開題報告 - 3-巰基丙酸合成工藝實驗及分析 - 化工11203班 - 鄧招.doc

3-巰基丙酸合成工藝實驗及分析長江大學畢業(yè)論文(設計)開題報告題 目 名 稱 3-巰基丙酸合成工藝實驗及分析 題 目 類 別 畢業(yè)論文 院 （系） 化學與環(huán)境工程學院 專 業(yè) 班 級 化工11203班 學 生 姓 名 鄧 招 指 導 教 師 尹 先 清 輔 導 教 師 尹 先 清 開題報告日期 2016年1月9日 -3-巰基丙酸合成工藝實驗及分析學 生：鄧 招 化學與環(huán)境工程學院指導教師：尹先清 化學與環(huán)境工程學院一、題目來源題目類別：畢業(yè)論文題目來源：產(chǎn)學研合作實踐。在荊州市偌亞化工生產(chǎn)現(xiàn)場進行全部工作。3-巰基丙酸作為一種重要的醫(yī)藥中間體，在國民生活中占據(jù)十分重要的地位，從作為醫(yī)藥中間體的原料到各種化學助劑、添加劑，再到電子化學品，它幾乎涉及到了生活生產(chǎn)中的方方面面，已經(jīng)成為我們必不可少的原料。但是目前市場上生產(chǎn)銷售的3-巰基丙酸受到各種因素的限制，例如生產(chǎn)原料的選擇、生產(chǎn)線路的優(yōu)化設計、產(chǎn)品監(jiān)測等等，導致它并沒有實現(xiàn)安全、綠色、大規(guī)模生產(chǎn)。鑒于原料是否廉價易得，合成線路的簡單可行性，最終以丙烯腈與硫氫化鈉為原料，合成3-巰基丙酸。二、研究目的和意義3-巰基丙酸（又名: -巰基丙酸、巰基丙酸, 3-Mercaptopropionic acid）,分子式：C3H6O2S，CAS登記號：107-96-0，化學結構式為：。無色透明液體，遇冷固化。是一種重要的有機合成原料，也是醫(yī)藥芬那露的中間體，可用于醫(yī)藥中間體、電子化學品，制備交聯(lián)劑、硬化劑、樹脂添加劑、抗氧劑、催化劑和生化試劑，也可用來制備塑料熱穩(wěn)定劑、除草劑及其聚合反應的鏈轉移劑，粘度指數(shù)改進劑，還可作為PVC熱穩(wěn)定劑酯基錫的原料，在染發(fā)燙發(fā)行業(yè)也有應用，同時也可以用作聚氯乙烯的穩(wěn)定劑，與硫代乙醇酸一樣可用于透明制品，熱穩(wěn)定性非常好，優(yōu)于其他穩(wěn)定劑，市場前景十分廣闊。中國國內僅東北第三制藥廠生產(chǎn)3-巰基丙酸，其工藝為硫脲法。其合成方法可概括為三種類型:其一為丙烯腈路線，即利用丙烯腈與NaHS通過Michael加成反應，然后酸解合成3-巰基丙酸；其二為丙烯酸路線，即利用丙烯酸與H2S通過Michael加成反應制備，或利用丙烯酸與Na2S2O3加成生成Bunte鹽然后水解制備。前者采用過量H2S高壓下反應，對設備要求苛刻，大大過量的H2S回收困難，后者產(chǎn)品收率很低；其三為3-氯丙酸路線，即利用3-氯丙酸為原料，通過與Na2CS3進行親核取代反應，再酸解制備。該方法原料成本高，廢水量大，對環(huán)境污染嚴重。另外利用3-氯丙酸與Na2S2O3反應，再酸解也可制備得到3-巰基丙酸。硫脲法所使用的原料中硫脲和一氯代丙酸鈉的成本較高，反應中要生成氯化鈉，氨氣，二氧化碳和硫酸鋇等多種副產(chǎn)品，回收利用的成本過高。所以，綜合考慮原料是否廉價易得、合成線路是否簡單易操作、原料是否容易回收、廢氣廢液是否容易處理等多種因素，研究以丙烯腈與硫氫化鈉為原料，合成3-巰基丙酸，為工業(yè)大規(guī)?；a(chǎn)，具有十分重要的意義。三、閱讀的主要參考文獻及資料名稱1. 姜旭，陳稼軒，龍春梅，蔣文偉. -巰基丙酸的合成J. 精細化工中間體，2004，35(3):4849.2. 馮柏成. -巰基丙酸的合成研究J. 青島化工學院學報，1998，19(1):6366.3. 張圣光，王留成，程相林，趙建宏，王亞婷. 