廣東化工2005年第10期N-羥甲基丙烯酰的合成研究陳維洪2,李大光!,李樹權(quán)(1.廣東工業(yè)大學(xué),廣東廣州510090;2.廣州有色金屬研究院,廣東廣州510651)[摘要]以有機(jī)溶劑法合成N-羥甲基丙烯酰胺,通過正交實(shí)驗(yàn)確定了最佳反應(yīng)條件為:以B酯為溶劑,在pH溫度為45℃,配料比為:丙烯酰胺:甲醛=1:1.03(mol),反應(yīng)2h即可得到含量>97%,得率>98%的產(chǎn)品。同時(shí)討論了溶劑、pH、配料比對(duì)產(chǎn)品含量的影響[關(guān)鍵詞]N-羥甲基丙烯酰胺;合成;正交實(shí)驗(yàn)Research on synthesis of N-HydroxymethylacrylamideChen Weihong, Li Daguang, Li1. Guangdong University of Technology, Guangzhou, Guangdong, 5100902. Guangzhou Research Institute of Non-ferrous Metal, guangzhou, guangdong, 510651, China)Abstract: Its synthesized N-Hydroxym ethylacrylamide by organicsolvent. Throught orthogonal experiment, we con-cluded the best reaction condition was: when pH was 9. 5, the temperature was 45C, vinegar as solvent and the ingredent: arylamide; formaldehyde was 1: 103( mol), 2h reaction later we can get the content above 97%, and the reclamationabove 98% Meanwhile, it discussed the effect of solvent, pH, ingredient to the content of reactantKeywords: N-Hydroxymethylacrylamide, synthesis, orthogonal experimentN-羥甲基丙烯酰胺是白色結(jié)晶粉末。其溶點(diǎn)為74-1.1合成原理75℃(,易溶于水及親水性溶劑能溶于脂肪酸脂類,但幾乎不溶于烴、鹵代烴等疏水性溶劑。N-羥甲基丙烯酰胺分子CH,=CHCONH2+(HCHO)n-CH2=CHCONHCH2結(jié)構(gòu)中含有可以聚合的雙鍵和可以縮合的羥甲基兩個(gè)活潑1.2試劑和儀器基團(tuán),具有交職性單體的特征。在紡織、粘合劑、塑料涂料試劑:丙烯酰胺晶體(CP),三聚甲醛(CP),B酯(CP)等行業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。三乙胺(AR),H2SO4(AR),對(duì)甲氧基苯酚(CP)由于N-羥甲基丙烯酰胺有其特殊的結(jié)構(gòu)和廣泛的用儀器:500mL三口燒瓶,離心儀,水浴加熱電爐,電動(dòng)攪途,國(guó)內(nèi)外很多學(xué)者對(duì)其合成工藝進(jìn)行過大量的研究。據(jù)報(bào)拌儀。道,目前國(guó)內(nèi)外已有多種合成N-羥甲基丙烯酰胺的方法。1.3合成操作安原初21在0-5℃低溫下,以36%甲醛和丙烯酰胺合成得在裝有攪拌器和水浴加熱的三口燒瓶中,先加入一定量出44%的N-羥甲基丙烯酰胺產(chǎn)品。英國(guó)學(xué)者采用多聚的溶劑,然后加入計(jì)量好的丙烯酰胺晶體,加熱并控制反應(yīng)甲醛和丙烯酰胺晶體以三氯乙烯為溶劑,以金屬鈉膠體作催溫度為40-55℃,加入阻聚劑對(duì)甲氧基苯酚,慢慢加入堿性化劑生產(chǎn)N-羥甲基丙烯酰胺。反應(yīng)結(jié)束后,體系自然分成催化劑三乙胺和三聚甲醛,并控制pH在8.5~10.0,加完料兩相,當(dāng)溫度降至室溫時(shí),N-羥甲基丙烯酰胺大量析出,得控溫反應(yīng)1.5~4h,反應(yīng)完畢放料并趁熱過濾,濾清液用出89%產(chǎn)品,收率93%。但所得產(chǎn)品需用丙酮或乙酸乙酯H2SO4調(diào)pH=7.0,轉(zhuǎn)人500mL燒杯中自然冷卻,待其結(jié)晶重結(jié)晶。本實(shí)驗(yàn)工藝路線采用有機(jī)溶劑B酯做介質(zhì),得出產(chǎn)后,傾出母液,晶體放入離心儀分離,得出晶體稱重即成產(chǎn)品純度>97%,收率>98%。且所選用的B酯低毒,合成工品。藝簡(jiǎn)單,原料易得操作方便,成本低,節(jié)約能源無(wú)三廢等優(yōu)2點(diǎn)。以酯做溶劑的合成方法目前文獻(xiàn)未見報(bào)道。中國(guó)煤化工2.11合成實(shí)驗(yàn)CNMHGI甲基丙烯酰胺,采用5[收稿日期]2005作者簡(jiǎn)介]陳維洪(1962-),男,廣東廣寧高級(jí)工程師在職研究生,主要從事聚丙烯酰胺系列產(chǎn)品的單體、產(chǎn)品的研究與應(yīng)用,以及潤(rùn)滑冷卻切削液的研究和農(nóng)藥乳化增效劑的研究應(yīng)用。