毕业设计论文季戊四醇缩酮在有机合成研究.doc

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1、哈尔滨学院本科毕业论文（设计）摘 要季戊四醇缩酮在有机合成与工业生产中有广泛的应用。在19世纪时，人们就已经开始对它们的合成进行研究。季戊四醇缩酮的合成是由季戊四醇与酮在酸催化下缩合而成。可以通过选择反应物的物料比、溶剂、催化剂合成双缩酮、单缩酮、杂二缩酮。本文将对季戊四醇缩酮合成的研究作进一步说明。实验结果表明:物料配比n (季戊四醇)n(酮)为12,催化剂为十二钨磷酸或对氨基苯磺酸 ,其中催化剂十二钨磷酸的制备的最佳条件为钨酸钠和磷酸氢二钠的配比为12:1，pH为2，最佳反应温度为90。两种催化剂用量均为07 g,带水剂为环己烷,用量80 mL。在最佳工艺条件下所制得的产品为白色片状晶体。

2、以十二钨磷酸为缩酮反应的催化剂, 杂多酸作为酸型催化剂,是近年来发现的较为理想的酸型催化剂。具有较高的催化性能,酮与季戊四醇的反应为非均相催化,其催化活性不受回收次数的影响。以对氨基苯磺酸为缩酮反应的催化剂,具有较高的活性与选择性,连续催化性能好,后处理简便,副反应少等优点,是一种很有开发前景的固体酸催化剂。通过红外谱图对产品进行了物性和结构表征。关键词：季戊四醇；缩酮；合成；催化 AbstractPentaerythritolketalhas a wide applicationinorganic synthesisandindustrial production.In the 19th c

3、entury, people had already started their synthesis of research. The synthesis of pentaerythritol ketal acid-catalyzed condensation of pentaerythritol and ketone. Materials to select reactants, solvents, catalysts ketal, single ketal, mixed the two acetal ketone. This article will pentaerythritol shr

4、ink ketone synthesis for further instructions. Experimental results show that: material ratio n (pentaerythritol): n (ketone) is 1:2, the catalyst for 12 tungstophosphoric acid or sulfanilic acid, the best conditions of preparation of the catalyst 12 tungsten phosphate sodium tungstate and disodium

5、hydrogen phosphate ratio of 12:1, pH 2, the reaction temperature is 90 . The amount of the two catalysts are 0 ? 7 g, dehydrating agent is cyclohexane, the amount of 80 mL. The products obtained under the optimum conditions for the white flaky crystals. 12 tungstophosphoric acid ketal reaction catal

6、yst, heteropoly acid as the acid catalyst, is the ideal acid catalyst discovered in recent years. With high catalytic performance, reaction of ketones with pentaerythritol as non-homogeneous catalysis, and its catalytic activity is not the number of recovered. Sulfanilic acid for the reduction of th

7、e ketone catalyst has high activity and selectivity, continuous catalytic performance, post-processing simple and less side effects on the advantages of solid acid catalyst is a useful development prospects. Physical properties and structural characterization by infrared spectra of the product.Keywo

8、rds: pentaerythritol; ketal; synthesis; catalytic前 言季戊四醇双缩酮化合物在工业和有机合成中应用广泛。它们大部分是结晶化合物,有固定的熔点工业上常作为增塑剂、抗氧剂、杀虫剂和表面活性剂的消泡剂,在有机合成中用来合成有生理活性的物质和作为酮的保护基团。季戊四醇双缩酮的合成通常在酸性条件下进行,已报道的催化剂有质子酸:如盐酸1、硫酸2;路易斯酸:如氯化锌3。但以上方法存在腐蚀设备、污染环境、反应时间长等缺点。近年来,以分子筛4、蒙脱土5、杂多酸6、对甲苯磺酸7、可膨胀石墨8、Y沸石9等为催化剂的新方法取得了较好效果。但仍以苯或甲苯为溶剂在分水条件下

