苯酚钠羧基化制取水杨酸钠反应过程的研究
发布时间：2021-06-22 05:41
水杨酸钠是多种解热镇痛药物的合成原料或中间体,其中因作为药物阿司匹林的中间体引起广泛关注。目前,工业生产水杨酸钠的主要方法是在搅拌釜中加入苯酚钠溶液真空干燥至固体颗粒,通入二氧化碳气体,在一定温度压力条件下进行羧基化反应制备。现有工艺存在生产周期长、能量利用率低和有效转化率低等问题,为克服相关问题,本文对苯酚钠颗粒的羧基化反应中的工艺条件、热力学数据和反应动力学进行了研究,以期为开发苯酚钠羧基化的连续化高效生产工艺提供基础数据。首先,本文以自制的干燥苯酚钠颗粒在间歇高压反应釜进行了单因素实验,考察了反应过程中温度、压力、反应时间、搅拌转速以及物料含水量对水杨酸钠收率的影响,实验结果表明羧基化反应在温度为160℃、压力为0.55MPa、反应时间为40min、搅拌转速超过50rpm以及物料含水量低于2%时的条件下进行比较适宜,最高收率为76.85%。其次,通过Guassian 09软件在B3LYP/6-311G（d,p）水平下对苯酚钠颗粒的羧基化反应热进行初步模拟计算,得到在130-180℃时,苯酚钠羧基化反应的焓变约为-16KJ/mol。同时对苯酚钠羧基化反应的反应热进行了实验检测,一是...
【文章来源】：青岛科技大学山东省
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
“苯环金属化”假说Fig.1-1Hypothesisof“benzeneringmetallization”
烷基苯酚。1.3.2“酚氧基碳酸盐”假说在1860年，Kolbe[16]提出在二氧化碳的存在下加热钠和苯酚的混合物形成了大量的苯基碳酸钠，但后来他发现反应同时会生成主要副产物碳酸氢钠。Schmitt对Kolbe的提出的机理进行了否定，因为Schmitt发现二氧化碳在低于100℃的温度下被苯酚钠吸收，但直到达到高于140℃时才释放出苯酚。文献[17]认为在羧基化反应中，干燥的苯酚钠与二氧化碳首先形成中间体苯基碳酸钠（PhO-CO2Na），后者在加热加压时发生重排，羧基从氧原子迁移到苯环上去生成最终产物，为白色固体，没有苯酚钠易潮解。图1-2“酚氧基碳酸盐”假说Fig.1-2Hypothesisof“phenoxycarbonate”Schmitt表示他将制备的苯基碳酸钠在密闭管中于120-130℃加热1小时后会定量地转化为水杨酸单钠盐。如果对产物继续加热，水杨酸钠会与苯酚钠继续反应生成苯酚与水杨酸二钠盐，反应过程如下：（1）2656CO+CHONa→CHOCOONa5（2）6564CHOCOONa→HOCHCOONa（3）64656564HOCHCOONa+CHONa→CHOH+NaOCHCOONa这个假说也得到了Hentschel[18]的支持，并改进了苯基碳酸钠是中间体的机理，他认为反应步骤如下：（1）2656CO+CHONa→CHOCOONa5（2）65656465CHOCOONa+CHONa→NaOCHCOONa+CHOH最近几乎没有研究者赞同苯基碳酸钠作为中间产物的“酚氧基碳酸盐”假说。研究者认为苯酚钠与二氧化碳在反应初期低温阶段发生了弱螯合作用生成一种不稳定混合物，所以在大气压或者真空的条件下螯合物分解成其组分。随后有研究人员发现该中间体在温度为120℃的条件下会释放二氧化碳，所以“酚氧基碳酸盐”的假说被否定了，这种观点沿用了较长的时间。
]通过实验验证了“直接取代”的可能性：①在大气压、110℃的条件下将苯酚钠颗粒与二氧化碳气体一起加热，检测到物质质量只有轻微增加，因此认为没有反应发生；②在温度为180℃的条件下加热一天后，苯酚钠羧基化的直接取代产物分解出的压力大约为1atm，而该物质在同样条件加热两天之后分解的压力仅为534mm；③羧基化反应的产物可以吸收干燥氨气，而该物质却不会。由于高压反应釜中的水分无法完全除去，高压条件下苯酚钠与二氧化碳的羧基化产物通常会产生微量的苯酚与碳酸氢钠，所以Tijmstra的实验理论证明是值得怀疑的。图1-3“直接取代”假说Fig.1-3Hypothesisof“directlyreplace”在有机物2-萘酚钠羧基化的过程中得出了同样的可疑结论[20]，即假定直接芳核羧基化。