染料中間體鄰甲氧基苯胺的合成

1、合成鄰甲氧基苯胺的工作任務(wù)鄰甲氧基苯胺概述鄰甲氧基苯胺為淺黃色油狀液體，是一種重要的醫(yī)藥和染料中間體，也用于食品工業(yè)制取香蘭素等。2產(chǎn)品開發(fā)項(xiàng)目任務(wù)書鄰甲氧基苯胺產(chǎn)品的產(chǎn)品開發(fā)任務(wù)書如表6-1。表6-1產(chǎn)品開發(fā)項(xiàng)目任務(wù)書編號(hào)：xxxxxx項(xiàng)目名稱內(nèi)容技術(shù)要求執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)專業(yè)指標(biāo)理化指標(biāo)鄰甲氧基開發(fā)鄰甲氧中文名稱：鄰甲氧基苯外觀：淺黃色油狀液體HG/T266苯胺的合基苯胺實(shí)驗(yàn)胺（或鄰氨基苯甲醚）鄰甲氧基苯胺：化學(xué)式：CHNO92008成室規(guī)模的合英文名稱：分子量：123.15成路線；合成omethoxyaniline熔點(diǎn)（C）：6.2原料；工藝條CASNo.:90040沸點(diǎn)（C）：225件；產(chǎn)品精分

2、子式：CHNO相對(duì)密度（水=1）：1.10制;檢測(cè)方法分子量：123.15飽和蒸氣壓(kPa):0.53/90C等。優(yōu)級(jí)品純度：三99%溶解性：微溶于水，溶于乙醇、乙醚、稀酸。市場(chǎng)服務(wù)對(duì)象XXX化工公司進(jìn)度要求12周（學(xué)生小組成員1）項(xiàng)目負(fù)責(zé)人（學(xué)生小組組長(zhǎng)）開發(fā)人員（學(xué)生小組成員2）（學(xué)生小組成員3）下達(dá)任務(wù)人（教師）（技術(shù)部經(jīng)理）日期：（課程開發(fā)組）（技術(shù)總監(jiān)）日期：術(shù)部經(jīng)理，一聯(lián)交項(xiàng)目負(fù)責(zé)人。6.2注：鄰一甲式三氧聯(lián)基。一苯聯(lián)鄰甲氧基苯胺分子結(jié)構(gòu)的分析鄰甲氧基苯胺的分子式：CHNO鄰甲氧基苯胺的分子結(jié)構(gòu)式：OCH3NH2目標(biāo)化合物基本結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，苯環(huán)上的甲氧基和氨基處于相鄰位置，甲氧基

3、和氨基均為為鄰、對(duì)位定位基。鄰甲氧基苯胺的合成路線分析采用逆向合成法對(duì)于鄰甲氧基苯胺的合成路線分析如下：NH相應(yīng)的合成路線就有兩種。第一種路線：先甲氧基化后還原路線。no2HNO2HCHOH3NaOHN2CH3OHNaOH第二種路線：先還原后甲氧基化路線。因此要想從這些合成路線中確定最理想的一條路線，并成為工業(yè)生產(chǎn)上可用的工藝路線，則需要綜合各方面情況加以全面地考察，擇優(yōu)選用。從反應(yīng)機(jī)理上看，甲氧基化反應(yīng)是苯環(huán)上的親核取代反應(yīng)（參考芳香族鹵化物水解引入羥基的反應(yīng)機(jī)理及影響因素），苯環(huán)上接有吸電子基團(tuán)（-NO）對(duì)反應(yīng)有利，而接有給電子基團(tuán)（-NH）22則對(duì)反應(yīng)不利，因此路線1要優(yōu)于路線2。文獻(xiàn)中

4、常見的鄰甲氧基苯胺合成方法從文獻(xiàn)資料上可以查出，目前鄰甲氧基苯胺的合成路線與上面設(shè)計(jì)的路線相同。即以鄰硝基氯苯為原料經(jīng)甲氧基化和還原反應(yīng)合成。下面我們將從此成路線出發(fā)，將合成過程中需要考慮的各種因素進(jìn)行剖析，找出一條相對(duì)合適的合成方案，并按此方案進(jìn)行合成來實(shí)際檢驗(yàn)方案的可行性。假如采用其它的合成路線，請(qǐng)同學(xué)們沿此思路自己剖析，應(yīng)該不難找出合適的合成的方案。鄰甲氧基苯胺合成過程單元反應(yīng)及其控制分析不難看出，甲氧基化反應(yīng)和還原反應(yīng)是合成過程實(shí)施的關(guān)鍵反應(yīng)。欲在合成中做好甲氧基化反應(yīng)和還原反應(yīng)，就必須對(duì)甲氧基化反應(yīng)和還原反應(yīng)過程的情況作詳細(xì)了解。鄰硝基氯苯的甲氧基化反應(yīng)及其控制1甲基化反應(yīng)和甲基化試