9、进行反应,因此有必要对以上工艺进行改进。随着日用化学工业的快速发展,对香料、香精的品种及需求量不断增加.缩酮是一类有着优于母体羰基化合物香味的香料,常被用于糖类物质的合成,有机合成的羰基保护,油漆、食品、烟草、化妆品和制药工业等的中间体和目标产物,甚至被用作特殊反应溶剂。其传统的合成方法是在无机酸催化下合成,但该法存在副反应多,产品纯度不高,设备腐蚀严重,后处理中含有大量的酸性废水,易造成环境污染等缺点.随着人民生活水平的提高,对香精和食品的质量以及环境保护提出了越来越高的要求,因此,研究和开发合成酮的方法具有一定的意义.文献报道了一些路易斯酸、分子筛、碘化镉、固体超强酸等固体酸催化剂对缩酮反

10、应以及磷钨酸、水合硫酸铁等固体酸催化剂对缩酮的合成具有良好的催化作用。新型环境友好绿色催化剂杂多酸及其盐类开发研究日益受到人们关注。在催化理论中,对于活性中心的观点人们已达成共识,认为分子接近活性中心是关键的一步,因此必须寻找合适的载体,将杂多酸有效地分散开,最大程度地发挥其催化作用.聚苯胺(PAn)在储能、信息储存、非线性光学系统、抗辐射、催化剂、指示剂、传感器等领域都有良好的应用前景,成为当前材料科学中的一个研究重点. PAn以其独特的掺杂现象及良好的稳定性为杂多酸催化载体的选择又增加了一个新的研究方向,即以PAn为载体,将具有催化活性的杂多酸掺杂其中,可增大杂多酸的比表面积,提高其催化活

11、性。缩酮类化合物具有化学性质稳定、香气类型多等特点,深受广大调香人员的青睐,在酒类、软饮料、冰激淋、化妆品等的调香定香中应用广泛。缩羰基类香料是最近二十年来发展起来的新型香料化合物。由于它们具有优于母体化合物的花香、果香、木香、薄荷香或杏仁香等,香气温和,留香持久；原材料来源丰富,生产工艺简单,化学活性好等特点;可以增加香精的天然感,作为新型香料在日用香精和实用香精等方面深受调香师们的欢迎。因此,缩酮类香料的合成研究倍受关注。 在工业上常用做增塑剂、固化剂、抗氧化剂、消泡剂等,在农业方面可用做杀虫剂,还用做树脂、油漆的原料及阴离子表面活性剂清洗液的消泡剂。该类化合物可在稀酸条件下水解成原来的酮

12、,因此在有机合成中也可以用作酮羰基的保护剂。通常,季戊四醇双缩酮的合成是在催化剂的存在下进行。过去使用的催化剂有盐酸、硫酸、氯化锌、蒙脱土、可膨胀石墨和无水硫酸亚铁等,但这些方法都存在着反应时间长、产率低的缺点。因此,人们希望找到能够替代的新型催化剂,这种催化剂应具有活性高，可以回收再生使用，不腐蚀设备及环境污染小等特点。第一章 文献综述1.1 缩酮的简介1.1.1 缩酮缩酮，是一类同一碳上连有两个烷氧基和一个烃基的有机化合物，是一类有机化合物的统称，是由两分子酮与一分子醇缩合的产物，缩酮通常具有令人愉快的香味。缩酮在酸的催化下易水解成原来的酮和醇。缩酮性质稳定，许多能与酮反应的试剂均不与缩酮

13、反应。对碱也稳定;但在稀酸中温热，会发生水解反应，生成原来的酮。因此，提供了一种保护羰基的好方法，使基在多步反应中不被破坏。由于缩的稳定性 和其具有的芳香气味，多用于香料工业，作食品、化妆品的添加剂，也是有机合成的原料。通常，用强无机酸催化，与过量醇反应即可生成。对于难直接生成缩的，可以使用催化剂进行反应。 缩酮生成的一般过程：、醇缩合而生成的一类化合物。通式： 式中R 、R和R为烃基 。 1.1.2季戊四醇双缩(酮)的合成方法（1）季戊四醇双缩(酮)的反应季戊四醇双缩的反应式如下：此反应中，n(季戊四醇):n(或酮)=1:2参与反应。早在1896年，Tollens10等就已经报到了季戊四醇与

