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2,5-二氯苯胺合成方法研究开题报告

 2020-06-06 09:06  

1. 研究目的与意义(文献综述包含参考文献)

1.结合毕业设计(论文)课题情况,根据所查阅的文献资料,每人撰写

2000字左右的文献综述:

文 献 综 述

一、2,5-二氯苯胺的性能和应用

1.1. 2,5一二氯苯胺的性能

2,5一二氯苯胺( 2,5-Dichloroaniline),分子式为 C6H5Cl2N,结构式为。分子量为 162.02。纯品为白色针晶,有毒性,遇明火、高热可燃。与强氧化剂接触可发生化学反应。熔点50℃,沸点251℃,107℃(1.46kPa),闪点110℃。本身呈弱碱性,受高热分解可产生有毒的氮氧化物和氯化物气体。溶于乙醇、乙醚、二硫碳,不溶于水。

1.2. 2,5一二氯苯胺的功能

2,5-二氯苯胺是一种新型防蛀剂,是一类广泛应用于医药、染料、颜料等精细化工产品的合成的重要农药、医药的中间体。在制备染料中具有广泛的应用,可用于合成2,5-二氯苯胺-4-磺酸等染料中间体,为冰染染料大红色GG,为印染大红色布的显色剂。还是制造氮肥增效剂N-2,5-二氯苯基琥珀酰胺酸、除草剂麦草畏和杀虫剂虱螨脲的重要中间体。 特别是现行除草剂麦草畏3,6-二氯-2-甲氧基苯甲酸(Dicamba)生产路线的重要中间体[1]。麦草畏主要防除一年生和多年生的阔叶杂草类,禾本科植物吸收药剂后能很快将其代谢分解,表现出较强的抗药性,因而对小麦、玉米、谷子、水稻等禾本科作物则比较安全[2],主要用于玉米、高粱、甘蔗、果园和草坪等苗后除草,在国内外得到了广泛应用,其市场需求情况良好[3]。由于该除草剂对禾本科作物比较安全,对一年生和多年生阔叶杂草有显著防除效果,广泛用于谷物、玉 米、高粱、甘蔗、果园和草坪等苗后除草,其市场前景看好,3,6-二氯水杨酸是合成麦草畏的重要中间体[4],因而2,5-二氯苯胺用量很大。

二、化合物2,5-二氯苯胺合成工艺的研究进展

目前国内外2,5-二氯苯胺的工业化生产主要是2,5-二氯硝基苯还原法,根据还原条件的不同主要分为:铁粉还原法、催化加氢法和其他还原法。

1、铁粉还原法

该反应以2,5-二氯硝基苯为原料,在稀硝酸介质中用铁粉还原后,经中和、分离、精制得到成品,该工艺路线简单,但产生的”三废”对环境污染较大。随着国内外清洁生产的逐渐实施,铁粉还原法迟早要被催化加氢还原法所取代。

陕西科技大学的曾丽平[5]等人研究出了最佳合成条件。先合成二氯硝基苯,反应条件:反应温度 60#177;3℃,反应时间 2h,底酸(H2SO4)为 1.70mol, 混酸(HNO3/ H2SO4)为 1.0/1.0mol 以及少量催化剂 Fe。在此基础上以铁粉作还原剂合成2,5-二氯苯胺,反应条件:反应温度 102℃,铁与 2,5#8212;二氯硝基苯摩尔比为4:1,以及适量催化剂。

2、催化加氢法

催化加氢法以2,5-二氯硝基苯为原料,醇类溶剂作为介质,在催化剂的存在下进行加氢反应,反应物再经分离、精制。

大连理工大学的周海滨[6]等人以Raney-Ni为催化剂,采用自制催化剂CEN为脱氯抑制剂,甲醇为溶剂,对2,5-二氯硝基苯间歇加氢还原制备2,5二氯苯胺。实验得到的较优化条件为: 温度6 0 ℃,压力为1. 0MP a ,助催化剂用量为0.08g,2,5 一二氯硝基苯 10g , 甲醇 30 mL, Raney-Ni 0.5g。 产品收率96%,纯度达99%。该方法产品纯度较高,且催化剂可循环使用,工艺过程简单易操作,溶剂甲醇回收率90%及以上,基本无环境污染,适用于工业生产。然而脱氯量高达0.4%,并随着催化剂套用次数的增加。

