1。1 苯胺合成方法的研究进展
至今为止,生产苯胺的方法已经比较成熟,常见的方法有苯酚氨解法、硝基苯铁粉还原法、硝基苯催化加氢还原法和氯化苯胺化法。其中工业上最主要的生产方法是硝基苯加氢还原法。
1。1。1 苯酚氨解法
将气化后的苯酚和过量的氨混合,加入的反应器,并在反应器中事先加入氧化硅-三氧化二铝,在400-480℃下进行反应,生成水和苯胺。冷凝后的反应物进入氨回收塔,回收循环使用的氨气。含水苯胺通过干燥脱水和蒸馏得到最终产品苯胺。
图1。1 苯酚氨解反应
1。1。2 硝基苯铁粉还原法
把氯化亚铁溶液、硝基苯和磨碎的铁屑依次加入间歇反应器中,温度加热到100℃,在回流条件下进行反应。然后使用石灰间歇中和,再用分离器分离,分成氧化铁泥浆、有机相和水相。其中,有机相是虹吸管,通过汽提蒸馏过程得到苯胺。在分离器中加热物料,从而回收残留的苯胺。加热后倒入其他容器后,用水稀释并轻微搅拌,使氧化铁粉末从没有反应的铁屑中溢流分离出来,没有反应的铁屑沉淀在容器的底部。最后,把氧化铁粉末进一步进行洗涤、过滤和干燥,从而得到联产的氧化铁颜料。理论上,苯胺的收率用硝基苯计算约为95%。
图1。2 硝基苯铁粉还原反应
1。1。3 硝基苯加氢还原法
在流化床反应器中,氢气通过电解盐水产生,再通过氢氧化钠溶液,进行旋风分离和活性炭吸附等步骤净化后,再把温度加热到350-400℃,进入蒸发器。与此同时,在蒸发器中加入适量的硝基苯,和氢气混合后,把温度降到180-223℃,通过流化床底部进入混合气体,在床内的硅胶铜催化剂作用下发生反应。最后,床顶排出生成的粗苯胺与水蒸气,再通过粗苯胺冷凝器冷却、分离及精馏,最终得到产物。
图1。3 硝基苯加氢还原反应
1。1。4 氯苯氨化法
在反应温度200-210℃,大气压5。86-6。55MPa的条件下,用氯化亚铜当催化剂,氨和氯苯发生反应,生成苯胺,单程转化率在中等以上,总收率很高,约为96%。
图1。4 氯苯氨化反应
1。2 芳香族化合物选择性硝化的研究进展
上个世纪50年代,Ingold[4]清楚地指出亲电取代是硝化反应的反应机理,反应的实质可能是芳环被硝酰阳离子(NO2+)进攻生成硝化产物。后来,在许多学者的大量实验下,证实了硝酰阳离子确实存在[5-7]。所以,Ingold的亲电硝化理论也被人们广泛接受,从而成为研究硝化反应过程中的可能机理的重要依据。它的主要内容是芳环由于被亲电试剂(NO2+)进攻,形成σ-配合物(wheland中间体),然后再快速脱离一个质子,从而生成硝基化合物。硝化反应通常是指含硝基的试剂与底物发生亲核取代的反应,硝化试剂一般选择硝酸或混酸等。芳香族化合物的亲电硝化是目前工业上合成硝化芳烃最传统的方法,存在着很多缺点,比如环境污染严重、反应产生大量有机废酸和废物、要求设备的耐腐蚀性比较高和生成目标产品的选择性较差,同时后续处理费用昂贵[8]等,跟环境质量的发展要求不符合。因此,对芳香族化合物选择性硝化反应的研究具有广阔的应用前景。特别是研究开拓新的硝化路径的方面,一向特别活跃,这主要围绕着优化硝化反应的环境以及提高硝化产物的选择性,降低乃至消除反应过程的环境污染。
近些年来,芳烃化合物的选择性硝化有较快的发展,特别是温和的有区域选择性的方法发展很快 [9],主要有以下三类方法:1。原位硝化(ipso-Nitration)[10]:将芳烃化合物上带有的特定官能团通过进行官能团转化来发生硝化反应;2。通过亲电取代机理,直接对芳烃进行硝基化的反应;3。在钯、铜或铑等过渡金属的催化条件下,利用官能团(一般为含N杂环)的导向作用,把邻位的C-H键活化,生成相应的硝基化产物。