14、的缩合，合成了季戊四醇双缩甲和双缩苯甲的产物。通常，季戊四醇与在硫酸催化下很容易发生双缩反应，产品稳定，在氯仿中的溶解度很大。1912年Read用硫酸作催化剂成功的合成了庚及8种含苯环的双缩产物，并给出了相应的熔点。在此之前，季戊四醇双缩甲用浓盐酸作催化剂已经合成，然而乙和三氯乙的季戊四醇双缩合成却失败了。Bograchov11在探讨季戊四醇的双缩产物与的交换时，制备了季戊四醇双缩苯甲。在溶剂苯中，加入1/5mol的苯甲，1/20mol的季戊四醇，0.5g的对甲苯磺酸，反应2h，分水器收集了1.8ml的水，纯化，测熔点为160。经元素分析为季戊四醇双缩苯甲。他的这种合成方法得到了广泛的应用。近

15、年来，固体酸、离子液体、微波技术被广泛应用于有机合成中。Jermy等12将10mmol的(酮)，5mmol的季戊四醇，400mg的磷钨酸置于微波反应器中,辐射1-2分钟，水洗，二氯甲烷萃取，蒸除二氯甲烷，乙醇重结晶，得到产率较高的18种双缩产物。与常规法比较，此法反应时间短，产率高，无需溶剂。Y-Y Wang等13等用硫酸功能化离子液体作为催化剂合成了10种双缩产物。其优点：稳定、易分离、可重复使用、高产率。Z-H Zhang等14用蒙脱土作为催化剂成功合成了21种季戊四醇双缩(酮),具备了催化性能良好、可重复使用等诸多优点。 （2）季戊四醇单缩（）酮的合成季戊四醇单缩(酮）的反应式如下: 此

16、反应中，n(季戊四醇):n(或酮)=1:1参与反应。早在1926年，Fairbourne and Woodley15报道了季戊四醇单缩对二甲氨基苯甲的生成。在50%的热硫酸溶液中，加入等摩尔量的季戊四醇和对二甲氨基苯甲，反应12h，溶液加入过量的稀氨水，有白色沉淀生成，用氯仿重结晶得到针状的单缩产物，熔点140。Bograchov11在水相中以盐酸为催化剂，用等摩尔量的季戊四醇和苯甲成功合成了季戊四醇单缩苯甲，熔点133.5。Conrad等16在研究1,3-二醇的缩(酮)时指出，季戊四醇与不溶于水的制备单S缩产物时,呈现一定的特征。当时，很少的单缩产物被报道。季戊四醇不溶于绝大多数有机溶剂。它

17、与处于两相，然而生成的单缩会溶于所在的相中，并与迅速反应生成双缩产物。很少的单缩在两相溶液中生成11。他们发现，单缩反应可在水和1,4-二氧六环或者二乙二醇乙醚的单相溶剂中产生。在上述溶剂中他们合成了5种季戊四醇单缩，产率在41%-74%之间，并给出了相应的熔点。同时还指出，单缩酮不能在上述溶剂中生成，因为它们在水中不稳定。他们成功的在二乙二醇乙醚中，以IR-120离子交换树脂为催化剂，由双缩环己酮水解制备了单缩环己酮，产率12%。G-W Wang等17报道了以N,N-二甲基甲酰胺(DMF)为溶剂，以对甲苯磺酸为催化剂，成功合成了4种直链的季戊四醇单缩，产率在56%-71%之间。之后，袁先友等

18、18报道了5种季戊四醇单缩(酮)制备。他们在微波辐射的条件下，以N,N-二甲基甲酰胺为溶剂，以活性炭负载磷钨酸(HPW/C)为催化剂，成功合成了目标产物，大大降低了反应时间，提高了产率。 （3）季戊四醇杂二缩（）酮的合成季戊四醇杂二缩(酮)的反应式如下: 所谓杂二缩(酮）即季戊四醇与两分子不同的(酮)缩合生成的化合物。杂二缩(酮)可以在单缩(酮)的基础上合成。其中，n(季戊四醇单缩或酮):n(或酮)=1:1参与反应。早在1926年时，Fairbourne and Woodley15尝试制备杂二缩产物。他们想通过季戊四醇单缩对二甲氨基苯甲与另一分子的苯甲或者肉桂缩合合成杂二缩产物，但却发现对二甲

