（有机化学专业论文）13苯并二（口恶）茂及二甲氧基丙烷的合成研究.pdf

摘要 1 ，3 。苯并二口恶茂类化合物是重要的农药中间体，近年来有许多 专利报道了具有高效杀虫活性的此类耨化会物，其中2 , 2 一二甲基- 4 羟基1 ，3 苯并二口恶茂是焦性没食子酸的丙酮缩合产物，由它制成 的氨基甲酸酯类杀虫剂口恶虫威是世界卫生组织推荐的首选卫生用 药。 苯并二口恶茂的合成分二步进行，第一步合成2 ，2 - 二甲氧基丙 烷，第二步是2 ，2 二甲氧基丙烷与焦性没食予酸的交换反应。其中 第一步合成是关键，本文首次系统地研究了间接的两步法、低温吸 附法、催化精馏法合成2 ，2 二甲氧基丙烷。 在间接的两步法的第一步缩合反应中，分别考察了反应温度、 带水剂种类、带水剂用量、反应时间、催化剂种类、原料配比等对 反应的影响，第一步产率较高，考察了第二步交换反应中催化剂种 类的影响，经过馏分的萃取和精馏，实际产率较少，副产物较多。 在低温吸附法中进行了干燥剂的干燥效能、反应时间、反应温 度、干燥剂用量、反应物的配比的考察。发现了3 a 分子筛是较好 的干燥荆，干燥剂用量越大，反应物配比越高，温度越低，转化率 越高。 在催化精馏法中，通过实验发现，不同配比反应液室温流过催 化剂床层，随着丙酮、甲醇的摩尔比的减小，丙酮的转化率逐渐增 高。反应液流过不同温度催化剂床层时，随着床层温度的降低，流 出液产物含量逐渐升高。当选择精馏柱顶温度为5 6 5 时，产物含 量增加得最大。随着催化剂床层温度的降低，产物含量的增加量逐 渐增大，出于经济与能耗上的考虑，选择床层温度为1 0 左右时是 比较合适的。补加甲醇的速度越快，产物含量增加量越大。 在2 ，2 二甲氧基丙烷与焦性没食子酸的交换反应中，该反应采 用的最佳方式为先投入全部焦性没食子酸和部分d m p ，再边反应边 蒸出甲醇等混合物，同时滴加d m p ；反应溶剂选用二甲苯，在1 2 5 进行反应，溶剂用量最好每摩尔焦性没食子酸8 0 0 m l ，它适宜于 无催化剂的中性环境下进行；当d m p 与焦性没食子酸摩尔比大于3 以后，焦性没食子酸基本反应完全；当在d m p 中混入4 0 的甲醇 或丙酮时，发现丙酮对反应影响不大，而甲醇的加入对反应的转化 率与产物得率有一定的影响；首次发现甲氧基丙烯是替代二甲氧基 丙烷的有效反应原料。 用催化精馏法生产2 ，2 一二甲氧基丙烷，产率较高，操作简便， 2 ，2 二甲氧基丙烷与焦性没食子酸的交换反应易于控制，产率也较 高，它们的合成为下一步杀虫剂的合成提供了坚实的基础。 关键词：苯并二口恶茂，缩合反应，交换反应，2 ，2 二甲氧基丙烷 焦性没食子酸 i i a b s t r a c t 1 , 3 一b e n z o d i o x o l e s ，w h i c hh a v eb e e nr e p o r t e di nm a n yp a t e n t s r e c e n t l y ，a r ei m p o r t a n t i n t e r m e d i a t e su s e di n p e s t i c i d e s y n t h e s i z i n g p r o c e s s 2 , 2 - d i m e t h y l 4 - h y d r o x y 一1 ，3 - b e n z o d i o x o l e ，a b e n z o d i o x o l e s y n t h e s i z e db yc o n d e n s a t i o nr e a c t i o no fp y r o g a l l o la n da c e t o n e ，i s a i n t e r m e d i a t eo f p e s t i c i d jc a r b a m a t ec o m m e n d e db yw h o t w os t e p sl e a dt ot h ef o r m a t i o no fb e n z o d i o x o l e s ：f i r s t l y ，a n d m o s ti m p o r t a n t l yt h es y n t h e s i so f 2 , 2 一d i m e t h o x yp r o p a n e ；s e c o n d l y ，t h e e x c h a n g i n gr e a c t i o no f2 , 2 - d i m e t h o x y p r o p a n ea n dp y r o g a l l 0 1 v a r i o u s m e t h o d si n c l u d i n gi n d i r e c t i v et w o s t e ps y n t h e s i s ，f r e e z i n g - d r y i n ga n d c a t a l y t i cr e c t i f i c a t i o nw e r e u s e dt os y n t h e s i z e2 , 