邻甲氧基苯重氮盐水解制备愈创木酚的研究

邻甲氧基苯重氮盐水解制备愈创木酚的研究

依法，创造酚类、相邻羟基苯甲酮、c7h802和含量124.14。愈创木酚是重要的精细化工中间体,广泛应用于医药、香料和染料的合成。医药上,可用于合成止咳祛痰药物愈创木酚磺酸钾、愈创木酚甘油醚;香料工业上用于合成香兰素。愈创木酚还可以用作测定铜、氢氰酸和亚硝酸盐的试剂,用作聚合反应、食品工业的抗氧化剂等。目前国内外已经工业化的合成方法主要是邻氨基苯甲醚法,该法以邻氨基苯甲醚为原料,经重氮化、水解制得愈创木酚。该法拥有其他方法不易制得,制得的愈创木酚无异构体、质量高等优点。该方法中的重氮化步骤已经成熟,收率达98%以上,而水解步骤工艺复杂、污染严重、收率偏低(工业化实际收率小于82%);再加上对工艺研究的报道较少,本文将针对邻氨基苯甲醚法制备愈创木酚中的水解步骤进行工艺研究,为进一步优化工艺提供依据。1重氮盐水解反应水解时,邻甲氧基苯重氮盐在酸性环境和铜离子催化作用下失去重氮基生成邻甲氧基苯碳正离子,此步反应较慢,是水解反应的控制步骤。生成的邻甲氧基苯碳正离子与亲核试剂水分子在铜离子催化作用下迅速结合,发生亲核取代反应生成愈创木酚,此为主反应,方程式如下:此外,体系中不断加入的原料邻甲氧基苯重氮盐能与产品愈创木酚发生偶合反应,形成偶氮副产物,方程式如下:上述偶合副反应是主要的副反应,此外,体系中能够发生微量的缩合反应、聚合反应等,反应较为复杂,尚不能明确测出其中的副产物。根据资料对重氮盐水解进行的动力学分析,该水解具有温度效应和浓度效应。由于主反应的活化能高于副反应,升高温度有利于水解反应;重氮盐的高浓度、产品的低浓度及水的高浓度有利于水解反应,反之将增加副反应降低主产品收率,因此该水解反应的关键是快速升温、迅速分散和产品的及时移出,这些是该水解反应必须满足的反应条件,但工业化生产中往往不能满足这些条件,于是产生了大量副产物,增加了产品分离难度和产品成本。2实验2.1实验过程实验流程见图2.1。由图可知,实验共分三个部分:重氮化、重氮盐的水解和产品的分离提纯。2.2实验步骤2.2.1亚硝酸钠检测在装有电动搅拌器、温度计和恒压滴液漏斗的500mL四口烧瓶中加入56.4mL水、10mL浓硫酸和10mL邻氨基苯甲醚,冰水冷却至5℃以下,缓慢滴入20.5mL亚硝酸钠溶液(质量分数为30%),过程控温5℃以下,滴加0.5～1.0h,滴加完毕后继续反应0.5h。用淀粉-碘化钾试纸检测终点,加入少量尿素中和过量的亚硝酸。反应结束后加适量水稀释,即得一批邻甲氧基苯重氮盐溶液。2.2.2重氮盐水解法在装有搅拌器、温度计、滴液漏斗和冷凝器的500mL四口烧瓶中加入一定量的水、浓硫酸和催化剂硫酸铜(即配制水解液),油浴加热至沸腾后滴加上述制备的重氮盐溶液进行水解,生成的愈创木酚随水蒸气移出,水解过程中补加一定量的去离子水来保持水解液中水酸配比。重氮盐滴加完毕后继续反应半小时,使反应完全。蒸出的粗酚经甲苯萃取、减压蒸馏后得纯品愈创木酚,制得的愈创木酚进行计量和纯度分析。2.3产品纯度和定量定量的测定产品愈创木酚的定性分析采用FTIR-7600型红外光谱仪,在与标准谱图相同的测试条件下测得样品的谱图在吸收峰位置、强度和峰形上完全一致。产品纯度采用UV757CRT型紫外可见分光光度计,以乙醇为参比,在(277±1)nm处分别测定标样与产品的吸光度,通过标准对比法计算得产品纯度,大于98.1%。本实验采用愈创木酚的收率作为影响因素的考察指标。3分析与讨论的结果通过单一因素实验探索了水解温度、重氮盐滴加时间、水解液中水酸配比和催化剂用量等因素对愈创木酚收率的影响。结果分析如下。3.1麻黄水解液中水酸含量比的确定取10mL邻氨基苯甲醚进行重氮化,制得的重氮盐溶液稀释后滴入水解液水解,考察不同水解温度对愈创木酚收率和选择性的影响。其中,重氮盐稀释1倍、水解液中水酸质量比为1.6:1(体积比为3:1),催化剂占水解液质量的20%,重氮盐溶液滴加1小时,结果见图3.1。