浓硫酸催化合成非诺贝特的工艺优化 毕业论文.doc

毕业论文浓硫酸催化合成非诺贝特的工艺优化concentrated sulfuric acid catalyst synthesis process optimization fenofibrate 班 级 应用化工113班 学生姓名 学号 1132101324 指导教师 职称 讲师 导师单位 徐州工业职业技术学院 论文提交日期 2013年11月27 徐州工业职业技术学院毕业论文任务书 一、 选题意义及背景非诺贝特，化学名，2-甲基-2-4-(4-氯苯甲酰基)苯氧基丙酸异丙酯，为新一代苯氧乙酸类调脂药，国内外针对该药的合成工艺路线研究较少，本项目针对催化剂的种类，产品处理工序的催化剂循环利用、原料回收，废液循环等方面进行改进，从而减少原料消耗、提高产量、减少污染。二、毕业论文主要内容：本课题对目前非诺贝特生产工艺及其相关特点进行研究，通过正交实验法考察反应时间、醇酸摩尔比、催化剂的用量、带水剂等因素，并对其生产过程进行优化与改进等。课题工作过程包括：预备阶段、查阅搜集相关资料、调查研究、总结经验、对前期的工作进行整理，编写论文材料。三、计划进度：1. 第1周进行文献检索、文献综合与分析、编制研究方案和进行研究准备；2. 第23周进行实验研究设计；3. 第4周研究讨论并补做部分研究；4. 第5周整理研究论文，补做部分研究，完成论文电子稿和打印稿；5完善论文，准备答辩。四毕业论文结束应提交的材料：1、毕业论文（含电子稿和打印稿，按学院要求格式）；2、论文真实性承诺书；3、毕业专题记录本（用专门实习记录本记录）指导教师：时光霞 教研室主任： 年 月 日 年 月 日 论文真实性承诺及指导教师声明学生论文真实性承诺本人郑重声明：所提交的作品是本人在指导教师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，内容真实可靠，不存在抄袭、造假等学术不端行为。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。如被发现论文中存在抄袭、造假等学术不端行为，本人愿承担本声明的法律责任和一切后果。毕业生签名： 日 期： 指导教师关于学生论文真实性审核的声明本人郑重声明：已经对学生论文所涉及的内容进行严格审核，确定其内容均由学生在本人指导下取得，对他人论文及成果的引用已经明确注明，不存在抄袭等学术不端行为。指导教师签名： 日 期： 摘 要 本课题以非诺贝特酸和异丙醇为原料，采用浓硫酸作催化剂合成非诺贝特。通过正交试验法考察反应时间、醇酸比、催化剂用量、带水剂，对非诺贝特的酯化产率的影响，研究其工艺优化。其优化反应的条件为：非诺贝特酸为2g，异丙醇与非诺贝特酸的摩尔比为3.0:1，催化剂用量为0.5g，甲苯的用量为40ml（甲苯是最佳方案实验中回收的甲苯），反应时间为2h。得到了1.15g产品，其酯化产率为50.9%。用浓硫酸作催化剂与固体催化剂相比，用量少能减少成本在与碱进行中和时有利于反应条件的优化、减少副反应便于大规模工业化连续生产。关键词：非诺贝特；相转移催化；合成；浓硫酸abstractthe subject fenofibric acid and isopropyl alcohol as raw material, using concentrated sulfuric acid as a catalyst synthesis of fenofibrate. by orthogonal experiment study reaction time, alkyd, catalyst, agent, effect of fenofibrate ester yields, study its process optimization. its optimum reaction conditions for: fenofibric acid is 2g, isopropyl alcohol and fenofibric acid mole ratio of 3:1, amount of catalyst 0.5g, p-40ml (recovery of toluene toluene is best experiment), reaction time is 2h. get 1.15g products and its ester yields 50.9%. this project using concentrated sulfuric acid as the catalyst, concentrated sulfuric acid as compared to solid catalyst, can reduce costs and less soda and conducive to the optimization of