年产30吨1H-1,2, 4-三唑-3-甲酸甲酯的工艺设计(6)

用途:①用作制糖精、维生素C、异烟肼及安息香酸的氧化剂;②在医药行业中可用作防腐剂、消毒剂、除臭剂及解毒剂;③在水质净化及废水处理中,作


用途:①用作制糖精、维生素C、异烟肼及安息香酸的氧化剂;②在医药行业中可用作防腐剂、消毒剂、除臭剂及解毒剂;③在水质净化及废水处理中,作水处理剂;④还用作漂白剂、吸附剂、着色剂及消毒剂等[12]。

(6) 1H-1,2,4-三唑-3-甲酸

英文名称:1H-1,2,4-Triazole-3-carboxylic acid

分子式:C3H3N3O2

分子量:113.07

密度:1.69 g/cm3

熔点:132-136℃

CAS号:4928-87-4

(7)浓盐酸

中文名称:氯化氢

英文名称:Hydrochloric acid

分子式:HCl

分子量:36.46

CAS号:7647-01-0

物化性质:密度:1.18g/cm3 ;熔点:-27.32℃(247K,38%溶液);沸点:110℃(383K,20.2%溶液),48℃(321K,38%溶液);为无色至淡黄色液体,有刺激性气味,易挥发。

用途:①盐酸可以和难溶的碱性物质发生化学反应,因此可以利用这个性质制造清洁的日常用品;②盐酸还可用于分析化学实验中的酸碱滴定;③盐酸在工业生产中有一重要用途-洗钢材 [12]。

(8)甲醇

英文名称:Methanol

分子式:CH3OH

分子量:32.04

CAS号:67-56-1

物化性质:熔点:-97.8℃;相对密度:0.79 g/cm3;沸点:64.7℃;粘度:0.59;折射率:1.32;沸点为64.7℃。甲醇有酒精气味,易挥发,为无色透明液体。

用途:(1)①甲醇可作为生产农药和医药的原料;②甲醇也可用于生产甲醛;③甲醇也应用于醋酸的生产;④甲醇也可制造甲胺;⑤可合成为碳酸二甲酯,是一种环保产品,应用甲醇可用于制造甲酸甲酯业和特种行业等;⑥可合成为乙二醇,是石化中间原料之一,可用于生产聚酯于医药、农和防冻剂;⑦可用于制造生长促进剂;⑧甲醇亦可用作溶剂;⑨甲醇可用于生产二甲醚 [13]。

1.5 设计依据

经查阅文献可知,合成1H-1,2,4-三唑-3-甲酸甲酯的方法很多,均有优势与不足。本设计经综合评估,为了避免在重氮化-脱氮步骤中发生爆炸的安全事故、步骤多、操作过程繁杂、反应剧烈和收率低等问题,最后选定的合成路线为:以1H-1,2,4-三唑为原料,和甲醛发生亲核加成反应生成3-羟甲基-1H-1,2,4-三唑,与高锰酸钾进行氧化还原反应,再用盐酸进行后处理,酸化得到1H-1,2,4-三唑-3-甲酸,最后用甲醇溶液进行甲酯化得到目标产物1H-1,2,4-三唑-3-甲酸甲酯。所查文献对此合成方法改进,1H-1,2,4-三唑与甲醛的亲核加成反应在高温条件下进行,条件剧烈,收率较低;改进后加入八水合氢氧化钡使发应条件温和,此步反应收率达到50%,总收率32%,纯度 98 %。1H-1,2,4-三唑-3-甲酸甲酯的合成方法如图 1.2:

图 1.2 1H-1,2,4-三唑-3-甲酸甲酯的合成路线

(1)3-羟甲基-1H-1,2,4-三唑的制备:

将224ml的八水合氢氧化钡(6.7g,0.02mol)的水溶液置于500ml三口烧瓶中,加入6.9g(0.1mol)1H-1,2,4-三唑。待完全溶解后,缓慢滴加24.2ml 37%甲醛(0.3mol),加热回流反应5h,反应完毕,通入二氧化碳气体,不再产生沉淀,反应完全。过滤,滤液减压浓缩,剩余微黄色液体再减压收集138~140℃/ 130Pa 馏份,得白色黏性液体。反应收率为50%。

(2)1H-1,2,4- 三唑-3-甲酸的制备:

将3g(0.03mol) 3-羟甲基-1H-1,2,4-三唑和9.57g 高锰酸钾(0.06mol)置于250ml圆底烧瓶中,加入120ml的水,加热到65℃,反应2h后停止反应,过滤,滤液减压浓缩至50ml,用冷的浓盐酸调至pH 1,在0℃下静置过夜析晶。过滤,滤饼用水洗涤,减压干燥得白色固体,mp 135~136℃。反应收率为86%

(3)1H-1,2,4-三唑-3-甲酸甲酯的制备:

在50ml 的0℃饱和氯化氢的甲醇溶液中放入2g(0.02mol)1H-1,2,4-三唑-3-甲酸,置于室温下反应24h,反应毕减压浓缩,用饱和的碳酸氢钠溶液调PH至中性,析出白色结晶,过滤,烘干滤饼,得粗品。另用乙酸乙酯(40ml×2)萃取滤液,萃取液浓缩至干,剩余物和上面得到的粗品合并后用甲醇重结晶,得亮白色柱状晶体,mp 195~196℃。反应收率为75% ,纯度为98%。