完整版氨基甲酸甲酯的合成与工艺优化毕业设计.docx

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完整版氨基甲酸甲酯的合成与工艺优化毕业设计

氨基甲酸甲酯的合成与工艺优化

Synthesisandprocessoptimizationofmethylcrbamate

摘要I

AbstractII

引言1

第一章文献综述2

1.1酯类化合物简介2

1.2氨基甲酸酯类化合物的应用2

1.2.1农药2

1.2.2医药3

1.2.3纺织行业4

1.2.4合成树脂改性4

1.2.5有机合成中间体5

1.3氨基甲酸甲酯的合成方法及研究现状6

1.3.1光气法6

1.3.2有机碳酸酯胺解法6

1.3.3羰基化法8

1.3.4尿素醇解法10

1.4耦合反应11

1.5本课题的研究意义及主要内容12

1.5.1本文研究内容13

第二章实验部分14

2.1氨基甲酸甲酯的合成14

2.1.1氨基甲酸甲酯的合成机理14

2.1.2实验试剂及仪器14

2.1.3实验步骤15

第三章实验结果和数据分析16

3.1图谱分析16

3.1.1热重分析16

3.1.2红外光谱分析16

3.2MC产率的计算18

3.3实验条件的影响18

3.3.1温度的影响18

3.3.2压力的影响19

3.3.3耦合剂用量的影响21

结论23

致谢24

参考文献25

氨基甲酸甲酯的合成与工艺优化

摘要：

本文综述了氨基甲酸酯类化合物在有机合成过程中作为中间体的主要用途，以及在农业、建筑、纺织等行业的应用。

并对目前合成氨基甲酸酯的各种方法进行了评述。

本文重点研究了氨基甲酸甲酯的合成路线，本文选择、安装了一套适用于高温、高压条件的带有电动搅拌装置、及精确控温、测温、测压器件的反应装置分别对用来测温测压力的热电偶和压力传感器进行了标定校正。

选用了一套通过控制单一变量的分析方法，用于实验在不同反应条件下的最佳产率分析。

通过大量试验分别考察了反应温度、反应压力、反应时间、耦合剂用量等因素对反应产率的影响，找到了此反应最适宜的温度、压力、反应时间和耦合剂用量。

关键词：

氨基甲酸甲酯；多聚磷酸；尿素醇解法；耦合反应

Synthesisandprocessoptimizationofmethylcarbamate

Abstract:

Theapplicationsofmethylcarbamate（MC）asintermediatesintheprocessoforganicsynthesisarereviewedinthispaper.Methylcarbamatecanalsobeusedinagriculture,architecture,textileandsoon.Thedifferentsyntheticmethodsofmethylcarbamatearealsoassessed.Preparationofmethylcarbamateisthemaincontentforthispaper.Asetofhigh-temperatureandhigh-pressureresistant,stainlesssteelautoclavereactorisselectedandinstalled.Duringthereactionprocess,theautoclaveiselectric-heatedandelectric-mixer.Thetemperatureandpressurearedetectedandcontrolledrespectivelybythermocoupleandpressuresensor,whichhavebeenpreciselycalibrated.Inornertoanalyzetheexperimentaloptimumyieldunderdifferentreactionconditions,choosenaanalysisofcontrolmethodofsinglevariableExperimentsbeencarriedoutatdifferenttemperatures,pressuresandcouplingagentquantitiesfordifferenttimesoastoacquiretheireffectsonthesynthesisreactionandtofindtheoptimalreactioncondition.