5、劑（1，甲基化反應(yīng)在有機(jī)化合物分子中引入甲氧基（-OCH）的反應(yīng)稱為甲基化反應(yīng)。脂肪族鹵代烷與甲醇鈉作3用，鹵素被甲氧基取代生成醚，反應(yīng)式如下3。RX+CHONaROCH+NaX33鹵代烷、烯丙基型鹵化物、鹵化芐、a-鹵代酸等都可以和甲醇鈉反應(yīng)，生成相應(yīng)的醚，這是制備甲基醚的主要方法。醇和酚羥基上的氫也可被甲基取代，羥基即轉(zhuǎn)變?yōu)榧籽趸?，這也是制備甲基醚的重要方法。（2，甲基化試劑甲醇、甲醇鈉（或鉀，都可作為甲氧基化試劑。由于甲醇鈉（或鉀，的成本太高，在要求不太高的情況下（特別是水對(duì)反應(yīng)的影響不是太大的情況下），通常采用甲醇與NaOH（或KOH）反應(yīng)而得。CHOH+NaOHCHONa+HO332

6、該反應(yīng)為可逆平衡反應(yīng)，要3使平衡向正方向移動(dòng)可3增加甲醇2和堿的濃度。甲醇有毒，操作中要注意個(gè)人防護(hù)。2鄰硝基氯苯的甲氧基化反應(yīng)機(jī)理鄰硝基氯苯的甲氧基化反應(yīng)是苯環(huán)上的親核取代反應(yīng)，歷程如下（參見情境5）：CHONa為強(qiáng)親核試劑，親核質(zhì)點(diǎn)為CHO-（烷氧負(fù)離子）。由于鄰硝基氯苯中氯原子的電負(fù)33性很大3，會(huì)使苯環(huán)上與氯原子相連的碳原子3帶部分正電荷。該碳原子能受到親核質(zhì)點(diǎn)烷氧負(fù)離子的親核進(jìn)攻，先生成加成產(chǎn)物芳負(fù)離子（也可稱為配合物負(fù)離子）；芳負(fù)離子再消除氯基，生成親核取代產(chǎn)物鄰甲氧基苯胺。生成芳負(fù)離子的一步反應(yīng)速率慢，芳負(fù)離子脫去氯基的一步反應(yīng)速率快，第一步為反應(yīng)速率控制步驟。反應(yīng)歷程為芳香族親

7、核取代反應(yīng)中的加成-消除歷程，因?yàn)樵摲磻?yīng)歷程的反應(yīng)速率控制步驟必須有底物分子與親核試劑分子參與，故為雙分子歷程。由于鄰硝基氯苯中苯環(huán)為環(huán)狀共軛體系，能將與氯原子相連的帶部分正電荷的碳原子上的正電荷分散到苯環(huán)其他碳原子上，故與氯原子相連的碳原子所帶正電荷不多，親核質(zhì)點(diǎn)CHO3向該碳原子發(fā)動(dòng)親核進(jìn)攻比較困難，甲氧基化時(shí)需要較為苛刻的反應(yīng)條件。3影響甲氧基化反應(yīng)的因素（1）鄰硝基氯苯的反應(yīng)性質(zhì)鄰硝基氯苯為黃色結(jié)晶，熔點(diǎn)：32.5C,沸點(diǎn)：245.5C；相對(duì)密度（水=1）1.30；不溶于水，溶于乙醇、苯；一般狀況下性質(zhì)較穩(wěn)定。有毒。由于苯環(huán)上接有吸電子基團(tuán)硝基，苯環(huán)上的電子云密度降低，相對(duì)提高了苯環(huán)上

8、與氯原子相連的碳原子的正電性，該碳原子親電性增強(qiáng)，有利于甲氧基團(tuán)（即CH0-）對(duì)該碳原子的親核3進(jìn)攻，使得鄰硝基氯苯的甲氧基化能力有所提高。（2）氫氧化鈉濃度的影響氫氧化鈉與甲醇作用生成甲醇鈉，由于反應(yīng)可逆，氫氧化鈉的濃度越高對(duì)生成甲醇鈉越有利。水的存在不利于甲醇鈉的生成，同時(shí)也可能引起水解的副反應(yīng)，對(duì)甲氧基化不利。可以考慮用固體氫氧化鈉參加反應(yīng)。（3）原料配比的影響理論上，甲醇鈉與鄰硝基氯苯的摩爾數(shù)之比為1:1，考慮到水分的影響，甲醇鈉的比例應(yīng)略過量。（4）溶劑的影響甲氧基化反應(yīng)通常用無(wú)水甲醇作為溶劑，一方面甲醇的極性很高，可以溶解甲醇鈉和鄰硝基氯苯，另一方面甲醇是低沸點(diǎn)的溶劑，反應(yīng)后可以很