硫氫化鈉法合成-巰基丙酸的工藝研究J. 精細與專用化學品，2015，23(8):3437.4. 黃可龍，張鵬，董萍. 琉基丙酸及其醋的制備和紅外光譜研究J. 中南政法學院學報，1991，22(5):588592.5. 陳郁璇，王海水. 3-巰基丙酸自組裝單分子膜的研究進展J. 分析測試學報，2013，32(9):11471152.6. 劉福德，王密，高素華，韓寶成. 3-氯丙酸路線合成3-巰基丙酸J. 化學工業(yè)與工程，2006，23(2):130132.7. E. 阿雷茲. 3-巰基丙酸合成方法P. 中國:1185 432A，1997-10-10.8. KLENK H. -mercaptopropionic acid derivativesP. DE: 3 223 973，1983-12-29.9. Borut Furlana，Zdenko asar，Damjan terka，Jan Fabris. 3-Mercaptopropionic acid as a new reagent for the industriallyapplicable synthesis of highly pure O-desmethylvenlafaxinefrom venlafaxineJ. Journal of Sulfur Chemistry，2015，36(1):6773.10. Kudelski A. Raman study on the structure of 3-mercaptopropionic acid monolayers on silverJ. Surface Science，2002，502:219223.11. Alexey I. Potapov，Alexandre V. Vorontsov. Investigation of fragmentation pattern of bis(trimethylsilyl)ester of 3-mercaptopropionic acidJ. International Journal of Mass Spectrometry，2004，235(2):163170.12. P. Salgadoa，T. Visnevschi-Necrasov，R.P. Kiene，I. Azevedo，A.C.S. Rocha，C.M.R. Almeida，C. Magalhes. Determination of 3-mercaptopropionic acid by HPLC: A sensitivemethod for environmental applicationsJ. J Chromatogr B Analyt Technol Biomed Life Sci，2015， 992:103108.13. JIAN Wen-ping，LIU Sheng，LI Jun，YANG Wen-sheng. Decomposition Reaction of Zn-MPA(3-Mercaptopropionic Acid)Complex Under M icrowave IrradiationJ. ScienceDirect，2008，24(3):353356.四、國內外現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢與研究的主攻方向根據(jù)對國內對巰基丙酸行業(yè)的研究報告，結合巰基丙酸行業(yè)歷年供需變化規(guī)律，以及全國范圍內的生產(chǎn)銷售情況，立足市場，結合科研，對國內的巰基丙酸現(xiàn)狀調查顯示：3-巰基丙酸不僅是重要的醫(yī)藥芬那露的中間體，同時可以作為化學助劑、添加劑、交聯(lián)劑、硬化劑、抗氧劑、催化劑、生化試劑等，用途廣泛，需求量大，主要市場集中在華北地區(qū)、華東地區(qū)、西南地區(qū)以及東南地區(qū)，市場前進十分廣闊。