出，就需要使用理论量或不足量的芳胺。 所用三氯化磷很易水解，因此所用原料和设备都应干燥无水。三氯化磷的用 量按羧酸计一般要超过理论量的1 0 1 5 。 所用的反应介质一般是氯苯，在常压下回流。也可根据反应温度选用其他惰 性有机溶剂。最近又提出了不用三氯化磷。将芳胺和2 ，3 酸在有机溶剂中在配位 催化剂存在下共沸脱水的n 酰化法，效果优于三氯化磷法。 1 4 本论文的实验方案 本论文将对羧酸法和酰氯法进行研究，找出最优反应条件，并对反应工艺进 行对比。 本论文的重点放在以下四个方面： ( 1 ) 确定最优的制各方法。采用三种方法制备色酚a s b i ，前两种分别用p c i 3 、 1 2 吣 j 霎o i 卢9 。似 洲囟巧 o i o 、 氏v。似 第一章文献综述 亚磷酸三苯酯和吡啶作脱水剂，第三种方法是先制备2 羟基3 萘甲酰氯，然后再 制备色酚a s b i 。比较三种方法的优缺点，确定最优的制备方法。 ( 2 ) 选用合适的溶剂。考虑选用甲苯、二甲苯、氯苯、n ，n - 二甲基甲酰胺和 n 甲基吡咯烷酮等，确定实验效果最好的溶剂；并考虑对溶剂进行回收使用。 ( 3 ) 优化反应条件。通过研究物料配比、加料温度、加料时间、反应温度、 反应时间、脱水剂、催化剂和缚酸剂等因素，达到提高收率和降低工业成本的目 的。 ( 4 ) 对产品进行提纯和精制，达到工业需求标准。 第二章实验部分 2 1 药品 第二章实验部分 本论文使用的原料和溶剂如表2 - 1 所示： 表2 1 原料表 主要原料的物性参数： 2 习弪基3 一萘甲酸( 2 ，3 酸) ：分子式为c 1 1 h 1 8 0 3 ，相对分子量为1 8 8 1 8 ，熔点 2 1 7 2 2 3 ，淡黄色晶体，易溶于乙醇、乙醚，溶于氯仿、苯和碱溶液，微溶于 热水，几乎不溶于冷水。 5 氨基苯并咪唑酮：分子式为c 7 h 7 n 3 0 ，相对分子量为1 4 9 1 5 ，熔点2 5 1 2 5 3 c ，棕色粉末，易溶于n 甲基吡咯烷酮( n m p ) ，n ，n 二甲基甲酰胺( d m f ) 1 4 第二章实验部分 和热水，微溶于乙醇和冷水。 2 2 分析仪器及主要设备 ( 1 ) 高效液相色谱：a g i l e n th c - c 1 8 液相色谱仪；a g i l e n t 公司生产 色谱柱型号： a n a l y t i c a l4 6 x 2 5 0 m m 5 - m i c r o n 流动相：甲醇：水- 7 5 ：2 5 柱温： 3 0 纯度计算方法：采用归一化法计算样品各组分的含量。 公式为：p i = a i a i 1 0 0 ，其中p i 为 组分i 的百分含量；a i 为组分i 的峰面积 ( 2 ) 熔点仪：s g wx 4 显微熔点仪；上海精密科学有限公司生产 ( 3 ) 核磁共振仪： i n o v a5 0 0 m h z 核磁共振仪；美国v a r i a n 公司、 o x f o r d 公司生产 ( 4 ) 红外光谱仪： n i c o l e t3 8 0 红外光谱仪；t h e r m os c i e n t i f i c 公司生产 2 3 实验方法 2 3 1 以三氯化磷为脱水剂制备色酚a s - b i ( 1 ) 在四e l 瓶中加入1 1 2 9 92 ，3 酸和5 9 7 95 氨基苯并咪唑酮，用5 0 m l n 甲基 吡咯烷酮搅拌分散，加热至1 3 5 ，冷凝回流4 h 。