催化加氫制備醫(yī)藥中間體2,5-二甲氧基苯基乙胺

施　穎，費(fèi)國霞

(1.成都市食品藥品檢驗(yàn)研究院，四川 成都 610000；2.高分子材料工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川大學(xué)高分子研究所，四川 成都 610065)

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催化加氫制備醫(yī)藥中間體2,5-二甲氧基苯基乙胺

施穎1，費(fèi)國霞2*

(1.成都市食品藥品檢驗(yàn)研究院，四川 成都 610000；2.高分子材料工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川大學(xué)高分子研究所，四川 成都 610065)

精細(xì)化學(xué)工程;2-(2,5-二甲氧基苯基)硝基乙烯；有機(jī)均相催化；負(fù)載型催化劑；加氫；2,5-二甲氧基苯基乙胺

2-(2,5-二甲氧基苯基)硝基乙烯的加氫產(chǎn)物2,5-二甲氧基苯基乙胺是一種重要的化工原料，廣泛應(yīng)用于精細(xì)化工以及醫(yī)藥中間體。近年來，以貴金屬Ru和Pd為負(fù)載金屬催化劑用作芳烴加氫反應(yīng)的報(bào)道較多[1-5],雙金屬負(fù)載催化劑用于加氫還原多是負(fù)載于各種氧化物或高分子載體上[6-12]。2-(2,5-二甲氧基苯基)硝基乙烯的還原大多采用化學(xué)還原法[13]，我們?cè)谝郧暗墓ぷ髦醒芯苛嗽谝?液兩相體系中對(duì)2-(2,5-二甲氧基苯基)硝基乙烯催化加氫[14]。

本文以Ru/AC和Ru-Pd/AC為負(fù)載型催化劑，考察對(duì)2-(2,5-二甲氧基苯基)硝基乙烯催化加氫制備2,5-二甲氧基苯基乙胺的反應(yīng)性能。

1　實(shí)驗(yàn)部分

1.1試劑與儀器

2-(2,5-二甲氧基苯基)硝基乙烯,化學(xué)純;粉末活性炭,江蘇麗陽活性炭聯(lián)合廠;RuCl3·nH2O,昆明貴金屬研究所，Ru質(zhì)量分?jǐn)?shù)為39%;H2,純度大于99.99%;二氯甲烷,分析純，成都科龍化工試劑廠。

Ru/AC催化加氫反應(yīng)用溫度控制檢測(cè)儀CKW-1KW,成都竣源電器;不銹鋼高壓釜帶(60 mL),恒溫磁力攪拌器S21-2,上海司樂儀器廠。

Ru-Pd/AC催化加氫用溫度控制檢測(cè)儀XMT,寧波自動(dòng)化儀表研究所;不銹鋼高壓釜(30 mL),恒溫磁力攪拌器S4672,美國Cimarec公司。

氣相色譜儀帶FID檢測(cè)器GC-960,上海海欣色譜儀器有限公司;色譜柱,美國Supelco公司,30 m×0.53 mmSE-30彈性石英毛細(xì)管;CDP-4A色譜數(shù)據(jù)處理機(jī),上海伍豐科學(xué)儀器有限公司。

1.2催化劑活性評(píng)價(jià)

Ru/AC催化加氫：用Ru溶液浸漬處理好的活性炭24 h，Ru與AC質(zhì)量比為5∶100，105 ℃烘箱干燥24 h。將一定量2-(2,5-二甲氧基苯基)硝基乙烯溶于一定體積的二氯甲烷中，加入反應(yīng)釜，添加一定量金屬負(fù)載催化劑,用高純H2置換3次，預(yù)定氫壓，加熱至預(yù)定溫度，攪拌，反應(yīng)結(jié)束后,立即用冰水冷卻，溫度升至預(yù)定溫度前10 min開始計(jì)時(shí)。

Ru-Pd/AC催化加氫：用Ru和Pd混合溶液浸漬處理好的活性炭，Ru、Pd和AC質(zhì)量比為4∶1∶100，其他實(shí)驗(yàn)操作與Ru/AC催化加氫相同。