图3.1中,100～105℃为水解液中水酸质量比为1.6:1时的沸腾温度,105℃之后是通过缩小水酸质量比得到水解液的沸腾温度。由图可见温度对产品收率的影响非常显著,温度效应是影响水解产品收率的显著性因素之一。当温度低于沸腾温度时,水解反应缓慢,副反应占主导地位,这是因为副反应的活化能较水解反应的低,体系中只有少量的水解反应进行,低温不利于主反应;当水解温度通过缩小水酸质量比得以提高时,升高温度理论上应增加产品收率,但由于水酸质量比的缩小降低了体系中水的浓度,重氮盐的浓度相对增加,不利于主反应的进行,主产品收率反而降低。因此,水解反应只有在一定水酸配比的沸腾溶液中进行才能提高主产品收率。另外,在沸腾温度下进行水解,可以把生成的愈创木酚及时随水蒸汽移出,又体现了水解的浓度效应,产品的移出降低了产品在体系中的浓度,一方面可以促使反应向正向进行,另一方面减少了产品与原料发生副反应的机会,有利于提高产品收率。3.2蒸出体系中水酸质量配比的确定水解液中水酸质量比分别采用4:1、6:1、8:1、10:1、12:1、14:1和16:1,水解液沸腾下滴入重氮盐溶液进行水解,蒸出产品,补加去离子水以保证水解液中水的浓度不变,滴加完毕后继续反应至水解液中大部分水被蒸出,其它实验条件同上。结果见图3.2。由图3.2可知,水酸配比对产率的影响较大,当水酸质量比在10:1附近时产品收率最高。这是因为水的高浓度有利于重氮盐的分散,有利于抑制副反应,但水的浓度过高致使重氮盐过于分散,且由于补加大量的水致使蒸出的粗酚中产品浓度过低而不利于萃取(若不补加水,由于水的蒸出体系中水酸质量比将降低,由图3.2可知水酸质量比的降低对水解反应极为不利);当体系中水的浓度过低时,酸的浓度相对升高,重氮盐不易分散,生成的产品不易蒸出,从而增加了重氮盐与产品偶合的几率,导致产品收率降低。这是水解反应的浓度效应,因此,要提高产品收率应尽量满足重氮盐和产品的低浓度、水的高浓度。3.3重氮盐的滴加时间滴加重氮盐的时间分别采用0.5h、1h、1.5h和2h,水解液中酸水质量比采用10:1,其它条件同上。结果见图3.3。由图3.3可知,重氮盐的滴加时间为1h时产品收率最高。重氮盐的滴加时间对产品收率的影响反映了重氮盐加入方式对水解产品收率的影响,这种加料方式的影响是水解浓度效应的本质体现,重氮盐滴加时间接近于零时即为一批重氮盐一次性加入,这将导致体系中重氮盐浓度过高,不利于水解反应,随着滴加时间的放慢重氮盐浓度降低,有利于产品收率的提高;但重氮盐滴加过慢时,重氮盐的浓度过低,且蒸出的粗酚中产品浓度低不易萃取,均不利于产品收率的提高。3.4重氮盐稀释1倍时产品收率重氮盐稀释倍数分别采用0、0.5、1、1.5、2,催化剂用量采用水解液质量的30%,其它条件同上,实验结果见图3.4.由图3.4可知,重氮盐稀释1倍时产品收率较高。在滴加时间不变时,过低的重氮盐稀释倍数将导致水解体系中局部重氮盐浓度过高,不利于主反应;由于制备的重氮盐要在1h内全部加入水解,而且冷料加入,则过高的重氮盐稀释倍数将使重氮盐溶液中水的量增加,一方面使水解温度有所降低,另一方面减慢了产品随水蒸汽的移出速度,降低了蒸出的粗酚中产品的浓度,从而导致产品收率下降。3.5催化剂用量对水解反应的影响催化剂质量分别占水解液质量的10%、20%、30%、40%和50%进行实验,滴加重氮盐的时间约1h,其它条件同上。结果见图3.5。由图3.5可知,催化剂用量对产品收率的影响非常显著,当催化剂用量占水解液质量的30%时产品收率有明显提高,高于此值时产品收率提高不明显。由于水解反应的活化能较高,加入硫酸铜催化剂可以降低水解反应的活化能,当催化剂含量较少时,水解所需的反应温度远高于水解液的沸腾温度。随着催化剂用量的加大,水解反应本身所需的温度逐渐减低,当此温度降低至水解液沸腾温度时,催化剂用量的继续增加不能明显增加产品收率,考虑到催化剂的成本,催化剂用量约占水解液质量的30%～35%时较为合适。此催化剂用量较大,但回收容易,因此工业生产中往往循环利用。4合成愈创木酚收率对三废排放的影响通过单一因素实验,研究了水解