9、方便地分離。（5）溫度、壓力的影響由于鄰硝基氯苯的親電性較低，甲氧基化反應(yīng)需要較高的溫度，另一方面，甲醇鈉的堿性較強(qiáng)，相對(duì)有利于甲氧基化反應(yīng)的進(jìn)行，因此反應(yīng)溫度是這兩種因素綜合作用的結(jié)果。資料表明，鄰硝基氯苯的甲氧基化反應(yīng)溫度控制在100C左右較為合適。由于在常壓下甲醇的沸點(diǎn)為64.7C，因此反應(yīng)必須在加壓下進(jìn)行。在100C時(shí)，相應(yīng)的甲醇蒸汽的壓力應(yīng)在0.3Mpa左右。（6）主要的副反應(yīng)分析在強(qiáng)堿存在下，反應(yīng)體系中水的存在可能使鄰硝基氯苯發(fā)生水解，產(chǎn)生副產(chǎn)物鄰硝基苯酚。4甲氧基化反應(yīng)的監(jiān)控分析（1）甲氧基化反應(yīng)的反應(yīng)體系構(gòu)建要點(diǎn)由于反應(yīng)需要在加壓下完成，宜采用液-液低壓反應(yīng)釜進(jìn)行。低壓反應(yīng)釜需

10、配置有進(jìn)料系統(tǒng)，加溫、冷卻系統(tǒng)，攪拌系統(tǒng)，排汽冷凝接收裝置，出料取樣系統(tǒng)，惰性氣體（如N）接入口等。2低壓反應(yīng)釜耐壓范圍016Mpa。（2）反應(yīng)控制策略甲氧基化反應(yīng)成敗的關(guān)鍵之一在于甲醇鈉溶液的質(zhì)量，因此在制備甲醇鈉溶液時(shí)，要密切注意甲醇鈉溶液的濃度、水分的含量。氫氧化鈉在甲醇中溶解速度較慢，應(yīng)在回流的溫度下溶解，可先制備濃度較稀的甲醇鈉溶液，然后再濃縮至適當(dāng)?shù)臐舛?。由于空氣中CO能導(dǎo)致甲醇鈉2溶液失效，故反應(yīng)時(shí)應(yīng)用新制的甲醇鈉溶液。低壓反應(yīng)釜起壓前應(yīng)注意將釜內(nèi)空氣排盡，這樣起壓后，釜內(nèi)的壓力與溫度才能大致對(duì)應(yīng)。應(yīng)以控制反應(yīng)溫度為主，控制反應(yīng)壓力為輔。當(dāng)反應(yīng)結(jié)束后降溫時(shí)，應(yīng)等表壓降到接近0時(shí)通

11、入一定壓力的惰性氣體（如N），方能繼續(xù)降溫。否則釜內(nèi)會(huì)產(chǎn)生負(fù)壓，或吸入空氣有可能造成不必要的麻煩。2（3）反應(yīng)終點(diǎn)的控制可測(cè)定反應(yīng)體系中甲醇鈉的濃度。當(dāng)甲醇鈉濃度降低到一定程度，較長(zhǎng)時(shí)間維持不變時(shí)，反應(yīng)即達(dá)終點(diǎn)。也可取樣用薄層色譜或氣相色譜（或高效液相色譜）等來判定測(cè)定產(chǎn)物含量。鄰硝基苯甲醚的還原反應(yīng)其控制還原方法和還原劑的選擇硝基還原為氨基的常用方法主要有在電解質(zhì)溶液中的鐵屑還原法和硫化物還原法。在電解質(zhì)溶液中用鐵屑還原硝基化合物是一種古老的方法。鐵屑價(jià)格低廉、工藝簡(jiǎn)單、適用范圍廣、副反應(yīng)少、對(duì)反應(yīng)設(shè)備要求低，無(wú)論國(guó)內(nèi)或國(guó)外都曾長(zhǎng)期采用鐵屑法生產(chǎn)芳胺。由于鐵屑法排出大量含苯胺的鐵泥和廢水，從

12、環(huán)境保護(hù)和減輕勞動(dòng)強(qiáng)度出發(fā)，該法基本上已被加氫還原法所取代。但對(duì)不少生產(chǎn)噸位較小的芳胺，尤其是生產(chǎn)含水溶性基團(tuán)的芳胺，鐵屑還原法仍是硝基還原的一種重要方法?，F(xiàn)以鐵屑在電解質(zhì)溶液中對(duì)芳香族硝基化合物進(jìn)行還原為例，來討論該反應(yīng)的有關(guān)問題。鄰硝基苯甲醚還原反應(yīng)的機(jī)理鐵屑和酸（如硫酸、鹽酸、醋酸等）共存時(shí)或在鹽類電解質(zhì)（如FeCl2、NH4Cl等）的水溶液中對(duì)于硝基是一種強(qiáng)還原劑，可以將硝基還原成氨基。芳香族硝基化合物用鐵屑還原時(shí)，可能有兩種反應(yīng)歷程，一種是根據(jù)所生成的中間產(chǎn)物提出的化學(xué)歷程，另一種是按照電子理論提出的電子歷程。（1）鐵屑在電解質(zhì)溶液中使芳香族硝基化合物還原的反應(yīng)歷程鐵屑在金屬鹽如Fe