氣相色譜分析產(chǎn)物，確定轉(zhuǎn)化率以及目標(biāo)產(chǎn)物選擇性。

2　結(jié)果與討論

2.1Ru/AC催化氫化反應(yīng)

2.1.1反應(yīng)時(shí)間

在活化時(shí)間5 min、催化劑用量50 mg、2-(2,5-二甲氧基苯基)硝基乙烯用量250 mg、CH2Cl2用量10 mL、反應(yīng)溫度150 ℃和氫壓5.0 MPa條件下，考察反應(yīng)時(shí)間對(duì)Ru/AC催化氫化反應(yīng)的影響，結(jié)果見圖1。

圖 1　反應(yīng)時(shí)間對(duì)Ru/AC催化氫化反應(yīng)的影響Figure 1　Effects of reaction time on the selectivity to the hydrogenation product and conversion over Ru/AC catalyst

2.1.2反應(yīng)溫度

在2-(2,5-二甲氧基苯基)硝基乙烯用量500 mg、催化劑用量100 mg、CH2Cl2用量10 mL、未活化、反應(yīng)時(shí)間5 h和氫壓5.0 MPa條件下，考察反應(yīng)溫度對(duì)Ru/AC催化氫化反應(yīng)的影響，結(jié)果見圖2。

圖 2　反應(yīng)溫度對(duì)Ru/AC催化氫化反應(yīng)的影響Figure 2　Effects of reaction temperatures on the selectivity to the hydrogenation product and conversion over Ru/AC catalyst

反應(yīng)溫度升高，傳質(zhì)速率和分子間碰撞反應(yīng)幾率增加，提高反應(yīng)速率，分子獲得的能量更大，易克服反應(yīng)能壘，滿足阿累尼烏斯定律。由圖2可以看出，反應(yīng)溫度低于140 ℃時(shí)，反應(yīng)速率非常緩慢；反應(yīng)溫度150 ℃時(shí)，轉(zhuǎn)化率達(dá)100%,目標(biāo)產(chǎn)物選擇性達(dá)93%；反應(yīng)溫度升至160 ℃，大量的苯環(huán)加氫產(chǎn)物生成，目標(biāo)產(chǎn)物選擇性下降,選擇適宜的反應(yīng)溫度為150 ℃。

2.1.3氫壓

在2-(2,5-二甲氧基苯基)硝基乙烯用量500 mg、催化劑用量100 mg、CH2Cl2用量10 mL、未活化、反應(yīng)時(shí)間5 h和反應(yīng)溫度150 ℃條件下，考察氫壓對(duì)Ru/AC催化氫化反應(yīng)的影響，結(jié)果見圖3。由圖3可見，氫壓從2.0 MPa增至5.0 MPa，轉(zhuǎn)化率達(dá)到100%,目標(biāo)產(chǎn)物選擇性達(dá)93%；繼續(xù)增加氫壓，轉(zhuǎn)化率反而降低。目標(biāo)產(chǎn)物選擇性與轉(zhuǎn)化率趨勢(shì)相似，氫壓增加會(huì)增大H2在液相中的溶解度，并提高H2在催化劑表面的覆蓋率和傳質(zhì)速率，加快反應(yīng)速率，提高轉(zhuǎn)化率，選擇適宜的氫壓為5.0 MPa。

圖 3　氫壓對(duì)Ru/AC催化氫化反應(yīng)的影響Figure 3　Effect of H2 pressure on the selectivity to the hydrogenation product and conversion over Ru/AC catalyst

2.1.4Ru濃度

在2-(2,5-二甲氧基苯基)硝基乙烯用量500 mg、CH2Cl2用量10 mL、未活化、反應(yīng)時(shí)間5 h、反應(yīng)溫度150 ℃和氫壓5.0 MPa條件下，考察Ru濃度對(duì)Ru/AC催化氫化反應(yīng)的影響，結(jié)果見圖4。

圖 4　Ru濃度對(duì)Ru/AC催化氫化反應(yīng)的影響Figure 4　Effects of Ru concentration on the selectivity to the hydrogenation product and conversion over Ru/AC catalyst

