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硕士学位论文对甲氧基苯甲醛的合成及工艺优化 摘要对甲氧基苯甲醛用途广泛，产品附加值高，是一种重要的精细化工 中间体，近年来随着国内外需求的不断增长，它的工业化生产和合成工 艺的不断完善越来越得到重视。本文探索了以对羟基苯甲醛钠盐（系对 羟基苯甲醛工业装置中间产品）为原料制备及生产对甲氧基苯甲醛的新 工艺。.首先，以对羟基苯甲醛钠盐为原料，实验室合成了对甲氧基苯甲醛。对该工艺合成反应原料配比、反应温度及反应时间等影响因素进行了重 点研究，并结合正交实验优化得到了最佳反应工艺条件。对羟基苯甲醛 钠盐法生产对甲氧基苯甲醛合成反应最佳工艺条件为：反应温度：60 C；反应时间：3.5 h；硫酸二甲酯与对羟基苯甲醛钠盐的摩尔比：1.25:1。工艺优化后实验室合成产品收率为89.41%0其次，采用实验室优化后的工艺条件，以对羟基苯甲醛钠盐法替代 传统对羟基苯甲醛法，利用新合成工艺在工业化生产装置上生产出质量 合格的对甲氧基苯甲醛产品，验证了对羟基苯甲醛钠盐法生产工艺工业 化的可行性，简化了传统工艺的生产步骤。工业试生产产品纯度达到 99.21%,产品收率达到81.9%。最后，通过对兰州石油化工红叶精细化工公司200吨/年对甲氧基 苯甲醛生产装置过滤、精馅、真空等工序生产过程及工艺的改进，进一 步完善了对羟基苯甲醛钠盐法生产工艺，装置产能提高56%,产品收率 提高到84.8%o关键词：对甲氧基苯甲醛 对羟基苯甲醛钠盐 工艺优化Abstractp-methoxybenzaldehyde is an important fine chemical intermediate with high additional value,which is widely used in industrial fields.In recent years,the synthesis methods are more and more focused with the market demand increasing.In this thesis,a novel synthesis method of p-methoxybenzaldehyde via p-hydroxy benzaldehyde sodium salt as a material is presented.p-methoxybenzaldehyde is prepared by p-hydroxy benzaldehyde sodium in laboratory and the effects of the reaction factors such as mole ratio,reaction temperature and reaction time have been investigated.The reaction conditions are optimized by orthogonal tests.The highest yield of production is 89.4%at the optimized condition with which the reaction temperature is 60*C,the reaction time is 3.5 hours and the mole ratio of dimethylsulfate andp-hydroxy benzaldehyde sodium salt is 1.2 5:1.p-methoxybenzaldehyde is produced by an industrial unit under optimized reaction conditions.Compared with conventional preparation procedure of p-methoxybenzaldehyde,the new approach beginning p-hydroxy benzaldehyde sodium salt is more simple in the production process.The industrial product purity can reach to 99.2 1%and the yield of the production can