Keywords:

Methylcarbamate;Polyphosphoricacid;Ureaalcoholysis;Couplingreaction;

引言

氨基甲酸甲酯是一种重要的精细化学品,它不仅可作药物，亦是许多医药、农药合成的中间体，其衍生物作为除草剂、杀虫剂、橡胶抗氧剂、热稳定剂等在农业、橡胶业得到越来越广泛的应用。

如：

某些氨基甲酸酯具有缓和的催眠作用，被用作镇静药物，并用于癌的研究，如炔已蚁胺（ethinamate），甲丙胺酯（meprobamate）等；还有氨基甲酸酯类农药，由于它与其它种类的农药相比对人和其它哺乳动物低毒、毒杀专一性强、易被多种因素降解、残留低、对环境的副作用小，所以近年来成为世界各国发展较快的一种杀虫剂。

2007年，国家强令禁止使用有毒有机磷农药，高毒有机磷农药的市场逐步被低毒农药所占领，而氨基甲酸酯类杀虫剂作为世界通用的农业低毒杀虫剂中的一个重要品种，其市场需求量正逐步增高，以氨基甲酸甲酯为原料的农药的需求量每年在6万吨左右。

目前国内正研究用氨基甲酸甲酯为原料合成抗癌新药、低毒杀虫剂等新产品，预期氨基甲酸甲酯的市场需求量还会增加。

总体来讲国内生产总量小于需求量，市场供不应求，前景广阔。

尿素醇解法对于合成小分子的氨基甲酸酯具有较大的潜力，该方法反应步骤简单，原料是尿素和甲醇，成本很低，其主要的缺点就是有大量副产物氨气生成，所以对于尿素醇解法最主要的研究方向是高效催化剂的选取以及副产物氨气的去除。

本文采用尿素醇解法在中温中压的条件下合成氨基甲酸甲酯，釆用价格低廉且来源广泛的尿素和甲醇为原料，降低了生产成本，并且副产物多聚磷酸铵可以氮肥，另外，氨基甲酸甲酯也可以继续醇解制备绿色化工原料碳酸二甲酯。

第一章文献综述

1.1酯类化合物简介

图1.1氨基甲酸酯类化合物（Carbamicester）的结构通式

其中R为烷基或芳香基；R’为H或烷基、环烷基、不饱和烃基、芳香基；R'为烷基或芳香基；n=2～10。

这类化合物具有广泛的用途，可用作农药、医药、合成树脂改性和有机合成的中间体等。

作为有机合成中间体，可用于合成异氰酸酯、无毒聚氨酯、三聚氰胺衍生物、碳酸二烷基酯和聚乙烯胺等，氨基甲酸酯可以与不饱和烃、醛酮、多元醇和芳烃等反应，生成各种用途的衍生物，也可用于合成吡咯、三唑酮、喹唑啉酮和三嗪等杂环化合物，具有很好的应用前景。

氨基甲酸甲酯（MethylCarbamate），以下简称MC，化学式为NH2COOCH3，相对分子质量为75.07，别名尿基烷（Urethylane）、甲基乌来坦（Methylurethane），为白色结晶颗粒，不燃，易溶于水和醇，沸点177°C，相对密度1.361，折光率1.4125，化学纯质量要求溶点52-56.5°C[1]。

1.2氨基甲酸酯类化合物的应用

氨基甲酸甲酯在农药、医药、纺织、合成树脂改性、有机中间体等方面具有很大的应用[2]。

甲萘威、呋喃丹、涕灭威、灭多威、拉维因、西维因等都是典型的氨基甲酸酯类农药。

氨基甲酸酯类在医药上的应用主要是局部麻醉药。

在纺织领域，纤维素氨基甲酸酯（CelluloseCarbamate）被誉为环境友好型纤维素纤维。

此外，氨基甲酸酯还被广泛应用于有机合成中间体，如:

氨基甲酸酯热分解是最具工业化潜力的合成异氰酸酯非光气生产路线。

1.2.1农药

氨基甲酸酯类农药是一种新型的广谱杀虫剂、除草剂、杀螨剂和杀菌剂，具有在环境中低残留，用药量少，对人毒性低、不易产生抗性、药效快等优点[3]，弥补了有机磷和有机氯农药的缺点，在农业、林牧业等方面得到了广泛的应用。

