水楊酸及其衍生物

1、水楊酸及其衍生物 摘要介紹了水楊酸、乙酰水楊酸、對-氨基水楊酸、水楊酸甲酯的生產(chǎn)現(xiàn)狀及新的合成工藝。關(guān)鍵詞水楊酸;衍生物;合成水楊酸(鄰羥基苯甲酸) 是醫(yī)藥、食品、香料、染料和農(nóng)藥等工業(yè)的重要中間體。水楊酸最早用于合成醫(yī)藥阿斯匹林, 后來用于合成香料冬青油。70 年代后,用于合成農(nóng)藥水胺硫磷、甲基異柳磷等殺蟲劑品種, 并用于合成直接染料和酸性媒介染料。隨著水楊酸在許多領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用, 水楊酸的需求量大大增加。我國水楊酸工業(yè)生產(chǎn)始于50 年代末。水楊酸化學(xué)名稱為鄰-羥基苯甲酸，又名柳酸，存在于柳樹、水楊樹及其他許多植物中。水楊酸是白色針狀結(jié)晶，熔點(diǎn)157-1590C，微溶于水，易溶于乙醇。水楊酸

2、屬酚酸，具有酚和羧酸的一般性質(zhì)。例如，與三氯化鐵試劑反應(yīng)顯紫色，在空氣中易氧化，水溶液顯酸性，能成鹽、成酯等。水楊酸甲酯俗名冬青油，是由冬青樹葉中提取得到。水楊酸甲酯為無色液體，沸點(diǎn)為1900C，具有特殊香味?？勺髋麜r(shí)的外擦劑，也用作配制牙膏、糖果等的香料。水楊酸異丙酯(鄰羥基苯甲酸異丙酯) 是一種重要的有機(jī)化工原料和中間體, 可用作溶劑、催化劑、塑料助劑及合成農(nóng)藥、醫(yī)藥等。目前,我國主要用于合成農(nóng)藥水胺硫磷。1 水楊酸1.1 水楊酸的合成方法1.1.1 苯酚法常壓法 以苯酚為原料, 可得99 %含量的成品水楊酸, 收率為50 %70 %。該法的優(yōu)點(diǎn)是常壓操作, 安全性較好, 較適宜小企業(yè)生

3、產(chǎn), 設(shè)備投入也較小; 缺點(diǎn)是苯酚消耗較高, 單耗轉(zhuǎn)化率低, 苯酚循環(huán)使用能耗也較高。目前不采用此法生產(chǎn)。中壓法 以苯酚為原料, 該法含量為99 % ,收率達(dá)98 %以上。該法的優(yōu)點(diǎn)是苯酚的單程轉(zhuǎn)化率高, 成本低, 產(chǎn)品質(zhì)量好; 缺點(diǎn)是用0.70.8 MPa 反應(yīng)壓力,設(shè)備投入較大,有一定的危險(xiǎn)性。該法是目前工業(yè)上采用的主要方法,有較強(qiáng)的競爭能力,前景廣闊。1.1.2 鄰硝基甲苯法以鄰硝基甲苯為原料,工藝流程長,成本高,副反應(yīng)多,不適合工業(yè)生產(chǎn)。1.1.3 鄰甲基苯磺酸法以鄰甲基苯磺酸為原料, 該法僅有理論學(xué)術(shù)意義,無工業(yè)化意義,效率極低,原料來源困難。1.1.4 鄰甲酚法該法以鄰甲酚為原料,

4、 該法有一定的工業(yè)價(jià)值, 但成本高, 工藝流程長。目前還沒有廠家采用。1.水楊酸的應(yīng)用1.2.1 合成香料用水楊酸可以合成水楊酸甲酯、水楊酸乙酯、水楊酸異戊酯、水楊酸異丁酯、水楊酸芐酯、水楊酸苯酯及水楊酸苯乙酯等香料。1.2.2 合成醫(yī)藥用水楊酸可以合成乙酰水楊酸(阿斯匹林) 、柳胺酚(利膽酚) 、格列本脲、三溴沙侖、柳氮磺吡啶、氯硝柳胺及水楊酰胺等藥品。1.2.3 合成農(nóng)藥用水楊酸可以合成水胺硫磷、甲基異柳磷及乙基異柳磷等農(nóng)藥。1.2.4合成染料用水楊酸可以合成直接黃棕D3G(C. I. 30045) 、直接深棕M(C. I. 22311) 、直接黃棕3G(C. I. 30050) 、直接耐

