CN109369473A - 一种n-丁基苯磺酰胺的合成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种N‑丁基苯磺酰胺的合成方法，氢氧化钠、苯基磺酰氯、正丁胺、偏铝酸钠、磷酸、双季戊四醇、聚磷酸铵、正硅酸四乙酯为主要原料，本发明的合成工艺在多孔催化剂作用下采用苯基磺酰氯与过量正丁胺和碱性试剂溶接触，然后由有机相中除去水和过量的胺，再分离出丁基苯磺酰胺，超声波辅助反应进一步提高了反应的收率，简化了后续的分离提纯过程，为增塑剂N‑丁基苯磺酰胺工业生产提供了新的方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种N-丁基苯磺酰胺的合成方法,属于化工合成领域。
背景技术
N-丁基苯磺酰胺（N-butyl benzenesulfonamide）CAS:3622-84-2是一种液体增塑剂，主要用在尼龙塑料上作增塑剂,用作聚酰胺、纤维素类树脂等的增塑剂，用于胶乳黏合剂、热熔黏合剂、印刷油墨和表面涂层。传统合成苯磺酰胺的丁基化反应由于丁基的位阻效应及磺酰胺基团的电子效应,使得该类反应难以进行,收率较低。采用醚类化合物为原料与酰胺类化合物在磷钨杂多酸的催化体系下进行反应而制备得到目标产物。但反应收率普遍很低而难以实现规模化工业生产。需要解决丁基醚反应性差,而难以用作反应原料的问题,以及大幅度提高反应的收率,为N-丁基苯磺酰胺的合成提供一种全新的工艺。
发明内容
本发明的目的在于提供一种N-丁基苯磺酰胺的合成方法，该方法在优化条件下能催化苯基磺酰氯和正丁胺的取代反应,具有较高的产物收率。
一种N-丁基苯磺酰胺的合成方法，该方法包括以下步骤：
步骤1、在装有搅拌器、测温夹套、通氮管和垂直冷凝器的四口烧瓶中，加入5g的硅铝复合多孔催化剂和120ml浓度为20%的氢氧化钠的水溶液，通入氮气清扫10min；
步骤2、在1h内向上述烧瓶缓慢加入1mol苯基磺酰氯和3mol正丁胺，超声波条件下温度保持在20℃反应30min，随后升温至60℃沉降，得到N-丁基苯磺酰胺的有机相；
步骤3、在98Kpa的真空下保持140℃的塔底温度，将有机相蒸馏1h以除去水及正丁基胺；
步骤4、在真空0.07Kpa压力下蒸馏得到剩余物，在蒸馏结束时收集含在有机相中的高纯度产物N-丁基苯磺酰胺。
所述的硅铝复合多孔催化剂制备方法如下：
步骤1、分别称取2.5g氢氧化钠和4g偏铝酸钠溶于50ml的乙二醇溶液中，50℃条件下充分溶解后混合搅拌均匀，得到透明的胶体溶液；
步骤2、然后将该混合溶液置于160℃条件下反应3小时，整个过程需要向体系中通入氮气，反应结束后，得到白色胶体溶液，冷却至室温；
步骤3、称取15g浓度为30%的磷酸，40℃下加入上述白色胶体，加热至117℃，保温浓缩1h，得一定粘度的磷酸二氢铝溶液；
步骤4、将上述磷酸二氢铝溶液加入16g正硅酸四乙酯、5g聚磷酸铵、8g双季戊四醇和10g碳酸钙，快速搅拌2min后，将其倒入模具中，在室温下静置10min；
步骤5、静置完毕放入烘箱中，80℃固化4h后处于半固化状态，再140℃继续固化2h，脱模粉碎研磨至100目，制得硅铝复合多孔催化剂。
有益效果：本发明提供了一种N-丁基苯磺酰胺的合成方法，采用苯基磺酰氯与过量正丁胺和碱性试剂溶接触，然后由有机相中除去水和过量的胺，再分离出丁基苯磺酰胺；反应物在硅铝复合多孔催化剂的作用下经过卤素取代反应得N-丁基苯磺酰胺。在催化剂的作用下，苯基磺酰氯与正丁胺之间的反应基本是完全的，即实现产物的完全转化，大大提高了原料的利用率节约了成本；超声波辅助反应通过超声波的空穴作用，在溶液中产生真空微气泡，该气泡的冲击力作用于催化剂的表面和缝隙内，对反应物产生一定的剪切作用，从而使其键断裂，从而达到一定的降解和活化作用；进一步提高了反应的收率，简化了后续的分离提纯过程。
具体实施方式
实施例1
一种N-丁基苯磺酰胺的合成方法，该方法包括以下步骤：
步骤1、在装有搅拌器、测温夹套、通氮管和垂直冷凝器的四口烧瓶中，加入5g的硅铝复合多孔催化剂和120ml浓度为20%的氢氧化钠的水溶液，通入氮气清扫10min；
步骤2、在1h内向上述烧瓶缓慢加入1mol苯基磺酰氯和3mol正丁胺，超声波条件下温度保持在20℃反应30min，随后升温至60℃沉降，得到N-丁基苯磺酰胺的有机相；
