摘 要

亚胺，又称席夫碱，普遍应用于材料化学、农药杀虫剂除草剂、医学药品、分析化学、催化化学、电化学等领域，在有机化学学科中发挥着重要作用。本文介绍了反应精馏法合成亚胺，确立了合成亚胺的工业路线：以2-甲基-6-乙基苯胺（以下简称苯胺）、1-甲氧基-2-丙酮（以下简称酮醚）作为反应的原料，利用反应精馏法，将化学反应和精馏分离放在一个设备中同时进行，使得反应生成的产物或中间产物及时分离，这样不仅可以提高产品的收率，而且又可利用反应热供产品分离，达到节能的目的。反应精馏法合成亚胺为水作为产物之一的可逆反应，所以我们选择甲苯作带水剂，将反应生成的水及时带出，同时利用甲苯和水不互溶的性质，将甲苯和水分离，回收甲苯以循环利用。本文通过设计正交实验，考察了影响亚胺收率的的因素，确定了合成亚胺的最佳工艺条件：苯胺与酮醚得摩尔比为0.544，甲苯与酮醚得摩尔比为1.275，进料速度为4.0，出料速度为6.1，反应温度为97℃，反应时间为6h，反应压力为负压0.075MPa，实验结果表明，在此条件下，亚胺的收率可达79.4%。

本研究为亚胺工业化提供了实验依据

关键字：亚胺 席夫碱 反应精馏法 正交实验。

ABSTRACT

Amines, also known as Schiff base, have an important position in the field of organic chemistry, and have been widely used in pesticides, pharmaceuticals, analytical chemistry, catalytic chemistry, electrochemistry and other fields. In this paper, the synthesis of imine by reactive distillation, established the industrial route of synthesis of imine: aniline, ketone ether as the reaction of raw materials, the use of reactive distillation method, the chemical reaction and distillation separation in a device at the same time , So that the reaction of the product or intermediate products in time to separate, so not only can improve the yield of products, but also the use of heat for the separation of products for energy conservation purposes. Reaction distillation method synthesis of imine water as one of the products of the reversible reaction, so we chose toluene as a water agent, the reaction of water generated in time out, while the use of toluene and water immiscible nature, the separation of toluene and water , The recovery of toluene to recycling. In this paper, the factors affecting the yield of imine were investigated by orthogonal design. The optimum conditions were as follows: aniline, ketone ether as raw material, toluene as water agent, reaction temperature of 97 ℃, time The reaction pressure is negative pressure 0.075MPa. The experimental results show that the yield of imine can reach 79.4% under the optimized conditions.
This study provides experimental basis for the industrialization of imine

KEY WORD: Imine Schiff base Reactive distillation Orthogonal experime

目录

第1章 文献综述 1

1.1 亚胺概述 1

1.1.1 引言 1

1.1.2 席夫碱的用途 1

1.1.3 各种条件下席夫碱的合成 3

1.2 反应精馏法概述 4

1.2.1 反应精馏的特点及发展状况 4

1.2.2 反应精馏的优点 5

1.2.3 使用反应精馏的基本要求 6

1.3 研究的目的与意义 6

第2章 材料与方法 7

2.1 材料 7

2.1.1 主要药药品及试剂 7

2.1.2 实验仪器 7

2.2 分析方法 7

2.2.1 亚胺的气相色谱条件 7

2.2.2 酮醚的气相色谱条件 8

2.2.3 色谱仪操作方法 8

2.3 方法 10

2.3.1 带水剂的确定 10

第3章 亚胺的连续化反应 13

3.1 亚胺的合成 13

3.1.1 亚胺合成反应原理 13

3.1.2 操作步骤 14

3.2 正交实验 15

第4章 结论与展望 17

4.1 结论 17

4.2 展望 17

致谢 18

参考文献 19

文献综述

亚胺概述

引言

亚胺，别名席夫碱，是由是醛，酮，羧酸，羧酸衍生物等化合物和氨或一级（伯）胺等化合物反应生成的含有C=N基团的一类化合物，反应的方式为亲核加成，含有酰胺基团的化合物有的也属于亚胺化合物。由H.Schiff在1864年首次发现，大量科研人员经过对席夫碱一个多世纪的研究，已经在该领域取得了有效进展。近年来，因为其在农药、医药、分析化学、催化化学、电化学等领域具的表现十分良好，引起人们对其更加广泛，深入，系统的的研究。

