劉 偉,徐 麗,馮樂樂,李延勛,雒廷亮,劉國際
(鄭州大學(xué) 化工與能源學(xué)院,河南 鄭州 450001)
間十五烷基丙烯酸苯酯(PDPA)是一種新型的化工中間體,可廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、材料等領(lǐng)域。PDPA 原料來源于天然腰果殼提取液的加氫產(chǎn)物3-十五烷基酚(PDP)[1-3],由于間位供電子基團(tuán)存在,增加苯環(huán)的電子云密度,負(fù)電荷難離域到苯環(huán)上,不易離解放出質(zhì)子,使得PDP 難于進(jìn)行酯化反應(yīng)[8]。目前關(guān)于PDPA 的合成,僅有兩步法合成PDPA 的報道[4]。該法第一步使用氫氧化鈉以及帶水劑,反應(yīng)條件苛刻,處理過程麻煩,大規(guī)模生產(chǎn)難度大,而且PDPA 收率只有65%~70%。離子液體作為催化劑,已成為化工領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)[5-7]。本課題組采用離子液體為催化劑,在縛酸劑存在下一步合成了PDPA,具有工藝簡單,具有廣闊的開發(fā)應(yīng)用前景。
間十五烷基酚,工業(yè)級,鄭州天澤化工有限公司;丙烯酰氯,試劑級,江蘇海門貝斯特公司;三乙基胺,分析純,天津市風(fēng)船化學(xué)試劑科技有限公司,氯化亞銅,分析純,天津;咪唑啉類離子液體。
WRS-1B數(shù)字熔點(diǎn)儀,上海精密科學(xué)儀器有限公司;安捷倫高效液相色譜Agilent 1000,C18反相鍵合硅膠色譜柱,規(guī)格:4.6mm×150mm,5 μm,流動相為甲醇,檢測波長254nm。IMP410型傅里葉變換紅外光譜儀(KBr 壓片),美國Nicolet公司;AV300型核磁共振儀,德國Bruker公司;6430Triple Quad 質(zhì)譜儀,美國Agilent公司。
在250 mL 四口燒瓶中,加入間十五烷基酚和500μg/g的氯化亞銅以及適量溶劑,然后加入離子液體和丙烯酰氯,用恒壓滴液漏斗在攪拌下滴加三乙胺,回流冷凝管上方用氣球密封。緩慢滴加完后,升溫至設(shè)定溫度。反應(yīng)完后,過濾去除生成的三乙胺鹽酸鹽,濾液取樣以色譜級甲醇稀釋后進(jìn)行液相分析,以確定反應(yīng)收率。濾液經(jīng)旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)除掉溶劑得PDPA 粗品,重結(jié)晶得純品,熔點(diǎn)(31.5±0.3)℃。
2.1.1 PDPA 的紅外分析
PDPA 和PDP的紅外光譜見圖1。由圖1可見,PDPA光譜曲線中PDP的羥基峰(3 364.24 cm-1)消失,1 747.98cm-1處出現(xiàn)酯基吸收峰,證明間十五烷基酚的酚羥基與酰氯進(jìn)行酯化反應(yīng),產(chǎn)物是酯化反應(yīng)物。
圖1 PDPA 和PDP的紅外光譜
2.1.2 PDPA的核磁分析
酯化反應(yīng)產(chǎn)物PDPA 的核磁氫譜和碳譜如圖2、圖3所示。
圖2 PDPA 的1H NMR譜
圖3 PDPA 的13C NMR譜
由圖2可知,δ=0.88~0.91是甲基的H 吸收峰,δ=1.27~1.66 是烷基長鏈上亞甲基H 的吸收峰,δ=5.99~6.63 是烯烴上H 的吸收峰,δ=6.95~7.32是苯環(huán)上H 的吸收峰。由圖3可知,δ=14.33是甲基的C吸收峰,δ=164.64是酯基CO 的C 吸收峰,δ=150.57 是C—O 的C的吸收峰,δ=118.64~144.74 是苯環(huán)和烯烴C的吸收峰。
2.1.3 PDPA 的質(zhì)譜分析
圖4為PDPA的質(zhì)譜。由圖4可知:359.3是PDPA相對分子質(zhì)量加上一個質(zhì)子的質(zhì)量,305.3是PDPA 脫去酯化反應(yīng)丙烯酯基后加上一個質(zhì)子的質(zhì)量,149.1是PDPA 脫去烷基長鏈碎片加一個質(zhì)子的質(zhì)量,55.2是OC—CHCH2的質(zhì)量。
