甲基丙烯酰胺丙基二甲基胺的合成

化學(xué)工程師Sum 134 No 11Chemical Engineer2006年11月文章編號:1002-1124(2006)11-0057-03甲基丙烯酰胺丙基二甲基胺的合成張偉華,畢玉遂,宋新云2(1.山東理工大學(xué)化工學(xué)院,山東淄博25549;2青島經(jīng)濟技術(shù)開(kāi)發(fā)區第一中學(xué)山東青島2655摘要:以甲基丙烯酸甲酯和N,N-二甲基丙二胺為原料,二丁基二月桂酸錫為催化劑,對苯二酚為阻聚劑合成了甲基丙烯酰胺丙基二甲基胺( DMAPMA)。確定了合成的最佳工藝為:n(甲基丙烯酸甲酯)n(N,N-二甲基丙二胺)=3:1,催化劑用量為反應液總質(zhì)量的2.0%,阻聚劑用量為反應液總質(zhì)量的01%,反應溫度為體系回流溫度,反應時(shí)間為3h,在此條件下,產(chǎn)率達96%以上,二丁基二月桂酸錫可重復使用。關(guān)鍵詞:甲基丙烯酰胺丙基二甲基胺( DMAPMA);催化劑;阻聚劑中圖分類(lèi)號:TQ255.26文獻標識碼:ASynthesis of dimethylamine propyl methacrylamideZHANG Wei-hua, BI Yu-sui, SONG Xin-yu1. College of Chemical Engineering, Shandong University of Technology, Zibo 255049, China;2. Qingdao NO I Middle-School of Economic and Technologcal Development District, Qingdao 266555, China)Abstract: Dimethylamine propyl methacrylamide was synthesized by methyl methacrylate and N, N-dimeth-conditions were determined that the molar ratio of methyl methacrylate to N, N-dimethyl propylene diamine was 3the amount of catalyst was 2.0%, and the amount of inhibitor was 0. 1%(both based on the total mass ofaction mixture). Under these conditions, the yield of dimethylamine propyl methacrylamide was over 96%, dibutylin dilaurate may be used repeatlyKey words: dimethylamine propyl methacrylamine; catalysts; inhibitors甲基丙烯酰胺丙基二甲基胺( DMAPMA)是一酰氯和NN-二甲基丙二胺為原料;以甲基丙烯酸種應用很廣泛的功能性單體,是不飽和叔胺。由于甲酯和甲醇鈉在甲醇溶液中進(jìn)行反應后,再與N,N其分子結構中存在著(zhù)叔胺基團和聚合性的乙烯基二甲基丙二胺進(jìn)行反應;以甲基內烯酰胺和N,N團,化學(xué)性質(zhì)活潑,容易發(fā)生均聚、共聚和季銨化等二甲基丙二胺為原料;以甲基丙烯酸甲酯和N,N化學(xué)反應,形成多種化合物。單體活性高,形成聚甲基丙二胺為原料。由于上述各合成路線(xiàn)都合物的相對分子質(zhì)量大,并顯陽(yáng)離子特性,水溶性有優(yōu)缺點(diǎn)綜合比較后認為第五條路線(xiàn)最適合我國和醇溶性都較好。產(chǎn)品被廣泛應用于水處理、日工業(yè)化生產(chǎn),其原料易得,操作條件易控制。筆者化、造紙、醫藥、纖維等行業(yè)、石油和天然氣開(kāi)發(fā)、光參考該路線(xiàn)對反應工藝進(jìn)行了改進(jìn),以甲基丙烯酸敏材料的合成、印刷工業(yè)中的助劑、皮革加工添加甲酯和N,N-二甲基丙二胺為原料,以二丁基二月劑等2。目前世界上只有德國和日本兩家工廠(chǎng)具桂酸錫作催化劑、對苯二酚做阻聚劑,采用酰胺化有較完善的合成工藝條件,國內還沒(méi)有成熟的合成法合成了 DMAPMA。小試后經(jīng)中試試驗證明該技工藝條件及設備。因此,研究開(kāi)發(fā)一條反應工藝簡(jiǎn)術(shù)路線(xiàn)工藝比較簡(jiǎn)單、收率高,是工業(yè)化生產(chǎn)捷成本低廉的甲基丙烯酰胺丙基二甲基胺合成路 DMAPMA較為理想的方法。