2 一d i m e t h o x y p r o p a n e i i ni n d i r e c t i v e t w o - s t e ps y n t h e s i sw a y ，t h ey i e l d i nt h e c o n d e n s a t i o nr e a c t i o nw a s h i g h t h e i n f l u e n c e so f r e a c t i o nt e m p e r a t u r e ， r e a c t i o nt i m e ，t h et y p ea n da m o u n to fw a t e rc a r r y i n ga g e n t ，c a t a l y s t s a n dt h er a t i oo fr e a c t a n t so nt h er e a c t i o nw e r e i n v e s t i g a t e d 。t h e i n f l u e n c eo f c a t a l y s t so n t h ee x c h a n g i n gr e a c t i o nw a si n v e s t i g a t e dt o o h o w e v e r ，d u et ot h el o wy i e l da n dt o om a n yb y p r o d u c t s ，t h i sm e t h o d c o u l dn o tb e a p p l i e d t oi n d u s t r i a lp r o d u c t i o n 2 i n f r e e z i n g - d r y i n gm e t h o d ，t h ei n f l u e n c e so fd r y i n ge f f i c i e n c y a n da m o u n to fd r y i n ga g e n t ，r e a c t i o nt i m e ，r e a c t i o nt e m p e r a t u r ea n d r a t i oo fr e a c t a n t so nt h er e a c t i o nw e r e i n v e s t i g a t e d r e s u l t ss h o w e dt h a t 3 am o l e c u l a rs i e v e sw a si d e a ld r y i n ga g e n t l a r g e ra m o u n to f d r y i n g a g e n t ，l o w e rt e m p e r a t u r e ，a n dh i g h e rr a t i om e t h a n o lw o u l dr e s u l t e di n h i g h e rc o n v e r s i o n 3 i n c a t a l y t i cr e c t i f i c a t i o nm e t h o d ，m e t h a n o la n da c e t o n ef l o w e d t h r o u g ht h ec a t a l y t i cb e d ，w h e n t h em o l a rr a t i oo fm e t h a n o lt oa c e t o n e i n c r e a s e d ，t h ey i e l do f 2 , 2 - d i m e t h o x y p r o p a n ei n c r e a s e d a l s ot h ey i e l d i n c r e a s e dw i t ht h el o w e rb e d t e m p e r a t u r e w h e n t h er e c t i f i c a t i o n c o l u m nt e m p e r a t u r ew a s5 6 5 c ，t h ey i e l dr e a c h e dt h eh i g h e s t h o w e v e r ， 一lo w a st h e o p t i m u mt e m p e r a t u r e w h e nc o s ta n d e n e r g y c o n s u m p t i o n w e r et a k e ni n t oc o n s i d e r a t i o n t h ec o n t e n to fm a i n p r o d u c t i n c r e a s e dw h e nm e t h a n o lw a sa d d e di n t ot h e s y s t e m m o r e r a p i d l y 4 i nt h e e x c h a n g i n g r e a c t i o no