19、氨基苯甲被取代，生成了苯甲或肉桂的双缩产物。Bograchov11报道季戊四醇单缩邻硝基苯甲与对硝基苯甲制备杂二缩产物时，发现邻硝基被对硝基取代，生成了对硝基苯甲的双缩产物。这些都暗示了，与醇的缩合是一个可逆反应。G-W Wang等19用季戊四醇单缩正十二与3-溴丙为反应物，以二氯甲烷为溶剂，以对甲苯磺酸为催化剂，成功合成了杂二缩产物。袁先友等18采用微波加热的方法合成了9种季戊四醇杂二缩(酮)。他们以等摩尔量的季戊四醇单缩(酮)和为原料,以活性炭负载磷钨酸为催化剂，苯为溶剂，在微波炉中辐射一定时间，粗产物用95%乙醇重结晶或通过硅胶柱层析,得到目标产物。Marrian20在研究季戊四醇及其衍

20、生物时，对季戊四醇的双、单、杂二缩给出了总结，给予了当时已合成产物的报道。1.2 缩合成的发展前景目前，对于季戊四醇双缩的研究比较成熟，然而单缩和杂二缩的报道却很少。特别是季戊四醇缩(酮)机理方面的研究，还没有明确的报道。逐步完善季戊四醇缩(酮)系列的研究。通常,季戊四醇双缩(酮)的合成是在催化剂的存在下进行。过去使用的催化剂有盐酸、硫酸、氯化锌、蒙脱土、可膨胀石墨和无水硫酸亚铁等,但这些方法都存在着反应时间长、产率低的缺点。因此,人们希望找到能够替代的新型催化剂,这种催化剂应具有活性高,可以回收再生使用,不腐蚀设备及环境污染小等优点。合成缩(酮)的研究是一个活跃的课题,人们正在不断地追求高效

21、易得的催化剂,从而达到低成本、低消耗、高产率、少污染的目的。目前研究开发的这些催化剂大多具有高活性和高选择性、用量少、化学热稳定性好、可重复使用等特点,但多数还处于实验室研究。第二章 实验方法2.1 实验所用仪器试剂及药品 2.1.1 实验仪器 仪器 生产厂家EMS-9A加热磁力搅拌器天津欧诺仪器仪表有限公司予华牌循环水真空泵巩义市予华仪器有限公司KMD型控温电热套山东菏泽市南城益发仪器厂增力电动搅拌器江苏金坛医疗仪器电热恒温水浴锅上海恒科技有限公司FTIR8400S型红外光谱仪日本 岛津 2.1.2 实验药品 药品 纯度 生产厂家 季戊四醇 分析纯 天津市博迪化工有限公司无水乙醇 分析纯 天

22、津市富宇精细化工有限公司乙醚 分析纯 中国莱阳市双双化工厂有限公司钨酸钠 分析纯 北京化工厂磷酸氢二钠 分析纯 哈尔滨市新春化工农药厂浓盐酸 分析纯 天津市富宇精细化工有限公司苯甲 分析纯 天津天泰精细化学品有限公司环己烷 分析纯 天津市科密欧化学试剂有限公司无水硫酸镁 分析纯 上海试剂四厂苯 分析纯 天津市试剂一厂甲苯 分析纯 哈尔滨市化工试剂厂2.2 季戊四醇双缩苯甲的合成 2.2.1十二钨磷酸的合成原理 合成原理如下所示：12WO42-+HPO42-+23H+=PW12O403-+12H2O2.2.2实验过程十二钨酸钠溶液的制备：取5.6g钨酸钠和2g磷酸氢二钠溶于20ml热水中，溶液呈

23、混浊。边加热边搅拌下，向溶液中以细流加入5ml 浓盐酸，溶液澄清，继续加热半分钟。若溶液呈蓝色，是由于钨（VI）还原的结果，需向溶液中滴加3%过氧化氢或溴水至蓝色退去。冷至室温酸化，乙醚萃取制取十二钨磷酸，将烧杯中的溶液和析出的少量固体一并转移到分液漏斗中。向分液漏斗中加7ml乙醚，在加入2ml 6mol/L盐酸,振荡(注意,防止气流将液体带出).静止后液体分三层.上层是醚,中间是氯化钠,盐酸和其它物质的水溶液,下层是油状的十二钨磷酸醚合物。分出下层溶液，放入圆底烧瓶中。在水浴中蒸醚（小心！醚易燃），直至液体表面出现晶膜。若在蒸发过程中，液体变蓝，则需滴加少许3%过氧化氢或溴水至蓝色退去。将圆

