F-C酰基化脱除和利用苯中噻吩的研究

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纯苯是一种重要的化工原料,其生产原料主要来源于石油炼制过程中产生的石油苯和煤焦化过程中产生的焦化粗苯。焦化苯中的硫化物主要以噻吩形式存在,加工过程中会导致催化剂中毒、生产设备遭到腐蚀以及影响纯苯的质量。以噻吩作为基础原料生产的α-噻吩衍生物和β-噻吩衍生物在合成医药、农药、染料以及高分子助剂等领域充当着重要角色。因此,寻求一种既能高效率脱除焦化粗苯中的噻吩又能使噻吩得到充分利用的方法具有重要的意义和实用价值。本文利用二甲氨基甲酰氯为酰基化试剂与模拟焦化粗苯中噻吩发生F-C酰基化取代反应得到医药中间体N,N-二甲基-2-噻吩甲酰胺。首先,建立了高效液相色谱法分析模拟焦化粗苯中噻吩含量的方法,利用紫外分光光度计确定了最佳检测波长,并对流动相的选择以及洗脱梯度进行了优化。同时利用质谱仪和核磁共振仪对柱分离法得到的目标产物进行了分析和鉴定。然后,通过控制变量法考察了ZnCl2催化剂、二甲氨基甲酰氯的用量、反应温度以及反应时间对噻吩脱除率的影响,并得到最佳实验条件下反应的转化率,选择性以及收率。最后,在最优化的实验条件下对反应动力学进行了研究,建立了动力学模型,通过尝试法得到了该反应表观动力学级数并利用线性回归的方法得到不同温度下的表观反应速率常数,进而采用阿伦尼乌斯方程得到了反应的表观活化能和指前因子。实验结果表明:(1)噻吩,苯,甲苯,二甲苯分别在230 nm,240 nm,240 nm,240 nm有最大吸收峰,选择乙腈作为流动相比甲醇截至吸收波长小、分离效率高。最佳实验洗脱梯度为乙腈:水70:30(0 min)→90:10(9 min)→90:10(10 min),质谱、核磁碳谱和氢谱联合分析目标产物为N,N-二甲基-2-噻吩甲酰胺;(2)在反应时间一定条件下,噻吩脱除率随二甲氨基甲酰氯、催化剂加入量增加以及反应温度的升高而增加。而则物料摩尔比n噻吩:n二甲氨基甲酰氯:n ZnCl2=1:12:10,搅拌强度300 r/min,反应温度318 k,反应2 h噻吩脱除率为98.14%。反应3 h噻吩基本完全脱除,反应转化率、选择性和收率分别为100%,98.54%,99.13%;(3)反应温度在303~323 k,模拟焦化粗苯中的噻吩酰基化反应动力学方程符合一级反应速率方程,其活化能为53.985 k J/mol,指前因子为1.4522×109 h-1
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