学者认为首先形成的羟基萘甲酸钠在较高温度（280℃）下会分解成对应的成分，然后芳核再羧基化得到2-羟基-3-萘甲酸钠，后者与另一分子的2-萘酚钠盐反应产生2-羟基-3-萘甲酸二钠和2-萘酚。该假说似乎不太可能，因为已经表明在温度为300℃时2-羟基-1-萘甲酸二钠将定量转化为2-羟基-3-萘甲酸二钠。Tijmstra的苯酚钠羧基化产物苯甲酸羟基钠盐的结构，其已经在红外光谱下被证明是站不住脚的。但是这并不排除以下可能性：直接芳核羧基化的原始假设代表反应的第一步，并且随后发生氢与钠离子的交换，从而产生水杨酸钠作为最终产物。1.3.4“β-酮酸”假说Huckel[21]认为Kolbe-Schmitt反应是由于碱土金属具有支配内消旋形式的特点，二氧化碳可以添加到内消旋的苯氧基或者酚氧基中（如方程式1-4）。这个假说可以解释苯酚钠盐在不同温度下生成了不同的羧基化产物这个现象。通常认为
【参考文献】：
期刊论文
[1]HPLC法测定复方苯甲酸软膏中苯甲酸和水杨酸的含量[J]. 张荣琴. 实验与检验医学. 2019(01)
[2]阿司匹林肠溶片中水杨酸和乙酰水杨酸含量测定[J]. 吴祎,邓冬莉,邓灏,胡科,蒋春阳. 山东化工. 2018(21)
[3]对生产食品级二氧化碳的工艺设计[J]. 霍文博,黄荣磊. 化学工程与装备. 2018(10)
[4]阿司匹林的合成综述[J]. 谢文娜,裘兰兰. 化工管理. 2018(27)
[5]国外超临界二氧化碳循环发电技术发展及应用前景[J]. 晋文超,葛宋. 舰船科学技术. 2018(11)
[6]贵州都匀煤炭燃烧热检测及煤炭质量评价[J]. 彭天赐,周利兵. 科技创新与应用. 2017(15)
[7]二氧化碳在钢铁冶金流程应用研究现状与展望[J]. 朱荣,王雪亮,刘润藻. 中国冶金. 2017(04)
[8]常见豆类的热值测定与分析[J]. 高锦红. 食品与发酵工业. 2015(10)
[9]高效二氧化碳提纯回收装置的研究[J]. 任高坤,蒋松林,杨瑞丽. 科技与企业. 2015(11)
[10]水杨酸合成方法研究进展[J]. 王申军,马瑞杰,菅秀君,贾庆龙,楚庆岩. 齐鲁石油化工. 2015(01)
博士论文
[1]以Kolbe-Schmitt法制备3,6-二氯水杨酸的反应过程及机理研究[D]. 颜星星.华东理工大学 2013
[2]铀化合物激发态和热力学性质的相对论量子化学研究[D]. 魏帆.清华大学 2010
硕士论文
[1]绝热量热仪热量检测误差分析及补偿[D]. 蒋博.中国计量大学 2016
本文编号：3242240
【文章来源】：青岛科技大学山东省
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
“苯环金属化”假说Fig.1-1Hypothesisof“benzeneringmetallization”
烷基苯酚。1.3.2“酚氧基碳酸盐”假说在1860年，Kolbe[16]提出在二氧化碳的存在下加热钠和苯酚的混合物形成了大量的苯基碳酸钠，但后来他发现反应同时会生成主要副产物碳酸氢钠。Schmitt对Kolbe的提出的机理进行了否定，因为Schmitt发现二氧化碳在低于100℃的温度下被苯酚钠吸收，但直到达到高于140℃时才释放出苯酚。文献[17]认为在羧基化反应中，干燥的苯酚钠与二氧化碳首先形成中间体苯基碳酸钠（PhO-CO2Na），后者在加热加压时发生重排，羧基从氧原子迁移到苯环上去生成最终产物，为白色固体，没有苯酚钠易潮解。图1-2“酚氧基碳酸盐”假说Fig.1-2Hypothesisof“phenoxycarbonate”Schmitt表示他将制备的苯基碳酸钠在密闭管中于120-130℃加热1小时后会定量地转化为水杨酸单钠盐。