高收率芐基三乙基氯化銨合成工藝優(yōu)化

摘 要：該文研究了以氯芐和三乙胺為原料合成芐基三乙基氯化銨的工藝條件，考察了n（三乙胺）：n（氯芐）、反應溫度和反應時間等因素對反應的影響，通過正交實驗優(yōu)化了合成工藝條件。實驗表明：n（三乙胺）：n（氯芐）為1.0：1.1，反應溫度為84℃，反應時間為2h，芐基三乙基氯化銨收率99%以上 。

關鍵詞：氯芐 三乙胺 芐基三乙基氯化銨 合成 正交實驗

中圖分類號：TQ423文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2013）05（c）-0025-02

芐基三乙基氯化銨是季銨鹽類陽離子表面活性劑，是目前國內用量最大的季銨鹽類相轉移催化劑。主要應用于有機合成及高分子聚合反應中，催化效果突出，倍受化工界青睞。為了取得高收率、低成本、高純度芐基三乙基氯化銨的工藝條件，本文應用正交實驗法優(yōu)化了合成工藝，取得了較好好的實驗結果。

芐基三乙基氯化銨，英文名Benzyltriethyl-ammonium chloride，簡稱TEBA，亦稱BAC，化學式C6H5CH2（C2H5）3N+Cl-，分子量228.78，白色粉狀固體，易吸潮，熔點185，易溶于水，不溶于乙醚苯等有機溶劑[1]。

芐基三乙基氯化銨由氯芐、三乙胺為主要原料合成，其反應方程式如下：

C6H5CH2Cl+（C2H5）3NC6H5CH2（C2H5）3N+Cl-

1 實驗部分

1.1 試劑與儀器

試劑：氯芐，工業(yè)級，176-182 ℃餾份≧95%（體積）；三乙胺，工業(yè)級，含量≧98.5%；乙醇；1，2二氯乙烷；甲苯；0.1 mol/L硝酸銀標準溶液；5g/L螢光素指示液；10%醋酸鈉水溶液；0.1 mol/L NaOH標準溶液；10 g/L酚酞指示液；沸石。

儀器：三口反應瓶；機械攪拌器；球形冷凝管；溫度計；電熱套；升降臺；鐵架臺；抽濾瓶；真空泵；分析天平；滴定管；燒杯；容量瓶；吸量管[1]。

1.2 實驗方法與步驟

1.2.1 芐基三乙基氯化銨的合成

向裝有攪拌器、球形冷凝管和溫度計的三口反應瓶中，加入溶劑、氯芐和三

乙胺，在一定溫度下，慢慢加熱到回流，反應完全之后，冷卻，析出結晶，抽濾，用少量溶劑洗滌，然后在干燥條件下，冷卻到室溫，稱量[5]。

1.2.2 芐基三乙基氯化銨的分析[4]

芐基三乙基氯化銨含量分析采取以硝酸銀標準溶液滴定分子中氯離子為主的測定方法，并減去其中游離銨鹽三乙胺鹽酸鹽含量（NaOH標準溶液滴定）。具體測定步驟見下：

快速稱取樣品0.3-0.5 g（W1，精確至0.0001 g）于150 mL帶塞三角瓶中，加20 mL蒸餾水，2滴螢光素指示劑，3滴NaAc水溶液，用0.1 mol/L AgNO3標準溶液（濃度M1）滴定至溶液由黃變紅，記錄消耗AgNO3溶液體積V1。

快速稱取樣品1-2 g（W2，精確至0.01 g）于帶塞三角瓶中，加入無二氧化。

碳水50 mL，2滴酚酞指示劑，用0.1 mol/L NaOH標準溶液（濃度M2）滴定至微紅色不褪。記錄讀數(shù)V2。

TEBA含量按下式計算：

TEBA%=（22.8M1V1）/W1-（13.76M2V2）/W2

式中：M1—AgNO3標準溶液的物質的量濃度（mol/L）

V1消耗AgNO3標準溶液的體積（ml）

W1用于AgNO3溶液滴定的樣品質量（g）

M2—NaOH標準溶液的物質的量濃度（mol/L）

V2消耗NaOH標準溶液的體積（ml）

W2用于NaOH溶液滴定的樣品質量（g）

2 結果與討論

2.1 溶劑極性對反應速度的影響[2]

