【优秀毕业论文】1-氯蒽醌合成研究.pdf

扬州大学 硕士学位论文 1 氯蒽醌合成研究 姓名 江苏娜 申请学位级别 硕士 专业 化学工程 指导教师 赵红坤 王鸿显 201106 卜氯葸醌合成研究 摘要 卜氯蒽醌是制备葸醌系列染料及其他化工产品的重要中间体 随着1 氯蒽醌 在染料 有机合成等领域的广泛应用 1 一氯葸醌的需求量稳定增长 1 氯葸醌的合 成有很多方法 传统的制备方法是采用葸醌硝化 磺化 氯代 该法工艺简单且 产品的收率高 但是在葸醌与发烟硫酸作用时需要汞作为定位剂 后续脱汞的费 用大 由汞引起的环境污染严重 其他合成方法也不甚理想 本文以3 一氯代苯酐 和苯为原料 在无水a 1 c 1 3 的催化作用下 经f c 酰基化反应生成2 苯甲酰基 3 氯苯甲酸 所得的2 苯甲酰基 3 氯苯甲酸进一步脱水闭环生成1 氯葸醌 该生产 工艺从根本上解决了汞污染的问题 改善了生产环境 符合未来发展的趋势 因 此 采用新工艺合成l 一氯葸醌具有现实意义 本文对该生产工艺进行研究 1 采用差示扫描量热法 d s c 红外光谱分析 瓜 质谱 m s 核磁氢谱 h n m r 技术 对重结晶后的产品进行表征 通过表征 确认两步反应产品分别为 2 苯甲酰基 3 氯苯甲酸和1 氯蒽醌 为后续反应条件的优化奠定基础 2 对于2 一苯甲酰基 3 氯苯甲酸的合成上艺优化 考察了水解溶剂 投料顺序 催化剂用量 反应时间 反应温度 回流时间等条件对产品收率的影响 结果表 明 在后处理过程中用冰水作为水解溶剂洗去铝盐 降低了成本和废酸的排放 投料顺序为先加催化剂无水a 1 c i a 后向体系中缓慢加入3 氯苯酐 催化剂无水 a i c l 3 用量 物质的量 为3 氯苯酐的3 倍 控制3 氯苯酐加入时间为0 5 小时 继续反应1 5 小时为宜 反应温度为4 5 回流时间对反应的收率无明显影响 但回流有利于溶剂的回收 在上述实验条件下 2 苯甲酰基 3 氯苯甲酸收率可达 到9 5 2 纯度可达到9 5 0 3 对于l 氯蒽醌的合成工艺条件优化 本文考察了环化试剂 酸用量 反应 温度 反应时间等条件对反应收率的影响 实验表明反应的较佳条件为 环化试 剂为发烟硫酸 硫酸用量 质量 为2 一苯甲酰基 3 一氯苯甲酸的3 倍 反应温度为 扬州大学硕士学位论文 1 2 0 c 反应时间为2 小时 在上述条件下 1 氯葸醌收率可达到9 5 2 纯度可 达到9 8 o 以上 4 本文对1 氯葸醌的微波合成进行初步研究 考察了微波合成1 氯葸醌的催 化剂以及催化剂的质量比 反应时问 微波功率进行研究 结果表明 以a 1 c 1 3 h 2 s 0 4 为该反应的最优催化剂 选择a 1 c 1 3 与h 2 s 0 4 质量比为0 反应时间为1 2 分钟 微波功率为2 6 0 瓦 在此条件下 微波一步法合成1 氯蒽醌具有一定的可行性 其产品中1 氯蒽醌的含量为4 0 左右 5 目前尚未发现对2 苯甲酰基 3 氯苯甲酸的物性数据报道 1 氯葸醌溶解 度数据甚少 本文考察了2 苯甲酰基 3 氯苯甲酸和1 氯蒽醌分别在乙酸乙酯 丙 酮 二氧六环 甲苯溶剂中的溶解度 为工业生产提纯提供理论依据 结果表明 在相同温度下 2 苯甲酰基 3 氯苯甲酸在乙酸乙酯 丙酮 二氧六环 甲苯溶剂 中的溶解度顺序为 甲苯 二氧六环 乙酸乙酯 丙酮 1 氯葸醌在乙酸乙酯 丙 酮 二氧六环 甲苯溶剂中的溶解度顺序为乙酸乙酯 甲苯 氧六环 丙酮 随着 温度的升高 溶解度均增大 关键词 1 氯葸醌 反应优化 微波合成 溶解度 卜氯总醌合成研究 3 r e s e a r c ho nt e c h n i c a lc o n d i t i o n sf o rs y n t h e s i so f l c h l o r o a n t h r a q u i n o n e a b s t r a c t 1 c h l o r o a n t h r a q u i n o n e i sa n i m p o r t a n t i n t e r m e d i a t ef o r p r e p a r a t i o n o f a n t h r a q u i n o n es e r i e sd y e sa n do t h e rc h e m i c a lp r o d u c t s w i t ht h ei n c r e a s i n ga p p l i c a t i o n s o f1 c h l o r o a n t h r a q u i n o n ei no r g a n i cs y n t h e s i s t h ed e m a n do fl c h l o r o a n t h r a q u i n o n ei s i n c r e a s i n gs t a b l y m a n yw a y sa r ee m p l o y e dt ot h es y n t h e s i so f1 c h l o r o a n t h r a q u i n o n e t r a d i t i o n a l l y 1 c h l o r o a n t h r a q u i n o n e i