2005年第10期廣東化工因素4水平的正交實(shí)驗(yàn)L16(42)設(shè)計(jì)了本次實(shí)驗(yàn),各因素的2.2影響產(chǎn)品含量的主要因素安排及其相應(yīng)水平見表1,實(shí)驗(yàn)方案及結(jié)果見表2和圖1。由表2正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果中極差大小可以得出影響合成反表1正交實(shí)驗(yàn)的因子水平應(yīng)的主次順序?yàn)?C>A>D>E>B,即溶劑>體系pH>配料「因比>反應(yīng)時(shí)間>反應(yīng)溫度。影響最大的是溶劑的選擇,影響水最小的是反應(yīng)溫度。pH反應(yīng)溫度/℃溶劑配料比/mol反應(yīng)時(shí)間/min表3調(diào)優(yōu)實(shí)驗(yàn)結(jié)果00三氯乙烯反應(yīng)溫度:1序號(hào)p溶劑酯料比反應(yīng)時(shí)間產(chǎn)品含量29.0B酯1:1.06B酯1:1.0397.85200號(hào)溶劑1:1.129.545B酯1:1.0312039.545B酯1:1.0312098.02B酯1:1.098.152.2.1溶劑對(duì)合成結(jié)果的影響從圖1因素-水平-產(chǎn)品含量曲線明顯看出,圖中C曲線峰值最高,極差>20,說(shuō)明溶劑對(duì)產(chǎn)品含量影響最大。據(jù)資料介紹,B酯在常溫下對(duì)丙烯酰胺溶解度為12.6g/100g而在40-50℃其溶解度>500g/100g,這對(duì)產(chǎn)品在常溫下自然結(jié)晶十分有利。而苯、200#溶劑,三氯乙烯在常溫下對(duì)丙烯酰胺度<3g/100g。在40~50℃其溶解度100g。在正交實(shí)驗(yàn)中,三氯乙烯、苯200#溶劑三種條件合成AA2AAB1BB1BC1CCCD1D2 D, D, e, Eg E, e.的產(chǎn)品含量均值分別為:76%、82%、85%。B酯高達(dá)96%圖1因素一水平一產(chǎn)品含量曲線圖調(diào)優(yōu)實(shí)驗(yàn)更高達(dá)98%。實(shí)驗(yàn)表明B酯是合成反應(yīng)最好的有機(jī)溶劑。表2L16(4)正交實(shí)驗(yàn)方案及結(jié)果2.2.2pH對(duì)合成結(jié)果的影響實(shí)驗(yàn)表明,在一定條件下,隨著催化劑用量的增加,pH因素產(chǎn)品含量序號(hào)越來(lái)越大,反應(yīng)速度加快,產(chǎn)品含量越高,當(dāng)達(dá)到一定pH范70.22圍后,繼續(xù)增加催化劑,產(chǎn)品含量反而有所下降。究其原因可能是堿性過強(qiáng)時(shí),可能出現(xiàn)副反應(yīng)123456789123421433RCOOR+N(C2H,),-RCOON(CH,)2+ROH78.31CH,=CHCONHCH, OH +ROH CH =CHCONHCH, OR+H,o使酯分解生成醇(ROH),而醇與產(chǎn)品N-羥甲基丙烯酰75.00胺生成淺黃色的二烷氧甲基丙烯酰胺,所以實(shí)驗(yàn)中要控制pH,防止局部堿性過大。實(shí)驗(yàn)表明,最佳pH為9.5。96.302.2.3原料配比對(duì)合成產(chǎn)品的影響理論上丙烯酰胺和甲醛配比應(yīng)為1:1(mol),甲醛過量o12380有利于價(jià)高的丙烯酰胺過量,但產(chǎn)品質(zhì)量要求游離醛的含量82.90≤0.25%,所以甲醛過量也不能太多,實(shí)驗(yàn)表明反應(yīng)配料比2432以丙烯酰胺:甲醛=1:1.03(mol)效果最佳95.253結(jié)論80.22N-羥甲基丙烯酰胺是應(yīng)用十分廣泛的精細(xì)化學(xué)品。國(guó)均值182.4983.7076.0283.9983.96內(nèi)外對(duì)其合成和應(yīng)用研究較多。我們經(jīng)過正交實(shí)驗(yàn)和調(diào)伏均值284.4686.3882.0687.5587.61實(shí)驗(yàn)確定了最佳反應(yīng)條件為:以B酯作為有機(jī)溶劑,配料比均值387.60858496.2485.4985.17為:丙烯酰胺:甲醛=1:1.03(mol),以三乙胺為催化劑,控均值48584.0285.6282.9183.20制pH=95,反應(yīng)溫度為45℃保溫反應(yīng)2h,即可得到含量>極差5.112.6820.224.644.4197%,得率>98%的產(chǎn)品優(yōu)水平A3B2 C, D, E2參考文獻(xiàn)主次因素C, A, D,E, B[l]H中國(guó)煤化工手冊(cè)M]北京:化學(xué)工業(yè)由表2正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果和圖1因表一水平一產(chǎn)品含量曲線清楚得出,影響合成因素的主次順序?yàn)?C>A>D>E>B,【2、10s們nCNMHG藝及其應(yīng)用[]河北化影響最大的是C因素,A、D、E影響次之,B影響最小。最佳[3]c·AVol的合成條件是AB2CD2E2。以1.3合成操作進(jìn)行調(diào)優(yōu)重復(fù)4]陳云樣,聚丙烯酰胺的研制與生產(chǎn)[C]廣州有色金屬研究院培實(shí)驗(yàn),其實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表3訓(xùn)講議