正丙苯的合成研究

鄭行行，王蕊娜，李效軍

（河北工業大學 化工學院，天津 300130）

正丙苯的合成研究

鄭行行，王蕊娜，李效軍

（河北工業大學 化工學院，天津 300130）

以苯和丙酸為起始原料，經酰氯化、Freidel-Crafts酰基化和沃爾夫-克斯尼爾-黃鳴龍還原反應合成了正丙苯。采用1H NMR方法分析了產物結構。表征結果顯示，中間產物及最終產物為目標化合物。考察了反應物的摩爾比、反應溫度和反應時間對各反應的影響。實驗結果表明，合成中間產物丙酰氯、苯丙酮和最終產物正丙苯的各反應的優化條件分別為：n（氯化亞砜）∶n（丙酸）=1∶1.1，120 ℃反應6 h；n（丙酰氯）∶n（AlCl3）∶n（苯）=1∶1.1∶8.5，50 ℃反應2 h，80 ℃反應4 h；n（苯丙酮）∶n（水合肼）∶n（KOH）=1∶4∶2，120 ℃反應2 h，160 ℃反應4 h。在優化的反應條件下，丙酰氯、苯丙酮和正丙苯的收率分別可達73.5%，90.1%，95.6%。

正丙苯；苯丙酮；丙酰氯；Freidel-Crafts酰基化；沃爾夫-克斯尼爾-黃鳴龍還原

烷基苯是重要的化工產品，可直接作為溶劑，也是合成其他重要化工原料的中間體［1］。正丙苯可用于紡織染料、印刷、醋酸纖維溶劑及合成聚丙烯成核劑（雙-1，3，2，4-（4’-丙基亞芐基）-1-丙基山梨醇［2］）的中間體，該成核劑具有成核效率高、透明度大、生物適應性好和氣味小等優點［3-4］。

以烯烴［5］、1-氯代烷烴［6］或一級醇為烷基化試劑與苯反應時，這些烷基化試劑在酸催化作用下形成的碳正離子易發生重排，得到的產物通常以異烷基苯為主。因此需開發反應過程短、操作簡單且能避免碳正離子重排的高純度正丙苯的合成路線。

本工作以苯和丙酸為主要起始原料，經酰氯化反應［7-8］、Freidel-Crafts酰基化反應［9］以及沃爾夫-克斯尼爾-黃鳴龍還原反應［10-11］合成了正丙苯，并考察了反應物的摩爾比、反應時間和反應溫度對產物的收率及純度的影響。

1 實驗部分

1.1 儀器和試劑

BEIFEN-SP3420型氣相色譜儀：北京北分瑞利分析儀器集團；AC-400型核磁共振儀：400 MHz，Brucker公司。

丙酸、氯化亞砜、苯、無水AlCl3：分析純，天津市江天化工技術有限公司；水合肼、一縮二乙二醇：分析純，天津大學科威公司；KOH：純度不小于85.0%（w），天津博迪化工股份有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 丙酰氯的合成

向裝有球形冷凝管（連接尾氣干燥吸收裝置）、溫度計和磁力攪拌的250 mL四口瓶內加入0.55 mol丙酸，攪拌下，于1～2 h內自恒壓滴液漏斗中緩慢滴加0.5 mol氯化亞砜（滴加溫度低于20℃）；滴畢，迅速升溫至120 ℃回流，攪拌反應6 h；反應完畢，將反應液冷卻至25 ℃，常壓蒸餾，收集78～81 ℃的餾分，產物為無色或淡黃色液體。

1.2.2 苯丙酮的合成

向裝有球形冷凝管（連接尾氣干燥吸收裝置）、溫度計和磁力攪拌的250 mL四口瓶內加入0.22 mol無水AlCl3和1.4 mol苯，攪拌冷卻下，滴加含0.2 mol丙酰氯的苯溶液0.28 mol約1.5 h；滴畢，升溫至50 ℃反應2 h；再加熱至80 ℃反應4 h；反應結束后，冷卻，滴加80 mL蒸餾水至白色沉淀完全溶解，靜置分液；水相用苯萃取兩次，合并有機相，經堿洗、水洗，常壓蒸出苯，再減壓收集120～130 ℃（-0.09 MPa）的餾分，產物為無色或淡黃色透明液體。

