喹草酸中间体的合成研究制药工程专业毕业论文

喹草酸中间体的合成研究制药工程专业毕业论文内容摘要：

有氧化剂（例如硝基苯、五氧化二砷、氧化铁（ Ⅲ ）或苦味酸）存在下，将 2甲基 3氯苯胺和 2甲基丙烯醛反应制得 3,8二甲基 7氯喹啉。 方法评价：该方法制得中间体产率中等，而且使用这些氧化剂会引起值得考虑的废水污染问题，所以这种方法不适合于工业生产。 改进后的 Skraup法一 [5] 在浓硫酸中，在 2甲基 3氯苯胺和 2甲基丙烯醛反应中采用碘作为氧化剂，来制得 3,8二甲基 7氯喹啉。 方法评价：该方法解决了原始 Skraup法中氧化剂引起废水污染问题，但该法制得的中间体产量中等，且胺醛反应不可避免的会产生聚合物和凝析物难以与中间体分离，使反应物纯度降低。 浙江科技学院本科毕业设 计（论文） 5 改进后的 Skraup法二 [6] 利用矿物油的高沸点来加热反应物，并用酸做催化剂来实现反应。 方法评价：酸的催化充分，不需要大量碱来中和。 同时，胺醛反应产生的聚合物和凝析物会留在油相中，工业上可以将他们分离出来作为燃料。 但该方法需要高温，反应 物异丁烯闪点 15℃ ，易燃，所以高温不安全。 因此不考虑此法。 改进后的 Skraup法三 [7] 在浓硫酸中，在 2甲基 3氯苯胺和 2甲基丙烯醛反应中采用碘化钠作为氧化剂，用甲苯萃取来制得较纯的 3,8二甲基 7氯喹啉。 方法评价：该方法产率高，所得中间 体纯净度高，环境污染小，但为解决胺醛反应不可避免的会产生的聚合物和凝析物难以与中间体分离问题，但总体来说该工艺路线优势明显。 选择性苄位卤代－再氧化水解 从检索到的资料来看，将 3,8二甲基 7氯喹啉中的 8甲基转化成溴甲基一般有两种方法：一种是用 N溴代琥珀酰亚胺（ NBS） [2]，还有一种是用液溴 [8]。 他们的化学合成路线如下： NC H 3C lC H 3+ N B rOONNNN C C l 47 6 ℃NC H 2 B rC lC H 3+ N HOO NC H 3C lC H 3+NNNNC H 3 C O O N aNC H 2 B rC lC H 3B r B rH 2 OC lC l 溴代后再用二氧化锰，浓硫酸，浓硝酸选 择性氧化得到喹草酸 [8]： 浙江科技学院本科毕业设 计（论文） 6 NC O O HC lC H 3NC H 2 B rC lC H 3 M nO OOH HH 2 S O 4 H N O 3 该反应路线相对较复杂，各步原料损耗 较多，最后影响产品的产率。 而且该方法使用多种有机试剂，对环境污染比较严重，不符合绿色工艺原则，在工业生产中对反应的后处理比较麻烦，对污水的处理投入比较大，得不偿失，所以该工艺路线不予考虑。 选择性催化氧化法 [9] 采用催化氧化的方法将 3,8二 甲基 7氯喹啉中的 8甲基直接氧化成羧基，从而转化成喹草酸。 所用催化剂是五氧化二钒和醋酸钴，同时需要通入空气，将反应产生的亚硝酸气体赶出反应装置，使反应更快更好的进行。 其反应路线为： NC H 3C H 3C l NC H 3C O O HC lO 2 V 2 O 5H 2 S O 4 H N O 3 该方法采用直接催化氧化将 8位甲基直接氧化成羧基，缩短反应路线，且产品纯度高，且所用试剂都为无机试剂，对环境污染小。 但该反应产率中等。 分步 —— 一锅法 [10] 一锅法即 onepot reaction一种非常具有前景的有机合成方法。 一锅法反应中的多步反应可以从相对简单易的的原料出发，不经中间体的分离，直接获得结构复杂的分子。 在本合成反应中，我们将所需原料分布加入同一个反应装置中反应。 NC H 3C H 3C l+ NC H 3C O O HC lC H 3 N H 2C lH 2 COC H 3 浙江科技学院本科毕业设 计（论文） 7 该反应 原料充分利用，环境污染小，工业上所需设备简单 ,显然经济上和环境友好上较为有利。 连续合成反应 法 [6] Toni Dockner, meckenheim。 Helmut Hagen在专利 US 4617395中提到连续合成喹草酸中间体的方法，其工艺流程图如图 11所示： 图 11 连续合成反应 流程图 在图 1所示仪器中，用计量泵 1a和 1b通过管道 2a和 2b，将 123g/h的丙烯醛和283g/h的 2甲基 3氯苯胺加入到预蒸发器 3a和 3b中被同时蒸发。 在该情况下，在170℃ ，通入 30升 /小时的氮气。 然后通过双料喷嘴引入蒸汽进入反应器。 反应温度是 150℃。 反应器包括一个长 ，直径 65毫米的双壁管。 