水杨酸及其衍生物.doc

水杨酸及其衍生物 摘要介绍了水杨酸、乙酰水杨酸、对-氨基水杨酸、水杨酸甲酯的生产现状及新的合成工艺。关键词水杨酸;衍生物;合成水杨酸(邻羟基苯甲酸) 是医药、食品、香料、染料和农药等工业的重要中间体。水杨酸最早用于合成医药阿斯匹林, 后来用于合成香料冬青油。70 年代后,用于合成农药水胺硫磷、甲基异柳磷等杀虫剂品种, 并用于合成直接染料和酸性媒介染料。随着水杨酸在许多领域的广泛应用, 水杨酸的需求量大大增加。我国水杨酸工业生产始于50 年代末。水杨酸化学名称为邻-羟基苯甲酸，又名柳酸，存在于柳树、水杨树及其他许多植物中。水杨酸是白色针状结晶，熔点157-1590C，微溶于水，易溶于乙醇。水杨酸属酚酸，具有酚和羧酸的一般性质。例如，与三氯化铁试剂反应显紫色，在空气中易氧化，水溶液显酸性，能成盐、成酯等。水杨酸甲酯俗名冬青油，是由冬青树叶中提取得到。水杨酸甲酯为无色液体，沸点为1900C，具有特殊香味。可作扭伤时的外擦剂，也用作配制牙膏、糖果等的香料。水杨酸异丙酯(邻羟基苯甲酸异丙酯) 是一种重要的有机化工原料和中间体, 可用作溶剂、催化剂、塑料助剂及合成农药、医药等。目前,我国主要用于合成农药水胺硫磷。1 水杨酸1.1 水杨酸的合成方法1.1.1 苯酚法常压法 以苯酚为原料, 可得99 %含量的成品水杨酸, 收率为50 %70 %。该法的优点是常压操作, 安全性较好, 较适宜小企业生产, 设备投入也较小; 缺点是苯酚消耗较高, 单耗转化率低, 苯酚循环使用能耗也较高。目前不采用此法生产。中压法 以苯酚为原料, 该法含量为99 % ,收率达98 %以上。该法的优点是苯酚的单程转化率高, 成本低, 产品质量好; 缺点是用0.70.8 MPa 反应压力,设备投入较大,有一定的危险性。该法是目前工业上采用的主要方法,有较强的竞争能力,前景广阔。1.1.2 邻硝基甲苯法以邻硝基甲苯为原料,工艺流程长,成本高,副反应多,不适合工业生产。1.1.3 邻甲基苯磺酸法以邻甲基苯磺酸为原料, 该法仅有理论学术意义,无工业化意义,效率极低,原料来源困难。1.1.4 邻甲酚法该法以邻甲酚为原料, 该法有一定的工业价值, 但成本高, 工艺流程长。目前还没有厂家采用。1.水杨酸的应用1.2.1 合成香料用水杨酸可以合成水杨酸甲酯、水杨酸乙酯、水杨酸异戊酯、水杨酸异丁酯、水杨酸苄酯、水杨酸苯酯及水杨酸苯乙酯等香料。1.2.2 合成医药用水杨酸可以合成乙酰水杨酸(阿斯匹林) 、柳胺酚(利胆酚) 、格列本脲、三溴沙仑、柳氮磺吡啶、氯硝柳胺及水杨酰胺等药品。1.2.3 合成农药用水杨酸可以合成水胺硫磷、甲基异柳磷及乙基异柳磷等农药。1.2.4合成染料用水杨酸可以合成直接黄棕D3G(C. I. 30045) 、直接深棕M(C. I. 22311) 、直接黄棕3G(C. I. 30050) 、直接耐晒棕BRL (C. I. 30145) 、酸性媒介深黄GG(C. I. 14010) 及酸性媒介黄3G(C. I. 13990) 等染料。1.2.5 合成精细化工中间体用水杨酸可以合成5 - 氯水杨酸、3 ,5 - 二氯水杨酸及水杨酰苯胺等产品。可见, 水杨酸是一个具有广泛用途的化工中间体。