情境9 化工中间体邻氨基苯甲酸的合成

情境9化工中间体邻氨基苯甲酸的合成《化工产品合成》工作过程导向教改课程知识目标：了解胺化反应的分类、特点，资料检索方法，安全环保的知识，合成路线设计的原则和方法。理解邻氨基苯甲酸的合成路线，氨基化反应、脱羰基反应的基本规律和影响因素。能力目标：能应用胺化反应、脱羰基反应原理进行胺化反应、脱羰基反应实验方案的制订，能安装胺化、脱羰基反应小试装置，掌握反应操作、控制的方法以及产品分离、鉴定的方法。学习目的与要求项目名称内容技术要求执行标准专业指标理化指标开发邻氨基苯甲酸开发邻氨基苯甲酸实验室规模的合成方案:合成路线、原料的选择、工艺路线的设计及选择、产品的精制、检测、三废处理等中文名称：化学名称：英文名称：CAS号：分子式：分子量：结构式：优级品纯度：≥99％外观：熔点：沸点：溶解性：标准编号HG/T2669-1995市场服务对象XXX化工厂公司进度要求1～2周项目负责人（学生小组组长）开发人员（学生小组成员1）（学生小组成员2）（学生小组成员3）下达任务人（教师）（技术部经理）日期：（课程开发组）（技术总监）日期：【项目任务书解读】表3-1产品开发项目任务书【项目任务书解读】表3-1产品开发项目任务书（2）要求解读（3）关键信息（1）内容解读邻氨基苯甲酸的小试合成路线专业指标：化合物名称、CAS号理化指标：理化性质执行标准：Q/DLB0001-20052.相关背景人文信息邻氨基苯甲酸的用途、开发价值、法律法规等1.解读（4）其他信息开发周期、服务对象技术要求：专业指标、理化指标邻氨基苯甲酸背景资料主要用途：用于制造偶氮染料、蒽醌染料、靛蓝染料、药物和香料等。也可用于一般的有机合成。（非法用途：制造安眠酮和新安眠酮）邻氨基苯甲酸又名氨茴酸，易制毒化学品，属于化工中间体。可燃，具刺激性。对眼睛、皮肤、粘膜和上呼吸道有刺激作用，对环境也有危害，对水体和大气可造成污染。水溶性5.7g/L(25ºC)邻氨基苯甲酸安眠酮讨论内容讨论形式和要求形式：由一合成小组汇报合成任务单的完成情况，各小组针对其完成情况进行讨论、质证。要求：原则上“组组”参与，即每一合成小组就合成任务单内容至少提问一个有关问题。汇报人记录并试解答。合成任务单（一）（二）学习任务单讨论工作过程合成任务单（一）要点解析1.如何剖析目标化合物的分子结构式？2.如何进行合成路线设计？3.如何选择合适的合成路线？

4.合成路线涉及单元反应分析5.试剂的选择工作过程任务单11.如何剖析目标化合物的分子结构式？（1）邻氨基苯甲酸分子结构式②官能团：③官能团的位置关系：①基本结构：工作过程任务单1苯环羧基、氨基羧基与氨基处于苯环的邻位（2）邻氨基苯甲酸分子结构式剖析工作过程任务单1剖析母体结构：母体结构不同，则起始出发底物不同母体结构看成苯：即向苯环上分别引入羧基、氨基母体结构看成苯胺：即向苯环上引入羧基母体结构看成苯甲酸：即向苯环上引入胺基苯环上如何引入氨基、羧基？知识链接任务单12.如何进行合成路线设计？知识点：关于苯环上基团的定位规律常见的定位基可分为两类：第一类为邻、对位定位基，使新引入的取代基主要进入其邻位和对位（邻、对位产物的总和大于60%），属于这类定位基的主要有：（1）定位基与苯环直接相连的原子上，一般只具有单键，有的带负电荷(例如CH2=CH-)或具有孤电子对；此类定位基的特点是：（2）除卤原子外，一般是给电子基，能使苯环上电子云密度增大，有利于亲电取代反应，即它有活化苯环的作用，所以称为活化基。知识链接任务单1第二类为间位定位基，使新引入的取代基主要进入它的间位（间位取代产物大于40%），属于这一类定位基的主要有：（1）定位基与苯环直接相连的原子有不饱和键（-CCl3例外）或带有正电荷；此类定位基的特点是：（2）是吸电子基，能使苯环上的电子云密度降低，不利于亲电取代反应，即它有钝化苯环的作用，所以称为钝化基。