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維生素 E 畢業(yè)論文 摘要 本文研究了以偏三甲苯（TMB）為初始原料，在綠色無污染的氧化劑雙氧 水的氧化作用下，采用簡單工藝，一步合成維生素 E的重要中間體 235-三 甲基苯醌（TMBQ）的工藝過程?？疾炝硕喾N固體催化劑對氧化反應(yīng)的催化性 能，結(jié)果表明:活性 Al2O3 對氧化反應(yīng)具有較好的催化性能。 通過均勻設(shè)計法探索了以活性 Al2O3 為催化劑氧化 TMB 合成 TMBQ的工藝 條件，在最優(yōu)條件：催化劑活性 Al2O3 與 TMB 的質(zhì)量比 0.67：1，醋酸與 TMB 的體積比 8： 1， 1，雙氧水與 TMB 的質(zhì)量比 3： 電熱套加熱至 TMBQ 選擇性回流溫度，連續(xù) 攪拌反應(yīng) 3h 后所得 TMB 的轉(zhuǎn)化率為 69.4， TMBQ 產(chǎn)率 為 34.9。分別考察了反應(yīng)溫度、催化劑用量、為 50.3，溶劑用量、反應(yīng)時間、氧化 劑用量、催化劑粒度及攪拌轉(zhuǎn)速等因素對氧化反應(yīng)的影響。 采用正交設(shè)計法探索了以樹脂為催化劑氧化 TMB 合成 TMBQ 的工藝條件， 在較優(yōu)工藝條件：樹脂與TMB的質(zhì)量比0.1： 醋酸與 TMB 的體積 1，比6.67： 1，雙氧水與 TMB 的體積比4.17：1，雙氧水滴加并在攪拌狀態(tài)下反應(yīng) 4h， 可得到TMBQ 收率為33.1。通過吡啶-TPD 和比表面的測定，考察了固體催化劑的物化性質(zhì)，并結(jié)合 TMB-TPD 及實驗數(shù)據(jù)對氧化反應(yīng)的機(jī)理進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，催化劑的 孔結(jié)構(gòu)及其對TMB 的吸附作用是影響反應(yīng)的關(guān)鍵關(guān)鍵詞：偏三甲苯；三甲基苯醌；活性Al2O3；雙氧水；氧化因素，另外催化劑表面的 酸量對反應(yīng)也有一定的影響。 關(guān)鍵詞：偏三甲苯；三甲基苯醌；活性Al2O3；雙氧水；氧化 前言 2，3.5-三甲基苯醌（TMBQ）又名 2，5環(huán)己二烯2，3，5三甲基1， 。 4二酮， 其可被還原為 2，3，5三甲基氫醌（TMHQ）TMHQ 和異植物醇反應(yīng)可得到維生素 E。由 于維生素 E 在醫(yī)療、食品、飼料領(lǐng)域中的廣泛應(yīng)用，使世界范圍內(nèi)的維生素 E 產(chǎn)品持續(xù)走 俏，特別是歐美市場上更是供不應(yīng)求、價格堅挺。用于生產(chǎn)維生素 E 的 TMHQ 需求量也將隨之增加。 國內(nèi)工業(yè)合成 2，3，5-三甲基氫醌主要采用兩種工藝，一種是采用偏三甲苯路線，由 偏三甲苯經(jīng)磺化硝化還原氧化，再次還原制得TMHQ；另一種則以間甲酚為原料，在催化 劑作用下和甲醇反應(yīng)生成 2，3，6三甲基苯酚，進(jìn)而氧化生成 2，3，5-三甲基苯醌，最 后還原而得到 TMHQ。前者，工藝路線復(fù)雜，環(huán)境污染嚴(yán)重；后者工藝流程相對較短，污 染較小，但原料價格較昂貴，大部分依靠進(jìn)口。 