步骤3、在98Kpa的真空下保持140℃的塔底温度，将有机相蒸馏1h以除去水及正丁基胺；
步骤4、在真空0.07Kpa压力下蒸馏得到剩余物，在蒸馏结束时收集含在有机相中的高纯度产物N-丁基苯磺酰胺。
所述的硅铝复合多孔催化剂制备方法如下：
步骤1、分别称取2.5g氢氧化钠和4g偏铝酸钠溶于50ml的乙二醇溶液中，50℃条件下充分溶解后混合搅拌均匀，得到透明的胶体溶液；
步骤2、然后将该混合溶液置于160℃条件下反应3小时，整个过程需要向体系中通入氮气，反应结束后，得到白色胶体溶液，冷却至室温；
步骤3、称取15g浓度为30%的磷酸，40℃下加入上述白色胶体，加热至117℃，保温浓缩1h，得一定粘度的磷酸二氢铝溶液；
步骤4、将上述磷酸二氢铝溶液加入16g正硅酸四乙酯、5g聚磷酸铵、8g双季戊四醇和10g碳酸钙，快速搅拌2min后，将其倒入模具中，在室温下静置10min；
步骤5、静置完毕放入烘箱中，80℃固化4h后处于半固化状态，再140℃继续固化2h，脱模粉碎研磨至100目，制得硅铝复合多孔催化剂。
实施例2
步骤2、在1h内向上述烧瓶缓慢加入0.5mol苯基磺酰氯和3mol正丁胺，超声波条件下温度保持在20℃反应30min，随后升温至60℃沉降，得到N-丁基苯磺酰胺的有机相；其余步骤同实施例1。
实施例3
步骤2、在1h内向上述烧瓶缓慢加入0.1mol苯基磺酰氯和3mol正丁胺，超声波条件下温度保持在20℃反应30min，随后升温至60℃沉降，得到N-丁基苯磺酰胺的有机相；其余步骤同实施例1。
实施例4
步骤2、在1h内向上述烧瓶缓慢加入1mol苯基磺酰氯和1.5mol正丁胺，超声波条件下温度保持在20℃反应30min，随后升温至60℃沉降，得到N-丁基苯磺酰胺的有机相；其余步骤同实施例1。
实施例5
步骤2、在1h内向上述烧瓶缓慢加入1mol苯基磺酰氯和1mol正丁胺，超声波条件下温度保持在20℃反应30min，随后升温至60℃沉降，得到N-丁基苯磺酰胺的有机相；其余步骤同实施例1。
实施例6
步骤2、在1h内向上述烧瓶缓慢加入1mol苯基磺酰氯和0.5mol正丁胺，超声波条件下温度保持在20℃反应30min，随后升温至60℃沉降，得到N-丁基苯磺酰胺的有机相；其余步骤同实施例1。
实施例7
步骤2、在1h内向上述烧瓶缓慢加入1mol苯基磺酰氯和0.1mol正丁胺，超声波条件下温度保持在20℃反应30min，随后升温至60℃沉降，得到N-丁基苯磺酰胺的有机相；其余步骤同实施例1。
实施例8
步骤2、在1h内向上述烧瓶缓慢加入2mol苯基磺酰氯和3mol正丁胺，超声波条件下温度保持在20℃反应30min，随后升温至60℃沉降，得到N-丁基苯磺酰胺的有机相；其余步骤同实施例1。
实施例9
步骤2、在1h内向上述烧瓶缓慢加入4mol苯基磺酰氯和3mol正丁胺，超声波条件下温度保持在20℃反应30min，随后升温至60℃沉降，得到N-丁基苯磺酰胺的有机相；其余步骤同实施例1。
实施例10
步骤2、在1h内向上述烧瓶缓慢加入6mol苯基磺酰氯和3mol正丁胺，超声波条件下温度保持在20℃反应30min，随后升温至60℃沉降，得到N-丁基苯磺酰胺的有机相；其余步骤同实施例1。
对照例1
与实施例1不同点在于：增塑剂的合成步骤1中，用等量氧化铝作为催化剂，其余步骤与实施例1完全相同。
对照例2
与实施例1不同点在于：增塑剂的合成步骤1中，不再加入硅铝复合多孔催化剂，其余步骤与实施例1完全相同。
对照例3
与实施例1不同点在于：催化剂的合成步骤1中，用等量的硝酸铝取代偏铝酸钠，其余步骤与实施例1完全相同。
对照例4
与实施例1不同点在于：催化剂的合成步骤1中，用等量的乙二胺取代对硝基苯甲醛，其余步骤与实施例1完全相同。
对照例5
与实施例1不同点在于：催化剂的合成步骤1中，氢氧化钠和偏铝酸钠质量比为1：1，其余步骤与实施例1完全相同。
对照例6
与实施例1不同点在于：催化剂的合成步骤1中，氢氧化钠和偏铝酸钠质量比为8：5，其余步骤与实施例1完全相同。
对照例7
与实施例1不同点在于：催化剂的合成步骤4中，用等量的盐酸取代磷酸；其余步骤与实施例1完全相同。
对照例8
与实施例1不同点在于：催化剂的合成步骤4中，不再加入磷酸反应；其余步骤与实施例1完全相同。
对照例9