大连理工大学的陆跃进[7]等人以Raney-Ni为催化剂,采用双氰胺为脱氯抑制剂,甲醇为溶剂,对2,5-二氯硝基苯间歇加氢还原制备2,5-二氯苯胺。最佳优化条件为Raney-Ni 0.6g,温度60 ℃,甲醇70mL,双氰胺0.05g。产品收率91.2%,纯度达98.75%。该反应产品纯度较高,然而会脱氯,需加脱氯剂抑制。

沈阳化工研究院的孟明扬[8]等人采用自制催化剂,2-氰基丙烯酸正丁酯(BCA)为防脱氯剂,甲醇为溶剂,对2,5-二氯硝基苯间歇加氢还原制备2,5二氯苯胺。 反应温度 70~75℃,氢气压力 0.7~0.8MPa,w(2 , 5二氯硝基苯): w(自制催化剂 )=63.4∶1.0。在此最佳工艺条件下, 得到的产品含量99.3%,产品收率达 96.2%。该方法以自制催化剂催化加氢制备 2, 5二氯苯胺,提高主产物质量分数, 从而提高收率,且对环境污染较小。 然而会脱氯,需加脱氯剂抑制。

美国专利[9]报道,以2,5-二氯硝基苯为原料,Raney-Ni为催化剂,甲醇为溶剂,醋酸甲脒作助剂,在温度80℃,压力1.2MPa条件下间歇反应,加氢后产品纯度99.6%。该反应纯度很高,然而需要加压,提高了操作难度。

上海染化四厂[14]-[15]发明的液相加氢法是以乙醇为溶剂,P t-s 为催化剂。收率95%。 在试验中未发现有脱氯现象 ; P t型催化剂能用多次 , 活性无下降的趋势 , 可重复使用。然而该反应需在高压釜中反应。

小结 :目前合成方法目前国内外常用的2,5-二氯苯胺合成方法大都是以用对二氯苯制成的2,5-二氯硝基苯为原料进行还原或加氢。催化加氢法的主要问题在于:间歇加氢法需反复升降温和气体置换,既增加了操作难度和安全隐患,也增加了氢气和氮气的消耗。采用醇类有机溶剂作加氢溶剂,增加了后处理设备的投资及回收能耗,降低了生产的安全性和清洁性。

3、无溶剂加氢法

江苏扬农化工集团的袁源[10]等人发明了一种釜式连续化无溶剂加氢制备2,5二氯苯胺的方法。以活性炭担载的贵金属(如Rt、Pd等)为催化剂。优选的加氢反应条件为:反应温度70-100℃,反应压力0.6-1.2MPa,反应停留时间3-5小时,反应液pH6-7。得到的2,5二氯苯胺,含量达99.8%,收率97.1%。该方法降低了生产成本和劳动强度,产品质量和收率稳定,适合应用于工业化生产。然而需要使用贵金属,花费较高,也有一定脱氯量。

江苏瑞祥化工有限公司的汤国帮[11]等人:以1% Pt/C为催化剂,无溶剂法催化2,5-二氯硝基苯加氢还原制备2,5-二氯苯胺,考察了反应温度、催化剂用量、助剂 A用量及反应时间对2,5-二氯苯胺产率的影响及催化剂回收套用。 得出的最优工艺条件为:3.0mol 2,5-二氯硝基苯,4.4% Pt/C催化剂湿基[固载量(质量分数)1.0%,含水质量分数 66.7%],0.17%助剂 A,反应温度90℃,反应时间4h,2,5 -二氯苯胺的收率达到99.5%。回收的催化剂能够稳定套用4次,2,5-二氯苯胺收率不降低。数据显示该方法产物含量和收率都较高,然而使用贵金属,花费较高,且在最佳反应温度90℃脱氯量0.15%左右。

