晶体乙醛酸及其主要衍生物的合成工艺研究

论文摘要

乙醛酸是一种重要的有机化工中间体,可衍生出几十种精细化工产品。目前,其生产工艺大都以制备30%～50%的乙醛酸水溶液为主,乙醛酸水溶液由于大量水的存在,难以满足医药、食品等行业对高纯度晶体型乙醛酸产品的需要。本文以顺丁烯二酸为原料,水为溶剂,对臭氧氧化法制备晶体型乙醛酸的合成工艺进行了系统研究,并优化获得了较佳的工艺条件。确定的较佳工艺条件为:反应温度30℃,反应时间8h,顺丁烯二酸溶液质量分数30%,在1.6kPa下,减压蒸馏终温50～60℃。在上述条件下,晶体乙醛酸的收率达96%以上,产品纯度达97%以上。用离子色谱法对产品纯度进行了测定,通过FT-IR技术对所得产物的结构进行了表征。乙醛酸下游产品是市场紧俏并具有高附加值的精细化学品,本文采用晶体乙醛酸为原料,对尿囊素、对羟基苯海因和对羟基苯甘氨酸这三种市场需求量较大的乙醛酸衍生物的合成进行了研究。通过考察溶剂种类、溶剂摩尔比、催化剂种类、催化剂摩尔比、原料摩尔比、反应温度、反应时间、重结晶溶解温度、重结晶溶解时间等因素对产品收率的影响,确定了晶体乙醛酸法制备尿囊素的较佳工艺条件为:四氢呋喃/乙醇（摩尔比1∶1.5）作溶剂,H2SO4/H3PO（4摩尔比1∶1）作催化剂,n（乙醛酸）∶n（尿素）=1∶4,反应温度70℃,反应时间4h,重结晶溶解温度90℃,重结晶加热时间控制在40min以内,溶液的pH控制在3～6之间。在上述较佳反应和重结晶条件下合成的尿囊素产品收率为85.4%,产品纯度为98.9%,母液循环套用后产品收率可达87%以上。通过FT-IR、1HNMR和13CNMR等技术对所得产物的结构进行了表征。通过正交试验考察了原料摩尔比、反应温度、催化剂用量等因素对反应结果的影响,确定了晶体乙醛酸法制备对羟基苯海因的较佳反应条件为:n（乙醛酸）∶n（尿素）∶n（苯酚）=1∶2.5∶2.5,盐酸用量30ml,反应温度80℃,在上述较佳条件下,可得到白色固体状对羟基苯海因产品,其纯度达到98.5%,收率达到82.6%。另外,研究了乙醛酸溶液质量分数对反应结果的影响,结果表明其对产品收率影响不大。考察了溶剂对反应结果的影响,结果表明水作溶剂时,溶剂化作用较大,适合反应进行。产品结构经FT-IR、1HNMR、13CNMR等技术进行表征。通过考察催化剂种类、溶剂种类、原料摩尔比、反应温度、反应时间、催化剂用量等因素对反应结果的影响,确定了晶体乙醛酸法合成对羟基苯甘氨酸的较佳工艺条件为:三乙基苄基氯化铵作催化剂,水为溶剂,n（乙醛酸）∶n（苯酚）∶n（氨基磺酸）=1.0∶1.3∶1.3,反应温度70℃,催化剂用量0.002mol,反应时间8h,在上述最佳条件下,产品单程收率可达70.6%,纯度为98.7%,母液循环套用后收率可达76%以上。通过FT-IR技术对产品的结构进行表征。采用晶体乙醛酸法制备上述三种产品的研究未见文献报道,其产品收率和质量均优于文献报道的用30%～50%的乙醛酸水溶液法。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 文献综述
• 1.1 乙醛酸概述
• 1.1.1 乙醛酸的主要合成路线
• 1.1.1.1 马来酸臭氧氧化法制备乙醛酸
• 1.1.1.2 乙二醛氧化法制备乙醛酸
• 1.1.1.3 还原法制备乙醛酸
• 1.1.1.4 水解法制备乙醛酸
• 1.1.1.5 其它合成方法
• 1.1.2 乙醛酸的应用
• 1.2 乙醛酸主要衍生物的开发和应用进展
• 1.2.1 尿囊素
• 1.2.1.1 尿囊素的主要合成路线
• 1.2.1.1.1 尿素高锰酸钾氧化法
• 1.2.1.1.2 尿酸二氯乙酸法
• 1.2.1.1.3 乙醛酸钙盐溶解法
• 1.2.1.1.4 尿素乙醛酸直接缩合法
• 1.2.1.2 尿囊素的应用
• 1.2.2 对羟基苯海因
• 1.2.2.1 对羟基苯海因的主要合成路线
• 1.2.2.1.1 Bucherer-Bergs 法
• 1.2.2.1.2 尿囊素法
• 1.2.2.1.3 乙醛酸法
• 1.2.2.2 对羟基苯海因的应用
• 1.2.3 DL-对羟基苯甘氨酸
• 1.2.3.1 对羟基苯甘氨酸的主要合成路线
• 1.2.3.1.1 苯甲醛法
• 1.2.3.1.2 对羟基扁桃酸法
• 1.2.3.1.3 对羟基苯海因法
• 1.2.3.1.4 苯酚-乙醛酸-活泼酰基化合物一步合成法
• 1.2.3.2 对羟基苯甘氨酸的应用
• 1.3 课题研究的思路与内容
• 1.3.1 顺丁烯二酸臭氧氧化法制备晶体型乙醛酸的研究思路与内容
• 1.3.2 乙醛酸主要衍生物的研究思路与内容