reach to 81.9%.Finally,the industrial equipment of p-methoxybenzaldehyde has been improved on Hitration,distillation,and vacuum system etc.processes,and the technology for manufacturing p-methoxybenzaldehyde from p-hydroxy benzaldehyde sodium salt was perfected,the results show that the production capacity increased by 56%and yield of p-methoxybenzaldehyde up to 84.8%.Key words:夕-methoxybenzaldehyde,p-hydroxy benzaldehyde sodium salt,technology optimization中国石油大学（北京）硕士论文第1章前言第1章前言1.1 对甲氧基苯甲醛简介对甲氧基苯甲醛，又名大茴香醛、茴香醛，化学名称为4-甲氧基苯 甲醛。由于它具有持久的山楂香气，因此广泛用于配制甜花香型、丁香 和山楂香型等多种香精，也可用于食品、糖类及饮料用香精的配制；同 时，对甲氧基苯甲醛也是有机合成的重要中间体。对甲氧基苯甲醛用途广泛，产品附加值高，是一种重要的精细化工 中间体，近年来随着国内外需求的不断增长，它的工业化生产和合成工 艺的不断完善越来越得到重视。对甲氧基苯甲醛合成路线众多，主要有天然原料提取法和化学合成 法四。天然植物提取法工艺复杂、对环境污染大、收率低，目前已被淘 汰；化学合成法根据原料不同，主要有对甲苯酚法、苯酚法、苯甲醛 法、对羟基苯甲醛甲基化合成法等几种合成路线14】，其中对羟基苯甲 醛法以对羟基苯甲醛为原料，先在碱性条件下反应生成对羟基苯甲醛 钠，然后以硫酸二甲酯为甲基化试剂进行反应制得对甲氧基苯甲醛。此 法反应温和易操作，收率较高，是一种实际应用的合成方法。目前国内生产厂家基本均采用对羟基苯甲醛甲基化合成法生产对 甲氧基苯甲醛，但由于原料及技术的限制，产量均维持在较低水平。1.2 本文研究工作目前，随着对甲酚氧化合成对羟基苯甲醛工业化生产工艺的逐渐成 熟，以对羟基苯甲醛为原料来合成对甲氧基苯甲醛的工艺也就越发显现 其优越的地位，本文研究直接利用对羟基苯甲醛装置的中间产物对羟 基苯甲醛钠盐进行甲基化反应来生产对甲氧基苯甲醛，从而简化了传统 对羟基苯甲醛法生产对甲氧基苯甲醛的生产工艺，减少了碱熔工序，并 且中间产物对羟基苯甲醛钠盐也无需提纯，实现该工艺工业化具有重大 中国石油大学(北京)硕士论文 第1章 前言意义。由于对羟基苯甲醛的工业化生产目前国内外普遍采用较为先进的 对甲酚氧化法，其中间产物就是对羟基苯甲醛钠盐，故由对羟基苯甲醛 钠盐直接生产对甲氧基苯甲醛，可大大节约生产成本。兰州石油化工公 司红叶精细化工公司拥有目前国内规模最大的对羟基苯甲醛生产装置，生产能力为年产对羟基苯甲醛600吨，其生产工艺也是采用对甲酚直接 氧化法，氧化剂为氧气，中间产品对羟基苯甲醛钠盐还需经过酸化、过 滤、重结晶、烘干等工序才能得到对羟基苯甲醛成品。故而在工业装置 上直接采用对羟基苯甲醛钠盐为原料工业化生产出质量合格的对甲氧 基苯甲醛，既开发开拓了对羟基苯甲醛的下游产品，增加对羟基苯甲醛 的生产量，又降低了对甲氧基苯甲醛的生产成本，具有成本优势，原材 料也不会受限，另外，由于国内还没有该直接法工艺的工业化生产装置，其工艺具有较高的工业实用价值。1.2.1 论文研究的具体内容(1)对羟基苯甲醛钠盐法制取对甲氧基苯甲醛的工业化生产工艺路线整 体是否可行。(2)对羟基苯甲醛钠盐法制取对甲氧基苯甲醛的工业化装置的生产过程 及生产制约因素。.(3)对其中的合成反应工序重点研究，研究各因素(反应物的配比、反 应时间、反应温度等)对合成反应收率的影响，优化合成反应工艺 条件。(4)改进实际工业化装置的生产过程及工艺，使之更利于生产，降低原 料消耗，提高装置产量及生产效率。1.2.2 论文拟解决的关键问题(1)对羟基苯甲醛钠盐法制取对甲氧基苯甲醛的工业化合成工艺路线是 否成功。(2)工业化产品的收率及原材料消耗如何，如何提高产品收率，降低原材料消耗。2中国石油大学(北京)硕士论文第1章前言(3)各种反应条件对合成反应的影响分析，对合成反应条件进行优化。