先用氧化體系將 直接氧化法合成 TMHQ 的工藝通常分為兩個步驟，TMB 直接氧化為三甲 基苯醌TMBQ，再經(jīng)加氫還原得到 TMHQ。該工藝步驟少，反應(yīng)條件簡單，且因為第二步 加氫還原反應(yīng)已經(jīng)成熟，若氧化反應(yīng)能實現(xiàn)，則能進(jìn)一步提高工藝水平，并有較好的經(jīng)濟(jì) 效益。陳紅等在這方面進(jìn)行過探試，用醋酸-過氧化氫-硫酸的氧化體系由 TMB 一步氧化法 制 TMBQ 的新工藝進(jìn)行了探索，在最優(yōu)條件下得到 TMB 轉(zhuǎn)化率為47.3，TMBQ 相對于已轉(zhuǎn) 化的 TMB 的產(chǎn)率 為 （即選擇性） 53.0。由于硫酸具有較強(qiáng)的腐蝕性，應(yīng)用有一定的困難。 本文以綠色工藝為著眼點， 探索以固體酸等為催化劑的 TMB 一步氧化法制取 TMBQ 的 工藝過程和工藝條件，為該工藝進(jìn)一步研究提供借鑒多優(yōu)點，如沸點高、熱穩(wěn)定好，因此特別適應(yīng)于需要加熱保存的食品如方便面、 人造奶油、奶粉等。尤其是 VE 與卵磷酯配制成的抗氧劑，不僅具有良好的抗氧 化作用，而且對人體安全性高、無毒副作用?？捎糜谌〈?2，目前廣泛使用的有毒副 作用的叔丁基對羥基茴香醚BHA、 6-二叔丁基對甲酚BHT、沒食子酸酯PG 等化學(xué)抗氧劑趨。VE 更適合生產(chǎn)各 因種功能保健強(qiáng)化食品，特別是用作嬰幼兒、 孕婦食品營養(yǎng)強(qiáng)化劑，為它能補(bǔ)充脫脂奶粉及谷類食品加工中損失的 VE 成份。 飼料工業(yè) VE 作為飼料添加劑，既是一種抗氧化劑，又是畜禽生長必需的生物催化劑， 在畜禽免疫、疾病防治、改善肉質(zhì)、增加畜禽的繁殖或產(chǎn)蛋率 目前 VE 是配合飼料中不可缺少的維生素之一，等方面起到重要的 作用。自 80 年代以來動物飼料添 加劑是合成 VE 的主要用途之一，其用量占合成 VE 的產(chǎn)量的 50左右。 其它方面 VE VE 可作為食品工業(yè)用塑料薄膜制品的抗氧化劑。 添加到感光材料中，能提 高材料的應(yīng)用性能。將 VE 作為橡膠助劑加入橡膠中，能減少橡膠加工中產(chǎn)生的 致癌亞硝胺，而且對膠料的硫化特性無不良影響。另外 VE 還有許多新用途正在 開發(fā)之中。 目錄1.1 維生素E簡介 . 51.2 維生素E的市場前景 . 51.3 維生素E的應(yīng)用 . 5 1.3.1 醫(yī)藥工業(yè) . 5 1.3.2 食品工業(yè) . 5 1.3.3 飼料工業(yè) . 6 1.3.4 化妝品 . 6 1.3.5 其它方面 . 6 14 VE的生產(chǎn)現(xiàn)狀 . 7異植物醇生產(chǎn)現(xiàn)狀. 7三甲基氫醌及合成現(xiàn)狀. 7均三甲酚法 . 10均三甲酚法 . 1016TMB的利用 . 13偏三甲苯氧化可制得偏酐 . 14偏三甲苯的氧化反應(yīng)研究進(jìn)展. 16偏三甲苯氧化可制得偏酐 . 20結(jié)論 . 29致謝 . 1 1.1 維生素 E 簡介 維生素 E（簡稱 VE）是一種常用的藥品兼營養(yǎng)保健品，在其他領(lǐng)域也有著重 要的用途。商品 VE 可分為天然 VE 和合成 VE 兩類，目前合成 VE占全球總商品量 的 80以上。