24、底烧瓶放在通风处（注意，防止落入灰尘），使醚在空气中渐渐挥发掉，即可得到白色或浅黄色十二钨磷酸固体。 2.2.3产品分析（1）产品为白色粉末,产率为64.7%。（2）产品的红外谱图如图2-1所示。（3）十二钨磷酸红外谱图分析：IR是表征杂多酸阴离子一级结构的重要手段。标准的PW12O403-有4个特征振动吸收峰:1 080cm-1(P-O);980 cm-1(W-Ot, Ot为端氧);887 cm-1(W-Oe-W, Oe为八面体中共边上的氧);807cm-1(W-Oc-W, Oc为3个WO6八面体共角上的氧)。通过红外谱图的特征峰证明此物为十二钨磷酸。图2-1 十二钨磷酸的红外谱图2.3 十

25、二钨磷酸催化合成双缩季戊四醇苯甲2.3.1合成原理 合成原理如下： 2.3.2实验过程在250mL三颈瓶中按一定计量比加入苯甲、季戊四醇、带水剂环己烷和一定量的催化剂,装上温度计、分水器和回流冷凝管，首先在95100回流分水若干小时,然后温度升至105110再回流分水若干小时,停止加热,待反应液稍冷后,在搅拌下将上层倒入一定量的沸水中,趁热除去底部残留的催化剂,冷却至30以下,加入等体积无水乙醇,萃取抽提23次.常压蒸馏回收无水乙醇,产物置于真空干燥箱干燥.得到白色片状晶体,称重计算收率。 2.3.3产品分析 （1）产品为白色片状晶体,产率为68.4%。 （2）产品测定的熔点为: 156157

26、。 （3）产品的红外谱图:图2-2 季戊四醇双缩苯甲的红外谱图（4）季戊四醇双缩苯甲的谱图分析:IR(KBr):3 052，3 023 cm-1( HAr); 2 968, 2 932, 2 875,1 457, 1 384 cm-1(CH2); 1 209, 1 184cm-1(季碳);1 209,1 184,1 120,1 066,1 028cm-1(缩中COC )。这些数据与文献基本吻合，通过此物的红外谱图的特征峰证明合成的目标产物为季戊四醇双缩乙。2.4 对氨基苯磺酸催化合成季戊四醇双缩苯甲2.4.1 合成原理合成原理如下： 2.4.2 实验过程在装有温度计,搅拌器,分水器和回流冷管的

27、250 mL三口瓶中,加入一定量的苯甲,季戊四醇和催化剂对氨基苯磺酸(首次反应约加1 mL水,重复使用时不必加水)、带水剂环己烷。然后加热回流至无水层分出为止。稍冷后顷出有机层,用无水硫酸镁干燥3 h后过滤,减压蒸除环己烷,残留物用无水乙醇重结晶,得白色片状晶体即为产品。 2.4.3 产品分析 (1)产品为白色晶体,产率为63.2%。 (2)产品测得的熔点为156157。 (3)此产品的红外谱图为:图2-3 季戊四醇双缩苯甲的红外谱图 (4)此产品的谱图分析：IR (KBr)v: 3058,3034, 2998, 2958, 2907, 2855, 1606, 1496,1468, 1454,

28、 1203, 1160, 1115, 1078, 1030,1021, 748 cm-1这些数据与文献基本吻合，通过此产品的红外谱图的特征峰证明合成的目标产物为季戊四醇双缩苯甲。第三章 实验结果与讨论31 十二钨磷酸制备 3.1.1 钨酸钠与磷酸氢二钠配比对反应产率的影响固定pH为2，加热温度为90，改变反应物的配比,考察不同反应物用量对产物收率的影响,结果见表3-1。表3-1钨酸钠与磷酸氢二钠配比对产率的影响n (钨酸钠)：n （磷酸氢二钠）11:112:113:1产率/%40.860.350.3数据显示：在此反应条件下,十二钨磷酸的收率随着反应物配比的增加而增大,当反应物配比为12:1时,

