四氯苯醌的合成设计

重庆工业职业技术学院毕业设计课题 四氯对苯醌的合成设计（起止日期 2014年11月10日〜 2014年月日）化学与制药工程 学院 专业301 班学生姓名胡建青 学号201290330103指导教师 周永福 职称讲师教研室主任 李芬 目录TOC\o"1-5"\h\z目录 2\o"CurrentDocument"摘要 1绪论 2\o"CurrentDocument"1.1用途 3\o"CurrentDocument"1.2研究状况 3\o"CurrentDocument"四氯对苯醌工艺合成介绍 5\o"CurrentDocument"氯氧化法 5\o"CurrentDocument"实验方法 6\o"CurrentDocument"结论 7过氧化氢氧化法 7\o"CurrentDocument"反应原理： 7\o"CurrentDocument"实验步骤 8\o"CurrentDocument"反应介质的影响 8\o"CurrentDocument"反应温度对合成的影响 8工艺流程图 9氢醌氧化加成法 10\o"CurrentDocument"2.3.1反应原理 10\o"CurrentDocument"实验 10\o"CurrentDocument"温度对反应结果的影响 11\o"CurrentDocument"原料配比对反应结果的影响 11\o"CurrentDocument"反应时间对产品收率的影响 13对苯醌氧化加成法 132.4.1反应原理 13\o"CurrentDocument"实验 14\o"CurrentDocument"温度对反应结果的影响 14\o"CurrentDocument"反应物料对反应结果的影响 14\o"CurrentDocument"结论 17\o"CurrentDocument"参考文献 18致谢 19摘要以对苯二酚为原料，二氯苯一醋酸一水为溶剂，温度80°C,氯化得到四氯苯醌,熔点290.0C（分解），摩尔产率93.5%,与文献报导的醋酸一水做溶剂相比较,产品纯度高，反应过程重复性好。溶剂可重复使用至少12次。国外用五氯酚合成四氯苯醌但该法产生大量含酸废水，处理较麻烦；也有人采用氢醌为原料合成四氯苯醌，但反应温度需严格控制为，由于为强放热反应，操作条件很难控制。曾用氢醌氧化加成合成四氯苯,直接以对苯醌为原料，采用过氧化氢和盐酸氧化加成合成四氯苯醌，得到了适宜的工艺条件。关键词：四氯苯醌氢醌氯化该物质是重要的医药、农药和电子材料中间体，用途非常广泛。近年来国内一些工厂采用此法生产，据反映，不仅滤液不能多次使用，而且通氯管道易堵塞，产品质量不稳定。用邻二氯苯一盐酸一水为溶剂，滤液重复使用4次产品质量和收率均仍保持正常的结果。但釜壁很容易生成黑色胶粘物［1］，造成分离和清釜困难，而且通氯管道也很易堵塞。在上述醋酸一水溶剂的基础上，添加一定量的二氯苯，通氯管道没有堵塞，产品、收率均有所改善和提高，且滤液可以再生。但是通氯气需耐压设备，而且不太安全和操作麻烦、不方便。根据过氧化氢氧化盐酸生成氯气的原理，以过氧化氢和盐酸为原料，原位生成氯与对苯二酚反应生成四氯苯醌，采用该工艺避免了通氯的麻烦和操作不便，且产品的质量和收率均有所提高。也考察了加人醋酸或乙醇调变反应质对合成反应的影响［2］，为四氯苯醒的合成提供了新的方法避免与氧化物接触，无毒，有升华现象。在酸性介质中源温度：2bUU源温度：2bUU样品温度:180°C相对强度矗质谱图：源温度：质谱图：源温度：260°C样品温度：180°C相对强度>1.1用途本品用作天然橡胶、丁基合成橡胶、丁腈胶和氯丁胶的硫化剂。主要用于制造丁基胶内胎、外胎，硫化胶囊，耐热制品，绝缘电线等［3］。可单用也可与硫黄和其他硫化促进剂（一般是与促进剂DM）混合使用，用以制造电缆和海绵橡胶制品，用量0.5%〜4.0%。如添加5%〜20%能提高胶料同织物材料的黏接强度。用以制造抗恶性肿瘤药物亚胺醌、癌抑散，制造利尿药安体司通;也用作染料中间体和农用拌种剂等［4］。