f 2 , 2 一d i m e t h o x y p r o p a n e a n d p y r o g a l l o l ，t h eo p t i m u m r e a c t i o nm o d ew a sm i x i n ga l lt h ep y r o g a l l o l w i t hc e r t a i na m o u n to fd m p i nt h ep r o c e s s i o no fr e a c t i o n ，d m pw a s a d d e dt ot h es y s t e mc o n t i n u o u s l ya n dm e t h a n o lw a sd i s t i l l e do u t u n d e r t e m p e r a t u r e 12 5 c ，8 0 0 m ls o l v e n tx y l e n ew a sa d dt ot h es y s t e mp e r m o l ep y r o g a l l 0 1 w h e nt h er a t i oo f d m p p y r o g a l l o lw a sm o r e t h a n3 ， p y r o g a l l o lc o n v e r t e dc o m p l e t e l y c e r t a i na m o u n to fa c e t o n e ( 4 0 ) i n t h es y s t e mh a dn oa p p a r e n te f f e c to nt h er e a c t i o n ，w h i l es a m ea m o u n t o fm e t h a n o lw a sn o tb e n e f i c i a lf o rt h eh i g h e rc o n v e r s i o na n dy i e l d 2 - m e t h o x y p r o p e n ew a sf o u n dt o b et h ee f f e c t i v er e a c t a n ti n s t e a do f d i m e t h o x y p r o p a n e t h ef i r s tt i m e i nc o n c l u s i o n ，h i g h e ry i e l da n dc o n v e n i e n c eo f m a n i p u l a t i o nc o u l d b eo b t a i n e di nt h ep r e p a r a t i o no f 2 , 2 一d i m e t h o x y p r o p a n eb yt h ec a t a l y t i c r e c t i f i c a t i o nm e t h o d ，t h es a m ee f f e c tc o u l db eo b t a i n e df o rt h ef i n a l p r o d u c tb y t h e e x c h a n g i n g r e a c t i o n b o t ho ft h e ma v a i l e dt h e p e s t i c i d e ss y n t h e s i s k e y w o r d s ：b e n z o d i o x o l e ，2 , 2 一d i m e t h o x y p r o p a n e ，p y r o g a l l o l ， c o n d e n s a t i o n r e a c t i o n ，e x c h a n g i n g r e a c t i o n i v 月i j 罱 第一章文献综述 苯并二口恶茂类化合物是重要的农药与医药中间体，最近报道了许 多以苯并二口恶茂类化合物制备的具有高效杀虫活性与药物活性的新化 合物”。 2 ，2 一二甲基一4 一羟基一1 ，3 一苯并二口恶茂是焦性没食子酸的丙酮缩合 产物，由它制成的氨基甲酸酯类杀虫剂口恶虫威是世界卫生组织推荐的酋 选卫生用药，可广泛用于防治蚊、蝇、蟑螂、跳蚤等虫害。1 ，具有触杀与 胃毒作用，且没有发现其抗药性，在农业上用作种子处理剂，, j 5 石yj l j 于 出口茶叶生产，在国内及国际上具有广阔的市场前景与很好的经济效益。 曝虫威产品国内无人研究开发，国外专利已过保护期且无行政保护， 不存在知识产权的纠纷问题。开发并生产此产品存在资源与技术两大障 碍，但在湖南具有开发生产此产品的得天独厚条件。湖南海利化工股份 有限公司建有生产焦性没食子酸的装置，并是生产异氰酸甲酯原料一光 气( 化学武器控制产品) 的定点生产厂家，且在氨基甲酸酯类农药研究 与开发上对全国来说有很大的技术优势与产品优势。问题在于没有拥有 苯并二口恶茂中间体的生产工艺，及生产苯并二口恶茂中间体的原料2 ，2 一二甲氧基丙烷在国内生产成本偏高，因此以之来生产没有竞争力。 