钯碳催化加氢生产对氨基苯酚

钯碳催化加氢生产对氨基苯酚

氨基苯酚是重要的药物单体。有许多不同的合成方法，包括氨基苯酚的偶合法、硝基苯酚的还原法、铁粉的回归法、苯亚硝化法等。我们采用钯碳催化剂,在酸性介质中催化加氢生产对氨基酚,其反应过程如下:该工艺流程短,一步合成,具有明显的优点,为此,我们对该反应进行了一些有意义的尝试,并取得了一定的进展。11.1水油相分离的硝基苯用量在反应器中加入适量蒸馏水和硫酸,加入钯碳催化剂,并通氮气吹扫一段时间,再通氢气升温至(60～100)℃,滴加硝基苯27毫升进行反应,反应完毕,水油相分离。油相分析其中硝基苯含量,确定转化率;水相加入少量偏重亚硫酸钠,在冰浴上调pH为7左右,静置得白色沉淀,即对氨基苯酚,过滤后将结晶真空干燥并称重,分析对氨基苯酚产品含量,确定反应的选择性。1.2产物浓度法采用对氨基酚与苯酚在碱性条件下发生显色反应的方法,在波长630nm处对产物进行分析22.1表面活性剂的影响在温度80℃,硫酸含量15%,催化剂用量为0.15克,氢气流速60毫升/分条件下,我们对加表面活性剂和不加表面活性剂的情况进行对比实验,结果见表1。从表上数据可知,在相同条件下加入表面活性剂和不加表面活性剂对反应产物浓度影响很大,加入后产率,转化率大大提高。这主要是硝基苯在硫酸水溶液中溶解度很小,故加入少量表面活性剂有利于加快反应速度,提高对氨基苯酚产率。2.2温度对大值的影响控制硫酸含量15%,催化剂量0.15克,氢气流速60毫升/分,加入少量表面活性剂,在不同温度下分别反应15小时,实验结果见图1。由图1曲线可知,产物浓度到达最大值的时间随温度增加而缩短,这是因为温度升高,分子动能增加,反应速度加快,故到达最大值时间缩短。另外,由图可知不同温度下,产物的最大值先随温度上升呈增加趋势,到达最高点后又随温度继续升高而呈下降趋势。这主要原因可能是:产物浓度受温度和副产物双重因素影响。开始温度在较低的情况下,产物浓度主要受温度控制,这不难从反应机理中看出:温度升高,有利于中间产物苯基羟胺的脱附,故对氨基苯酚浓度上升;当温度到达一定数值后,由于副反应增多,从而使产物浓度随温度下降。故反应温度选在80℃。2.3产品浓度下降控制温度为80℃,其他条件同上,每隔1小时,取样分析产物含量,实验结果见图1。实验结果表明,产物先随时间增加而增加到达最高点时趋于平台,而后时间继续增加,产物浓度又略有下降。这主要的原因是:开始产物浓度又较低,故而随着反应时间,当继续上升,反应趋于平衡,故而曲线出现平台,继续延长反应时间,由于副反应诸如对氨基苯酚脱水产物增多,故而曲线略有下降。选反应时间为8小时。2.4硫酸浓度对反应的影响控制反应时间8小时,在其他条件相同的情况下,改变反应混合物中硫酸浓度,并进行对比实验,结果见图2。由图上曲线可知,产物含量先随着硫酸浓度上升而增加,当到达酸度约为15%最高点后,曲线转呈下降趋势,这其中原因,也可以反应机理中得到解释,因为酸度低,重排反应就不完全,故产物浓度低,若增加酸度,有利于产物浓度提高,即曲线上升,如果酸度太高,硝基苯有磺化可能,并且随着硫酸浓度增加,氧化性增加,它和有机物反应物生成还原酸,使催化剂中毒,从而使产物浓度下降,故图中曲线呈下降趋势。因而选硫酸浓度为15%。2.5催化剂的选择控制硫酸含量15%,H由图3可以看出,催化剂用量越大,转化率越大,但选择性明显下降,从催化剂对反应物吸附并参与反应的机理可看出,催化剂活性越大,吸附能力越强,利于硝基苯的转化,但不利于选择性提高,根据活化反应物分子和活性氢分子间作用的机理:Ni,Co等催化剂可使硝基,氰基等基团优先加氢,而钯碳催化剂则不能,是因钯表面没有和硝基极性不饱和键颇为适应的活性中心,另外钯碳键较弱,钯对硝基苯的活化较难,而氢气活化吸附数目大大增加,故当钯碳催化剂量增加时,则氢气活化吸附数目将更大,从而更容易使反应生成的活性中间体进一步加氢,生成副产物,因而催化剂量应适当,本实验选用0.15克催化剂。2.6亚量的影响控制其它反应条件不变,分别加入不同量的二甲基亚砜进行试验,结果如图4。由图4可知,加入二甲基亚砜量增加,反应的选择性有所提高,但反应的转化率下降。这主要原因是加入二甲基亚砜使催化剂部分中毒,一方面降低了催化剂活性,有利于脱附,因而有利于目标产物生成,故选择性提高,但另一方面,催化剂中毒也使反应转化率下降,考虑两方面因素,我们选择二甲基亚砜/硝基苯=2/1(体积比)。3最佳工艺条件的确定1)采用钯碳催化剂由硝基苯液相加氢一步合成对氨基苯酚,硝基苯转化率为50%左右,对氨基苯酚选择性为60%左右。2)该反应最佳工艺条件是:温度为80℃,酸度为15%左右,催化剂用量为0.15%,二甲基亚砜(