reaction conditions, reduce side effects of large-scale industrialized production.keywords：fenofibrate；phase transfer catalysis；synthesis；concentrated sulfuric acid目录摘 要1关键词1abstract1keywords1第一章 文献综述31.1产品性状31.2作用与用途31.3浓硫酸的工艺研究31.4研究意义41.5非诺贝特的工艺发展4第二章 实验内容52.1 实验药品及仪器52.1.1 药品52.1.2 实验仪器52.2 实验原理52.3 实验流程图62.4 实验步骤6第三章 实验结果与讨论73.1 数据记录73.2 分析与讨论83.2.1影响因素83.2.2物料的处理83.2.3催化剂的不足83.2.4带水剂的重复使用对产率的影响8第四章 结 论10参考文献11致谢12第一章 文献综述1.1产品性状非诺贝特又称普鲁脂芬，化学名，2-甲基-2-4-(4-氯苯甲酰基)苯氧基丙酸异丙酯本品为白色或类白色结晶性粉末，无臭，无味，熔点为7882c，极易溶于氯仿，易溶于丙酮或乙醚，略溶于乙醇，几乎不溶于水。本品经氧瓶燃烧破坏后，溶液显氯化物鉴别反应2。1.2作用与用途非诺贝特为第二代苯氧乙酸类调脂药，已在法国、美国、日本等国家广泛应用，本品在体内经酯酶的作用迅速代谢成非诺贝特酸而起降血脂作用，具有明显的降低血清胆固醇，甘油三酯和升高高密度脂蛋白的作用。同时具有明显降低血浆tg和tc的作用，药效较氯贝特强，显效也快，口服24小时即可见效，通常服用1个月血脂明显下降。适用于治疗高甘油三酯血症和高胆固醇血症，疗效优于氯贝特，且副作用少。目前工业上合成非诺贝特的主要方法是硫酸法，即非诺贝特酸与异丙醇在浓硫酸的催化作用下直接脱水生成非诺贝特，是质子酸催化导致反应进行的经典反应3。1.3浓硫酸的工艺研究目前工业上合成非诺贝特的主要方法是硫酸法，即非诺贝特酸与异丙醇在浓硫酸的催化作用下直接脱水生成非诺贝特，是质子酸催化反应进行的经典反应。采用浓硫酸作催化剂与固体酸催化剂相比，浓硫酸用量少能减少成本，在与碱进行中和时有利于反应条件的优化、减少副反应便于大规模工业化连续生产。1.4研究意义由于国内研究非诺贝特的工艺路线较为稀少，本课题针对浓硫酸催化合成非诺贝特的工艺优化做出改进，对于产品处理工序中原料的回收利用等方面的研究，从而减少原料的浪费，提高产物质量进而减少对环境的污染。1.5非诺贝特的工艺发展非诺贝特合成的方法除了硫酸法，还有硫酸氢钠4催化合成非诺贝特和nkc-9催化合成非诺贝特。硫酸氢钠虽然性质稳定，但活性低，影响反应效果，产率较低；nkc-9作催化剂，虽然活化性高，但是价格高。 目前工业上合成非诺贝特的主要方法是硫酸法，即非诺贝特酸与异丙醇在浓硫酸的催化作用下直接脱水生成非诺贝特，是质子酸催化导致反应进行的经典反应,工业生产废液多，因此，本研究采用浓硫酸作催化剂，以非诺贝特酸和异丙醇为原料，合成了非诺贝特，对影响酯化反应5的一些因素进行了研究，并对其进行优化改进，把带水剂回收进行重复使用，减少水洗的次数，用氢氧化钠直接中和浓硫酸和未反应的非诺贝特酸，以减少产生的废液，并对其进行处理，为非诺贝特的工业应用提供新的思路。第二章 实验内容2.1 实验药品及仪器 2.1.1 药品非诺贝特酸；异丙醇（分析纯）；甲苯（分析纯）；98%的浓硫酸；30%的氢氧化钠2.1.2 实验仪器分水器、搅拌器、温度计、回流冷凝器、三口圆底烧瓶、电热套、蒸馏烧瓶、烧杯、直形冷凝管、分液漏斗、保温漏斗、牛角管、布氏漏斗、量筒、胶头滴管。tc-15套式恒温器，海宁市新华医疗器械厂；电子天平，天津天马衡基仪器有限公司；循环水式多用真空泵，郑州长城科工贸有限公司；电子恒速搅拌机，杭州转表电机厂。2.2 实验原理 非诺贝特是由非诺贝特酸和异丙醇缩聚而成的。本课题以非诺贝特酸与异丙醇为原料，甲苯为带水剂，浓硫酸作催化剂，催化合成非诺贝特2.3 实验流程图反应容器中和蒸馏过滤提纯抽滤出料 称重浓硫酸非诺贝特酸异丙醇 图1 实验流程图2.4 实验步骤检查装置的气密性，在三口圆底烧瓶中，加入非诺贝特酸、异丙醇、以及浓硫酸进行中和反应，开启搅拌器，转速可达300400r/min，取样测定其ph值。然后进行蒸馏，用套式恒温器缓缓加热，温度可控制在85c至100c，控制回流速度，每隔一定的时间取少量反应液测定其ph值，至分出的水量达理论量时，或无水分出时，酯化结束，稍冷却后温度降到70c左右后又取样测定其ph值，再进行过滤提纯，将分液漏斗加入60c以上的热水，然后将反应液倒入其中震荡至分层，并将下层的液体放出，剩下的则倒入蒸馏烧瓶中继续加热，温度控制在70c左后，其后滴加30%的氢氧化钠调制ph至中性，再将反应液继续倒入三口烧瓶进行反应。