缓慢滴加5 4 8 m l 三氯化磷， 用时2 h 。继续搅拌反应4 h 。冷却到8 0 ，加入6 4 0 9 碳酸钠和1 6 0 m l 水，搅拌 0 5 h ，减压抽滤。用1 8 0 m l 甲醇分三次( 每次6 0 m 1 ) 洗涤滤饼，然后用6 0 0 m l 热 水( 大于8 0 。c ) 分四次洗涤滤饼至滤液呈中性。将滤饼置干燥箱中干燥。得1 0 8 6 9 黄绿色固体，收率为8 5 0 ，熔点为3 6 1 - 3 6 4 ，液相色谱纯度为9 6 5 。 ( 2 ) 改变反应温度，其他条件不变，合成色酚a s b i ，结果如下表所示： 表2 2 不同反应温度下产物的收率和纯度 第二章实验部分 ( 3 ) 选用不同的溶剂，其他条件不变，合成色酚a s b i ，结果如下表所示： 表2 3 选用不同溶剂时产物的收率和纯度 2 3 2 以亚磷酸三苯酯和吡啶为脱水剂制备色酚a s - b i ( 1 ) 将3 9 5 92 , 3 酸和2 9 8 95 氨基苯并咪唑酮溶解于3 0 m ln 甲基吡咯烷酮 ( n m p ) ，加入到带有冷凝管、恒压滴液管和温度计的2 5 0 m l 三口瓶中，磁力搅 拌，加热至1 4 0 。量取6 m l 亚磷酸三苯酯、4 5 m l 吡啶和3 m l 乙酸乙酯，混合， 逐滴滴加到三口瓶中，用时0 5 h 。继续搅拌反应3 h 。冷却至5 0 ，向三口瓶中 加入4 5 m l 无水甲醇，短时间搅拌后减压抽滤。用6 0 m i 甲醇n m p - - 1 4 ：1 混合溶 剂洗涤滤饼，然后用4 0 m l 甲醇洗涤滤饼至滤液无色，将滤饼置干燥箱中干燥。 得5 5 3 9 黄绿色固体，熔点为3 6 1 - 一3 6 4 ，收率为8 6 8 ，液相色谱纯度为9 6 8 。 ( 2 ) 改变反应温度，其他条件不变，合成色酚a s b i ，结果如下表所示： 表2 - 4 不同反应温度下产物的收率和纯度 ( 3 ) 改变甲醇n m p 的体积比其他条件不变，精制色酚a s b i ，结果如下表所 1 6 第二章实验部分 不： 表2 5 不同甲醇n m p 的体积比时产物的纯度 2 3 3 酰氯法制备色酚a s - bi 2 3 3 1 实验步骤 ( 1 ) 在带有恒压滴液管、温度计和尾气吸收装置的2 5 0 m l 三1 2 1 瓶中，加入9 4 1 9 2 ，3 酸和4 0 m l 氯苯，搅拌。滴加0 0 8 m ln ，n 二甲基甲酰胺。在4 8 c 下滴加4 8 m l 氯化亚砜，用3 0 的氢氧化钠溶液吸收酸性气体，继续搅拌反应至无气体放出( 约 用2 5 h ) 。3 5 下减压蒸馏( 压力小于1 0 k p a ) ，蒸出未反应的氯化亚砜、氯化氢 和二氧化硫气体( 低压常温下为气体，无法冷凝) ，得约4 6 m l 红棕色澄清2 羟 基3 萘甲酰氯的氯苯溶液。 ( 2 ) 将5 9 7 95 - 氨基苯并咪唑酮和0 2 8 94 - 二甲氨基吡啶溶解于6 0 m ln 甲基吡 咯烷酮( n m p ) ，加入到带有机械搅拌装置、温度计和恒压滴液管的2 5 0 m l 三口 瓶中。一次性加入5 3 0 9 无水碳酸钠，搅拌分散。