s p r e p a r e d f r o m a n t h r a q u i n o n eb yn i t r a t i o n s u l p h o n a t i o na n dc h l o r i n a t i o n t h ep r o c e s si ss i m p l ea n dt h ey i e l do f t h ep r o d u c ti sh i g h b u td u r i n gs u l p h o n a t i o n m e r c u r yi su s e da st h et a r g e t i n ga g e n t r e m o v a lo fm e r c u r yi s h i g hc o s t l ya n ds e r i o u se n v i r o n m e n t a lp o l l u t i o nm a yc a u s e db ym e r c u r y m e a n w h i l e o t h e rm e t h o d so fs y n t h e s i so fl c h l o r o a n t h r a q u i n o n ea r eu n f a v o r a b l e t h e r e f o r e t h e i n t r o d u c t i o no fn e wt e c h n o l o g yf o rs y n t h e s i so f1 c h l o r o a n t h r a q u i n o n ei so fp r a c t i c a l s i g n i f i c a n c e i nt h i sp a p e r 3 c h l o r o p h t h a l i ca n h y d r i d ea n db e n z e n ea r eu s e da s r a w m a t e r i a l s a n h y d r o u sa i c l 3a sc a t a l y s tt ot h es y n t h e s i so f2 b e n z o y l 一3 c h l o r o b e n z o i c a c i d w h i c hm a yf u r t h e rd e h y d r a t ei n t o1 c h l o r o a n t h r a q u i n o n e f r o mt h ef u n d a m e n t a l s o l u t i o nt ot h ep r o b l e mo fm e r c u r yp o l l u t i o n t h ep r o d u c t i o np r o c e s sm e e t st h ef u t u r e d e v e l o p m e n tt r e n d t h ep r o d u c t i o np r o c e s sw a s s t u d i e di nd e t a i l 1 d i f f e r e n t i a ls c a n n i n gc a l o r i m e t r y d s c i n f r a r e ds p e c t r o s c o p y i r m a s s s p e c t r o m e t r y m s n u c l e a rm a g n e t i cr e s o n a n c en m r h n m r t e c h n o l o g y a r eu s e dt o t h es t r u c t u r e c h a r a c t e r i z a t i o n o f 2 b e n z o y l 一3 c h l o r i d e b e n z o i ca c i da n d l c h l o r o a n t h r a q u i n o n e t h r o u g h c h a r a c t e r i z a t i o n t h e p r o d u c t s o f2 b e n z o y l 3 一c h l o r o b e n z o i ca c i da n d1 c h l o r o a n t h r a q u i n o n ew e r ei d e n t i f i e d w h i c hw a s t h eb a s i so fo p t i m i z a t i o no ft h er e a c t i o n 4扬州大学硕士学位论文 2 d u r i n gt h es y n t h e s i so f2 b e n z o y l 3 一c h l o r o b e n z o i ca c i d w e s t u d i e dt h e i n f l u e n c eo ft h eh y d r o l y s i ss o l v e n t f e e d i n gs e q