因此本研究所与湖南化工研究院合作进行口恶虫威产品的开发研究 工作，我们负责苯并二口恶茂中间体及2 ，2 一二甲氧基丙烷的合成i ：艺研 究，而研究院负责最后氨基甲酸酯化及生产中试工作。 1 ，3 一苯并二口恶茂化合物及起始基本原料2 ，2 一二甲氧基内烷 ( d m p ) 从结构上分析，都可以看作为相应羰基的缩酮化产物，凶此具有 缩酮产物的基本特征，因此了解缩酮反应的基本合成技术对指导其合成 研究有重要的意义。因此我们先对缩酮类化合物合成的研究现状作一简 要的综述。 1 1 、缩酮的合成 缩酮化反应是有机合成中保护羰基的重要手段“1 ，而且缩酮类化合物 是食品、烟草的重要原料哺1 。羰基的缩酮化反应是个可逆反应，一般需 要采取多种手段除去反应中生成的水，使反应进行完全。在传统的制备 缩酮的方法中，一般使用盐酸、磷酸、对甲苯磺酸哺1 等质子酸为催化剂 其优点是价廉易得，但在反应中常常发生脱水氧化等副反应，导致产品 中存在多种杂质，颜色加深。使用上述催化剂时，在反应结束后常需进 行中和、水洗和干燥等多步手续。因此很多的科研工作集中在新型催化 剂的运用上。 固体超强酸盯1 可作为缩酮化反应催化剂，由于它在反应完成后，通过 简单的过滤，即可从反应体系中移去，不仅简化了工艺，避免了设备的 腐蚀，而且回收的固体超强酸可以再生处理，重复使用。s o 2 - t i o ：一s i o z 类超强酸的酸性较强，耐高温不怕水。吴露玲取0 2 m o l 环己酮，0 3 m o l 乙二醇，原料5 的固体超强酸催化剂，5 0 m l 苯，环己酮缩乙二醇的产率 为8 2 许主国等人口1 报道z r c l 。在酯羰基存在下能选择性地使酮羰基发生缩 酮反应，而且具有反应条件温和，产率高及分离简单的优点。在合成。| | 加入3 0 m l 苯，0 0 3 m 0 1 4 一氧代戊酸乙酯，0 0 0 0 0 9 m o l z r c l 。，0 0 3 3 m o l 乙 二醇，加热回流1 6 小时，4 一氧代戊酸乙酯缩乙二醇的产率为8 1 。 王存德、宗雪松“们报道7 3 2 型强酸性阳离子交换树脂是缩酮合成的 良好催化剂。在合成中加入0 2 m o l 环己酮，0 3 m o l 乙二醇，1 5 9 强酸 性阳离子交换树脂和4 0 m l 苯加热回流1 0 5 - - 1 2 0 m i n ，得到8 8 产率的环 己酮缩乙二醇。 喻善信等人3 合成缩酮时使用f e c l 。6 h ：0 作为催化剂。合成中加 入0 2 m o l 环己酮，0 3 m o l 乙二醇，1 5 m l 环己烷，0 5 9f e c l 。6 h ：0 ，加 热回流，环己酮缩乙二醇的产率为8 4 4 。 但悠梦，陈先勇等人报道f e “- u r “2 1 对缩酮合成具有良好的催化作用。 合成h , - j i m 入0 2 m o l 环己酮，0 3 m o l l ，2 一丙二醇，5 0 m l 苯，3 9 催化剂( 由 f e c l ：。和漆酚树脂制成) ，回流分水，反应2 小时，得到环己酮缩l ，2 一丙 二醇的产率为9 2 。 吕月仙等人“3 1 报道用固体杂多酸磷钼酸催化合成缩酮时，催化剂用 量小，活性高，产品收率较高。反应中加入0 2 m o l 环己酮，0 3 m o l 乙二 醇，1 5 m l 环己烷及0 5 9 磷钼酸催化剂反应9 0 m i n ，环己酮缩乙二醇产率 为7 3 7 。吕月仙认为磷钼酸是一种非常强的质子酸，它的酸催化机理是 h + 进攻羰基形成盐或碳正离子，进而受亲核试剂乙二醇进攻，失去h + 后生 成半缩酮，半缩酮在h + 的催化下进一步生成缩酮。磷钼酸除了具有强的 酸性以外，也可能是由于杂多阴离子易于和盐或碳正离子形成稳定的离 子对，从而降低了反应的活化能“。1 。 李耀先，刘在群等人报道了将f e 3 + 改性的z s m 一5 分子筛作为催化剂与 微波辐射联用“。将0 2 5 m o i 环己酮，0 3 5 m o i 乙二醇，5 0 m l 苯，2 0 9 f e z s m 一5 催化剂依次加入反应瓶中，与微波常压反应器连接，用功率4 5 0 w 微波辐射一定时间后，停止反应，自然冷却，得到环己酮缩乙二醇的产 率为6 7 2 ，而传统加热4 5 0 m i n ，产率仅为6 2 6 微波辐射与分子筛催化剂联用在试剂用量相同的条件下，达到相近 产率，微波法与传统加热方式相比，反应速度提高了4 1 0 倍，这是因 为，微波是一种频率很高的电磁波，反应物酮和二元醇都是极性分子， 具有较大的偶极矩，在微波辐射作用下，极性分子取向将随电场方向而 改变，导致分子发生高速旋转，并通过偶极驰豫过程和分子问的相互摩 擦将微波能迅速转化为分子内能，加大了分子间碰撞频率，并在较短的 时间内达到活化状态，产生的活化分子数量远比用传统加热方式所产生 的多，使得活化能有所降低“”2 “。 近来研究表明，一些路易斯酸血、分子筛、蒙脱土“43 等对缩酮反应 有良好催化作用，且后处理方便。魏荣宝等采用有机锡”钉催化合成了十 三种缩酮。k i ms t z 6 1 等报道了在醛基存在下选择性保护酮羰基的方法。