催化加氫制備醫藥中間體2,5-二甲氧基苯基乙胺

施　穎，費國霞

(1.成都市食品藥品檢驗研究院，四川 成都 610000；2.高分子材料工程國家重點實驗室，四川大學高分子研究所，四川 成都 610065)

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催化加氫制備醫藥中間體2,5-二甲氧基苯基乙胺

施穎1，費國霞2*

(1.成都市食品藥品檢驗研究院，四川 成都 610000；2.高分子材料工程國家重點實驗室，四川大學高分子研究所，四川 成都 610065)

精細化學工程;2-(2,5-二甲氧基苯基)硝基乙烯；有機均相催化；負載型催化劑；加氫；2,5-二甲氧基苯基乙胺

2-(2,5-二甲氧基苯基)硝基乙烯的加氫產物2,5-二甲氧基苯基乙胺是一種重要的化工原料，廣泛應用于精細化工以及醫藥中間體。近年來，以貴金屬Ru和Pd為負載金屬催化劑用作芳烴加氫反應的報道較多[1-5],雙金屬負載催化劑用于加氫還原多是負載于各種氧化物或高分子載體上[6-12]。2-(2,5-二甲氧基苯基)硝基乙烯的還原大多采用化學還原法[13]，我們在以前的工作中研究了在液-液兩相體系中對2-(2,5-二甲氧基苯基)硝基乙烯催化加氫[14]。

本文以Ru/AC和Ru-Pd/AC為負載型催化劑，考察對2-(2,5-二甲氧基苯基)硝基乙烯催化加氫制備2,5-二甲氧基苯基乙胺的反應性能。

1　實驗部分

1.1試劑與儀器

2-(2,5-二甲氧基苯基)硝基乙烯,化學純;粉末活性炭,江蘇麗陽活性炭聯合廠;RuCl3·nH2O,昆明貴金屬研究所，Ru質量分數為39%;H2,純度大于99.99%;二氯甲烷,分析純，成都科龍化工試劑廠。

Ru/AC催化加氫反應用溫度控制檢測儀CKW-1KW,成都竣源電器;不銹鋼高壓釜帶(60 mL),恒溫磁力攪拌器S21-2,上海司樂儀器廠。

Ru-Pd/AC催化加氫用溫度控制檢測儀XMT,寧波自動化儀表研究所;不銹鋼高壓釜(30 mL),恒溫磁力攪拌器S4672,美國Cimarec公司。

氣相色譜儀帶FID檢測器GC-960,上海海欣色譜儀器有限公司;色譜柱,美國Supelco公司,30 m×0.53 mmSE-30彈性石英毛細管;CDP-4A色譜數據處理機,上海伍豐科學儀器有限公司。

1.2催化劑活性評價

Ru/AC催化加氫：用Ru溶液浸漬處理好的活性炭24 h，Ru與AC質量比為5∶100，105 ℃烘箱干燥24 h。將一定量2-(2,5-二甲氧基苯基)硝基乙烯溶于一定體積的二氯甲烷中，加入反應釜，添加一定量金屬負載催化劑,用高純H2置換3次，預定氫壓，加熱至預定溫度，攪拌，反應結束后,立即用冰水冷卻，溫度升至預定溫度前10 min開始計時。

Ru-Pd/AC催化加氫：用Ru和Pd混合溶液浸漬處理好的活性炭，Ru、Pd和AC質量比為4∶1∶100，其他實驗操作與Ru/AC催化加氫相同。

氣相色譜分析產物，確定轉化率以及目標產物選擇性。

2　結果與討論

2.1Ru/AC催化氫化反應

2.1.1反應時間

在活化時間5 min、催化劑用量50 mg、2-(2,5-二甲氧基苯基)硝基乙烯用量250 mg、CH2Cl2用量10 mL、反應溫度150 ℃和氫壓5.0 MPa條件下，考察反應時間對Ru/AC催化氫化反應的影響，結果見圖1。

圖 1　反應時間對Ru/AC催化氫化反應的影響Figure 1　Effects of reaction time on the selectivity to the hydrogenation product and conversion over Ru/AC catalyst

2.1.2反應溫度

在2-(2,5-二甲氧基苯基)硝基乙烯用量500 mg、催化劑用量100 mg、CH2Cl2用量10 mL、未活化、反應時間5 h和氫壓5.0 MPa條件下，考察反應溫度對Ru/AC催化氫化反應的影響，結果見圖2。

