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溴苯的合成原理与生产工艺

发布时间:2018-06-21 00:00 作者:中国标准物质网 阅读量:4851

工业上由溴与芳烃在适当的催化剂下反应生成芳基溴和溴化氢,例如:

ArH+Br2→ArBr+HBr

溴化过程的适合催化剂是路易斯酸,如铝、铁、锌和锑的卤化物。催化剂可以直接加入或由适当分散的金属粒子在一定条件下产生。碘单质或与金属卤化物的结合物已用作环上溴代反应的催化剂。一些活性芳烃精细化学品的溴代反应,如苯酚、苯胺、苯酯的溴代可以在没有催化剂的、条件下进行。

溴与许多金属和合金发生作用,潮湿可加速这种反应,由于溴亲和水,故溴必须仔细保管,避免吸收足够的水分而对大多数金属产生强腐蚀。这种强腐蚀要求仔细选择接触金属,通常采用搪玻璃反应器用于溴代反应。如果采取足够的避免潮湿的措施,镍、铅和蒙乃尔合金400可以用来放置溴,钽对湿溴有相当的抗拒力,经常用于热交换面。四氟乙烯聚偏氟乙烯也广泛适用。

影响芳烃溴代反应溶剂选择的因素主要有反应物与催化剂的适应性,产品分离和净化的难易性,溶剂的循环回收经济性,副产物形成的可行性,溴的使用效率和环境。为了获得最经济的工艺路线,芳烃溴化的副产物溴化氢必须回收循环使用或用在其他方面。如生产场所靠近溴工厂,副产物溴化氢可以方便地回收利用。溴化氢溶液可以用苛性碱中和,得到的溴化钠溶液卖给溴厂。然而,含溴物的价值经常因运输费的增加而减少。在具有足够量副产溴化氢的溴化厂,安装一个单独的溴回收单元在经济上是可行的。

溴化氢副产物中替代再生溴,在一些芳烃溴化中被使用。将控制数量的氯与溴加入反应器,把溴化物再氧化为单质溴。系统中不再损失气态的溴化氢,按照下面的反应式,所有的溴可以被充分利用:

2ArH+Br2+Cl2→2ArBr+2HCl

氯化氢副产物送到水或苛性碱洗装置处理,与常规的溴化过程相比,这种工艺需要更精细的物流控制平衡溴和氯的流量,避免在放出的氯化氢气体中丢失溴化氢。通常,得到完全的选择性是困难的。

在溴化过程中使用发烟硫酸,也可以提高溴的使用价值。三氧化硫作为溴化氢的氧化剂,其反应式如下:

2HBr+2SO3→Br2+SO2+H2SO4

因为工艺困难,这种处理局限于芳烃的多溴代反应,产品的稳定性问题排除使用其他溶剂。

在特定过程中,副产溴化氢的溴值可以从形成合格溴化物中回收。例如,溴化过程在甲醇溶液中进行可得到共同产品溴甲烷,是高吨位的农用化学品:

CH3OH+HBrCH3Br+H2O

以下是工业上生产一些溴取代苯的实例。

1.溴苯

由苯合成溴苯的反应式如下:

溴苯的生产工艺流程见图15-1。

图15-1 溴苯生产工艺流程

在1000L搪瓷反应釜中加入苯330kg和铁粉100kg,反应釜温度控制在30℃左右,在搅拌下慢慢滴加溴素650kg,滴加时间6.0h,有溴化氢气体产生,采用尾气吸收装置吸收,滴加完毕后升温至70~80℃,保温反应2.0h,把反应物加入油水分离器中,用水和5.0%氢氧化钠溶液洗涤,静置分层,油层用无水氯化钙干燥,放入精馏塔中,加热升温,常压下收集155~157℃的馏分即得成品。

2.邻二溴苯

邻二溴苯系以邻溴苯胺为原料,经重氮化、置换而得,其反应式如下:

邻二溴苯的生产工艺流程见图15-2。

将171.9kg邻溴苯胺和50.0%的氢溴酸405kg投入搪瓷反应釜中,开启搅拌,加冰块冷却到0℃,在搅拌下迅速加入69kg亚硝酸钠和125kg水配成的溶液,同时添加碎冰使温度保持在10℃以下,当亚硝酸钠溶液只剩5 L时,用淀粉碘化钾试纸测试,直到最后有过量的亚硝酸时停止。预先用79kg溴化亚铜和50.0%的氢溴酸97kg配成溶液,将上述反应产物重氮盐溶液注入沸腾的该溶液中,注入速度以维持沸腾为准,约30min加完。产物随水汽蒸出,加完后通入水蒸气蒸馏,直到不再有油珠蒸出为止。从馏出液中分出下部油层,用少量浓硫酸洗涤,再用水洗涤至接近中性,再用少量5.0%的氢氧化钠溶液洗涤,最后用水洗至中性,分离出水相,用3 kg无水氧化钙干燥,然后进行蒸馏,收集223~225℃的馏分,得产品邻二溴苯,产率约85.0%。

3.间二溴苯

间二溴苯系以间溴苯胺为原料,经重氮化、置换反应而得,其反应式如下:

图15-2 邻二溴苯生产工艺流程

(1)重氮化将86g间溴苯胺和175mL氢溴酸混合,搅拌冷却至5℃以下,滴加35g亚硝酸钠与70mL水配成的溶液,至淀粉碘化钾试纸呈蓝色,通过加入碎冰使温度低于10℃而得溴化重氮液。

(2)置换将得到的重氮盐溶液慢慢加入沸腾的溴化亚铜(40g)和48.0%氢溴酸(40mL)的溶液中;加完后进行水蒸气蒸馏,至无油珠蒸出为止;用20.0%氢氧化钠使馏出液呈碱性,以除去可能生成的间溴苯酚,充分摇动,分出间二溴苯粗品。

将所得的粗产品用40~50mL浓盐酸洗,然后水洗,再用30.0%氢氧化钠溶液洗,最后再用水洗;然后用无水氯化钙干燥,蒸馏,收集215~217℃馏分而得成品。

4.对二溴苯

对二溴苯由苯直接溴化而得,其反应式如下:

将2g铁屑加入1 mol苯中,慢慢滴加溴素,一般经15 min后开始反应(缓缓沸腾),控制加溴速度,使反应物维持微沸;溴加完毕,于20~30℃加热1.0h;再于60℃加热45min,直至棕色蒸气消失为止,即得溴化物。

将溴化物滤去铁屑,用水洗涤后进行水蒸气蒸馏。第一部分蒸出的溴代苯分去水层,用氯化钙干燥后进行蒸馏,收集150~170℃馏分主要为溴代苯,蒸馏后的残余物趁热倾入瓷皿中,冷凝后与水蒸气蒸馏所得的对二溴苯合并,经干燥后,加活性炭脱色,再用甲醇重结晶,而得对二溴苯成品。

5.六溴苯

由苯溴化制备六溴苯的反应式如下:

六溴苯的生产工艺流程见图15-3。

图15-3 六溴苯生产工艺流程
A-反应釜;B-洗涤、干燥釜;C-油水分离器;D-冷凝器;E-离心机;F-产品罐

六溴苯的生产需经过多步溴代反应,反应条件更苛刻,需要更高的反应温度和更长的反应时间。通常使用四氯乙烷二溴乙烷和油这样的低挥发溶剂。铁粉和无水卤铁盐单独或与碘结合作催化剂,也可用卤铝盐。

在反应器中加入1份苯、18份四氯乙烷、0.03份铁粉、0.03份碘,反应物加热到80℃,将6.9份的溴(理论上的65.0%)在10.0h内加入反应器,温度逐步升高到143℃,产生的溴化氢送到第二反应器与氯混合被氧化为溴,溴化周期是15.0h。冷却到室温,得到的淤浆过滤。由于未反应的溴和溶解的氯化氢存在,过滤器、淤浆泵、输送管线需要防腐蚀。过滤物用于下一步的溴化反应,固体滤饼用甲醇冲洗。在此步反应中,产品还有溴化铁的残留物,必须进一步净化。把湿滤饼放在搪玻璃罐中,用稀释的氯化氢水溶液悬浮,加热,搅拌。冷却后,淤浆过滤,固体滤饼用水冲洗,干燥,得到的产品是白色粉粒(熔点315~316℃),收率为92.0%~93.0%。另一种提纯办法是在热的二溴乙烷中结晶,而后用甲醇冲洗,50℃下干燥。回收提纯后产品以粗产品计为93.0%,如果母液直接回收利用,收率可高达99.0%。

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