由圖4可以看出，Ru濃度4.9×10-3mol·L-1時(shí)，產(chǎn)物轉(zhuǎn)化率達(dá)100%,目標(biāo)產(chǎn)物選擇性達(dá)93%。適宜的Ru濃度為4.9×10-3mol·L-1。

2.2Ru-Pd/AC催化氫化反應(yīng)

2.2.1反應(yīng)時(shí)間

在2-(2,5-二甲氧基苯基)硝基乙烯用量250 mg、催化劑用量25 mg、CH2Cl2用量10 mL、氫壓3.0 MPa和反應(yīng)溫度190 ℃條件下,考察反應(yīng)時(shí)間對(duì)Ru-Pd/AC催化氫化反應(yīng)的影響,結(jié)果見圖5。由圖5可以看出，反應(yīng)時(shí)間5 min即有產(chǎn)物生成，4 h時(shí)轉(zhuǎn)化率達(dá)到100%。色譜分析結(jié)果表明，由于金屬Pd的催化活性較高[2]，Ru-Pd/AC反應(yīng)中的苯環(huán)更容易被加氫，因此,Ru-Pd/AC雙金屬催化體系的氫化選擇性低于Ru/AC體系，選擇適宜的反應(yīng)時(shí)間為5 h。

圖 5　反應(yīng)時(shí)間對(duì)Ru-Pd/AC催化氫化反應(yīng)的影響Figure 5　Effects of reaction time on the selectivity to the hydrogenation product and conversion over Ru-Pd/AC catalyst

2.2.2反應(yīng)溫度

在未活化、反應(yīng)時(shí)間5 h、2-(2,5-二甲氧基苯基)硝基乙烯用量250 mg、催化劑用量25 mg、 CH2Cl2用量5 mL和氫壓3.0 MPa條件下，考察反應(yīng)溫度對(duì)Ru-Pd/AC催化氫化反應(yīng)的影響，結(jié)果見圖6。

圖 6　反應(yīng)溫度對(duì)Ru-Pd/AC催化氫化反應(yīng)的影響Figure 6　Effects of reaction temperatures on the selectivity to the hydrogenation product and conversion over Ru-Pd/AC catalyst

由圖6可以看出，反應(yīng)溫度由170 ℃升至180 ℃，轉(zhuǎn)化率可達(dá)到100%；反應(yīng)溫度(170～190) ℃時(shí)，目標(biāo)產(chǎn)物選擇性隨著反應(yīng)溫度升高而穩(wěn)步提高，190 ℃時(shí)達(dá)到最大值為84%，但反應(yīng)溫度超過190 ℃后,目標(biāo)產(chǎn)物選擇性反而降低，這是由于苯環(huán)被進(jìn)一步加氫所致，選擇適宜的反應(yīng)溫度為190 ℃。

2.2.3氫壓

在未活化、反應(yīng)時(shí)間5 h、2-(2,5-二甲氧基苯基)硝基乙烯用量250 mg、催化劑用量25 mg、 CH2Cl2用量5 mL和反應(yīng)溫度190 ℃條件下，考察氫壓對(duì)Ru-Pd/AC催化氫化反應(yīng)的影響，結(jié)果見圖7。

圖 7　氫壓對(duì)Ru-Pd/AC催化氫化反應(yīng)的影響Figure 7　Effects of H2 pressure on the selectivity to the hydrogenation product and conversion over Ru-Pd/AC catalyst

由圖7可以看出，氫壓3.0 MPa時(shí),轉(zhuǎn)化率達(dá)到100%,目標(biāo)產(chǎn)物選擇性為84%；繼續(xù)增加氫壓，轉(zhuǎn)化率降低。目標(biāo)產(chǎn)物選擇性與轉(zhuǎn)化率相似，原因與Ru/AC體系相同，即氫壓增大會(huì)增加氫氣在液相中的溶解度，轉(zhuǎn)化率提高，目標(biāo)產(chǎn)物選擇性也因硝基的部分加氫中間產(chǎn)物被進(jìn)一步加氫為氨基而提高，但由于Pd活性大，氫壓過高易導(dǎo)致苯環(huán)進(jìn)一步被加氫，選擇適宜的氫壓為3.0 MPa。