13、Cl2、NH4CI等存在下在水中使硝基化合物還原，由下列兩個(gè)基本反應(yīng)來完成：ArNO2+3Fe+4H2O-ArNH2+3Fe（OH）2ArNOa+6Fe（OH）2+4H2OArNH2+6Fe（OH）3生成的二價(jià)鐵和三價(jià)鐵按下式轉(zhuǎn)變成黑色的磁性氧化鐵（Fe3O4）：Fe（OH）2+2Fe（OH）3-Fe3O4+4H2O整理上述反應(yīng)式得到總還原方程式：H）3一3F4+12H2O4ArNO2+9Fe+4H2O4ArNH2卡3Fe3O4（2）鐵屑在鹽酸中使芳香族硝基化合物還原的反應(yīng)歷程在電解質(zhì)溶液中的鐵屑還原反應(yīng)是個(gè)電子得失的轉(zhuǎn)移過程。鐵屑是電子的供給者，電子向硝基轉(zhuǎn)移，使硝基化合物產(chǎn)生負(fù)離子自由基，

14、然后與質(zhì)子供給者（如水）提供的質(zhì)子結(jié)合形成還原產(chǎn)物。其過程如下：ArNO2ArNOArNOHArNH2N原子得到電子，其化合價(jià)由+3+1-1-3變化，中間產(chǎn)物ArNO、ArNOH比底物ArNO2更容易被還原，所以不易分離，難以檢測(cè)。鄰硝基苯甲醚還原反應(yīng)的影響因素（1）鄰硝基苯甲醚的性質(zhì)鄰硝基苯甲醚為無(wú)色結(jié)晶或微紅色液體，熔點(diǎn)9.6C，沸點(diǎn)276.8C,不溶于水，溶于乙醇、乙醚等多數(shù)有機(jī)溶劑，化學(xué)性質(zhì)較穩(wěn)定，屬于有毒化學(xué)品。對(duì)于不同結(jié)構(gòu)的芳香族硝基化合物，采用鐵屑還原時(shí)，反應(yīng)條件不同。具有類似結(jié)構(gòu)（I）的化合物，取代基的吸電子效應(yīng)使硝基中的氮原子上的電子云密度降低，親電能力增加，有利于還原反應(yīng)的

15、進(jìn)行、反應(yīng)溫度可較低。具有類似結(jié)構(gòu)仃I）的化合物，取代基的給電子效應(yīng)使硝基中的氮原子上的電子云密度增加，使氮原子的親電能力減弱，不利于還原反應(yīng)的進(jìn)行。OO-R0(II)顯然，鄰硝基苯甲醚結(jié)構(gòu)類似(II),相對(duì)需要有較強(qiáng)的還原反應(yīng)條件。(2)鐵屑的組成與細(xì)度鐵屑的物理狀態(tài)和化學(xué)狀態(tài)對(duì)反應(yīng)有很大的影響。工業(yè)上常用潔凈、粒細(xì)、質(zhì)軟的灰鑄鐵作還原劑，而熟鐵粉、鋼粉及化學(xué)純的鐵粉效果極差。因?yàn)榛诣T鐵中富含碳，并含有少量的硅、錳、磷等元素，在電解質(zhì)水溶液中可形成很多微電池，促進(jìn)鐵的電化學(xué)腐蝕，有利于還原反應(yīng)的進(jìn)行。另一方而，灰鑄鐵脆性大，在攪拌過程中易被粉碎，增大了與反應(yīng)物的接觸面積，有利于還原反應(yīng)的進(jìn)行

16、。lmol硝基物理論上需要2.25mol的鐵屑(9寧4=2.25),實(shí)際用量為34mol,過量多少與鐵屑質(zhì)量及粒度大小有關(guān)。鐵屑細(xì)度一般以60100目為宜。鐵屑在還原前，通常需要用電解質(zhì)進(jìn)行預(yù)蝕處理。如工業(yè)上使用FeCl電解質(zhì)時(shí)，是通過加入少量稀鹽酸和鐵屑來制成，又稱為“鐵屑的預(yù)蝕”過程。(3)電解質(zhì)電解質(zhì)實(shí)質(zhì)上是鐵屑還原的催化劑，電解質(zhì)的存在可促進(jìn)鐵屑還原反應(yīng)的進(jìn)行。因?yàn)橄蛩屑尤腚娊赓|(zhì)可以提高溶液的導(dǎo)電能力，加速鐵的預(yù)蝕，利于還原反應(yīng)的進(jìn)行。鐵的還原速度取決于電解質(zhì)的性質(zhì)和濃度。表7-2列出了不同電解質(zhì)對(duì)還原速度的影響。表6-2鐵在不同電解質(zhì)中還原硝基苯的收率電解質(zhì)苯胺收率電解屣苯胺收率/

17、%電解質(zhì)苯胺收率NH,C195.5CaClj81.342.4FeCR91.3MeCl268+5CH3COONa10.7(NH4)iSO489.2NaCi50.4NaOH0,7BaCl287.3注；電解處濃度OSmcrbL-1,還原時(shí)間BOmin。從表6-2中可知,當(dāng)其他條件相同時(shí)，所使用的電解質(zhì)中,以使用NHCl的還原速度最快，氯化亞鐵次之；酸性越強(qiáng)，對(duì)還原反應(yīng)越有利。工業(yè)生產(chǎn)上常使用NHC1和FeCl為電解質(zhì)。但42在某些情況下，也需要選用其他電解質(zhì)，如對(duì)硝基-N-乙酰苯胺還原時(shí)，為了防止?；猓擞么姿醽嗚F作電解質(zhì)。適當(dāng)增加電解質(zhì)濃度，可使還原速度加快，但還原速度增加有一極限值。通常每1

