对氯苯甲酸生产方法合成工艺


原料：
高锰酸钾,对氯甲苯,工业级季铵盐A-1,浓硫酸,乙醇等。

仪器：
JJ-1型定时磁力电动搅拌器;SHB-3循环水多用真空泵,数字熔点仪,101A-1型电热鼓风干燥箱,三颈瓶,冷凝管,布氏漏斗,抽滤瓶,控温仪，烧杯等。

分析方法:
采用红外光谱法和x-射线衍射仪测定对氯苯甲酸的组成。

实验方案：
把一定量的催化剂A-1[4]、高锰酸钾、水加入250 mL的三颈瓶中,按实验装置图连接好实验仪器,用水浴加热,同时打开冷凝回流装置和搅拌器。待水浴温度升至一定温度,取6 mL对氯甲苯逐滴滴入三颈瓶中(大约需要5 min),滴加完毕控温反应2 h左右。反应过程中注意温度的变化以及三颈瓶中紫色褪去的时间。

反应完毕,趁热在布氏漏斗中进行抽滤,除去反应中生成的二氧化锰沉淀。滤饼再用100 mL的沸水连续洗涤2次,把洗涤液与滤液合并。如液体的颜色为紫色,则加入几毫升乙醇,加热使高锰酸钾分解,再过滤,洗涤。将合并的滤液浓缩至100 mL左右,冷却后加入1∶1的硫酸进行酸化,立即出现大量白色沉淀。

搅拌,放置20 min冷却后,再用布氏漏斗抽滤,滤饼用冷的蒸馏水洗涤后,放进恒温干燥箱进行干燥。干燥后称重,并测其熔点。

1. 影响反应的因素和讨论
在该实验过程中,影响因素很多,催化剂用量,搅拌强度,反应温度,反应时间等都会影响产率。下面针对几个主要因素进行讨论。

1.1　催化剂A-1用量的影响
在PTC反应中,PTC试剂的摩尔分数一般为底物的0.5%～10%[5]。为此,考察了催化剂的用量对反应的影响。
此列反应是取高锰酸钾18.970 g左右,对氯甲苯6 mL,H2O216 mL,催化剂A-1,把高锰酸钾、催化剂A-1、水加入三颈瓶内,在80℃左右滴加入对氯甲苯,控温在90℃ ,反应以2 h为基准。

无催化剂条件下反应极慢,随着催化剂A-1用量的增加,对氯苯甲酸的产率也增加,至催化剂取1.5 mL时产率最大。在催化剂用量接近1.5 mL左右时,产率的增加较缓慢,考虑到催化剂的费用,及产品的成本等问题,
故选择1.25 mL为最佳用量。

1.2　KMnO4用量的影响
此列实验取A-1 1.25 mL,对氯甲苯6 mL,H2O为216 mL,KMnO4分别取15.805 g,17.284 g,20.545 g,23.706 g。在80℃左右滴加入6 mL对氯甲苯,控温在92～96℃ ,以高锰酸钾褪色为基准。

1.3　反应时间的影响
随着高锰酸钾用量的增加产率逐渐增高,但过了20.545 g之后产率增加的速度变的缓慢,为了尽可能的降低成本,高锰酸钾就不能消耗过多,故其他反应条件不变的情况下,高锰酸钾的用量为20.545 g。

1.4　反应温度的影响
该列实验取高锰酸钾20.545 g,对氯甲苯6mL,催化剂A-1 1.25 mL,水为216 mL。控温在94℃左右,加入对氯甲苯,反应时间分别控制为1h,褪色时间,2 h,2.5 h,3 h,3.5 h。

温度对对氯苯甲酸的产率影响很大,在温度低于93℃时,产率随着温度的升高而提高,这主要是因为温度升高,催化剂和反应物各基团的活性增大,离子对在两相迁移的速度变快,碰撞的几率增大,故产率提高。高于93℃后,产率有所下降,主要因为温度高会加速高锰酸钾的分解,用于氧化对氯甲苯的高锰酸钾的量就很少了,且会有大量的副反应发生,温度越高消耗的电能也越多,故实验的温度应取93℃左右。

1.5　水的用量的影响
该列实验取高锰酸钾的用量为20.54 g,对氯甲苯6 mL,催化剂A-1 1.25 mL,水为216 mL。温度分别为70℃ ,80℃ ,90℃ ,92～93℃ ,95～96℃ ,100℃。加入对氯甲苯时水浴温度均比所需控制的温度低10℃ ,反应时间控制为2 h。
产率随着水的用量的增加而增大,大于250 mL时,对氯苯甲酸的产率增加不明显,考虑到成本及对产品分离的影响,水应控制在250左右。

1.6　反应工艺条件的优化与结果
对氯甲苯∶KMnO4∶催化剂A-1∶H2O≈1∶2.56∶0.048∶278(摩尔比),反应温度为93℃左右,反应2.5 h,结果表明对氯苯甲酸的产率为84.38%。

结　论
(1)通过一系列的实验发现,采用相转移催化剂用高锰酸钾合成对氯苯甲酸其适宜的工艺条件为:反应物与催化剂的摩尔比为对氯甲苯KMnO4∶催化剂A-1∶H2O≈1∶2.56∶0.048∶278,反应温度93℃左右,反应时间2.5 h。

(2)通过该方法制备对氯甲苯酸反应条件温和,反应时间短,对设备的腐蚀小,对环境的污染少,生产成本低,操作简单,具有较好的工业化前景。

以上对氯苯甲酸生产方法合成工艺说明，如有需要进一步了解，请我们联系。