圖4 PDPA 的質(zhì)譜
通過紅外、核磁以及質(zhì)譜確定,所合成的化合物為目標(biāo)產(chǎn)物PDPA。
2.1.4 PDPA 的液相色譜分析
PDPA 的液相色譜檢測結(jié)果見圖4,原料的出峰時間約為6 min,產(chǎn)物PDPA 的出峰時間約為7min:表明,產(chǎn)物收率較高,可達(dá)85%左右。
圖5 PDPA 的液相色譜
由于丙烯酰氯具有揮發(fā)性,為得到較高的產(chǎn)物收率,底物配比采用酰氯過量的方法。在n(丙烯酰氯)∶n(間十五烷基酚)=1.13∶1,反應(yīng)時間8h,反應(yīng)溫度60℃的條件下考察了離子液體用量對PDPA 收率的影響,結(jié)果見表1。從表1可看出:當(dāng)不使用離子液體時,反應(yīng)產(chǎn)物收率較低,而隨著離子液體用量的增大,產(chǎn)物收率逐漸提高。當(dāng)離子液體用量達(dá)到2.0%后,增加離子液體用量對反應(yīng)影響不大。
表1 離子液體用量對產(chǎn)物收率的影響
在n(丙烯酰氯)∶n(間十五烷基酚)=1.13∶1,反應(yīng)時間8h,催化劑用量2.0%的條件下考察了反應(yīng)溫度對PDPA 收率的影響,結(jié)果見表2。
表2 反應(yīng)溫度對產(chǎn)物收率的影響
從表2可看出:隨著溫度的升高,反應(yīng)產(chǎn)物收率升高。當(dāng)溫度高于50℃后,升高溫度反應(yīng)產(chǎn)物收率有所下降,這可能跟丙烯酰氯的揮發(fā)有關(guān),由于丙烯酰氯沸點(diǎn)只有72℃,且極具揮發(fā)性,溫度過高導(dǎo)致丙烯酰氯過度揮發(fā),雖然反應(yīng)容器具有一定的密封性,但由于反應(yīng)時間較長,反應(yīng)容器還有剩余空間,丙烯酰氯會有一部分揮發(fā),并沒有參與反應(yīng),導(dǎo)致收率降低。另外,考慮到生產(chǎn)中的丙烯酰氯自聚問題,反應(yīng)溫度不應(yīng)過高,綜合考慮溫度取50℃為宜。
保持其他條件不變,考察n(丙烯酰氯)∶n(間十五烷基酚)對產(chǎn)物PDPA 收率的影響,結(jié)果見表3。
表3 底物配比對產(chǎn)物收率的影響
從表3可看出:隨著丙烯酰氯用量的提高,反應(yīng)產(chǎn)物收率升高。當(dāng)n(丙烯酰氯)∶n(間十五烷基酚)達(dá)到1.13后,提高丙烯酰氯配比對提高反應(yīng)產(chǎn)物收率影響不大,甚至降低收率,可能與丙烯酰氯用量的增加,稀釋了反應(yīng)系統(tǒng)物料濃度有關(guān)。綜合考慮n(丙烯酰氯)∶n(PDP)取1.13為宜。
保持其他條件不變,考察了反應(yīng)時間對PD-PA 收率的影響,結(jié)果見表4。
表4 時間對產(chǎn)物收率的影響
從表4可看出:隨著反應(yīng)時間的延長,反應(yīng)產(chǎn)物收率升高。當(dāng)反應(yīng)時間達(dá)到8h后,延長時間對提高反應(yīng)產(chǎn)物收率影響不大。綜合考慮,反應(yīng)時間以8h為宜。
以丙烯酰氯和間十五烷基酚原料,離子液體為催化劑制備了目標(biāo)產(chǎn)物PDPA,其結(jié)構(gòu)經(jīng)FTIR、1H NMR、13C NMR 和質(zhì)譜確認(rèn)。PDPA 適宜的合成條件為離子液體用量為間十五烷基酚質(zhì)量的2.0%,反應(yīng)時間8h,反應(yīng)溫度50℃,n(丙烯酰氯)∶n(間十五烷基酚)=1.13∶1。產(chǎn)物間十五烷基丙烯酸苯酯的收率為85%。離子液體作為一種新型的綠色催化劑,能有效促進(jìn)酯化反應(yīng)的進(jìn)行,顯著提高反應(yīng)產(chǎn)物收率。
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