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对氯甲苯(para-Chlorotoluene,PCT)是重要的有机合成原料,广泛用于医药、农药、染料等的合成以及橡胶、合成树脂等合成材料的溶剂,市场需求逐年增长。对氯甲苯的合成方法包括甲苯重氮化法和甲苯直接氯化法。现行工业生产方法基本上采用甲苯直接氯化法,即以氯气为氯源,以路易斯酸为催化剂来实现苯环的氯代,产物以邻氯甲苯为主,对氯甲苯产量并不高,而对氯甲苯的市场需求量远远大于邻氯甲苯。因此如何提高甲苯环氯化过程中对位产物的含量成为甲苯直接氯化法研究开发的关键技术之一,其重点是氯源和催化剂的选择。 本论文采用甲苯氧化氯化法合成对氯甲苯。和传统以氯气为氯源的甲苯直接氯化法不同,氧化氯化法采用氯化氢或金属氯化物作为氯源。该方法优点在于原子利用率高、氯源使用储运安全、操作环境友好。研究工作包括以下两个部分: (1)以金属氯化物作为氯源,分别以铋酸钠和过硫酸氢钾复合盐两种无机盐作为氧化剂,对甲苯进行氧化氯化反应制备氯代甲苯。这部分工作系统研究了氯化物种类、物料比、温度、时间、溶剂等因素对反应的影响。在优化条件下,NaBiO3/ZnCl2/AcOH体系甲苯转化率可达85%,其中氯代甲苯对位:邻位=3:2;Oxone/KCl/CH3CN体系甲苯的转化率达100%,其中氯代甲苯对位:邻位=7:3。 (2)以盐酸为氯源,双氧水为氧化剂对甲苯进行氧化氯化反应制备氯代甲苯。这部分工作分别考察了在无催化剂、L型沸石分子筛作为催化剂条件下反应物料比、反应温度、反应时间等因素对甲苯环氯化反应的影响,结果表明在无催化剂条件下,盐酸-双氧水体系能够实现高效的氧化氯化,但对位产物选择性不高;使用 L型沸石分子筛催化剂、1,2-二氯乙烷为溶剂,采用盐酸-双氧水体系对甲苯进行氧化氯化,甲苯的转化率可达96%,其中氯代甲苯对位:邻位=1:1。和传统氯化法相比,对位产物选择性得到显著提升。 上述研究结果和结论为开发一条对位产物选择性较高的甲苯氯化工艺打下了基础。