用碳酸二甲酯和环戊二烯制备甲基环戊二烯的研究
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年产1000吨高纯甲基环戊二烯生产新工艺的中试研究可行性研究报告一、选题的必要性1、项目所处技术领域产业政策;本项目为“1000吨/年高纯甲基环戊二烯生产新工艺的中试研究”,主要针对原间歇法工艺存在的不足,开展半连续法清洁生产高纯度甲基环戊二烯新工艺中试研究,并最终在某化工有限公司建立1000吨/年中试装置。
本项目属化工新材料领域。
甲基环戊二烯(简称为MCPD)是一种重要的用途广泛的精细化工产品。
一方面MCPD是合成汽油抗爆剂——甲基环戊二烯三羰基锰(MMT)的关键原料,能否稳定得到高纯(含量≥97%)且价廉的MCPD是能否大规模生产高纯度(98%)MMT的最为关键的因素;另一方面,除普通级(含量≤95%)的MCPD在传统医药和农药领域消耗外,近年来,利用高纯度MCPD与马来酸酐反应制备的甲基亚甲亚四氢苯酐(MNA),由于具有熔点低、超低黏度和使用寿命长等特点,被广泛应用作新一代电子封装材料。
目前,我国为了保护生态环境,实现可持续发展,正逐步推广以更低烯烃、更低硫含量为特点的新的汽油标准(相当于欧Ⅲ汽油标准),因此必须在石油加工装备和加工工艺上进行重大改进。
如此一来,国现采用的石油加工专用化学品就面临淘汰,相对应就必须大力发展针对欧Ⅲ汽油新标准的新一代石油加工专用化学品。
甲基环戊二烯三羰基锰(MMT)作为一种石油加工专用化学品,能有效提高汽油辛烷值,有利于加快国汽油升级换代的进程。
2005年,某实业有限公司利用某化学所开发的MMT工艺,斥资8000余万元,建成了一条年产700吨MMT生产装置,成为全球第二大的MMT 生产和供应商(美国乙基公司为全球最大的MMT生产商,产能为20000吨/年)。
2006年7月,经中国石化总公司全面评估后,某实业公司有幸成为中国石化总公司特许仅有二家MMT战略供应商!仅某实业公司每年就需约1000吨高纯MCPD,若全部进口约需7000万元外汇。
美国乙基公司为保住其MMT全球独家垄断地位,拒绝为MMT生产企业销售其高纯MCPD。
专利名称:制备环戊二烯和甲基环戊二烯的装置专利类型:实用新型专利
发明人:王玉洁,孙玲,杨阳,郭鑫,杨建,杨波,李海平申请号:CN201320276125.8
申请日:20130520
公开号:CN203256175U
公开日:
20131030
专利内容由知识产权出版社提供
摘要:本实用新型公开了一种制备环戊二烯和甲基环戊二烯的装置,包括依次设置的脱轻塔、解聚罐、解聚分离塔和单体分离塔;所述单体分离塔的塔顶设有环戊二烯采出管线,所述单体分离塔的塔侧设有甲基环戊二烯采出管线。
本实用新型采用解聚分离的方法利用石油裂解乙烯副产品C9抽余油来制备环戊二烯和甲基环戊二烯,提高了乙烯副产品C9的利用价值。
用解聚罐出来的残液先后与降膜蒸发器进料及装置原料进行热交换,合理地耦合了装置内的能量,降低了装置的能耗。
申请人:天津天大凯泰化工科技有限公司
地址:300384 天津市南开区华苑产业区物华道2号海泰火炬创业园B座6100室
国籍:CN
代理机构:天津市北洋有限责任专利代理事务所
代理人:张金亭
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甲基环戊二烯的合成实验研究
甲基环戊二烯:一种简单而又具有重要应用价值的官能团化合物的合成研究。
甲基环戊二烯(methylcyclopentadiene)是一种重要的有机合成中间体,可用来制备含环丙烷、环苯和环烷等多种具有广泛应用的有机物。
本实验通过甲醛直接氧化反应制备甲基环戊二烯,具体实验步骤为:
将苯酚放入100mL氯化钠溶液中,用铁粉反应预制变性酚,再将变性
酚混合溶液充填至比色桶;然后将比色桶放入甲醛的水母塔中,在恒
温水浴中加热至抽滤出清澈聚醚。
最后,穿过离心分离来回洗涤产物,蒸馏收集所得到的淡黄油状物质即为甲基环戊二烯。
在实验后,可以
采用质谱分析技术对制得的甲基环戊二烯进行鉴定,确定其结构和纯度,确保实验结果准确可靠。
环戊二烯的高效合成方法研究环戊二烯是一种重要的有机化合物,具有多种生物活性和工业用途。
因此,寻找一种高效合成环戊二烯的方法具有重要意义。
本文将探讨目前研究的一些环戊二烯的高效合成方法。
一、光化学合成方法光化学合成是利用光能引发化学反应的一种合成方法。
在环戊二烯的光化学合成过程中,常用的光源有紫外线、可见光和红外线。