29、产物收率最高大.因此,考虑到后续反应的需要,反应物的最佳用量选择在12:1比较合适。 3.1.2 pH变化对反应产率的影响固定钨酸钠与磷酸氢二钠的摩尔比为12:1，反应温度为90，考察不同pH对反应产率的影响，结果见表3-2。表3-2 pH的变化对反应产率的影响pH值123产率/%42.564.738.5数据显示：在此反应条件下,十二钨磷酸的收率随着反应pH的变化而变化,当反应的pH为2时,产物收率最高.因此,考虑到后续反应的需要,反应pH的最佳值为2比较合适。 3.1.3 反应温度对反应产率的影响固定钨酸钠与磷酸氢二钠的摩尔比为12:1，pH值为2，考察不同反应温度对产率的影响，结果见表3-

30、3。表3-3 反应温度对反应产率的影响温度/708090100产率/%46.453.864.362.7数据显示：在此反应条件下,十二钨磷酸的收率随着反应温度的变化而变化,当反应温度为90时,产物收率最高.因此,考虑到后续反应的需要,反应温度的最佳值为90比较合适。3.2 十二钨磷酸催化合成季戊四醇双缩苯甲 3.2.1 催化剂的用量与双缩季戊四醇苯甲产率的关系将苯甲用量固定为0.15mol苯甲与季戊四醇的摩尔比为1 ：1.5,控制回流温度为95110,反应时间2.5 h,加入80mL环己烷作带水剂,改变催化剂用量占反应物料总质量的百分比,考察不同催化剂用量对产物收率的影响,结果见表3-4。表3-

31、4催化剂用量对收率的影响w（催化剂）/%0.51.01.52.0收率/%48.561.266.867.6数据显示:在此反应条件下,双缩季戊四醇苯甲的收率随着催化剂用量的增加而增大,当催化剂用量占反应物料总质量的1.5%时,产物收率增大的趋势放缓.因此,考虑到后续分离的需要,催化剂的最佳用量选择在1.5%比较合适. 由表3-4可见,在此反应条件下,当催化剂用量达到一定程度时,杂多酸与苯甲羰基氧的电子迁移达到平衡,新增加催化剂表面路易斯酸点作为亲电体进攻季戊四醇的醇羟基富电子路易斯碱中心的氧原子,致使缩化反应的收率的增加的趋势反而放缓。本实验取催化剂的质量分数为1.5%。 3.2.2 醇物质的量的

32、比对收率的影响增大任何一种反应物的量都有利于提高苯甲转化率,但实验表明苯甲在水中的溶解度较小,洗涤时难以除去,而且苯甲沸点较产品稍低,蒸馏时难以分开,所以实验中采用季戊四醇稍过量。将苯甲用量固定为0.15mol催化剂用量为反应物料总质量的1.5%,加入80mL环己烷作带水剂,改变季戊四醇的用量,控制回流温度为95110,反应时间2.5 h,考察不同原料量比对产品收率的影响,结果见表3-5。表3-5 n(苯甲)n(季戊四醇)对收率的影响n (苯甲)：n （季戊四醇）1:1.21:1.51:1.81:2.11:2.4收率/%48.568.362.558.446.3数据显示：季戊四醇本身比较活泼,在

33、酸性催化剂的存在下可能发生其他类型反应,因此,季戊四醇加入量过大并不利于主反应进行和产物的分离. 由表3-5可见,随n2增加,先收率提高,当n1n2=11.5时,收率达到最大,n2再增加,则收率反而下降。这是由于季戊四醇过量太多,使得反应温度难以到达催化剂最佳活性温度,降低杂多酸笼形结构表面和内部酸度,从而削弱苯甲羰基氧与杂多酸之间的电子迁移,降低羰基碳的亲电性,导致产品收率降低。因此选择适宜n1n2=11.5。 3.2.3 反应时间对收率的影响在已确定的最佳n(苯甲)n(季戊四醇)量比为1: 1.5,最佳催化剂用量为1. 5%条件下,反应温度控制在95110,改变反应时间进行实验,其结果见表

34、3-6。表3-6 反应时间对收率的影响 t/h1.01.52.02.53.0收率/%58.863.367.568.366.4数据显示:在杂多酸催化剂存在下,缩形成的速率并不快,适当延长时间有助于反应的完成,产物收率随着时间的延长明显提高,但是,在反应温度下,时间过长又将引起其他类型副反应的发生,甚至破坏已经生成的产物,从表3-6看出,反应时间为3 h其收率低于2.5 h,反应进行到2.5 h时,反应基本完成,再延长反应时间,产品收率反而下降。这是因为反应体系的温度随反应时间的延长逐渐上升,这时反应中催化剂表面路易斯酸点与醇羟基路易斯碱亲电反应渐渐成为主导反应,醇脱水速度加快,催化剂选择性降低,