u e n c e a m o u n to fc a t a l y s 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 dr e f l u x i n gt i m eo nt h er e a c t i o n t h er e s u l ts h o w st h a tt h e o p t i m u mc o n d i t i o n sa r ea sf o l l o w i n g c h i l l e dw a t e ra sh y d r o l y s i ss o l v e n t t h ec a t a l y s t a n h y d r o u sa 1 c ha d d e df i r s t l ya n dt h e n3 c h l o r o p h t h a l i ca n h y d r i d es l o w l y t h ea m o u n t o fa n h y d r o u sa i c hi s3t i m e so f 3 c h l o r o p h t h a l i ca n h y d r i d e r e a c t i o nt i m e2h o u r s r e a c t i o nt e m p e r a t u r e4 5 c r e f l u x i n gh a sn os i g n i f i c a n te f f e c to nt h er e a c t i o n u n d e rt h e o p t i m u mc o n d i t i o n s t h ef i n a l2 b e n z o y l 一3 c h l o r o b e n z o i cp r o d u c tc o u l db eo b t a i n e d w i t hp u r i t yo f9 5 0 t h ey i e l dw a s9 5 2 3 d u r i n gt h es y n t h e s i so f1 c h l o r o a n t h r a q u i n o n e w es t u d i e dt h ei n f l u e n c eo f c y c l i z a t i o nr e a g e n t t h ea m o u n to fa c i d t e m p e r a t u r ea n dr e a c t i o nt i m e t h er e s u l t s h o w e do p t i m u mc o n d i t i o n sa sf o l l o w i n g t h ea p p r o p r i a t er e a g e n t si so l e u m t h ea m o u n t o fo l e u mi s3t i m e so f2 b e n z o y l 一3 一c h l o r o b e n z o i ca c i d r e a c t i o nt e m p e r a t u r e12 0 c r e a c t i o nt i m e2h o u r s u n d e rt h eo p t i m u mc o n d i t i o n s t h ef i n a l l c h l o r o a n t h r a q u i n o n e p r o d u c tc o u l db eo b t a i n e dw i t hp u r i t yo f9 8 0 t h ey i e l dw a s9 5 2 4 m i c r o w a v es y n t h e s i so f1 c h l o r o a n t h r a q u i n o n ew a ss t u d i e di nt h ep a p e r t h e e f f c to ft e c h n i c a lc o n d i t i o n s i n c l u d i n gc a t a l y s t t h er a t i oo fc a t a l y s t r e a c t i o nt i m ea n d m i c r o w a v ep o w e ro nt h er e a c t i o nw a si n v e s t i g a t e d t h er e s u l t ss h o wt h a t t h eo p t i m a l c a t a l y s ti sa i c l 3 h 2 s 0 4 t h em a s sr a t i oo fa 1 c 1 3t oh 2 s 0 4i s 0 11 r e a c t i o nt i m ei s 12 m i n u t e s a n dt h em i c r o w a v ep o w e ri s2 6 0 w u n d e rt h ec o n d i t i o n sa b o v e t h