18、mol硝基化合物物大約需要0.10.2mol的電解質(zhì)，其濃度在3%左右。(4)溶劑用鐵屑還原硝基物時(shí)可用甲醇、乙醇、冰醋酸和水等作為溶劑。用冰醋酸作為溶劑時(shí)，反應(yīng)速度快，產(chǎn)物容易分離，但產(chǎn)物中含有大量氨基?；铩?Fe+7CHjCOOH*ArHCOCH33(0各000)2琬+3H.0用乙醇作為溶劑時(shí)，酰化物的含量可顯著減少，但還原速度明顯減慢。最常用的溶劑是水，而水同時(shí)又是還原反應(yīng)中氫的來源。為了保證有效的攪拌，加強(qiáng)反應(yīng)中的傳熱和傳質(zhì)，水一般是過量的。但水量過多時(shí)，將降低設(shè)備的生產(chǎn)能力和電解質(zhì)的濃度，一般采用硝基物與水的物質(zhì)的量之比為1:(50100)。對(duì)于一些活性較低的化合物，可加入甲醇、乙

19、醇等能與水相混的溶劑，以利于反應(yīng)進(jìn)行。(5)溫度硝基還原時(shí)，反應(yīng)溫度通常為90102C，即接近反應(yīng)液的沸騰溫度。由于鐵屑還原是強(qiáng)烈的放熱反應(yīng)，如果加料太快，反應(yīng)過于激烈，會(huì)導(dǎo)致爆沸溢料。所以，反應(yīng)開始階段靠自身反應(yīng)熱保持沸騰，反應(yīng)后期采用直接用水蒸氣保持反應(yīng)物料沸騰。4鄰硝基苯甲醚還原反應(yīng)的監(jiān)控（1）還原反應(yīng)體系構(gòu)建要點(diǎn)體系要在加熱條件下進(jìn)行，要配加熱裝置和回流冷凝裝置。鐵屑是固體，反應(yīng)體系要配有攪拌裝置。（2）還原反應(yīng)控制策略選用水為反應(yīng)介質(zhì)，鐵粉首先進(jìn)行預(yù)蝕處理，然后再加入鄰硝基苯甲醚進(jìn)行還原。由于反應(yīng)開始如果反應(yīng)快的話，可以考慮控制加料速度。由于Fe2+高溫時(shí)容易水解，反應(yīng)過程中可用Na

20、S檢查有無(wú)Fe2+存在，若無(wú)Fe2+存在則須補(bǔ)加2少量的酸。補(bǔ)加酸最好選擇非揮發(fā)性的酸或酸性電解質(zhì)，以免揮發(fā)出體系。（3）還原反應(yīng)終點(diǎn)控制鐵粉還原過程中通常伴隨一些顏色的變化，當(dāng)顏色不再變化時(shí)往往達(dá)到還原反應(yīng)的終點(diǎn)。也以采用薄層色譜或氣相色譜（或高效液相色譜）等對(duì)反應(yīng)進(jìn)行跟蹤。6.3鄰甲氧基苯胺的合成方法選用2NO2NH2鄰甲氧基苯胺的合成原理通過上面的分析，本項(xiàng)目可以鄰硝基氯苯為原料，經(jīng)甲氧基化反應(yīng)和還原反應(yīng)生成目標(biāo)化合物，反應(yīng)式如下：CH3OH31-FeNaOH甲氧基化反應(yīng)中甲醇鈉可以由甲醇和氫氧化鈉制備而得，而鄰硝基苯甲醚的小規(guī)模還原可以用鐵粉還原法進(jìn)行還原。鄰甲氧基苯胺的合成工藝條件1

21、.甲氧基化反應(yīng)（1）物料配比甲醇鈉：鄰硝基氯苯1.1：1。（2）反應(yīng)溫度控制溫度在98-104C為宜。（3）壓力：控制釜內(nèi)壓力顯示0.280.32Mpa（表壓）。（4）攪拌：良好。2鐵粉還原反應(yīng)（1）物料配比鐵屑：鄰硝基苯甲醚3.5：1。（2）反應(yīng)溫度控制溫度在100C左右。（3）壓力：常壓下反應(yīng)。（4）攪拌：良好。鄰甲氧基苯胺合成裝置1甲氧基化反應(yīng)的合成裝置本產(chǎn)品甲氧基化反應(yīng)由于需要在0.280.32MPa壓力條件下進(jìn)行，故需選用低壓反應(yīng)釜來進(jìn)行?？蛇x用如圖6-1反應(yīng)裝置。85614g1211E32Xv15卄叫10由4VEV載止閥，昭-調(diào)節(jié)閥，頤-安全閥2-減壓閥，3-穗壓閥，4-干燥器，5