此 外，还有c u s 0 4e 2 7 1 及以氯化聚乙烯( c p v c ) 为载体的l e w i s 酸高分子催化 剂c p v c f e c l 。心”、p s ( 聚苯乙烯) 一s n c l4 2 9 等都可以作为合成缩酮的催化剂 使用。 从前面的分析来看，一般选用固体酸作为新型催化剂，可以易于产 物的分离，简化实验操作，但并不能打破反应的平衡控制，因此一般需 要采取一些去水的方法来促进反应的进行。 摩尔2 ，2 - - - 甲氧基丙烷，2 一甲氧基丙烯，最后产率7 9 由以上可见，反应需要大量的2 ，2 一二甲氧基丙烷，它在反应温度下 会分解生成大量的2 一甲氧基丙烯。收集产生的2 一甲氧基丙烯，用磺酸离 子交换树脂作催化剂，加等量的甲醇在室温进行反应。2 一甲氧基丙烯又 能转化生成2 ，2 一二甲氧基丙烷，可用来循环使用。 p me p me h 3 c - c - - - c h 2 - t - ch 3oh _ h3 c p c h 3 0 me 把反应制得的2 ，2 - - 甲基一4 一羟基一l ，3 一苯并二口恶茂的反应液冷却 到2 5 3 0 ，加少量的三乙胺作催化剂，加入一定量的甲基异氰酸酯， 在1 5 2 5 结晶四小时，就可制得口恶虫威产品。 对于2 ，2 一二甲基一4 一羟基一1 ，3 一苯并二口恶茂的合成，除了早期的专利 报道外，未见其他文献的报道。 1 3 、2 2 一二甲氧基丙烷的用途 在合成2 ，2 一二甲基一4 一羟基一1 ，3 一苯并二口恶茂的反应中，文献报道中 大量使用的2 ，2 一二甲氧基丙烷是最简单的缩酮，它的反应活性很高，可 在医药、天然化学品生产中的环化剂、脱水剂、缩合剂、及保护剂的作 用。 在多羟基化合物的研究中，往往要求对特定羟基予以保护，使用二 甲氧基丙烷是最方便的，只要在弱酸性条件下用其处理多羟基化合物即 可。如以核昔为原料制取核苷一5 一磷酸酯( 1 ) 时，由于核苷分子中含 有3 个羟基，为使磷酸酯化只发生在5 + 位羟基上，先用2 ，2 二甲氧基 丙烷处理核苷，生成2 + ，3 + 一0 一异丙叉基核苷，接着磷酸酯化，脱异丙叉 基即可( 1 + 位含氮杂环可以是胞嘧啶、尿嘧啶、腺嘌呤、鸟嘌呤等) ”“。 在糖化学中，2 ，2 一二甲氧基丙烷即可与相邻两顺位羟基作用，也可与4 ， 6 位两羟基”刖反应生成( 2 ) 后一反应在制备具有良好生理活性的葡糖胺 衍生物中是十分重要的h ”。邻二酚类化合物在苯磺酸催化下也可以方便 地与二甲氧基丙烷反应，生成酚烷基化物( 3 ) “”，( 3 ) 经还原生成邻 异丙氧基苯酚。 篆c 悠一僦 u h u h ( 1 ) ( 2 )( 3 ) 2 ，2 一二甲氧基丙烷在一些农药合成中可作为一基本原料，化合物( 4 ) 是一种杀虫剂陋“，可由二甲氧基丙烷与2 一羟基一3 一甲氧基苯甲醇反应 制得缩酮后，再分别与乙硫醇钠和异氰酸甲酯反应而得，具有杀菌作用 的化合物( 5 ) 是由2 。6 一二甲基苯胺分别与二甲氧基丙烷和甲氧基乙酰 氯反应制得饰”。当用二甲氧基丙烷处理2 一( 2 ，4 一二氯苯基) 一3 一三唑 基一l ，2 一丙二醇时，可得具有良好除草活性的化合物( 6 ) 睇3 。在这三 例中，二甲氧基丙烷似乎仅起了丙酮的作用，但如果换用丙酮，其结果 都不甚理想。 在医药合成中，不论是全合成的研制还是对抗生索结构的改造，不 时地使用了2 ，2 一二甲氧基丙烷。一种能有效地抑制胆固醇的药可由它蚓 2 ，6 一二叔丁基一4 一羟基苯酚在甲苯中反应制得( 7 ) 。可作为细胞抑制剂 而副作用比亚得里亚霉素小的一种半合成紫红霉素晴。抗菌性优良的 种红霉素衍生物哺”等的制备都使用了2 ，2 一二甲氧基丙烷。化合物( 8 ) 是 一种头孢菌素的衍生物，可由2 ，2 - - - 甲氧基丙烷与3 一氯羟氨苄头他菌索 反应而得哺，在此，2 ，2 一二甲氧基丙烷既是一环化剂又是一基本原料。 此外，华北制药厂在某半合抗生产中也使用二甲氧基丙烷。 h c i ( 7 ) ( 8 ) 以上仅从三方面选择了一些例子说明2 ，2 - - - 甲氧基丙烷的用途。另 ，臀 oo = r 翎 o 外，它还可替代丙酮来制备双酚a ，也可用于制备结构复杂的缩酮、高级 不饱和酯、昂贵的无水无机盐等。如果按反应中扮演的角色来看，它可 作为环化剂、缩合剂、脱水剂、保护剂及高聚物催化剂组分等。毫无凝 问，注重2 ，2 一二甲氧基丙烷的应用研究，必定能加速更多、更新的医药、 农药及其它精细化工产品的开发和推广。 1 4 、2 ，2 一二甲氧基丙烷的合成研究 2 ，2 - - - - 甲氧基丙烷的合成方法较多，但归纳起来可分为两种，即直 接的一步法和间接的二步法。 直接法是通过丙酮与甲醇在酸性条件下反应来实现，但这一反应强 烈地偏向左方，在常温情况下，在丙酮与甲醇摩尔比为i ：4 时，其平衡 转化率为1 l 畸”，因此一切提高d m p 得率得研究工作都是围绕控制反应 得平衡来进行，由于产物沸点高于原料沸点，且原料与原料问，原料与 产物问有共沸现象，不能用常规的带水方法来促进平衡的正向移动。 