5、曬棕BRL (C. I. 30145) 、酸性媒介深黃GG(C. I. 14010) 及酸性媒介黃3G(C. I. 13990) 等染料。1.2.5 合成精細(xì)化工中間體用水楊酸可以合成5 - 氯水楊酸、3 ,5 - 二氯水楊酸及水楊酰苯胺等產(chǎn)品。可見, 水楊酸是一個(gè)具有廣泛用途的化工中間體。目前國內(nèi)對其應(yīng)用方面的研究尚不深入, 只是在醫(yī)藥、農(nóng)藥方面用量較大。因此,應(yīng)大力開發(fā)其衍生產(chǎn)品, 不斷提高水楊酸的質(zhì)量, 降低生產(chǎn)成本, 以滿足精細(xì)化工行業(yè)的需要。2 水楊酸甲酯2.1概述 水楊酸甲酯俗名冬青油,一種重要的酯類化合物,是無色且有香味的液體,沸點(diǎn)220222,易溶于乙醇、異辛烷、乙醚等有機(jī)溶劑

6、,微溶于水。放置在空氣中易變色,在酸、堿條件下易水解?，F(xiàn)被廣泛地用在精細(xì)化工中作溶劑、防腐劑、固定液;也用作飲料、食品、牙膏、化妝品等的香料;以及用于生產(chǎn)止痛藥、殺蟲劑、擦光劑、油墨及纖維助染劑等 。天然的水楊酸甲酯是在甜樺樹中發(fā)現(xiàn)的,早期的水楊酸甲酯是從甜樺樹和冬青葉中提取出來的。但因來源有限,因此人工合成它就顯得尤為重要。2.2 合成2.2.1 提取法 目前,從植物中提取水楊酸甲酯常用乙醇、乙醚、氯仿、冰醋酸等溶劑經(jīng)過反復(fù)浸泡虹吸,然后用蒸餾萃取法分離,得到純凈的水楊酸甲酯。流程如下:冬青樹葉（溶劑萃取）萃取液（蒸餾）水楊酸甲酯考慮到溶劑的價(jià)格、毒性和產(chǎn)品收率,目前用的比較多的溶劑是乙醇

7、。郭鵬等研究發(fā)現(xiàn)用水乙醇體積比為21的溶液浸取6 h后再進(jìn)行蒸餾,收率較高。2.2.2 合成法化學(xué)合成法是用水楊酸和甲醇(或其他酯化試劑)在酸性催化劑催化下合成水楊酸甲酯的,傳統(tǒng)的生產(chǎn)過程如下:水楊酸,無水甲醇,濃硫酸,常壓下輕沸回流反應(yīng)一定的時(shí)間,反應(yīng)液蒸出過量甲醇等低沸點(diǎn)物質(zhì)后,加入10% NaCO 溶液,分出油狀物用NaCO溶液和蒸餾水洗滌至中性,干燥,過濾,減壓蒸餾得純品。2.2.3 其他方法李靖等研究發(fā)現(xiàn)用微波輻射代替?zhèn)鹘y(tǒng)的加熱方式可以加速反應(yīng)的進(jìn)行。由于極性分子內(nèi)電荷分布不平衡,在微波場中能迅速吸收電磁波的能量,通過分子偶極作用進(jìn)行超高速振動(dòng),提高了分子的平均能量,使反應(yīng)溫度急劇上

8、升,從而提高了反應(yīng)速度。對于用濃硫酸催化甲醇和水楊酸合成水楊酸甲酯的工藝中,張德華用甲苯作為帶水劑,及時(shí)除去反應(yīng)過程中生成的水,也可以保持催化劑的活性,提高產(chǎn)品收率。3 水楊酸異丙酯3. 1 概述水楊酸異丙酯(鄰羥基苯甲酸異丙酯) 是一種重要的有機(jī)化工原料和中間體, 可用作溶劑、催化劑、塑料助劑及合成農(nóng)藥、醫(yī)藥等。目前,我國主要用于合成農(nóng)藥水胺硫磷。3. 2 合成3.2.1 硫酸催化酯化法水楊酸與異丙醇在濃硫酸的作用下直接生成水楊酸異丙酯,反應(yīng)時(shí)間長達(dá)1618h ,產(chǎn)品收率僅為70%75% , 含量為80%85%, 酯化過程中產(chǎn)生大量廢酸和廢水,回收利用困難,環(huán)境污染嚴(yán)重。此法正逐漸被淘汰。3

9、.2.2 氯化亞砜法水楊酸先與氯化亞砜作用生成水楊酰氯, 然后再與異丙醇反應(yīng)生成水楊酸異丙酯, 產(chǎn)品收率為90%左右, 含量為95%左右。此法生產(chǎn)中要使用大量的氯化亞砜, 該產(chǎn)品主要靠進(jìn)口, 價(jià)格很高, 導(dǎo)致生產(chǎn)成本高, 同時(shí)反應(yīng)過程中產(chǎn)生大量的二氧化硫和氯化氫氣體,造成環(huán)境污染。因此開發(fā)新型、高效催化劑是水楊酸異丙酯合成的一個(gè)重要課題。3.2.3 固體酸催化法用固體酸催化, 溶劑帶水生產(chǎn)水楊酸異丙酯的最佳工藝條件為:水楊酸為0. 5mol 時(shí),水楊酸與異丙醇的配比為11.82 ,溫度為95116 ,溶劑用量為60g , 固體酸用量為15 g , 反應(yīng)時(shí)間為15h 。此法優(yōu)點(diǎn)是使水楊酸異丙酯的