ep u r i t yo f 1 c h l o r o a n t h r a q u i n o n ec a nr e a r c h4 0 a sar e s u l tt h em i c r o w a v eo n e s t e ps y n t h e s i so f 1 c h l o r o a n t h r a q u i n o n ei sf e a s i b l e 5 c u r r e n t l y t h es o l u b i l i t i e so f2 b e n z o y l 3 c h l o r o b e n z o i ca c i dh a v en o tb e e n f o u n da n dt h es o l u b i l i t i e so f1 c h l o r o a n t h r a q u i n o n ei sl e s s i nt h i sp a p e r t h es o l u b i l i t i e s o f2 一b e n z o y l 3 c h l o r o b e n z o i ca c i da n d1 c h l o r o a n t h r a q u i n o n ei ne t h y la c e t a t e a c e t o n e d i o x a n e t o l u e n e a r e s t u d i e d w h i c hi su s e f u l 1 1 1 er e s u l ts h o w st 1 1 a tf o r 2 b e n z o y l 一3 一c h l o m b e n z o i ca c i d t o l u e n e d i o x a n e e t h y la c e t a t e a c e t o n e f o r l c h l o r o a n t h r a q u i n o n e e t h y la c e t a t e t o l u e n e d i o x a n e a c e t o n e a st h et e m p e r a t u r e i n c r e a s e s s o l u b i l i t i e sa r ea l li n c r e a s i n g k e yw o r d s 1 c h l o r o a n t h r a q u i n o n e o p t i m i z a t i o n m i c r o w a v es y n t h e s i s s o l u b i l i t i e s 6扬州大学硕士学位论文 1 综述 1 11 氯蒽醌的性质及质量指标 1 氯蒽醌 别名弘氯葸醌 分子式为c 1 4 h 7 c 1 0 2 相对分子质量2 4 2 6 6 其结 构式为 c lo o 1 氯蒽醌为浅黄色针状晶体或结晶性粉末 易升华 熔点为1 6 2 c 不溶于 水 可溶于乙酸 硝基苯 浓硫酸 戊醇 热苯等 在浓硫酸中呈黄棕色溶液 不易被氧化 能被溴化 硝化和磺化 l 一氯葸醌低毒 能引起过敏性湿疹 鼻炎 支气管哮喘 1 产品质量指标如表1 1 所示 表1 1 1 氯葸醌质量指标 2 1 七十年代开发的新型纺织材料超细旦纤维 它优异的性能受到了广泛关注 但染色不均匀 不易染深色 易产生色差 染色各项牢度不易达到要求等问题成 为超细旦纤维染色遇到的主要困难 经研究发现 葸醌型染料的分子结构对其在 超细旦纤维上的染色功能有较大的影响 因此 可以考虑改造葸醌染料的分子结 卜氯葸醌合成研究 构 提高葸醌型染料在超细旦纤维上的着色性能 改进其超细旦纤维的染色 3 蒽 醌衍生物是制备葸醌系列染料及其他化工产品的重要中间体 4 葸醌弘位上的氯基 活性较大 易与其它类葸醌化合物缩合闭环而形成咪唑结构的还原染料 如还原 棕b r 染料及还原黄f f r k 具有上色均匀及色光鲜艳等优点 因此 1 氯葸醌主 要用于制造葸醌还原染料及其他葸醌染料 如酸性棕2 6 分散红9 分散红2 2 还原红棕r r k 还原蓝3 3 还原橙l l 还原棕4 4 等 近年来 专利 c n 2 0 0 8 1 0 1 2 0 2 4 1 4 1 5 以1 氯葸醌及苯代三聚氰胺为原料在一定的溶剂和触媒的存 在下高温缩合 所得产物经过滤 精制 干燥合成一种黄色蒽醌染料 该染料结 构单一 纯度高 专用于a b s 聚苯乙烯等工程塑料的着色和聚酯纤维的纺前着 色 具有着色强度高 鲜艳度和透明度好以及耐酸 耐晒 耐酸碱度 耐溶剂性 等优良性能 1 21 氯蒽醌的市场前景 自2 0 0 2 年以来 随着1 氯蒽醌在染料 有机合成等领域应用的不断推广 1 氯葸醌的产量和需求量稳定增长 2 0 0 8 年 全球1 氯葸醌的产量达到1 3 0 0 吨 是 2 0 0 2 年的1 5 3 倍 平均年增长率为7 3 按照这样的速度 2 0 1 1 年全球产量将 达到1 6 0 0 吨 2 0 1 3 年将达到1 8 5 0 吨 2 0 0 8 年 我国1 氯葸醌的产量达到l1 0 0 吨 是2 0 0 2 年的1 7 7 倍 平均年增 长率为1 