Page 229 - 《精细化工》2020年第4期

第 4 期 周新成，等: N-异冰片基丙烯酰胺的合成 ·863·

1，FeCl 3 含量为 10%，吩噻嗪含量为 0.05%，反应
时间 12 h，结果如图 5 所示。由图可知，当温度低
于 120 ℃时，随着温度的升高，分子运动加剧，碰
撞几率增加，NIBAM 产率迅速增加。当温度高于
120 ℃时，NIBAM 产率不再增加，选择性也略有下
降，这是因为温度过高不仅会使聚合产物增加，还
会使莰烯异构为其他副产物。另外，过高的温度也
3+
会引起 Fe 水解，使得有效催化剂含量下降。综合
考虑，反应温度以 120 ℃为宜。

图 3 莰烯与水物质的量之比对 NIBAM 选择性和得率的
影响
Fig. 3 Effects of molar ratio of camphene and H 2 O on the
selectivity and yield of NIBAM

2.5 反应时间的影响
反应时间越长，莰烯转化率越高，产物浓度也
越接近平衡浓度 [19] ，但时间过长，不仅会导致副产
物增加，降低 NIBAM 产率，而且还增加了能耗和
反应成本。因此，反应时间要控制在合理的范围内。
反应条件为 n（莰烯）∶n（丙烯腈）∶n（水）=1∶

3∶1，FeCl 3 含量为 10%，吩噻嗪含量为 0.05%，反 图 5 反应温度对 NIBAM 选择性和得率的影响
应温度 120 ℃。改变反应时间，考察其对反应选择 Fig. 5 Effects of reaction temperature on the selectivity
and yield of NIBAM
性及产物得率的影响，结果如图 4 所示。从图中可
以看出，在一定时间内，反应时间越长，NIBAM 的 2.7 最佳反应条件的确定
浓度越接近平衡浓度，得率越高，并在反应时间为 为减少各单因素之间的相互影响，确定最佳反
12 h 时达到最大值 90.3%。继续延长反应时间， 应条件，本文采用正交实验来优化合成 NIBAM 的
NIBAM 的得率和反应选择性反而下降了，这可能是 工艺条件。选择四个因素：莰烯与丙烯腈物质的量
因为生成的 NIBAM 发生了聚合反应。因此，最终 之比(A)、催化剂用量(B)、反应时间(C)、反应温度
选定反应时间为 12 h。 (D)。每个因素选择三个水平。可选用实验次数为 9
的四因素三水平表 L 9(3 )，正交实验结果如表 2 所示。
4

表 2 正交实验结果
Table 2 Results of orthogonal experiment
因素
实验号 得率/%
A B/% C/h D/℃
1 1∶2 8 9 110 44.7
2 1∶2 10 12 120 71.2
3 1∶2 12 15 130 86.4
4 1∶3 8 12 130 82.8
5 1∶3 10 15 110 84.1

6 1∶3 12 9 120 89.7
图 4 反应时间对 NIBAM 选择性和得率的影响 7 1∶4 8 15 120 84.6
Fig. 4 Effects of reaction time on the selectivity and yield 8 1∶4 10 9 130 88.8
of NIBAM
9 1∶4 12 12 110 89.2
2.6 反应温度的影响 K1 198.1 211.5 217.4 222.6
K2 256.6 244.1 245.5 243.2
提高反应温度可以加快反应的速率，但温度过
K3 262.6 265.3 258.0 255.1
高不仅会诱发副反应，还容易引起丙烯腈聚合，不
k1 66.0 70.5 72.5 74.2
利于控制反应成本和提高产品纯度。因此，本研究 k2 85.5 81.4 81.8 81.1
在 90~130 ℃范围内探讨了温度对反应的影响。实验 k3 87.5 88.4 86.0 85.0
条件为 n（莰烯）∶n（丙烯腈）∶n（水）=1∶3∶ R 21.5 17.9 13.5 10.8