用作氧化剂、杀虫剂。用于四氯醌电极制造及有机合成用作光度法测定异苯肼的显色剂。还用于有机合成、四氯醌电极制备。1.2研究状况研究了电子接受体：四氯苯醌（TCBQ）与电子给予体：磺胺嘧啶、磺胺二甲嘧啶和磺胺甲基异嗯唑之间荷移反应的条件、机理和3种荷移络合物的稳定常数及摩尔吸光系数⑸。用拟定的方法测定磺胺嘧啶片剂中SD和复方新诺明片剂中SMZ的含量，结果令人满意。仪器与试剂751.G分光光度计（上海分析仪器厂）、722型分光光度计（上海第三分析仪器厂）、电恒温水浴（重庆试验设备厂）、酸度计（萧山市科学仪器设备厂)。3.6x10〜mol/L、7.2x10〜mol/LSD、sm2、SMZ标准溶液，3.0x10。mol/LTCBQ乙醇溶液，0.1mol/L硼砂缓冲溶液(pH=9.0)。实验方法取适量试样溶液(SDS20mg/L、SM2S52mg/L)于10mL刻度比色管中，依次加入TCBQ试液(SD为2mL、sM2和SNZ为1.4mL)和硼砂缓冲溶液用水稀释至刻度，摇匀后于50±2°C水浴中分别保温120min、6min和80min；取出冷至室温，以试剂空白为参比，用1cm比色皿于波长356him和365him处测定吸光度。吸收光谱按实验方法分别配制试液于分光光度计测出SD荷移物的£=356nm、SM2荷移物的£=365nm和SNZ荷移物的£=365nm，TCBQ试剂的£=315nm。反应温度和反应时间的影响实验结果表明，在50±2C水浴中TCBQ与SD、SM2和SMZ发生荷移反应所需的时间分别为120min、60min和80min。溶剂、酸度、醇水比例对反应的影响在所确定温度、时间的条件下，选用二甲亚砜、甲醇、乙醇、N，N.二甲基四胺、丙酮(30©、乙腈和水(pH>7)等7种溶剂进行实验。结果⑹表明以水(pH>7)为溶剂情况最佳。在此基础上进行的酸度、醇水比例实验表明,3种荷移反应的最佳酸度为pH=9.0,为保证其酸度所需加入pH=9.0的硼砂缓冲溶液5ml(SD)和4ml(sM2和SMZ)；反应需控制的醇水比为1：4(SD、SM2)和1：6(SNZ)。荷移络合物的稳定性实验指出［7］,TCBQ与SD、sm2和SNZ形成的荷移络合物在20min、30rain、30min内吸光度保持恒定。工作曲线按各实验确定的最佳条件配制试液测定SD、sM2的浓度与吸光度的关系，得到下列线性回归方程。SD在5.0〜20.0mg/LA=-0.003+0。247x，r=0.9994sm2在2.0〜52.0mg/L内A=-0.43+0.0168x,r=0.9990SNZ在1.8〜33.0mg/L。内A=0.0693+0.187x,r=O.9999荷移络合物组成测定用等摩尔连续变化法和摩尔比法测得3种荷移络合物的组成比均为1:1。反应机理探讨基于组成比为1:1,在碱性介质中(pH=9.0),苯环上的氨基虽不发生质子化，但由于受so42-,基的影响，能使磺酰亚氨上的氢离解(pKa=6.48),导致嘧啶基电荷密度增高，发生矛电荷转移。荷移络合物稳定常数和摩尔吸光系数测定按实验方法配制A=2.4X10mol/L和D=1.8〜11.4X10mol/L的一系列溶液，分别在50C水浴中保温120min(SD)、60min(sm2)和80min(sm2)；冷至室温后以试剂空白为参比分别在356、365和365nm处测其吸光度。用最小二乘法处理实验数据得如：1.49x103(SD)、1.71x103(sm2)、1.75X103,摩尔吸光系数£：1.73x104(sm2)>1.47x104和1.23x104(sm2)。药物片剂的测定取磺胺嘧啶片剂和复方新诺明片剂各10片，准确称量，然后研成粉末并精确称取每10片重量的去置于小烧杯中，用稀HCl溶解，过滤后将溶液转移至100mL容量瓶中以水定容。再量取此溶液20ml放入100mL容量瓶中，用水稀释至刻度约含SD或按实验方法测定药物片剂磺胺嘧啶中SD和复方新诺明［7］中

