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芳烃侧链硝酸氧化研究

作　者: 刘湘衡
导　师: 陈红飙；林原斌
学　校: 湘潭大学
专　业: 有机化学
关键词: 4-硝基间二甲苯 2-硝基均三甲苯 3-甲基-4-硝基苯甲酸 2-硝基对苯二甲酸氧化
分类号: TQ203
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

芳烃侧链氧化反应在有机氧化反应中占有重要的地位,其氧化产物及其衍生物是一类重要的精细化工中间体,广泛应用于医药、农药、染料和高分子材料等领域,在国民经济和社会发展中具有重要的价值。本文提出了一种在中压条件下,用稀硝酸选择性氧化多甲基取代芳烃制备相应苯甲酸的新方法。优化了反应工艺,考察了硝酸浓度、反应温度及反应时间等因素对反应转化率、选择性和产率的影响。研究结果表明：取代基的电子效应和位阻效应是稀硝酸能选择性氧化多甲基取代芳烃的主要原因。芳环上的取代基吸电子能力越弱,其对位甲基反应活性越高,不同取代基对位甲基氧化难易顺序为：-Br>-Cl>-F>-N02；甲基与吸电子取代基的相对位置决定了其被氧化的难易程度,其反应活性顺序为：p-CH3>m-CH3>o-CH3。与文献方法相比,该方法具有操作简单、氧化剂价廉易得、无需昂贵的催化剂、后处理简单、反应时间短、容量性大、转化率高、选择性高和产率较好等优点。本文采用稀硝酸中压氧化法合成了8个取代芳酸化合物：3-甲基-4-硝基苯甲酸、3-甲基-4-氟苯甲酸、3-甲基-4-溴苯甲酸、3-甲基-4-氯苯甲酸、4-甲基-3-硝基苯甲酸、2-甲基-3-硝基苯甲酸、3,5-二甲基-4-硝基苯甲酸和3,5-二甲基-4-氟苯甲酸。目标产物均经核磁氢谱和核磁碳谱进行了表征,产物的结构均得到了确证。同时,研究发现：当用硝酸氧化2-氟对二甲苯和2-溴对二甲苯时,结果不甚满意,反应没有选择性。本文还研究了在中压下,用稀硝酸氧化制备取代芳烃二羧酸。采用这种方法合成了9个取代芳烃二羧酸化合物：4-硝基间苯二甲酸、4-氟间苯二甲酸、4-溴间苯二甲酸、4-氯间苯二甲酸、2-硝基对苯二甲酸、2-氟对苯二甲酸、2-溴对苯二甲酸、3-硝基邻苯二甲酸和4,4’-联苯二甲酸。与文献方法相比,该方法具有产率高、操作简单、原料易得和后处理简单等优点,从而有利于工业化。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章综述  8-16
  1.1 有机氧化反应  8-10
  1.2 硝酸氧化的应用  10-11
  1.3 取代芳酸的文献合成方法  11-14
  1.4 文献合成方法的评述  14
  1.5 本论文的立题依据和研究思路  14-16
第2章实验部分  16-34
  2.1 实验仪器和试剂  16-17
    2.1.1 实验仪器  16
    2.1.2 主要实验试剂  16-17
  2.2 多甲基取代芳烃的选择性氧化  17-29
    2.2.1 3-甲基-4-硝基苯甲酸的合成  17-18
    2.2.2 3-甲基-4-氟苯甲酸的合成  18-19
    2.2.3 3-甲基-4-溴苯甲酸的合成  19-21
    2.2.4 3-甲基-4-氯苯甲酸的合成  21-22
    2.2.5 4-甲基-3-硝基苯甲酸的合成  22-23
    2.2.6 2-甲基-3-硝基苯甲酸的合成  23-24
    2.2.7 3,5-二甲基-4-硝基苯甲酸的合成  24-25
    2.2.8 3,5-二甲基-4-氟苯甲酸的合成  25-27
    2.2.9 2-氟对二甲苯的氧化  27-28
    2.2.10 2-溴对二甲苯的氧化  28-29
  2.3 取代芳烃二羧酸合成  29-34
    2.3.1 2-硝基对苯二甲酸的合成  29
    2.3.2 4-硝基间苯二甲酸的合成  29-30
    2.3.3 3-硝基邻苯二甲酸的合成  30
    2.3.4 2-氟对苯二甲酸的合成  30
    2.3.5 2-溴对苯二甲酸的合成  30-31
    2.3.6 4-氟间苯二甲酸的合成  31
    2.3.7 4-氯间苯二甲酸的合成  31
    2.3.8 4-溴间苯二甲酸的合成  31-32
    2.3.9 4,4’-联苯二甲酸的合成  32-34
第3章结果与讨论  34-41
  3.1 取代基对多甲基取代芳烃氧化的影响  34-36
    3.1.1 不同多甲基取代芳烃的氧化反应  34
    3.1.2 取代基诱导效应对反应的影响  34-35
    3.1.3 取代基共轭效应对反应的影响  35
    3.1.4 取代基位阻效应对反应的影响  35-36
  3.2 硝酸选择性氧化多甲基取代芳烃条件优化  36-39
    3.2.1 硝酸浓度的选择  36
    3.2.2 反应温度对氧化反应的影响  36-37
    3.2.3 反应时间对氧化反应的影响  37-38
    3.2.4 不同底物的反应条件  38-39
  3.3 芳烃二羧酸合成条件优化  39-41
    3.3.1 硝酸浓度对收率的影响  39
    3.3.2 反应温度对收率的影响  39-40
    3.3.3 反应时间对收率的影响  40-41
第4章结论  41-42
参考文献  42-45
致谢  45-46
附录图谱  46-60
个人简历、在学期间发表的学术论文及研究成果  60

芳烃侧链硝酸氧化研究

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