N-氰乙基-N-芐基苯胺合成工藝研究

和西彬 陳偉興 章美忠 宋龍鋒（浙江閏土股份有限公司，浙江紹興312369）

N-氰乙基-N-芐基苯胺是一個重要的的有機(jī)中間體，廣泛應(yīng)用于農(nóng)藥、染料的合成，傳統(tǒng)工藝是由N-氰乙基苯胺和氯化芐在碳酸鈉的作用下，于100-110℃下長時間保溫制得[1]，此方法耗時，耗能，產(chǎn)品純度不高。利用相轉(zhuǎn)移催化的方法，能夠使得反應(yīng)速度慢的反應(yīng)，其反應(yīng)速度大大提高而順利進(jìn)行，在實(shí)際生產(chǎn)中越來越受到重視，應(yīng)用范圍不斷增大[2]。

本研究以水作為溶劑，以四丁基溴化銨作為相轉(zhuǎn)移催化劑，大大縮短了反應(yīng)時間，提高了產(chǎn)品的質(zhì)量，同時降低了安全風(fēng)險等級，并且對母液水部分套用，減少了廢水的排放，提高了經(jīng)濟(jì)效益。

1 實(shí)驗部分

1.1 主要試劑和儀器

實(shí)驗試劑：氯化芐（純度＞99%）；氰乙基苯胺（純度≥98%），車間自制；四丁基溴化銨（分析純）；碳酸鈉（純度≥99%），車間取用。

儀器設(shè)備：島津LC-10AT 液相色譜儀；蘇州威爾實(shí)驗用品有限公司JJ-1 精密電動攪拌器；上海予華儀器設(shè)備有限公司恒溫油浴控制器。

1.2 實(shí)驗過程

在500mL 四口燒瓶中加入清水100g，氰乙基苯胺131g，開啟攪拌，投入純堿55g，四丁基溴化銨1.8g，緩慢升溫至85℃，慢慢滴加氯化芐119g，滴完后85℃下保溫2小時，升溫至95℃，保溫5.5小時，反應(yīng)終點(diǎn)到達(dá)后，緩慢滴加200g 水慢慢降溫析料，40℃析料完成，過濾，得到N-氰乙基-N-芐基苯胺，純度97%以上。

2 結(jié)果與討論

2.1 四丁基溴化銨催化劑對N-氰乙基-N-芐基苯胺合成速率的影響

固定氯化芐與N-氰乙基苯胺摩爾比1.03：1，保溫溫度控制在105℃，考察四丁基溴化銨對反應(yīng)的影響。

表1 四丁基溴化銨催化劑對N-氰乙基-N-芐基苯胺合成速率的影響

圖1 催化劑使用量對N-氰乙基-N-芐基苯胺純度的影響

從表1 的結(jié)果來看，使用四丁基溴化銨催化劑可以大大提高反應(yīng)的速度，縮短反應(yīng)時間，而且產(chǎn)品的純度優(yōu)于空白實(shí)驗的結(jié)果。

2.2 相轉(zhuǎn)移催化劑使用量對N-氰乙基-N-芐基苯胺合成效率的影響

固定氯化芐與N-氰乙基苯胺摩爾比1.03：1，保溫溫度控制在105℃，考察四丁基溴化銨使用量對反應(yīng)的影響。

表2 相轉(zhuǎn)移催化劑使用量對N-氰乙基-N-芐基苯胺合成速率的影響

從表2的實(shí)驗結(jié)果來看，隨著催化劑使用量的增加，反應(yīng)速率大大加快。從圖1可以看出，當(dāng)催化劑使用量高于2%時，N-氰乙基-N-芐基苯胺的合成速率增長不明顯，純度提高也不明顯，考慮到產(chǎn)品的純度以及節(jié)約資源，初步選則四丁基溴化銨使用量為2%。

2.3 氯化芐與N-氰乙基苯胺摩爾比對N-氰乙基-N-芐基苯胺純度的影響

固定四丁基溴化銨使用量為2%，保溫溫度控制在105℃，考察氯化芐與N-氰乙基苯胺摩爾比對N-氰乙基-N-芐基苯胺純度的影響。

表3 N-氰乙基苯胺與氯化芐摩爾比對N-氰乙基-N-芐基苯胺純度的影響

從表2的實(shí)驗結(jié)果來看，隨著氯化芐與N-氰乙基苯胺摩爾比的提高，在相同反應(yīng)時間條件下，摩爾比1.03：1 較1：1 條件，N-氰乙基-N-芐基苯胺純度明顯提高，但隨著摩爾比繼續(xù)增大，純度提高不明顯，同時考慮到節(jié)約資源，初步選擇氰乙基苯胺與氯化芐摩爾比為1.03：1。

2.4 保溫溫度對N-氰乙基-N-芐基苯胺純度的影響

固定四丁基溴化銨使用量為2%，氯化芐與N-氰乙基苯胺摩爾比為1.03：1，考察保溫溫度對N-氰乙基-N-芐基苯胺純度的影響。

從表4 的實(shí)驗結(jié)果來看，催化劑四丁基溴化銨使用量2%時，隨著反應(yīng)溫度的升高，N-氰乙基-N-芐基苯胺合成速率有所提高，但隨著繼續(xù)保溫，合成速率增長不明顯。通過安全實(shí)驗分析我們知道，保溫溫度為105℃時，TP≤MTT＜MTSR＜TD24，該反應(yīng)存在沖料和分解的風(fēng)險，危險度等級為3級；保溫溫度為95℃時，TP＜MTSR＜MTT＜TD24，該反應(yīng)危險性較低，危險度等級為1級。因此，就實(shí)驗的安全性而言，95℃是一個比較適宜的保溫溫度。（其中工藝操作溫度為TP，技術(shù)最高溫度為MTT，失控體系最大反應(yīng)速率到達(dá)時間TMRad為24 小時對應(yīng)的溫度TD24，以及失控體系可能達(dá)到的最高溫度MTSR）

表4 保溫溫度對N-氰乙基-N-芐基苯胺純度的影響

2.5 母液水套用對N-氰乙基-N-芐基苯胺純度的影響

固定四丁基溴化銨使用量為2%，氯化芐與N-氰乙基苯胺摩爾比為1.03：1，保溫溫度為105℃，考察反應(yīng)中的母液水套用對N-氰乙基-N-芐基苯胺純度的影響。

表5 母液水套用對N-氰乙基-N-芐基苯胺純度的影響

實(shí)驗中母液水的套用僅只能部分套用，若小試中全部套用，會造成溶液中鹽分過高，氯化鈉析出，攪拌無法進(jìn)行。實(shí)驗中清水與母液水按質(zhì)量比1：1套用。

從表5 的實(shí)驗結(jié)果來看，使用清水作為底水，N-氰乙基-N-芐基苯胺的合成速率要快于套用母液水的情況。隨著繼續(xù)保溫，兩種情況下，N-氰乙基-N-芐基苯胺的純度變化不明顯。因此，可以選擇套用部分母液水，減少廢水的排放，提高經(jīng)濟(jì)效益。

3 結(jié)語

通過以上實(shí)驗可以得出：催化劑四丁基溴化銨的使用，不僅提高了產(chǎn)品的質(zhì)量，縮短了保溫時間，同時降低了該工藝的安全風(fēng)險等級。該反應(yīng)四丁基溴化銨催化劑使用量為N-氰乙基苯胺摩爾量的2%，氯化芐與N-氰乙基苯胺摩爾比為1.03：1，保溫溫度在95℃下，保溫時間5.5h，得到純度97%以上的產(chǎn)品。