水楊酸鈉是多種解熱鎮(zhèn)痛藥物的合成原料或中間體,其中因作為藥物阿司匹林的中間體引起廣泛關(guān)注。目前,工業(yè)生產(chǎn)水楊酸鈉的主要方法是在攪拌釜中加入苯酚鈉溶液真空干燥至固體顆粒,通入二氧化碳氣體,在一定溫度壓力條件下進行羧基化反應(yīng)制備。現(xiàn)有工藝存在生產(chǎn)周期長、能量利用率低和有效轉(zhuǎn)化率低等問題,為克服相關(guān)問題,本文對苯酚鈉顆粒的羧基化反應(yīng)中的工藝條件、熱力學(xué)數(shù)據(jù)和反應(yīng)動力學(xué)進行了研究,以期為開發(fā)苯酚鈉羧基化的連續(xù)化高效生產(chǎn)工藝提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。首先,本文以自制的干燥苯酚鈉顆粒在間歇高壓反應(yīng)釜進行了單因素實驗,考察了反應(yīng)過程中溫度、壓力、反應(yīng)時間、攪拌轉(zhuǎn)速以及物料含水量對水楊酸鈉收率的影響,實驗結(jié)果表明羧基化反應(yīng)在溫度為160℃、壓力為0.55MPa、反應(yīng)時間為40min、攪拌轉(zhuǎn)速超過50rpm以及物料含水量低于2%時的條件下進行比較適宜,最高收率為76.85%。其次,通過Guassian 09軟件在B3LYP/6-311G（d,p）水平下對苯酚鈉顆粒的羧基化反應(yīng)熱進行初步模擬計算,得到在130-180℃時,苯酚鈉羧基化反應(yīng)的焓變約為-16KJ/mol。同時對苯酚鈉羧基化反應(yīng)的反應(yīng)熱進行了實驗檢測,一是... 

【文章來源】：青島科技大學(xué)山東省

【文章頁數(shù)】：73 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

“苯環(huán)金屬化”假說Fig.1-1Hypothesisof“benzeneringmetallization”

烷基苯酚。1.3.2“酚氧基碳酸鹽”假說在1860年，Kolbe[16]提出在二氧化碳的存在下加熱鈉和苯酚的混合物形成了大量的苯基碳酸鈉，但后來他發(fā)現(xiàn)反應(yīng)同時會生成主要副產(chǎn)物碳酸氫鈉。Schmitt對Kolbe的提出的機理進行了否定，因為Schmitt發(fā)現(xiàn)二氧化碳在低于100℃的溫度下被苯酚鈉吸收，但直到達到高于140℃時才釋放出苯酚。文獻[17]認為在羧基化反應(yīng)中，干燥的苯酚鈉與二氧化碳首先形成中間體苯基碳酸鈉（PhO-CO2Na），后者在加熱加壓時發(fā)生重排，羧基從氧原子遷移到苯環(huán)上去生成最終產(chǎn)物，為白色固體，沒有苯酚鈉易潮解。圖1-2“酚氧基碳酸鹽”假說Fig.1-2Hypothesisof“phenoxycarbonate”Schmitt表示他將制備的苯基碳酸鈉在密閉管中于120-130℃加熱1小時后會定量地轉(zhuǎn)化為水楊酸單鈉鹽。如果對產(chǎn)物繼續(xù)加熱，水楊酸鈉會與苯酚鈉繼續(xù)反應(yīng)生成苯酚與水楊酸二鈉鹽，反應(yīng)過程如下：（1）2656CO+CHONa→CHOCOONa5（2）6564CHOCOONa→HOCHCOONa（3）64656564HOCHCOONa+CHONa→CHOH+NaOCHCOONa這個假說也得到了Hentschel[18]的支持，并改進了苯基碳酸鈉是中間體的機理，他認為反應(yīng)步驟如下：（1）2656CO+CHONa→CHOCOONa5（2）65656465CHOCOONa+CHONa→NaOCHCOONa+CHOH最近幾乎沒有研究者贊同苯基碳酸鈉作為中間產(chǎn)物的“酚氧基碳酸鹽”假說。研究者認為苯酚鈉與二氧化碳在反應(yīng)初期低溫階段發(fā)生了弱螯合作用生成一種不穩(wěn)定混合物，所以在大氣壓或者真空的條件下螯合物分解成其組分。隨后有研究人員發(fā)現(xiàn)該中間體在溫度為120℃的條件下會釋放二氧化碳，所以“酚氧基碳酸鹽”的假說被否定了，這種觀點沿用了較長的時間。

]通過實驗驗證了“直接取代”的可能性：①在大氣壓、110℃的條件下將苯酚鈉顆粒與二氧化碳氣體一起加熱，檢測到物質(zhì)質(zhì)量只有輕微增加，因此認為沒有反應(yīng)發(fā)生；②在溫度為180℃的條件下加熱一天后，苯酚鈉羧基化的直接取代產(chǎn)物分解出的壓力大約為1atm，而該物質(zhì)在同樣條件加熱兩天之后分解的壓力僅為534mm；③羧基化反應(yīng)的產(chǎn)物可以吸收干燥氨氣，而該物質(zhì)卻不會。由于高壓反應(yīng)釜中的水分無法完全除去，高壓條件下苯酚鈉與二氧化碳的羧基化產(chǎn)物通常會產(chǎn)生微量的苯酚與碳酸氫鈉，所以Tijmstra的實驗理論證明是值得懷疑的。圖1-3“直接取代”假說Fig.1-3Hypothesisof“directlyreplace”在有機物2-萘酚鈉羧基化的過程中得出了同樣的可疑結(jié)論[20]，即假定直接芳核羧基化。學(xué)者認為首先形成的羥基萘甲酸鈉在較高溫度（280℃）下會分解成對應(yīng)的成分，然后芳核再羧基化得到2-羥基-3-萘甲酸鈉，后者與另一分子的2-萘酚鈉鹽反應(yīng)產(chǎn)生2-羥基-3-萘甲酸二鈉和2-萘酚。該假說似乎不太可能，因為已經(jīng)表明在溫度為300℃時2-羥基-1-萘甲酸二鈉將定量轉(zhuǎn)化為2-羥基-3-萘甲酸二鈉。Tijmstra的苯酚鈉羧基化產(chǎn)物苯甲酸羥基鈉鹽的結(jié)構(gòu)，其已經(jīng)在紅外光譜下被證明是站不住腳的。但是這并不排除以下可能性：直接芳核羧基化的原始假設(shè)代表反應(yīng)的第一步，并且隨后發(fā)生氫與鈉離子的交換，從而產(chǎn)生水楊酸鈉作為最終產(chǎn)物。1.3.4“β-酮酸”假說Huckel[21]認為Kolbe-Schmitt反應(yīng)是由于堿土金屬具有支配內(nèi)消旋形式的特點，二氧化碳可以添加到內(nèi)消旋的苯氧基或者酚氧基中（如方程式1-4）。這個假說可以解釋苯酚鈉鹽在不同溫度下生成了不同的羧基化產(chǎn)物這個現(xiàn)象。通常認為

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本文編號：3242240