對硝基苯乙醇醚的合成新工藝優(yōu)化?

王曉琴,楊鳳玲

(1.山西煤炭職業(yè)技術(shù)學(xué)院 煤炭化工系,山西 太原 030006;2.山西大學(xué) 環(huán)境與資源學(xué)院,山西 太原 030006)

對硝基苯乙醇醚是一種醫(yī)藥、染料中間體,其應(yīng)用領(lǐng)域有合成染料,特種異氰酸酯,照像感光材料,熱記錄材料,農(nóng)用化學(xué)品及醫(yī)藥,用途極為廣泛.它和萘乙酸制得的衍生物可用于彩色膠片顯影劑;與偶氮類物質(zhì)進(jìn)行偶合制得橘紅色染料,用于尼綸、化纖織物染色.它和對硝基苯甲酰氯發(fā)生酯化反應(yīng)后,經(jīng)還原可制得 4－氨基苯甲酸乙酯,以其合成的 4－(N－糖基取代)氨基苯基類化合物,能抑制培養(yǎng) Bl黑色素瘤細(xì)胞的復(fù)制,改變惡性瘤細(xì)胞的聚葡萄酰胺生物合成,是影響前列腺素代謝及對細(xì)胞膜起作用的一類新型抗腫瘤化合物.

國外對硝基苯乙醇醚的合成方法有4種:①對硝基苯酚和氯乙醇在硫酸甲酯的作用下,在110℃的溫度下反應(yīng) 1 h制得該產(chǎn)品[1];② 對硝基苯乙酸酯在 5% Pd－C催化劑和 Bi(NO3)3·5H2O共同作用下,在氫氧化鈉溶液中進(jìn)行還原反應(yīng)制得對硝基苯乙醇醚[2];③ 對硝基苯酚和碳酸乙烯酯在碳酸鉀的存在下開環(huán)加成反應(yīng)制得對硝基苯乙醇醚[3];④對硝基苯酚和碳酸乙烯在鹵鹽(CsF,NaB,LiCl或 LiBr)的存在下開環(huán)加成反應(yīng)制得對硝基苯乙醇醚[4].

國內(nèi)的合成方法主要有 3種:①對硝基氯苯－乙二醇法.以對硝基氯苯和乙二醇為原料,在氫氧化鉀和二甲基亞砜的作用下合成,用二氯甲烷、丙酮進(jìn)行提純處理制得,收率僅達(dá) 62%[5－7];②對硝基苯酚－氯乙醇法.以對硝基苯酚和氯乙醇在液體氫氧化鈉存在下回流反應(yīng) 2 h,再用二氯乙烷進(jìn)行萃取得到該產(chǎn)品[8－10],收率為 70%,但至今還無工業(yè)化生產(chǎn)[8－9,11－13];③ 環(huán)氧乙烷－對硝基苯酚法.以環(huán)氧乙烷和對硝基苯酚為原料,在堿性催化劑作用下進(jìn)行反應(yīng),最后重結(jié)晶得到產(chǎn)品[14－15].

本文探討了環(huán)氧乙烷－對硝基苯酚法工藝的影響因素,得出最佳合成條件,產(chǎn)品經(jīng)核磁共振、紅外光譜等手段表征,認(rèn)為結(jié)構(gòu)正確,含量≥98%,收率≥87%.

1 實驗部分

1.1 藥品與儀器

對硝基苯酚,含量≥92%;環(huán)氧乙烷,含量≥98%;氫氧化鈉,含量≥99% .

市場決定產(chǎn)品銷售價格，企業(yè)掌握產(chǎn)品生產(chǎn)成本。產(chǎn)品的制造成本標(biāo)志著企業(yè)管理水平。要認(rèn)真厘清成本與效益的關(guān)系，細(xì)化管理、精準(zhǔn)控制，提升管理水平和盈利能力。

水彩作品《四川峨眉》（圖10）畫面署款年代為“1947”。但是，李鐵夫四川之行應(yīng)是在1946年，這是筆誤？還是一年后又畫了一幅？顯然存在爭議。又有同游作畫的學(xué)生溫少曼先生③，他指出此畫為現(xiàn)場寫生，年代是李鐵夫“亂簽的”。

1.2 實驗原理

舟曲特大泥石流因其規(guī)模之巨、傷亡之大，已成為人類地質(zhì)災(zāi)害史上的重大事件，從公共危機(jī)管理的角度如何預(yù)防泥石流災(zāi)害很值得反思。

1.3 實驗方法與步驟

1.3.1 對硝基苯乙醇醚的合成

在裝有電動攪拌、回流冷凝器、溫度計和鼓泡器的四口瓶中加入定量的對硝基苯酚和堿催化劑,并不斷升溫使原料熔融;開動攪拌,用氮氣置換四口瓶中的空氣,控制在一定溫度范圍內(nèi)通入環(huán)氧乙烷,使之反應(yīng),并不斷取樣分析對硝基苯酚的含量;當(dāng)其含量≤1%時,停止通入環(huán)氧乙烷,再反應(yīng) 0.5 h,冷卻出料.