这些光线通过激发原料分子中的电子,从而使其发生化学变化。
二、金属催化合成方法金属催化合成是一种常用的合成方法,通过金属催化剂的作用,可以使反应更加高效和选择性。
在环戊二烯的合成中,使用铁、钴和铑等金属催化剂可以实现高效的合成。
其中,铁催化合成环戊二烯的方法得到了较多的研究。
三、生物合成方法生物合成方法是利用生物酶或微生物催化剂来合成目标物质的方法。
在环戊二烯的生物合成中,通过对生物酶的优化和工程改造,可以实现高效的合成。
这种方法具有环境友好、底气、产率高等优点。
四、多组分反应合成方法多组分反应是一种通过一次反应合成多个反应物的方法。
在环戊二烯的合成中,通过选择适当的反应物和催化剂,可以快速高效地合成环戊二烯。
这种方法具有反应步骤少、原料资源利用率高等优点。
综上所述,环戊二烯的高效合成方法已经有了诸多研究。
光化学合成、金属催化合成、生物合成和多组分反应合成都有望实现高效合成。
然而,每种方法都有其局限性和挑战。
现阶段还需要进一步的研究和改进,才能找到更加高效和可持续的合成方法。
未来的研究可以从以下几个方面展开:首先,可以进一步优化现有的合成方法,提高合成效率和选择性。
其次,可以开展新型催化剂的研究,提高催化反应的效果。
此外,还可以探索合成反应的条件和反应物的多样性,扩大合成方法的适用范围。
总之,环戊二烯的高效合成方法是有着广阔前景的研究领域。
随着科学技术的进步,相信在不久的将来,将会有更多高效、环保的合成方法被发现和应用于环戊二烯的合成中。
这将有助于促进环戊二烯及其衍生物的应用发展,并对相关领域的研究产生积极影响。
环戊二烯和甲醇催化甲基化制备甲基环戊二烯的研究——催化剂性能的考察及反应条件的确定
肖林久;谢颖;杨瑞芹;赵鸣玉;宋学忠
【期刊名称】《沈阳化工大学学报》
【年(卷),期】2002(016)001
【摘要】对环戊二烯和甲醇催化甲基化制备甲基环戊二烯的催化剂进行反应性能考察,结果表明:适宜的反应条件为反应温度450℃,物料配比CPD:甲醇为1:2.5,气相空速1 200 h-1.此时,环戊二烯的转化率为60.6%,甲基环戊二烯的选择性为79.2%.【总页数】4页(P1-4)
【作者】肖林久;谢颖;杨瑞芹;赵鸣玉;宋学忠
【作者单位】沈阳化工学院,辽宁,沈阳,110021;沈阳化工学院,辽宁,沈阳,110021;沈阳化工学院,辽宁,沈阳,110021;沈阳化工学院,辽宁,沈阳,110021;沈阳化学工业学校,辽宁,沈阳,110023
【正文语种】中文
【中图分类】TQ231.2
【相关文献】
1.用碳酸二甲酯和环戊二烯制备甲基环戊二烯的研究 [J], 张建西;张大洋;刘瑞祥;赵鸣玉
2.环戊二烯与甲醇制备甲基环戊二烯中催化剂的研究 [J], 刘晓智;郑丹;肖林久
3.环戊二烯催化甲基化制备甲基环戊二烯催化剂筛选及制备条件的研究 [J], 郑丹;
龚真固
4.四甲基环戊二烯铁和四甲基环戊二烯钌的振动光谱及简正坐标分… [J], 姜世梅;刘举正
5.环戊二烯合成甲基环戊二烯的放大试验技术研究 [J], 徐燏
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第17卷 第1期2003.3沈 阳 化 工 学 院 学 报JOURNAL OF SHEN YAN G INSTITU TE OF CHEMICAL TECHNOLO GYVol.17 No.1Mar.2003文章编号: 1004-4639(2003)01-0001-03用碳酸二甲酯和环戊二烯制备甲基环戊二烯的研究张建西, 张大洋, 刘瑞祥, 赵鸣玉(沈阳化工学院,辽宁沈阳110142)摘 要: 以碳酸二甲酯为甲基化试剂,在二乙二醇二甲醚溶剂中,进行环戊二烯催化甲基化的研究.通过实验考察反应温度、反应时间、物料配比、催化剂量及碘化钾试剂对甲基环戊二烯产率的影响,确定反应最佳条件,甲基环戊二烯产率达8518%.关键词: 碳酸二甲酯; 甲基环戊二烯; 环戊二烯; 合成中图分类号: TQ23112 文献标识码: A收稿日期: 2002-07-12作者简介: 张建西(1978-),男,山西原平人,硕士,主要从事精细化学品和有机化工产品的合成研究. 甲基环戊二烯是一种重要的有机化工原料,可用来制备环氧树脂固化剂MNA [1],也可用于合成MM T (甲基环戊二烯三羰基锰)[2].但是,甲基环戊二烯与环戊二烯相比,在乙烯裂解所产生的C 52C 6组分中含量很少.因此,以环戊二烯为原料,经过甲基化反应制备甲基环戊二烯的研究,具有十分重要的意义.