席夫碱的用途

酰胺类农药中间体

亚胺作为酰胺类农药合成的重要中间体，其生物活性非常重要，同时也是许多药物和天然产物的骨架，作为一种重要的化工原料前体，可以进行进一步的官能团转化。由于酰胺类化合物的这些重要特性，如何高效环保的合成此类化合物具有重要意义。目前酰胺类农药化合物早已经广泛使用在北方玉米农田之中，其中甲草胺、乙草胺、异丙甲草胺在我国旱田除草剂中有着代表地位，用来抑制并杀死一年生禾本科杂草和部分小粒种子阔叶杂草。总的来说酰胺类化合物在现代农业之中广泛存在，研究酰胺类化合物亚胺的合成能有效推进农药工业向着低毒性、低成本、高选择性等方面发展。

席夫碱生物活性的研究

席夫碱在抗病毒、抗癌、杀菌、抑菌等方面具有十分优良的特性。胡卫兵^[1]等人，通过研究N-羟基苄基氨基酸希夫碱的抗菌活性，发现这种希夫碱对金黄色葡萄球菌，大肠杆菌和白色念珠菌有一定抑制作用。Vicini等人^[2]通过发现硫氮（杂）茂类席夫碱能有效杀死淋巴球细胞病毒，发现硫氮（杂）茂类席夫碱能起到有效的抗病毒作用。Yu等人^[3]发现了单噻唑亚胺衍生物能有效杀死斑点病菌和苹果轮纹病菌并且抑制其生长。Viejsh等人^[4]研究表明，1，2-二氮唑类席夫碱衍生物能有效杀死金黄酿脓葡萄球菌、大肠杆菌和枯草芽孢杆菌并且抑制其生长。赵小菁等人^[5]研究发现氨基酸席夫碱配体及金属锌配合物能有效杀死大肠杆菌并抑制大肠杆菌的生长，配体的抗菌活性与氨基酸残基的含量成反比。

电化学性能研究

席夫碱在电化学领域的应用日益到人们的关注。 刘铮^[6]等人通过邻羟基苯甲醛衍生物及其配合物的制备来修饰碳糊电极，并利用循环伏安法，结果表明邻羟基苯甲醛镍配合物可用于测定物质中甲醛含量，使得邻羟基苯甲醛席夫碱配合物的应用领域进一步拓展。Negm等人^[7]通过一种席夫碱缓烛剂的合成，研究了缓蚀剂用量与缓蚀效果的关系，结果表明缓蚀剂的用量与缓蚀效率效率成正比。Chen等人^[8]发现含苯环类席夫碱具有缓蚀速度快、缓蚀性强、快速自主装膜等优点。Polat 等人^[9]通过研究邻羟基苯甲酸类席夫碱和安息香醛类席夫碱的电化学反应，发现在铂电极上席夫碱的还原反应的不可逆性。

化学分析中的研究

席夫碱化合物含有共价键，因此可以通过荧光试验和极差分析测定物质中各种成分的含量。Giriousi等人^[10]利用席夫碱检测出了气体甲醛，这一发现对室内装修中有害气体的检测具有重要意义。Shrivastava 等人^[11]用希夫碱的荧光特性，使希夫碱作为荧光探针检测微量蛋白质，这一应用给医学领域带来突破。Guzow等人^[12]研究一种芳香氨基酸席夫碱作为荧光探针用于检测锌、铽、铕等离子。khuhawar等人^[13]使用碱式邻羟基苯甲醛席夫碱已经成功分离合金中的铜和以及药物制备中的钴和铁。

