α-乙酰-γ-丁内酯的合成机理研究及其应用

-乙酰-丁内酯的合成机理研究及其应用【摘要】：-乙酰-丁内酯(ABL)是一重要的医药中间体和有机化工原料。尤其是随着维生素B1、延心痛、氯喹、杀菌剂丙硫菌唑、抗惊厥药物盐酸氯美噻唑、抗精神病药物利培酮嘧啶以及特殊医用高分子材料,在国内外市场上的不断开拓,对-乙酰-丁内酯的需求量也逐年增加。目前,-乙酰-丁内酯的合成方法主要有两种,其一：以-丁内酯和乙酸酯为原料,甲苯做溶剂,碱金属为缩合剂制备-乙酰-丁内酯的生产工艺；其二：以环氧乙烷和乙酰乙酸酯为原料的合成工艺。前者与后者相比,具有成本低、产率高、不安全隐患相对较小等优点。该工艺是国内目前工业化生产普遍使用的方法。但是,该生产工艺,使用甲苯做溶剂,并在金属钠熔融状态下滴加乙酸酯和-丁内酯的混合物,在反应引发阶段,产生大量极易气化的乙酸酯和反应生成的副产乙醇、氢气,经常发生冲料、燃烧、甚至爆炸等事故。另外,由于-乙酰-丁内酯在水中溶解度较大(约20%),后处理水相需要有机溶剂萃取,操作相对麻烦,污染严重。本工作为使国内目前合成-乙酰-丁内酯工业化生产普遍采用的方法更加合理、安全、减少污染及简化操作,对其整个生产过程进行了系统的研究。揭示了-乙酰-丁内酯的反应机理；建立了一种收率高、相对安全、环境污染少、操作简便、易于工业化生产的合成新工艺。具体研究内容及结果如下：1.揭示了-乙酰-丁内酯生成的反应机理利用GC/MS联用对反应过程中物料组成的变化进行了跟踪检测,并采用密度泛函理论对其原料、产品以及可能生成的中间体的生成焓(,H298)进行了计算,揭示了-乙酰-丁内酯生成的反应机理是：“-丁内酯在碱性条件下脱去一-活泼氢形成其碳负离子,随后其在生成-乙酰-丁内酯过程中通过了两种途径,即：该碳负离子不但可直接进攻乙酸酯的羰基碳,形成-乙酰-丁内酯,而且该碳负离子还可进攻另一分子-丁内酯的羰基碳,形成其“二聚体”的碳负离子,该二聚体的碳负离子再与乙酸酯反应生成-乙酰-丁内酯”。2.建立了“本底做溶剂代替甲苯合成-乙酰-丁内酯的新工艺”-乙酰-丁内酯生成的反应机理表明,在合成-乙酰-丁内酯的过程中,可以不考虑由于原料局部过浓而产生副反应的问题。从而,用“本底做溶剂代替甲苯”,彻底避免了苯系物带来的环境污染；并通过调节金属钠比表面积实现了反应速率可控的目的,消除了冲料、着火等安全隐患；同时,通过选择中和用酸的种类、浓度、温度等条件,利用盐析原理,实现了油水两相有效分离,取消了水相用有机溶剂萃取的操作,简化了后处理,生产成本每吨节省3100多元,收率从76%提高到了90%以上。建立了一条年产2000吨的工业化生产线。3.建立了联产多种磷酸盐的废水处理方法在生产-乙酰-丁内酯的过程中,每生产1吨-乙酰-丁内酯,同时产生副产物磷酸盐废水约2吨左右。对该废水为原料联产多种磷酸盐生产条件进行了系统的研究,建立了各项指标均符合国标要求的多种磷酸盐(磷酸二氢钠、磷酸氢二钠、磷酸钠、酸式焦磷酸钠、焦磷酸钠、三偏磷酸、六偏磷酸钠或三聚磷酸钠),联产新工艺。4.建立了同时测定主副产物及原料气相色谱方法为了实现对工业化生产的有效控制,采用毛细管气相色谱法,以己酸乙酯为内标物,建立了同时测定-乙酰-丁内酯、Y-丁内酯和-(2-四氢呋喃亚基)-丁内酯含量的方法,其线性范围分别在030.1335mgmL-1、015.0810mgmL-1和09.0600mgmL-1的范围内被测组分浓度与被测组分与内标物峰面积比呈良好的线性关系,其相关系数均在0.9991以上；回收率在96.54102.47%之间,相对标准偏差在0.08-2.48%之间。