0 0 按照这样的速度 2 0 11 年我国的产量将达到1 4 6 0 吨 2 0 1 3 年将达 到1 7 7 0 吨 1 氯蒽醌主要用于染料和有机合成等领域 在全球范围内 1 氯葸醌在各应用 领域的消费比例依次是染料9 8 5 有机合成1 5 1 氯葸醌各应用领域年平均 增长率依次是染料1 0 o 有机合成1 3 2 0 11 年 全球1 氯葸醌的需求将达到 1 7 3 2 吨 2 0 1 3 年将达到2 0 9 8 吨 2 0 0 8 年 国产的1 氯蒽醌有5 0 6 0 以上用于 出口 主要出口到欧洲 美国和东南亚等国家和地区 3扬州大学硕士学位论文 1 31 氯蒽醌的合成方法 1 氯蒽醌的生产方法主要分为汞法和非汞法 汞法主要是蒽醌磺化氯代法 非 汞法主要有硝化磺化氯代法 硝基葸醌直接氯化法 苯酐法 微波法等 合成方 法如图1 1 所示 一 葸醌磺化氯代法 6 图1 11 氯葸醌合成路线图 1 氯葸醌传统的合成方法是将葸醌磺化后氯代 向碘化锅中加入一定量9 8 硫酸及9 6 硝酸 待混合均匀后 于2 5 左右向其中加入葸醌 此过程中需加入 汞盐作为定位剂 缓慢加热使温度升至1 3 0 c 反应一段时间后 将产物用1 0 0 热水洗涤干净 滤液和部分浓洗液送入中和锅 以水调整该滤液的密度后加热至 一定温度 以亚硫酸钠中和至中性 在8 0 8 5 保温0 5 小时 过滤 用6 0 c 热水 洗涤 滤饼为蒽醌 1 磺酸钠盐 收率可达到8 0 将葸醌 1 磺酸钠盐悬浮液巾加 入到氯化锅中 边搅拌边加入3 0 盐酸 升温至9 8 1 0 0 并于5 小时左右加入 2 0 氯酸钠溶液 加料完毕后 保温反应一段时间 待反应完毕后冷却至6 0 c o 纠删咖 在 盟h皿卧 h o呲汾 嘲一 心 在 卜旺 卜氯葸醌合成研究 过滤 水洗至中性 干燥即可得到产品1 氯葸醌 收率9 6 该法工艺简单且产 品的收率高 但是在葸醌与发烟硫酸作用时需要汞作为定位剂 后续的脱汞费用 大而且由汞引起的公害严重 为加强环境保护 我国已停止该法生产1 氯葸醌 该法使用的定位剂汞为第六周期过渡元素 国内外开始考虑周期表中汞临近 位置的其它元素的定位效果 如硫酸钯 醋酸钯及氯化钯等 但在这一方法中仍 然需要考虑金属的毒性以及回收利用问题翻 二 硝化 磺化氯代法 8 上海染化十一厂将蒽醌硝化后以低浓度的亚硫酸钠溶液精制得到1 硝基葸 醌 再以1 硝基葸醌为原料 利用磺化反应使硝基转化为磺酸基 绕过了传统工 艺中以汞盐作为定位剂的葸醌磺化路线 该方法从根本上消除了汞污染 减轻了 环境的压力 但是和传统的汞法相比 收率低 这是因为葸醌结构的对称性 在 硝化反应过程中 不可避免地产生各种异构体 致使1 硝基葸醌的收率只有7 2 左右 经分离提纯后得到的1 硝基葸醌收率低且纯度也不理想 影响磺化反应的 收率进而影响l 一氯蒽醌的收率 该j r 艺已在工业上得到应用 但是工艺路线复杂 产品的收率不高 三 硝基葸醌直接氯代法 蒽醌类物质硝化反应研究的深入以及分离技术的发展 为通过葸醌硝化生成 1 氯蒽醌提供了可能性 g a o l 硝基葸醌中的取代基硝基属于吸电子基团 由于共轭 效应 硝基可以直接被氯取代为氯代蒽醌i l l 直接氯代可以在有机溶剂中进行 据e h d a y 介绍 1 2 在惰性的有机溶剂中 在温度为1 6 0 时用氯气置换1 硝基葸醌中的硝基 以及在温度为2 8 0 c 时 在无 机溶剂盐酸中用氯气置换可以生成氯代葸醌 但是这些实验均不成功 所得的产 品纯度很低 随后将1 硝基蒽醌中加入适量的氯化钠混合 在温度为2 7 0 2 9 0 c 进行氯代 据文献 1 3 报道收率可以达到9 0 但是实验重现性很差 使用其它有 机溶剂如三氯苯 在反应过程中生成i 氯葸醌的同时 伴随着多氯苯的生成 给 i o 扬州大学硕士学位论文 分离带来了困难 1 4 1 9 7 6 年拜尔公司提出将1 硝基葸醌中加入少量的1 氯葸醌作为助溶剂 加热 至熔融状态 在温度为2 4 0 4 c 下通入氯气 可直接得到收率为9 6 纯度为9 3 的l 一氯蒽醌 1 5 在该工艺过程中 投入的1 氯葸醌的含量为9 5 而产品的含量 为9 3 产品不精制且氯代过程中常常出现因硝基葸醌干燥引起的反应过敏现象 无法进行长期的操作 无论是熔融氯代还是溶剂中氯代对1 硝基蒽醌的纯度要求都很高 但目前通 过精制提纯得到含量为9 5 的1 硝基葸醌还是相当困难的 四 苯酐法合成 该法以苯酐为原料在浓硝酸的作用下生成单硝基苯酐 经真空蒸馏得到3 硝 基苯酐 在一定条件下通入氯气反应得到3 氯苯酐 将3 氯苯酐与苯在无水a i c h 作催化剂的条件下反应制备的2 苯甲酰基 3 一氯苯甲酸 在发烟硫酸中进一步脱水 闭环生成1 氯蒽醌 k o n s h ik e n i c h i 等 1 6 1 7 人将3 硝基苯酐经氯代 苯甲酰基化后将产物置入稀盐 酸溶液中水解 将进一步所得的混合物在苯的回流温度下回流 过滤 烘干得到 白色固体2 苯甲酰基 3 氯苯甲酸 以1 6 发烟硫酸为催化剂 将2 苯甲酰基 3 氯 苯甲酸在一定温度下脱水缩合闭环 所得产物冷却至室温 加入冰水 得到黄色 固体 经洗涤干燥可以得到纯度为9 8 的1 氯葸醌 蔡鲁航 任永昌等f 1 8 1 9 采用 无汞工艺 以高纯度的3 