催化性能研究

可将希夫碱及其金属配合物可作为氧化还原催化剂、脱硫催化剂、仿酶催化剂等^[14，15]。在多种反应中得到应用。Oliveira等人^[16]研究了以醋酸钴为载体的活性炭做催化剂催化1-甲基-4-环己烯在液相中的氧化反应。结果表明，该催化剂能使氧化反应速率加快。Cai等人^[17]利用环己烷的合成反应，并通过制备的双核席夫碱配合物作催化剂，产物中的顺式产物和反式的产物收率均比较可观。Gichinga等人^[18]通过对希夫碱高分子化合物邻苯二酚的催化能力的测试。结果表明，催化能力随集聚体分子量的增加而增加。

功能材料方面的研究

一些希夫碱是以液晶形态存在的，可以作为重要的功能材料因为其独特的结构特征。可作为半导体材料的席夫碱配合物必须具有杰出的热稳定性和化学稳定性，Galyametdinov等人^[19]成功的合成了液晶化合物，通过金属离子和不对称席夫碱衍生物的方法说明强大的磁向各异性存在于镧系金属配合物之中。

各种条件下席夫碱的合成

路易斯酸催化反应

科学工作者对于路易斯酸合成席夫碱已近做了很多年的研究。2008年，Hossein Naeimi等人^[20]利用P₂O₅/SiO₂作催化剂，在无溶剂、室温、反应时间为30钟等条件下反应，合成了一系列席夫碱。2011年，Mona Hosseini-Sarvari^[21]发现利用催化剂TiO₂纳米管，合成席夫碱，席夫碱的收率达90%以上。经过科学工作者的不断研究与探索，目前发现可有效催化合成席夫碱的路易斯酸有：HCL^[22]，CH3COOH^[23，24]，Mg(ClO₄)₂^[25]，MgSO₄^[26，27]，BF₃^[28]，Ru（OH）_x/TiO₂^[29]，NaHCO₃^[30]，P₂O₅/Al₂O₃^[31]，SnO₂/SiO₂^[32]，NbCl₅^[33]等。

微波辅助合成法

1986年，Gedye.R等人^[34]首次将微波应用于有机合成之中，微波反应的优势不仅体现在绿色环保、操作简介、反应效率等方面，而且由于通过微波反应能合成常规方法难以合成的物质，所以在材料，化工，制药等领域得到越来越广泛的应用。1997年，Rajendar S.Varma等人^[35]以K10-Clay为催化剂，在微波反应下合成了四种席夫碱衍生物，得到的产率都比较理想。2006年，Gopalakrishnan M等人^[36]使用微波反应，以SiO₂、CaO、AlCl₃为催化剂，高效的合成了一系列席夫碱衍生物。2007年，Gopalakrishnan M等人^[37]在无溶剂条件下，以CaO作催化剂，通过微波反应合成席夫碱，所得产品产率高达96%，同时该方法不仅合成时间缩短短至90s-120s，而且对环境友好无污染。

绿色介质中合成

绿色化学已经成为当今有机合成领域的一个研究热点，化学工作者越来越喜欢使用低毒性甚至无毒性的水作为反应介质，并且成本低、安全性高是以水作溶剂所具有的优点。2000年，Koichi Tanaka等人^[38]首次尝试在水作溶剂的前提下，利用苯胺和芳香酸作底物，温度为室温，反应时间为30分钟，合成席夫碱，最高产率为99%。2009年，Saggiomo V等人^[39]利用实验证明了水可以作为合成席夫碱的溶剂。2012年，Lu J等人^[40]在证明了席夫碱的形成过程，由于他们利用水作溶剂条件下合成了多达二十五种席夫碱。

超声波催化合成法

超声波反应以其应用范围广、无二次污染、设备简单等优点而越来越受到科学工作者们的关注。同样，将超声波运用于席夫碱的合成的前景辉煌。2007年，Guzen K P等人^[41]研究了分别以巩土、树脂、硅藻土、硅作催化剂在超生波条件合成席夫碱的反应，实验结果显示硅的催化产率高达96%，效果最好，并且此方法对环境友好。