碳酸二甲酯(简称DMC )是近年来发展起来的一种新型“绿色”化工产品.它能代替剧毒的光气生产多种异氰酸酯、聚碳酸酯等及各种医药农药中间体.作为甲基化试剂,可代替剧毒的硫酸二甲酯.近年来,实验表明它是一种优良的甲基化、羰基化试剂[3].对于碳酸二甲酯,文献报道一般为在其它杂原子(如氧、氮等杂原子)上甲基化,而在碳原子上甲基化报道很少.以碳酸二甲酯为甲基化试剂,与环戊二烯和钠反应制备甲基环戊二烯.结果表明:此方法具有反应时间短、产物产率高、无污染物排放、后处理方便、无污染等优点.这是一条与环境友好的符合可持续发展战略的工艺路线.1 实验部分111 主要仪器与药品仪器:阿贝折光仪WZS 2Ⅰ型,上海光学仪器厂;SP501型气相色谱仪;CDMC 21B 色谱数据处理器,上海计算技术研究所.药品:金属钠,分析纯,天津丽东区大东化工厂;双环戊二烯,83%工业品,辽化;二乙二醇二甲醚,分析纯,苏州工业园区正兴化工研究院;碳酸二甲酯,化学纯,上海石油化工有限公司.分析条件:色谱柱:Φ3mm ×3m ;固定液:聚乙二醇20mol 10%;担体:Chromosorb G AW 2DMCS ,60~80目;柱温:70℃;汽化室:190℃;热导池检测器:150℃;桥电流:190mA ;氢气流速:60mL/min ;进样量:013μL.112 反应方程式 反应方程式如下:113 甲基环戊二烯的制备在通有氮气的干燥的250mL 圆底三口烧瓶中分别加入140mL 二乙二醇二甲醚,810g 金属钠,加热至钠呈熔融的液体状态时,立即开动搅拌器,将钠打成细小微粒,制成钠砂.将45g 新蒸环戊二烯滴入钠砂中,很快便可以观察到有大量气体产生.反应2h 后,气体产生缓慢,钠粒反应完全.再将30mL 蒸馏过的碳酸二甲酯滴入环戊二烯钠盐溶液中,反应1h 后,停止反应.所得产物经分馏得69~73℃产品为甲基环戊二烯,产率为8518%(产率以碳酸二甲酯计算).2 结果与讨论211 反应温度对产率的影响在以8g 钠为基准,n (环戊二烯)∶n (钠)∶n(碳酸二甲酯)=2.4∶1.2∶1,时间为110h 等条件确定的情况下,改变温度,其对甲基环戊二烯产率的影响见图1.图1 温度对产率的影响 由图1可知,反应温度对产率有较大影响.开始随温度的不断升高,反应速率逐渐增大,甲基环戊二烯产率逐渐升高,当反应温度为52℃时达到最大,为8518%.但当温度进一步升高时,由于环戊二烯二聚速率加快,导致甲基环戊二烯产率下降.因此,反应温度以52℃为宜.212 原料配比对产率的影响以8g 钠为基准,n (环戊二烯)∶n (钠)=2∶1,温度为52℃,时间为1h 等条件确定的情况下,改变原料配比n (环戊二烯)∶n (碳酸二甲酯),其对甲基环戊二烯产率的影响见图2.图2 原料配比对产率的影响由图2可知,当原料配比n (环戊二烯)∶n (碳酸二甲酯)逐渐增加时,甲基环戊二烯产率逐渐增大,当比例达到214时,甲基环戊二烯产率虽有所增加,但变化不大.因此,反应配比应控制在214为宜.213 反应时间对产率的影响在以8g 钠为基准,n (环戊二烯)∶n (钠)∶n (碳酸二甲酯)=2.4∶1.2∶1,温度为52℃等条件确定的情况下,改变反应时间,其对甲基环戊二烯产率的影响见图3.图3 反应时间对产率的影响由图3可知,碳酸二甲酯甲基化速率较快.当反应时间为1h 时产率已达8518%,当反应时间进一步增加时反应产率有所下降.因此,反应时间控制在1h 为宜.214 钠加入量对产率的影响在环戊二烯量为0168mol ,n (环戊二烯)∶n (碳酸二甲酯)=2.4∶1,时间为110h ,温度为52℃等条件确定的情况下,改变钠加入量,其对甲基环戊二烯产率的影响见图4.由图4可知,钠加入量对产率有较大影响.当钠为8g 时甲基环戊二烯产率已达8518%,其量再增加对反应产率没有较大影响,因此,钠加入量以8g 为宜.图4 钠加入量对反应产率的影响2沈 阳 化 工 学 院 学 报 2003年215 碘化钾试剂对产率的影响根据文献[4]在亲核取代反应中,由于I -碱性弱,是一个好的离去基团.在质子性溶剂中,碘离子体积大,电荷分散,溶剂化程度最小,其亲核性强,因此,可利用I -的高亲核性与其它试剂生成碘代烃,再利用I -是好的离去基团,易于和其它试剂作用以提高反应速度.根据文献[5],有些碳酸二甲酯甲基化反应中确实以碘化钾试剂为催化剂,因此,本实验在体系中加入一定量碘化钾,考察碘化钾对反应的影响.以8g 钠为基准,n (环戊二烯)∶n (钠)∶n (碳酸二甲酯)=2.4∶1.2∶1,时间为110h ,温度为52℃等条件确定的情况下,加入碘化钾试剂,其对甲基环戊二烯产率的影响见图5.