1.3.2 對硝基苯乙醇醚的重結(jié)晶

在上述粗產(chǎn)品中含有少量未反應(yīng)的對硝基苯酚、環(huán)氧自聚物、對硝基苯酚環(huán)氧多聚物等雜質(zhì),需進(jìn)行提純處理.而對硝基苯酚和產(chǎn)品在高溫下易分解,不能采用精餾的方法進(jìn)行提純.本試驗分別采用乙醇重結(jié)晶再水洗和乙醇－水混合物重結(jié)晶兩種方法處理,離心分離,使少量酚和高沸點物質(zhì)溶解在結(jié)晶濾液中進(jìn)行分離,得到產(chǎn)品.

1.4 實驗數(shù)據(jù)測試方法

1.4.1 反應(yīng)時間

采用乙醇作溶劑,利用氣相色譜 SP3420,色譜柱溫 190℃,氣化 300℃,監(jiān)測 240℃,計算其峰值來進(jìn)行分析.

選用環(huán)氧乙烷∶對硝基苯酚的摩爾比為 1:1,催化劑為定量,進(jìn)行溫度對產(chǎn)品含量及產(chǎn)品收率的影響實驗.反應(yīng)溫度對產(chǎn)品含量和產(chǎn)品收率的影響如圖 1所示.

1.4.2 反應(yīng)速度

反應(yīng)速度是根據(jù)反應(yīng)時間來計算得到的.該反應(yīng)過程中反應(yīng)溫度是反應(yīng)的決定性因素,為了控制反應(yīng)溫度必須控制環(huán)氧乙烷的通入速度,因而制約了反應(yīng)時間,因此反應(yīng)速度以反應(yīng)時間來體現(xiàn).

培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造性思維是數(shù)學(xué)教育的重要目標(biāo)之一，但學(xué)校數(shù)學(xué)教學(xué)中，數(shù)學(xué)表達(dá)的統(tǒng)一性、簡潔性，數(shù)學(xué)題解法和答案的唯一性，往往又制約著學(xué)生“創(chuàng)新思維”的形成。對“探索”過程的經(jīng)歷，能夠激發(fā)學(xué)生正向的學(xué)習(xí)情感，能夠培養(yǎng)學(xué)生的積極數(shù)學(xué)精神，已經(jīng)是大家的共識。課堂上，教師也注意到了要讓學(xué)生經(jīng)歷“探索”的過程，但由于課堂時間、教學(xué)任務(wù)和教學(xué)內(nèi)容所限，課堂上的探究往往成了“走過場”式的假探究。是否可以適當(dāng)?shù)貙⒔虒W(xué)內(nèi)容設(shè)計成實驗課，真正讓學(xué)生經(jīng)歷“探索”答案的過程，以增加學(xué)生與“創(chuàng)造性思維”相關(guān)的隱性知識呢？

1.4.3 產(chǎn)品含量測試方法

反應(yīng)時間是以開始通入環(huán)氧乙烷到取樣分析對硝基苯酚的含量≤1%時,停止通入環(huán)氧乙烷的時間,再加 0.5 h反應(yīng)時間而計.

1.4.4 產(chǎn)品收率的計算方法

采用 JJG701－1990毛細(xì)管法熔點測定儀測定所得產(chǎn)品的熔點,利用氣相色譜 SP3420檢測產(chǎn)品的含量,水份用卡爾費休法進(jìn)行測定.產(chǎn)品指標(biāo)符合國外用戶要求,其指標(biāo)如表 1所示.

情況 3.2.2 C1中恰有一個集合不是Y中頂點色集合,4,5,6中至少有一種色同時包含在每個C(ui)中,不妨設(shè)C(ui), i=1,2,…,10,則{1,2,5},{1,2,6},{1,3,5},{1,3,6},{2,3,5},{2,3,6}不是X中頂點色集合且至多有兩個不是Y中頂點色集合。

2 結(jié)果和討論

2.1 對硝基苯乙醇醚的產(chǎn)品指標(biāo)及分析方法

產(chǎn)品收率=得到產(chǎn)品的質(zhì)量*產(chǎn)品中硝基苯乙醇醚的質(zhì)量百分?jǐn)?shù) /理論上得到的對硝基苯乙醇醚的質(zhì)量*100%.