一个 带有 5毫米空洞的穿孔板，位于喷嘴入口上方 3厘米处。 反应器上部填了 3升的 55毫米的玻璃环。 浙江科技学院本科毕业设 计（论文） 8 反应器含 ，沸点大于 350℃ 的真空瓦斯油，其中 5%是十二烷基苯磺酸作为催化剂。 反应生成的水和未被反应的丙烯醛在冷凝器 6中被冷凝，并在收集容器 7中被收集。 形成的 7氯 8甲基喹啉通过分馏在反应器中被从真空瓦斯油中回收。 在加入初始原料的每小时中，获得 192g的馏分（沸点 119℃ /2mm Hg），根据气相色谱，含有质量分数为 98%的 7氯 8甲基喹啉，按使用的 2甲基 3氯苯胺计算收率为 53%。 另一部分 馏分含 7氯 8甲基四氢喹啉，这些可以与 2氯 5硝基甲苯共热转化成 7氯 8甲基喹啉。 这可以增加收率按使用的 2甲基 3氯苯胺计算为 76%。 与以前的工艺相比，新工艺有以下大量优势。 催化量的酸就足够了，就不用中和大量硫酸了；醛和胺反应不可避免的产生的聚合物和凝析物仍留在矿物油中；后者不需要回收，并且将所需要的催化剂分离后，用于发电站燃烧是有利的；此外，该工艺实质上，在它的技术实施和能量消耗上更经济；最后，燃烧反应介质和副产物带来的环境污染小。 选题的背景和意义 喹草酸是一种 喹啉羧酸类激素型选择性除草剂，防治对象、适用作物 芽前和芽后用于禾谷类作物、油菜和甜菜田防除猪殃殃、婆婆纳和其他杂草。 伞型科作物对其非常敏感。 它的最大优点是高效低毒。 该产品最早是由巴斯夫公司（ BASF AG）开发的，并在 1984年在德国获得该产品的专利。 该产品目前在国内还没有大规模的生产和使用，但在国外的使用量在不断增大，相信在不久的将来该产品在国内也会有较好的发展前景。 所以对该产品的研究和开发是很有意义的。 很多合成吡啶稠环化合物，如：喹啉、 α,β苯并喹啉和他们的衍生物，已经被设计并 在 实验室合成。 它 已经被 （ Monatshefte f252。 r Chemie,1880,第 1卷， 317页）展示，该喹啉合成是小批量的，它是将硫酸（ ），苯胺（ 1份），甘油（ 1份），的混合物在 180℃ 190℃ 下加热合成。 它的化学方程式是： C6H7N+C3H8O3=C9H7N+3H2O+2H 它展示了将 1分子苯胺转换成喹啉是伴随着解放了两个氢原子。 为了有效处理这些氢原子， Skraup在苯胺、甘油和硫酸的反应混合物中加入了硝基苯，希望解放浙江科技学院本科毕业设 计（论文） 9 氢原子能因硝基苯转化成苯胺而减少，从而提高喹啉的总收率。 预计的产率 是按照化学方程式计算得到的： 2C6H7N+C6H5NO2+3C3H8O3=3C9H7N+11H2O 该方法 是没有考虑到实际情况的， 因为该 反应可能会产生爆炸，除非严格控制（ Skraup,美国，专利号 241738）。 Skraup法已经在合成昂贵中间体和其他已被公布的缺乏适合工业化合成吡啶稠环化合物方法的领域被广泛研究。 有 很多可能避免剧烈反应的修改方案被提出在。 这些方法中有部分是将硝基苯改为无机氧化剂，如：砷酸（ ，. 87334；德国化学学会杂志， 1896，第 29卷， 704页）和四氧化三铁（ Barry Bart， Chemical News， 1920，第 121卷， 205页），用氯化锡苯胺代替苯胺也有被提出（ ..F. Druce，化学信息， 1918年，第 117卷， 347页）。 这些修改提供了一个顺畅的反应，将最大限度地减少在反应容器中伴随剧烈反应而产生爆炸危险，并避免将喹啉与任何过量的或未转变的硝基苯分离的必要性。 然后他们需要大量使用无机盐，这些无机盐难以回收，并且大量无机残留物对回收反应得到的喹啉也复杂化了。 此外，根据 Anne W. Davis (“有机合成 ” 1922年，第 Ⅱ 卷，第 79页 )提到的加入硫酸亚铁作为氧化剂的载体来引发反应去延长一段较长时间，因此它可以使大量原料反应。 然而他指出， 80份质量的硫酸亚铁， 865份质量的甘油， 218份质量的苯胺， 170份质量的硝基苯和 400份体积的硫酸反应仅生成 255到 275份质量的喹啉，并且在某些情况下，没有明显原因地下降到低于 200份质量。 很显然，用该甘油使用比例并不经济，并且除了在战争年代甘油的供应量是受到严格限制的。 2 实验部分 实验仪器和试剂 浙江科技学院本科毕业设 计（论文） 10 表 21 实验仪器和设备 名称 型号 制造商或产地 机械搅拌器 S21290 上海申胜生物技术有限公司 磁力搅拌器 851B 巩义市予华仪器有限公司 电子天平 DT300A 江苏常熟长春仪器仪表厂 水泵 SHZD(Ⅲ。