圖 2　反應溫度對Ru/AC催化氫化反應的影響Figure 2　Effects of reaction temperatures on the selectivity to the hydrogenation product and conversion over Ru/AC catalyst

反應溫度升高，傳質速率和分子間碰撞反應幾率增加，提高反應速率，分子獲得的能量更大，易克服反應能壘，滿足阿累尼烏斯定律。由圖2可以看出，反應溫度低于140 ℃時，反應速率非常緩慢；反應溫度150 ℃時，轉化率達100%,目標產物選擇性達93%；反應溫度升至160 ℃，大量的苯環加氫產物生成，目標產物選擇性下降,選擇適宜的反應溫度為150 ℃。

2.1.3氫壓

在2-(2,5-二甲氧基苯基)硝基乙烯用量500 mg、催化劑用量100 mg、CH2Cl2用量10 mL、未活化、反應時間5 h和反應溫度150 ℃條件下，考察氫壓對Ru/AC催化氫化反應的影響，結果見圖3。由圖3可見，氫壓從2.0 MPa增至5.0 MPa，轉化率達到100%,目標產物選擇性達93%；繼續增加氫壓，轉化率反而降低。目標產物選擇性與轉化率趨勢相似，氫壓增加會增大H2在液相中的溶解度，并提高H2在催化劑表面的覆蓋率和傳質速率，加快反應速率，提高轉化率，選擇適宜的氫壓為5.0 MPa。

圖 3　氫壓對Ru/AC催化氫化反應的影響Figure 3　Effect of H2 pressure on the selectivity to the hydrogenation product and conversion over Ru/AC catalyst

2.1.4Ru濃度

在2-(2,5-二甲氧基苯基)硝基乙烯用量500 mg、CH2Cl2用量10 mL、未活化、反應時間5 h、反應溫度150 ℃和氫壓5.0 MPa條件下，考察Ru濃度對Ru/AC催化氫化反應的影響，結果見圖4。

圖 4　Ru濃度對Ru/AC催化氫化反應的影響Figure 4　Effects of Ru concentration on the selectivity to the hydrogenation product and conversion over Ru/AC catalyst

由圖4可以看出，Ru濃度4.9×10-3mol·L-1時，產物轉化率達100%,目標產物選擇性達93%。適宜的Ru濃度為4.9×10-3mol·L-1。

2.2Ru-Pd/AC催化氫化反應

2.2.1反應時間

在2-(2,5-二甲氧基苯基)硝基乙烯用量250 mg、催化劑用量25 mg、CH2Cl2用量10 mL、氫壓3.0 MPa和反應溫度190 ℃條件下,考察反應時間對Ru-Pd/AC催化氫化反應的影響,結果見圖5。由圖5可以看出，反應時間5 min即有產物生成，4 h時轉化率達到100%。色譜分析結果表明，由于金屬Pd的催化活性較高[2]，Ru-Pd/AC反應中的苯環更容易被加氫，因此,Ru-Pd/AC雙金屬催化體系的氫化選擇性低于Ru/AC體系，選擇適宜的反應時間為5 h。

圖 5　反應時間對Ru-Pd/AC催化氫化反應的影響Figure 5　Effects of reaction time on the selectivity to the hydrogenation product and conversion over Ru-Pd/AC catalyst

2.2.2反應溫度

在未活化、反應時間5 h、2-(2,5-二甲氧基苯基)硝基乙烯用量250 mg、催化劑用量25 mg、 CH2Cl2用量5 mL和氫壓3.0 MPa條件下，考察反應溫度對Ru-Pd/AC催化氫化反應的影響，結果見圖6。

圖 6　反應溫度對Ru-Pd/AC催化氫化反應的影響Figure 6　Effects of reaction temperatures on the selectivity to the hydrogenation product and conversion over Ru-Pd/AC catalyst

由圖6可以看出，反應溫度由170 ℃升至180 ℃，轉化率可達到100%；反應溫度(170～190) ℃時，目標產物選擇性隨著反應溫度升高而穩步提高，190 ℃時達到最大值為84%，但反應溫度超過190 ℃后,目標產物選擇性反而降低，這是由于苯環被進一步加氫所致，選擇適宜的反應溫度為190 ℃。