与实施例1不同点在于：催化剂的合成步骤5中，正硅酸四乙酯和碳酸钙质量比为1：1，其余步骤与实施例1完全相同。
对照例10
与实施例1不同点在于：催化剂的合成步骤5中，正硅酸四乙酯和碳酸钙质量比为5：8，其余步骤与实施例1完全相同。
实施例和对照例不同条件下的反应结果如表所示
| N-丁基苯磺酰胺收率/% | |
| 实施例1 | 99.0 |
| 实施例2 | 79.4 |
| 实施例3 | 68.5 |
| 实施例4 | 59.3 |
| 实施例5 | 80.2 |
| 实施例6 | 66.1 |
| 实施例7 | 60.4 |
| 实施例8 | 73.3 |
| 实施例9 | 54.6 |
| 实施例10 | 60.8 |
| 对照例1 | 49.0 |
| 对照例2 | 51.0 |
| 对照例3 | 61.7 |
| 对照例4 | 64.2 |
| 对照例5 | 49.1 |
| 对照例6 | 74.6 |
| 对照例7 | 67.0 |
| 对照例8 | 50.0 |
| 对照例9 | 70.5 |
| 对照例10 | 64.1 |
实验结果表明催化剂对苯基磺酰氯和正丁胺的取代反应具有良好的催化效果，在反应条件一定时，增塑剂收率越高，催化性能越好，反之越差；苯基磺酰氯、正丁胺摩尔比为1：3时，其他配料固定，合成效果最好，与实施例1不同点在于，实施例2至实施例10分别改变主要原料苯基磺酰氯、正丁胺的用量和配比，尽管有一定效果，但不如实施例1收率高；对照例1至对照例 2不再加入硅铝复合多孔催化剂并用等量氧化铝取代，其他步骤完全相同，导致产物收率明显降低，说明多孔固体催化剂对反应的收率影响很大；对照例3至对照例6用等量的硝酸铝取代偏铝酸钠、乙二胺取代对硝基苯甲醛，并改变二者配比，效果依然不好，说明氢氧化钠和偏铝酸钠在合适的配比下才有利于催化剂的合成；对照例7至对照例8不再加入磷酸并用等量的盐酸取代，反应效果依然不好，说明磷酸处理的铝胶体效果更好；对照例9至对照例10正硅酸四乙酯和碳酸钙质量比发生改变，催化剂的孔隙率发生改变，反应效果明显变差，说明多孔结构对碳酸钙的量有严格要求；因此使用本发明的催化剂对增塑剂N-丁基苯磺酰胺的合成反应具有优异的催化效果。
Claims (2)
1.一种N-丁基苯磺酰胺的合成方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
步骤1、在装有搅拌器、测温夹套、通氮管和垂直冷凝器的四口烧瓶中，加入硅铝复合多孔催化剂和浓度为20%的氢氧化钠的水溶液，通入氮气清扫10min；
步骤2、在1h内向上述烧瓶缓慢加入苯基磺酰氯和正丁胺，超声波条件下温度保持在20℃反应30min，随后升温至60℃沉降，得到N-丁基苯磺酰胺的有机相；
步骤3、在98Kpa的真空下保持140℃的塔底温度，将有机相蒸馏1h以除去水及正丁基胺；
步骤4、在真空0.07Kpa压力下蒸馏得到剩余物，在蒸馏结束时收集含在有机相中的高纯度产物N-丁基苯磺酰胺。
2.根据权利要求1所述一种N-丁基苯磺酰胺的合成方法，其特征在于
所述的硅铝复合多孔催化剂制备方法如下：
步骤1、分别称取2.5g氢氧化钠和4g偏铝酸钠溶于50ml的乙二醇溶液中，50℃条件下充分溶解后混合搅拌均匀，得到透明的胶体溶液；
步骤2、然后将该混合溶液置于160℃条件下反应3小时，整个过程需要向体系中通入氮气，反应结束后，得到白色胶体溶液，冷却至室温；
步骤3、称取15g浓度为30%的磷酸，40℃下加入上述白色胶体，加热至117℃，保温浓缩1h，得一定粘度的磷酸二氢铝溶液；
步骤4、将上述磷酸二氢铝溶液加入16g正硅酸四乙酯、5g聚磷酸铵、8g双季戊四醇和10g碳酸钙，快速搅拌2min后，将其倒入模具中，在室温下静置10min；
步骤5、静置完毕放入烘箱中，80℃固化4h后处于半固化状态，再140℃继续固化2h，脱模粉碎研磨至100目，制得硅铝复合多孔催化剂。
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| CN102285666A (zh) * | 2010-06-18 | 2011-12-21 | 江西师范大学 | 一种菱沸石及菱沸石膜的制备方法 |
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