VE 已成為國際市場上用途廣泛、產(chǎn)銷 、量極大的主要維生素品種， 同維生素 C（VC） 維生素 A（VA）一起成為維生素系列的三大支柱產(chǎn)品。 1.2 維生素 E 的市場前景 VE 自 1922 年被發(fā)現(xiàn)以來，一直是西方國家研究的熱點，新的應(yīng)用領(lǐng)域不斷 被發(fā)現(xiàn)。因其具有耐熱性，在較高的溫度下仍有較好的抗氧化效果，而且耐紫外 線、耐放射性較強(qiáng)，用途十分廣闊。 1.3 維生素 E 的應(yīng)用 1.3.1 醫(yī)藥工業(yè) VE 近年來人們對 VE 的醫(yī)用功能和作用研究進(jìn)展非常迅速， 作為細(xì)胞內(nèi)抗氧 劑，能抑制在各種細(xì)胞和器官內(nèi)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)，特別 使能夠保護(hù)細(xì)胞膜， 之免受不飽和酯類化合物過氧化產(chǎn)生的自由基的侵襲。研究表明，人體缺乏 VE 會直接影響生殖、肌肉、循環(huán)、骨骼 VE和神經(jīng)等系統(tǒng)的正常功能。 能夠減輕各 種毒素對人體的侵害，可以治療動脈硬化、冠心病、血栓、習(xí)慣性流產(chǎn)、不孕癥、 內(nèi)分泌機(jī)能衰退、肌肉萎縮、貧血、肝病、癌癥等許多疾病7-13。醫(yī)藥對 VE 需求 量近年來增長較快。 1.3.2 食品工業(yè) VE 添加到食品中可以起到防腐保鮮的作用，作為食品抗氧化 劑，VE 具有很 多優(yōu)點，如沸點高、熱穩(wěn)定好，因此特別適應(yīng)于需要加熱保存的食品如方便面、 人造奶油、奶粉等。尤其是 VE 與卵磷酯配制成的抗氧劑，不僅具有良好的抗氧 化作用，而且對人體安全性高、無毒副作用?？捎糜谌〈?2，目前廣泛使用的有毒副 作用的叔丁基對羥基茴香醚BHA、 6-二叔丁基對甲酚BHT、沒食子酸酯PG 等化學(xué)抗氧劑趨。VE 更適合生產(chǎn)各 因種功能保健強(qiáng)化食品，特別是用作嬰幼兒、 孕婦食品營養(yǎng)強(qiáng)化劑，為它能補(bǔ)充脫脂奶粉及谷類食品加工中損失的 VE 成份。 1.3.3 飼料工業(yè) VE 作為飼料添加劑，既是一種抗氧化劑，又是畜禽生長必需的生物催化劑， 在畜禽免疫、疾病防治、改善肉質(zhì)、增加畜禽的繁殖或產(chǎn)蛋率 目前 VE 是配合飼料中不可缺少的維生素之一，等方面起到重要的 作用。自 80 年代以來動物飼料添 加劑是合成 VE 的主要用途之一，其用量占合成 VE 的產(chǎn)量的 50左右。 1.3.4 化妝品 環(huán)境污染及紫外線照射會產(chǎn)生自由基，造成皮膚、細(xì)胞及組織的損傷，加速 老化過程。研究證實 VE 對皮膚免受自由基損害有決定性作用，同時 VE 作抗氧劑 可以延長化妝品使用時間。近年來越來越多的防曬品、護(hù)膚品、唇膏等美容用品 的配方中均加入一定量的 VE，能促進(jìn)皮膚的新陳代謝和防止色素沉積，改善皮 膚彈性，具有美容、護(hù)膚、防衰老等性能，已成為目前國際市場營養(yǎng)性系列化妝 品的主流。 1.3.5 其它方面 VE VE 可作為食品工業(yè)用塑料薄膜制品的抗氧化劑。 添加到感光材料中，能提 高材料的應(yīng)用性能。將 VE 作為橡膠助劑加入橡膠中，能減少橡膠加工中產(chǎn)生的 致癌亞硝胺，而且對膠料的硫化特性無不良影響。