712-50-5/一步法合成環(huán)己基苯基甲酮

背景及概述

環(huán)己基苯基甲酮是一種重要的醫(yī)藥、染料中間體。主要是合成鎮(zhèn)痙藥環(huán)己基苯基甲醇的重要原料，同時(shí)是合成以此為基體的α位取代產(chǎn)物光固化劑1-羥基環(huán)己基苯甲酮的中間體。目前國(guó)內(nèi)外一般采用傅克酰基化反應(yīng)來合成制備環(huán)己基苯基甲酮。該方法分為兩步:首先環(huán)己基甲酸與氯化亞砜反應(yīng)生成環(huán)己基酰氯，然后環(huán)己基酰氯與苯在三氯化鋁催化下發(fā)生傅克?；磻?yīng)生成環(huán)己基苯基甲酮。在整個(gè)反應(yīng)過程中，放出有毒氣體SO2和HCl，嚴(yán)重污染環(huán)境，并且環(huán)己基酰氯及催化劑三氯化鋁具有腐蝕性，對(duì)設(shè)備要求高。

制備

本文采用一氧化錳為催化劑，以苯甲酸和環(huán)己基甲酸為原料一步合成環(huán)己基苯基甲酮。該方法工藝簡(jiǎn)單，反應(yīng)產(chǎn)物主要是產(chǎn)品環(huán)己基苯基甲酮、水和CO2，無三廢污染。

主要試劑

環(huán)己基甲酸(CCA)，工業(yè)級(jí);碳酸錳，化學(xué)純;苯甲酸(BA)，二氧化錳，丙酮均為分析純。

反應(yīng)流程

使用FYX0。1永磁旋轉(zhuǎn)攪拌高壓釜進(jìn)行反應(yīng)。在高壓釜中加入苯甲酸(BA)、環(huán)己基甲酸(CCA)和催化劑，通入氮?dú)馀懦龈邏焊械目諝狻ｊP(guān)閉通氣閥門，打開攪拌器，開始升溫。當(dāng)升到指定溫度后保持此溫度繼續(xù)反應(yīng)。反應(yīng)完畢后，將高壓釜爐膛從爐套中取出，放入冷水中冷卻至室溫。打開高壓釜，取出物料，加入丙酮，在超聲波震蕩器中震蕩10min使有機(jī)相充分溶解，通過布氏漏斗過濾組成，計(jì)算收率。如此震蕩過濾3次，采用液相色譜分析濾液的組成，計(jì)算收率?？梢杂蓽p壓蒸餾濾液得到較為純凈的環(huán)己基苯基甲酮。

結(jié)果與討論

錳鹽或氧化物催化合成環(huán)己基苯基甲酮反應(yīng)機(jī)理

錳鹽或氧化物為催化劑的反應(yīng)中，由苯甲酸、環(huán)己基甲酸與催化劑生成羧酸錳鹽C6H5COO-Mn-OOCC6H11，產(chǎn)物環(huán)己基苯基甲酮?jiǎng)t主要由羧酸錳鹽高溫?zé)峤馍?。其反?yīng)為自由基歷程，機(jī)理如下:

圖1環(huán)己基苯基甲酮制備反應(yīng)方程式

反應(yīng)中還生成少量二苯甲酮、二環(huán)己基甲酮、蒽醌、三苯甲烷等副產(chǎn)物。

催化劑的選擇

選擇MnO，MnO2，MnCO3三種不同物質(zhì)作為催化劑進(jìn)行反應(yīng)。使用MnCO3來制備MnO:在通入氮?dú)獗Ｗo(hù)的同時(shí)把MnCO3加熱至400℃使之分解為MnO，反應(yīng)2h。在反應(yīng)物摩爾比n苯甲酸∶n環(huán)己基甲酸=1∶1.2，反應(yīng)溫度330℃，反應(yīng)時(shí)間2h，催化劑的用量為n總酸∶n催化劑(以Mn計(jì))=1∶1.2的反應(yīng)條件下，研究它們?cè)诤铣森h(huán)己基苯基甲酮過程中的催化活性(以環(huán)己基苯基甲酮的收率計(jì))。實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，使用MnO為催化劑所得結(jié)果是比較好的。

