2王琛有關(guān)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(xué)有機化學(xué)課程論文湖南大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院湖南大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院王琛201409020313有關(guān)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(yīng)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(jié)構(gòu)的分析，從反應(yīng)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(guān)鍵詞呋喃酚鄰苯二酚3-Cl-異丁烯催化劑結(jié)構(gòu)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(nèi)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(yán)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(shù)，降低我國自己生產(chǎn)呋喃酚的成本，進一步提高產(chǎn)品質(zhì)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(yīng)式：這種反應(yīng)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(yīng)原料，反應(yīng)條件，產(chǎn)物等方面分析具體方法。4．1：反應(yīng)原料外觀與性狀：無色結(jié)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(jié)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(yīng)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(xué)反應(yīng)。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(dǎo)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(yīng)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(zhuǎn)速：500rpm體系中加入質(zhì)量分?jǐn)?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(jié)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(jié)晶，加入的活性壇的質(zhì)量與第一次重結(jié)晶后鄰苯二酚的質(zhì)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(jié)晶后總收率為85.6%提純后的鄰苯二酚性質(zhì)如下初熔點：104.8℃終熔點：105.2℃純度：99.5%整個反應(yīng)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(yīng)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(yīng)，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(yīng)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(yīng)速率，減少副反應(yīng)。因此，可改用ZnCl2作為反應(yīng)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(yīng)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(yīng)副產(chǎn)物產(chǎn)量過大，那么就可以說這個反應(yīng)是失敗的。所以如何減少副反應(yīng)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(yīng)中可能存在以下的副反應(yīng)：反應(yīng)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(yīng)中的控速步驟?？巳R森重排過程中的副反應(yīng)無法避免，只能盡量減少副反應(yīng)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(yīng)速度。關(guān)于反應(yīng)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(yīng)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(yīng)，所以容易控制，從而減少副反應(yīng)產(chǎn)率。4．4：反應(yīng)過程與溫度壓力在本反應(yīng)過程中，有多個反應(yīng)原理參與。故從反應(yīng)過程中來尋找提高產(chǎn)率的方法是可行的。具體反應(yīng)式：鄰苯二酚與甲基烯丙基氯先進行醚化反應(yīng)，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(yīng)得到取代雙酚中間體，再經(jīng)環(huán)合反應(yīng)制得呋喃酚。成環(huán)反應(yīng)是一個慢速過程，是本反應(yīng)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(yīng)轉(zhuǎn)化率可以達到80%以上；克萊森重排反應(yīng)轉(zhuǎn)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(yīng)的轉(zhuǎn)化率提高至100%?？巳R森重排因為存在副反應(yīng)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(yīng)需要在合適的反應(yīng)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(jié)語通過對呋喃酚的結(jié)構(gòu)和其合成反應(yīng)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(yīng)，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(yīng)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(yīng)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(xué)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(dǎo)，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(xué)的教導(dǎo)，讓我進入了有機化學(xué)的美妙世界。七：參考文獻[1]郭燦城．有機化學(xué)．湖南大學(xué)出版社，2009．[2]張建宇,王曉光,肖旭輝等.呋喃酚環(huán)合反應(yīng)研究[J]