另外 VE 還有許多新用途正在 開發(fā)之中。 14 VE 的生產(chǎn)現(xiàn)狀 世界合成 VE 的生產(chǎn)主要集中在西歐和日本。長期以來，世界 VE 市場基本被 德國巴斯夫公司、瑞士的羅氏公司、法國羅納普朗克公司和日本高砂香料公司 所壟斷。 由于合成 VE 的中間體很長一段時期國內(nèi)沒有生產(chǎn)技術(shù)，因而不 能生產(chǎn)，主 要依賴進(jìn)口，產(chǎn)品成本高，VE 產(chǎn)量較低，限制了 VE 的應(yīng)用，因此合成 VE 中間 。 體的生產(chǎn)成為制約我國 VE 發(fā)展的“瓶頸”近年來我國合成 VE 的兩個關(guān)鍵性原 料三甲基氫醌和異植物醇的生產(chǎn)技術(shù)取得了一定的突破，合成 VE 得以迅速發(fā)展。 由于合成 VE 具有良好的市場前景，目前三甲基氫醌和異植物醇在技術(shù)、產(chǎn)量和 規(guī)模上均遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足日益發(fā)展的VE 生產(chǎn)的需求。 異植物醇生產(chǎn)現(xiàn)狀 80 年代世界 VE 需求快速增長導(dǎo)致異植物醇短缺，刺激了異植物醇的發(fā)展， 國外在此時相繼新建和擴(kuò)建了許多裝置。目前國外主要生產(chǎn)廠家有:瑞士羅氏公 司、法國羅納-普朗克公司、德國巴斯夫公司、德國赫司特公司、美國路迪亞公 司、日本高砂香料公司等，總生產(chǎn)能力約為 2.5 萬 ta， 現(xiàn) 產(chǎn)量約為 1.9 萬 ta。 多采用或改用羅氏法生產(chǎn)。 國內(nèi)異植物醇研究開發(fā)與生產(chǎn)起步較晚，目前正處于發(fā)展階段，近年來研究 與生產(chǎn)取得一定的突破，主要生產(chǎn)廠家有:浙江新昌化工廠，重慶西南合成制藥 廠，上海第二制藥廠等。總生產(chǎn)能力約為1500t，而國內(nèi) 1999 年異植物醇消耗 量約為 4000t，產(chǎn)不足需，據(jù)悉近年來河南一鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)新建數(shù)千 t 級生產(chǎn)裝置， 一定程度上緩解了供需矛盾，促進(jìn)了我國 VE 的生產(chǎn)與發(fā)展。 三甲基氫醌及合成現(xiàn)狀 三甲基氫醌即 2，3，5-三甲基氫醌，又名 2，3，5 三甲基對苯二酚。三甲 基氫醌為白色針狀結(jié)晶，純品熔點 170172，難溶于水，可溶于醇酮等有機(jī) 溶劑。 三甲基氫醌研究的主要合成路線 三甲基氫醌作為 VE 重要中間體，對其的合成有較多的研究，主要有 以 下 幾 種 方 法 。 A 偏三甲苯法 偏三 甲苯法其主要過程為： 偏三甲苯1，2，4-三甲苯經(jīng)磺化、硝化、加氫還原得 2，4， 5-三甲基-3， 6-二氨基苯磺酸，水解脫磺酸基后，再經(jīng)氧化，加氫得到 TMHQ。以偏三甲苯計， TMHQ 的總收率為 59.2，該工藝具有原料價廉易得，來源豐富，生產(chǎn)成本較低的 優(yōu)點。缺點是工藝流程長、工序多、收率相對較低，生產(chǎn)過程中有大量含酚廢水 和廢物，污染嚴(yán)重，目前此法已基本淘汰。 