Pd/C催化對(duì)異丁基苯乙酮加氫生成對(duì)異丁基苯乙醇

王金凱，李興泰，呂志果，郭振美

(1.青島科技大學(xué)，山東 青島 266000；2.山東新華制藥股份有限公司，山東 淄博 255000)

對(duì)異丁基苯乙醇(IBPE)是1-(4-異丁基苯基)乙醇羰化(BHC)工藝中制備布洛芬非常重要的中間體，而布洛芬[1]作為一種非甾體解熱鎮(zhèn)痛藥，和阿司匹林、撲熱息痛并列為解熱鎮(zhèn)痛藥的三大支柱產(chǎn)品，經(jīng)過醫(yī)學(xué)多年研究，其消炎鎮(zhèn)痛、解熱作用比阿司匹林強(qiáng)16～32倍。適用于解熱，減輕中度疼痛及流感癥狀。與一般消炎鎮(zhèn)痛藥相比，其作用強(qiáng)而副作用小，對(duì)肝、腎及造血系統(tǒng)無明顯副作用，特別是對(duì)胃腸道的副作用小，不能耐受乙酰水楊酸、保太松、消炎痛等藥物的患者可服用本品。

如今對(duì)化學(xué)工業(yè)“清潔生產(chǎn)”的呼聲日益高漲，期望不論是原料、助劑、合成路線的選擇還是生產(chǎn)工藝的確定，最大限度滿足原子經(jīng)濟(jì)性高、零排放的要求，確保減少或消除對(duì)人類健康或環(huán)境的危害。由美國(guó)Hoechst-Celanese公司與Boots公司聯(lián)合開發(fā)的布洛芬生產(chǎn)工藝，被譽(yù)為這一進(jìn)程中的成功典范，1997年度獲得美國(guó)第二屆“總統(tǒng)綠色化學(xué)挑戰(zhàn)獎(jiǎng)”的變更合成路線獎(jiǎng)。其中中間體IBPE以異丁苯為起始原料經(jīng)傅克?；灾频膶?duì)異丁基苯乙酮(IBAP)通過加氫反應(yīng)制得，反應(yīng)方程式[1]見圖1。

圖1 反應(yīng)方程式

1 試驗(yàn)部分

1.1 藥品與試劑 對(duì)異丁基苯乙酮(山東新華制藥有限公司，純度>97%)；10%Pd/C[2](陜西開達(dá)化工有限責(zé)任公司)； 5%Pd/C[3](陜西開達(dá)化工有限責(zé)任公司)；甲醇(AR,國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司)；30% 氫氧化鈉(NaOH，質(zhì)量分?jǐn)?shù)，現(xiàn)用現(xiàn)配)；氫氣(青島安泰科氣體有限公司)。

1.2 試驗(yàn)步驟 在高壓釜中加入30 g IBAP，90 mL甲醇，2.4 g的Pd/C催化劑[4]及0.38 g NaOH(30%，質(zhì)量分?jǐn)?shù))，上緊高壓釜，檢漏，N2置換3次，H2置換3次，加壓至0.8 MPa，啟動(dòng)攪拌和加熱，設(shè)定反應(yīng)溫度和轉(zhuǎn)速。直至H2不再吸收，然后蒸出溶劑甲醇，進(jìn)行色譜分析。

1.3 產(chǎn)物分析

1.3.1 產(chǎn)物經(jīng)核磁共振氫譜進(jìn)行了定性分析1H-NMR(600 MHz,MeOD-d4)δ:7.27(d,J=8.4 Hz,2H),δ:7.11(d,J=7.8 Hz,2H),δ:4.79(d,J=6.6 Hz,1H),δ:2.45(d,J=7.2 Hz,2H),δ:1.82(t,1H),δ:1.43(d,J=6.6 Hz,3H),δ:0.89(d,J=6.6 Hz,6H)，結(jié)果見圖2。

圖2 產(chǎn)物核磁共振氫譜圖

1.3.2 產(chǎn)物經(jīng)氣相色譜用面積歸一化法進(jìn)行定量分析 色譜柱為BP10(中等極性柱)；檢測(cè)室溫度：280 ℃；氣化室溫度：280 ℃；一階程序升溫：初溫100 ℃，保持時(shí)間4 min，以每分鐘25 ℃的速率升溫至250 ℃，保持15 min。樣品溶液的配置：取樣品1.0 g于25 mL容量瓶中，以甲醇溶解并稀釋至刻度線，搖勻，作為樣品溶液進(jìn)樣(溶劑峰忽略不計(jì))出峰主要物質(zhì)和保留時(shí)間：對(duì)異丁基乙苯(10.236)對(duì)異丁基苯乙醇(12.345)對(duì)異丁基苯乙酮(13.207)。

