环戊醇的合成研究

论文摘要

环戊醇是一种重要的有机化工中间体，目前的合成方法是己二酸法，但污染严重，原料来源有限，开发由原料来源丰富的环戊烯制备环戊醇的技术有十分重要的意义。本文对环戊烯直接水合制备环戊醇的工艺进行研究，筛选出了最佳催化剂和适于工业化的溶剂，在此基础上优化了工艺条件。催化剂的筛选工作在苯酚为溶剂的反应体系中进行，考查了12种强酸性阳离子交换树脂的催化活性，初步筛选出6种耐高温阳离子交换树脂。然后重点研究这6种催化剂的催化活性与温度的关系，发现Amberlyst 35和Amberlyst 36最佳。在此基础上，综合考虑催化剂各项指标，筛选出最优的催化剂为Amberlyst 36。由于使用苯酚做溶剂易发生醚化反应和烷基化反应产生高沸点副产物，本课题对反应溶剂进行筛选。通过考查多种醇、酮、醚和其他溶剂对水合反应的影响，筛选出最佳溶剂为丁醇。在此基础上，考查了以丁醇为溶剂时反应温度的影响，结果表明，在反应温度为150℃时，水合反应效果最佳。以Amberlyst 36为催化剂，以丁醇为溶剂，优化反应工艺。重点考察了环戊烯和水的摩尔比、催化剂含量、添加剂和反应时间等对水合反应的影响。得出较佳的反应条件为：环戊烯与H2O的摩尔比为1：4，丁醇与环戊烯的质量比1：1，催化剂Amberlyst 36用量为体系质量的9%，反应温度为150℃，初始压力为1.20MPa，搅拌速度为600rpm，反应时间2h。在优化的反应条件下，环戊醇的收率为11.90%，选择性为95.78%。此外，本课题还对催化剂稳定性进行研究，结果发现，Amberlyst 36套用四次后，虽收率稍有下降，但选择性却一直保持在较高的水平，催化剂基本保持稳定。与文献相比，本课题选用活性更高的Amberlyst 36催化剂和稳定性更好的丁醇做溶剂，避免了使用苯酚溶剂时的醚化和烷基化副反应，使收率和选择性均保持在较高的水平，同时丁醇沸点较低，更利于后处理，适于工业化。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 文献综述
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 环戊烯和环戊醇的物理化学性质
• 1.3 环戊醇合成技术进展
• 1.3.1 己二酸法
• 1.3.2 环戊烯硼氢化- 氧化法
• 1.3.3 环戊烯水合法
• 1.3.4 小结
• 1.4 环戊烯水合催化剂的选择
• 1.4.1 反应机理
• 1.4.2 环戊烯水合催化剂的选择
• 1.5 强酸性阳离子交换树脂的催化活性与催化剂筛选原则
• 1.5.1 强酸性阳离子交换树脂的性能指标与催化活性
• 1.5.2 催化剂筛选原则
• 1.6 本文的研究思路和内容
• 1.6.1 本课题的研究思路
• 1.6.2 主要研究内容
• 第二章 实验部分
• 2.1 实验试剂和仪器
• 2.1.1 实验试剂及来源
• 2.1.2 主要仪器及来源
• 2.2 产品分析方法
• 2.2.1 分析方法的选择
• 2.2.2 分析条件的确定
• 2.2.3 转化率和收率的计算
• 2.3 实验流程
• 2.3.1 催化剂的预处理
• 2.3.2 环戊烯的水合反应
• 第三章 结果与讨论
• 3.1 强酸性阳离子交换树脂催化剂的筛选
• 3.1.1 树脂筛选体系的确立
• 3.1.2 苯酚体系中树脂催化水合的反应机理及选择性
• 3.1.3 树脂对环戊烯水合的催化活性
• 3.1.4 催化剂的初步筛选
• 3.1.5 耐高温树脂不同温度下的催化活性
• 3.1.6 水合催化剂的确立
• 3.2 环戊烯水合溶剂的筛选
• 3.2.1 溶剂筛选的原则
• 3.2.2 苯酚溶剂的缺点
• 3.2.3 溶剂种类的影响
• 3.3 环戊烯水合反应的研究
• 3.3.1 反应温度的影响
• 3.3.2 环戊烯与水的摩尔比的影响
• 3.3.3 催化剂用量的影响
• 3.3.4 添加剂的影响
• 3.3.5 反应时间的影响
• 3.3.6 催化剂稳定性研究
• 3.4 小结
• 第四章 结论
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 附录
• 致谢