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说说工艺优化——之回流分水
2024-01-29 09:18  浏览:14

  做工艺优化的同学们,一定清楚,当反应体系有水产生,水的存在会影响反应进程时,我们就要想办法把水从反应体系中移除,而水的去除方法,包括化学反应除水(如酰氯、酸酐、五氧化磷、氯化亚砜、三氯氧磷、碱(碱土)金属及其氢化物、醇等)、吸附除水(包括无水硫酸钠、无水硫酸钠、无水碳酸钠、无水碳酸钾、硫酸、分子筛、硅胶、等)、回流分水等方法。

  常用可用于回流分水的有机溶剂,其沸点、熔点如下表。

溶剂

沸点/

熔点/

二氯甲烷

39.8

-97

80.1

5.5

环己烷

80.7

6.5

甲苯

110.6

-94.9

正丁醇

117.2

-88.9

  当回流的温度不能满足反应的要求时,我们就要采用减压或加压的方法来降低或提高溶剂的沸点,也可以采用2种或者2种以上的混合溶剂来实现。但这种混合溶剂的方式由于低沸点的组分会首先被部分去除,因此,体系需要不断补加低沸点组分,才能保持回流温度的稳定,实际生产过程中,控制起来难度比较大。

  二氯甲烷由于密度比水大,它用于回流分水时,需要用到特殊的分水器,或者在回流分水器中加入可吸附水的试剂。

  苯的回流分水效率是比较高的,但由于它的毒性实在是太大了,所以一般不建议使用。

  而环己烷是一个比较特殊的溶剂,它的特殊之处,不仅在于它与苯的沸点相近,在一定程度上可以替代苯。

  采星在《说说工艺优化——之先入为主》中介绍了关于溶剂的沸点和冰点时,分享了“溶质可以使溶液的沸点升高、也可以使溶液的冰点下降的例子,但当我们用溶剂来做回流分水时,溶剂的沸腾会将水带出,而当大量的水和有机溶剂共存时,此时则会明显降低溶剂的沸腾温度。比如环己烷和水的共沸温度为71℃,甲苯和水的共沸温度为84℃,正丁醇和水的共沸温度100℃。当然,随着体系中水的逐渐移除,体系的沸腾温度会不断上升,最终会略高于溶剂的沸点(这是上面讲的溶质效应)。

  一般情况下,反应的初期阶段,反应底物的浓度比较高,反应速度都会比较快,产生的水的速度也会比较快,因此回流分水的温度比较低,此时,体系不宜加热至过高的温度,否则会导致体系激烈沸腾而冲料。比如,用环己烷回流分水,我们可以观察到,加热温度在78℃时,就可以开始发生回流。而随着反应的进行,反应底物的浓度逐渐降低,反应速度也会逐渐降低,产生的水的速度也会逐渐变慢,因此回流分水的温度会比较高,到反应的后期,加热温度需要提高到90℃左右,才能保持比较明显的回流。所以,需要根据反应的进程,需要不断地提高加热的温度。

  前些日子,有个同事在做回流分水反应的溶剂筛选实验,当甲苯为溶剂时,油浴的温度控制为130℃。去看反应的实际情况时,发现溶剂的回流速度为5-8秒钟1滴,显然,这会使回流分水的速度变得非常的低效甚至无效!如果提高加热温度,不会导致反应体系变差,回流的溶剂可得到有效冷凝,此时,可以尽可能地提高回流温度,加快回流速度,从而提高分水效率,提高反应速度。当加热温度提高到150℃时,溶剂回流的速度液滴基本就是连线的。

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