B 偏三甲苯電解法 偏三甲苯電解法是對偏三甲苯法的改進(jìn)，其流程如下： 偏三甲苯經(jīng)磺化、硝化、電解還原后，再經(jīng)水解氧化、加氫還 原得到 TMHQ。 以偏三甲苯為原料電解合成 TMHQ 的新工藝步驟依然較多，其僅將 各種酸仍然是反應(yīng)的重要偏三甲苯法中 的還原方法改為電解還原法， 環(huán)境問題仍然較嚴(yán) 重，部分， 但其提高了產(chǎn)率，整個過程總產(chǎn)率達(dá) 75，具有一定的實用價值。 偏三甲苯直接氧化法 偏三甲苯直接氧化法主要反應(yīng)過程為： 用過氧乙酸或過氧化氫將偏三甲苯直接氧化為 TMBQ，再經(jīng)加氫還原得到 TMHQ。該法工藝簡單，設(shè)備投資少，但原料的轉(zhuǎn)化率、收率都較低，轉(zhuǎn)化率約為 45，相對于已轉(zhuǎn)化的偏三甲苯其苯醌收率約 35，但該工藝采用 具有綠色的反應(yīng)工藝，氧化劑為過氧 化氫或過氧乙酸， 而且具有流程短、原料來源豐富等優(yōu)點， 是一個非常有前途的工藝，有待進(jìn)一步開發(fā)利用。 均三甲酚法 均三甲酚制取 TMHQ 其主要反應(yīng)為：用過氧乙酸或過氧化氫將偏三甲苯直接氧化為 TMBQ，再經(jīng)加氫還原得到 TMHQ。該法工藝簡單，設(shè)備投資少，但原料的轉(zhuǎn)化率、收率都較低，轉(zhuǎn)化率約為 45，相對于已轉(zhuǎn)化的偏三甲苯其苯醌收率約 35，但該工藝采用 具有綠色的反應(yīng)工藝，氧化劑為過氧 化氫或過氧乙酸， 而且具有流程短、原料來源豐富等優(yōu)點， 是一個非常有前途的工藝，有待進(jìn)一步開發(fā)利用。 均三甲酚法 均 三 甲 酚 制 取 TMHQ 其 主 要 反 應(yīng) 為 ： 均三甲酚經(jīng)氧化，還原并轉(zhuǎn)位制得 TMHQ。 第 該法第一步氧化收率約在 70， 二步還原收率可達(dá) 90，工藝流程短，收率相對較高，缺點是原料均三甲酚價格 較高，生產(chǎn)成本高。而如果采用均三甲苯磺化，堿熔來合成均三甲酚，但由于目 前均三甲苯價格也較昂貴，所以仍然不能降低生產(chǎn)成本。 偏三甲酚法 其反應(yīng)方程式為： 偏三甲酚經(jīng)空氣氧化，在 Pd/C 催化劑存在下，加氫還原得到 TMHQ。該法具 有設(shè)備簡單，投資小，步驟少，反應(yīng)過程易于控制，收率高總收率可達(dá) 86， 無腐蝕，無三廢等優(yōu)點，有著良好的開發(fā)前景，但由于偏三甲酚為固體，且氣味 較大，給操作人員帶來不便，而且偏三甲酚原料不易得到，給工業(yè)化帶來不便。 F 苯酚法23-26 反應(yīng)方程式為：苯酚經(jīng)甲基化得 2，4，6-三甲酚，再氧化，還原并轉(zhuǎn)位制得 TMHQ。以苯酚 計，TMHQ 的總收率為 60，該法實際是將生產(chǎn) 2，6-二甲基苯酚工藝的副產(chǎn)物均 三甲酚合理地加以回收利用來制備 TMHQ。 G 間甲酚甲基化法 間甲酚法主要方程式： 3，間甲酚經(jīng)甲基化后得 2， 6-三甲基苯酚，經(jīng)氧化，加氫還原得到 TMHQ。以間甲酚計，間甲酚的轉(zhuǎn)化率接近 100，TMHQ 的總收率為 75，該法具有流程 簡單，副反應(yīng)少，污染小，收率高等優(yōu)點，是目前國內(nèi)外普遍采用的方法。但間 甲酚在國內(nèi)原料緊缺，大部分依靠進(jìn)口，成本較高。 