氯苯酐为原料 无水a 1 c 1 3 为催化剂 与苯经f c 酰基化 反应后进一步脱水闭环生成1 氯葸醌 但该法对工艺条件缺乏进一步研究 而利 用苯酐法缩短了生产工艺 彻底解决了汞带来的一系列问题 值得进一步探讨实 验 完善工艺 五 微波法合成 微波是一种频率在3 0 0 m h z 3 0 0 g h z 即波长在1 1 0 0 0i l l n l 范围内的电磁波 位于电磁波谱的红外辐射 光波 和无线电波之间 微波可以使被加热物体产生不 卜氯葸醌合成研究 同深度的热 使得加热快速而且均匀 缩短了加热的时间 根据电磁场理论和电 磁波理论 介电质物理理论 凝聚态物质理论 等离子体物理理论 物质结构理 论和化学原理 微波场可以直接用来促进和改变一些化学反应 并诱导反应的发 生 2 0 夏越青 傅大放 2 1 研究了以膨润土为催化剂 微波照射邻苯甲酰基苯甲酸关 环生成氯代葸醌的技术 研究了用微波辐射加热取代传统加热 以普通粘土做催 化剂促进邻苯甲酰苯甲酸合成葸醌 着重研究了邻苯甲酰苯甲酸环化脱水缩合生 成葸醌的产率与微波功率 微波辐照时间 邻苯甲酰苯甲酸与催化剂配比与热浴 物质之间物质配合的关系 实验结果表明实验合成葸醌的可行性 张立伟 苏强 冯丽恒 2 2 报导 以邻苯二甲酸和苯的衍生物为原料 在微波的作用下闭环脱水生 成葸醌的衍生物 在a i c l 3 和h 2 s 0 4 的催化下一步合成葸醌的衍生物 改善了一般 目前合成蒽醌经历f c 和闭环两部反应时间长 产率低的缺点 但是此方法在苯 环上有给电子取代基时效果较好 在有吸电子取代基时仍存在产率低 时间长的 缺点 专利c n 9 7 1 0 5 6 5 3 6 1 2 3 1 提供了一种微波合成的方法 该专利以膨润土为催化 剂 微波照射邻苯甲酰基苯甲酸闭环生成1 氯葸醌 该方法在常压下进行 反应 时间短 设备简单 产品的纯度高 但是该工艺没有对苯和苯酐的f c 酰基化反 应的微波合成进行研究 据专利c n l 0 11 2 5 8 0 8 a 2 4 报道 在微波照射和催化剂的 作用下 以邻苯二甲酸酐或者取代邻苯二甲酸酐及苯或者取代苯为原料 在无溶 剂或者有机溶剂中研磨混合反应生成葸醌及其衍生物 微波的功率为5 0 1 0 0 0 w 温度为1 3 0 4 5 0 时 反应1 1 2 0 分钟 分离后得出葸醌及其衍生物 在苯酐法的 合成中 对葸醌及其衍生物的研究大多数在催化剂的选择上 常用的催化剂有 氯化锌 氯化铁 氯化锡 三氯化铝 多聚磷酸等 催化剂的用量仅为反应物质 量的1 1 0 六 葸醌或者葸醌肟直接氯代 t a k e h i k o 2 5 1 伊藤建产 2 6 等在硫酸介质巾 以醋酸钯为触媒 在温度为1 0 0 条件下 将蒽醌或者蒽醌肟直接氯代得到1 氯葸醌 但是钯作为贵金属 其回收 1 2扬州大学硕士学位论文 及环境污染等问题没有解决 该方法仍还没有实际工业意义 七 葸经磺化 氧化后再氯代 2 7 2 8 该工艺是将葸进行磺化 所得产物进行分离提纯出蒽 1 磺酸 将葸 1 磺酸进 行氧化得到葸醌 1 磺酸 再进行氯代得到l 氯葸醌 该工艺流程长且葸的9 1 0 一 位较为活泼 在磺化过程中易发生二取代 要获得纯度较高的蒽 1 磺酸难度较大 八 4 一氯葸醌 1 甲酸法 将一定量4 氯葸醌 1 甲酸 二甲基甲酰胺和氧化亚铜在1 5 0 的条件下加热4 小时 将最终反应制备的产物倾入水中 过滤 得到收率为7 0 的1 氯葸醌 产 品的熔程为1 5 4 1 5 7 1 4 蒽醌类化合物的定量分析 葸醌类化合物广泛存在药物 中草药中 其分析方法主要有高效液相色谱法 超临界流体萃取法 双波长薄层扫描法等 一 高效液相色谱法 王铁华 腾义生等 2 9 采用高效液相色谱测定药物中葸醌类物质的含量 药物 中的葸醌化合物主要有大黄素 大黄酚 大黄素甲醚 大黄酸等 实验分析以十 八烷基硅烷键合硅胶为填充剂 选用不同配比的甲醇和水或者甲醇 磷酸 甲醇 水 冰醋酸为流动相 检测的波长为2 5 4 2 9 0 h m 柱温为1 0 3 54 c 流速为0 8 m l m i n 在线性范围为4 5 8 5l ae c r n l 以外标两点法即可计算出葸醌类化合物的含量 李国兰 3 0 采用正相高效液相色谱 以紫外检测器在检测波长为2 7 0 n t o 或荧光 波长为4 5 0 h m 以甲醇 环己烷 乙酸乙酯 二氧六环配比为4 8 0 8 8 作为流动相 在选择溶剂的时候 所选的溶剂应在紫外区的吸收较小 不影响样品组分的分离 其次 考虑到溶剂的极性 2 氨基葸醌微溶于乙酸乙酯 不溶于甲醇 在超声波的 作用下可以完全溶于二氧六环 但是2 氨基蒽醌中部分杂质在二氧六环中不稳定 故选择极性更强 对样品更加稳定的二甲基甲酰胺为溶剂 经3 0 分钟的扫描 采 卜氯蒽醌合成研究 用归一化定量 可以满足2 氨基葸醌的分析 王莉明 3 l 采用反相液相色谱仪 内 标法测定2 乙基葸醌的含量 在流动相的选择时 从甲醇 水比例以及离子对试剂 两方面考虑 在内标物的选择方面 选择停留时间与2 乙基葸醌相近的2 萘酚为 内标物 通过检测波长及精密度实验确定液相色谱条件 吴慧常 卢立泓 3 2 采用 c 1 8 键合相反相色谱 以微粒硅胶为固定相 以流速为2 m l m i n 流动相为正己烷 