線(xiàn)具有重要意義。DMAPMA的合成工藝路線(xiàn)主要有:以甲基丙1實(shí)驗部分烯酸和NN三甲基內膠為原科:以甲基內酸11TV凵中國煤化工CNMHG基丙二胺為國產(chǎn)工業(yè)住取、平二酚為國產(chǎn)化學(xué)收稿日期:2006-09-27純試劑作者簡(jiǎn)介:張偉華,在讀碩士研究生,師從畢玉遂教授,主要從事精細有機合成方面的研究張偉華等:甲基丙烯酰胺丙基二甲基胺的合成2006年第11期1.2 DMAPMA的制備該反應速率受催化劑的影響較大,催化劑用量在裝有電動(dòng)攪拌器、溫度計和分餾柱的250mL少,反應速率慢;催化劑用量增大,反應速率提高四口燒瓶中按1:3( molar ratio)的配比依次加入相應產(chǎn)物的產(chǎn)率也有所提高。由表2可見(jiàn),催化劑NN-二甲基丙二胺、甲基丙烯酸甲酯并加入一定用量為反應液總質(zhì)量的2.0%時(shí),就有很好的催化量的催化劑和阻聚劑。升溫至反應溫度,回流反應效果,當催化劑用量超過(guò)20%以后收率反而降低,3h。然后,將反應裝置改為蒸餾裝置,繼續攪拌,在這是因為過(guò)量的催化劑增加了反應體系的堿性反應溫度下蒸餾除去未反應的甲基丙烯酸甲酯及故以催化劑用量為反應液總質(zhì)量的2.0%為佳。其與甲醇的共沸物。停止反應,減壓蒸去反應體系2.3阻聚劑用量對產(chǎn)率的影響內的殘余未反應物,收集110-130℃/3.87kPa的取甲基丙烯酸甲酯與N,N-二甲基丙二胺的餾分,得到無(wú)色透明液體即為產(chǎn)物甲基丙烯酰胺丙量比為3:1,催化劑用量為反應液總質(zhì)量的2.0%,基二甲基胺。蒸餾殘余液主要為催化劑和阻聚劑,反應溫度為體系回流溫度,反應時(shí)間3h,改變阻聚可重復使用。劑對苯二酚用量,實(shí)驗結果見(jiàn)表3。1.3分析測試表3阻聚劑用量對產(chǎn)率的影響1.3.1紅外光譜(IR)測試IR采用5700傅立葉阻聚劑/%紅外光譜儀(美國 Nicolet公司)測定0.050.0750.10.1250.015元素分析測試 Perkin Elmer240B型元素分析產(chǎn)率/%75486.296.296.3儀加入阻聚劑的目的是防止反應過(guò)程中反應物折光率測試上海2WAJ型阿貝折光儀。和反應產(chǎn)物的聚合。如果阻聚劑用量過(guò)少,則起不到阻聚作用;如果用量過(guò)多,則會(huì )造成后處理時(shí)的2結果與討論困難。實(shí)驗發(fā)現,阻聚劑用量為反應液總質(zhì)量的01%時(shí),體系在反應過(guò)程中和蒸餾過(guò)程中均未發(fā)現2.1原料配比對產(chǎn)率的影響聚合情況出現,說(shuō)明阻聚效果良好。故以阻聚劑用取0.5molN,N-二甲基丙二胺,改變甲基丙烯量為反應液總質(zhì)量的0.1%為佳。酸甲酯的用量,催化劑加入量和阻聚劑用量分別為反應液總質(zhì)量的20%和0.1%,反應溫度為體系問(wèn)2.4回收的催化劑重復使用結果有機錫類(lèi)催化劑價(jià)格較昂貴,重復多次使用可流溫度,反應時(shí)間3h。結果見(jiàn)表1。大大降低生產(chǎn)成本。蒸餾結束后將分離出的催化表1甲基丙烯酸甲酯用量對產(chǎn)率的影響劑做了重復使用實(shí)驗,實(shí)驗結果見(jiàn)表4。n(甲基丙烯酸甲酯)/mol表4催化劑重復使用次數對產(chǎn)率的影響產(chǎn)率/%89.591.396296496.3催化劑重復使用次數該反應為可逆反應,以加入過(guò)量的甲基丙烯酸產(chǎn)率%95.393.192.689.485.7甲酯對提高產(chǎn)率是有利的。由表1看出,隨著(zhù)甲基丙烯酸甲酯用量的增加,產(chǎn)率呈上升趨勢,但當甲由表4可知,催化劑重復使用5次后仍然保持了較高的活性,說(shuō)明該二丁基二月桂酸錫催化劑是基丙烯酸甲酯與N,N-二甲基丙二胺的量比大于3合成甲基丙烯酰胺丙基二甲基胺的良好催化劑。1時(shí),產(chǎn)率變化不大,因此,確定甲基丙烯酸甲酯與N,N-二甲基丙二胺的量比為3:1是比較合適的。2.5產(chǎn)物結構分析合成的甲基丙烯酰胺丙基二甲基胺為透明流2.2催化劑用量對產(chǎn)率的影響取甲基丙烯酸甲酯與N,N-二甲基丙二胺的動(dòng)液體測定其相對密度0.9421(25/4℃),折光率為1.4765(25℃),分別與文獻報道值0.9419(25量比為3:1,阻聚劑用量為反應液總質(zhì)量的0.1%4℃)和1.4763(25℃)相符。元素分析,CH13ON2反應溫度為體系回流溫度,反應時(shí)間3h,改變二丁測%1·.