22、-過濾器!白一質(zhì)量流量計(jì)，T止逆閥，呂一緩沖器9馬述】一汽液分離器，皿一沓壓閥，門一取樣器，】4轉(zhuǎn)予流量計(jì)，門一液體.如料眾PI-壓力表,】-氣體鋼瓶,】0_反應(yīng)釜,圖6-1甲氧基化反應(yīng)低壓反應(yīng)釜系統(tǒng)裝置流程圖甲醇通過液體加料泵15打入低壓反應(yīng)釜10中并與其中的原料鄰硝基氯苯在攪拌和溫度為98104C下進(jìn)行反應(yīng)，并通過減壓閥2控制壓力在0.280.32Mpa(表壓)。通過取樣器13監(jiān)控反應(yīng)的進(jìn)行程度。合格的產(chǎn)品可以由氣液分離器11排出。2還原反應(yīng)裝置圖6-2還原反應(yīng)裝置圖裝置由四口或三口燒瓶、攪拌器、恒壓滴液漏斗、冷凝管、鐵架臺(tái)、加熱套構(gòu)成。四口或三口燒瓶是發(fā)生反應(yīng)的部位，攪拌由燒瓶正中的瓶口

23、插入，采用機(jī)械攪拌。恒壓滴液漏斗與回流冷凝管分別插在燒瓶的兩側(cè)的瓶口。溫度計(jì)插在溫度計(jì)專用插口上。加溫裝置一般可用加熱套。有關(guān)裝置要領(lǐng)的安裝參見附錄。6.4鄰甲氧基苯胺合成中產(chǎn)物分離、精制、檢測(cè)方法甲氧基化反應(yīng)結(jié)束時(shí)反應(yīng)的后處理(1)體系的組成及其狀態(tài)油層（粗產(chǎn)物）水層甲氧基化反應(yīng)結(jié)束后，體系的主要組成為：鄰硝基苯甲醚、甲醇、氯化鈉、水、過量未反應(yīng)的氫氧化鈉等，其中氯化鈉為固體，體系為非均相混合體系。鄰硝基苯甲醚溶解在甲醇中。（2）產(chǎn)物的分離策略首先考慮回收多余的原料。原料中氫氧化鈉剩余很少，沒有回收的價(jià)值，甲醇剩余很多，應(yīng)考慮回收甲醇。目標(biāo)產(chǎn)物鄰硝基苯甲醚不溶于水，而其他物質(zhì)均能溶于水，因此

24、可以向體系中加入水，即可很方便地將產(chǎn)物分離出來。為了更好地進(jìn)行溶解，可以考慮加入熱水或升溫溶解。考慮到氫氧化鈉的堿性對(duì)分離過程可能產(chǎn)生影響，分離前可以用弱酸中和處理（不中和對(duì)分離過程影響不大）。（3）粗鄰硝基苯甲醚的分離流程可參考如下的分離流程：有機(jī)相（粗產(chǎn)物）水相（廢液）水洗I反應(yīng)混合物1冷卻至室溫，稀酸中和蒸餾iT蒸餾殘余物1餾出物（甲醇）加水（或熱水）溶解中性粗產(chǎn)物水相（廢液）（4）分離裝置主要采用蒸餾裝置和分液裝置。還原反應(yīng)結(jié)束時(shí)反應(yīng)后處理（1）體系的組成及其狀態(tài)還原反應(yīng)結(jié)束后，體系的組成主要為：鄰甲氧基苯胺及其鹽、少量未還原的鄰硝基苯甲醚、未反應(yīng)鐵粉、鐵的氧化物、電解質(zhì)以及水等。體系

25、為非均相體系。鄰甲氧基苯胺以油狀物為主，少量溶解在溶液中，鄰甲氧基苯胺的鹽溶解在溶液中。（2）產(chǎn)物分離策略由于產(chǎn)物混合物中含有大量的固體，通常的蒸餾、過濾、萃取等方法都不太適用。鄰甲氧基苯胺微溶于水，但有一定揮發(fā)性，因此可以考慮采用水蒸氣蒸餾的方法進(jìn)行分離。由于還原介質(zhì)為酸性，和鄰甲氧基苯胺生成銨鹽溶于溶液中，這部分銨鹽是不能被蒸汽蒸出的，因此要將溶液堿化至pH在8左右，使得鄰甲氧基苯胺游離出來。體系中出來的水蒸氣經(jīng)冷凝后，鄰甲氧基苯胺會(huì)和水分層，可以通過分液裝置很方便地將鄰甲氧基苯胺分離出來。分離后的水層中還含有較多的鄰甲氧基苯胺，可以通過鹽析的方法進(jìn)行分離。（3）產(chǎn)物的分離流程分離流程如下

