浓硫酸催化合成叔丁基苯.pdf

第22卷第1期
化学研究
中国科技核心期刊
2011年1月
CHEMICAL RESEARCH
hxy@henu.cdu.cn
浓硫酸催化合成叔丁基苯
胡英芝,王慧丽,阎娥,尹大学
青海师范大学化学系,青海西宁810008)
摘要:利用浓硫酸催化叔丁醇和萃的反应,得到叔丁基苯;利用正交法优化了反应条件,利用气相色谱法测定
了产物收率.结果表明,将叔丁醇滴加到苯-浓硫酸混合溶液中,控制叔丁醇与浓硫酸物料摩尔比为1:1、苯的
用量为50mL、浓硫酸用量为8.0mL、反应温度为50C、搅拌时间为4h,目标产物的收率可达62.0%
关键词:浓硫酸;催化;叔丁基苯;合成
中图分类号:(621.3
文献标志码:A
文章编号:1008-1011(2011)01-0045-04
Synthesis of tert-butyl benzene in the presence of
concentrated sulfuric acid as catalyst
HU Ying-zhi, WANG Hui-li, YAN E, YIN Da-xue
Department of Chemistry, Qinghai Normal University, Xining 810008, Qinghai, China)
Abstract: Tert-butyl benzene was synthesized from benzene and tert-butyl alcohol using concen
trated sulfuric acid as catalyst. The reaction condition was optimized by making use of orthogo
nal test. The yield of target product was determined by means of gas chromatography. It was
found that title compound was obtained at a yield of 62.0%when tert butyl alcohol at a molar
ratio of 1 i 1 to concentrated sulfuric acid was dropped into the mixed solution of benzene and
concentrated sulfuric acid and (dosage of concentrated sulfuric acid 8.0 ML; dosage of benzene
50 ml) stirred at 50C for4 h
Keywords: concentrated sulfuric acid; catalysis; tert-butyl benzene; synthesis
叔丁基苯是重要的医药、香料和农药等精细化工中间体.叔丁基苯的主要合成方法是利用苯的傅-克烷
基化反应.目前,所用的催化剂有无水三氯化铝、无水三氯化铁、活性氧化铁?,这些方法产率较高.浓
硫酸也可以作为傅-克烷基化反应的催化剂-的,但对浓硫酸的催化进行系统研究的报道不多,本实验正是
基于这种现状,研究了浓硫酸催化合成叔丁基苯的工艺,研究了各产物的含量及最佳反应条件
1实验部分
仪器和试剂
GC-2014A气相色谱仪,FIR-M1730红外光谱仪、 Bruker AM500核磁共振仪.无噻吩无水苯,浓硫酸,
叔丁醇均为分析纯
1.2实验步骤
1.2.1叔丁基苯的制备
向装有冷凝管、搅拌器的三口烧瓶中加入50mL苯,滴加8mL浓硫酸,油浴加热至55℃左右,搅拌下
收稿日期:20
作者简介:胡英芝(1984一),女,硕士,研究方向为高分子无机复合材料.“通讯联系人E-mail:ydx1964@163.com
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化学研究
2011年
慢慢滴加叔丁醇11.12g(0.15mo[L),30min滴加完毕.保温反应4h,然后将反应混合液在室温下静置分
层.有机相用饱和碳酸钠洗涤3~5次至pH=9~10,室温放置10h,抽滤,滤液用水洗涤2~3次至中性,
经无水MgSO4干燥,然后常压蒸馏滤液,回收50~60℃的馏分、74~81℃苯和叔丁醇的混合馏分后,向蒸
馏瓶中加人15%NaOH(10mL)加热回流1.5h,分液漏斗分离出水相后,用无水MgSO)干燥,再常压蒸馏
剩余滤液收集100~130℃、166~170℃、190~210℃的馏分.用气相色谱仪确定蒸馏前各产物的含量.
1.2.2蒸馏后剩余残液的处理
表1产物含量
向剩余残液中加入35mL水和15%盐酸(10mL)使溶 Table I The content of the various products
液显酸性后,加热回流1.5h,蒸馏瓶表面覆盖一层白色针状
组分
固体,确定为苯磺酸
叔丁基苯
51.3
3产物的含量
多烷基苯
根据本体系中发生的副反应,可预测副产物有:烯烃、苯
苯磺酸
其他杂质
磺酸、多烷基苯等.在制备叔丁基苯的密闭体系中,出口的
注;a以反应中消耗的叔丁醇计
端通人溴水,证明有少量烯烃生成;常压蒸馏叔丁基苯后,反
应中有多烷基苯生成.残液中有苯磺酸.蒸馏提纯后计算各产物的含量,各产物含量见表1
2结果与讨论
2.1反应原理
实验主反应为苯与叔丁醇在酸性条件下生成叔丁基苯的烷基化反应,但还会发生苯的磺化、醇的脱水
酯化等副反应,整个体系反应如下:
CH
HSO
+ HC-C-OH
CH3)2+(H3C)3C
C(CH3)3 +(3C)2 C=CH2
CH
SO H +HO3 $(,)3+ (H,C) C-0-C(CH,)]+(H, C)2C-0-0-S02H
2.2各影响因素分步讨论
2.2.1反应物的滴加顺序对反应产率的影响
实验发现,反应物的滴加顺序对反应收率有一定的影响.本实验以叔丁醇和浓硫酸的物质的量之比1
1计,反应物滴加顺序为叔丁醇滴加到苯、浓硫酸的混合物中时产率为51.3%;滴加顺序为浓硫酸滴加到苯、
叔丁醇的混合物中时产率为49.3%;滴加顺序为苯滴加到叔丁醇、浓硫酸的混合物中时产率为31.7%.第
三种与前两种滴加顺序相比,因叔丁醇与浓硫酸混合被质子化的速度快,生成了较多的副产物,主产物产率
低.所以反应物的滴加顺序应为叔丁醇滴加到苯、浓硫酸的混合物中
2.2.2叔丁醇和浓硫酸的物质的量之比对反应产率的影响
本实验体系,一方面发生苯的傅-克烷基化反应,另一方面发生苯的磺化,醇的脱水、酯化,苯的二烷基化
或多烷基化等副反应.为了减少副反应的发生,作者将苯的用量恒定(50mL,即为0.56mol),浓硫酸的用
量为8.0mL,叔丁醇和浓硫酸的物质的量之比从1:3逐渐改变到1:0.5进行实验,结果见表2(反应物的
滴加顺序、反应温度和搅拌时间均相同)
表2叔丁醇和浓硫酸的物质的量之比对产率的影响
Table 2 The effect of molar ratio of tert butyl alcohol and concentrated sulfuric acid to the yield
n(叔了醇)/n(浓硫酸
1:0.5
Y/%
42.7
48.