9 m e o h 3 c oc h 3 + 2c h 3 0 h ；= o h 一t h 3 + h 2 0 6 m e 1 9 5 9 年l o r e t t e 阳1 在研究这一反应时，注意到缩酮的形成和分解都 是在酸性条件下实现的，于是他先让反应物于一2 7 ”c 下通过酸性阳离子 交换树脂d o w e x 5 0 进行反应。反应后，混合物紧接通过碱性树脂d o w e x 2 ， 中和反应液中可能存在的酸，使平衡向正方向移动，转化率提高到3 2 。 这说明低温有利于反应平衡向右进行，提高平衡转化率。 1 9 7 9 年专利报道，通过在反应体系中加入大量的吸水干燥剂”来提 高转化率，在其中使用6 7 0 9 丙酮，7 4 0 9 甲醇，4 0 m g h c l ，5 5 k g 十二烷作 溶剂，4 1 k g 无水硫酸钙，反应- - d , 日 1 ，产物得率为8 0 。此方法的缺 点在于使用了大量的溶剂和干燥剂，实际处理量不大。 a 1 l m a n g 和s c h e i m e i r ，1 9 8 1 年披露的专利用1 4 m o l 比的甲醇与丙 酮形成共沸，通过以酸性阳离子交换树脂为催化剂的固定床反应器。从 而增加产物得率，但平衡转化率没有变化。而国内的刘守信m ”对这一方 法进行改进，就在共沸物通过反应床前补加甲醇，所用甲醇为丙酮的摩 尔比的7 倍，其最终产物得率在5 0 以上，这一方法缺点在于反应时问 长，同时回流精馏控制要十分小心，共沸物精馏时大量反应液循环，能 耗较大。 直接法除了使用丙酮与甲醇的合成路线外，还报道了其他原料为起 始原料的合成路线。 其一是利用乙酸异丙烯酯为原料，在酸性条件下与甲醇发生酯交换 反应来完成“。此工艺简单，产率也很高，但原料不容易得到。 c h 霭- 0 1 c h 3c h ：鼍 刚：| c h 。+ c h 3 c o o c h 3 其二利用原甲酸三甲酯与丙酮在酸性条件下反应制备”“。 h +9 m e c h 3 c o c h 3 + c h ( o c h 3 ) 2 ；盎一- - c h 3 + h c o o c h 3 这些合成路线原料成本都比较高，不太适宜于工业生产。 而间接的二步法生产路线，先是利用丙酮与一些邻二醇进行缩酮化 反应，得n - - 种容易得的缩酮如丙酮缩乙二醇( 或1 ，2 一丙二醇或油) ， 再与甲醇一起在l e w i s 酸存在下发生交换反应来制备。 聚，删当刚兰呲+ 瓣r r = h ，c h 3 ，c h 2 0 h h e i n z 和k l a u s 旧1 等对此反应作了详细地研究，于1 9 8 4 年公布r 他 们的专利。发明者为使这不利的平衡右移，使用过量甲醇，且在反应的 同时连续蒸出甲醇与产物2 ，2 一二甲氧基丙烷形成的共沸物。产物的分离 采用了与环己烷共沸的办法，但环己烷的沸点与2 ，2 一二甲氧基丙烷的十 分相近，对操作要求较高。本技术既可按间歇法也可按连续法实施，产： 率均高于8 0 。 国内刘守信以乙二醇为原料，摸索出一条工艺”“，反应如下： 酸q 声c h ，o h9 m e 洲3 洲3 + g h h t - 辫一舔f 手洲吨孟洲3 + 朗h 2 利用2 4 m o l 乙二醇、4 8 m o l 丙酮及3 升正己烷作带水剂，高铁盐作 催化剂，得到8 5 左右的丙酮缩乙二醇，在交换反应中，用一易得的l e w i s 酸a i c i 。代替h e i n z 等人使用过的三氟化硼，在1 0 倍摩尔比甲醇存在下， 边精馏边反应，得2 ，2 一二甲氧基丙烷的产率8 0 。 国内杨淑敏汹1 利用无水硫酸铁为催化剂，在l o m o l 丙酮，5 m o l l ，2 一丙 二醇存在下，用6 0 0 m l 石油醚作带水剂于5 5 反应4 小时。得到8 9 左 右的丙酮缩l ，2 一丙二醇，再在1 0 倍摩尔比甲醇存在下，无水a i c i ，作催 化剂，得到7 1 的2 ，2 一二甲氧基丙烷。 间接的二步法合成路线操作简单，但反应过程中要使用大大过量的甲 醇原料，且在第二步的缩酮交换反应中要严格控制分馏温度，而且在精 馏过程中发生的一些副反应不甚明了。 1 5 、本论文的主要研究内容 本论文选择焦性没食子酸与2 ，2 一二甲氧基丙烷来合成1 ，3 一苯并 二 恶茂，试图通过研究获得合成2 ，2 一二甲基一4 一羟基一1 ，3 一苯并二 恶茂 及2 ，2 一二甲氧基丙烷的较为全面的优化反应条件及合成路线。主要从 以下方面来进行研究： 对比研究间接法与直接法合成d m p 的合成路线。在间接法合成2 ，2 一二甲氧基丙烷时，分别选用丙二醇、乙二醇为原料，考察带水剂、催 化剂等对目标产物得率的影响，考察这条合成路线是否可行，副反应是 否严重，是否适宜于工业化。 在直接法合成d m p 的研究中，主要是多种合成技术的复合使用，及 合成工艺的复合使用，来促进反应的正向进行。由于丙酮和甲醇反应生 成二甲氧基丙烷是一生成水、放热的可逆反应，故试行采用低温与吸附 剂复合技术，选择一较好干燥剂，考察它是否有较高的产率。 在催化精馏实验中，考察最佳的精馏柱顶温度，合适的催化剂床层 温度，适宜的甲醇补加速度，合适的产物分离条件。 