在本案例中氨基、羧基属于哪类定位基？该如何定位？2.如何进行合成路线设计？逆向合成路线设计分析1分析2分析3显然，分析2和分析3是类似的任务单1工作过程合成路线设计路线1路线2路线3任务单1工作过程2.如何进行合成路线设计？任务单1邻氨基苯甲酸合成资料检索1．邻硝基苯甲酸还原2．邻苯二甲酰亚胺用烧碱和次氯酸钠溶液处理而制得。工作过程任务单1该路线所用原料成本较低，反应产率高，是工业生产上主要的生产方法。生产流程：由苯酐、氨及氢氧化钠在低温下进行酰胺化反应，生成邻氨甲酰苯甲酸钠，经次氯酸钠降解（脱羰基）反应，生成邻氨基苯甲酸钠，最后中和而得。原料消耗定额苯酐（熔点128-131℃）1340kg/t、次氯酸钠（有效氯≥10%）6484kg/t、氨水（≥16%）2350kg/t、液碱（30%）2924kg/t。工作过程1.工业生产上邻苯二甲酸酐如何生产的？2.由邻苯二甲酸酐出发合成邻氨基苯甲酸在合成路线设计上有何启示？邻苯二甲酸酐在工业上是在五氧化钒催化下，由萘与空气在350～360℃进行气相氧化制得，也可用空气氧化邻二甲苯制得。工业上邻苯二甲酸酐生产方法3.如何选择合适的合成路线？任务单1设计要点：首先设计综合评价打分表评价体系和权重，然后逐项打分，经权重校正后计算得出总分，此总分即为评价的依据。选择合适的合成路线需要对各条合成路线进行综合评价⑴技术路线上进行评价；⑵经济指标上进行评价；⑶安全环保方面进行评价综合评价指标，并根据相应的要求赋予一定权重作为评价依据综合评价表工作过程序号评价项目权重评分路线1路线2路线31技术路线原料来源0.35030952反应步骤0.29585803反应总收率0.5759595…经济指标产品利润程度（市场价格－成本）1.0………………产量规模0.5环保成本1.0安全指标危险性等级1.0故障发生率0.5安全防护成本0.5总分合成路线综合评价打分表任务单1工作过程合成路线选择：4.合成路线涉及单元反应分析第一步：胺化反应第二步：霍夫曼降解反应任务单1工作过程两个单元反应：任务单1知识链接胺化反应胺化也称氨解或氨基化，是指含有不同活性官能团的有机物与胺化剂作用，生成胺类的化学过程定义R-Y＋NH3→R-NH2

＋HY通式胺化试剂工业上常用的有液氨、氨水等任务单1知识链接霍夫曼降解反应霍夫曼降解反应指的是酰胺与次氯酸钠或次溴酸钠的碱溶液作用时，脱去羰基生成少一个碳的伯胺反应定义RCONH₂+NaOX+2NaOH→R-NH₂+Na2CO₃+NaX+H2O通式试剂工业上常用次氯酸钠、氢氧化钠；实验室可以用次溴酸钠任务单15.试剂的选择胺化试剂1.液氨液氨的临界温度是132.9℃，这是氨能保持液态的最高温度。但是，液氨在高压下可溶解于许多液态有机化合物中。如果有机化合物在反应温度下是液态的，或者氨解反应要求在无水有机溶剂中进行，则需要使用液氨作氨解剂。缺点：操作压力高，过量的液氨较难再以液态氨的形式回收。2.氨水对于液相氨化过程，氨水是使用最广泛的氨化剂，它的优点是操作方面，过量的氨可用水吸收，回收的氨水可循环套用，适用面广。另外，氨水还能溶解芳磺酸盐以及氯蒽醌氨解时所用的催化剂(铜盐或亚铜盐)和还原抑制剂(氯酸钠、间硝基苯磺酸钠）。缺点：对某些芳香族被氨化物溶解度小，水的存在有时会引起水解副反应选择何种胺化试剂？如何选择？来源：活性：原料资源丰富，价廉易得反应活性较高毒性：安全性：小高选择：氨水作为胺化试剂任务单15.试剂的选择霍夫曼降解反应试剂次氯酸钠、氢氧化钠实验室可以用次溴酸钠。由溴水和过量的氢氧化钠溶液反应制备，现用现配。任务单15.试剂的选择【任务单Ⅰ小结】邻氨基苯甲酸的合成路线邻氨基苯甲酸的合成氨化、霍夫曼降解试剂的选择邻氨基苯甲酸合成路线设计的启发任务单1作业1.