1.2.3 论文拟采取的研究方法、技术路线(1)论文拟采取的研究方法先在实验室验证对羟基苯甲醛钠盐法制取对甲氧基苯甲醛合成工 艺的整体可行性，之后对合成工序重点研究，结合正交实验找到最佳工 艺条件，以此来确定工业化生产的工艺指标，并以实验现象及数据指导 工业化生产。通过工业化试生产得到的实际数据和工业化产品的表征来验证对 羟基苯甲醛钠盐法生产对甲氧基苯甲醛工艺工业化的可行性，并针对生 产实际中存在的问题对生产过程及工艺加以改进，进一步完善该工艺。(2)论文拟采取的技术路线采用对羟基苯甲醛甲基化制取对甲氧基苯甲醛的工艺路线，利用兰 州石油化工红叶精细化工公司600吨/年对羟基苯甲醛装置的中间产物 对羟基苯甲醛钠盐为原料生产对甲氧基苯甲醛。1.2.4 论文研究工作的目标本课题研究目标为在兰州石油化工红叶精细化工公司以对羟基苯 甲醛钠盐为原料工业化生产出质量合格的对甲氧基苯甲醛产品，并对合 成工艺条件进行优化；解决工业化生产中出现的问题，改进生产工艺，提高产品收率，提高装置生产效率，增加生产装置的经济效益。中国石油大学（北京）硕士论文第2章文献综述第2章文献综述2.1 概述21世纪精细化工成为世界化学工业发展与竞争的焦点，随着科学 技术的进步，许多精细化学品被源源不断的开发出来,服务与造福人类,这些精细化学品的合成依赖于新型的高质量的精细化工中间体的生产，因此开发与生产新型的精细化工中间体颇具发展前景，一方面可以促进 我国精细化学品的产业化，另一方面出口前景看好。这些精细化工中间 体一般用途广，合成技术难度大，附加值高，市场处于成长期，发展潜 力大。本文介绍的对甲氧基苯甲醛即是这样的一种重要精细化工中间 体，近年来随着国内外需求的不断增长，它的工业化生产和生产工艺的 不断完善越来越得到重视。对甲氧基苯甲醛又称大茴香醛、茴香醛，学名4-甲氧基苯甲醛，室 温下为无色油状液体。自从18世纪Cahours以稀硝酸处理大茴香油以 来，有关它的合成和应用研究至今仍是一个非常活跃的话题。对甲氧基 苯甲醛具有持久芬芳的山楂香气，广泛用于配制甜花香型、丁香和山楂 香型等多种香精，它在山楂花、葵花、紫丁香香精中做主体香料，在桂 花香精中作修饰剂，它也可用于日用香精和食品香精，与蜜桔等的精油 配合，效果很好。同时它也是有机合成的重要中间体，用途广泛：在医 药工业中用于制造抗微生物的药物羟氨芳青霉素等，是抗组胺药物的中 间体；另外，作为无氟镀锌DE添加剂的优良光亮剂，能在较宽的电流 密度范围内提高阳极极化，获得光亮镀层；此外它还是合成咋咻类光敏 剂的中间体。对甲氧基苯甲醛合成路线众多，主要有天然原料提取法和化学合成 法。天然植物提取法：对甲氧基苯甲醛存在于茴香油、蔚萝油、金合欢 花油、香荚兰浸膏等天然原料中，可以加入一些氧化剂和分解剂来提取 对甲氧基苯甲醛，即大茴香醛。但此工艺工艺复杂、对环境污染大、收 4中国石油大学（北京）硕士论文第2章文献综述率低，目前已被淘汰；化学合成法根据原料的来源不同，主要有以下几 种合成路线：（1）对甲苯酚法：以对甲酚为原料，甲基化生成对甲基苯甲 酸，然后氧化而得产品，氧化剂一般选用重铝酸钾、高镒酸钾或二氧化 锦等。此法甲基化收率低，反应时间长，副产物较多，对设备要求也较 高，因此目前没有大量推广使用。（2）苯酚法：以硫酸二甲酯为甲基化剂，对苯酚进行甲基化得苯甲醛，然后进行氯甲基化反应，再经水解将氯甲 基转变为醛基制得对甲氧基苯甲醛。该方法原料来源较广，但生产工艺 路线长，难度大，目前只见小试报道。（3）苯甲渔法：以苯甲醛（愈创木 酚的下脚料）为原料，以N,N二甲基甲酰胺（DMF）为甲酰化剂得到醛基 的工艺路线。此方法优点为原料价廉易得，减少二次工业污染，但是副 产物多，分离设备要求条件高，产品收率70%左右，国内只有小试报道，未见工业化产品。（4）对羟基苯甲醛甲基化合成法：以对羟基苯甲醛为原 料，先在碱性条件下反应生成对羟基苯甲醛钠盐，然后以硫酸二甲酯为 甲基化试剂进行反应制得。此法反应温和易操作，收率较高，是一种实 际应用的合成方法。2.2 对甲氧基苯甲醛的性质简介对甲氧基苯甲醛，又名大茴香醛、茴香醛，化学名称为4-甲氧基苯 甲醛，结构式如图2/所示。图2-1 对甲氧基苯甲醛结构式对甲氧基苯甲醛分子式为CH30c6H4 CHO,常温常压下为无色油状 液体，能与醇、酸相混溶，微溶于水；其沸点为2 4 7C,分子量为136.15；折光率（2 0C）为 1.571 1.574；密度（2 5C）为 1.1191.12 2 g/cn?。