金属催化合成法

人们也常用金属催化席夫碱的合成。2011年，Hu L等人^[42]在氮气保护条件下，以纳米铂作催化剂，收率为95%。2012年，HuiHui Liu等人^[43]分别研究了以Ag/Al₂O₃，Cu/Al₂O₃. Pd/ Al₂O₃. Ru/ Al₂O₃作为添加剂，以为催化剂合成席夫碱，实验结果表明当以作催化剂，在碱性环境下提供最佳条件，反应转化率可达到99%以上。

红外辐射促进合成法

可以通过具有热效应的红外线红外照射可加剧物体内分子振动，使物体温度上升迅速。红外辐射合成了芳香腈的红外辐射合成法就由Delgado F等人 ^[44]在1992年首次使用，这是红外辐射首次运用于有机合成。2004年，Miguel Á. Vázquez等人^[45]在无溶剂条件下，利用红外辐射合成了一系列席夫碱的衍生物，整个过程绿色环保、高效、无污染，且反应时间短。2011年，Córdova M O N等人^[46]做了席夫碱在不同波长的红外反应条件下合成的研究，结果显示，近红外为最佳反应波长。

其他条件下席夫碱的合成

2009年，Hania M M等人 ^[47]利用4A分子筛作催化剂得到了中等产率的席夫碱。2011年，Liu L等人^[48]报道了一种席夫碱合成的新方法，以水作溶剂，胺类化合物为底物，在氧气中在回流的条件下将两种胺进行偶联形成席夫碱化合物，得到了中等产率。

反应精馏法概述

反应精馏的特点及发展状况

在反应中引入精馏操作之前，在反应器中进行化学反应，精馏分离在蒸馏塔中进行。自1860年以来反应精馏已经被应用于各种化工过程中^[49]。关于反应精馏的操作最早出现在1921年，Bacchaus^[50]第一次提出了反应精馏的概念。反应精馏(Reactive Distillation简称RD)属于蒸馏工艺中的一个特殊范畴。它是化学反应与精馏操作相耦合的化工工艺。从20世纪三十年代到六十年代初，在一些具体体系的工艺探索过程中科研人员进行了大量的工作，并且均相反应精馏在板式塔中的操作成为了研究的瓶颈。六十年代后期，反应精馏的一般规律才开始作为研究工作者的研究方向。迄今为止，还没有建立完整的反应精馏的理论，也没有建立一套通用的反应精馏过程的计算方法。七十年代后期，非均相催化反应体系与该研究相结合，发明了非均相催化精馏(Catalytic Distillation简称CD)工艺，进而成为了反应精馏体系中不可或缺的重要部分^[51]。八十年代以后，研究反应精馏模拟的计算非常活跃。大量的研究工作集中在反应精馏的数学模拟，操作优化和工艺设计，至今均相反应精馏的数学模拟发展已经相对成熟。将数学模型由平衡级模型发展到非平衡级模型，并且在90年代末发展到了非平衡池模型，为优化操作和设计装置提供了极为有力的工具。非平衡池模型可模拟气相和液相停留时间的分布水平，准确地描述了非平衡模型的反应和传质行为，进一步提高和完善了非平衡模型，这项研究工作是非常有发展前景。

反应精馏的优点

反应精馏与常规精馏一样，都是在精馏塔中进行，不需要额外添加设备，由于反应和精馏相互作用，相互影响，反应精馏体现出了自身明显的优点，具体优点如下：

1反应物的转化率和选择性得到了改善，在某些情况下，反应转化率可以达到100%^[50]，在可逆反应中，生成物可以通过蒸馏被源源不断的从反应体系中带走，使平衡不断向正反向移动，提高了反应的转化率。对于反应产物同时可以进一步反应而生成其他产物的反应，蒸馏工艺立刻从反应系统中移走副产物，在有效的避免产生中间产物并将反应物的选择性提高。