课外试做合成任务单Ⅱ。二﹑工作过程继续（一）合成任务单Ⅱ：制订反应方案做一个职业人秀出你自己根据任务单导引完成氨化、霍夫曼降解单元反应方案的制订提示：讨论内容讨论形式和要求形式：由一合成小组汇报合成任务单的完成情况，各小组针对其完成情况进行讨论、质证。要求：原则上“组组”参与，即每一合成小组就合成任务单内容至少提问一个有关问题。汇报人记录并试解答。合成任务单（Ⅱ）（二）学习任务单讨论任务单2合成任务单Ⅱ要点解析1.写出反应式2.了解反应机理3.了解反应的影响因素4.文献报道的合成方案5.制订反应流程框图任务单2由于有两步反应，故任务单Ⅱ要分别做attention氨解反应要点解析1.写出反应式写反应式的要点有哪些？为什么？任务单2任务单22.了解反应机理氨解反应要点解析1）搞清反应的类型2）搞清反应历程氨的亲核取代反应3）搞清反应的特点首先是伯胺氨基氮原子上的未共用电子对进攻酸酐的碳酰基中带部分正电荷的碳原子，形成过渡络合物，然后酸酐键断裂，而形成羧酰胺和羧酸。反应中无水生成，反应不可逆，因而反应收率较高。碳酰基是吸电子基，它使酰胺分子中氨基氮原子上的电子云密度降低，不容易再与亲电的酰化剂质点相作用，即不容易生成N,N-二酰化物。所以，在一般情况下容易制得较纯的酰胺，这和N-烷基化反应是不一样的。3.了解反应的影响因素内因的因素Text外因的因素副反应的影响影响因素氨解反应要点解析任务单2苯酐的反应性质氨水的性质任务单23.1内因的因素氨解反应要点解析苯酐的反应性质物理性质化学性质氨解反应要点解析任务单2苯酐又称邻苯二甲酸酐、酞酐，为具有特殊气味的白色、针状晶体。分子量148.11。密度为1.53g/cm3（4℃）。熔点130.8℃。沸点284℃（升华）。不溶于冷水，溶于热水、乙醇、乙醚、苯等多数有机溶剂。邻苯二甲酸酐可发生水解、醇解和氨解反应，在热水中溶解为酞酸；与芳烃反应可合成蒽醌衍生物。邻苯二甲酸酐可代替邻苯二甲酸使用，主要与一元醇反应形成酯。爆炸极限10.5％（193℃）、1.7％（140℃）。氨水的反应性质任务单2物理性质化学性质氨解反应要点解析氨溶于水即得氨水，又称阿摩尼亚水。为无色透明液体，有强烈的刺激性臭味。为弱碱，能发生微弱的电离作用氨水有一定的腐蚀作用，碳化氨水（碳酸氢铵）的腐蚀性更加严重。对铜的腐蚀比较强，钢铁比较差，对水泥腐蚀不大。对木材也有一定腐蚀作用，具有弱碱性，受热分解；能与酸反应，生成铵盐.资料表明，苯酐氨解时氨水的浓度不低于16％反应介质催化剂温度物料配比及加料方式传质的影响3.2外因的因素氨解反应要点解析任务单2反应介质由于苯酐不溶于冷水，但能溶于热水，在温度较高的热水中能水解，故以水为反应介质时要考虑选择适当的温度，既能促进反应，又不能引起苯酐的水解。工业浓氨水中氨占25％，水占75％，故反应以水为反应介质催化剂本反应无需催化剂温度为防止氨气溢出，温度控制在20～25℃温度过高，苯酐的水解反应加剧（参见“副反应”）物料配比及加料方式加料方式上苯酐加入到氨水中。理论上苯酐׃NH3＝1׃2，从资料上看，实际上氨水应控制在1׃3～4。氨的用量如果过量太多会影响产物的分离过程。如果氨水量不能多加，怎样才能提高苯酐的溶解性？物料配比加料方式传质的影响当苯酐溶解后，反应体系为均质体系，传质影响不太大。苯酐即便没有溶解，氨解反应仍然进行。注意3.3副反应的影响氨解反应要点解析任务单2主要是苯酐的水解反应邻苯二甲酸物性：微溶于水和乙醚、溶于甲醇和乙醇，不溶于氯仿和苯。当反应温度高时苯酐的水解反应会加剧。生产上主要通过控制低温（20～25℃）的方法控制苯酐的水解。任务单24.制订反应流程框图〈实训时详细讨论〉反应装置图因为氨对霍夫曼降解反应没有影响，故氨解反应后不必经过分离，可以和霍夫曼降解反应流程一并处理。