2王琛有關提高以鄰苯二酚與3Cl異丁烯為原料酸性條件下合成呋喃酚產(chǎn)物收率的可行性途徑的研究

有機化學有機化學課程論文湖南大學化學化工學院湖南大學化學化工學院王琛201409020313有關提高以鄰苯二酚與3-Cl-異丁烯為原料酸性條件下合成呋喃酚產(chǎn)物收率的可行性途徑的研究王琛201409020313一：摘要工業(yè)上呋喃酚的合成路線有很多，我認為以鄰苯二酚和3-Cl-異丁烯為原料在酸性條件下制備呋喃酚的方法比較好。因為這個方法具有原料較為廉價易得、反應步驟少、收率較高等特點，是目前工業(yè)生產(chǎn)采用較多的方法?，F(xiàn)在普遍產(chǎn)率是70%。本課題主要通過對其合成路線的分析，對中間產(chǎn)物的研究，對呋喃酚結構的分析，從反應溫度和時間、催化劑及呋喃酚提純等方面進行研究改進，以提高呋喃酚的收率，從而提高工業(yè)效益，增加利潤。二：關鍵詞呋喃酚鄰苯二酚3-Cl-異丁烯催化劑結構提純收率三：引言我國是農(nóng)業(yè)大國，對克百威等一批低毒高效的殺蟲劑的需求量很大。呋喃酚是克百威、好安威、丙硫克百威的重要中間體。很顯然呋喃酚的低成本大批量生產(chǎn)是很重要的，但是國內呋喃酚生產(chǎn)卻有很大欠缺,與國外相比競爭力不強。而且許多呋喃酚甚至要靠進口，這嚴重的提高了我國農(nóng)民生產(chǎn)生活的成本，這是不好的。所以我們唯有不斷地改進技術，降低我國自己生產(chǎn)呋喃酚的成本，進一步提高產(chǎn)品質量，才能滿足我國對呋喃酚的年需求量，增強我國呋喃酚的競爭力，甚至出口國外獲得利潤。四：正文主反應式：這種反應過程的產(chǎn)率可以到到70%以上，工業(yè)生產(chǎn)已經(jīng)成熟。但很顯然，這種方法不完美，因為產(chǎn)率不夠高。若是產(chǎn)率能夠提高至90%—95%，那么呋喃酚的價格必定會降低一個等級，會給農(nóng)民帶來更好的福利。下面從反應原料，反應條件，產(chǎn)物等方面分析具體方法。4．1：反應原料外觀與性狀：無色結晶，見光或露置空氣中變色，能升華。熔點(℃)：105。外觀與性狀：無色結晶，見光或露置空氣中變色，能升華。熔點(℃)：105。沸點(℃)：246。相對密度(水=1)：1.34。相對蒸氣密度(空氣=1)：3.79。蒸氣壓(kPa)：1.33(118.3℃)。閃點：127℃。燃燒熱(kJ/mol)：2854.9。穩(wěn)定性和反應活性：穩(wěn)定。禁配物：?；?、酸酐、堿、強氧化劑、強酸。避免接觸的條件：光照、空氣。危險特性：遇明火、高熱可燃。受高熱分解放出有毒的氣體。與強氧化劑接觸可發(fā)生化學反應。溶解性：溶于水，易溶于乙醇、乙醚。通常，工業(yè)大量制取鄰苯二酚的方法是苯酚羥基化法，其過程為苯酚經(jīng)氧化物（過氧酸、雙氧水等）氧化可制得鄰、對苯二酚，經(jīng)分離可得鄰苯二酚。但是分離很難分出100%純的鄰苯二酚，這就導致很難保證原料是純的鄰苯二酚。其中會混雜著對苯二酚。這會對后續(xù)的反應產(chǎn)生影響。郭燦城教授在授課期間也提到過一個小故事，橡膠合成出來總是發(fā)黃。后來發(fā)現(xiàn)只要用NaOH洗干凈原料中的氯氣，所有的困難便迎刃而解。所以提高最終產(chǎn)率，可以通過提高原料的純度來完成。方法如下：以乙酸乙酯為萃取劑，萃取條件為:萃取溫度：25℃萃取時間：40min靜置時間：50minPH：6.7磁力攪拌轉速：500rpm體系中加入質量分數(shù)50%的NaCl溶液。該條件下，反映的萃取率最高可達到98.79%以甲基異丁基甲酮對蒸餾品提純，：液固比：0.8結晶時間：6h冷卻速率：0.7℃/min攪拌速度：90rpm攪拌時間：12min采用兩次重結晶，加入的活性壇的質量與第一次重結晶后鄰苯二酚的質量之比為1:40，該條件下，鄰苯二酚的純度達到99.5%，兩次重結晶后總收率為85.6%提純后的鄰苯二酚性質如下初熔點：104.8℃終熔點：105.2℃純度：99.5%整個反應的總收率為81.6%。