35、体系的色泽也逐渐加深,副反应增多。综合考虑能耗与收率,本实验选择反应时间以2.5h为宜。 3.2.4小结季戊四醇几乎不溶于热环己烷,但形成的季戊四醇单缩可溶于环己烷中,它很快与进一步缩合形成,所以在反应中即使季戊四醇过量也只能得到双缩。我们以苯甲与季戊四醇的缩合为模型反应,考察了反应时间、温度、醇摩尔比及催化剂用量对反应的影响,实验结果见表3-4，3-5，3-6。我们曾试验了在其他条件不变的情况下,以甲苯或苯代替环己烷作溶剂,尽管回流温度升高,但产品产量并没有提高甚至还略有下降,而且反应温度越高,反应物的碳化也变得越明显。因此,综合表3-4，3-5,3-6的结果,反应的最佳条件是:环己烷为溶剂

36、,时间2.5h,醇摩尔比为11.8,HPW为2.1g(摩尔量的1.5%)。杂多酸作为酸型催化剂,明显优于浓H2SO4,是近年来发现的较为理想的酸型催化剂。在与季戊四醇的缩合反应中,由于HPW不溶于环己烷,故反应为非均相催化,反应终了时,HPW可与季戊四醇一起过滤出来,将其溶于水,用乙醚萃取,得到杂多酸的醚合物,除去醚后得HPW固体,回收率为82%,回收的HPW重复用于催化合成季戊四醇双缩,其催化活性不受回收次数的影响。回收前后的HPW在水和无水乙醇中的电位滴定曲线相似(见图3-1和图3-2)。从第一个拐点计算得到回收前后HPW的碱度均为3,第二个拐点出现在近于相同的高pH处,对应于HPW碱解。

37、IR光谱也表明回收前后HPW的分子结构无差异。因此,其催化活性不变。 图3-1 水中HPW的滴定曲线图3-2 乙醇中HPW的滴定曲线3.3 对氨基苯磺酸催化合成季戊四醇双缩苯甲 3.3.1 催化剂用量对反应的影响使用与醇摩尔比为2.01,环己烷80 mL,回流温度83,回流2.5 h,改变催化剂的用量,进行实验结果见表3-7。表3-7 催化剂的用量对反应的影响催化剂的用量/g0.30.50.71.01.2产率/%52.356.862.462.762.9表3-7结果表明,催化剂用量增加,产率有明显提高,催化剂用量太少,反应不完全,缩产率低,催化剂用量过大,反应收率变化不大,以0.7 g为宜。 3

38、.3.2 醇摩尔比对反应的影响催化剂用量为0.7 g,80 mL环己烷为带水剂,回流温度83 ,回流分水2.5 h。改变苯甲和季戊四醇摩尔比,结果见下表3-8。表3-8 醇摩尔比对反应的影响:醇(摩尔比)1.25:11.50:11.75:12.0:1 2.25:1产率/%52.756.460.763.263.4表3-8结果表明,在催化剂用量固定不变时,改变醇摩尔比对醇双缩产率有一定影响。随着醇摩尔比增大反应产率相应提高。但当摩尔数比达2.01时,在进一步增大醇摩尔比,双缩产品增加不明显,故本实验醇摩尔比2.01为宜。 3.3.3 时间对反应的影响使用和醇摩尔比为2.01,催化剂用量为0.7 g

39、,环己烷为带水剂80 mL,回流温83,改变反应时间,结果见表3-9。表3-9反应时间对反应的影响反应时间/h1.52.02.53.03.5产率/%53.256.862.562.860.4表3-9结果表明,合适的反应时间为2.5 h,回流时间短,反应不完全,回流时间长,可能其他副产物生成降低了产率。 3.3.4 带水剂对反应的影响使用和醇摩尔比为2.01,催化剂用量0.7g,回流时间2.5 h,采用能与水形成恒沸物的溶剂-环己烷苯和甲烷,分别进行实验。结果见表3-10。 表3-10 不同带水剂对反应的影响带水剂/mL回流温度/产率/%苯/808262.3甲苯/8011454.6环己烷/8083

