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    芳香烃制备技术及行业现状的可行性研究报告(可研报告)

    可研报告2019-07-25 09:32:45来源:

    第一节  芳香烃的简介

    芳香烃,通常指分子中含有苯环结构的碳氢化合物。是闭链类的一种。具有苯环基本结构,历史上早期发现的这类化合物多有芳香味道,所以称这些烃类物质为芳香烃,后来发现的不具有芳香味道的烃类也都统一沿用这种叫法。例如苯、二甲苯、萘等。苯的同系物的通式是CnH2n-6 (n≥6)。芳香烃的π 电子数为4n+2 (n为非负整数)。(可行性 研究 报告

    第二节 芳香烃的制备技术

    煤和石油是制备一些简单芳香烃如苯、甲苯等的原料。而这些简单芳香烃又是制备其它高级芳香族化合物的基本原料。当煤在无氧条件下加热至1000℃,煤分子通过热分馏产生煤焦油。而从煤焦油中可以产生苯、甲苯、二甲苯、萘和其它芳香化合物。与煤不同,石油中含有大量的烷烃和少量芳香化合物。石油馏分中主要含有环烷烃和链烃,将它们转化为芳香烃的主要方法是重整和芳构化。芳构化是指含六元环的脂环族化合物在铂、钯、镍等催化剂存在下,加热脱氢,生成芳香族化合物的过程。重整包括链烃裂解、异构化、关环、扩环、氢转移、烯烃吸氢等过程。重整一般都是在催化剂作用下进行的,常用的催化剂有铂、铜等。石油工业化学中一个重要的反应称临氢重整(或称铂重整),就是在氢存在下,以铂为催化剂使分子结构重新安排,例如在Pt,SiO2/Al2O3,500℃,1~4 MPa及H2存在的反应条件下进行反应。临氢重整反应过程很复杂,因为反应体系是混合物。

    傅一克反应作用

    傅一克酰基化反应和脱氢反应在合成稠环体系时起着很大的作用。

    合成过程中要使用两次傅一克酰基化反应,第一次生成γ-氧代γ苯基丁酸,经Cemmensen还原后,再进行第二次酰化关环,然后再经一次Clemmensen还原及硒脱氢后得萘。

    蒽醌是合成一大类蒽醌染料的重要中间体,它的工业合成方法是经过两次傅一克酰基化反应得到蒽醌。蒽醌再经还原脱氢后,得到蒽。

    用萘和丁二酸酐发生傅一克酰基化反应,萘的1位及2位上都可被酰化,得到两个异构体,即β-(1-萘甲酰基)丙酸和β-(2-萘甲酰基)丙酸,然后按标准的方法还原、关环、还原、脱氢就得到菲。

    γ-芳基丁酸在多磷酸(或85% H2S04)作用下,加热环化成六元环酮,环酮用锌汞齐、盐酸还原后,再用硒加热脱氢得到多环芳香族化合物。这个合成多环化合物的重要方法称为Haworth(哈沃斯)反应。用苯合成萘、由萘合成菲的反应实例说明,Haworth反应在合成稠环化合物中十分有用。

    蔻合成方法

    蔻(coronene)在自然界中不存在,可用多种方法合成。其中一个方法是利用傅一克反应及硒脱氢反应而实现的。用2,7二甲萘通过N一溴代丁二酰亚胺进行苯甲型的溴化,两个甲基的氢各被一个溴取代,然后用Wurtz反应将两分子缩合,即得到一个十四元的环状化合物。在三氯化铝的作用下即行关环。这步反应的过程和芳香烃被烯烃烷基化类似。最后用硒脱氢即得到蔻。

    六苯并蔻(hcxabenzocoronene)是有机材料中应用十分广泛的一个中间体,利用二苯乙炔与2,3,4,5-四苯基环戊二烯酮的Diels - Alder反应,再脱酮生成六苯基苯,此化合物经FeCl3氧化即町生成六苯并蔻。

    第三节 芳香烃的 行业 现状

    苯是一种应用广泛的有机溶剂,是黏合剂、油性涂料、油墨等的溶剂。短时间内吸入大量苯蒸气可引起急性中毒。急性苯中毒主要表现为中枢神经系统麻醉,甚至导致呼吸心跳停止。长期反复接触低浓度的苯可引起慢性中毒,主要是对神经系统、造血系统的损害,表现为头痛、头晕、失眠,白血球持续减少、血小板减少而出现出血倾向,甚至诱发白血病。我国规定操作车间内空气中苯的浓度不得超过40mg·m,居室内空气中苯含量平均每小时不得超过0.09mg·m.制鞋、皮革加工业、箱包、家具制造中使用的黏胶剂,喷漆、油漆工作中使用的溶剂都含有苯或苯的同系物,因此从事上述职业的人群要加强防范,避免苯中毒。虽然环芳烃对人体有害,但是人类却对一种原始的烹饪方式情有独钟,那就是烧烤(这可能是由于祖先遗传给我们的行为因子造成的,在有些时候竟然使我们对环芳烃产生一种愉悦感)。