但是，目前國內只有東北第十三制藥廠大規(guī)模標準化生產(chǎn)，除此之外都是小批量生產(chǎn)模式，不僅生產(chǎn)能力有限，科研技術的保密性也嚴重制約了巰基丙酸的技術改進和規(guī)模化。同時研究表明，不管使用目前的哪種方式（前述提到的3種生產(chǎn)路線），或者原料毒性過大、或者原料價格昂貴難尋、或者操作條件苛刻、或者生產(chǎn)工藝復雜，導致生產(chǎn)效益低、或者副產(chǎn)物多，環(huán)境污染嚴重等因素，嚴重制約了巰基丙酸的生產(chǎn)規(guī)模化。為了實現(xiàn)“零污染”、“綠色環(huán)保”的目的，科研方向正在逐步轉向節(jié)能環(huán)保、低污染、原子經(jīng)濟效益高的方向，尋找低毒性、原料易得、易操作、低污染的可替代品，用于大規(guī)模化生產(chǎn)巰基丙酸，真正實現(xiàn)利國利民的目的。由于實驗室操作和實際的工廠生產(chǎn)的巨大差異，眼下研究的主攻方向是盡可能的使反應步驟最少，條件容易控制，產(chǎn)品檢測難度小。努力解決環(huán)境與效益同步最大化，成為了國內外研究的重大問題五、主要研究內容，需重點研究的關鍵問題及解決思路5.1 關鍵問題（1） 生產(chǎn)產(chǎn)品是否合格的檢測步驟及內容； （2） 酸法生產(chǎn)工藝更改為堿法生產(chǎn)工藝后，如何判斷生產(chǎn)效率是否提高；（3） 如何確定最優(yōu)生產(chǎn)方案。5.2 解決思路采用的實驗路線如下：針對以上幾個關鍵問題，實現(xiàn)合格生產(chǎn)可提供的解決方法分別如下：（1） 根據(jù)3-巰基丙酸的生產(chǎn)路線：合成水解回流萃取精餾，嚴格按照以下五個步驟操作：對進廠原料進行檢測，確保生產(chǎn)過程使用的原料合格；嚴格控制回流環(huán)節(jié)的回流液含量達標；嚴格控制萃取環(huán)節(jié)的萃取液含量合格；對精餾液的含量進行分析；對出廠產(chǎn)品做最后環(huán)節(jié)的含量分析；（2） 忽略掉生產(chǎn)過程中的環(huán)節(jié)，直接檢測最終產(chǎn)品的含量和純度，對比工藝改進前后，是否有明顯的變化；（3） 將實驗數(shù)據(jù)做成表格，對比實驗，原料廉價易得的、實驗容易操作易控制的、檢測方式容易的、產(chǎn)品生產(chǎn)效率較高的，回收原料便捷無污染的，即是我們需要的最優(yōu)生產(chǎn)方案。六、完成畢業(yè)論文所必須具備的工作條件（如工具書、計算機輔助設計、某類市場調研、實驗設備和實驗環(huán)境條件等）及解決的辦法1. 工具書：化工中間體手冊、精細有機合成；2. 計算機輔助設計：offices；3. 資料：長江大學圖書館文獻和藏書、諾亞化工有限公司的實際生產(chǎn)實驗數(shù)據(jù)；4. 實驗設備和環(huán)境：（1） 實驗藥品：丙烯腈、硫氫化鈉、濃鹽酸（32%）、液堿（32%）、鹽酸標準滴定液（0.1084mol/L）、氫氧化鈉標準滴定液（0.4998mol/L）、碘標準滴定液（0.1043mol/L）、淀粉指示劑（0.5%）、酚酞指示劑（0.5%）、甲基橙指示劑（0.5%）、GG茜素黃-百里香芬蘭指示劑、BaCl2溶液（20%）、實驗用甲醛、二氯乙烷、丙酮、蒸餾水等。（2） 在公司現(xiàn)場完成全部工作。實驗主要儀器： GC9790氣相色譜儀、N2000色譜分析工作站、烘箱、常規(guī)實驗合成玻璃儀器等。七、工作的主要階段、進度與時間安排1. 2015年12月7日2015年12月20日：選擇課題，確定研究方向。2. 2015年12月21日2016年1月8日：查找