(C1=63.55(63.53),基二月桂酸錫用量,實(shí)驗結果見(jiàn)表2表2催化劑用量對產(chǎn)率的影響(HYHE中國煤化士50(16.47)CNMHG(下轉第61頁(yè))催化劑/%82.02.22.5產(chǎn)率/%83.692.596.296.095.82006年第11期龔安華等:離子交換膜電解分離溶液中硫酸根離子的實(shí)驗研究耗2.25(kW·h)·kg。在相同條件下ation,2002,l49:337-342(NH)2SO2體系電流效率高于CSO4體系,這可能2 Jean Sarrazin, dre Tallec. Use of ion exchange membranes in與陰極室的酸堿度有關(guān)。preparation organic electrochemistry: New processes for electrol3結論[3]唐玉霖,王三反膜電解法處理含鎳廢水[J].凈水技術(shù),200424(3):18-23(1)離子交換膜電解技術(shù)能有效的將SO從[41] Xue Deming. Song Dezheng, I Xiaoying. The Treatment of Crpric Chloride Solution after the etching Process by ion exchange溶液中去除,并能濃縮H2SO4。membrane Electrodialysis[J]. Desalination, 1987, 62: 251-257(2)溫度和電流密度是影響離子膜電解的重要5]許力超聲波膜電解技術(shù)堿回收效果的實(shí)驗研究J]蘭州鐵參數。電流密度越高,反應程度越高;隨著(zhù)溫度的道學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版),2003,22(1):127-129升高,電流效率會(huì )減小。[6] Yves Lorrain, Gerald Poureelly, Claude Gavach. Transport mecha-nism of sulfuric acid through an anion exchange membrane[J](3)電流效率、能耗與電流密度間存在不確定Desalination,1997,109:231-239關(guān)系,通過(guò)實(shí)驗得出最佳參數。[7] Jakob Jorissen, Stefan M. Breiter, Carsten Funk. lon transport inn exchange membranes in presence of multivalent anions like[1] E. Gain. S, Laborie, Ph. Viers. M. Rakib. Ammonium nitratesulfate or phosphate[J]. Joumal of Membrane Science, 200wastewaters treatmenat by an electromembrane process[ J]. Desal213:247-261(上接第58頁(yè))紅外光譜圖分析見(jiàn)圖1。3結論以二丁基二月桂酸錫為催化劑、對苯二酚為阻聚劑,采用甲基丙烯酸甲酯和N,N-二甲基丙二胺酰胺化法合成甲基丙烯酰胺丙基二甲基胺的最佳反應條件是:n(甲基丙烯酸甲酯):n(N,N-二甲基丙二胺)=3:1,催化劑用量為反應液總質(zhì)量的23500300025002000150010005000%,阻聚劑用量為反應液總質(zhì)量的0.1%,反應溫度為體系回流溫度,反應時(shí)間為3h,產(chǎn)率達96%以圖1 DMAPMA的紅外光譜圖上,催化劑具有較好的重復使用性能。由圖1可知,產(chǎn)物IR譜圖在1653.2cm附近出現C=C吸收峰,在1736.5cm附近出現C=0[1]張強甲基丙烯酰胺丙基二甲基胺的合成及應用[J].貴州化吸收峰,在3320.lcm-附近出現N-H吸收峰,在工,2002,27(3):11-131259.9cm附近出現C-N吸收峰,在1362.7cm-1[2]張躍華,朱江,夏明珠,等甲基丙烯酰胺丙基二甲基胺的合成附近出現叔胺基吸收峰,與標準譜圖對照一致。由與應用述評[江蘇化工,2005,33(5):22-24此證明其為甲基丙烯酰胺丙基二甲基胺。[3] Wenzel F, Amdt P J, Schlosser F, et aL. Method for making Nsubstituted acrylamides and methacrylamide[ P]. U.S.:4 206中國煤化工CNMHG