產物的1H NMR （400 MHz，CDCl3）表征結果（化學位移δ）：7.936～7.959（d，2H，CH）；7.273～7.449（m，2H，CH）；7.506～7.545（m，1H，CH）；2.947～3.002（m，2H，CH2）；1.192～1.238（m，3H，CH3）。1H NMR表征結果顯示，產物與目標化合物苯丙酮的結構相符。

1.2.3 正丙苯的合成

向裝有球形冷凝管、溫度計和機械攪拌的250 mL四口瓶內加入0.6 mol KOH、8.4 g H2O、苯丙酮、一縮二乙二醇；加熱攪拌待KOH全部溶解后，加入33 mL 80%（w）的水合肼，升溫至120 ℃反應2 h；加分水器在160 ℃下保溫分水4 h，反應結束。常壓蒸餾收集150～160 ℃的餾分，產物為無色透明狀液體。

產物的1H NMR （400 MHz，CDCl3）的表征結果（δ）：7.148～7.200（d，3H，CH）；7.248～7.285（m，2H，CH）；2.559～2.598（m，2H，CH2）；1.611～1.667（m，2H，CH2）；0.919～0.956（m，3H，CH3）。1H NMR表征結果顯示，產物與目標化合物正丙苯的結構相符。

2 結果與討論

2.1 丙酰氯的合成

2.1.1 合成丙酰氯的反應機理

丙酰氯由丙酸和氯化亞砜經酰氯化反應合成（見式（1））。丙酸與氯化亞砜反應生成混酸酐，由于羥基為易離去的基團從而使羰基碳上的正電荷數增加，親核試劑（Cl-）進攻羰基碳生成丙酰氯。該反應的優點：產物中的HCl和SO2都為氣體，容易分離，因此是合成丙酰氯的通用方法之一。2.1.2 反應物摩爾比的影響

丙酰氯易水解，一般通過蒸餾方法將其他產物或未反應完的反應物與其分離。氯化亞砜的沸點（76 ℃）與丙酰氯的沸點（80 ℃）相近，后處理時分離較困難。通過實驗初步確定丙酸過量有利于反應。n（氯化亞砜）∶n（丙酸）對丙酰氯收率的影響見表1。由表1可看出，當n（氯化亞砜）∶n（丙酸）=1∶1.0時，不能反應完全，收率不高；當n（氯化亞砜）∶n（丙酸）=1∶1.1時，收率最高；丙酸用量繼續增加，收率反而降低，因為過量的丙酸會與生成的丙酰氯發生副反應生成副產物酸酐。選擇n（氯化亞砜）∶n（丙酸）=1∶1.1較適宜。

表1 n（氯化亞砜）∶n（丙酸）對丙酰氯收率的影響Table 1 Influence of n(sulfoxide chloride)∶n(propanoic acid) (r1)on the yield of propionyl chloride

2.1.3 反應時間的影響

反應時間對丙酰氯收率的影響見表2。由表2可看出，隨反應時間的延長，收率增加，當反應時間為6 h時收率最高，可達73.5%；此后繼續延長反應時間，收率反而降低。這是因為反應物中的丙酸是過量的，反應時間太長，過量的酸會與生成的丙酰氯發生副反應，使收率降低；且反應時間過長也會使丙酰氯少量揮發。反應時間為6 h較適宜。

表2 反應時間對丙酰氯收率的影響Table 2 Influence of reaction time on the yield of propionyl chloride

2.2 苯丙酮的合成

2.2.1 合成苯丙酮的反應機理

苯丙酮由丙酰氯在無水AlCl3的催化下與苯經Freidel-Crafts酰基化反應合成（見式（2））。丙酰氯先與AlCl3結合得到復合物R（O），復合物中的碳正離子再進攻苯環得到酮與AlCl3的絡合物，絡合物經水解得到相應的酮。該反應的優點：由于酰基是一個間位定位基，當苯環上的一個氫原子被酰基取代后，該苯環會自行終止反應，不會出現生成多元取代混合物的現象，因此反應收率一般都很高，且生成的副產物HCl為氣體，容易分離。