合成任务单Ⅱ要点解析1.写出反应式2.了解反应机理3.了解反应的影响因素4.文献报道的合成方案5.制订反应流程框图霍夫曼降解反应要点解析任务单2霍夫曼降解反应要点解析任务单21.写出反应式任务单22.了解反应机理1）搞清反应的类型亲核重排反应2）搞清反应历程3）搞清反应的特点与原来化合物相比，少了一个碳原子（羰基碳原子）。反应过程虽然很复杂，但其反应产率较高。任务单23.了解反应的影响因素影响因素内因的因素外因的因素副反应的影响任务单2内因的因素（1）邻氨基甲酰苯甲酸的反应性质（2）次氯酸钠的反应性质任务单2物理性质化学性质分子量：165；棱柱状结晶。密度：1.368g/cm，熔点：148～149℃；沸点：394.2℃

（760mmHg）溶解性:稍溶于乙醇和热水，微溶于乙醚和苯，不溶于石油醚。具备芳基酰胺和芳基羧酸的通性。加热至155℃成苯二甲酰二胺。邻氨基甲酰苯甲酸的反应性质任务单2次氯酸钠的反应性质物理性质化学性质次氯酸钠溶液又名漂白水，含量:工业级(以有效氯计)一级13％;二级10％。微黄色溶液，有似氯气的气味。熔点(℃)：-6；相对密度（水=1）：1.10；沸点(℃)：102.2；次氯酸钠是极弱酸的盐，在水中易发生水解生成次氯酸和氢氧化钠，次氯酸不稳定，在光照或使用催化剂时易分解成氯化氢和氧气，因此次氯酸钠有很强的氧化性。实际使用的是安替福民（次氯酸钠水溶液），有效氯应为10％，游离碱浓度约4％。任务单2知识链接次氯酸钠溶液的有效氯有效氯指含氯化合物中所含有的氧化态氯。由于氯的氧化态不止一种，所以，必须规定一个统一的量化标准才能相互比较实际效能，这个量化标准就是化合价为0的纯净氯的有效氯为100％。于是，有效氯含量：单位质量的含氯化合物中所含氧化态氯的氧化能力相当于多少纯净氯的氧化能力。有效氯的概念任务单2因为次氯酸钠是弱电解质，其溶液会弱水解，存在电离平衡：故次氯酸钠（NaClO）溶液的有效氯是次氯酸（HClO）NaClO+H2O==HClO+NaOH由于次氯酸钠的Cl从+1价变为-1价，得到电子为2个电子。相比于Cl2从0价变为-1，也得到1×2＝2个电子。则其有效氯含量＝71/74.5＝95.3%，即为Cl2的0.953倍。知识链接次氯酸钠溶液的有效氯计算有效氯含量10％的NaClO的质量浓度＝10％/0.953≈10.49％。任务单2NaClOCl－Cl2（+2e）74.57135.5（2e）在原料碱溶液量不变的情况下（总碱含量一般为15％～20％），游离碱浓度越低，有效氯含量越高。10-12%有效氯的情况下，游离碱浓度最低也不能低于0.1%，再低次氯酸钠就分解了。12-14%有效氯的情况下，游离碱浓度应控制在1-2%。生产过程中如想提高有效率含量，只能添加烧碱继续通入氯气。知识链接次氯酸钠溶液的生产采用氯气在工业用氢氧化钠水溶液中，反应生成氯化钠，次氯酸钠和水。任务单22×4074.5可根据次氯酸钠的量计算出需要碱的量，再加上游离碱的量即为总碱量（1）反应介质条件（2）催化剂（3）温度（4）物料配比及加料方式（5）传质的影响外因的因素任务单2（1）反应介质条件以水为介质（2）催化剂无需催化剂（3）温度霍夫曼降解反应总体上先低温后高温。次氯酸钠溶液加料温度：0-3℃（为了保持低温反应，次氯酸钠加料前应预冷至0℃），加料后逐渐升温至20℃，异构化时要求快速升温至较高的温度（70℃）进行。Tips:由于霍夫曼降解前期经历的中间体较多，故低温下需要的反应时间较长，异构化时为避免活性较高的异氰酸酯发生副反应，故要求升温速率快，高温后异构化应充分。