目前国内对其应用方面的研究尚不深入, 只是在医药、农药方面用量较大。因此,应大力开发其衍生产品, 不断提高水杨酸的质量, 降低生产成本, 以满足精细化工行业的需要。2 水杨酸甲酯2.1概述 水杨酸甲酯俗名冬青油,一种重要的酯类化合物,是无色且有香味的液体,沸点220222,易溶于乙醇、异辛烷、乙醚等有机溶剂,微溶于水。放置在空气中易变色,在酸、碱条件下易水解。现被广泛地用在精细化工中作溶剂、防腐剂、固定液;也用作饮料、食品、牙膏、化妆品等的香料;以及用于生产止痛药、杀虫剂、擦光剂、油墨及纤维助染剂等 。天然的水杨酸甲酯是在甜桦树中发现的,早期的水杨酸甲酯是从甜桦树和冬青叶中提取出来的。但因来源有限,因此人工合成它就显得尤为重要。2.2 合成2.2.1 提取法 目前,从植物中提取水杨酸甲酯常用乙醇、乙醚、氯仿、冰醋酸等溶剂经过反复浸泡虹吸,然后用蒸馏萃取法分离,得到纯净的水杨酸甲酯。流程如下:冬青树叶（溶剂萃取）萃取液（蒸馏）水杨酸甲酯考虑到溶剂的价格、毒性和产品收率,目前用的比较多的溶剂是乙醇 。郭鹏等研究发现用水乙醇体积比为21的溶液浸取6 h后再进行蒸馏,收率较高。2.2.2 合成法化学合成法是用水杨酸和甲醇(或其他酯化试剂)在酸性催化剂催化下合成水杨酸甲酯的,传统的生产过程如下:水杨酸,无水甲醇,浓硫酸,常压下轻沸回流反应一定的时间,反应液蒸出过量甲醇等低沸点物质后,加入10% NaCO 溶液,分出油状物用NaCO溶液和蒸馏水洗涤至中性,干燥,过滤,减压蒸馏得纯品。2.2.3 其他方法李靖等研究发现用微波辐射代替传统的加热方式可以加速反应的进行。由于极性分子内电荷分布不平衡,在微波场中能迅速吸收电磁波的能量,通过分子偶极作用进行超高速振动,提高了分子的平均能量,使反应温度急剧上升,从而提高了反应速度。对于用浓硫酸催化甲醇和水杨酸合成水杨酸甲酯的工艺中,张德华用甲苯作为带水剂,及时除去反应过程中生成的水,也可以保持催化剂的活性,提高产品收率。3 水杨酸异丙酯3. 1 概述水杨酸异丙酯(邻羟基苯甲酸异丙酯) 是一种重要的有机化工原料和中间体, 可用作溶剂、催化剂、塑料助剂及合成农药、医药等。目前,我国主要用于合成农药水胺硫磷。3. 2 合成3.2.1 硫酸催化酯化法水杨酸与异丙醇在浓硫酸的作用下直接生成水杨酸异丙酯,反应时间长达1618h ,产品收率仅为70%75% , 含量为80%85%, 酯化过程中产生大量废酸和废水,回收利用困难,环境污染严重。此法正逐渐被淘汰。3.2.2 氯化亚砜法水杨酸先与氯化亚砜作用生成水杨酰氯, 然后再与异丙醇反应生成水杨酸异丙酯, 产品收率为90%左右, 含量为95%左右。此法生产中要使用大量的氯化亚砜, 该产品主要靠进口, 价格很高, 导致生产成本高, 同时反应过程中产生大量的二氧化硫和氯化氢气体,造成环境污染。因此开发新型、高效催化剂是水杨酸异丙酯合成的一个重要课题。3.2.3 固体酸催化法用固体酸催化, 溶剂带水生产水杨酸异丙酯的最佳工艺条件为:水杨酸为0. 5mol 时,水杨酸与异丙醇的配比为11.82 ,温度为95116 ,溶剂用量为60g , 固体酸用量为15 g , 反应时间为15h 。此法优点是使水杨酸异丙酯的收率提高到90%以上,降低了异丙醇的消耗,消除了环境污染。