盐酸羟胺的合成反应机理由肟制备羟胺的过程实质为肟的酸催化分解,肟的催化分解已见报道,其中,亲核催化剂催化机理如下:A ? + WOR]丿*2而当分解反应在水中、酸催化下进行时,其机理为酮亚胺化的逆反应,如下所示:原料和仪器丙酮肟:纯度为98.0%丁酮肟:纯度为99.5%环己酮厉:纯度为99.0% 盐酸:浓度为35.0%相关物质的物性参数见表1.表1相关物质的物性参数物质分子式熔点匕沸点CCASC3H7NO61136127-06-0丁粥岳C4HsN0-29-5152-15369-29-7环已酮岳C^HnNO90208100-64-1盐酸HC1-114.8I0&67647-01-0丁酮c4hao^85.9170-17278^3-3仪器:恒温水槽,三颈烧瓶,滴液漏斗,冷凝管,搅拌器,低温恒 温槽,加热套,真空千燥器等分析方法盐酸羟胺纯度的分析在中性溶液中,铵盐与甲醛作用,生成六次甲基四胺和相当于铵 盐含量的酸,生成的酸用碱标准溶液进行中和滴定具体操作如下:称取0.5g样品称准至0.0002g将其溶解于新鲜的蒸馏水中,移 入100mI容量瓶中,稀释至刻度,得试料量取试料20m1,加10m16N 硫酸及20m1新制备的25%硫酸铁按溶液,摇匀,缓缓煮沸5min,加 250m1新鲜的蒸馏水,加2ml磷酸,于60°C用0.1N高锰酸钾标准溶 液滴定至溶液呈粉红色,同时做空白试验。
盐酸羟胺含量X(%)按下式 计算:x=+ 1002Qm * 100式中:V!——高镒酸钾标准溶液之用量,mi;Vo- 空亡试验高锂酸钾标准溶液之用量「ml;c——鬲猛酸钾标准溶液当量之浓度,md/1; m——样品质量,呂;0.03475 每毫克摩尔 HONHzHCX g/mmol.3、实验过程+ H2O + HC1*+ nh2ohhcj盐酸羟胺的制备反应式如下所示:500ml三口瓶中加入酮肟45ml(40g)升温至70°C搅拌下于25-30滴/min 的速度缓缓加入35%的盐酸38ml,并不断地蒸出生成的丁酮,在此 温度下反应1.5h,反应完成,共能收集到丁酮水溶液40ml,羟测试 衡算,其中约含丁酮18g釜中的水相盐酸羟胺水溶液羟过-10C冷冻析 出、过滤抽吸得盐酸羟胺晶体,然后滤液羟过负压蒸馏浓缩,再进行 冷析,反复数次,将所得盐酸羟胺晶体一起称重得盐酸羟胺晶体25g. 结晶母液能配制盐酸作下一轮水解反应的原料4、结果与讨论.为了便于寻找最佳工艺条件,重点考察了盐酸羟胺合成反应条件对 产品收率的影响,主要考察各种酮厉与盐酸配比、反应温度,反应时 间等条件.1)肟的选择选取3种肟一丙酮肟、丁酮肟及环己酮肟为底物,对比其在盐酸 中水解反应的收率测得反应结果表2所示•不同酮肟的反应活性不同, 由表2结果可看出,丁酮肟活性远高于丙酮肟。
环己酮肟在此反应体 系下没有分解出盐酸羟胺,原因在于环己酮肟在酸性条件下极易发生 重排反应生成己内酸胺表2 不同的肟对盐酸羟胺收率的影响浓盐酸(mHT(C)t ( min }收率(%)丙5710080703571008092.87环已酮厉571008010.52)原料配比对收率的影响以丁酮肟的水解反应为目标反应,硏究了不同原料配比对盐酸羟 胺收率的影响,测得结果如表3所示由表中可看出,增加盐酸量对 盐酸羟胺收率的增幅影响较小当HC1/丁酮肟摩尔比大于1.2时,增 加盐酸量对盐酸羟胺收率的影响已羟较小,HC1/丁酮肟较优的摩尔比 为1 : 1.2相关曲线图见图1表3原料摩尔比对盐酸羟胺收率的影响TfifiB/HCl摩尔比T(*C)1 (min)收率(%)1:1100SO70.61:1.1100807S+81:1.2100809041:131008091.21:1.41008090.8图1原料摩尔比对盐酸羟胺收率的影响3) 反应温度对收率的影响在较优摩尔比下,考察了温度对盐酸羟胺收率的影响,测定结果 见表4和图2表中结果显示,随着温度的升高酮肟酸解速率提高, 但提高幅度较小,而随温度升高副反应速率也增加,最终酮肟完全转 化时盐酸羟胺收率下降,综合考虑较优的反应温度为100°C。
表4温度对盐酸羟胺收率的影响酮馬(g) 浓盐酸(ml) T(V) t ( min ) 收率f%)1057808074,81057908078,510571008090+410571108090.610571208091J图2反应温度与盆酸羟胺收率的关系4) 反应时间对收率的影响不同反应时间下盐酸羟胺的收率见表5和图3•当反应时问大于80分钟时,反应已羟达到平衡,继续延长反应时间盐酸羟胺收率不会再增加,最优反应时间为80分钟表5反应时间对收率的影响诫盐醱(mL)TfX:)t( mln)收率(%)1057IOC406L6W571006079,4105710090,81057IOC100913105710012090.9图3反应时间与盐酸羟胺收率的关系从图2可以看出随着反应时间的增加,盐酸羟胺的收率提高,在 80分钟以后反应基本完成,延长反应时间对收率影响不大,取反应时 间为80分钟5)稳定性试验为了考察本文优化得到的工艺条件用于工业级生产的可行性,进 行了放大实验,其中考虑到生产中温度过高会使水蒸出,增加能耗, 放大实验采用反应温度为80°C放大实验在带冷凝收集器的5L反应 釜中进行,加入丁酮肟1600g,升温至80C并保持,搅拌下连续缓慢 加入35%的盐酸1520ml,滴加过程中不断地蒸出生成的丁酮,滴完 后继续反应1小时,直至没有丁酮水的共沸液蒸出结束,冷凝收集器 出口收集到的是约85%浓度的丁酮水溶液。
釜中的水相盐酸羟胺水溶 液羟过-10°C冷冻析出、过滤抽吸得盐酸羟胺晶体,然后滤液羟过减压 蒸馏浓缩,再进行冷析,反复数次,将所得盐酸羟胺晶体一起称重 结晶母液配制盐酸作下一轮水解反应的原料稳定性试验结果见表6表6稳定性试验结果序号12 345盐酸理胺90.690一491+2丁阳回收率临71.471.872.673.272.9由上表的试验结果看出,第一批反应盐酸羟胺收率稍低;当结晶母液回用后,第2-5批试验盐酸羟胺收率及丁酮回收率均有所提高,且结果 较稳定。