SNZ的含量（相当于标示量）：100.2%（SD）和97.1%,回收率为100.6%和93.5%〜102.3％；2四氯对苯醌工艺合成介绍2.1氯氧化法四氯苯醌用于制造三苯基甲烷类染料如永固紫的中间体,农业上用作拌种剂和制造防猝倒剂。传统的合成方法是五氯苯酚钠通氯氧化法[8],产品质量差,熔点为283〜284°C正常熔点290Q分解）。加上三废严重，成本偏高的缺点，该工艺逐渐被淘汰。很早就有人研究用对苯二酚为原料,用气态氯与之反应,制造四氯苯醌该反应：+5Cl2 浓盐酸+5Cl2 浓盐酸ClCl+6HClOH O包含环上氯化和羟基被氯氧化成醌的结构两种反应，所以又称为氯化氧化反应，副产物仅有氯化氢，非常合理，但四氯苯醌为粉末状而不是叶片状或柱状结晶,难以洗涤和干燥。因此产品质量差，收率低，滤液不能循环使用。以醋酸－水代替浓盐酸为溶剂，使产品的质量和收率虽有所提高，但滤液仅重复使用产品质量即下降。近年来国内一些工厂采用此法生产，据反映，不仅滤液不能多次使用，而且通氯管道易堵塞，产品质量不稳定。虽报道了用邻二氯苯－盐酸－水为溶剂，滤液重复使用多次产品质量和收率均仍保持正常的结果。经多次实验，结果很不理想，釜壁很容易生成黑色胶粘物，造成分离和清釜困难，而且通氯管道也很易堵塞。在上述醋酸－水溶剂的基础上，添加一定量的二氯苯，结果不但通氯管不会堵塞而且产品色泽、晶状、熔点、产率均有明显改善和提高，并且滤液再生方便，为四氯苯醌的工艺改造提供了有效的途径。2.1.1实验方法原料：对苯二酚，化学纯；冰醋酸，工业品；混合二氯苯（南京化工厂生产），无色透明液体，相对密度1.28,w（邻）：w（对）=7：3。实验步奏：向装有温度计、球形冷凝管、通氯管、搅拌器的250mL四口烧瓶中加入16.5g对苯二酚，100g混合二氯苯一醋酸一水（质量为5.5：3.5：1）溶剂，四口烧瓶置于恒温水浴中，搅拌升温至60°C开始通氯，反应温度80°C,通氯速度为160mL/min约1h后，通氯速度降至100mL/min，总通氯量达56.5g时结束通氯，继续搅拌，待黄色浆状液冷却到室温附近后，取出经真空抽滤，水洗3次，每次水洗用水为物料量的20%。干燥得34.5g金黄色片状结晶，熔点290.0C（分解），摩尔收率93.5%，滤液添加一定量的新鲜溶剂后循环使用。2.1.2溶剂的影响不同溶剂条件下，对苯二酚经氯化氧化制取四氯苯醌,其熔点、摩尔收率及操作难易程度见下表［9］。表1溶剂对产品的影响溶剂熔点摩尔收率％通氯管堵产品洗涤C实测文献塞难易干燥难易醋酸一水290.1*92.8易易邻二氯苯一盐酸一水281.0〜283.273.7易难二氯苯一醋酸一水290.0*93.5/不易易*在该温度下,样品迅速发黑炭化,此时为分解温度。以下各表中没有熔点范围的数据均为分解温度。表2为醋酸－水溶剂循环使用的情况氯苯－醋酸－水溶剂循环使用对产品的影响见表3，比较两者可知醋酸－水溶液重复用4次，产品质量明显下降，而混二氯苯－醋酸－水溶剂连续使用12次时产品质量和收率仍符合要求。表2醋酸－水循环使用对产品的影响溶剂使用次数熔点/°c摩尔收率％1287.2〜288.092.82288.191.7