3.2.4 混合酸催化法混合酸催化法的最佳工艺条件为: 水杨酸与异丙醇的摩尔比为11.8 , 反应温度为95118 ,反应时间为1618 h , 混合酸催化剂的最优组合为(以0. 75 mol 水杨酸为基准) 硫酸2 mL 、对甲苯磺酸3g 、硼酸3g 、草酸1g ,催化剂质量分数占投入水杨酸质量分数的10%。3.2.5 钛酸丁酯催化往装有搅拌器、温度计的三口烧瓶中加入一定量的水杨酸、异丙醇和钛酸丁酯。在搅拌下油浴加热至一定温度,保持回流一段时间,再向烧瓶中滴加等量的异丙醇。注意保持滴加速度与蒸出速度相当,主要用异丙醇和水形成的共沸物,带走生成的水分, 使反应向右移动, 这样保持数小时。反应结束后,自然冷却至室温,移至分液漏斗,加水洗涤,静置分层,然后用饱和NaHCO溶液洗至pH=78 后,再用等体积水洗至中性, 制得水杨酸异丙酯。洗涤分出的水相,用硫酸处理回收未反应的水杨酸。该反应的最佳工艺条件为异丙醇水杨酸为3：1 , 催化剂用量为水杨酸质量的3% , 反应温度为120 ,反应时间为9h 。将回收的异丙醇经过脱水后,与回收的水杨酸按上述最佳工艺条件进行实验,其收率可以达到80%以上。3.2.6 HD 1 和SEA 70 催化采用自制的固体催化剂HD1 和液体催化剂SEA70 , 以水杨酸和丙烯为原料合成水杨酸异丙酯, 该工艺具有原料消耗小、生产成本低、设备投资少、产物易于提纯等特点。将一定量的水杨酸装入带有搅拌器、温度控制器的不锈钠高压反应釜中, 按一定的催化剂用量加入催化剂。先通入丙烯气体置换反应釜中的空3次。然后调节减压阀使反应釜中丙烯气体压力达到一定值, 关紧进气阀, 通电加热并开动搅拌器, 使温度到达并恒定在设定的值。反应一段时间后, 停止反应, 降温到反应釜中温度为40 左右, 打开排气阀使多余的丙烯减压排出, 即可打开高压釜取出反应产物。水杨酸是一个具有广泛用途的化工中间体。目前国内对其应用方面的研究尚不深入,只是在医药、农药方面用量较大。因此,应大力开发其衍生产品,不断提高产品的质量和收率,降低生成成本,以满足精细化工行业的需要。参考文献 1 曹广宏. 水杨酸的合成及其应用J . 辽宁化工,1994 , (3) :33 -41. 2 陈良. 我国水杨酸的生产与消费J . 现代化工,1996 , (1) :41 - 42. 3 李仁全. 从冬青树叶中提取水杨酸甲酯的探讨 J . 四川职业技术学院学报, 2005, 15 (3) : 9091 4 樊正林, 樊硕. 从冬青树叶中提取水杨酸甲酯的研究 J . 实验与创新思维, 2003, (1) : 15 5 郭鹏, 周竹, 王世存. 从冬青叶中提取冬青油的工艺探讨 J . 信阳师范学院学报(自然科学版) , 2002,15(3) : 338339 6 章思规. 实用精细化学品手册(有机卷, 下) M . 北京: 高等教育出版社, 1987 7 郭海福, 郝东升, 崔秀兰等. 固体超强酸TiO2 - Al2O3 /SO42 - 催化合成水杨酸甲酯 J . 内蒙古工业大学学报,1998, 17 (2) : 3135 8 王炜, 管洪刚. 硅钨酸催化合成水杨酸甲酯的研究 J . 科技通报, 2000, 16 (2) : 111115 9 田忠江