H 5- 異 丙 基 偏 三 甲 苯 法 反 應(yīng) 過 程 為5-異丙基偏三甲苯經(jīng)磺化，堿熔再脫去異丙基可得到 TMHQ。以 5-異丙基偏 三甲苯計，TMHQ 的總收率為 6368。該工藝相對簡單，無需壓力，但目前 5- 異丙基偏三甲苯原料的純度較低，只有 70，原料中含有約 17的 6-異丙基偏三 甲苯而不易分離，使該法的利用受到限制。二乙基酮與 1-氨基-2-乙烯基甲基酮法 反應(yīng)方程式為： 3， 二乙基酮與 1-氨基-2-乙烯基甲基酮反應(yīng)得到 2， 5-三甲基苯酚， 在再經(jīng)氧 化得到 TMBQ， Pd/C 催化劑存在下，加氫還原得到 TMHQ。該法乙烯基甲基酮的 轉(zhuǎn)化率為 89，具有投資少，成本低等優(yōu)點，但收率較低。 綜上所述：偏三甲酚法制取 TMHQ，具有工藝流程短，設(shè)備節(jié)省，操作簡單， 收率高，成本低，無腐蝕，不造成污染等優(yōu)點，但偏三甲酚原料不易得到；間甲 酚法生產(chǎn) TMHQ，具有工藝流程短，轉(zhuǎn)化率較高等優(yōu)點，是國內(nèi)外目前采用的一 種主流方法，但在國內(nèi)其間甲酚來源較短缺，大部分依靠進(jìn)口，其生產(chǎn)受到一定 的限制；偏三甲苯直接氧化法工藝簡單，流程短，但由于產(chǎn)率低等原因目前仍處 于實驗研究階段。 三甲基氫醌的工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)狀 世界三甲基氫醌主要生產(chǎn)公司有德 國巴斯夫公司、瑞士的羅氏公司、日本 ChuoKaseihin 公司等，總生產(chǎn)能力約為 1.8 萬 t/a。德國巴斯夫和瑞士羅氏的產(chǎn)品除滿足本公司應(yīng)用外還有一定量的商品供應(yīng)市場， 目前世界市場上的三甲基氫 醌主要是上述兩個公司產(chǎn)品。 近年來，國內(nèi)的西北化工研究院、華東理工大學(xué)、湖南化工研究院、浙江化工研 究院等相繼成功開發(fā)了 已經(jīng)實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)， 動了我國三甲間甲酚法合成三甲基氫醌技術(shù)， 推基氫醌生產(chǎn)。主要生產(chǎn)廠家浙江新昌化工廠、 成 山西芮城化工廠、 都六菱化工廠、臺州市精細(xì)化工有限公司等。生產(chǎn)能力約為 3500 噸年， 2002 年產(chǎn)量約 3600 噸，2000 年產(chǎn)量約 2000 噸， 而國內(nèi)需求量約為 3800噸，基本與國內(nèi) VE 的生產(chǎn)能力相匹配。 3， 我國現(xiàn)有氫醌即主環(huán) 2， 5一三甲基對苯氫醌生產(chǎn)廠 9 家，從生產(chǎn)的地域分布看，浙江有 5 家，江蘇、四川、安徽、遼寧各 1 家，從生產(chǎn) 能力看，最大的 2200ta，最小的 80ta，從所需原料來源渠道看，只有兩家浙 江新昌合成化工廠 其余 7 家均從 國外進(jìn)和浙江新昌制藥股份有限公司所需原料為國產(chǎn)， 可見，口。 改變工藝路線使原料國產(chǎn)化是降低三甲基氫醌生產(chǎn)成本的關(guān)鍵。 16TMB 的利用 偏三甲苯廣泛應(yīng)用于制漆、涂料、合成樹脂、樹脂加工、醫(yī)藥以及