3284.3〜285.288.34279.0〜280.186.2表3混二氯苯－醋酸－水循环使用对产品的影响溶剂使用次数熔点/C摩尔收率%溶剂使用次数熔点/C摩尔收率%1290.093.57290.194.02290.296.68290.195.13290.197.09290.194.24290.289.910290.093.65290.193.411290.093.96290.194.912289.593.0经12次重复使用过的溶剂，因溶有杂质色泽呈深褐色，可先用质量分数为10%NaOH中和。分层后得到无色透明的二氯苯和深褐色的废碱水，再在分离的二氯苯中加入体积分数2%的双氧水（质量分数为30%）,50°C搅拌30min后即可重复使用，效果与新鲜二氯苯一致。2.1.3结论以混二氯苯－醋酸－水代替原有的醋酸－水溶剂,不但产品质量稳定,而且通氯管道不易堵塞,保证操作不会中断。粗产品容易水洗和干燥,而且溶剂容易再生并重复使用。保证了环保节约药品同时也对反应釜的腐蚀程度和清洗难度降低了许多,生产的废液废渣都很好的解决了阻塞问题。2.2过氧化氢氧化法OH+HCl+HOH+HCl+H2O2OHClO2.2.2实验步骤原料：对苯二酚（分析纯），浓盐酸（工业品），过氧化氢、乙醇、醋酸均为分析纯。实验步奏：在500ml的四口反应瓶中分别加300mlH2S04（浓度98%,llg对苯二酚，同时将23g过氧化氢加人恒压滴加漏斗以备用，电动搅拌，于室温缓慢滴加过氧化氢，滴加毕，于40-45保温lh;再滴加27g过氧化氢，缓慢升温至70°C,于此温度保温1.5h；再滴加25g过氧化氢，在滴加过程中注意是否有膨胀的趋势，若有，暂停滴加过氧化氢，过氧化氢滴加完毕后，在95C保温2h。降温，过滤，滤饼水洗，干燥得产品。用高效液相色谱仪LC-l0AD分析产物组成。2.2.3反应介质的影响空间位阻加大，需要更大的活化能。但是过氧化氢氧化盐酸生成氯气是放热反应所以采取阶梯程序升温合成四氯苯醌，对苯二酚在水中的溶解度不大，在乙醇和冰醋酸中的溶解度大;与此相反，过氧化氢和盐酸是水溶液。为此，本工作以过氧化氢和盐酸为原料合成四氯苯酿时在浓盐酸中直接反应的收率只有92.1%，纯度仅91.5%（表4屮0］。而当加人20%的乙醇调变反应的介质后，则可使产品四氯苯醒的纯度提高到97%，而当加入35%~60%的醋酸，既可提高收率，也提高了纯度。因此可能是乙醇或醋酸能促进对苯二酚的分散，有利于反应的进行。表4反应介质对四氯苯醌收率和纯度的影响浓盐酸（％）醇或醋酸（％）收率熔点纯度100092.1287—28991.58020（乙醇）92.8293—294976535（醋酸）98.0290—29295.04060（醋酸96.5293—29497.02.2.4反应温度对合成的影响由于通过亲电取代将氯反应引人芳香环是吸热反应，并且随着氯的个数的增多，空间位阻加大，需要更大的活化能。但是过氧化氢氧化盐酸生成氯气是放热反应所以采取阶梯程序升温合成四氯苯醌，将反应温度分别恒定在45C-70C进

行等温氧化氯化和阶梯程序升温合成四氯苯醌。表5反应温度对合成四氯苯醌的影响反应温度（°C）收率（%）熔点（°C）含量（%）4532.0267—272467062.2281—28675.545—70—9596.5293—29497.0温度对反应的影响比较大，可能是反应不完全。从含量结果分析，除了主含量，还有两个主要的杂质峰，温度升高，杂质峰含量减少，以盐酸与醋酸（比例为2，3,v/v）为溶剂，程序升温，间歇式滴加过氧化氢，边氧化边氯化合成四氯苯醌。收率为96.5%熔点293°C-294°C,含量97%。避免了通氯的烦琐和操作不便。为合成四氯苯酿提供一种新的方法。图1氯氧法工艺流程图

