金属氯化物、相转移催化剂催化合成频那酮的工艺研究

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频那酮是合成三唑类农药重要的中间体。其具有活泼的α-H,在反应中容易被取代,且另一端连接的叔碳基团相当稳定,在反应过程中不易被取代,因此自频那酮首次合成以来,被广泛的应用于农药合成过程中。频那酮的合成方法很多,但随着我国石油工业的发展,原材料异戊烯来源丰富稳定,因此目前我国生产频那酮的厂家大多是采用异戊烯法制取频那酮的合成工艺路线。但此方法的收率较低,应用多年来一直没有太大的突破。主要是因为异戊烯法生产频那酮的第二个步骤,即氯代特戊烷与甲醛缩合反应的过程复杂。本文从反应的机理出发找出问题所在,对原有工艺条件进行了改进,并向反应体系中添加了相转移催化剂和金属氯化物催化剂。  在相转移催化剂方面,我们首先对相转移催化剂进行了选型,分别对四乙基氯化铵、四苯基氯化鳞、十六烷基苯磺酸钠、聚乙二醇400和聚乙二醇600五种相转移催化做了相应的实验。实验发现,在聚乙二醇400相转移催化剂存在的条件下,频那酮的收率达68%左右,比传统的生产工艺的频那酮收率63%高出了5%,而且反应时间也比传统的生产工艺减短了1h,大大的提升了生产的经济性。  在金属氯化物催化合成频那酮方面,我们首先对单一金属氯化物的性能做了初步的研究,研究发现CoCl3和NiCl2的催化效果最好,两者的频那酮收率分别为72.03%和74.24%。而后我们又对复合金属氯化物的催化效果做了相应的实验,从实验中可以看出,虽然CoCl3和NiCl2单独使用时,催化效果较好,两者与其它金属氯化物混合后也表现出了相似的效果。而ZnCl2和CuCl2单独使用时,虽然对频那酮的收率无太大影响,但当这两种物质分别与CoCl3或NiCl2混合使用时,却表现出了较佳的结果,其中ZnCl2/CoCl3的催化效果最好,频那酮的最终收率可达77.51%。  进而又考察了PEG400与ZnCl2/CoCl3混合使用时的反应工艺条件。考察了甲醛滴定速率、反应温度、反应时间、盐酸浓度、聚乙二醇400与复合金属氯化物的摩尔比以及ZnCl2/CoCl3复合催化剂与氯代特戊烷的摩尔比等参数对反应性能的影响。考虑到由于温度过低时,反应速率尤为缓慢,但过高体系温度又会造成体系挥发严重;同时高的甲醛浓度和长的反应时长会导致体系结焦严重等因素。最终通过控制体系温度为60~85℃时进行反应物甲醛的滴定加入,控制滴定时间为5.0h,反应结束后的保温温度为88~92℃,保温时间在1~2h。同时控制盐酸质量浓度为25%~28%,聚乙二醇400与复合金属氯化物的摩尔比为0.9∶1~1.1∶1,ZnCl2/CoCl3复合催化剂与氯代特戊烷的摩尔比为2∶100的条件下反应性能达到最优。
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