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溴或溴化氢容易与烯烃、炔烃、不饱和醇等不饱和精细化学品进行加成反应,为避免发生取代反应,通常在低的温度下进行反应。溴加成到不饱和精细化学品上的反应速度相当快,一般不需要催化剂。紫外线或高温可以用来加速反应的进行,但随着温度的增高,副反应(取代反应)也增加,产品纯度下降。为了防止局部过热,减少副反应,必须加入溶剂,反应机理可能是自由基反应或者是离子反应。
工业上用溴与不饱和精细化学品的加成反应最重要的是用来生产1,2-二溴乙烷、1,1,2,2-四溴乙烷和1,2-二溴-3-氯丙烷(DBCP)。烯烃与溴化氢的加成反应又称烯烃氢溴化反应。当把溴化氢加到烯烃分子上时,溴原子择优加成到氢原子数目最少的那个碳原子上,因此,丙烯与溴化氢加成反应几乎全部得到溴化异丙烷。但是,当某些自由基引发剂存在时,则可抑制溴原子加成到上述碳原子上,使溴原子择优加成在α-烯烃的终端碳原子上,形成溴代链烷烃。常用的自由基引发剂有氧、有机过氧化物、臭氧和紫外线等,采用低的反应温度也可抑制上述反应的进行。
当溴与不饱和醇反应时,溴不仅加成到双键或三键上,而且还会与羟基发生取代反应在工业上主要用来生产溴乙烷和2,3-溴丙醇。
1. 1,2-二溴乙烷
(1)加成法工业上生产1,2-二溴乙烷都采用乙烯与溴非催化加成的方法。反应动力学指出,反应速率随反应温度升高而增加,水蒸气的存在能加速反应的进行,此反应为放热反应,其反应式如下:
加成法生产1,2-二溴乙烷的工艺流程见图14-1。
图14-1 加成法生产1,2-二溴乙烷工艺流程
1-溴化反应器;2-HBr洗涤塔;3-尾气洗涤塔
反应器由玻璃制成,直径约31 cm并分成两段,下段是填料段,上段是反应区。为了除去反应热,反应区内有冷却盘管。每天约产1,2-二溴乙烷27t,接近理论产率。
溴加入反应器内,乙烯从反应器底部加入上升到反应区与溴发生反应,由冷却水控制反应温度在100℃以下,乙烯略微过量3.0%,液体产物内溶解有一定量未反应的溴,经过填料段与上升的乙烯接触,进一步反应变成产品。顶部排放的尾气中含过剩乙烯、溴化氢、随乙烯带入的惰性杂质和夹带的1,2-溴乙烷和溴等,经冷却盘管冷凝回收1,2-二溴乙烷和溴后,送到洗涤塔用水洗涤脱除HBr,再送到最终洗涤塔用液溴洗涤回收过剩乙烯。粗产品中未反应的乙烯和溴,可以用波长为300~500 nm的光线进行光化处理,以提高产品纯度。
为了提高产率可用水喷入反应器,反应区温度为100~120℃。有少量溴化氢生成,必须在第二反应塔中加入氯使溴化氢氧化成溴加以循环利用,并消除污染。
(2)脂肪醇与氢溴酸反应法由乙二醇与溴氢酸反应而得,其反应式如下:
将乙二醇冷却后慢慢加入硫酸中,再慢慢加入溴氢酸。加完后逐渐加热将二溴乙烷蒸出,至蒸完为止。将二溴乙烷粗品用水洗1次,用硫酸洗2~3次,再用水洗1次,用10.0%碳酸钠溶液洗2次,最后再用水洗1次。用无水硫酸镁干燥,再进行分馏,收集130~132℃馏分即得成品。
2. 1,1,2,2-四溴乙烷
工业上生产1,2-二溴乙烷都采用乙烯与溴非催化加成的方法。反应动力学指出,反应速度随反应温度升高而增加,水蒸气的存在能加速反应的进行,反应为放热反应,其反应式如下:
HC≡CH+Br2→BrHC=CHBr
BrHC=CHBr+Br2→Br2HC-CHBr2
首先将溴素加入搪玻璃反应釜中,加入少量的水以封闭溴液面,防止其挥发,然后徐徐通入乙炔气体,控制压力0.02~0.05MPa,在58~62℃温度下反应,反应5.0~7.0h,待反应液渐呈黄色停止反应。然后将反应液用稀碱溶液洗涤,弃去上层稀碱液,再用清水洗涤至中性后分层,弃去洗水,得到1,1,2,2-四溴乙烷成品。
此外,对上述工艺进行改进后,如增加光照、合理配料(乙炔过量1.0%~5.0%)和加固体烧碱除酸,可简化工艺流程、降低产品成本,并保证产品质量。
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