40、63.5表3-10结果表明,这三种带水剂以苯和环己烷效果最好,甲苯由于回流温度高,导致副产物增多,产率低,而苯的毒性大,故本实验以环己烷为带水剂。 3.3.5 催化剂重复使用性能的考察对氨基苯磺酸是一种结晶固体,反应开始后,随着温度升高而逐渐溶解,催化反应进行。当反应结束冷却后,它又呈结晶析出,沉积于瓶底,极易与反应产物分离。只要再加入反应原料及带水剂即可重复进行反应。其重复反应结果表3-11。表3-11 催化剂重复使用的实验结果催化剂重复使用次数123456产率/%62.562.361.461.260.660.2表3-11结果表明,催化剂重复使用多次,其催化性能下降不多,仍可连续使用。 总

41、结 (1)十二钨磷酸具有很好的催化性能,反应条件为: 环己烷为溶剂,时间2.5h,醇摩尔比为11.8,HPW为2.1g(摩尔量的1.5%)。缩的产率为64.7%。 (2)以十二钨磷酸为缩反应的催化剂, 杂多酸作为酸型催化剂,是近年来发现的较为理想的酸型催化剂。具有较高的催化性能,在与季戊四醇的反应为非均相催化,其催化活性不受回收次数的影响。 (3)对氨基苯磺酸对季戊四醇双缩苯甲有良好的催化剂作用,反应条件为:与醇比为2.01,催化剂用量0.7 g,回流时间2.5 h,带水剂环己烷80mL,缩产率63.2%。 (4)以对氨基苯磺酸为缩反应的催化剂,具有较高的活性与选择性,连续催化性能好,后处理简

42、便,副反应少等优点,是一种很有开发前景的固体酸催化剂。 （5）由苯甲与季戊四醇在环己烷中加热回流制得,反应后处理需经中和、水洗、干燥等繁杂过程,且收率低、产品色泽深。固体超强酸有较好的催化效果,但催化剂制备比较复杂。对氨基苯磺酸催化剂具有反应时间短、产物可不经中和、水洗、干燥等处理,直接过滤蒸馏,产品收率高,且对氨基苯磺酸来源易得、性质稳定、使用方便。本文采用对氨基苯磺酸为催化剂,合成季戊四醇双缩苯甲,该反应条件温和,操做简单;催化剂无腐蚀,对环境友好;避免使用苯或甲苯毒性较强的溶剂。反应时间较短,收率较高,是合成季戊四醇双缩和双缩酮类化合物的一种高效、实用的方法。 （6）杂多酸及其盐类化合物

43、以其独特的酸性、 “准液相 ” 行为、 环境友好、 多功能(酸、 氧化、 光电催化 )等优点在催化研究领域中受到研究者们的广泛重视。但杂多酸是一种比表面积很小 ( S . A 10 m2g- 1)的非孔固态物质 ,其表面酸量小 ,反应活性低 ,热稳定性较低 ,且溶于极性溶剂 ,均相不易分离 ,回收困难 ,难以重复利用。综上所述：十二钨磷酸和对氨基苯磺酸在合成季戊四醇双缩时各有优缺点，但从产率来说对氨基苯磺酸跟好一些。参考文献1 Mager,E.L.:Nelson,R.H.:Robertson,C.E.:USDept.Agric.Bur Entomol.Plant Quarantine,1951

44、,E-833.2Hanzlik R P,Leinwetter M. Reactions Of Epoxides AndCarbonyl Compounds Catalyzed By Anhydrous Copper SulfateJ. J Org Chem, 1978,43(3): 438-440.3 王官武,袁先友,雷学工等.季戊四醇双缩的合成J.应用化学,1994,11，(1):114-115.4王潍平,吕连海,杨锦宗.复合型固体超强酸SO42-/TiO2-ZnO2合成马来酸双酯J.石油化工,1990,19(5):312.5刘清福,钟桂云,谈廷凤等.微波照射硫酸氢铵催化季戊四醇双缩、酮的合成J.精细化工,2005,22(6):434-435.6陈新,徐永廷,金春霞.季戊四醇双缩的合成与表征J.合成化学,1997(2):212.7袁先友,蒋小平,张敏等.微波辐射活性炭负载磷钨酸催化合成季戊四醇双缩酮()J.合成化学,2003,11(1):52-55.8伊万科热