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3-氨基-4-甲氧基乙酰苯胺是染料和医药生产的重要中间体,主要作为分散染料中间体,同时也用于酸性染料、活性染料和颜料的合成,在工业中占有重要地位。约有一半的分散染料的合成中会使用到3-氨基-4-甲氧基乙酰苯胺,在国内外具有较大的市场。国内合成3-氨基-4-甲氧基乙酰苯胺的工艺仍然采用传统的醋酸酰化和铁粉还原工艺。此合成工艺存在醋酸酰化不完全,收率低,铁粉还原影响产品质量,产品生产过程产生大量含酸废水与含铁废渣,导致严重的环境污染。随着环境问题的日益突出,人们对环保意识逐渐增强,亟需对传统合成工艺进行改进以提高产品质量,并探索新的环境友好合成方法。
本文在传统合成工艺的基础上,研究开发了3-氨基-4-甲氧基乙酰苯胺环境友好合成方法。以对氨基苯甲醚为原料,经乙酰化、硝化、液相加氢还原三步选择性制备了3-氨基-4-甲氧基乙酰苯胺和2-氨基-4-甲氧基乙酰苯胺。通过改变催化剂用量、原料配比、反应温度、反应时间等试验因素得到最佳工艺条件。对产物结构进行了FT-IR、1H-NMR表征。并在最佳工艺条件下进行了放大实验。同时探讨了相关反应机理。主要研究成果如下。
以乙酸-乙酸酐酰化对氨基苯甲醚制备了对甲氧基乙酰苯胺,最佳反应条件为反应温度为90℃,n(对氨基苯甲醚)∶n(冰醋酸)∶n(乙酸酐)=1∶1∶1,反应时间2.5 h,对甲氧基乙酰苯胺转化率为100%,选择性高达99%以上。在最佳反应条件下进行4 mol酰化放大实验,结果表明,对氨基苯甲醚转化率为100%,对甲氧基乙酰苯胺选择性在99%以上,纯化后得率在90%以上。仅使用乙酸为乙酰化剂时,酰化反应不完全,适量的乙酸酐的加入不仅能保证乙酰化反应的完全进行,而且能使产品有较好的实际收率。乙酸和乙酸酐可能同时参加酰化反应,但乙酸酐应占主导地位。乙酸和乙酸酐通过其质子化的羰基进攻胺基上的N原子,进行亲核加成-消除反应。同时,乙酸酐也可能生成酰基正离子进攻胺基上的N原子进行亲核加成反应。
分别采用酰硝“一锅煮”、发烟硝酸-硫酸、65%硝酸-硫酸三种硝化体系进行对甲氧基乙酰苯胺的硝化研究。实验结果表明,“一锅煮”法得到的硝化产物为2-硝基-4-甲氧基乙酰苯胺,其最佳反应条件为:硫酸用量5 mL,反应温度10℃,反应时间为2.5h,n(对氨基苯甲醚)∶n(发烟硝酸)=1∶1.3,对甲氧基乙酰苯胺转化率为99.1%,2-硝基-4-甲氧基乙酰苯胺选择性为99.8%。发烟硝酸-硫酸硝化反应结果为:反应温度为0~5℃,n(对甲氧基乙酰苯胺)∶n(浓硫酸)∶n(发烟硝酸)=1∶3∶1.25,对甲氧基乙酰苯胺在硫酸中搅拌时间为2h,硝化时间为0.5 h,对甲氧基乙酰苯胺转化率100%,3-硝基-4-甲氧基乙酰苯胺选择性达99.5%。65%硝酸-硫酸硝化反应结果为:在反应温度为0~5℃,n(对甲氧基乙酰苯胺)∶n(浓硫酸)∶n(发烟硝酸)=1∶4∶1.4,对甲氧基乙酰苯胺在硫酸中搅拌时间为3h,硝化时间为2h,甲氧基乙酰苯胺转化率100%,3-硝基-4-甲氧基乙酰苯胺选择性达99.8%。在65%硝酸-硫酸硝化体系的最佳反应条件下进行3 mol硝化放大实验,结果表明,对甲氧基乙酰苯胺转化率为100%,3-硝基-4-甲氧基乙酰苯胺选择性在99%以上,纯化后得率在90%以上。一锅煮工艺过程应生成邻位硝化能力强的乙酰硝酸酯,得到硝化产物为2-硝基-4-甲氧基乙酰苯胺。而将酰化、硝化分步进行,可以避免乙酰硝酸酯的生成,在一定条件下,可得到高转化率和高选择性的3-硝基-4-甲氧基乙酰苯胺。
以雷尼镍为催化剂进行液相催化加氢还原2-硝基-4-甲氧基乙酰苯胺,在反应温度120℃,反应压力1.5 MPa,m(2-硝基-4-甲氧基乙酰苯胺)∶m(催化剂)=4∶1下反应2h,2-硝基-4-甲氧基乙酰苯胺转化率100%,2-氨基-4-甲氧基乙酰苯胺选择性为99.2%。在反应温度60℃,反应压力1.0 MPa,m(3-硝基-4-甲氧基乙酰苯胺)∶m(催化剂)=5∶1下反应50 min,3-硝基-4-甲氧基乙酰苯胺转化率100%,3-氨基-4-甲氧基乙酰苯胺选择性为99.3%。以NaBH4为还原剂,微米级Cu为催化剂,催化还原3-硝基-4-甲氧基乙酰苯胺,在反应条件为n(3-硝基-4-甲氧基乙酰苯胺)∶n(NaBH4)=1∶30,催化剂用量为原料用量的4wt%,45℃下反应80min,3-硝基-4-甲氧基乙酰苯胺的转化率100%,3-氨基-4-甲氧基乙酰苯胺的选择性为99.9%。在雷尼镍和微米铜两种催化剂下加氢还原3-NMA时的两种活性氢形成方式不同。以雷尼镍催化时,氢分子需要吸附在催化剂表面,在一定的温度和压力条件下断裂共价键形成活性氢;以微米铜催化时,是由还原剂NaBH4和水反应直接生成活性氢,进而吸附在催化剂表面进行还原作用。