O-叔丁基对氨基苯甲醛肟合成研究_闫常恩.pdf

第 52 卷第 2 期 辽 宁 化 工 Vol.52，No.2 2023 年 2 月 Liaoning Chemical Industry February，2023 收稿日期收稿日期：2022-08-16 作者简介作者简介：闫常恩（1988-），男，江苏徐州人，中级工程师，研究方向：有机合成（农药）。O-叔丁基对氨基苯甲醛肟合成研究 闫常恩（江苏蓝丰生物化工股份有限公司，江苏 徐州 221400）摘 要：通过以钯碳为催化剂，研究 O-叔丁基对硝基苯甲醛肟以乙醚为溶剂与氢气进行氢化还原反应得到 O-叔丁基对氨基苯甲醛肟粗品，再用氢氧化钠溶液、水洗和饱和食盐水进行洗涤，最后用无水硫酸镁干燥，抽虑，脱溶得到橙红色液体 O-叔丁基对氨基苯甲醛肟，液谱含量 92%，收率为：89.5%。实验结果表明该催化剂催化效果好，使用量少，酯化率高，环境污染少，可回收再利用，价格易廉，极有应用价值。关 键 词：O-叔丁基对硝基苯甲醛肟；钯碳催化氢化；O-叔丁基对氨基苯甲醛肟 中图分类号：TQ246.36 文献标识码：A 文章编号：1004-0935（2023）02-0212-03 O-叔丁基对氨基苯甲醛肟是一种重要的有机合成及药物合成中间体，目前世界上合成方法主要有如下几种：1）O-叔丁基对硝基苯甲醛肟在盐酸和铁粉存在下进行还原反应1：2）O-叔丁基对硝基苯甲醛肟在雷尼镍催化剂存在下和氢气氢化还原反应2：3）O-叔丁基对硝基苯甲醛肟在钯碳催化剂存在下和氢气氢化还原反应3：方法（1）使用较便宜的铁粉为试剂，向反应液中逐滴滴加盐酸进行氢化还原反应，原料易得便宜，但反应中产生的废水量比较大，会造成严重的环境污染；方法（2）使用雷尼镍作为催化剂，原料 O-叔丁基对硝基苯甲醛肟在氢气氛围中得到还原，催化剂易回收，操作简单，易于实现，但反应需要在较高的温度和较高的压力下才能实现，且催化剂遇空气易着火，易发生火灾事故；方法（3）使用钯为催化剂。和雷尼镍相比，钯催化剂在空气中较稳定，不易发生着火事故，原料 O-叔丁基对硝基苯甲醛肟在氢气中发生氢化还原反应得到产物，钯催化剂易回收，可在较低的温度和较低的压力下进行反应，条件较温和，操作简单，易于实现。通过比较以上三种方法，本文中采用方法（3）进行试验。1 实验部分 1.1 仪器与试剂 日本 SHIMADZU 高效液相色谱分析仪，150 mm4.6 mm VP-ODS-C18 柱；O-叔丁基对硝基苯甲醛肟（工业品99）；钯催化剂（含水量约 10）；乙醚（分析纯，质量分数99）；氢氧化钠（工业品99）；食盐（工业品99）；无水硫酸镁（工业品99）。1.2 实验原理 O-叔丁基对硝基苯甲醛肟与氢气在钯催化剂存在下发生氢化还原反应，如下：1.3 实验步骤 在带有搅拌、温度计、回流冷凝管和氢气导管的四口烧瓶中加入 O-叔丁基对硝基苯甲醛肟 8.8 g（39.6 mmol），无水乙醚 180 mL，氢气氛围中加入10%钯碳 3 g，在常压情况下，利用水浴锅控制在室温（25）反映温度下反应时间 5 h，待反应结束，抽虑回收钯碳，乙醚洗涤，合并乙醚相，用 5%的氢氧化钠溶液 150 mL 洗涤至 pH 约为 9，分去水层；再用水 150 mL 洗涤，分去水层；再用饱和食盐水250 mL 洗涤，分去水层；最后无水硫酸镁 10 g 干燥过夜，抽虑，脱溶得到橙红色液体 O-叔丁基对氨基DOI:10.14029/ki.issn1004-0935.2023.02.038第52卷第2期 闫常恩：O-叔丁基对氨基苯甲醛肟合成研究 213 苯甲醛肟 7.4 g（35.4 mmol），液谱含量 92%，计算收率为：89.5%。1.4 预实验 本实验可在温和的条件下反应，缓慢的通入氢气，便可以使反应进行彻底；如果加大压力，或者使通入的氢气量加大，反应便可快速的进行，但收率可能会受到影响。所以在本试验中采用前者方法，得到了较高收率的产品 O-叔丁基对氨基苯甲醛肟。