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有机碘化学品与相应的有机氯或溴化学品明显不同,碘的精细化学品反应活性较高、稳定性较低。由于容易释放碘化氢,碘的价格又较昂贵,因此碘精细化学品的工业用途受到很大限制,只适用于制药等特殊精细化工产品的合成。
1.脂肪族碘碳精细化学品的合成方法
碘的脂肪族精细化学品一般是由下述反应合成:①醇与三碘化磷或氢碘酸反应;②用一氯化碘、一溴化碘或碘对烯烃进行加成;③在适当溶剂中,用碱金属碘化物于加热情况下,取代含氯或溴的精细化学品;④用亚磷酸三苯酯、碘代甲烷和醇反应。
制备芳香族碘化物时,多采用以硝酸、发烟硫酸或氧化高汞为氧化剂与碘和芳香族等精细化学品反应。
2.典型脂肪族碘碳精细化学品的合成原理与生产工艺
2.1 一碘甲烷
生产一碘甲烷的方法很多,主要有:①利用甲醇、赤磷与碘的反应;②利用硫酸二甲酯与含碘及还原剂(如铁粉、亚硫酸氢钠等)的水悬浮液的反应;③利用硫酸二甲酯与氢碘酸或碘化钾反应。
由硫酸二甲酯经卤化制得一碘甲烷,其反应式如下:
将水、碘化钾、碳酸钙依次加入反应锅内,搅拌加热使碘化钾完全溶解。升温至60~65℃,滴加硫酸二甲酯,生成的碘甲烷逐渐被蒸出,收集蒸馏物,分去水层即为碘甲烷。进一步精制时,可经无水氯化钙干燥,加几粒碘化钾进行蒸馏,收集41~43℃馏分即可,收率约90.0%。
一碘甲烷常用的提纯方法是先用硫代硫酸钠水溶液处理粗品,除去游离碘,然后用稀碳酸钠水溶液洗涤,再用水洗涤,用无水氯化钙干燥后蒸馏即可得纯品。
2.2 二碘甲烷
二碘甲烷由碘仿与乙酸钠在乙醇中反应而得,其反应式如下:
反应后经蒸馏即得二碘甲烷,也可以采用碘仿法和相转移催化合成法制备。
(1)碘仿法由碘仿与亚砷酸钠和氢氧化钠反应而得,其反应式如下:
先用三氧化二砷和液碱配制亚砷酸钠溶液,再将碘仿加入混合,在搅拌下加热至60~65℃,加入氢氧化钠溶液。加料结束后,继续搅拌,直至下层油状物清亮为止,共需3.0h。吸出母液,将所得油状物用水洗涤,蒸馏,水洗,冰冻结晶,离心分离,最后熔融干燥而得成品。每吨产品消耗药用碘仿1700kg,三氧化二砷500kg。
(2)相转移催化合成法以三乙基苄基氯化铵(TEBA)为催化剂,由二氯甲烷与碘化钠反应而得,其反应式如下:
二碘甲烷的生产工艺流程见图22-2。
向高压釜内投入二氯甲烷170kg,碘化钠720kg、水400L,再加入相转移催化剂三乙基苄基氯化铵30kg。于100~110℃、0.39~0.49MPa反应17.0h,当压力下降时结束反应。然后分取有机层,放至水洗釜中。在水洗釜中先用5.0%硫代硫酸钠溶液200L洗涤,再用水洗涤2次,用无水硫酸钠干燥,再经过滤,即得氯碘甲烷与二碘甲烷混合的棕色油状物,放至精馏塔中,用减压蒸馏分离,收集89~92℃(6.67×10-3 MPa)的馏分,即得二碘甲烷,收率65.0%以上。
图22-2 二碘甲烷的生产工艺流程图
2.3碘仿
工业上生产碘仿多采用电解法,即在碳酸钠存在下,电解无机碘化物的乙醇溶液或丙酮溶液;也可借一碘甲烷与氯仿间的置换反应,以较高的产率制备少量碘仿。
碘仿由丙酮(或乙醇)经卤化、水解而得,其反应式如下:
先将水、碘化钠及丙酮加入反应锅,加冰降温至10℃。在搅拌下缓缓加入次氯酸钠,直至不产生浑浊即达终点;控制温度不超过20℃。静置1.0h,吸去上层清液,取出碘仿层过滤。滤饼用水洗至中性,再用蒸馏水洗至无氯离子为止。然后将其在35~40℃干燥,即得成品。
此外,由氯仿与碘甲烷反应也可制备本品。
2.4 1,3-二碘-2-丙醇
1,3-二碘-2-丙醇有1,3-二氯异丙醇-碘化钠法、甘油-碘化钠法和环氧氯丙烷法三种工艺路线。
(1) 1,3-二氯异丙醇-碘化钠法1,3-二碘-2-丙醇由1,3-二氯异丙醇和碘化钠反应而得,其反应式如下:
将二氯异丙醇、碘化钠及水加入反应锅内,用油浴加热,保持内温在130~140℃,反应2.0h,再加水(总量的45.0%),在110℃下搅拌30min。再加水(总量的45.0%),搅拌分层,分出反应液用10.0%的硫代硫酸钠溶液洗涤3次,用活性炭脱色过滤;滤液以硫代硫酸钠洗涤,最后用水洗,即得1,3-二碘-2-丙醇,收率66.29%。
(2)甘油-碘化钠法1,3-二碘-2-丙醇由甘油和碘化钠反应而得,其反应式如下:
(3)环氧氯丙烷法1,3-二碘-2-丙醇由环氧氯丙烷和碘化钾反应而得,其反应式如下:
将碘化钾溶于热水中,搅拌下缓慢加入环氧氯丙烷和盐酸,升温至90~100℃,搅拌2.5h。取反应物的下层液用水及25.0%的硫代硫酸钠溶液反复洗涤,得成品。
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