26、：反應(yīng)混合物加堿堿化，pH8水蒸氣蒸餾餾出物冷卻，分層鹽析、分層油層（粗產(chǎn)物）水層（廢液）（4）分離裝置裝置仍可采用過濾裝置及水蒸汽蒸餾裝置、減壓蒸餾裝置。鄰甲氧基苯胺產(chǎn)品的純化及精制由于目的產(chǎn)物是低熔點(diǎn)高沸點(diǎn)的有機(jī)物，可以采用減壓蒸餾的方法進(jìn)行純化。也可以考慮用層析的方法進(jìn)行純化精制。但由于層析法時(shí)間較長(zhǎng)，建議用減壓蒸餾的方法進(jìn)行純化。（1）減壓蒸餾的參數(shù)：壓力P=0.0263Mpa，沸程范圍:T=117121C（2）減壓蒸餾裝置及操作：參見附錄5。鄰甲氧基苯胺的產(chǎn)品檢測(cè)1鄰甲氧基苯胺的檢測(cè)方法目標(biāo)產(chǎn)物鄰氨基苯甲醚的檢測(cè)可以參考HG/T2669-2008的檢測(cè)方法。2鄰甲氧基苯胺的鑒定本項(xiàng)目

27、產(chǎn)品的鑒定，因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)已知，故只需采用簡(jiǎn)單的物理常數(shù)測(cè)定即可。這里建議采用7030紅外光譜的鑒定法。鄰甲氧基苯胺的紅外光譜譜圖如圖6-3：（來自中科院上海有機(jī)化學(xué)研究所）Wavenumber1/cm4000350030002500200018001600140012001000800600400200Transmittance|Absorbance|ZoomOutat|4000圖6-3鄰氨基苯甲醚的紅外光譜譜圖說明：圖中苯環(huán)骨架振動(dòng)在1600cm-1,1580cm-1附近有吸收；32003300cm-i為氨基的振動(dòng)吸收峰；28002900cm-i為甲氧基團(tuán)的伸縮峰。6.5鄰甲氧基苯胺合成過程的三

28、廢處理1廢氣的處理在本項(xiàng)目合成實(shí)驗(yàn)過程中廢氣主要來源于有機(jī)溶劑的揮發(fā)，如甲醇等。甲醇毒性大，對(duì)環(huán)境有嚴(yán)重的危害，易燃，遇明火、高熱或氧化劑接觸，有引起燃燒爆炸的危險(xiǎn)。由于甲醇具有很強(qiáng)的揮發(fā)作用，通常在水和土壤中的甲醇會(huì)很快的揮發(fā)到空氣中，因此水和土壤中的甲醇會(huì)很快降低到很低的水平。如果出現(xiàn)泄露應(yīng)盡可能切斷泄漏源，防止進(jìn)入下水道、排洪溝等限制性空間。小量泄漏：用砂土或其它不燃材料吸附或吸收。也可以用不燃性分散劑制成的乳液刷洗，洗液稀釋后放入廢水系統(tǒng)。2廢液的處理實(shí)驗(yàn)過程中產(chǎn)生的廢液首先應(yīng)按無(wú)機(jī)溶劑和有機(jī)溶劑分類倒入相應(yīng)的廢液桶中，不得直接倒入下水道，并及時(shí)處理。在本項(xiàng)目合成實(shí)驗(yàn)過程中廢液主要來源

29、于甲氧基化后剩余的廢甲醇、還原反應(yīng)后剩余的的鐵屑和硝基氨基類化合物。（1）廢甲醇的處理反應(yīng)后有部分剩余的甲醇水溶液，如果直接排放，對(duì)環(huán)境造成的影響是非常大的。廢甲醇的處理可采用以下的方法：將甲氧基化后的廢甲醇用于下一批的反應(yīng)中，即實(shí)行閉路循環(huán)利用；甲氧基化后部分廢甲醇直接循環(huán)套用，其余廢甲醇可用蒸餾的方法提純精甲醇。含微量廢甲醇的溶液，可通過浸沒燃燒，或提濃至純度較高的甲醇作為反應(yīng)原料。（2）廢水的處理甲氧基化反應(yīng)后廢水主要含有少量堿，甲醇化合物以及部分硝基化合物等。這些廢水可以集中進(jìn)行處理，也可以分別處理。少量堿可以以過量的醋酸水溶液中和，或用廢液中和，中和后用大量水沖稀排放。甲醇化合物以及

30、部分硝基化合物可以經(jīng)蒸餾回收或活性炭吸附處理后即可排放。3廢渣的處理本項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)合成過程中的廢渣主要為反應(yīng)中產(chǎn)生的鐵的氧化物（鐵泥）。這部分鐵泥還含有目標(biāo)化合物，應(yīng)考慮回收其中大部分產(chǎn)品，如可以用少量乙醇多次清洗鐵泥。回收產(chǎn)物后，鐵泥可以放棄。鄰甲氧基苯胺的合成操作合成前的準(zhǔn)備明確合成任務(wù)。制定合成方案，畫出合成流程圖。準(zhǔn)備合成所需儀器及藥品，搭建合成裝置。準(zhǔn)備測(cè)試所需儀器及藥品。必要時(shí)對(duì)原料或試劑進(jìn)行預(yù)處理。鄰甲氧基苯胺的合成操作過程1合成過程下面是由文獻(xiàn)資料整理的合成步驟，供各合成小組制定實(shí)驗(yàn)方案時(shí)參考。（1）甲氧基化反應(yīng)在裝有攪拌器的壓熱釜中，加入甲醇24.3g（0.758mol）。攪拌下