2.2.3氫壓

在未活化、反應時間5 h、2-(2,5-二甲氧基苯基)硝基乙烯用量250 mg、催化劑用量25 mg、 CH2Cl2用量5 mL和反應溫度190 ℃條件下，考察氫壓對Ru-Pd/AC催化氫化反應的影響，結果見圖7。

圖 7　氫壓對Ru-Pd/AC催化氫化反應的影響Figure 7　Effects of H2 pressure on the selectivity to the hydrogenation product and conversion over Ru-Pd/AC catalyst

由圖7可以看出，氫壓3.0 MPa時,轉化率達到100%,目標產物選擇性為84%；繼續增加氫壓，轉化率降低。目標產物選擇性與轉化率相似，原因與Ru/AC體系相同，即氫壓增大會增加氫氣在液相中的溶解度，轉化率提高，目標產物選擇性也因硝基的部分加氫中間產物被進一步加氫為氨基而提高，但由于Pd活性大，氫壓過高易導致苯環進一步被加氫，選擇適宜的氫壓為3.0 MPa。

2.2.4Ru和Pd總濃度

在未活化、反應時間5 h、2-(2,5-二甲氧基苯基)硝基乙烯用量250 mg、CH2Cl2用量5 mL、反應溫度190 ℃和氫壓3.0 MPa條件下，考察Ru和Pd總濃度對Ru-Pd/AC催化氫化反應的影響，結果見圖8。

圖 8　Ru和Pd總濃度對Ru-Pd/AC催化氫化反應的影響Figure 8　Effects of Ru and Pd total concentration on the selectivity to the hydrogenation product and conversion over Ru-Pd/AC catalyst

由圖8可以看出，目標產物選擇性和轉化率隨著Ru和Pd總濃度增加而提高，Ru和Pd總濃度2.46×10-3mol·L-1時，目標產物選擇性和轉化率均達到最高并趨于平穩。表明催化氫化反應控制步驟由鏈引發轉變為鏈增長過程以后，繼續增加Ru和Pd總濃度對宏觀反應速率影響不大，適宜的Ru和Pd總濃度為2.46×10-3mol·L-1。

3　結　論

(1) 在有機均相催化體系中，以負載型催化劑Ru/AC和Ru-Pd/AC對2-(2,5-二甲氧基苯基)硝基乙烯催化加氫制備2,5-二甲氧基苯基乙胺有較高的催化活性和產物選擇性。

(2) Ru/AC催化體系的最優反應條件為：氫壓5.0 MPa,Ru濃度為4.9×10-3mol·L-1,反應溫度150 ℃，反應時間5 h。在此條件下,轉化率可達100%，目標產物選擇性達93%。反應結束后，抽濾即可分離產物與催化劑。

(3) Ru-Pd/AC催化體系最優反應條件為：氫壓3.0 MPa,Ru和Pd總濃度2.46×10-3mol·L-1,反應溫度190 ℃，反應時間5 h。在此條件下,轉化率達100%，目標產物選擇性為84%。反應結束后，抽濾分離產物與催化劑。

(4) 以Ru-Pd/AC為催化劑時，副產物與Ru/AC催化加氫反應類似，Pd使副產物中的苯環加氫副產物較多，反應活性高于Ru/AC體系，但選擇性低于Ru/AC體系。

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Preparation of medical intermediate 2,5-dimethoxyphenethylamine by catalytic hydrogenation

ShiYing1,FeiGuoxia2*

(1.Chengdu Institute for Food and Drug Control, Chengdu 610000, Sichuan, China; 2.State Key Laboratory of Polymer Materials Engineering, Polymer Research Institute, Sichuan University, Chengdu 610065, Sichuan, China)

fine chemical engineering; 2-(2,5-dimethoxy phenyl) nitroethene; organic homogeneous catalytic system; supported catalyst; hydrogenation; 2,5-dimethoxyphenethylamine

TQ246.3+1;TQ426.94Document code: AArticle ID: 1008-1143(2016)08-0078-05

2016-03-17;

2016-06-14

施穎,碩士,研究方向藥品分析及合成。

費國霞，博士，研究方向生物醫用材料。

10.3969/j.issn.1008-1143.2016.08.015

TQ246.3+1;TQ426.94

A

1008-1143(2016)08-0078-05

doi:10.3969/j.issn.1008-1143.2016.08.015