2.3 对甲氧基苯甲醛的反应应用对甲氧基苯甲醛是重要的精细化工中间体，在香料、医药、电镀、5中国石油大学(北京)硕士论文第2章文献综述有机合成等方面应用广泛，由于其结构中同时带有烷氧基和醛基，同时 又属于芳香醛类，故而以其为原料的合成发展迅速，下面仅介绍几个它 的典型反应应用：(1)对甲氧基苯甲醛和甲醛在碱性乙醇溶液中发生康尼查罗反应，生 成甲氧基苯甲醇。该品具有略带甜味的茴香香气，常用于配制茉莉、紫丁香等香精，适用于配制香水，也用于有机合成和溶剂。(2)以对甲氧基苯甲醛为原料，经环合反应、碱水解和脱甲基反应可以 得到对羟基苯甘氨酸，对羟基苯甘氨酸是广谱抗生素阿莫西林、头 抱哌酮(cefbperazone)、头胞罗奇(cefbprozil)等的中间体回。(3)对甲氧基苯甲醛与苯乙酮和芳香胺在少量浓盐酸或HCl-EtOH溶液 催化下可直接进行Mannich反应，合成相应的Mannich碱网。(4)用对甲氧基苯甲醛、对羟基苯甲醛与邻苯二胺可直接合成1-(对甲氧 基芳基)-2-(对甲氧基苯基卜苯并咪哇、1-(对羟基苇基)2(对羟基苯 基)-苯并咪喋，合成方法简单，产率较高(60%以上)。含苯并咪哇配 体的配位化学是配位化学领域中的一个十分活跃的课题，含苯并咪 哇的过渡金属配合物常用作为SOD活性中心的模拟物。近年来，此 类杂环化合物的合成及其生物活性研究日益成为杂环化学研究的热 点叫(5)以对甲氧基苯甲醛为原料，醋酸筱为催化剂，采用微波辐射技术，经Knoevenagel反应，在无溶剂条件下可以合成对甲氧基肉桂酸【可。对甲氧基肉桂酸酯类是UVB区的良好吸收剂，国外曾先后研制对甲 氧基肉桂酸酯类的合成路线，如以对甲氧基苯甲醛为原料由Perkin 反应制备的法国专利【闭、以对甲氧基苯甲醛为原料由醇醛缩合反应 制备的美国专利【叫、以对甲氧基卤苯为原料由Heck偶联反应制备的 德国专利和日本专利均等，其中对甲氧基肉桂酸2-乙基己酯能有 效防止2 80nm310nm的紫外线，并且对皮肤无刺激作用，安全性能 好，几乎是一种理想的防晒剂。而对甲氧基肉桂酸正是合成此类防 晒剂的中间体回。6中国石油大学(北京)硕士论文第2章文献综述2.4 对甲氧基苯甲醛的用途对甲氧基苯甲醛又名大茴香醛，广泛用于配制花香型的香料。在山 楂花、葵花、紫丁香香精中作主体香料，在铃兰香精中作和香剂，在桂 花香精中作修饰剂，它也可用于日用香精和食品香精，我国GB2 760-86 规定其为暂时允许使用的食用香料，主要用以配制香草、香辛料、杏、奶油、茴香、焦糖、樱桃等型香精，与蜜橘等的精油配合，效果更好。由于合成香料不受气候和地理条件的限制，发展迅速“工同时它也用于 制造医药中间体及药物羟芳基青霉素，早期用于合成对羟基苯甘氨酸。对甲氧基苯甲醛还用于制备血管扩张剂、抗组胺剂、利胆剂胆唯他等药 品，如以其为原料合成的盐酸硫氮卓酮可以用于改善狭心症、心绞痛等 疾病；另外还可以作为防紫外线的化妆品原料。在电镀行业作为无氟镀 锌DE添加剂的优良光亮剂，它能在较宽的电流密度范围内提高阳极极 化，获得光亮镀层，为环保创造了有利条件。对甲氧基苯甲醛用途广泛，产品附加值高，是一种重要的精细化工 中间体【，下面对其多方面用途分述如下：2.4.1 作为添加剂(1)应用于香料工业中当对甲氧基第甲醛与其他芳香物质(特别是苯乙醇)混合时，香料 的抗氧化能力会显著增强，香味也会更为持久。对甲氧基苯甲醛通常应 用于香料工业、肥皂、化妆品和食品香精中。它具有天然芬芳的花香，类似山楂香气。(2)应用于电镀行业在电镀行业中，对甲氧基苯甲醛的特有属性使它能够应用于许多电 镀过程，从镀锌、镀铜、镀铜锌合金到镀铅锡合金等，它都可以作为优 良光亮剂。(3)应用于农业中的杀虫剂对甲氧基苯甲醛被加入1605(一种杀虫剂)、敌敌畏等农药中后，可显著增强这些杀虫剂的毒性作用，从而应用于农业中，可以使杀虫更 7中国石油大学（北京）硕士论文 第2章 文献综述为有效。2.4.2 作为防腐剂作为防腐剂，对甲氧基苯甲醛还可以有效降低金属浸入酸中的阴极 保护电流（例如，铝合金浸入4 mol/dn?盐酸溶液中），从而有效防止或 延缓金属腐蚀。2.4 3作为抑制剂对甲氧基苯甲醛可作为植物生长抑制剂，抑制植物的萌芽和过度生 长。另外，由于它还可以阻止癌细胞的生长，从而还可作为抗癌剂。2.4.4作为杀虫剂对甲氧基苯甲醛可作为用于室内使用的杀蜻剂的重要成份。