這樣可以提高原料的純度，從而提高產(chǎn)率。4．2：催化劑催化劑在一個有機反應中的重要性很高，催化劑選的正確了，不僅效率高，而且會提高產(chǎn)率。所以，若是能尋找到一種合適的催化劑來催化主反應，那么合成呋喃酚的效率與產(chǎn)率必定能更上一層樓。如何尋找最合適的催化劑？先看現(xiàn)有的催化劑有哪些。從圖中易得，醇鋁類的有機物對該反應催化能力較大，也是目前的主流催化劑。這種催化劑效率雖然不錯，但是很難突破70%的限制。經(jīng)過查資料文獻，有人提出使用一種新型催化劑ZnCl2。異丁醇鋁是一種路易斯酸，路易斯酸的作用是接受電子，生成碳正離子，故路易斯酸酸性越強，則可以提高反應速率，減少副反應。因此，可改用ZnCl2作為反應的新型催化劑。有可能能突破70%的產(chǎn)率限制，提高至80%左右。4．3：產(chǎn)物與副產(chǎn)物眾所周知，有機反應影響產(chǎn)率的主要因素就是副產(chǎn)物的形成，，若是一個反應副產(chǎn)物產(chǎn)量過大，那么就可以說這個反應是失敗的。所以如何減少副反應的發(fā)生，或是減少副產(chǎn)物的產(chǎn)量，是提高產(chǎn)率的一個重要研究部分，也是一個必須的研究過程。。這個反應中可能存在以下的副反應：反應中克萊森重排的副產(chǎn)物：催化劑影響下會有如下的副產(chǎn)物：環(huán)化過程是一個慢速過程，就是該反應中的控速步驟?？巳R森重排過程中的副反應無法避免，只能盡量減少副反應的產(chǎn)量?？紤]從溫度壓力等方面在主產(chǎn)物和副產(chǎn)物之間找到一個平衡，如何減少副產(chǎn)物產(chǎn)量又能保持不慢的反應速度。關于反應速度方面不是本論文的討論要點，在此不做過多的討論。催化劑影響的副反應則比較容易控制。上面我提出了使用新型催化劑，很顯然ZnCl2并不會催化這個副反應，所以容易控制，從而減少副反應產(chǎn)率。4．4：反應過程與溫度壓力在本反應過程中，有多個反應原理參與。故從反應過程中來尋找提高產(chǎn)率的方法是可行的。具體反應式：鄰苯二酚與甲基烯丙基氯先進行醚化反應，得到的異丁烯基苯酚醚在催化劑作用下經(jīng)克萊森重排反應得到取代雙酚中間體，再經(jīng)環(huán)合反應制得呋喃酚。成環(huán)反應是一個慢速過程，是本反應的控訴步驟。我們可以通過提高這3個過程的產(chǎn)率來提高總體產(chǎn)量。已知的是醚化反應轉化率可以達到80%以上；克萊森重排反應轉化率一般在80％左右。所以總體產(chǎn)率也只有64%。但是我們可以通過循環(huán)使用原料來將醚化反應的轉化率提高至100%?？巳R森重排因為存在副反應無法提高至太高。估計量為85%左右，所以可將產(chǎn)率提高至85%。這樣就成功突破了70%的限制。另外一個反應需要在合適的反應溫度和壓力下進行。尋找出一個合適的溫度和壓力是一個漫長的過程，本文不再具體論述五：結語通過對呋喃酚的結構和其合成反應歷程的研究，可以在提高原料純度，在合適溫度解壓力下發(fā)生反應，選擇新型催化劑，減少副產(chǎn)物，提純鄰苯二酚進一步醚化循環(huán)利用等方式提高呋喃酚的產(chǎn)率，從而降低呋喃酚的成本，減少我國人民的生活成本。每一個有機反應都會有很對的條件制約，尋找出一個平衡各個制約條件的點來進行反應是很重要的，這需要大量的精力，是一個漫長的過程。六：致謝在課題研究與論文書寫的規(guī)程中，感謝李金翰同學幫助我解決一些概念問題；感謝助教老師對我們班書寫論文與課題研究的指導，幫助我們研究課題，提供書寫論文的一些幫助；感謝郭燦城教授這一年多來對我有機化學的教導，讓我進入了有機化學的美妙世界。七：參考文獻[1]郭燦城．有機化學．湖南大學出版社，2009．[2]張建宇,王曉光,肖旭輝等.呋喃酚環(huán)合反應研究[J]