表1 對硝基苯乙醇醚的產(chǎn)品指標(biāo)Tab.1 Product index of p－nitrophenyl ethanol ether

2.2 反應(yīng)溫度對產(chǎn)品含量和收率的影響

跨境電商的人才需求結(jié)構(gòu)分為初級、中級和高級。國際結(jié)算管理能力位于中級水平。雖然目前很多跨境電商企業(yè)處于初創(chuàng)階段，對客服、網(wǎng)絡(luò)推廣等初級人才的需求量大，但是隨著企業(yè)發(fā)展以及競爭加劇，對中高級人才的需求會更為迫切。然而目前高校畢業(yè)生還難以適應(yīng)企業(yè)的發(fā)展要求，缺乏專業(yè)培訓(xùn)和實際的就業(yè)培訓(xùn)。以廣東為例，2015年跨境電商人才缺口就超過30萬，未來10年我國電子商務(wù)人才缺口將超過400萬。因此培養(yǎng)能夠從事跨境電商業(yè)務(wù)的高校畢業(yè)生迫在眉睫。

不銹鋼高壓反應(yīng)器;JJG701－1990毛細(xì)管法熔點測定儀;真空抽濾裝置等.

圖1 反應(yīng)溫度對產(chǎn)品含量和收率的影響曲線Fig.1 Curves of product content and yield with respect to reaction temperature

從圖 1中可以看出,由于平均溫度在 90℃左右對硝基苯酚的熔融效果差,混合料液不均勻,導(dǎo)致產(chǎn)物中存在副產(chǎn)品和未反應(yīng)的對硝基苯酚,經(jīng)提純處理后降低了收率;而當(dāng)平均溫度高于120℃ 時,由于副產(chǎn)物的形成速度加快,生成的產(chǎn)品很快又轉(zhuǎn)變成高聚物從而使收率降低;當(dāng)平均溫度超過 130℃ 以后,將很難得到較純的產(chǎn)品.由于合成反應(yīng)是吸熱反應(yīng),雖然提高溫度有利于加快反應(yīng)速度,但同時也加速了副反應(yīng)和環(huán)氧自聚,因此應(yīng)當(dāng)控制反應(yīng)平均溫度在 110℃左右,此時得出的產(chǎn)品含量和收率最佳.

2.3 原料配比對產(chǎn)品質(zhì)量的影響

控制反應(yīng)平均溫度在 110℃左右,反應(yīng)時間為 4 h,催化劑為定量,改變環(huán)氧乙烷∶對硝基苯酚的摩爾比 (分別取 0.70,0.85,1.00和 1.02),進(jìn)行摩爾比對產(chǎn)品含量及產(chǎn)品收率的影響實驗.原料配比對產(chǎn)品含量和產(chǎn)品收率的影響見圖 2.

采用對硝基苯酚和環(huán)氧乙烷為原料,在一定溫度下對硝基苯酚與無機(jī)鹵鹽、堿催化劑進(jìn)行反應(yīng),形成陰離子;該離子進(jìn)攻環(huán)氧乙烷上的碳原子,發(fā)生親核反應(yīng),形成粗產(chǎn)品;同時,與環(huán)氧乙烷發(fā)生加成反應(yīng),得到副產(chǎn)物;另外 ,環(huán)氧乙烷反應(yīng)活性高,在堿性條件下碳氧鍵易斷裂,發(fā)生親核取代反應(yīng),形成環(huán)氧乙烷高聚物.因此,需對反應(yīng)液分離提純,用乙醇進(jìn)行重結(jié)晶得到純產(chǎn)品.

圖2 原料配比對產(chǎn)品含量和收率的影響曲線Fig.2 Curves of product content and yield with respect to the ratio of raw material

從圖 2可以看出,隨著環(huán)氧乙烷比例的不斷增大,產(chǎn)品的含量和產(chǎn)品收率都有所提高;但由于在堿性條件下,含活潑氫的化合物(醇、酚)與環(huán)氧乙烷加成反應(yīng)的速度順序為:醇陰離子＞酚陰離子,一旦生成烴基乙醇醚,則環(huán)氧乙烷更易與羥乙基進(jìn)行加成反應(yīng),生成多聚醚,進(jìn)行環(huán)氧乙烯的鏈增長反應(yīng).考慮環(huán)氧乙烷易揮發(fā)損失,故采用環(huán)氧乙烷∶對硝基苯酚的摩爾比為 1.03～1.05 mol為最佳配料比.