10、收率提高到90%以上,降低了異丙醇的消耗,消除了環(huán)境污染。3.2.4 混合酸催化法混合酸催化法的最佳工藝條件為: 水楊酸與異丙醇的摩爾比為11.8 , 反應(yīng)溫度為95118 ,反應(yīng)時(shí)間為1618 h , 混合酸催化劑的最優(yōu)組合為(以0. 75 mol 水楊酸為基準(zhǔn)) 硫酸2 mL 、對甲苯磺酸3g 、硼酸3g 、草酸1g ,催化劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)占投入水楊酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)的10%。3.2.5 鈦酸丁酯催化往裝有攪拌器、溫度計(jì)的三口燒瓶中加入一定量的水楊酸、異丙醇和鈦酸丁酯。在攪拌下油浴加熱至一定溫度,保持回流一段時(shí)間,再向燒瓶中滴加等量的異丙醇。注意保持滴加速度與蒸出速度相當(dāng),主要用異丙醇和水形成的共沸物,

11、帶走生成的水分, 使反應(yīng)向右移動(dòng), 這樣保持?jǐn)?shù)小時(shí)。反應(yīng)結(jié)束后,自然冷卻至室溫,移至分液漏斗,加水洗滌,靜置分層,然后用飽和NaHCO溶液洗至pH=78 后,再用等體積水洗至中性, 制得水楊酸異丙酯。洗滌分出的水相,用硫酸處理回收未反應(yīng)的水楊酸。該反應(yīng)的最佳工藝條件為異丙醇水楊酸為3：1 , 催化劑用量為水楊酸質(zhì)量的3% , 反應(yīng)溫度為120 ,反應(yīng)時(shí)間為9h 。將回收的異丙醇經(jīng)過脫水后,與回收的水楊酸按上述最佳工藝條件進(jìn)行實(shí)驗(yàn),其收率可以達(dá)到80%以上。3.2.6 HD 1 和SEA 70 催化采用自制的固體催化劑HD1 和液體催化劑SEA70 , 以水楊酸和丙烯為原料合成水楊酸異丙酯, 該

12、工藝具有原料消耗小、生產(chǎn)成本低、設(shè)備投資少、產(chǎn)物易于提純等特點(diǎn)。將一定量的水楊酸裝入帶有攪拌器、溫度控制器的不銹鈉高壓反應(yīng)釜中, 按一定的催化劑用量加入催化劑。先通入丙烯氣體置換反應(yīng)釜中的空3次。然后調(diào)節(jié)減壓閥使反應(yīng)釜中丙烯氣體壓力達(dá)到一定值, 關(guān)緊進(jìn)氣閥, 通電加熱并開動(dòng)攪拌器, 使溫度到達(dá)并恒定在設(shè)定的值。反應(yīng)一段時(shí)間后, 停止反應(yīng), 降溫到反應(yīng)釜中溫度為40 左右, 打開排氣閥使多余的丙烯減壓排出, 即可打開高壓釜取出反應(yīng)產(chǎn)物。水楊酸是一個(gè)具有廣泛用途的化工中間體。目前國內(nèi)對其應(yīng)用方面的研究尚不深入,只是在醫(yī)藥、農(nóng)藥方面用量較大。因此,應(yīng)大力開發(fā)其衍生產(chǎn)品,不斷提高產(chǎn)品的質(zhì)量和收率,降低

13、生成成本,以滿足精細(xì)化工行業(yè)的需要。參考文獻(xiàn) 1 曹廣宏. 水楊酸的合成及其應(yīng)用J . 遼寧化工,1994 , (3) :33 -41. 2 陳良. 我國水楊酸的生產(chǎn)與消費(fèi)J . 現(xiàn)代化工,1996 , (1) :41 - 42. 3 李仁全. 從冬青樹葉中提取水楊酸甲酯的探討 J . 四川職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào), 2005, 15 (3) : 9091 4 樊正林, 樊碩. 從冬青樹葉中提取水楊酸甲酯的研究 J . 實(shí)驗(yàn)與創(chuàng)新思維, 2003, (1) : 15 5 郭鵬, 周竹, 王世存. 從冬青葉中提取冬青油的工藝探討 J . 信陽師范學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版) , 2002,15(3) : 338339 6 章思規(guī). 實(shí)用精細(xì)化學(xué)品手冊(有機(jī)卷, 下) M . 北京: 高等教育出版社, 1987 7 郭海福, 郝東升, 崔秀蘭等. 固體超強(qiáng)酸TiO2 - Al2O3 /SO42 - 催化合成水楊酸甲酯 J . 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),1998, 17 (2) : 3135 8 王煒, 管洪剛. 硅鎢酸催化合成水楊酸甲酯的研究 J . 科技通報(bào), 2000, 16 (2) : 111115 9 田忠江