乙酸乙酯 对2 甲基氯葸醌和1 氯 2 甲基蒽醌进行分离及定量测定 效果较为满 啦 恧 顾荣赳3 3 采用k l 高效液相色谱仪 紫外检测波长为2 5 4 n m 流动相为9 5 3 正庚烷 0 7 乙酸乙酯 4 氯甲烷 流速为l m l m i n 分析了1 硝基蒽醌反应制备 所得1 氯葸醌的产物 实验表明 在上述操作条件下 1 氯葸醌与其他杂质能够得 到满意分离 所采用的定量分析方法为外标法 二 超临界流体萃取法s f e 超临界流体萃取是近代分离领域出现的高新技术 具有所用溶剂少 选择性 高 省时且易于操作等优点 在确定萃取压力 温度 甲醇用量 萃取时间 检 测波长等参数时 通过建立超临界流体萃取与高效液相色谱联用来测定葸醌类物 质的含量 三 双波长薄层扫描法 王铁华 腾义生等 2 6 采用双波长薄层扫描法测定药物中蒽醌类化合物的含量 通过选用硅胶h c m c 薄层板或者g c m c 薄层板 以不同配比的石油醚 甲酸乙酯 甲酸 正己烷 醋酸乙酯 甲酸 或者甲苯一醋酸乙酯 甲酸为展开剂 在o 1 1 3 g 的线性范围内 用外标两点法测定 3 小时的扫描数据稳定 何丽一 3 4 等采用四种 展开剂 以不同配比的石油醚 己烷 甲酸乙酯 甲酸 苯 甲酸乙酯 甲酸 甲醇 异 丙醚 甲醇 正丁醇及正丙醇 乙酸乙酯 水为展开剂 分析了大黄中五种葸醌化合物 的含量 四 极谱分析法 1 4 扬州大学硕士学位论文 陈群来 3 5 在分析2 乙基蒽醌时 采用极谱分析的方法 通过选择合适的电导 液及甲醇混合溶剂 溶解2 乙基葸醌 稀释到不同的浓度 根据其扩散电流及2 氨基葸醌浓度的关系 绘制标准曲线 结果呈线性说明其实验值与理论值一致 五 分光光度法 据文献 3 6 3 8 报道 可以采用可见 紫外分光光度法测定蒽醌类物质的含量 该方 法常以1 8 二羟基葸醌为参考标准物 利用葸醌类物质在碱性溶液中颜色变红 用 可见 紫外分光光度仪计进行比色定量测定 此法的关键在于葸醌物质的显色 一 般以n a o h n h 4 0 h 的混合液或醋酸镁 甲醇溶液为显色剂 因其稳定性差 不同 时间吸光度不同 从而影响结果 分光光度法所用仪器普遍 操作简单 但精确 度不高 不能区分几种葸醌衍生物 因此应用范围收到一定的限制 六 熔点法 佟伯晖 武庆伟 3 9 等在用柱色谱法测定1 4 二氯葸醌含量的同时 采用熔点仪 测定了l 4 二氯葸醌的熔点 为满足工业的控制分析 缩短分析条件 简化分析 操作 该研究者采用计算机对样品的熔点及含量进行了关联 从实验的结果来看 两者的线性关系很好 凶此 可以用熔点法控制产品含量满足生产需要 1 5 蒽醌类化合物的定性分析 红外光谱与分子的结构密切相关 是研究表征分子结构的一种有效手段 分 子中的某些基团或化学键在不同化合物中所对应的谱带波数基本上是固定的或只 在小波段范围内变化 因此许多有机官能团例如甲基 亚甲基 羰基 氰基 羟 基 胺基等等在红外光谱中都有特征吸收 通过红外光谱测定 人们就可以判定 未知样品中存在的未知官能团 这为最终确定未知物的化学结构奠定了基础 删 朱方 陈建梅 顾浩等 4 1 对4 羟基 3 硝基吡啶进行了红外表征 通过对红外谱图 上特征峰的指认 确定吡啶环 芳香硝基 硝基等主要官能团 回瑞华 关崇新 侯冬岩等 4 2 对羧酸及其盐红外光谱进行研究 通过研究表明 羧酸的羧基的红外 光谱反映出c o o h 两个结构单元 对于氢键缔合的羧基其o h 在2 5 0 0 3 3 0 0 c m j 卜氯葸醌合成研究 范围内有宽而散的伸缩振动吸收峰 其羧酸的羟基在1 4 0 0 1 4 2 8 c m 1 处有吸收峰 本文采用红外光谱特性确定反应过程中化学结构的变化 核磁共振已被广泛用于实验研究中 物质中所含氢的化学环境不同 在核磁 场中的化学位移值不同 核磁氢谱能提供重要的结构信息如化学位移 耦合常数 峰的裂分情况 峰面积等 峰面积可以定量的反应氢核的信息 这使核磁共振氢 谱成为有机定量分析的重要手段 4 3 本文采用核磁氢谱对实验产物进行确认 1 6 本文的研究内容及意义 传统的1 氯葸醌合成工艺复杂 对设备的要求高 特别是在葸醌磺化定位的 过程中要以汞盐作为定位剂 这使得产品中不可避免的含有汞 而脱汞的费用高 且难以脱尽 这给环境治理带来一定的难度 本文以3 氯苯酐和苯为原料 在催化剂无水a i c l 3 作用下 进行f c 酰基化反 应 将其得到的产物经过一定处理后在浓硫酸的作用下进行脱水闭环生成1 氯葸 醌 该生产工艺从根本上解决了汞污染的问题 改善了生产环境 符合未来发展 的趋势 在上述1 氯葸醌的合成工艺中 需要大量的a i c l 3 和h 2 s 0 4 作为催化剂 将导 致大量废液的产生 回收废液成本较高 而微波合成在减少反应时间 缩短工艺 流程 本文对微波一步法合成1 氯葸醌进行初步研究 由于目前对2 苯甲酰基一3 氯苯甲酸的分析方法缺乏 对第一步反应优化尚缺 本文对生成1 氯葸醌的反应条件作了系统的研究 寻求生成1 氯葸醌的较佳反应 条件 此外 目前对2 苯甲酰基 3 氯苯甲酸及1 氯葸醌的性质的报道较少 本文 采用红外 核磁 质谱对反应产物进行表征 同时对其熔点 溶解度等主要物性 进行测定 1 6扬州大学硕士学位论文 22 苯甲酰基一3 氯苯甲酸和1 氯蒽醌的结构表征 