2.2.2 催化劑用量的影響

為提高轉化率，催化劑AlCl3的用量應比理論值稍多。n（丙酰氯）∶n（AlCl3）對苯丙酮的收率及純度的影響見表3。

表3 n（丙酰氯）∶n（AlCl3）對苯丙酮的收率和純度的影響Table 3 Influences of n(propionyl chloride)∶n(AlCl3) (r2) on the yield and purity of propiophenone

由表3可看出，當n（丙酰氯）∶n（AlCl3）=1∶1.0時，純度和收率均較低；當n（丙酰氯）∶n（AlCl3）=1∶1.1時，收率和純度最高；繼續增加AlCl3的用量，收率呈下降趨勢，可能因為過量的AlCl3與苯丙酮形成絡合物的量增加，后處理時分解不徹底，導致收率下降。選擇n（丙酰氯）∶n（AlCl3）=1∶1.1較適宜。

2.2.3 苯用量的影響

在合成苯丙酮的反應中，苯既是反應物又是溶劑。n（丙酰氯）∶n（苯）對苯丙酮的收率及純度的影響見表4。由表4可看出，隨苯用量的增加，收率和純度均增大；當n（丙酰氯）∶n（苯）=1∶8.5時，收率和純度最高；此后繼續增加苯的用量，收率和純度變化不大。選擇n（丙酰氯）∶n（苯）=1∶8.5較適宜。

表4 n（丙酰氯）∶n（苯）對苯丙酮的收率和純度的影響Table 4 Influences of r3 on the yield and purity of propiophenone

2.2.4 反應時間的影響

反應時間對苯丙酮收率和純度的影響見表5。

表5 反應時間對苯丙酮的收率和純度的影響Table 5 Influences of reaction time on the yield and purity of propiophenone

由表5可看出，隨反應時間的延長，收率和純度均增大；當反應時間為4 h時，收率達90%以上，純度可達99.1%（w）；繼續延長反應時間，純度雖稍有提高，但收率下降。其原因可能是反應時間過長，AlCl3與苯丙酮生成絡合物的量增加，后處理時水解不徹底，導致苯丙酮的回收有所損失。綜合考慮，80 ℃下反應時間以4 h為宜。

2.3 正丙苯的合成

2.3.1 合成正丙苯的反應機理

正丙苯由苯丙酮與水合肼經沃爾夫-克斯尼爾-黃鳴龍還原反應合成（見式（3））。將酮還原成亞甲基化合物的方法通常有兩種：克萊門森還原反應，即在酸性條件下用鋅汞齊作還原劑，該反應的缺點是會產生大量的重金屬副產物污染環境；沃爾夫-克斯尼爾-黃鳴龍還原法相對清潔，其反應機理是醛或酮和肼反應生成腙，腙在堿催化劑的作用下發生質子的可逆加成和消除反應，形成偶氮化合物的負離子，負離子在高溫下分裂出N后和質子結合形成亞甲基化合物。對于脂肪基醛酮或芳基醛酮，中間體腙在堿催化下可生成和反應物結構一致的還原產物。

2.3.2 KOH用量的影響

n（苯丙酮）∶n（KOH）對正丙苯的收率及純度的影響見表6。由表6可看出，當n（苯丙酮）∶n（KOH）=1∶2時，收率和純度均較好；繼續增加KOH的用量，純度雖有所增加，但收率降幅較大。選擇n（苯丙酮）∶n（KOH）=1∶2較適宜。

表6 n（苯丙酮）∶n（KOH）對正丙苯的收率及純度的影響Table 6 Influences of n(propiophenone)∶n(KOH)(r4) on the yield and purity of n-propylbenzene

2.3.3 反應時間的影響

在合成正丙苯的反應中，120 ℃下苯丙酮與80%（w）水合肼先生成腙，然后升溫至160 ℃腙發生分解反應得苯丙酮。反應時間對正丙苯的收率和純度的影響見表7。

表7 反應時間對正丙苯的收率及純度的影響Table 7 Influences of reaction time on the yield and purity of n-propylbenzene

由表7可看出，在120 ℃反應2 h，然后在160 ℃反應4 h時，收率達95.6%，純度達95.0%（w）；在120 ℃下即使反應時間延長，收率和純度也不再提高。160 ℃下的反應時間如縮短至3 h，收率和純度均降低，因為在此階段如反應時間太短則生成的腙不能完全分解，導致收率降低。120 ℃下反應2 h然后160 ℃下反應4 h較適宜。