MnO催化合成環(huán)己基苯基甲酮反應(yīng)條件的優(yōu)化

催化劑用量對(duì)環(huán)己基苯基甲酮收率的影響，在所優(yōu)選的4個(gè)因素中，催化劑使用量對(duì)反應(yīng)的影響最大。變化規(guī)律是環(huán)己基苯基甲酮的收率隨加入催化劑的量增多而增大。在所進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)總酸與催化劑(以Mn計(jì))用量之比為2∶1時(shí)，環(huán)己基苯基甲酮收率最高。從反應(yīng)機(jī)理可知，總酸與催化劑(以Mn計(jì))的理論用量之比為2∶1。當(dāng)催化劑用量減少時(shí)，反應(yīng)速度慢，環(huán)己基苯基甲酮收率較低。催化劑用量增大時(shí)，由于采用工業(yè)手段分離催化劑上的殘余物和還原催化劑的工藝比較復(fù)雜，要消耗更多的試劑，很不經(jīng)濟(jì)。因此催化劑用量取n總酸∶n催化劑=2∶1比較合適。

加入的原料兩種酸量之比對(duì)環(huán)己基苯基甲酮收率的影響，加入的原料兩羧酸的量之比對(duì)環(huán)己基苯基甲酮的收率有較大影響。如果兩酸中的一種剛好沒有α-H原子，則它相對(duì)來說自

縮合反應(yīng)較小，它就應(yīng)該相對(duì)另一種酸過量，這樣就可以抑制另一種酸的自縮合反應(yīng)。在這里，苯甲酸是沒有α-H原子的酸，故我們?cè)谒鰧?shí)驗(yàn)中選擇苯甲酸過量。在所進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)nBA∶nCCA=2∶1時(shí)，環(huán)己基苯基甲酮收率最高。故加入的兩酸物質(zhì)摩爾比選擇nBA∶nCCA=2∶1較為合適。

反應(yīng)溫度對(duì)環(huán)己基苯基甲酮收率的影響，反應(yīng)溫度對(duì)環(huán)己基苯基甲酮收率也有較大的影響。實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)反應(yīng)溫度為345℃時(shí)，環(huán)己基苯基甲酮收率最高。反應(yīng)在280℃開始進(jìn)行，溫度太低時(shí)反應(yīng)進(jìn)行不充分;溫度太高時(shí)副反應(yīng)增加，催化劑易失活。因此，反應(yīng)溫度取345℃是較合適的。

反應(yīng)時(shí)間對(duì)環(huán)己基苯基甲酮收率的影響，在所選的4個(gè)因素中，本因素對(duì)環(huán)己基苯基甲酮收率的影響最小。當(dāng)反應(yīng)時(shí)間為4h時(shí)，環(huán)己基苯基甲酮收率最高。故選擇反應(yīng)時(shí)間為4小時(shí)較為適宜。

從正交實(shí)驗(yàn)的分析結(jié)果得到反應(yīng)的優(yōu)化條件:反應(yīng)溫度345℃，反應(yīng)時(shí)間4h，催化劑用量n總酸∶n催化劑=2∶1，原料酸用量nBA∶nCCA=2∶1。在此條件下進(jìn)行反應(yīng)，得到環(huán)己基苯基甲酮收率為56.4%，高于實(shí)驗(yàn)中其他組合條件下的收率。CCA的轉(zhuǎn)化率為98.1%。因此上述條件即為本反應(yīng)的最優(yōu)反應(yīng)條件。

結(jié)論

(1)在所選的錳系催化劑中，MnO催化苯甲酸與環(huán)己基羧酸反應(yīng)合成環(huán)己基苯基甲酮具有較高的活性，無毒，無污染，反應(yīng)操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。

(2)MnO催化苯甲酸與環(huán)己基羧酸反應(yīng)合成環(huán)己基苯基甲酮，適宜的反應(yīng)條件為:反應(yīng)溫度345℃，反應(yīng)時(shí)間4h，催化劑用量n總酸∶n催化劑=2∶1，原料酸用量nBA∶nCCA=2∶1。在此條件下，環(huán)己基苯基甲酮收率可達(dá)56.4%，CCA的轉(zhuǎn)化率為98.1%

(3)MnO催化劑的活性隨重復(fù)使用次數(shù)的增加而逐漸降低，有待于進(jìn)一步改進(jìn)。

參考文獻(xiàn)

[1] Schommer, Charles, Ebel, et al.Preparation of ketones:The United States.US 4950763[ P] .1989-07-18