α-氯代长链脂肪酸的消除反应及水解反应研究

论文摘要

油脂化学品的开发与应用一直是全世界的一个研究热点。脂肪酸是油脂化学工业的主体与核心,由它经简单的加工成脂肪酸甲酯、脂肪醇、脂肪胺等基础油化学制品。以这些基础油化学制品为原料再进一步化学加工,可得到种类繁多的精细化学品和专用化学品,其中长链α,β-不饱和脂肪酸和长链α-羟基脂肪酸就是良好的精细化工产品,它们被广泛应用于食品、医药及日化工业。本文以本实验室用廉价易得的天然脂肪酸一步法合成的α-氯代十二酸（α-CDA）的消除和水解反应为模型,代替传统方法中昂贵难求的α-溴代酸和α-碘代酸,探索各种脱卤化氢试剂催化α-氯代十二酸制备2-十二碳烯酸及在碱性水解试剂下水解制备α-羟基十二酸（α-HDA）的可行性,并考察各因素对α-氯代十二酸制备2-十二碳烯酸及α-羟基十二酸的反应产率的影响,并对目标产物进行提纯。α-氯代十二酸经消除反应制备2-十二碳烯酸,考察不同脱卤化氢试剂催化α-CDA消除反应的可行性。金属和碱金属、碱土金属的无机物对α-CDA消除反应的有一定的催化性,但很弱,它们的碱性还不足以促使α-CDA的消除反应。叔丁醇钾对α-CDA的消除反应具有较好的催化活性,但碱性过强使α-CDA部分脱氯还原为十二酸;降低其使用量时,又导致副产物羟基酸增多。实验发现,以乙二醇二甲醚为反应溶剂,氢氧化钾为脱卤化氢试剂合成2-十二碳烯酸,该合成方法工艺简单;通过改进反应的溶剂体系,避免了传统制备方法中生成α-乙氧基取代十二酸副产物的弊端;经工艺优化将传统方法中碘化钾消耗量由n（碘化钾）:n（α-卤代脂肪酸）=1.5降低至n（碘化钾）:n（α-氯代十二酸）=0.35,大大降低了生产成本并使该合成途径具备工业化前景。并通过实验得到合成2-十二碳烯酸的最优反应条件为:反应温度84℃时,以n（KI）:n（α-CDA）=0.35、n（KOH）:n（α-CDA）=3.8的摩尔比加料,反应9 h,2-十二碳烯酸产率可达到52%。反应后的混合样品经石油醚结晶与乙酸铜提纯两种方法相结合的提取效果好,最终样品中目标产物2-十二碳烯酸的纯度可达到72.2%。α-氯代十二酸经水解反应制备α-羟基十二酸,分别以碳酸钙、氢氧化钙作为水解试剂,考察原料配比、水的加入量、反应温度和反应时间等因素对反应转化率的影响,α-HDA的收率与水解试剂及水的加入量、反应温度、反应时间成正比,当反应温度在155℃时,n（Ca（OH）2）:n（α-CDA）=4.0,反应时间为7 h,加水量为15 mL,α-HDA的收率可达到80.2%。。用石油醚结晶提纯α-羟基十二酸,最终可以得到纯度为99.4%的α-羟基十二酸。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 卤代烃消除及水解反应
• 1.1.1 消除反应
• 1.1.2 水解反应
• 1.2 α,β-不饱和酸的合成及应用
• 1.2.1 短链α,β-不饱和酸的合成
• 1.2.2 中长链α,β-不饱和酸的合成
• 1.2.3 α,β-不饱和酸的应用
• 1.3 α-羟基脂肪酸的合成及应用
• 1.3.1 α-羟基乙酸的合成
• 1.3.2 α-羟基中长碳链脂肪酸合成方法
• 1.3.3 α-羟基脂肪酸的应用
• 1.4 立题依据及主要研究内容
• 1.4.1 立题依据
• 1.4.2 主要研究内容
• 第2章 2-十二碳烯酸的合成路线选择
• 2.1 引言
• 2.2 实验材料
• 2.2.1 实验试剂
• 2.2.2 实验仪器
• 2.3 实验方法
• 2.3.1 红外光谱法（FT-IR）分析
• 2.3.2 气相色谱法分析反应产物组成及含量
• 2.3.3 强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂的制备
• 2.3.4 碱金属醇化物的醇溶液的制备
• 2.3.5 α-氯代十二酸甲酯的合成
• 2.3.6 不同催化体系中2-十二碳烯酸的合成
• 2.4 结果与讨论
• 2.4.1 FT-IR 分析
• 2.4.2 不同方法催化α-CDA 消除反应制备2-十二碳烯酸
• 2.5 本章小结
• 第3章 2-十二碳烯酸的合成工艺优化及纯化研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验材料
• 3.2.1 实验试剂
• 3.2.2 实验仪器
• 3.3 实验方法
• 3.3.1 2-十二碳烯酸的合成
• 3.3.2 气相色谱及气质联用法分析反应产物组成及结构
• 3.3.3 重结晶法提纯不饱和酸
• 3.3.4 乙酸铜法提纯不饱和酸
• 3.3.5 红外光谱法（FT-IR）分析
• 3.3.6 紫外光谱法（UV）分析
• 3.4 结果与讨论
• 3.4.1 2-十二碳烯酸的合成
• 3.4.2 2-十二碳烯酸的纯化
• 3.4.3 最大吸收波长和摩尔吸光系数的测定
• 3.5 结论
• 第4章 α-羟基十二酸的合成与纯化
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 实验试剂
• 4.2.2 实验仪器
• 4.3 实验方法
• 4.3.1 α-羟基十二酸盐的合成
• 4.3.2 α-羟基十二酸盐粗样的萃取
• 4.3.3 粗制α-HDA
• 4.3.4 气质联用及气相色谱法鉴定产物结构及α-HDA 的含量
• 4.3.5 红外光谱分析
• 4.3.6 重结晶法提纯α-羟基十二酸
• 4.3.7 醋酸铜法提纯α-羟基十二酸
• 4.3.8 熔点的测定
• 4.3.9 电喷雾质谱分析
• 4.4 实验结果与讨论
• 4.4.1 α-羟基十二酸及其钙盐的红外光谱分析
• 4.4.2 气质联用鉴定产物结构
• 4.4.3 碳酸钙、氢氧化钙为水解试剂制备α-HDA
• 4.4.4 α-羟基十二酸的纯化
• 4.5 本章小结
• 第5章 全文总结
• 致谢
• 参考文献
• 附录：作者在攻读硕士期间发表的论文