联苯甲酸同分异构体的分离研究

论文摘要

石家庄炼油化工股份有限公司甲苯氧化生产苯甲酸单元会产生大量的3-联苯甲酸和4-联苯甲酸混合物,两者在有机合成、石油化工、材料化学等方面均有较高的应用价值。特别是4-联苯甲酸,可以作为极谱分析试剂和有机合成的中间体,具有可观的经济价值。然而以混合物形式存在的联苯甲酸利用价值有限,而且它们的大量排放会给环境造成巨大的压力。本文的研究目的是探索出一种合理可行的方法,实现3-联苯甲酸和4-联苯甲酸的分离提纯。本文先根据3-联苯甲酸和4-联苯甲酸的性质差别,对一系列常用现代分离方法进行筛选,主要探索了反应分离法和包结分离法的可行性。研究表明:反应分离法可行性差,引入的反应剂不仅可与4-联苯甲酸发生反应,而且还可与3-联苯甲酸反应,羧化反应多位置的取代使待分离体系更加复杂,分离更加困难;而利用β-环糊精包结分离联苯甲酸同分异构体效果明显,可以成功将4-联苯甲酸从联苯甲酸混合物中分离出来。鉴于β-环糊精对4-联苯甲酸的包结具有选择性,所以本论文对分离条件进行了重点考察,分别研究了加热温度、搅拌时间、包结时间、物料配比对分离结果的影响,最后确定搅拌时间为2h30min,加热温度控制在60～70℃时较为合适。随后,通过设计正交试验,确立了分离的主要影响因素:β-环糊精与联苯甲酸的物料配比,并且选择出最佳分离条件:当β-环糊精与联苯甲酸原料的摩尔物料比为1:2,加热温度为60℃,搅拌时间为2h30min,包结时间为2days时,分离效果最佳,4-联苯甲酸的收率可达35.47%,而纯度可达99%以上。利用DSC差示扫描量热法、IR光谱法、1HNMR法对包结分离所得产物及其包结物进行表征,证实所得产物即为4-联苯甲酸,同时也证明了包结过程中生成了4-联苯甲酸和β-环糊精的包结物。此外,还利用UV-Vis光谱法分析了β-环糊精与联苯甲酸的包结过程,结果表明:β-环糊精对不同的联苯甲酸的包结存在优先选择性,所以分离条件的确定是包结分离法成功实施的关键。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 超分子化学中的分子识别
• 1.2 包结分离法概述
• 1.2.1 包结分离法的特点
• 1.2.2 包结分离法在化学中的应用
• 1.2.2.1 手性化合物的包结拆分
• 1.2.2.2 同分异构体的分离
• 1.3 联苯甲酸同分异构体的分离现状
• 1.3.1 联苯甲酸同分异构体概述
• 1.3.2 同分异构体分离方法的探索
• 1.4 包结分离法在联苯甲酸同分异构体分离中的应用
• 1.4.1 包结主体β-环糊精的结构和性质
• 1.4.2 β-环糊精在分离领域的应用
• 1.5 本文的研究目的、研究内容
• 1.5.1 本文研究工作的目的、意义
• 1.5.2 本文研究的主要内容
• 第二章 反应法分离联苯甲酸同分异构体的探索性研究
• 2.1 分离原理
• 2.1.1 选择性羧化反应的介绍
• 2.1.2 选择性羧化反应原理
• 2.1.3 利用羧化反应分离联苯甲酸同分异构体的原理
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验原料
• 2.2.2 实验仪器与装置
• 2.2.3 实验步骤
• 2.2.4 分析方法
• 2.3 结果与讨论
• 2.4 本章小结
• 第三章 利用β-环糊精包结分离联苯甲酸同分异构体
• 3.1 实验试剂和仪器
• 3.2 包结物制备方法的确定
• 3.2.1 包结物制备方法的种类
• 3.2.2 包结物制备方法的筛选
• 3.3 实验流程
• 3.4 分析方法的建立
• 3.4.1 定性定量分析方法
• 3.4.2 收率的计算
• 3.5 操作条件
• 3.5.1 包结分离各影响因素的确立
• 3.5.2 正交优化试验
• 3.6 结果与讨论
• 3.6.1 各因素对分离结果的影响
• 3.6.1.1 加热温度的影响
• 3.6.1.2 搅拌时间的影响
• 3.6.1.3 物料配比的影响
• 3.6.1.4 包结时间的影响
• 3.6.2 正交试验结果分析
• 3.7 本章小结
• 第四章 4-BPCA 及其包结物的表征
• 4.1 差示扫描量热法（Differential Scanning Calorimetry, DSC）
• 4.2 红外光谱法（Infrared Spectroscopy, IR）
• 4.3 核磁共振（Nuclear magnetic resonance, NMR）
• 4.4 紫外-可见吸收光谱（Ultraviolet and visible spectroscopy, UV-Vis）
• 4.4.1 实验试剂和仪器
• 4.4.2 实验步骤
• 4.4.3 实验结果
• 4.5 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 符号说明
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