图5 碘化钾试剂对反应产率的影响 由图5可知,碘化钾对反应产率影响不大,因此,反应中不加碘化钾.3 结 论(1)反应最佳条件:n (环戊二烯)∶n (钠)∶n (碳酸二甲酯)=2.4∶1.2∶1,温度为52℃,时间为110h ,产率可达8518%.(2)用色谱分析跟踪反应终点可以看出,此反应于常温(25℃)下,反应速度较快.这是由于环戊二烯负离子具有芳香性,因而较稳定,有利亲核取代反应,1h 后产品中甲基环戊二烯含量达到最高,为8518%.参考文献:[1] 上海树脂厂.环氧树脂生产与应用[M ].北京:燃料化学出版社,1984.14.[2] Rager V.Application of Methylcyclopentadienyl Ma 2nganese Tricarbonyl[J ].Oil &G as J.,1991,89(10):86.[3] 顾蕊瑛,刘蓉.碳酸二甲酯的开发应用[J ].江苏化工,1995,23(2):20-23.[4] 王积涛,等.有机化学[M ].天津:南开大学出版社,1993.222-224.[5] 吕胜初.用碳酸二甲酯作甲基化剂制二甲基对苯二酚[J ].天然气化工,1984,(4):21-25.Preparation of Methylcyclopentadiene with DimethylCarbonate and CyclopentadieneZHAN GJian 2xi , ZHAN G Da 2yang , L IU Rui 2xiang , ZHAO Ming 2yu(Shenyang Institute of Chemical Technology ,Shenyang 110142,China )Abstract : Methylcyclopentadiene (MCPD )was synthesized with dimethyl carbonate and cyclopentadiene.Some influential factors such as ratio of reactant ,reaction temperature ,reaction time ,quantity of sodium and potassium iodide were investigated.The suitable conditions were determined from experimental results.The yield of MCPD reached 85.8%.Key words : dimethyl carbonate ; methylcyclopentadiene ; cyclopentadiene ; synthesis3第1期 张建西,等:用碳酸二甲酯和环戊二烯制备甲基环戊二烯的研究。
第16卷 第1期2002.1沈阳化工学院学报JOU RN AL OF SHEN YAN G IN ST IT U T E OF CHEM I CAL T ECHNOL OGY Vol.16No.1Mar.2002收稿日期: 2001-11-02作者简介: 肖林久(1958-),男,辽宁庄河人,硕士,副教授,主要从事材料和多相催化的研究.文章编号: 1004-4639(2002)01-0001-04环戊二烯和甲醇催化甲基化制备甲基环戊二烯的研究催化剂性能的考察及反应条件的确定肖林久1, 谢 颖1, 杨瑞芹1, 赵鸣玉1, 宋学忠2(1.沈阳化工学院,辽宁沈阳110021;2.沈阳化学工业学校,辽宁沈阳110023)摘 要: 对环戊二烯和甲醇催化甲基化制备甲基环戊二烯的催化剂进行反应性能考察,结果表明:适宜的反应条件为反应温度450e ,物料配比CPD:甲醇为1B 2.5,气相空速1200h -1.此时,环戊二烯的转化率为60.6%,甲基环戊二烯的选择性为79.2%.关键词: 环戊二烯; 甲基环戊二烯; 甲基化; 催化反应中图分类号: T Q 231.2 文献标识码: A将文献[1]得到的催化剂用于环戊二烯(CPD)与甲醇制备甲基环戊二烯(MCPD)的反应中,考察各种因素对反应性能的影响,探索实用性能,由此确定该催化剂在上述反应中使用的适宜条件并同时得到由CPD 制备M CPD 反应的最佳效果.1 实 验实验过程及反应装置见文献[1].2 结果与讨论由文献[1]制得的催化剂,对其反应性能进行考察,以及CPD 和甲醇制备M CPD 的反应条件.2.1 温度对反应的影响反应温度(400~490e )对CPD 的转化率、M CPD 产率和产物的选择性的影响实验结果如图1所示.