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1-(2-氨乙基)-2-咪唑烷酮(AEI)是一种重要的精细化工原料,在医药、材料工程等方面应用广泛,有较高的经济价值,其合成方法公开报道的有尿素工艺和2-咪唑烷酮工艺两种。本文研究了以二氧化碳、乙二胺(A)和乙醇胺(B)为原料,Ru/Al2O3为催化剂,在水溶剂中直接合成AEI的工艺路线。 在合成工艺方面,考察了反应物配比、反应温度、反应时间、CO2压力、溶剂含量、催化剂用量以及溶剂种类等因素对乙二胺转化率和AEI收率的影响。研究结果显示,对目标产物收率影响的主要因素依次为反应温度> CO2压力>反应时间;在反应温度220℃、CO2压力8MPa、反应时间10hr条件下,AEI的收率达到70.25%。 通过GC-MS对反应产物进行定性分析,1-(2-羟乙基)-2-咪唑烷酮(HEI)为主要副产物。通过实验和分析表明,主产物AEI和副产物HEI都是由2-咪唑烷酮(D)与乙醇胺直接作用生成,两个反应为竞争反应。 对反应动力学进行分步研究。实验结果表明: 第一步反应动力学方程为:r1=-dCA/dt=1842.04exp(-37526.07/RT)C0.5A; 第二步反应的动力学方程为:r2=-dCD/dt=9.150×109 exp(-109038.11/RT)C0.9B C1.4D; 第二步反应的活化能大于第一步反应的活化能,因此第二步反应程度决定了目标产物AEI的收率。 研究了主副反应的热力学,利用基团贡献法估算各个反应焓变、吉布斯自由能变和平衡常数随温度(423K~523K)的变化情况。结果表明:所有的反应在热力学上都是可行的。其中第一步反应和第二步主反应都是放热反应,第二步副反应是吸热反应。因此过高的温度会影响AEI的收率,整个反应过程存在一个合适的优化温度。本文的研究结果可为AEI的合成提供新的思路和方法。