如果对产物继续加热，水杨酸钠会与苯酚钠继续反应生成苯酚与水杨酸二钠盐，反应过程如下：（1）2656CO+CHONa→CHOCOONa5（2）6564CHOCOONa→HOCHCOONa（3）64656564HOCHCOONa+CHONa→CHOH+NaOCHCOONa这个假说也得到了Hentschel[18]的支持，并改进了苯基碳酸钠是中间体的机理，他认为反应步骤如下：（1）2656CO+CHONa→CHOCOONa5（2）65656465CHOCOONa+CHONa→NaOCHCOONa+CHOH最近几乎没有研究者赞同苯基碳酸钠作为中间产物的“酚氧基碳酸盐”假说。研究者认为苯酚钠与二氧化碳在反应初期低温阶段发生了弱螯合作用生成一种不稳定混合物，所以在大气压或者真空的条件下螯合物分解成其组分。随后有研究人员发现该中间体在温度为120℃的条件下会释放二氧化碳，所以“酚氧基碳酸盐”的假说被否定了，这种观点沿用了较长的时间。
]通过实验验证了“直接取代”的可能性：①在大气压、110℃的条件下将苯酚钠颗粒与二氧化碳气体一起加热，检测到物质质量只有轻微增加，因此认为没有反应发生；②在温度为180℃的条件下加热一天后，苯酚钠羧基化的直接取代产物分解出的压力大约为1atm，而该物质在同样条件加热两天之后分解的压力仅为534mm；③羧基化反应的产物可以吸收干燥氨气，而该物质却不会。由于高压反应釜中的水分无法完全除去，高压条件下苯酚钠与二氧化碳的羧基化产物通常会产生微量的苯酚与碳酸氢钠，所以Tijmstra的实验理论证明是值得怀疑的。图1-3“直接取代”假说Fig.1-3Hypothesisof“directlyreplace”在有机物2-萘酚钠羧基化的过程中得出了同样的可疑结论[20]，即假定直接芳核羧基化。学者认为首先形成的羟基萘甲酸钠在较高温度（280℃）下会分解成对应的成分，然后芳核再羧基化得到2-羟基-3-萘甲酸钠，后者与另一分子的2-萘酚钠盐反应产生2-羟基-3-萘甲酸二钠和2-萘酚。该假说似乎不太可能，因为已经表明在温度为300℃时2-羟基-1-萘甲酸二钠将定量转化为2-羟基-3-萘甲酸二钠。Tijmstra的苯酚钠羧基化产物苯甲酸羟基钠盐的结构，其已经在红外光谱下被证明是站不住脚的。但是这并不排除以下可能性：直接芳核羧基化的原始假设代表反应的第一步，并且随后发生氢与钠离子的交换，从而产生水杨酸钠作为最终产物。1.3.4“β-酮酸”假说Huckel[21]认为Kolbe-Schmitt反应是由于碱土金属具有支配内消旋形式的特点，二氧化碳可以添加到内消旋的苯氧基或者酚氧基中（如方程式1-4）。这个假说可以解释苯酚钠盐在不同温度下生成了不同的羧基化产物这个现象。通常认为
【参考文献】：
期刊论文
[1]HPLC法测定复方苯甲酸软膏中苯甲酸和水杨酸的含量[J]. 张荣琴. 实验与检验医学. 2019(01)
[2]阿司匹林肠溶片中水杨酸和乙酰水杨酸含量测定[J]. 吴祎,邓冬莉,邓灏,胡科,蒋春阳. 山东化工. 2018(21)
[3]对生产食品级二氧化碳的工艺设计[J]. 霍文博,黄荣磊. 化学工程与装备. 2018(10)
[4]阿司匹林的合成综述[J]. 谢文娜,裘兰兰. 化工管理. 2018(27)
[5]国外超临界二氧化碳循环发电技术发展及应用前景[J]. 晋文超,葛宋. 舰船科学技术. 2018(11)
[6]贵州都匀煤炭燃烧热检测及煤炭质量评价[J]. 彭天赐,周利兵. 科技创新与应用. 2017(15)
[7]二氧化碳在钢铁冶金流程应用研究现状与展望[J]. 朱荣,王雪亮,刘润藻. 中国冶金. 2017(04)
[8]常见豆类的热值测定与分析[J]. 高锦红. 食品与发酵工业. 2015(10)
[9]高效二氧化碳提纯回收装置的研究[J]. 任高坤,蒋松林,杨瑞丽. 科技与企业. 2015(11)
[10]水杨酸合成方法研究进展[J]. 王申军,马瑞杰,菅秀君,贾庆龙,楚庆岩. 齐鲁石油化工. 2015(01)
博士论文
[1]以Kolbe-Schmitt法制备3,6-二氯水杨酸的反应过程及机理研究[D]. 颜星星.华东理工大学 2013
[2]铀化合物激发态和热力学性质的相对论量子化学研究[D]. 魏帆.清华大学 2010
硕士论文
[1]绝热量热仪热量检测误差分析及补偿[D]. 蒋博.中国计量大学 2016
本文编号：3242240
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