在二甲氧基丙烷与焦性没食子酸的交换反应中，考察主要存在的副 产物，反应方式的影响，反映溶剂及反应温度的影响，催化剂的影响， 溶剂用量的影响，反应物配比的影响，加入其他化合物的影响，以及馏 出物的回收与利用。 日u 旨 第二章两步法合成2 2 一二甲氧基丙烷的研究 2 ，2 二甲氧基丙烷是一种最简单的缩酮，该化合物的一个碳原子上 连接有两个甲氧基基团，空间位阻较大导致化学活性很强，极易吸水分 解，它的反应活性很高，在医药、农药等精细化工工业中有广泛的用途【6 州。 因而国外对其合成方法及应用的研究十分活跃，然而国内研究较少。 2 ，2 二甲氧基丙烷的合成主要有直接的一步法和间接的两步法，这两 种合成方法中，直接法只有在低温下( 一2 8 ) 5 7 1 或大量干燥剂【6 7 i 存在 下或利用精馏催化法才可以得到较高产率。而间接的两步法1 6 8 1 可以通过 引入邻二醇与酮的反应，再与甲醇进行交换反应而达到合成h 的，合成 条件易于实现。它是目前国内报道较多的一种合成途径，但对于此反应 的许多合成参数不太明确，特别是第二步的缩酮交换反应产率一般不高， 其原因何在，未见文献说明。因此本章考察了丙酮与多元醇的反应，i ： 着重选用乙二醇、1 ，2 - 丙二醇作为多元醇与丙酮在路易斯酸催化卜缩合成 丙酮缩乙二醇、丙酮缩丙二醇，并对反应时间、带水剂、催化剂等影响 因素进行了细致的探讨。详细考察了丙酮缩丙二醇与甲醇的交换反应， 首次发现此反应中存在严重的生成甲氧基丙烯的副反应。 2 1 实验部分 2 ，1 1 实验原料 实验中使用的试剂乙二醇，丙二醇，甲醇，丙酮，石油醚( 3 0 6 0 c ) ， 石油醚( 6 0 9 0 c ) ，环己烷，无水三氯化铝，对甲苯磺酸，无水硫酸钠， 碳酸氢钠都为分析纯试剂 三氯化铁，硫酸铁是化学纯试剂。 所使用的氢型磺酸树脂是南开大学化工厂产品。 2 ，1 2 实验仪器 d f 1 0 1 b 集热式恒温电磁搅拌器为浙江乐成电器厂产，11 0 2 气相色 谱仪为上海分析仪器厂产，s c o u t 电子天平为常州衡器有限公司产，c t 一1 a 氮、氢、空气发生器为武汉科林分析技术研究所生产。 2 1 3 丙酮缩乙二醇的合成实验 在装有磁力搅拌磁子、温度计、分水器、冷凝管的反应容器中加入 丙酮，乙二醇、石油醚( 约按质量比2 ：1 ：4 ) 及适量催化剂，磁力搅拌 下，加热回流，分水至无水生成，冷却。用碳酸氢钠洗涤，分液后用无 水硫酸钠干燥。在精馏装置中( 1 m 长的精馏柱，不锈钢拉西环填料，电 磁继电器自动控制回流比) 进行分馏，先全回流2 h ，调节回流比约为4 ： 1 精馏，收集8 7 一9 2 的馏分。 2 1 4 丙酮缩丙二醇的合成实验 在装有磁力搅拌磁子、温度计、分水器、冷凝管的反应容器t j 加入 适量丙酮、丙二醇、环己烷及催化剂。开动搅拌，加热回流，分水至无 水，冷却。用碳酸氢钠洗涤，分液后用无水硫酸钠干燥。在l 述精馏装 置中精馏分离，调节回流比约为4 ：l ，收集1 0 0 c ，1 0 1 的馏分。 2 1 5 丙酮缩丙二醇与甲醇的交换反应的实验 在装有磁力搅拌器磁子、精馏柱的三口瓶中，加入丙酮缩丙二醇、 甲醇( 摩尔比为1 ：1 0 ) ，适量催化剂，搅拌下，油浴升温，油温控制在 7 0 8 0 之间，控制回流比为2 0 ：1 左右，收集6 3 以前的馏分，将馏 液用1 5 的氢氧化钠溶液洗三次，有机相在无水碳酸钠上干燥，精馏， 收集7 9 8 0 5 的馏分。 2 1 5 分析方法 产物组成与含量分析在l1 0 2 型气相色谱仪上进行，3 m m 2 m s e 3 0 填充柱，柱温8 0 ，进样器2 0 0 。c ，检测器2 0 0 。标样定。盹，面积少j 一法定量。 2 2 结果和讨论 2 2 1 丙酮缩乙二醇的合成 2 2 1 1 反应温度对反应的影晌 为了考察温度对丙酮缩乙二醇合成的影响，设计了组对比试验。 在装有磁力搅拌磁子、分水器、温度计和冷凝管的反应容器中加入1 5 6 r n l 乙二醇和约3 5 9 丙酮( 质量比为l ：2 ) ，加入4 0 m l 沸程为6 0 - - 9 0 的 石油醚，使用对甲苯磺酸为催化剂，控制水浴温度分别为2 0 。c 、5 5 、 7 0 。c ，分水回流4 5 小时后冷却，反应后溶液分为上下两层，使用1 1 0 2 型气相色谱仪分析，标样定性，考察温度对反应的影响，结果如下： 表2 一l反应温度对乙二醇转化的影响 星空塑里! 兰!星壁煎! g !星生豆! g !堑些皇! 堑1 2 01 5 61 56 o 5 51 5 66 65 77 7 01 5 63 o 8 0 5 表2 1 结果表明，丙酮与乙二醇的缩酮化反应在室温下很难进行，此 时没有溶剂的带水作用存在，反应中生成的水严重阻碍了反应向正反应 方向移动，只有升高反应温度，石油醚带水剂作用增强时，反应才能较 好地进行，由上表可知在7 0 。c 左右时，反应能较好地完成，广：率达到文 献水平。 2 2 1 2 带水剂用量对反应的影响 因为生成缩酮的反应为平衡可逆反应，只有在带水剂存在下，小断 除去反应中生成的水，才有可能使反应获得较高的转化率，带水剂的川 量对反应的影响如何昵? 