通過實驗表明（見表1），溶劑極性會影響反應速率。用1，2二氯乙烷等極性溶劑，反應速率較快，大約需要0.5～4 h反應完全（轉化率達到90%）；如果采用甲苯等極性小或者非極性溶劑，反應速度較慢，大約需4～10 h才能使反應進行完全。因此，我在合成使用了極性溶劑。

氯芐與三乙胺的季銨化反應為離子型取代反應中的單分子親核取代反應SN1， SN1反應中決定步驟的是作用物氯芐的電離。氯芐為中性分子，共價鍵的異裂引起電荷的分離，過渡狀態(tài)的電荷比作用物有所增加：

C6H5CH2-Cl——C6H5CH2δ┼…Clδ-

——C6H5CH2┼+Cl-―

溶劑極性增加對作用物影響不是很大，卻使過渡狀態(tài)能量大幅降低，最終使反應的活化能降低，反應速度度加快。

2.2 正交實驗[6]

選用1，2二氯乙烷等極性溶劑，使反應具有較好的收率。在此基礎上為考察各因素對產品收率的影響，優(yōu)化工藝條件選擇了L9（34）正交表，設計實驗。

2.2.1 因素、水平的選擇

在芐基三乙基氯化銨的合成反應中，考察n（三乙胺）：n（氯芐）、反應時間、反應溫度3個因素在三個水平上的反應對產品收率的影響。因素與水平的選擇見表2。

2.2.2 正交實驗結果與優(yōu)化合成工藝條件的確定

根據(jù)正交實驗隨機性原則，對L9（34）正交實驗表隨機抽簽確定實驗順序。表3根據(jù)L9（34）正交實驗表列出所做9次實驗的數(shù)據(jù)。

以k1、k2、k3為縱坐標，對A、B、C分別作圖得出轉化率與三因素之間的關系：

由圖可以得出以下結論：綜合起來以A3B2C2最好。

3 結語

為了增加產品收率，通常采用使一種原料過量的方法。實驗表明，原料氯芐過量比原料三乙胺過量更有利于提高收率。而且，工業(yè)氯芐7000元左右/噸比工業(yè)三乙胺20000元左右/噸要便宜許多，從降低生產成本上來講也是氯芐過量更經濟、實用。溶劑極性大，對產物溶解性小，這里以1，2二氯乙烷為最好。合成芐基三乙基氯化銨優(yōu)化的工藝條件為：n（三乙胺）：n（氯芐）=1.0：1.1，反應溫度為84℃，反應時間為2h，芐基三乙基氯化銨收率99%以上 。

參考文獻

[1]劉亞華，王洪鐘，唐澄汗.芐基三乙基氯化銨的合成[J].化工時代，1994（9）：26.

[2]戴海燕，徐才茂.高收率、高純度芐基三乙基氯化銨合成工藝研究[J].山東化工，1995（1）：19-21.

[3]李金，劉京萍，姜巍，等.三乙基芐基氯化銨反應動力學研究[J].北京聯(lián)合大學學報，1998（2）：61-64.

[4]何建中，楊英杰，于麗穎，等.正癸基縮水甘油醚的合成與工藝優(yōu)化[J].化工時刊，2003（1）：33-35.

[5]楊世桄，楊林，賈朝霞，等.近代化學實驗[J].北京：石油工業(yè)出版社，2004（7）.

[6]東北師范大學等校，物理化學實驗[J].北京：高等教育出版社，1989（5）.