该方法具有良好的定量精确性和重复性,应用于-乙酰-丁内酯生产过程中中控及产品的含量分析,取得了满意的结果。5.修订了“工业-乙酰-丁内酯”的质量标准为确保该产品质量,满足下游产品的质量和生产要求,改变该产品现行标准落后的现状,建立相对科学、合理的产品质量标准。建立了以主成分-乙酰-丁内酯为内标,气相色谱校正面积归一化法同时测定主成分-乙酰-丁内酯和有害杂质苯和甲苯的方法。【关键词】：-乙酰-丁内酯反应机理密度泛函理论联产磷酸盐【学位授予单位】：山西大学【学位级别】：博士【学位授予年份】：2013【分类号】：TQ225.24【目录】：中文摘要12-14ABSTRACT14-18第一章文献综述和选题背景18-331.1引言18-201.2国内外研究现状及存在的问题20-271.2.1以环氧乙烷和乙酰乙酸酯为原料合成-乙酰-丁内酯的研究现状20-221.2.2以-丁内酯和乙酸酯为原料合成-乙酰-丁内酯的研究现状22-251.2.3-乙酰-丁内酯形成机理的研究现状25-271.3选题的目的意义及研究内容27-28参考文献28-33第二章-乙酰-丁内酯反应机理的研究33-512.1引言332.2材料与方法33-352.2.1仪器与材料33-342.2.2-乙酰-丁内酯的合成方法342.2.3-(2-四氢呋喃亚基)-丁内酯的分离342.2.4GC-MS、HNMR和红外光谱分析条件及方法342.2.5物料转化行为的跟踪检测342.2.6生成焓的计算34-352.3结果与讨论35-482.3.1反应液中各组分的结构表征35-422.3.2反应过程中各组分含量随反应时间的变化规律42-432.3.3生成焓的计算43-452.3.4-乙酰-丁内酯的合成机理的研究45-482.4小结48参考文献48-51第三章本底做溶剂合成-乙酰-丁内酯新工艺研究51-713.1引言513.2材料与方法51-533.2.1仪器与试剂513.2.2色谱分析条件51-523.2.3-乙酰-丁内酯的合成方法523.2.4-乙酰-丁内酯的合成工艺优化523.2.5正交试验设计52-533.3结果与讨论53-693.3.1-乙酰-丁内酯的表征53-553.3.2-乙酰-丁内酯的合成条件优化55-593.3.3-乙酰-丁内酯的正交试验59-633.3.4-乙酰-丁内酯的放大实验63-693.4小结69参考文献69-71第四章-乙酰-丁内酯联产磷酸盐工艺的研究71-844.1引言714.2材料与方法71-754.2.1仪器与试剂714.2.2标准溶液的配制71-724.2.3磷酸盐废水成分分析72-734.2.4磷酸盐废水pH值测定734.2.5磷酸盐废水的转化73-744.2.6产品质量测定方法74-754.3结果与讨论75-824.3.1磷酸盐废水成分分析75-764.3.2磷酸盐废水的pH值测定764.3.3磷酸盐废水转化76-82参考文献82-84第五章-乙酰-丁内酯原料中间体同时测定方法的研究84-915.1引言845.2材料与方法84-855.2.1仪器与试剂845.2.2色谱分析条件84-855.2.3标样及内标的配置855.2.4分析方法855.3结果讨论85-895.3.1色谱条件选择85-865.3.2线性范围86-875.3.3回收率与精密度实验87-885.3.4样品分析88-895.4小结89参考文献89-91第六章-乙酰-丁内酯质量标准的修订91-1096.1引言916.2标准起草说明91-926.3技术要求指标规定的依据92-1076.3.1外观926.3.2气味92-936.3.3pH值936.3.4折光率936.3.5色度936.3.6水的质量分数936.3.7-乙酰-丁内酯质量分数93-1036