2 試驗(yàn)結(jié)果

2.1 反應(yīng)溫度對(duì)反應(yīng)的影響 在30 g IBAP，IBAP∶甲醇(質(zhì)量比)=1∶3；P=0.8 MPa；5%Pd/C 2.4 g的試驗(yàn)條件下探究溫度對(duì)反應(yīng)的影響[5]，結(jié)果見表1。

表1 反應(yīng)溫度對(duì)反應(yīng)的影響

2.2 5%Pd/C的量對(duì)反應(yīng)的影響 在30 g IBAP，IBAP∶甲醇(質(zhì)量比)=1∶3；T=30 ℃;P=0.8 MPa的試驗(yàn)條件下探究催化劑量對(duì)反應(yīng)的影響[6]，結(jié)果見表2。

表2 催化劑的量對(duì)反應(yīng)的影響

2.3 氫氣壓力對(duì)反應(yīng)的影響 在30 g IBAP，IBAP∶甲醇(質(zhì)量比)=1∶3；T=30 ℃;P=0.8 MPa;5%Pd/C 2.4 g的試驗(yàn)條件下探究氫氣壓力對(duì)反應(yīng)的影響[7]，結(jié)果見表3。

表3 氫氣壓力對(duì)反應(yīng)的影響

2.4 NaOH的量對(duì)反應(yīng)的影響 在30 g IBAP，IBAP∶甲醇(質(zhì)量比)=1∶3；T=30 ℃;P=0.8 MPa;5%Pd/C 2.4 g 的試驗(yàn)條件下探究NaOH對(duì)反應(yīng)的影響[8]，結(jié)果見表4。

表4 NaOH的量對(duì)反應(yīng)的影響

2.5 正交試驗(yàn) 經(jīng)單因素條件探究可得，溫度對(duì)反應(yīng)的影響基本可以確定，最佳反應(yīng)溫度為30 ℃，為了深入了解氫氣壓力、NaOH的量以及催化劑的量對(duì)反應(yīng)的影響程度，因此對(duì)這3個(gè)單因素進(jìn)行優(yōu)化試驗(yàn)：以原料轉(zhuǎn)化率及目的產(chǎn)物和副產(chǎn)物的收率為指標(biāo)，工藝參數(shù)的評(píng)選采用正交試驗(yàn)法[9]，結(jié)果見表5～6。

表5 I9(33)正交優(yōu)化試驗(yàn)表

表6 正交試驗(yàn)結(jié)果及數(shù)據(jù)分析

3 討論與分析

3.1 隨著溫度的升高,I對(duì)異丁基苯乙醇的收率有所下降,副產(chǎn)物對(duì)異丁基乙苯的量有所增加，但在室溫和30 ℃情況下IBPE的收率相差不大，但在略高的溫度下吸氫速率變快，為提高反應(yīng)的效率，確定本試驗(yàn)的最佳反應(yīng)溫度為30 ℃。

3.2 隨著催化劑用量的增加,對(duì)異丁基苯乙酮的轉(zhuǎn)化率不產(chǎn)生影響，反應(yīng)速率加快，對(duì)異丁基苯乙醇的收率出現(xiàn)了極大值，催化劑量繼續(xù)增加副產(chǎn)物對(duì)異丁基乙苯的收率變高，目的產(chǎn)物收率降低，確定本試驗(yàn)的最佳催化劑用量為2.4 g。

3.3 隨著氫氣壓力的增加，對(duì)異丁基苯乙酮的轉(zhuǎn)化率升高，但當(dāng)氫氣壓力過大會(huì)使目的產(chǎn)物對(duì)異丁基苯乙醇的收率降低，副產(chǎn)物對(duì)異丁基乙苯的收率提高，確定試驗(yàn)得最佳氫氣壓力為0.8 MPa。

3.4 NaOH的加入有抑制烴生成的作用，隨著堿量的增加有利于對(duì)異丁基苯乙醇收率，但同時(shí)會(huì)降低吸氫速率,確定NaOH最佳的加入量為0.38 g。

綜上所述，通過單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn)進(jìn)行IBPE合成工藝的研究，最終確定了最佳的反應(yīng)條件：30 g IBAP，IBAP∶甲醇(質(zhì)量比)=1∶3；T=30 ℃;P=0.8 MPa;5%Pd/C 2.4 g；NaOH(30%)0.38 g，反應(yīng)時(shí)間3 h。此工藝條件下IBPE的收率可以達(dá)到96.5%。