2.4 6作为中间体对甲氧基苯甲醛是许多合成药品及化学工业原料的重要中间体，例 如合成抗组胺剂等药品，它还可用来生产茴香睹、茴香脑等重要精细化 工产品，同时对甲氧基苯甲醛也是合成液晶材料的重要中间体，在许多 液晶合成中都有应用。2.5 对甲氧基苯甲醛的生产情况及需求对甲氧基苯甲醛，英文名称为p-methoxybenzaldchyde或 4-methoxybenzaldehyde 及 anisaldehyde 简称 PMB。目前国外对甲氧基苯甲醛的生产厂家主要是在日本（约有8家）“久 日本催化剂公司，年产量约1000吨，主要用于出口；日本田边制药公 司，年产量近200吨，主要用于制造血管扩张剂盐酸硫氮卓酮；另外，BASF、BayerDegussa%日本住友等公司也有生产磔。对甲氧基苯甲醛是我国较早生产的芳香醛之一，国内生产对甲氧基 苯甲醛的厂家主要有沈阳精细化工总厂（300吨/年）、金坛华盛化工助 剂公司（150吨/年）、无锡中亚华发化工有限公司（200吨/年）、张家港 港都精细化工有限公司（200吨/年），另外还有江都海辰化工有限公司，8中国石油大学（北京）硕士论文第2章文献综述嘉兴步云染化厂、张家港东昌化工厂等厂家生产，总生产能力在800吨 以上121目前年产量在400500吨左右。对甲氧基苯甲醛产品国内用量较少，主要出口欧美。其产品售价约 为7万元/吨，而在日本对甲氧基苯甲醛价格高达2000日元/kg。对甲 氧基苯甲醛的出口主要销往美国、法国、意大利、荷兰、瑞士、澳大利 亚及香港等30多个国家和地区。据预测【列，国际市场今后需求量为对 甲氧基苯甲醛500吨/年。预计到2008年，国内需求和出口量总和将超 过800吨。国内外目前生产对甲氧基苯甲醛的工业装置其合成路线众多，目前 工业化及具有工业化前景的主要有以下几种合成方法：一是以对甲酚为 原料，甲基化生成对甲基苯甲醯，然后氧化而得产品对甲氧基苯甲醛，氧化剂一般选用重铝酸钾、高钵酸钾或二氧化镒等；二是中国科技大学 开发的以对甲氧基苦醇为原料，聚苯乙烯磺酰氯为载体，通过Komblum 反应，采用固相方法得到产品对甲氧基苯甲醛；三是以对羟基苯甲醛与 硫酸二甲酯在相转移催化剂的作用下制备对甲氧基苯甲醛；四是以苯甲 酸为原料，N,N-二甲基甲酰胺为甲酰化剂制备对甲氧基苯甲醛的工艺路 线。生产企业中采用后两种合成工艺者居多。2.6 对甲氧基苯甲醛的合成方法对甲氧基苯甲醛的制备方法众多，但由于原料及技术的限制，其中 大多为实验室合成，现将其合成制备方法分述如下：2.6.1 天然原料提取法对甲氧基苯甲醛存在于茴香油、前萝油、金合欢花油、香荚兰浸膏 等天然原料之中。提取时，可用臭氧、高镒酸钾或红矶钠硫酸液，在存 在对氨基苯磺酸的条件下氧化这些天然原料，之后从精油中分离出茴香 脑，以黄血盐、水、亚硫酸氢钠等适当的分解剂将其分解，切断丙烯基 的双键，即生成大茴香醛，即对甲氧基苯甲醛。按茴香脑计，对甲氧基 苯甲醛收率60%l2 31o9中国石油大学(北京)硕士论文第2章文献综述天然原料提取法工艺路线落后，对环境污染大，产品收率低，目前 已不再使用。2.6.2 化学合成法化学合成法根据原料的来源不同，有多种工艺路线。化学合成对甲 氧基苯甲醛主要有下面几种方法：(1)对甲苯酚法由对甲酚先进行进行甲基化反应生成对甲基苯甲醛，然后氧化对甲 基苯甲醛而得到对甲氧基苯甲醛。实际应用中，甲基化试剂通常为硫酸二甲酯。对甲基苯甲醛的氧化过程有以下几种不同的实现形式：耙气相催化氧化:催化剂成分为V2 O5-P2 O5-C11O-K2 so4,反应温度693 803Kb.液相催化氧化：如使用Co(OAc)2、Mn(0Ac)2、Ce(OAc)3体系作为液 相催化氧化催化剂，对甲氧基苯甲醛收率会显著提高到60%o最佳 的催化剂是Co(OAc)2-Ce(OAc)3-Cr(OAc)3体系，对甲氧基苯甲醛的 收率会提高到76%。c.液相氧化：氧化剂为硫酸二盐或格盐、铳盐、铮盐等。d.电化学氧化：电化学氧化法避免了使用大量的有毒氧化剂，象铝盐、钵盐等，而这些有毒氧化剂对我们的环境造成极大污染。并且电化 学氧化法容易建立整个过程的自动控制。电化学氧化可分为直接电 化学氧化和间接电化学氧化。对甲苯酚法生产对甲氧基苯甲醛甲基化收率低，反应时间长，氧化 深度较难控制，副产物对甲氧基苯甲酸含量较高，并且该生产方法对氧 10中国石油大学（北京）硕士论文第2章文献综述化设备要求高，生产工艺三废污染严重，总收率不高。