经过f c 酰基化及脱水闭环反应得到的目的产物分别为2 苯甲酰基 3 氯苯甲 酸和1 氯葸醌 将反应得到的粗产物经分离提纯后进行结构表征 确定目标反应 的进行 本文采用差示扫描量热法 d s c 红外光谱分析 i r 质谱 m s 核磁氢 谱 h n m r 对2 苯甲酰基 3 氯苯甲酸和1 氯葸醌进行表征 目前 蔡鲁航 1 8 对2 苯甲酰基一3 氯苯甲酸粗产品的熔点有所报道 尚未发现其他对2 苯甲酰基 3 氯苯 甲酸的报道 2 12 苯甲酰基 3 一氯苯甲酸的结构表征 2 1 1 实验仪器 d s c2 0 4 f 1 型差示扫描量热分析仪 德国n e t z s c h 公司 t e n s o r2 7 傅立叶 变换红外光谱仪 f t i r 德国b r u k e r 公司 a v a n c e 6 0 0 核磁共振波谱仪 德国 b r u k e r 公司 l c qd e c ax pm a x 液质联用仪 t h e r m ou s a 2 1 2 实验药品 3 氯代苯酐 纯度 9 8 3 2 淄博市临博区新鹏化工助剂厂 苯 a r 国药集团 化学试剂有限公司 无水a i c h a r 国药集团化学试剂有限公司 k b r a r 国 药集团化学试剂有限公司 氘代氯仿 a r 国药集团化学试剂有限公司 2 1 32 苯甲酰基 3 氯苯甲酸的制备 称取纯度约为9 8 的3 氯苯酐1 2 4 4 克和苯1 3 3 毫升于2 5 0 毫升四1 2 1 烧瓶 在 室温下搅拌 并称取2 l 克无水a i c l 3 加入四口烧瓶中 升温至4 0 c 此时无水a i c l 3 迅速溶解 溶液呈橙黄色 反应2 小时后待溶液冷却至室温 将其投入5 盐酸溶 液中 溶液中立即有白色固体析出 将其进行真空抽滤 水洗 干燥至恒重 即 卜氯葸醌合成研究 得到粗产品2 苯甲酰基 3 氯苯甲酸 将粗产品2 苯甲酰基 3 一氯苯甲酸溶解在乙酸乙酯中 上面用氯苯密封 一段 时间后 随着乙酸乙酯的挥发 溶液逐渐析出2 苯甲酰基 3 氯苯甲酸晶体 经过 液相色谱分析 产品的纯度为9 8 3 2 1 42 苯甲酰基 3 氯苯甲酸的表征 1 差示扫描量热法 d s c 开启仪器 通入氮气流 取配好浓度的样品5 毫克左右 盛于标准铝坩埚中 压好密封盖 放在加热炉中的固定位置上 将空的标准铝坩埚作为参比物 选择 升温速率为1 0 c r a i n 扫描温度范围为3 0 2 5 0 c 得到d s c 曲线 图2 12 一苯甲酰基 3 氯苯甲酸晶体的d s c 曲线 从图2 l 可以看出 2 苯甲酰基一3 氯苯甲酸的熔程为2 2 6 1 2 3 2 6 c 文献 i 8 所报道的2 苯甲酰基 3 氯苯甲酸的粗品熔程2 2 4 2 2 8 基本一致 初步表明目的产 物2 一苯甲酰基一3 氯苯甲酸的生成 经过乙酸乙酯重结晶后的2 苯甲酰基 3 氯苯甲 酸纯度较高 扬州大学硕士学位论文 2 红外光谱分析 取少量经红外灯烘干的2 苯甲酰基 3 氯苯甲酸晶体研磨成粉末状后 与干燥 的k b r 以约l 4 0 0 的比例进行混合 研磨 压片 用傅立叶红外光谱仪进行扫描 为保证2 苯甲酰基 3 氯苯甲酸中不含水分 将产品继续置于红外灯下烘l 小时 进行混合 研磨 压片 扫描 实验发现 两次扫描的结果一致 根据所得光谱 推断2 苯甲酰基 3 氯苯甲酸的结构官能团 如图2 2 所示 图2 22 苯甲酰基 3 一氯苯甲酸的红外光谱图 从红外光谱图上可以看出 在2 5 0 0 3 0 0 0 c m 1 左右 图谱上有吸收带 这是 o h 伸缩振动引起的 由于羧羟基的缔合作用 使得该吸收带宽而散 在1 4 0 9 c m 1 和1 2 5 4 c m i 左右有吸收峰 是羧羟基的面内弯曲振动和c o 伸缩振动耦合的结果 在1 6 8 7 c m o 吸收峰 是c o 的伸缩振动 1 5 7 0 e m i 左右有吸收峰 是苯环的骨架 振动 在7 6 8c m 一 7 4 2 c m i 左右有吸收峰 是苯环上取代的指纹区显示 1 1 5 9 c m i 左右有吸收峰 是c c l 的伸缩振动 经过红外光谱分析得出 产品中有c o c o o h 苯环 c c l 取代基 3 核磁谱图表征 卜氯蒽醌合成研究 1 9 对2 苯甲酰基 3 氯苯甲酸进行核磁表征 6 0 0m h z c d c l 3 2 苯甲酰基 3 氯苯甲酸中的h 标识如图2 4 所示 7 8 0 7 0 7 6 0 图2 32 苯甲酰基 3 氯苯甲酸i h n m r 谱图 表2 12 苯甲酰基 3 氯苯甲酸1 h n m r 谱图化学位移对应氢原子 1 衄 2 苯甲酰基 3 氯苯甲酸的9 h 为活泼氢 经氘代氯仿置换后消失 谱图上应有 扬州大学硕士学位论文 8 个氢 从图2 4 核磁氢谱的积分面积可以看出 分子中有8 个氢 这与理论一致 且化学位移为7 0 8 8 p p m 故均为苯环上的氢 在a 7 4 3 5 7 4 6 2 p p m 8 7 7 5 6 7 7 6 8 p p m 处分别有2 个化学环境相同的氢 从分 子式看来 应分别为4 h 和8 h 5 h 和7 h 由于c o 上o 原子的电负性 苯环的 电子云密度降低 尤其是邻位 因此 苯环上剩余五个氢都向低场移动即化学位