温度控制在100c，开冷凝水，当回流冷凝器无液体流出时，停止加热，拆除冷凝管和加热装置，得到粗产品6。将粗产品倒入烧杯中，在热水浴中进行加热溶解，然后加入0.5%的活性炭搅拌，之后逐滴加入异丙醇溶解，然后用保温漏斗进行热过滤。过滤后得到的滤液冷却至结晶完全析出，进行抽滤，得到的滤饼进行干燥，产生白色或类白色固体，即非诺贝特。将滤饼烘干，得到的固体产品放在表面皿上用电子天平上称总重。第三章 实验结果与讨论3.1 数据记录采用正交实验法设计实验方案，考察了反应时间(a)，异丙醇非诺贝特酸摩尔比(b)，带水剂用量(c)和催化剂用量(d)四因素对酯化产率的影响7，进行正交试验。将不同摩尔比的醇酸装入三口圆底烧瓶中，加入不同体积的带水剂，分别加入不同的催化剂用量，不同的反应时间，根据精制后产物的产量计算产率以下为数据列表表1 正交实验因素水平水平因素a/hb/molc/mld/g12.03.0:1200.2522.53.5:1300.533.04.0:1400.75表2 正交实验结果表序号abcd产率%1111138.52122239.83133327.44212323.55223136.36231238.57313239.48321319.59332129.7k1105.7101.496.5104.5k298.395.693117.7k388.695.6103.170.4k152.8550.748.2552.25k249.1547.846.558.85k344.347.851.5535.2r8.552.95.0523.05优水平a1b1c3d2主次因素dacb优化方案a1b1c3d2结果表明：各因素影响程度依次为：dacb。综合考虑，确定优化实验方案为a1b1c3d2，即醇酸摩尔比3.0:1，甲苯40 ml，浓硫酸0.5g，回流2h。重现性实验：按照正交实验优化反应条件进行实验，得到了1.14g产品，酯化产率为50.4，说明最佳方案是可行的。而且发现使用的甲苯可以循环使用。以便下次可以继续使用，节约物料。3.2 分析与讨论3.2.1影响因素温度对产品影响：随着温度的升高，当温度达到120时，使反应液损坏不能出现产品。而温度过低使反应中不能生成水，并且不能和带水剂形成共沸物8，在冷凝管的作用下无法回流到分水器中，使反应不能正常进行。所以我们应选择适宜的温度。温度在85c至100c。气密性对产品的影响：气密性不好甲苯挥发，可导致产量减少，而且反应时间和回流所用的时间的大大加大。氢氧化钠的影响：氢氧化钠的用量一定要适量，多了则使反应液成碱性，少了则使反应液洗不干净。所以说氢氧化钠用量对产品也有一定的影响，本次实验滴加6至7滴即可。3.2.2物料的处理 本次实验中带水剂甲苯可循环使用，从而可降低成本。对于中和反应氢氧化钠的用量也要适中，以便控制溶液ph值。3.2.3催化剂的不足(1)在酯化反应条件下，浓硫酸同时具有酯化、脱水和氧化作用，导致一系列副反应的发生，使反应生成的混合物中含有少量的醚9、硫酸酯、不饱和化合物和羰基化合物等，给产品的精制和回收带来困难。(2)作为催化剂的浓硫酸要经过碱中和，水洗除去，工艺复杂，产品和未反应的原料损失大，并产生大量的废液，污染环境。(3)浓硫酸腐蚀设备。本研究采用浓硫酸作催化剂，以非诺贝特酸和异丙醇为原料，合成了非诺贝特，并对影响酯化反应的一些因素进行了研究，为非诺贝特的工业应用提供了新的思路。3.2.4带水剂的重复使用对产率的影响在异丙醇和非诺贝特酸合成反应中，除了生成非诺贝特外还有水。为了将水及时移除，加入带水剂（又称携水剂、脱水剂），既可以将水带出同时可以降低反应温度，减少副反应的发生，提高原料的利用率，使酯较纯。带水剂的重复使用性能是选择带水剂的重要指标10，重复次数越多将越有利于降低生产成本。按上述最适宜的反应条件进行反应，把蒸出含有少量水的甲苯，倒入分液漏斗中，振荡，静置分层，下层液体放出，上层液体用锥形瓶回收，重复使用的结果见表3。表3 带水剂重复使用的效果重复次数12产率%50.450.9由表3可以看出，带水剂甲苯经过重复使用之后，性能还是稳定的，说明甲苯作为带水剂在该反应中是可以被重复使用的，而且活性较高。第四章 结 论通过实验发现优化反应的条件为：非诺贝特酸为2g，异丙醇与非诺贝特酸的摩尔比为3.0:1催化剂用量为0. 5g，甲苯的用量为40ml，反应时间为2h。得到了1.15g产品 ，其酯化产率为50.9。此配比物料可提高产率，而且该实验说明了带水剂甲苯对实验的影响可以忽略不计11，而且甲苯在实验中可重复使用。参考文献1.李秋荣,赵倩.s2o82-/tio2催化合成乙酸正丁酯2006,20 (5)2.李淑贤，张福刚，张敬强.酯化反应催化剂的研究与发展替代硫酸作为合成非诺贝特的良好催化剂.佳木斯大学学报，2004,22 (5)3.陈丹云，李杰，张福连.酯化反应的带水剂j.化学世界,2002,43 (7)390.4.吴伟，黄靖石.1，2一丙二醇氧化脱氢合成丙酮醛j石油化工.1995,24