31、，再加入由2.6g氫氧化鈉配成的80%的堿溶液?？刂茰囟炔怀^40C。分析甲醇鈉濃度為80-83g/L。分析合格后將反應(yīng)液冷卻至25C，加入&2g（0.054mol）鄰硝基氯苯。加熱至98-104C，釜內(nèi)壓力0.28-0.32MPa下連續(xù)攪拌，反應(yīng)4h反應(yīng)結(jié)束，反應(yīng)液降溫至25C以下。蒸餾多余的甲醇，當(dāng)釜內(nèi)溫度升至90C時(shí)停止蒸餾，加入70C熱水，靜置后分層。有機(jī)層水洗至中性。待用。（2）硝基還原反應(yīng)在裝有攪拌器、回流冷凝器的四口瓶中，加去離子水170ml、鐵屑127g（2.26mol）、甲酸1.5g,將反應(yīng)液加熱至沸騰，鐵屑進(jìn)行預(yù)蝕lh,攪拌下向四口瓶中慢慢加入93.5g（0.61mol）鄰

32、硝基苯甲醚，回流攪拌2h,加氫氧化鈉水溶液中和。進(jìn)行水蒸氣蒸餾，餾出物分出油層，水層經(jīng)食鹽鹽析還可得到一部分油層，兩部分油層合并進(jìn)行減壓蒸餾，收集117-121C的餾分（0.0263MPa）。產(chǎn)品收率約為70%（以鄰硝基氯苯計(jì)算）。2關(guān)于產(chǎn)物的檢測(cè)和鑒定測(cè)定產(chǎn)物的熔點(diǎn)、含量；波譜鑒定只要求對(duì)合成產(chǎn)品檢測(cè)其紅外光譜。3填寫產(chǎn)品合成報(bào)告書見附錄產(chǎn)品合成報(bào)告書。鄰甲氧基苯胺合成任務(wù)完成效果評(píng)價(jià)仍然采用情境1中的評(píng)價(jià)方法和評(píng)價(jià)程序進(jìn)行評(píng)價(jià)，即分別從合成路線及方案、合成裝置、操作及產(chǎn)品合成結(jié)果及職業(yè)素質(zhì)的養(yǎng)成情況等四方面進(jìn)行評(píng)價(jià)。第一項(xiàng)主要從原料、工藝、安全、三廢等方面進(jìn)行評(píng)價(jià)；第二項(xiàng)主要從裝置搭建、反

33、應(yīng)操作、產(chǎn)物分離精制、產(chǎn)品分析檢測(cè)、實(shí)驗(yàn)過程規(guī)范與記錄及實(shí)驗(yàn)結(jié)束現(xiàn)場(chǎng)清理等方面進(jìn)行評(píng)價(jià)；第三項(xiàng)主要從產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)品利率或產(chǎn)率、安全環(huán)保及產(chǎn)品經(jīng)濟(jì)效益等進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)；第四項(xiàng)主要從學(xué)生的職業(yè)素質(zhì)養(yǎng)成的情況方面進(jìn)行評(píng)價(jià)。參見附錄中項(xiàng)目合成教學(xué)評(píng)價(jià)表。6.8知識(shí)拓展6.8.1關(guān)于0-烷基化反應(yīng)醇羥基或酚羥基中的氫被烷基所取代生成醚類化合物的反應(yīng)稱為0-烷基化反應(yīng)。1鹵烷的0-烷基化用鹵烷的0-烷基化是親核取代反應(yīng)。對(duì)于被烷化的醇或酚來說，它們的陰離子R0-的活潑性遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于醇或酚本身的活性。因此，在反應(yīng)物中總是要加入堿性劑，例如金屬鈉、氫氧化納、氫氧化鉀、碳酸鈉或碳酸鉀等，以生成R0-陰離子。ROH+R

34、CT+Na+HtO式中R崔示烷基或芳基ALK表示芳基，X表示鹵素，所用的堿也叫縛酸劑。當(dāng)醇和鹵素化合物都很不活潑時(shí)，要將醇先制成無(wú)水醇鈉，然后與鹵烷作用，以避免水解副反應(yīng)。如果醇和鹵烷都比較活潑，0-烷基化反應(yīng)也可以在氫氧化鈉水溶濃中進(jìn)行。醇羥基的反應(yīng)活性隨碳鏈的增長(zhǎng)而降低。酚羥基具有一定的酸性，一般可以用碳酸鈉或碳酸鉀作縛酸劑。當(dāng)烷基相同時(shí)，各種鹵烷的活潑性次序是：Alk-IAlk-BrAlk-Cl由于氯烷價(jià)廉易得，工業(yè)上一股使用氯烷作烷基化劑。如果氯烷不夠活潑，可加入適量碘化鉀（約為氯烷摩爾數(shù)的1/10-1/5）進(jìn)行催化，它的作用是先通過鹵素交換反應(yīng)把氯烷轉(zhuǎn)化為碘烷，再進(jìn)行0-烷基化。利用氯烷的0-烷基化反應(yīng)可以制備一系列的二烷基醚和烷基芳基醚?，F(xiàn)舉例如下：+2NaOHNaCQONa+2H2ONaCQ3Na+2CH3C17012OHk5mf;+2Naa對(duì)于某些活潑