图2过氧化氢合成四氯苯醌工艺流程图2.3氢醌氧化加成法2.3.1反应原理氢醌与过氧化氢和盐酸发生氧化加成生成二氯氢醌，分离生成的二氯氢醌，再将二氯氢醌与过氧化氢和盐酸发生相同作用，生成四氯对苯醌。主要反应如下OHHClOHH2O2H2O2ClOHHClOHH2O2H2O2ClHClClClClCl2.3.2实验试剂：氢醌、过氧化氢（30％）、盐酸、乙醇均为化学纯。合成步骤：将一定量盐酸、氢醌和表面活性剂混合加入到烧瓶中．再滴加过

氧化氢，控制温度炭应。反应混合物经过滤、水洗，再用乙醇洗涤，然后烘干得产品。用熔点测定仪测定产物熔点；用高压液相色潜仪测产品的纯度。2.3.3温度对反应结果的影响控制原料配比（质量比）为：m（氢醌）：m（35%〜37%盐酸）：m（30%过氧化氢）=l：l0.7：1.45，少量助溶剂．试验了不同反应温度对四氯苯醌收率的影响，结果如下所示【11】。由图可见，随反应温度升高，氢醌转化率升高，四氯对苯醌的收率也随之增大，温度控制在90°C〜100°C为宜。由于反应放出大量热，不需加热就能够保证反应所需的热量。2.3.4原料配比对反应结果的影响过氧化氢的量对反应结果的影响控制反应温度为90〜100°C,反应时间为3.5h其他原料配比（质量比）为：m（氢醌）：m（35%〜37%盐酸）=1：10.7，少量助溶剂,试验了过氧化氢的加入量对四氯对苯醌收率的影响，结果如图2所示。由（图4）[4]可见过氧化氢的量增多，转化率升高，四氯苯醌的收率也随之增大，但过氧化氢的加入量太大，生产成本相应增加。30%过氧化氢的加入量控制在与氢醌质量比为1.64为宜此时，反应完全。

G36D-72LOR1.441.SO图4氧化氢加入量时反应结果的影响1．转化率；2四氯苯醌收率盐酸加入量对反应结果的影响控制反应温度为90°C〜ioo°c反应时间为3.5h，其他原料配比（质量比）为：m（氢醌）：m（过氧化氢）一1：1.64，少量助溶剂，试验了盐酸的加入量对四氯对苯醌收率的影响，结果如（图5）0.360-72LOR1.441.S0图5盐酸加入畑应结果的影响1转化率；2四氯苯醌收率由图5可见，盐酸的量增多，转化率升高，四氯对苯醌的收率也随之增大，但盐酸的加入量太大，生产成本相应增加，舍酸废水增多。35％〜37％盐酸的加入量控制在与氢醌质量比为10.7为宜，此时，反应已趋完全。