且通过预实验确定溶剂、通氢气温度、通氢气时间、钯催化剂用量等影响因素的大体范围，其结果列于表 1。表 1 影响因素 溶剂类型 通氢气温度/通氢气时间/h 钯催化剂用量/g 二氯甲烷 15 3 1 乙醚 20 4 2 甲醇 25 5 3 石油醚 30 6 4 丙酮 35 7 5 2 结果与讨论 2.1 几种方案的确定 按照 1.3 实验步骤进行操作，然后很对实验里的数据进行相应的调整，提出如下几种方案：方案1：提高通气速度，维持原来的温度、压力和通气时间；方案 2：提高压力，维持原来的温度、通气速度和通气时间；方案 3：按照 1.3 实验步骤进行操作，通气速度、压力和通气时间以及温度不变。所得到的结果见表 2。表 2 各方案结果 名称 方案 1 方案 2 方案 3 收率/75.5 78.3 89.5 从表 2 中数据可以看出，在采用方案 3 的情况下得到的收率最高，所以保持速度和压力不变，对其他几个因素进行逐一确认，使其达到最佳反应条件。2.2 溶剂类型对反应收率的影响 在通氢气温度、通氢气时间、钯催化剂用量一定的情况下，严格按照 1.3 实验步骤操作，针对不同的溶剂类型进行多次实验，其所得结果如表 3。从表 3 中数据不难看出,在其他条件都相同的情况下，选用乙醚作为溶剂的，反应收率最高，因为乙醚的沸点相对于其他几个溶剂比较低，更接近室温，有利于反应的进行，且乙醚更容易挥发，使抽滤过后回收的钯碳溶剂残留量少。故确定乙醚为最佳溶剂。表 3 溶剂种类对反应收率的影响 溶剂类型 收率/%二氯甲烷 85.6 乙醚 89.6 甲醇 78.4 石油醚 84.6 丙酮 82.7 2.3 通氢气温度对反应收率的影响 在溶剂类型、通氢气时间、钯催化剂用量一定的情况下，严格按照 1.3 实验步骤操作，针对不同的通氢气温度进行多次实验，其所得结果如表 4。表 4 通氢气温度对反应收率的影响 通氢气温度/收率/%15 83.4 20 86.2 25 89.3 30 85.6 35 84.1 从表 4 中数据不难看出,在其他条件都相同的情况下，在反应温度为 25 的情况下，反应收率最高，因为乙醚的沸点为 34.5，温度太低没有回流不利于反应的进行，温度太高回流量太大，导致乙醚大量损耗，溶剂量不足从而不利于反应。故确定 25 为最佳反应温度。2.4 通氢气时间对反应收率的影响 在溶剂类型和钯催化剂用量一定的情况下，严格按照 1.3 实验步骤操作，控制反应温度在最佳反应温度区间进行不同的通氢气时间进行多次实验，其所得结果如表 5。表 5 通氢气时间对反应收率的影响 通氢气时间/h 收率/%3 58.6 4 76.4 5 89.4 6 89.4 7 89.5 从表 5 中数据不难看出,在其他条件都相同的情况下，收率随反应时间增加而提高，当反应进行到 5 h 时，反应基本完成，再延长反应时间对收率基本无影响，并且继续通氢气会导致氢气的大量浪费，加大溶剂的损耗，与节能降耗的政策想违背。故确定 5 h 为最佳反应时间。2.5 钯催化剂用量对反应收率的影响 在溶剂类型、通氢气温度、通氢气时间一定的214 辽 宁 化 工 2023年2月 情况下，严格按照 1.3 实验步骤操作，针对不同的钯催化剂用量进行多次实验，其所得结果如表 6。表 6 通氢气时间对反应收率的影响 钯催化剂用量/g 收率/%1 45.2 2 76.8 3 89.5 4 83.6 5 82.7 从表 2-5 中数据不难看出,在其他条件都相同的情况下，产品收率随催化剂用量增加而提高，但当氢化还原反应达到平衡后，继续加大催化剂用量，收率反而有所下降，并且大量使用催化剂液存在一定安全隐患，也不利于催化剂的回收。故确定 3 g为最佳催化剂用量。2.6 重复实验 为确保实验数据的准确性，在已确定溶剂类型、通氢气温度、通氢气时间和钯催化剂用量的条件下进行多次实验，其所得结果如表 7。