在反应容器中加入一定量的乙二醇和内酮，加 入4 0 m l 、6 0 m l 、8 0 m l 沸程为6 0 - 9 0 的石油醚，使用对【i l 苯磺酸为 催化剂，控制水浴温度为7 0 ，结果如下： 表2 2 带水剂用量对乙二醇转化的影响 堂坐型墼! ! ! !堕塑! g !星堕煎! g !星空重! g !堑垡登! 墅1 4 02 9 41 5 438 0 5 6 01 8 41 20 69 5 0 8 02 41 1 41 48 7 7 表2 - 2 结果表明，带水剂用量增大提高带水剂效果，有利于反应的 进行。当物料配比如6 0 m l 带水剂一组时取得了最好的带水效果，乙二醇 的转化率为9 5 ，当带水剂继续增多时带水效果没有继续增强，可能山 于大量溶剂的存在减慢了反应速度，从而目标产物得率没有进一步的增 加，这说明第二组反应配比为较好的反应配比。 2 2 1 3 反应时间对反应的影响 带水剂除水的过程，就是不断促进反应正向进行的过程，在达到一 定的反应转化率时，所使用的时间受反应速度，带水剂的带水效果等多 个因素的影响。 表2 3反应时间对乙二醇的影响 垦鏖堕塑! ! !星鏖煎! g !垦壅巫! g !圣兰蔓堑垡奎! 墅1 0 51 4 , 6 1 2 1 78 11 39 3 0 7 6 21 2 87 ，4 4 2 1 9 31 2 8 4 ，16 7 5 4 451 5 63 8 0 5 61 5 42 9 8 1 2 从表2 3 可以看出，时间对丙酮缩乙二醇的合成有较大的影响，此反 应开始时反应较快，可看到分水器中有明显水珠分出，随着回流h , t f 司的 增长，反应程度越高，到4 5 小时转化率增加很少，仅o 7 左右，转化 率增加趋于平缓，再延长反应时问无实际意义。 2 2 1 4 原料配比的影响 以4 0 m l 沸程为6 0 。c 一9 0 的石油醚为带水剂，使用对甲苯磺酸为催 化剂，控制水浴温度为7 0 。c ，考察了不同丙酮与乙二醇摩尔l ：匕l l , j - ，反应 情况。 表2 - 4 原料配比对反应影响 一夔塑! 圣兰竖 耍堡f 鼬圣三醴! 出圣兰壁垫些垩! 堑1 1 i 1 5 21 5 2 4 2 i 2 9 4 4 7 2 1 5 4 1 1 o 8 0 s 8 6 3 6 表2 - 4 结果表明，物料配比对反应有较大影响，当丙酮与乙二醇的物 质的量之比较大时，有利于反应的进行，这是由于丙酮的沸点很低，在 高于其沸点的反应温度下，大部分丙酮原料会处于回流状态，从而在反 应体系中实际存在的量大大减少，只有在较大的丙酮用量时，才使反应 体系中存在较多的丙酮原料参与反应。 2 2 1 5 催化剂种类对反应的影响 缩酮化反应使用的催化剂种类很多，有质子酸，有l e w i s 酸，f r 旧 体酸，也有液体酸，有无机酸，也有有机酸。在乙二醇和丙酮摩尔比为i ： 2 时，加入4 0 m l 沸程为6 0 c 一9 0 的石油醚，控制水浴温度为7 0 c ，改 变催化剂种类，考察了一系列酸催化剂对反应的影响。 表2 - 5 催化剂种类对乙二醇转化的影响 丝垡型登耋医座蔓! g !星鏖匣! g !丕兰篁鳖丝奎! 丛! a 1 2 ( s 0 4 ) 3 1 2 43 1 7 50 f e c l 3 1 2 03 67 0 0 对甲苯硪酸 1 5 43 08 0 5 磺酸树脂 1 2 01 09 0 0 坚2 曼q ! ! ：q! ：! ! ! ：! 由表2 5 结果可知，对甲苯磺酸和a 1 2 ( s 0 4 ) 3 、f e c l 3 、磺酸树脂对反 应都有较好的反应活性，而硫酸催化的反应转化率较低，相对来说磺酸 树脂、a 1 2 ( s o 。) 3 等具有反应活性高，易于分离等优点。 2 2 1 6 带水剂对合成丙酮缩乙二醇的影响 本反应的关键问题是带水问题，前人选取了不同带水剂进行研究， l o r e t t enb 等使用石油醚为带水剂大大提高了带水效率，国内刘守信等 人使用正己烷作为带水剂。在我们的实验中，发现正己烷与水、丙酮形 成均相体系带水作用不明显，环己烷带水作用也不明显【6 3 1 。若使用3 0 。c 6 0 。c 的石油醚时，回流温度不能高于6 0 ，较适宜回流温度为5 5 ，在 此温度下带水效率不高，当使用沸程为6 0 。c 9 0 c 石油醚时，可提高刚流 温度到7 0 c ，带水效果比前三种要好，可以获得很好的目标产物得率。 2 2 1 7 总结 通过上面的实验，在合成丙酮缩乙二醇时，可以得出如下结沦： 1 催化剂对最终平衡位置的影响，不具有决定性作用，但4 i 同的催化 剂对反应的效果不同，结果表明磺酸树脂、硫酸铝反应活性较好，具有 产物分离提纯容易，过量原料易于回收的特点。 2 带水问题是整个反应进行的关键。首次使用了沸程为6 0 一9 0 。c 的 石油醚，并将回流温度控制到7 0 左右，调节物料配比，使转化率达剑 9 0 以上。 2 2 2 丙酮缩丙二醇的合成 两步法合成二甲氧基丙烷时，可以选择丙酮与乙二醇，或丙酮与丙 二醇进行缩酮化反应，再分别与甲醇进行缩酮的交换反应，其形成的丙 酮缩酮的难易程度如何，对比研究如下。 2 2 2 1 反应时间对反应的影响 在装有磁力搅拌磁子、温度计、分水器、冷凝管的反应容器中加入 2 3 2 9 丙酮，1