因此，目前该方 法没有大量推广使用。（2）苯酚法a.以硫酸二甲酯为甲基化剂，对苯酚进行甲基化得到苯甲醛；然后进行 氯甲基化反应将苯甲醛引入氯甲基，得对甲氧基氯芾，并用乌洛托 品成盐CH30c6H4 cH2（CH2）6N4 C1；再经水解将氯甲基转变为醛基制 得对甲氧基苯甲醛。+（ch3）2so4ZnCI2HCH0+HCL该方法原料来源较广，但生产工艺路线过长，生产难度大，目前只 见小试报道。b.另一种以苯酚为原料的生产方法为:11中国石油大学(北京)硕士论文第2章文献综述苯酚法生产对甲氧基苯甲醛的这两种方法的共同缺点是生产流程 过长，生产难度大。(3)对甲氧基苯甲醇的氧化对甲氧基苯甲醇在氧化剂的作用下直接被氧化生成对甲氧基苯甲 醛。.20H-CHp-CHOa.氧化过程可使用氧气或空气来氧化，催化剂为Pt-C,Pd-C,V2O5,(NH4)2 Ce(NO3)5 等。b.氧化过程也可使用其它氧化剂，比如次氯酸钠、氟代噎咤、铝盐、钮盐和铝盐等。对甲氧基苯甲醇法生产对甲氧基苯甲醛产品收率不高，并且生产成 本较高。(4)对甲基苯甲醛法利用KMnO4,KzCnS或MnOz等氧化剂氧化对甲基苯甲醛制得产 物：此法收率不高，三废污染较严重。姚卫东等【冽介绍了空气气相催化氧化对甲基苯甲醛制备对甲氧基 苯甲醛的新方法。该反应是近期来研究报道比较多的一种方法，以 MnO3-P2 05 V2 O5-P2 O5-Q1O-K2 so4、V2O5/CaO-MgO 等作为催化剂，在较高温度下直接将芳香煌氧化为芳香醛。12中国石油大学(北京)硕士论文第2章文献综述空气气相催化氧化法合乎环保要求，对环境污染小，但因反应温度 过高，因此存在着安全性和催化剂寿命问题，至今未能用于工业化生产。另外空气液相催化氧化法也是目前人们最感兴趣的一种方法，近来采用 此方法制备芳香醛的专利也较多已久但是因为芳香醛较芳香燃易于氧 化，当转化率增加时，则生成醛的选择性会减小，因此选择合适的反应 条件及催化剂成为该方法的关健，文献介绍钻盐在催化空气液相氧化反 应方面有良好效果12支(5)茴香脑法茴脑(anethole),亦称大茴香脑、茴香脑、异草蒿脑、对丙烯基茴香 酸等，化学名为1-甲氧基-4-(1-丙烯基)-苯。由茴脑制备大茴香醛即对甲 氧基苯甲醛的主要方法有重铭酸盐法、硫酸-硝酸银法、二氧化铉法、臭氧化法和电合成法等磔)，化学反应式如下：重辂酸盐法和硫酸-硝酸银法是较为古老的合成方法，对甲氧基苯 甲醛收率较低，约50%左右，该法存在制备条件苛刻、操作困难、生产 成本高、环境污染严重等缺点，在生产上难以应用。钟文海雨对二氧化钵法制备大茴香醛的工艺进行改进，以高品位天 然软钛粉(MnOz)和稀硫酸为氧化剂，对茴油中茴脑进行氧化。在反应过 程中加入阻聚剂，反应混合物用气压分离技术进行分离，避免使用有毒 的甲苯进行萃取，大茴香醛的质量收率达74%。刘利华等研究以臭氧为氧化剂，由天然茴脑氧化制备大茴香醛工 13中国石油大学(北京)硕士论文第2章文献综述艺，并对该氧化工艺进行了优化选择确定，根据选用的工艺条件进行了 试验，大茴香醛总收率达85%。李则林等画以茴脑为原料,用石墨或钛基钉为阳极,不锈钢为阴极,在乙醇水溶液中以O.2 5mol/L硫酸为支持电解质，茴脑直接电解氧化制 备对甲氧基苯甲醛，大茴香醛收率为60%左右。大茴香脑氧化法生产对甲氧基苯甲醛由于受天然资源限制，成本很 高，现已很少采用。对甲氧基苯甲酰氯法对甲氧基苯甲酰氯在酸性条件下被还原为对甲氧基苯甲醛。该反应主要使用的还原剂为：NaBHj-MeCN-CdCh/DMF,NaBH3CN-CuSO4-Ph3P 等。该法生产对甲氧基苯甲醛原料来源困难。对甲氧基苯甲酸法对甲氧基苯甲酸在酸性条件下被还原为对甲氧基苯甲醛。该反应主要使用的还原剂为：NaHSO3,BH3-Me2 s等。对甲氧基苯甲酸法生产对甲氧基苯甲醛原料来源困难，原材料成本 高。(8)对甲氧基苯廉法9ch3 och3 och3(CHJ2cH-MgBr xK-Catalysts Fe、Hg等的盐或氧化物)等。该法仅为实验室合成。(9)对甲氧基溟苯法该生产方法仅为实验室合成。(10)对甲基硝基苯法对甲基硝基苯在过硫化钠作用下生成对硝基苯甲醛，之后硝基被转 化为羟基，生成对羟基苯甲醛，对羟基苯甲醛甲基化生成对甲氧基苯甲 醛。该生产方法工艺流程长，原料成本高。(11)甲苯法a.甲苯首先硝化生成对甲基硝基苯,然后按照对甲基硝基苯法生产对甲 氧基苯甲醛。