表 7 重复实验结果 实验次数 收率/%1 89.5 2 89.1 3 89.4 4 89.9 5 89.6 从表 7 中数据不难看出，虽然多次实验的结果只出现细微的差别，但进行多次实验还是必不可少的，故本实验取其平均值 89.5%作为产品的最佳收率。2.7 小结 通过采用单因素实验方法确定了反应的最佳条件为：乙醚为溶剂，反应应温度 25，反应时间 5 h，钯催化剂用量 3 g（质量分数 10%），O-叔丁基对氨基苯甲醛肟收率可以达到 89.5%。3 结 论 本文以 O-叔丁基对硝基苯甲醛肟为起始原料，氢气作为还原剂，以钯为催化剂系统的研究了溶剂类型、通氢气温度、通氢气时间、催化剂用量等各种因素，对产品收率的影响，并确定了最佳反应条件：溶剂类型乙醚（沸点 34.5 左右）。钯催化剂用量为 3 g。通氢气温度 25。通氢气时间 5 h。在此最佳条件下，O-叔丁基对氨基苯甲醛肟收率可以达到 89.5%，精制得到的 O-叔丁基对氨基苯甲醛肟为橙红色液体，产品质量好，氢化还原反应温度低，反应时间短，催化剂用量少，工艺流程简单，可降低生产成本。因此，钯是合成 O-叔丁基对氨基苯甲醛肟的优良催化剂，具有良好的应用前景。参考文献：1 明文勇,张前,段琦,等.加氢催化还原芳硝基制芳胺催化剂的研究进展J.能源化工,2016,37(06):46-51.2 周小建,吴祖望,林莉,等.间硝基甲苯还原-烷基化合成 N-乙基间甲苯胺J.大连理工大学学报,1998(02):51-55.3 项晓青,朱兆璋,刘旦初.钯碳催化剂在硝基还原和碳碳双键加氢反应中的应用J.复旦学报(自然科学版),1997(01):8-14.4彭海燕,黄冰峰,曾繁荣,等.对乙酰氨基苯甲醛的合成推荐一个大学有机化学实验J.江西化工,2017(01):28-29.5谢永,蒋奇齐,王红艳,等.对二甲氨基苯甲醛在不同的溶剂中溶解度测定与关联J.高校化学工程学报,2017,31(02):284-290.6何立芳,张夏红,马志文.对二甲氨基苯甲醛缩邻氨基苯甲酸与锑()的荧光猝灭反应及其应用J.冶金分析,2016,36(12):55-58.7粦吴华,陈黎娟,俞芸.对二甲氨基苯甲醛缩氨基硫脲荧光猝灭法测定虾头中微量汞的研究J.广东化工,2016,43(24):132-133.8赵莉.对二甲氨基苯甲醛分光光度法测定水质水合肼的不确定度评定J.现代农业科技,2016(19):189-190.9冯依玲,王志远,陈太杰.4-甲氨基苯甲醛的合成研究J.安庆师范大学学报(自然科学版),2018,24(01):65-68.10郑筠.对二甲氨基苯甲醛分光光度法测定水中水合肼J.供水技术,2017,11(04):50-52.11刘顺强,蒋志斌,陈佳山,等.加氢合成邻氨基苯甲醛的工艺研究J.广州化工,2017,45(12):34-35.Study on Synthesis of o-Tert-butyl-p-aminobenzaldehyde Oxime YAN Chang-en （Jiangsu Lanfeng Biochemical Co.,Ltd.,Xuzhou Jiangsu 221400,China）Abstract:This paper,o-tert-butyl-p-nitrobenzaldehyde oxime was hydrogenated and reduced with ether as solvent and hydrogen to obtain crude o-tert-butyl-p-aminobenzaldehyde oxime,which was washed with sodium hydroxide solution,water and saturated salt water,and finally dried with anhydrous magnesium sulfate,pumped and desolved to obtain orange red liquid o-tert-butyl-p-aminobenzaldehyde oxim