2.3.5反应时间对产品收率的影响控制原料配比（质量比）为：m（氢醌）：m（35%〜37%盐酸）：m（30%过氧化氢）=1：10.7：1.45，少量助溶剂，反应温度为90°C〜100°C,试验了反应时间对四氯对苯醌收率的影响，结果如图6所示。isis图6 反应时间对结果的影响1.转化率，2.四氯苯醌收率由图6可见【12】，反应时间3〜4h,氢醌已基本转化完全，此时，四氯对苯醌的收率也较大。2.3.6产品分离与提纯反应混合物经过滤、水洗，再用乙醇洗涤，然后烘干得产品。产品熔点为290C〜293°C,纯度〉9%。可作为化学试剂和有机合成原料。2.4对苯醌氧化加成法2.4.1反应原理对苯醌与过氧化氢和盐酸发生氧化加成生成二氯氢醌；分离生成的二氯氢醌，再将二氯氢醌与过氧化氢和盐酸发生相同作用，生成四氯对苯醌。主要反应如下OHH2O2HC1 H2O2ClC1HC1OHOHH2O2HC1 H2O2ClC1HC1OHOC1OC12.4.2实验试剂和仪器对苯醌、过氧化氢（30%）、盐酸、乙醇均为化学纯。500mL三口烧瓶；滴液漏斗6511型电动搅拌器；恒温水浴槽。步奏将一定量盐酸、对苯醌和助溶剂混合加入到烧瓶中，再滴加过氧化氢，控制一定温度反应。反应混合物经过滤、水洗，再用乙醇洗涤，然后烘干得产品。用熔点测定仪测定产物熔点；用高压液相色谱仪测产品的纯度。2.4.3温度对反应结果的影响控制原料配比（质量比）为：对苯醌55份35％-37％盐酸570份，80份过氧化氢，少量助溶剂，反应时间为3h；试验了不同反应温度对四氯苯醌收率的影响图7温度对反应结果的影响

黑圈：转化率三角形：四氯苯醌收率图由图可见，随反应温度升高，对苯醌转化率升高，四氯苯醌的收率也随之增大，所以，温度控制在90°C-100°C为宜。由于反应放出大量热，不需加热就能够保证反应所需的热量。2.3.4反应物料对反应结果的影响由图8可见，过氧化氢的量增加，转化率升高，四氯苯醌的收率也随之增大，但过氧化氢的加量太大，生产成本相应增加。30%过氧化氢的加入量控制在80份-85份质量为宜，此时，反应已趋完全。

l<10掷102ft2()HOSQ100l<10掷102ft2()HOSQ100图8过氧化氢加入量对反应结果的影响

黑圈：转化率三角形：四氯苯醌收率图控制反应温度为90°C-100°C反应时间为3h,其他原料配比（质量比）为：对苯醌60份，过氧化氢80份，少量助溶剂；试验了盐酸的加入量对四氯对苯醌收率的影响。由图9可见,盐酸的量增加,转化率升高,四氯苯醌的收率也随之增大,但盐酸的加入量太大生产成本相应增加,特别是含酸废水增多,处理麻烦。当35％-37％盐酸的加入量控制在570-580份（质量）时,反应已趋完全。图9盐酸加入量对反应结果的影响黑圈：转化率三角形：四氯苯醌收率图用上述所得工艺条件作验证试验,结果见下表。

工艺条件优化试验结果表6反应条件温度（°C） 时间（h）原料配比转化率（％）四氯苯醌（收率％）苯醌氯化氢双氧水9555808099.577.63结论以工业化生产四氯苯醌可以分别用常用的两种方法氯氧化法和过氧化氢法，氯氧化法对设备的材料有较大的要求抗压性、抗氧性、等。特别是产品的质量和收率虽有所提高，但滤液仅重复使用4次产品质量即下降。近年来国内一些工厂采用此法生产，据反映，不仅滤液不能多次使用，而且通氯管道易堵塞，产品质量不稳定而过氧化氢法既可提高收率，也提高了纯度，并且对设备要求低，反应物料价格低廉，因此用过氧化氢法是比较科学的先进。反应混合物经过滤、水洗，再用乙醇洗涤，然后烘干得产品。产品为mp290-293纯度98％以上。可作为有机合成原料。以对苯醌为原料，用过氧化氢和盐酸氧化加成合成四氯本工艺反应时间较短，反应条件容易控制，产品收率较高，后处理相对溶易，可制得纯度较高的产品，具有良好的工业应用前景。：研究以氢醌为原料，用过氧化氢和盐酸氧化加氢合成四氯对苯醌，其适宜的工艺条件为：反应温度90〜100°C,反应时间3〜4h原料配比（质量比）：（氢醌）（35%〜37%盐酸）：（30%过氧化氢）=1：10.7：1.64.少量表面活性剂作助溶剂。产物用水和乙醇洗涤四氯对苯醌收率为75%，产品熔点为290C〜293C,纯度〉9%。参考文献［1］周旭光。封丽周万彬赵