3 結論

（1）合成丙酰氯適宜的反應條件為：n（氯化亞砜）∶n（丙酸）=1∶1.1、反應時間6 h。在此條件下，丙酰氯收率可達73.5%。

（2）合成苯丙酮適宜的反應條件為：n（丙酰氯）∶n（AlCl3）∶n（苯）= 1∶1.1∶8.5，50 ℃反應2 h、80 ℃反應4 h。在此條件下，苯丙酮的收率為90.1%，純度為99.1%（w）。

（3）合成正丙苯適宜的反應條件為：n（苯丙酮）∶n（水合肼）∶n（KOH）=1∶4∶2；120 ℃反應2 h、160 ℃反應4 h。在此條件下，正丙苯的收率為95.6%，純度為95.0%（w）。

［1］ 高志成. 二十四烷基苯的制備［J］. 石油化工，1991，20（8）：571 - 574.

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［3］ 張友強，梁勇芳. 聚丙烯成核劑的研究與發展［J］. 工程塑料應用，2010，38（2）：85 - 88.

［4］ Xu T，Lei H，Xie C S. The Effect of Nucleating Agent on the Crystalline Morphology of Polypropylene(PP)［J］.Mater Des，2003，24（3）：227 - 230.

［5］ 雷志剛，陳標華，李成岳. 苯與烯烴烷基化反應的研究進展［J］. 化學反應工程與工藝，2002，18（1）：1 - 5.

［6］ 王莉. 苯與氯乙烷烷基化制乙苯的研究［D］. 北京：北京化工大學，2011.

［7］ 喻名強，劉廣義，尹興榮，等. 酰氯的合成方法及其應用新進展［J］. 精細化工中間體，2011，41（4）：1 - 7.

［8］ 信建峰，馬吉海，張樹芬，等. 酰氯制備方法綜述［J］. 河北化工，2006，29（11）：16 - 20.

［9］ Universal Oil Products Company. Process for the Acylation of Aromatic Hydrocarbons：US，3883594［P］. 1975-05-13.

［10］ 陶風崗，許臨曉，邵黎明，等. 黃鳴龍還原法中溶劑作用的討論［J］. 有機化學，1983，9（1）：25 - 28.

［11］ Taber D F，Stachel S J. On the Mechanism of the Wolff-Kishner Reduction［J］.Tetrahedron Lett，1992，33（7）：903 -906.

（編輯 鄧曉音）

Synthesis of n-Propylbenzene

Zheng Xingxing，Wang Ruina，Li Xiaojun
（School of Chemical Engineering and Technology，Hebei University of Technology，Tianjin 300130，China）

n-Propylbenzene was synthesized from benzene and propionic acid by acyl chlorination，Friedel-Crafts acylation and Wolff-Kishner-Huang Minlon reduction. The structures of the intermediates and product were tested and verified by means of1H NMR. The effects of the mole ratios of the reactants，reaction temperatures and reaction times on the reactions were investigated.The results indicate that under the optimum reaction conditions for the propionyl chloride synthesis ofn(sulfoxide dichloride)∶n(propionic acid) 1∶1.1，reaction temperature 120 ℃ and reaction time 6 h，for the propiophenone synthesis ofn(propionyl chloride)∶n(AlCl3)∶n(benzene) 1∶1.1∶8.5，reaction temperature 50 ℃ for 2 h and then 80 ℃ for 4 h，and for then-propylbenzene synthesis ofn(propiophenone)∶n(hydrazine hydrate)∶n(KOH) 1∶4∶2，reaction temperature 120 ℃ for 2 h and then 160 ℃ for 4 h，the yields of propionyl chloride，propiophenone andn-propylbenzene can reach 73.5%，90.1% and 95.6%，respectively.

n-propylbenzene；propiophenone；propionyl chloride；Friedel-Crafts acylation；Wolff-Kishner-Huang Minlon reduction

1000 - 8144（2012）09 - 1056 - 04

TQ 241.14

A

2012 - 02 - 27；［修改稿日期］2012 - 05 - 30。

鄭行行（1988—），女，河南省駐馬店市人，碩士生，電話 022 - 60202469，電郵 zheng.xing1988@163.com。聯系人：李效軍，電話 022 - 26582469，電郵 lixiaojun@hebut.edu.cn。