氨基甲酸酯类农药以其高选择性和对咀嚼式害虫的高活性，与有机磷类、拟除虫菊酯类一起，成为杀虫剂的主体[4]。

它们的商品化品种大约有40余种，其中产量较大的约有10余种。

这些品种包括巴沙、速灭威（Tsumacide）、叶蝉散、西维因（Carbary）、吠喃丹、涕灭威、灭多威、残杀威、抗蚜威和杀线威等。

1989年在世界杀虫剂市场中，氨基甲酸酯类杀虫剂销售额占总杀虫剂销售额的21.0%，仅次于有机磷类，居第二位。

最近Masan[5]:

等设计合成出了一种N-苯基氨基甲酸酯类化合物，可用于农业或园艺作为杀菌剂。

结构通式如下：

图1.2N-苯基氨基甲酸酯类化合物

R1为H或C2-5烷氧基烷基、C2-5炔基、C1-4烷基、C2-5烯基；R2为C1-4烷基和R4为H或C1-4烷基；R5为H或C1-8烷基、C1-4氯代烷基；X为O或S；n=1-3。

该类化合物可以作为颗粒剂、可湿性粉剂和乳剂使用，用于防止黄瓜霜霉病、灭霉病和白粉病、水稻稻瘟病和稻纹桔病、小麦叶锈病以及大麦白粉病等。

1.2.2医药

表1.1一些氨基甲酸酯类药物

名称结构用途

氨基甲酸-3-苯丙酯H2NCOOCH2CH2C6H5镇静剂

（Gamaquil）

B-轻基苯乙基氨基甲酸酯H2NCOOCH2CH（OH）C6H5肌肉松弛剂

（Sinaxar）

2-苯基-1，3-丙二醇二氨基（H2NCOOCH2）2CHC6H5抗癫痫药

甲酸酯（Felbamate）

氨基甲酸酯类化合物作为镇静药物在医药上很早就得到了应用，这类化合物具有缓和的催眠作用，适合于小儿和心脏病人使用，阿普拿（Aponal，氨基甲酸乙酯）是最早用作镇静剂的品种之一。

近年来，用苯基取代或丙二醇二氨基甲酸酯作为消炎剂、肌肉松弛剂、镇痛剂、抗癫痫药[6]，取得了很好的疗效。

氨基甲酸-2-氨基-3-苯基丙酯具有调节中枢神经作用[7]。

一些较复杂的氨基甲酸酯类化合物具有一定的抗癌作用[8]。

1.2.3纺织行业

氨基甲酸酯代替尿素和甲醛缩合，再经乙二醇醚化等工序，得到用于纤维处理的织物整理剂[9]。

和以往产品相比，具有较好的耐酸、碱水解性能，织物经处理、热定型后平整，具有很好的抗皱性能。

反应式如下（R为Cl-6烷基）:

（1-1）

图1.3纤维整理剂的合成

在纺织行业，纤维素氨基甲酸酯（CelluloseCarbamate），简称CC，被誉为环境友好型纤维素纤维，是纤维素磺酸酯最有潜力的替代品。

传统的纤维素纤维生产大多釆用存在严重的环保问题的粘胶法纤维素纤维生产技术，此方法在生产过程中会产生毒性很大的CS2、H2S和含有重金属离子锌的废水。

纤维素氨基甲酸甲酯的产生不仅克服了粘胶纤维生产过程中的两废问题，并且其加工过程和纺丝过程与粘胶工艺基本一致，因此简化了工艺，降低了设备成本。

另外，鉴于纤维素氨基甲酸酯可溶于弱碱性溶液，将纤维素氨基甲酸酯溶于稀的NaOH溶液中，再经过塑性处理、凝固和再生浴，则可以将其加工成纤维、薄膜、海绵、特殊纸等高附加值的产品。

纤维素氨基甲酸酯可以通过纤维素中氨基甲酸酯基团相互粘合，形成一个平面，其强度由纤维素中氧基甲酸酯基团的个数决定，再加上纤维素氨基甲酸酯是可以完全降解的，因此很适合生产用之即弃的非织造布产品。

目前，纤维素氨基甲酸酯被广泛地应用于贴身