• 2 晶体型乙醛酸的制备工艺研究
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验仪器与试剂
• 2.2.2 反应机理
• 2.2.3 实验方法
• 2.2.4 合成工艺流程图
• 2.2.5 产品性能测试方法
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 正交试验
• 2.3.2 正交试验基础上的单因素条件实验
• 2.3.2.1 反应温度对反应结果的影响
• 2.3.2.2 反应时间对反应结果的影响
• 2.3.3 其他影响因素的讨论
• 2.3.3.1 臭氧气流量对反应结果的影响
• 2.3.3.2 减压蒸馏终温对反应结果的影响
• 2.3.3.3 减压回收产物的循环利用对反应结果的影响
• 2.3.4 重复性实验
• 2.4 产品分析与结构表征
• 2.4.1 产品熔点测定
• 2.4.2 晶体型乙醛酸红外光谱图
• 2.4.3 产品纯度测定
• 2.5 本章小结
• 3 尿囊素的合成工艺研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验仪器与试剂
• 3.2.2 反应机理
• 3.2.3 实验方法
• 3.2.3.1 缩合
• 3.2.3.2 粗品精制
• 3.2.4 产品性能测试方法
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 不同乙醛酸原料对反应结果的影响
• 3.3.2 不同溶剂对反应结果的影响
• 3.3.3 混合溶剂摩尔比对反应结果的影响
• 3.3.4 不同催化剂对反应结果的影响
• 3.3.5 原料摩尔比对反应结果的影响
• 3.3.6 反应时间对反应结果的影响
• 3.3.7 较佳合成条件下的重复实验
• 3.3.8 母液的回收套用
• 3.3.9 重结晶条件的选择
• 3.3.9.1 温度对重结晶收率和纯度的影响
• 3.3.9.2 时间对重结晶收率和纯度的影响
• 3.3.9.3 溶液pH 值对重结晶收率和纯度的影响
• 3.4 产品分析与结构表征
• 3.4.1 标准尿囊素与合成产品的质量指标对比
• 3.4.2 红外光谱分析
• 3.4.3 核磁共振分析
• 3.4.3.1 核磁共振氢谱分析
• 3.4.3.2 核磁共振碳谱分析
• 3.5 本章小结
• 4 对羟基苯海因的合成工艺研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 实验仪器及试剂
• 4.2.2 反应机理
• 4.2.3 实验方法
• 4.2.4 产品性能测试方法
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 不同乙醛酸原料对反应结果的影响
• 4.3.2 乙醛酸加料方式的影响
• 4.3.3 正交试验
• 4.3.4 正交试验基础上的单因素条件实验
• 4.3.5 其他影响因素的讨论
• 4.4 产品分析与结构表征
• 4.4.1 标准对羟基苯海因与合成产品的质量指标对比
• 4.4.2 红外光谱表征
• 4.4.3 核磁共振分析
• 4.4.3.1 核磁共振氢谱分析
• 4.4.3.2 核磁共振碳谱分析
• 4.5 本章小结
• 5 DL-对羟基苯甘氨酸的合成工艺研究
• 5.1 引言
• 5.2 实验部分
• 5.2.1 实验仪器与试剂
• 5.2.2 反应机理
• 5.2.3 实验方法
• 5.2.3.1 反应步骤
• 5.2.3.2 反应终点测定方法
• 5.2.4 产品性能测试方法
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 不同乙醛酸原料对反应结果的影响
• 5.3.2 催化剂对反应结果的影响
• 5.3.3 溶剂对反应结果的影响
• 5.3.4 原料摩尔比对反应结果的影响
• 5.3.5 正交试验
• 5.3.6 正交试验基础上的单因素条件实验
• 5.3.6.1 反应温度对反应结果的影响
• 5.3.6.2 反应时间对反应结果的影响
• 5.3.7 较佳反应条件下的重复实验
• 5.3.8 母液的回收套用
• 5.3.9 以DMF 为溶剂进行反应时体系中可能存在的反应及其机理讨论
• 5.4 产品分析与结构表征
• 5.4.1 产品熔点测定
• 5.4.2 红外光谱分析
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录1
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文目录