任务单2外因的因素n（苯酐）∶n(NaClO)∶n(NaOH)≈1:1∶1.1～1:1.2:2.2（4）物料配比及加料方式配比加料方式从反应机理看，霍夫曼反应应在碱性介质中完成，故应先将碱加入到酰胺物中，再加入次氯酸钠溶液。如果次氯酸钠为现制（碱过量），也可以直接向次氯酸钠中加入酰胺物。反应中NaOH的加入量不能少，同时应将次氯酸钠溶液中碱的含量考虑进去。注意任务单2过量的NaClO需要淬灭掉。——请问该用什么物质淬灭？副反应的影响霍夫曼反应历程相对较复杂，但反应产率较高任务单2如果过量的次氯酸钠存在将会使生成的氨基氧化，消耗掉产物。5.制订反应流程框图〈实训时详细讨论〉参考流程如下：四口瓶苯酐氨水65～70℃20～25℃，1h反应挥氨转氨NaOH降温0～3℃0～3℃,

0.5h加NaClO20℃，1.5h反应淬灭NaHSO3升温70℃，40min（反应结束）任务单2【任务单Ⅱ小结】邻氨基苯甲酸的合成氨解反应方案邻氨基苯甲酸的合成霍夫曼降解反应方案任务单2反应物组成和状态分析合成反应产物后处理策略和原则合成反应后处理分离方法选用反应产物后处理分离路线设计反应产物后处理分离方案的完善【合成任务单Ⅲ要点解析】工作过程设计后处理及分离方案3.1反应物组成和状态分析苯酐（PA）以6g计，假定转化率为100％，试计算产物组成。PA～4NH31.2NaClO～3NaOH～～OABA～Na2CO31484×173×401.2×74.513710662.764.863.625.554.3～NaCl58.52.37针对这样的体系，采用何种后处理的策略？Why？目标化合物在体系中以何种形式存在？邻氨基苯甲酸是一种两性盐，等电点pI＝3～4more3.2参考反应产物后处理分离流程调pH6.5～7.0时为了便于结晶，应在低温下处理。设计后处理及分离方案选择什么酸进行酸化？选择什么酸进行酸化？说明：请结合相关溶解度参数细化该分离流程的方案。相关物质的溶解度如下：（g/100mL）温度（℃）0102030NaHCO36.98.19.611.1Na2CO3712.221.829.4Na2SO44.99.119.540.8NaAc36.240.846.454.6NaCl35.735.83636.3NH4Cl29.433.237.241.4（NH4）2SO470.67375.478能否设计其他分离方案？请同学们课后自行练习。粗品组成和状态分析粗品纯化精制策略和原则粗品纯化精制方法选用粗品纯化精制路线设计粗品纯化精制方案的完善产品的检测与鉴定【合成任务单Ⅳ要点解析】工作过程设计纯化精制及鉴定方案重结晶重结晶溶剂：50％乙酸4.1邻氨基苯甲酸粗品组成和状态分析4.2邻氨基苯甲酸粗品纯化的方法邻氨基苯甲酸粗品为固体结晶，可能还有一些无机盐及其他成分4.3邻氨基苯甲酸的鉴定熔点为146～147℃标准红外图谱：作业1.请写出至少五个邻对位定位基；2.工业上使用最广泛的胺化剂是什么？3.有效氯的含义是什么？4.写出产物结构式：5.在胺化步骤中：（1）哪种原料是基准原料？（2）小试反应方案会发生何种副反应，写出反应式并说明如何控制副反应（3）小试反应方案为什么要进行浓缩？如果不浓缩会产生什么后果？3.8知识拓展常见氨基化反应

1.卤化物的氨基化（1）脂肪族卤化物的氨基化脂肪族卤化物的氨基化属亲核置换反应。脂肪胺的碱性大于氨，反应生成的胺容易与卤烷继续反应，得到伯、仲和叔胺的混合物。（2）芳香族卤化物的氨基化羟基化合物的氨基化醇类的氨基化常在气相、350～500℃和1～15MPa压力下通过脱水催化剂下完成，如甲醇(或乙醇)与氢与氨在固体酸性脱水催化剂（如氧化铝）存在下，于高温氨基化得一甲胺、二甲胺及三甲胺的混合物，采用连续精馏可分离产物。高级脂肪醇类的氨解，最好在加压系统中进行，如将十六醇和氨通过装有氧化铝并保持380～400℃的催化反应器，在12.5MPa压力下可