由图1(a)可知,CPD 的转化率均随温度的升高而上升.在450e 以前,近似呈线性上升,但450e 以后,其上升趋势变缓,这可能是由于反应进入了扩散控制区[2].MCPD 的选择性随温(a)CPD 转化率及M CPD 的选择性和产率1CPD 的转化率; 2M CPD 的选择性; 3M CPD 的产率(b)副产物的分布1DM CPD; 2苯; 3单烯图1 反应温度对催化剂性能的影响催化剂: 95213# 反应条件: 空速=1200h -1反应物配比: CPD B 甲醇=1B 2.5度的升高而下降,开始时呈缓慢的下降,接近470e 开始,下降幅度增加.而MCPD 的产率却随温度的升高,先升高后下降,在450e 呈现一个最高点.由图1(b)可知,反应系统中副产物随反应温度的变化情况,随着反应温度的升高,二甲基环戊二烯(DM CPD)的产率一直呈线性上升;而苯是随温度的升高稍有下降,但基本呈稳定状态,450e 以后,其分布量开始上升;甲基环戊烯和环戊烯(简称单烯)基本与苯呈相似的变化趋势.综合考虑CPD 的转化率,M CPD 的产率和副产物形成的量,反应温度应选在450e 附近.2.2反应物配比的影响a.CPD 转化率及M CPD 的选择性和产率1CPD 的转化率; 2M CPD 的选择性; 3M CPD的产率b.副产物的选择性1DM CP; 2苯; 3单烯图2 物料配比对反应性能的影响催化剂: 95213# 反应条件: 空速=1200h -1反应温度: 420e图2是95213催化剂在420e ,空速为1000h -1时,反应物料的配比对反应的影响情况:随甲醇配比的增加CPD 的转化率升高,MCPD 的选择性下降.参考图1(b)副产物的影响情况,当配比中,随着甲醇增加,CPD 转化率升高的同时,M CPD 甲基化产物也在增多、苯和环戊烯的选择性也在随之增高.因此,随反应物料配比中甲醇量的增加,M CPD 的产率开始时随之增加,在甲醇B CPD=2B 1以上时,达到稳定.从M CPD 的产率及经济的角度来看,反应的原料物料配比以甲醇B CPD 在2~3适宜.2.3 空速对反应性能的影响图3列出空速对CPD 转化率、MCPD 产率和选择性的影响.a.CPD 转化率及M CPD 的选择性和产率1CPD 的转化率; 2M CPD 的选择性; 3M CPD 的产率b.副产物的选择性1DM CP; 2苯; 3单烯图3 空速对反应性能的影响催化剂: 95213# 反应温度: 430e反应物配比: CPD B 甲醇=1B 2.5由图3(a)可知,CPD 的转化率随空速增加(或接触时间t 的下降)近似呈线性下降而M CPD 的选择性却升高,这是由于空速较小时(即接触时间较长),反应物的转化程度增大,但同时也对生成副产物有利,故MCPD 的选择性下降.由副产物与空速的关系的图3(b)可知,在空速较小(即反应的接触时间较长)时,副产中的2沈 阳 化 工 学 院 学 报 2002年二甲基环戊二烯(DMCPD)生成量较多,随着空速的增加(即接触时间的变小),其选择性明显下降,这说明二甲基环戊二烯是由M CPD 反应生成,二甲基环戊二烯是连串反应的结果;而苯也随反应的接触时间增加而增多,但其增加的速率却很缓慢,关于它的生成机理以及它是否再反应成其它化合物还有待于进一步的实验证明.副产物/环单烯0(即甲基环戊烯和环戊烯的总和)的选择性,在空速较大时,几乎不生成,随接触时间的增加,在产物体系中出现,且量随之增加.0环单烯0应是MCPD 和CPD 的加氢产物,而氢的来源可能是甲醇在碱性条件下脱氢或CPD 炭化的结果,因此,在反应进行到一定深度才开始产生.从M CPD 的产率考虑,在所考察的反应条件下,空速的选择为1200h -1左右,其M CPD 的产率最高.综上可见,从M CPD 的产率及副产物分布情况考虑,反应空速度应该选在1000~1200h -1之间,即接触时间3.0~ 3.6s 之间.此时M CPD 的产率可达43%.2.4 催化剂的活化再生由于反应组份中的CPD 和MCPD 均为较活泼的化合物,在具有酸性的催化剂上容易聚焦积炭,使反应活性下降.对95213#催化剂在一定的条件下,连续10多个小时反应,考察催化剂活性的变化情况,如图4所示.图4 反应活性随时间的变化由图4反应中CPD 的转化率随时间的变化可知,在大约180min 以前,催化剂基本上可保持稳定的活性,180min 以后反应活性逐渐下降,活性持续下将到600min 左右,又达到了一个稳定期.