2.4 催化劑加入量對產(chǎn)品質(zhì)量的影響

選擇環(huán)氧乙烷∶對硝基苯酚的摩爾比為1∶1,平均溫度為 110℃,改變催化劑的量,以考察催化劑加入量對生成反應(yīng)速度和產(chǎn)品含量的影響.催化劑加入量對產(chǎn)品含量和反應(yīng)時間的影響如圖 3所示.

圖3 催化劑加入量對產(chǎn)品含量和反應(yīng)時間的影響曲線Fig.3 Curves of product content and yield with respect to the ratio of Catalyst

從圖 3可以看出,隨著催化劑加入量的增大,反應(yīng)速度加快,過量的催化劑會造成環(huán)氧乙烷分解、自聚、副產(chǎn)物的增加,溫度難以控制及催化劑的浪費,因此選擇催化劑最佳加入量為原料對硝基苯酚的3%.為了控制副反應(yīng)的發(fā)生,避免溶解在已達(dá)到反應(yīng)終點物料中的環(huán)氧乙烷還繼續(xù)發(fā)生深度加成反應(yīng),反應(yīng)終點以控制反應(yīng)液中對硝基苯酚的含量為 1.5～2% 最佳;反應(yīng)時間根據(jù)溫度來控制,一般為 3～4 h,反應(yīng)結(jié)束后物料應(yīng)迅速進(jìn)行后處理,以防繼續(xù)反應(yīng).

她似笑非笑，眼神在那兩人身上疾速刮過。很輕，但足以刮掉一層皮。網(wǎng)友說，這段，實力展現(xiàn)了殷桃演技的條理感。

2.5 重結(jié)晶溶劑對產(chǎn)品質(zhì)量的影響

將 400 g黑色粘性粗產(chǎn)品用不同量的乙醇進(jìn)行重結(jié)晶,然后用 100 g水進(jìn)行水洗,或者用乙醇與水的混合物進(jìn)行重結(jié)晶,得到黃色粉末狀產(chǎn)品,熔點和收率數(shù)據(jù)如表 2,表 3所示.

從表 2可看出,用乙醇進(jìn)行處理,其中的高沸物含量可相對降低,但產(chǎn)品收率太低,產(chǎn)品在乙醇中溶解度大而無法回收,廢液量大,產(chǎn)品的熔點不穩(wěn)定;水洗后可除去產(chǎn)品中未反應(yīng)的對硝基苯酚,提高產(chǎn)品含量和熔點,但仍達(dá)不到熔點要求.

從表 3可看出,采用乙醇和水摩爾比為 0.4的混合溶劑對其進(jìn)行處理,可以提高產(chǎn)品的收率,但用量要適合,如用量太大,重結(jié)晶的收率就會偏低;反之重結(jié)晶產(chǎn)品結(jié)塊嚴(yán)重難以分離.因此,最佳用量應(yīng)為產(chǎn)品量的 40%左右,收率為80%左右.

綜上所述,其合成和處理的總收率為 77.6%,對乙醇進(jìn)行回收利用后還可回收部分產(chǎn)品,使收率可提高到 87%左右.

表2 乙醇重結(jié)晶后再水洗得到的實驗數(shù)據(jù)Tab.2 Test data from water－washing recrystallized ethonal

表3 乙醇和水的混合物重結(jié)晶得到的實驗數(shù)據(jù)Tab.3 Test data from recrystallization of mix ture of ethonal and water

3 結(jié) 論

以對硝基苯酚和環(huán)氧乙烷為原料,在堿性催化劑作用下合成了對硝基苯乙醇醚.通過實驗探討了影響產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)品收率的各種因素,得到最佳反應(yīng)條件為:環(huán)氧乙烷∶對硝基苯酚的摩爾比為 1.03～1.05,反應(yīng)的平均溫度控制在 110℃左右,催化劑加入量為對硝基苯酚的 3%;為提高產(chǎn)品收率,采用乙醇和水摩爾比為0.4的混合物對其進(jìn)行處理,產(chǎn)品收率可以達(dá)到 87% 左右.與國內(nèi)外文獻(xiàn)報道的合成方法相比較,該工藝過程簡單、可行,反應(yīng)產(chǎn)品平穩(wěn).經(jīng)核磁共振及色質(zhì)連用儀器的分析,認(rèn)為產(chǎn)品結(jié)構(gòu)正確,質(zhì)量能滿足國外用戶的要求,且“三廢”少,生產(chǎn)成本低,適合于工業(yè)化生產(chǎn).