b.另一种方法是在CH2 cL溶液中，使用CH30H和H2 s作为支持电15中国石油大学(北京)硕士论文第2章文献综述解液，甲苯溶液被电解，从而在阳极获得对甲氧基苯甲醛。甲苯法生产对甲氧基苯甲醛工艺流程长，原料成本高。(12)苯甲醛法a.苯甲醛甲酰化法：采用Vilsmeier Haack反应合成，用N-甲基-N-甲酰 苯胺和三氯氧磷与苯甲醛反应来制备对甲氧基苯甲醛。以苯甲醛(愈 创木酚的下脚料)为原料，以N,N-二甲基甲酰胺(DMF)为甲酰化剂 来合成目的产品，此反应反应式如下：此方法优点为原料价廉易得，减少二次工业污染，但是副产物多，分离设备要求条件高，产品收率70%左右，国内只有小试报道，未见工 业化产品。b.以苯甲醛为原料的另外一条工艺路线此工艺方法现今仍在使用，但工艺复杂。(13)利用Grignard试剂的甲酰化反应合成对甲氧基苯甲醛Meyers等啰噌报道了含氮、氧原子的杂环化合物4,5二氢嗯哇的 16中国石油大学(北京)硕士论文第2章文献综述甲基碘盐与Grignard试剂作用制备醛的反应。西北大学化学系岳可芬等 画利用该反应，用杂环化合物1,3二取代苯并咪哇盐与Grignard试剂 反应制备得到对甲氧基苯甲醛。苯并咪哇盐中只有氮原子，没有氧原子，氮原子对镁盐的络合作用较弱，因而加成产物主要是苯并咪哇烷，水解 后为醛，反应如下：Rt=CH3,X=l;R/C6H5cH2，X=CI此法较难实现工业化。(14)对羟基苯甲醛法对羟基苯甲醛与硫酸二甲酯在碱性环境下进行烷基化反应制得产 物。这条工艺路线是目前各国工业化大多采用的方法，此法反应温和易 操作，收率比上述各方法高，是一种实际应用的合成方法。它的不足之 处是生产时间长，反应收率还有待进一步提高。本文通过对生产工艺的 改进后，使此法操作更为简便，产品收率得到进一步提高。(15)间接电化学氧化法电解氧化分为直接电解和间接电解。对甲氧基苯甲醛的生成采用间 接电化学氧化法，根据原料的不同，主要有以下几种合成方法：a.对甲酚法杨爱云等即以对甲苯酚为原料，用池外式电化学氧化法合成对甲氧 基苯甲醛。应用媒介间接电合成对甲氧基苯甲醛，分为化学过程和电化 17中国石油大学(北京)硕士论文第2章文献综述学过程两部分。b.对甲基苯甲醛法目前国内外文献报道3叫 亦有采用间接电氧化法以Ce4+/Ce3+为 氧化还原媒质合成对甲氧基苯甲醛：9CH3 cho4Ce/+H20-4Ce3*+fj+4 H+CH3 och3或采用5072-产做媒质，用电氧化法生成的Cr2(V.将对甲基苯 甲醛氧化成产物对甲氧基苯甲醛口叫OCH3 cho2Cr2O/-+3(fj+16H+-42+3+11H2OCH3 och3反应生成的Cr3+返回电解槽中重新电氧化8】。C.茴香脑法李则林等人均研究发现当以石墨或钛基钉为阳极，不锈钢为阴极，80%90%体积的乙醇水溶液为溶剂，0.2 5mol/LH2 so4为支持电解质，且茴香脑的浓度不大于015mol/L时，控制阳极电位为1.31.5V电解,可得茴香醛的产率为60%左右，与化学法相当，但该法避免了氧化剂的 污染或后处理，操作简便，产物易于分离提纯。杨爱云等卬网也对茴香 脑电解氧化制取茴香醛的条件也进行了优化。d.甲苯法在上文甲苯法中己有介绍。目前，河北师范大学化学学院电化学研究所已建成我国第一个间接 电氧化法合成对甲氧基苯甲醛的中试基地，并且在该基地中试运转获得 18中国石油大学(北京)硕士论文第2章文献综述成功。电解化学过程具有与化学试剂或催化反应不同的特点13支在适当的 条件下容易得到较高的选择性和收率；使用的化学药品较简单；产物较 易分离并能得到较高纯度的产品；原料和劳动力成本较低；反应条件一 般比较温和；三废少，环保问题简单；但有机物在电解液中的溶解度低,需要特殊的反应介质；物料扩散速度慢，传质不好，有时需要强制循环;需要有持久高效又耐腐蚀的电极材料和隔膜材料；另外电能消耗大也是 一个重要制约因素。间接电化学氧化法生产对甲氧基苯甲醛提供了一种可行的新方法，但由于生产效率低，较难工业化。2.63对甲氧基苯甲醛的实验室合成方法对甲氧基苯甲醛的实验室合成方法采用对羟基苯甲醛法：将配制好 的28%氢氧化钠141 g(0.99 mol)加入到1000 mL的烧瓶中,在搅拌下分别 加入对羟基苯甲醛112.5 g(0.9 mol),溶剂50 g。升温至85C,滴加硫酸 二甲酯保温lh,再次补加28%氢氧化钠24 g(0.168 mol),升温脱水5h,反应至14 0C结束。