    人若长期接触或吸入稠环芳烃如萘(俗称卫生球,过去用来驱蚊防霉)等则会致癌。许多稠环芳烃是强烈的致癌物质,如苯并芘等。秸秆、树叶等物质不完全燃烧形成的烟雾中含有较多的稠环芳烃,我国有些省市已经禁止焚烧树叶和秸秆。香烟的烟雾中也存在多种稠环芳烃,提醒青少年应珍视生命,远离香烟烟雾的危害。

    第四节 芳香烃的结构技术

    加成反应

    1.苯的加成反应

    苯具有特殊的稳定性,一般不易发生加成反应。但在特殊情况下,芳烃也能发生加成反应,而且总是三个双键同时发生反应,形成一个环己烷体系。如苯和氯在阳光下反应,生成六氯代环己烷。

    只在个别情况下,一个双键或两个双键可以单独发生反应。

    2.萘、蒽和菲的加成反应

    萘比苯容易发生加成反应,例如:在不受光的作用下,萘和一分子氯气加成得1,4二氯化萘,后者可继续加氯气得1,2,3,4-四氯化萘,反应在这一步即停止,因为四氯化后的分子剩下一个完整的苯环,须在催化剂作用下才能进一步和氯气反应。1,4-二氯化萘和1,2,3,4-四氯化萘加热可以失去氯化氢而分别得1-氯代萘和1,4-二氯代萘。

    由于稠环化合物的环十分活泼,因此一般不发生侧链的卤化。

    蒽和菲的9、10位化学活性较高,与卤素的加成反应优先在9、10位发生。

    还原反应

    1.Birch还原反应

    碱金属(钠、钾或锂)在液氨与醇(乙醇、异丙醇或二级丁醇)的混合液中,与芳香化合物反应,苯环可被还原成1,4-环己二烯类化合物,这种反应叫做Birch(伯奇)还原。例如,苯可被还原成1,4-环己二烯。

    Birch还原反应与苯环的催化氢化不同,它可使芳环部分还原生成环己二烯类化合物,因此Birch还原有它的独到之处,在合成上十分有用。

    萘同样可以进行Birch还原。萘发生Birch还原时,可以得到1,4二氢化萘和1,4,5,8-四氢化萘。

    2.催化氢化反应

    苯在催化氢化( catalytic hydrogenation)反应中一步生成环己烷体系。萘在发生催化加氢反应时,使用不同的催化剂和不同的反应条件,可分别得到不同的加氢产物。蒽和菲的9、10位化学活性较高,与氢气加成反应优先在9、10位发生。

    3.用金属还原

    用醇和钠也可以还原萘,温度稍低时得1,4-二氢化萘,温度高时得1,2,3,4-四氢化萘。

    氧化反应

    1.苯及其衍生物的氧化

    烯、炔在室温下可迅速地被高锰酸钾氧化( oxidation),但苯即使在高温下与高锰酸钾、铬酸等强氧化剂同煮,也不会被氧化。只有在五氧化二钒的催化作用下,苯才能在高温被氧化成顺丁烯二酸酐。

    烷基取代的苯易被氧化,但一般情况下,氧化时苯环仍保持不变,只是和苯环相连的烷基被氧化成羧基。

    而且,不管侧链多长,只要和苯环相连的碳上有氢,氧化的最终结果都是侧链变成只有一个碳的羧基,如果苯环上有两个不等长的侧链,通常是长的侧链先被氧化。

    只有苯环和一个三级碳原子相连或与一个极稳定的侧链相连时,在强烈的氧化条件下,侧链才得以保持,苯环被氧化成羧基。

    2.萘、蒽和菲的氧化反应

    萘比苯易氧化,在室温用三氧化铬的醋酸溶液处理得1,4-萘醌。若在高温和五氧化二钒的催化下被空气氧化,则得重要的有机化工原料邻苯二甲酸酐。

    当萘环上有取代基时,活化基团常常使氧化反应在同环发生,而钝化基团使氧化反应在异环发生。

    由于萘环比侧链更易氧化,所以不能应用侧链氧化法来制备萘甲酸。

    蒽和菲的氧化反应首先在9、10位发生。蒽用硝酸或三氧化铬的醋酸溶液或重铬酸钾的硫酸溶液氧化生成9,10 -蒽醌,9,10-蒽醌是合成蒽醌染料的重要中间体。菲用上述氧化剂氧化生成9,10 -菲醌。 

     

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