4、水合肼法

盐城工学院对的刘方[12]等人的方法是:常温常压下,在水中加入2,5-二氯硝基苯、三氯化铁及少量相转移剂,搅拌升温至2,5-二氯硝基苯熔化后,滴加水合肼,滴完后,搅拌升至一定温度保温反应6-8小时,水蒸汽蒸馏,蒸馏出的 2,5-二氯苯胺水混合物,冷却析出2,5-二氯苯胺固体过滤真空干燥得2,5-二氯苯胺成品。本发明所述生产方法不使用铁粉,无废渣污染;不采用硫化钠,无气味也无硫化物污染问题,操作环境好;常压操作,安全且费用低;反应收率高,达95%以上,远高于正常工艺生产85%的收率。

和催化加氢发相比,水合肼法有效的避免了高压和高额的操作费用,避免了脱氯和收率低的问题,然而水合肼法会造成环境污染。

5、电化学合成法

芳香氨基化合物传统的合成方法废水、废渣等排放量大,对环境造成严重污染。因此芳胺化合物的电化学还原引起了很大关注。V. R. Islamgulova[13]等人探索了两种流程。1.以在硫酸介质中胺化物的电还原为基础,产生盐形式的胺。2.在一个两相系统中还原,该系统包括一种和水不容的溶剂与一种PH值和形成的氨pka值相近的缓冲溶液。该流程一步形成自由胺。然而,该方法必须要用电,工艺条件控制复杂,反应器生产强度较低,电解槽需特殊设计等问题。所以只成功应用于一些小规模的合成。

6、硫化碱还原法

硫化碱还原法成本高、收率低、产生的三废量大且污染严重。该方法目前基本被淘汰。

我们采用的一步法直接制备2,5-二氯苯胺少了对二氯苯制备2,5-二氯硝基苯的步骤和还原或加氢的步骤,避免了物质和能源的消耗和对环境的污染。但难点在于怎样通过催化剂的选择与处理、反应条件的控制使得产品达到一个较高的产率和纯度。

一步法直接生产2,5-二氯苯胺的具体方程式如下:

参考文献

[1] 田琳,谭海军.麦草畏及其中间体的合成评述[J].现代农药, 2011, 10(5): 12-15.

[2] Hayes W J, E R Laws. Handbook of Pesticide Toxicology Vol.3, Classes of Pesticides[M]. NY: Academic Press Inc, 1990. 177-189

[3] 王富花,张瑜蓉. 麦草畏合成工艺研究进展[J].广东化工, 2011, 3(38): 254-256

[4] Dong-Whee Kim.Process for the production of 2-methoxy-3,6-dichlorobenzoic acid. US,4161611[P]. 1979.7.17

[5] 曾丽平 郭申 .2,5-二氯苯胺的合成工艺研究.中国科技论文在线

[6] 周海滨 陈宏博 陈 琳 .催化加氢法制备2 , 5-二氯苯胺.染料工业,39(2):32-33.

[7] 陆跃进.催化加氢法制备2 , 5-二氯苯胺.染料工业,39(6):31-32

[8] 孟明扬.催化加氢制备含卤芳胺化合物工艺研究.精细与专用化学品,14(14):26-28.

[9] US4960936

[10] 江苏扬农化工集团有限公司.一种2,5-二氯苯胺的生产方法:中国,CN 103333075A.2013.10.02

[11] 汤国帮.无溶剂法合成2, 5 -二氯苯胺的工艺研究.山西化工,166(6):30-32.

[12] 盐城工学院 .一种2,5-二氯苯胺的生产方法 :中国,CN 105859563 A.2016.08.17

[13] Russian Journal of Applied Chemistry, Vol. 76, No. 7, 2003, pp. 10761078

[14] 上海染化四厂. 液相加氢法制 2 , 5二氯苯胺 〔J〕 . 染料工业, 1975 , (4): 61

[15] 陆跃进等. 液相加氢制备 2 , 5二氯苯胺 〔J〕 . 染料工业, 2002 , (6): 26

2. 研究的基本内容、问题解决措施及方案

本课题采用新型催化剂,以对二氯苯为原料,过氧化氢为氧化剂,探索一步法直接生产2,5-二氯苯胺的工艺条件。

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