合成5-硝基愈创木酚钠的工艺改进

摘要

中国不但是农业大国更是人口大国，怎样在有限的土地上生产出更多的农产品是人们普遍关注的问题。植物生长调节剂的研究及生产对于国家的农业技术发展至关重要，其用量小、应用领域大、作用广、速度快、效益高、节省劳动力。复硝酚钠作为一种新型植物生长调节剂，高效、低毒、分解快、残留期短，可广泛用于多种农作物的整个生长周期，其最重要的成分是5-硝基愈创木酚钠。
　　本课题研究确定了以愈创木酚和乙酸酐为原料经酰化、硝化、水解三步反应合成目的产物5-硝基愈创木酚钠的工艺路线，对各个阶段的合成工艺进行了详尽的考察，并致力于乙酰化反应过程中廉价固体催化剂的使用和整体工艺流程的改进。
　　首先，从13种固体催化剂中筛选出了Hβ沸石，用以液相催化愈创木酚的乙酰化反应，克服了传统无机酸、碱催化剂催化愈创木酚乙酰化带来的腐蚀性强，分离困难，污染环境等弊端。通过单因素和正交试验法确定了物料比、反应温度、催化剂用量、反应时间和催化剂循环次数对Hβ沸石液相催化愈创木酚乙酰化反应的影响，较佳工艺条件为：反应时间3h、催化剂用量为愈创木酚投料量的5％、反应温度80℃、n乙酸酐：n愈创木酚为1.70:1.00。在上述乙酰化条件下，中间产物乙酰愈创木酚收率达94.87%，并用精馏法对其进行了分离提纯。在优化的工艺条件下，建立了Hβ沸石液相催化愈创木酚乙酰化反应动力学模型，根据反应物浓度与反应时间之间的关系得出该反应级数n=2，结合Arrhenius方程求得活化能Ea为61.29 kJ/mol，指前因子A为2.36x108 L/(mol?min)。
　　其次，用单因素和正交试验设计法对乙酰愈创木酚硝化反应的合成条件进行优化，选用发烟硝酸与冰乙酸的混合物作为本阶段的硝化剂，对硝化反应有影响的因素，如：滴加方式、反应温度、硝酸用量、乙酸用量、反应时间、加料时间等进行了考察，得到较佳的工艺条件为：混合物滴入乙酰愈创木酚、反应温度50℃、加料时间30 min、硝酸用量20 mL、乙酸用量60 mL、反应时间2.0 h。在上述硝化条件下，中间产物5-硝基乙酰愈创木酚的得率最高可达76.43%，并用重结晶法对其进行分离提纯，精馏回收废酸。
　　然后，通过单因素试验法对5-硝基乙酰愈创木酚水解反应的工艺条件进行了考察，确定了氢氧化钠溶液质量分数、反应温度、反应时间三个重要因素对水解反应的影响，较佳工艺条件为：氢氧化钠溶液质量分数10%、反应温度40℃、反应时间2.5 h。在上述水解条件下，目的产物5-硝基愈创木酚钠的得率最高可达91.20%，纯度90.30%。并进一步用重结晶法和酸化法对产品进行了分离提纯。
　　根据以上研究，提出了一条可实施工业化生产5-硝基愈创木酚钠的整体生产工艺流程，该流程经济环保、条件温和、操作简单，为工程设计以及工业应用奠定了基础。

目录

声明

1 绪论

1.1 植物生长调节剂

1.2 5-硝基愈创木酚钠

1.3 愈创木酚乙酰化反应

1.4 乙酰愈创木酚硝化反应

1.5 课题研究意义及内容

2 愈创木酚乙酰化工艺研究

2.1 实验部分

2.2 结果与讨论

2.3 产品分离及表征

2.4 催化剂表征

2.5 本章小结

3 愈创木酚乙酰化动力学研究

3.1 消除扩散影响

3.2 建立动力学模型

3.3 动力学方程

3.4 本章小结

4 乙酰愈创木酚硝化工艺研究

4.1 实验部分

4.2 结果与讨论

4.3 产品分离及表征

4.4 本章小结

5 5-硝基乙酰愈创木酚水解工艺研究

5.1 实验部分

5.2 结果与讨论

5.3 产品分离及表征

5.4 本章小结

6 整体工艺流程优化

6.1 整体工艺流程的提出

6.2 实验步骤及结果

6.3 本章小结

7 结论与展望

7.1 结论

7.2 展望

参考文献

个人简历、在校期间发表的学术论文与研究成果

致谢