2.2.4Ru和Pd總濃度

在未活化、反應(yīng)時(shí)間5 h、2-(2,5-二甲氧基苯基)硝基乙烯用量250 mg、CH2Cl2用量5 mL、反應(yīng)溫度190 ℃和氫壓3.0 MPa條件下，考察Ru和Pd總濃度對(duì)Ru-Pd/AC催化氫化反應(yīng)的影響，結(jié)果見圖8。

圖 8　Ru和Pd總濃度對(duì)Ru-Pd/AC催化氫化反應(yīng)的影響Figure 8　Effects of Ru and Pd total concentration on the selectivity to the hydrogenation product and conversion over Ru-Pd/AC catalyst

由圖8可以看出，目標(biāo)產(chǎn)物選擇性和轉(zhuǎn)化率隨著Ru和Pd總濃度增加而提高，Ru和Pd總濃度2.46×10-3mol·L-1時(shí)，目標(biāo)產(chǎn)物選擇性和轉(zhuǎn)化率均達(dá)到最高并趨于平穩(wěn)。表明催化氫化反應(yīng)控制步驟由鏈引發(fā)轉(zhuǎn)變?yōu)殒溤鲩L過程以后，繼續(xù)增加Ru和Pd總濃度對(duì)宏觀反應(yīng)速率影響不大，適宜的Ru和Pd總濃度為2.46×10-3mol·L-1。

3　結(jié)　論

(1) 在有機(jī)均相催化體系中，以負(fù)載型催化劑Ru/AC和Ru-Pd/AC對(duì)2-(2,5-二甲氧基苯基)硝基乙烯催化加氫制備2,5-二甲氧基苯基乙胺有較高的催化活性和產(chǎn)物選擇性。

(2) Ru/AC催化體系的最優(yōu)反應(yīng)條件為：氫壓5.0 MPa,Ru濃度為4.9×10-3mol·L-1,反應(yīng)溫度150 ℃，反應(yīng)時(shí)間5 h。在此條件下,轉(zhuǎn)化率可達(dá)100%，目標(biāo)產(chǎn)物選擇性達(dá)93%。反應(yīng)結(jié)束后，抽濾即可分離產(chǎn)物與催化劑。

(3) Ru-Pd/AC催化體系最優(yōu)反應(yīng)條件為：氫壓3.0 MPa,Ru和Pd總濃度2.46×10-3mol·L-1,反應(yīng)溫度190 ℃，反應(yīng)時(shí)間5 h。在此條件下,轉(zhuǎn)化率達(dá)100%，目標(biāo)產(chǎn)物選擇性為84%。反應(yīng)結(jié)束后，抽濾分離產(chǎn)物與催化劑。

(4) 以Ru-Pd/AC為催化劑時(shí)，副產(chǎn)物與Ru/AC催化加氫反應(yīng)類似，Pd使副產(chǎn)物中的苯環(huán)加氫副產(chǎn)物較多，反應(yīng)活性高于Ru/AC體系，但選擇性低于Ru/AC體系。

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Preparation of medical intermediate 2,5-dimethoxyphenethylamine by catalytic hydrogenation

ShiYing1,FeiGuoxia2*

(1.Chengdu Institute for Food and Drug Control, Chengdu 610000, Sichuan, China; 2.State Key Laboratory of Polymer Materials Engineering, Polymer Research Institute, Sichuan University, Chengdu 610065, Sichuan, China)

fine chemical engineering; 2-(2,5-dimethoxy phenyl) nitroethene; organic homogeneous catalytic system; supported catalyst; hydrogenation; 2,5-dimethoxyphenethylamine

TQ246.3+1;TQ426.94Document code: AArticle ID: 1008-1143(2016)08-0078-05

2016-03-17;

2016-06-14

施穎,碩士,研究方向藥品分析及合成。

費(fèi)國霞，博士，研究方向生物醫(yī)用材料。

10.3969/j.issn.1008-1143.2016.08.015

TQ246.3+1;TQ426.94

A

1008-1143(2016)08-0078-05

doi:10.3969/j.issn.1008-1143.2016.08.015