冷却至室温加入300 mL的水搅拌静至分层，得粗 品174 g,油相在真空度19 mmHg,温度14214 5c下进行蒸储得精品 12 1.3 g,产品纯度99%以上。其反应方程式为：HOCHO+(CH3)2SO4+NaOH-CH3O-CHO+CH3SO4Na+H2O2.7本文合成路线的选择以上各种对甲氧基苯甲醛合成方法中，苯酚法生产步骤较多，反应 不容易控制，且后处理过程比较复杂；对甲基苯甲醛法中，用KMnO 19中国石油大学（北京）硕士论文第2章文献综述RCrzO7或MnCh等氧化剂氧化苯环上甲基成醛，但是醛基易再次氧化 成竣基，要想反应停留在醛这一步，反应条件和操作较困难；电解氧化 茴香脑法，也存在氧化产品难控制的缺点；苯甲渔法合成对甲氧基苯甲 醛，是实验室和工业上常用的方法；对羟基苯甲醛法具有操作方便、安 全、反应条件温和、易工业化等优点。综合以上众多的合成方法，从易于工业实现、产品收率高、经济效 益好及环境保护等方面考虑，对羟基苯甲醛法是目前各国工业化大多采 用的方法，此法优点是操作平稳，反应简便，收率较高，不足之处是生 产时间长，但通过工艺的优化可以得到改善。兰州石油化工公司红叶精细化工公司拥有一套600吨/年生产能力（国内最大生产规模）的对羟基苯甲醛装置，在该厂以对羟基苯甲醛钠 盐为原料来制取对甲氧基苯甲醛，可大大节省原材料成本，进一步提高 产品附加值，为该厂形成新的效益增长点；同时，因为该公司对甲氧基 苯甲醛生产装置紧邻对羟基苯甲醛生产装置，也解决了该生产方法的原 料来源问题；第三，兰州红叶精细化工公司对羟基苯甲醛装置由于市场 原因，目前实际年产量仅接近400吨，装置能力没有得到充分利用，利 用对羟基苯甲醛钠盐为原料来制取对甲氧基苯甲醛，可进一步提高对羟 基苯甲醛装置的生产量，具有良好的经济效益及广阔的发展前景。由于目前国内对甲氧基苯甲醛工业化装置较少，生产规模较小，故 在兰州石油化工公司红叶精细化工公司实现以对羟基苯甲醛钠盐法来 制取对甲氧基苯甲醛工艺方法的工业化具有重要意义。由对羟基苯甲醛装置中间产品对羟基苯甲醛钠盐来直接生产对甲 氧基苯甲醛可大大节约对羟基苯甲醛和对甲氧基苯甲醛两套装置的生 产成本，此合成路线提供了一条以对羟基苯甲醛装置中间产品对羟基苯 甲醛钠盐生产对甲氧基苯甲醛的新途径，工业应用中两套生产装置可联 产，具有较好的经济效益和较高的工业实用价值，因此，本文选择对羟 基苯甲醛钠盐法生产对甲氧基苯甲醛的工艺合成路线，并对对羟基苯甲 醛钠盐法生产对甲氧基苯甲醛的生产工艺加以优化，旨在提高进一步产 20中国石油大学（北京）硕士论文第2章文献综述品收率，缩短反应周期。选择后的合成生产路线为：利用对羟基苯甲醛装置中间产品对羟基苯甲醛钠盐生产对甲氧基 苯甲醛，工业化生产装置主要生产工序由甲基化反应、过滤、萃取、精 储等几部分组成。对羟基苯甲醛钠盐和硫酸二甲酯在碱性条件下进行甲 基化反应后，过滤除去钠盐带来的部分催化剂以及其它杂质，然后对滤 饼进行洗涤，对水相用溶剂萃取，有机相合并后通过减压精储工序先回 收溶剂，最后得到对甲氧基苯甲醛成品。选择后的合成路线合成反应方程式如下：9Ho CHO+(CH3)2SO4+CH3SO4Na该生产工艺主要原材料：对羟基苯甲醛钠盐（对羟基苯甲醛装置的 中间产物）；硫酸二甲酯（工业一级品，纯度298.5%）；溶剂（工业一级品，纯度N98%）,助剂（工业一级品，纯度298%）。对羟基苯甲醛钠盐法合成对甲氧基苯甲醛的反应为甲基化反应，反 应在碱性介质中进行蛔，甲基化剂可以用氯甲烷，由于它的沸点低于常 温，必须在耐压设备中反应，而使用硫酸二甲酯则可在常压下反应。该合成反应若溶剂用酮（丙酮、环己酮），则会引起酮和醛在碱性条 件下的缩合反应,导致分离困难和产率降低I叫。本文合成路线选择甲苯 作为反应的溶剂，避免了使用价格昂贵的相转移催化剂，可显著降低产 品成本；其对于溶剂缩和等副反应也有明显的抑制效果；并且简化了操 作步骤，降低了劳动强度，提高了产物总收率，降低了生产成本。21中国石油大学（北京）硕士论文第3章 对甲氧基苯甲醛的实验室合成第3章对甲氧基苯甲醛的实验室合成在兰州石油化工红叶精细化工公司质检中心实验室使用该公司600 吨/年对羟基苯甲醛装置中间产物对羟基苯甲醛钠盐为原料合成了目的 产品对甲氧基苯甲醛，并对合成精制后的产品进行表征，通过实验室合 成验证对羟基苯甲醛钠盐法合成工艺的可行性，之后对该合成工