将上述活性下降的催化剂取出发现,催化剂的颗粒呈灰黑色,外表面也已严重积炭,为研究积炭失活后催化剂的活化问题,用热分析法考察清除积碳再生的条件,图5是空气条件下的DTA -T G 曲线.图5 失活催化剂的DTA -T G 图催化剂: 95213# 反应物配比: CPD B 甲醇=1B 2.5反应温度: 430e空速: 2000h -1由图5可知,强烈的放热峰和一定量的失重说明积碳被燃烧清除过程,大于300e 的大放热峰可能是外表面积碳氧化燃烧放热,外表面积碳在温度较低时即可清除,约500e 的小的放热峰可能是内表面积碳的燃烧结果.结果表明该催化剂在积碳失活后,可在550e 以上通空气活化恢复.我们将使用的催化剂在活性降低后,进行活化的试验.用上述测试同样量的催化剂,重复考察活性的条件,60min 时CPD 转化率为48.7%,连续反应12h,活性降低至CPD 的转化率为31.6%.经600e 、2h 焙烧活化后,测试结果,CPD 的转化率恢复至48.1%.可见催化剂的活性基本恢复.3 结 论1.通过对催化剂反应性能测试考察结果表明,反应的适宜条件是:反应温度450e ,物料配比为甲醇B CPD 为2.5B 1,空速(体积)1000~1200h -1.此时CPD 的转化率为60.6%,M CPD 的选择性为79.2%、产率达48.0%.2.催化剂因积碳降低时,在空气中经600e 、2h 焙烧活化,活性可基本得到恢复.3第1期 肖林久,等:环戊二烯和甲醇催化甲基化制备甲基环戊二烯的研究参考文献:[1]肖林久,邹谨,赵鸣玉,等.环戊二烯和甲醇催化甲基化制备甲基环戊二烯的研究(Ñ)催化剂的制备.中国科协第三届青年学术年会辽宁分会论文集[C].辽宁:辽宁大学出版社,1998.437-439. [2]王文兴.工业催化[M].北京:化学工业出版社,1978.106.Study on Catalytic Methylation of Cyclopentadiene toPrepare MethylcyclopentadieneXIAO Lin-jiu1,XIE Ying1,YANG Ru-i qin1,ZHAO M in-gyu,SONG Xue-zhong2(1.Shenyang Institute of Chemical Technology,Shenyang110021,China;2.Shenyang Chemical Technological School,Shenyang110023,China)Abstract:The activ ity of the catalyst for methylation of cyclopentadiene was investigated.The results showed that the suitable reaction conditions are as follows:reaction temperature is450e,the ratio of cyclopentadiene(CPD)to methanol is1B2.5,the space velocity(ml#h-1/ml)is1200h-1.Under the conditions the conversion for CPD is60.6%,the selectivity for methylcy clopentadiene(M CPD) 79.2%and the yield of the MCPD48.0%.Key words:cyclopentadiene;methylcyclopentadiene;methylation;catalysis 4沈阳化工学院学报2002年。
第17卷 第1期
2003.3
沈 阳 化 工 学 院 学 报
JOURNAL OF SHEN YAN G INSTITU TE OF CHEMICAL TECHNOLO GY
Vol.17 No.1
Mar.2003
文章编号: 1004-4639(2003)01-0001-03
用碳酸二甲酯和环戊二烯制备甲基环戊二烯的研究
张建西, 张大洋, 刘瑞祥, 赵鸣玉
(沈阳化工学院,辽宁沈阳110142)
摘 要: 以碳酸二甲酯为甲基化试剂,在二乙二醇二甲醚溶剂中,进行环戊二烯催化甲基化的研究.通过实验考察反应温度、反应时间、物料配比、催化剂量及碘化钾试剂对甲基环戊二烯产率的影响,确定反应最佳条件,甲基环戊二烯产率达8518%.