[1]Aiyar L,Kundu K K.Kinetic studies in strongly basic glycolic solutions[J].J.Chem.Soc.Perkin.Trans.,1973,2:146－149.

[2]Tulyayanov S R.Synthesis and some transformations of N－(U－Hydroxyethyl)anilines[J].Dokl Akad Nauk UISSR,1984,1:37－38.

[3]Hirowatari N, Tsuda N M. Preparation of U－h(huán)ydroxyalkyl aryl ethers[P],JP0352838,1991.

[4]Strege P E.Inorganic halide saltcatalysts for hydroxyl alkylation of phenols or thiophenols[P],US4341905,1995.

[5]Oskolkova O V,Hermetter A.Fluorescent inhibitors reveal solvent－dependent micropolarity in the lipid binding sites of lipases[J].Biochimica et Biophysica Acta,2002,1597:60－66.

[6]李援朝.4－氨基苯甲酸(4－氨基苯氧 )乙酯的合成 [J].中國醫(yī)藥工業(yè)雜志,1987,18(11),508－509.Li Yuanchao.Synthesis of(4－aminophenoxy)ethyl－4－aminobenzoate [J]. Chinese Journal of Pharmaceuticals, 1987, 18(11): 508－509. (in Chinese)

[7]劉巧云 ,席海濤,姜艷,等.對硝基苯氧乙醇的合成[J].江蘇工業(yè)學(xué)院學(xué)報 ,2005,17(1):9－11.Liu Qiaoyun,Xi Haitao,Jiang Yan,et al.Synthesis of p－nitrophenoxy ethanol[J]. Journal ofJiangsu Polytechnic University,2005, 17(1): 9－11. (in Chinese)

[8]傅相鍇,溫淑英.新法合成對甲苯氧乙基甲醚和苯氧乙基甲醚 [J].精細(xì)化工 ,1996,13(1):21－23.Fu Xiangkai;Wen Shuying.A new method for synthesis of p－methylphenyl,2－methoxyethyl ether and phenyl 2－methoxyethyl ether[J].Fine Chemicals,1996,13(1):21－23.(in Chinese)

[9]李春榮,李仲杰,李繼忠.T－(對硝基苯氧基)十四酸的合成 [J].化學(xué)試劑 ,1999(2):102－104.Li Chunrong,Li Zhongjie,Li Jizhong.Synthesis of T(p nitrophenyloxy)myristic acid [J].Chemical Reagents,1999(2):102－104.(in Chinese)

[10]劉巧云.堿性介質(zhì)中對硝基芳香醚的醚鍵穩(wěn)定性研究[D].南京:南京理工大學(xué),2004.

[11]劉巧云.堿性介質(zhì)中對硝基芳香醚的醚鍵穩(wěn)定性研究[J].精細(xì)化學(xué)中間體,2004(5):23.Liu Qiaoyun.A research on the stability of etherbond of p－nitro aryl etherin the alkaline medium[J].Fine Chemical Intermediates,2004(5):23.(in Chinese)

[12]劉巧云.堿性介質(zhì)中對硝基苯氧乙醇的穩(wěn)定性[J].化學(xué)工業(yè)與工程 ,2004,21(6):425－428.Liu Qiaoyun.Stability of p－nitrophenoxy ethanol in the alkaline medium[J].Chemical Industry and Engineering,2004,21(6):425－428.(in Chinese)

[13]何光裕.一種新型富電子酚醚鏈化合物的合成[J].江蘇石油化工學(xué)院學(xué)報,2000,12(2):1－3.He Guangyu.Synthesis of unsymmetricalπ－electron rich hydroquinone ether Chian[J].Journal of Jiangsu Institute of Petrochemical Technology,2000,12(2):1－3.(in Chinese)

[14]戴晉林,李金成.對硝基苯氧乙醇的合成 [J].杭州化工 ,1999,29(4):9－10.Dai Jinlin,Li Jincheng.Synthesis of p－nitrophenoxy ethanol[J].Hangzhou Chemical Industry,1999,29(4):9－10.(in Chinese)

[15]楊鳳玲,丁相龍.2,4－二硝基苯氧乙醇的合成研究[J].杭州化工 ,2004,34(3):17－19.Yang Fengling,Ding Xianglong.Synthesis of2,4－dintro nitrophenoxy ethanol[J].Hangzhou Chemical Industry,2004,34(3):17－19.(in Chinese)