在5 1 0 下逐滴滴加4 6 m l2 羟基3 萘甲酰氯的氯苯溶液，用时约1 5 h 。在2 0 c 下搅拌反应4 h ，升温至5 0 ，减压抽滤，得滤液9 0 m l 。 ( 3 ) 用1 8 0 m l 甲醇分三次( 每次6 0 m 1 ) 洗涤滤饼，洗液在3 5 下减压蒸馏( 压 力小于1 0 k p a ) 可回收约1 7 0 m l 。然后用6 0 0 m l 热水( 大于8 0 ) 分四次洗涤滤 饼至滤液呈中性。将滤饼置干燥箱中干燥，得1 1 6 2 9 米白色固体，收率为9 1 0 ，熔点为3 6 1 - 3 6 2 c ，液相色谱纯度为9 9 3 。 2 3 3 2 溶剂重复使用实验 ( 1 ) 将2 3 3 1 滤液在6 8 c 下减压蒸馏( 压力小于1 0 k p a ) ，蒸出氯苯约3 5 m i 。 剩余部分( 含有n m p 、4 二甲氨基吡啶和未反应的5 氨基苯并咪唑酮) 约5 5 m l 。 1 7 第二章实验部分 ( 2 ) 在带有恒压滴液管、温度计和尾气吸收装置的2 5 0 m l 三口瓶中，加入9 4 1 9 2 ，3 酸和蒸出的3 5 m l 氯苯，补加5 m l 氯苯，搅拌。滴加0 0 8 m ln ，n 二甲基甲酰 胺。在4 8 下滴加4 8 m l 氯化亚砜，用3 0 的氢氧化钠溶液吸收酸性气体，继 续搅拌反应至无气体放出( 约用2 5 h ) 。3 5 下减压蒸馏( 压力小于1 0 k p a ) ，蒸 出未反应的氯化亚砜、氯化氢和二氧化硫气体( 低压常温下为气体，无法冷凝) ， 得约4 6 m l 红棕色澄清2 一羟基3 萘甲酰氯的氯苯溶液。 ( 3 ) 将5 2 2 95 氨基苯并咪唑酮溶解于5 5 m l 蒸馏剩余液中，加入到带有机械 搅拌装置、温度计和恒压滴液管的2 5 0 m l 三口瓶中，补加5 m ln m p 。一次性加 入5 3 0 9 无水碳酸钠，搅拌分散。在5 - - 一1 0 下逐滴滴加4 6 m l2 羟基3 萘甲酰 氯的氯苯溶液，用时约1 5 h 。在2 0 下搅拌反应4 h ，升温至5 0 ，减压抽滤， 得滤液9 0 m l 。 ( 4 ) 用1 8 0 m l 甲醇分三次( 每次6 0 m 1 ) 洗涤滤饼，洗液在3 5 下减压蒸馏( 压 力小于1 0 k p a ) 可回收约1 7 0 m l 。然后用6 0 0 m l 热水( 大于8 0 ) 分四次洗涤滤 饼至滤液呈中性。将滤饼置干燥箱中干燥。得1 1 6 2 9 米白色固体，收率为9 1 0 ，熔点为3 6 1 - 3 6 2 ，液相色谱纯度为9 8 5 。 2 3 3 3 条件实验 ( 1 ) 其他条件不变，改变2 ，3 一酸与氯化亚砜的配比，考察酰氯收率的变化。数 据如下表所示： 表2 6 不同2 ，3 酸与氯化亚砜的配比时酰氯的收率 ( 2 ) 2 ，3 一酸与氯化亚砜的配比为1 1 0 ，其他条件不变，滴加氯化亚砜的时间分 别为1 0 m i n 、3 0 m i n 、9 0 m i n 和1 2 0 m i n 时考察酰氯收率的变化。数据如下表所示： 表2 7 不同滴加时间时酰氯收率表 1 8 第二章实验部分 9 01 0 0 4 9 7 2 1 2 01 0 。0 59 7 。3 ( 3 ) 其他条件不变，改变催化剂d m f 用量，考察反应时间和