关键词: 碳酸二甲酯; 甲基环戊二烯; 环戊二烯; 合成中图分类号: TQ23112 文献标识码: A
收稿日期: 2002-07-12
作者简介: 张建西(1978-),男,山西原平人,硕士,主要从事精细化学品和有机化工产品的合成研究.
甲基环戊二烯是一种重要的有机化工原料,可用来制备环氧树脂固化剂MNA [1],也可用于合成MM T (甲基环戊二烯三羰基锰)[2].但是,甲基环戊二烯与环戊二烯相比,在乙烯裂解所产生的C 52C 6组分中含量很少.因此,以环戊二烯为原料,经过甲基化反应制备甲基环戊二烯的研究,具有十分重要的意义.
碳酸二甲酯(简称DMC )是近年来发展起来的一种新型“绿色”化工产品.它能代替剧毒的光气生产多种异氰酸酯、聚碳酸酯等及各种医药农药中间体.作为甲基化试剂,可代替剧毒的硫酸二甲酯.近年来,实验表明它是一种优良的甲基化、羰基化试剂[3].对于碳酸二甲酯,文献报道一般为在其它杂原子(如氧、氮等杂原子)上甲基化,而在碳原子上甲基化报道很少.
以碳酸二甲酯为甲基化试剂,与环戊二烯和钠反应制备甲基环戊二烯.结果表明:此方法具有反应时间短、产物产率高、无污染物排放、后处理方便、无污染等优点.这是一条与环境友好的符合可持续发展战略的工艺路线.
1 实验部分
111 主要仪器与药品
仪器:阿贝折光仪WZS 2Ⅰ型,上海光学仪器
厂;SP501型气相色谱仪;CDMC 21B 色谱数据处
理器,上海计算技术研究所.
药品:金属钠,分析纯,天津丽东区大东化工厂;双环戊二烯,83%工业品,辽化;二乙二醇二甲醚,分析纯,苏州工业园区正兴化工研究院;碳酸二甲酯,化学纯,上海石油化工有限公司.
分析条件:色谱柱:Φ3mm ×3m ;固定液:聚乙二醇20mol 10%;担体:Chromosorb G AW 2DMCS ,60~80目;柱温:70℃;汽化室:190℃;热导池检测器:150℃;桥电流:190mA ;氢气流速:60mL/min ;进样量:013μL.112 反应方程式
反应方程式如下:
113 甲基环戊二烯的制备
在通有氮气的干燥的250mL 圆底三口烧瓶中分别加入140mL 二乙二醇二甲醚,810g 金属钠,加热至钠呈熔融的液体状态时,立即开动搅拌器,将钠打成细小微粒,制成钠砂.将45g 新蒸环戊二烯滴入钠砂中,很快便可以观察到有大量气
体产生.反应2h 后,气体产生缓慢,钠粒反应完
全.再将30mL 蒸馏过的碳酸二甲酯滴入环戊二烯钠盐溶液中,反应1h 后,停止反应.所得产物经分馏得69~73℃产品为甲基环戊二烯,产率为8518%(产率以碳酸二甲酯计算).2 结果与讨论
211 反应温度对产率的影响
在以8g 钠为基准,n (环戊二烯)∶n (钠)∶n
(碳酸二甲酯)=2.4∶1.2∶1,时间为110h 等条件确定的情况下,改变温度,其对甲基环戊二烯产率的影响见图
1.
图1 温度对产率的影响
由图1可知,反应温度对产率有较大影响.开
始随温度的不断升高,反应速率逐渐增大,甲基环戊二烯产率逐渐升高,当反应温度为52℃时达到最大,为8518%.但当温度进一步升高时,由于环戊二烯二聚速率加快,导致甲基环戊二烯产率下降.因此,反应温度以52℃为宜.212 原料配比对产率的影响
以8g 钠为基准,n (环戊二烯)∶n (钠)=2∶
1,温度为52℃,时间为1h 等条件确定的情况下,改变原料配比n (环戊二烯)∶n (碳酸二甲酯),其对甲基环戊二烯产率的影响见图
2.
图2 原料配比对产率的影响由图2可知,当原料配比n (环戊二烯)∶n (碳酸二甲酯)逐渐增加时,甲基环戊二烯产率逐渐增大,当比例达到214时,甲基环戊二烯产率虽有所增加,但变化不大.因此,反应配比应控制在214为宜.
213 反应时间对产率的影响
在以8g 钠为基准,n (环戊二烯)∶n (钠)∶n (碳酸二甲酯)=2.4∶1.2∶1,温度为52℃等条件确定的情况下,改变反应时间,其对甲基环戊二烯产率的影响见图
3.
图3 反应时间对产率的影响
由图3可知,碳酸二甲酯甲基化速率较快.当
反应时间为1h 时产率已达8518%,当反应时间
进一步增加时反应产率有所下降.因此,反应时间控制在1h 为宜.
214 钠加入量对产率的影响
在环戊二烯量为0168mol ,n (环戊二烯)∶n (碳酸二甲酯)=2.4∶1,时间为110h ,温度为52℃等条件确定的情况下,改变钠加入量,其对甲基环戊二烯产率的影响见图4.
由图4可知,钠加入量对产率有较大影响.当钠为8g 时甲基环戊二烯产率已达8518%,其量再增加对反应产率没有较大影响,因此,钠加入量以8g 为宜
.
图4 钠加入量对反应产率的影响
2沈 阳 化 工 学 院 学 报 2003年
215 碘化钾试剂对产率的影响
根据文献[4]在亲核取代反应中,由于I -碱性弱,是一个好的离去基团.在质子性溶剂中,碘离子体积大,电荷分散,溶剂化程度最小,其亲核性强,因此,可利用I -的高亲核性与其它试剂生成碘代烃,再利用I -是好的离去基团,易于和其它试剂作用以提高反应速度.根据文献[5],有些碳酸二甲酯甲基化反应中确实以碘化钾试剂为催化剂,因此,本实验在体系中加入一定量碘化钾,考察碘化钾对反应的影响.
以8g 钠为基准,n (环戊二烯)∶n (钠)∶n (碳酸二甲酯)=2.4∶1.2∶1,时间为110h ,温度为52℃等条件确定的情况下,加入碘化钾试剂,其对甲基环戊二烯产率的影响见图
5.
图5 碘化钾试剂对反应产率的影响
由图5可知,碘化钾对反应产率影响不大,
因此,反应中不加碘化钾.
3 结 论
(1)反应最佳条件:n (环戊二烯)∶n (钠)∶n (碳酸二甲酯)=2.4∶1.2∶1,温度为52℃,时间为110h ,产率可达8518%.
(2)用色谱分析跟踪反应终点可以看出,此反应于常温(25℃
)下,反应速度较快.这是由于环戊二烯负离子具有芳香性,因而较稳定,有利亲核取代反应,1h 后产品中甲基环戊二烯含量达
到最高,为8518%.
参考文献:
[1] 上海树脂厂.环氧树脂生产与应用[M ].北京:燃料
化学出版社,1984.14.
[2] Rager V.Application of Methylcyclopentadienyl Ma 2
nganese Tricarbonyl[J ].Oil &G as J.,1991,89(10):86.
[3] 顾蕊瑛,刘蓉.碳酸二甲酯的开发应用[J ].江苏化
工,1995,23(2):20-23.
[4] 王积涛,等.有机化学[M ].天津:南开大学出版社,
1993.222-224.
[5] 吕胜初.用碳酸二甲酯作甲基化剂制二甲基对苯二
酚[J ].天然气化工,1984,(4):21-25.
Preparation of Methylcyclopentadiene with Dimethyl
Carbonate and Cyclopentadiene
ZHAN GJian 2xi , ZHAN G Da 2yang , L IU Rui 2xiang , ZHAO Ming 2yu
(Shenyang Institute of Chemical Technology ,Shenyang 110142,China )
Abstract : Methylcyclopentadiene (MCPD )was synthesized with dimethyl carbonate and cyclopentadiene.Some influential factors such as ratio of reactant ,reaction temperature ,reaction time ,quantity of sodium and potassium iodide were investigated.The suitable conditions were determined from experimental results.The yield of MCPD reached 85.8%.
Key words : dimethyl carbonate ; methylcyclopentadiene ; cyclopentadiene ; synthesis
3
第1期 张建西,等:用碳酸二甲酯和环戊二烯制备甲基环戊二烯的研究。