（有机化学专业论文）水相中芳香族化合物卤代及芳香醛合成的研究.pdf

硕+ 学位论文摘要 摘要 芳香族化合物的卤代是有机化学中非常重要的一种反应，在有机 合成中应用极其广泛，特别是应用在医药中间体等的工业生产中，对 其进行深入研究将有助于产品的生产工艺改进、节约成本、保护环境 等，意义重大。 传统的芳香族化合物的卤代都是直接用卤素作为卤化剂，并且在 有机溶剂中进行反应，这样成本高、污染大。本文从成本节约和环境 友好出发，以绿色合成化学为指导思想，采用简单易得、污染小、成 本低的原料间接得到卤素，并使整个反应过程均在水相中进行。 本文首先研究了水相中芳香族化合物的苄位卤代，以甲苯、对二 甲苯和对甲基苯甲酸为原料，在水相体系中，用可见光作为卤素自由 基的引发剂，用双氧水和氢卤酸或卤化钠作为卤化试剂进行苄位卤代 反应。并且考察了光强度和原料配比对此反应的影响。研究结果表明： 随着光照强度的变大，产物的量也逐渐增大；当底物、h 2 0 2 、h x 或 n a x 的物质的量比为l ：2 ：1 5 时，在1 2 5 w 紫外灯照射下，在室温下 反应1 5 小时后苄位卤代产物( 一卤代) 的产率最高，达到4 3 。实验 结果还表明：甲苯和被活化的甲苯衍生物的苄位卤代反应比较容易进 行，然而被钝化的甲苯衍生物的苄位卤代反应较难发生。 其次，探讨了水相中芳环的卤代反应，以对甲苯磺酸为原料，在 水相中通过溴代或氯代、去磺酸基，分别得到2 , 6 一二溴甲苯和2 , 6 一 二氯甲苯。其中，重点研究了2 , 6 - - 氯甲苯合成路线的选择、最佳工 艺条件等，实验得出反应物最佳配比( 对甲苯磺酸、次氯酸钠和盐酸 的配比) 为1 ：4 ：8 ，反应温度不宜过高，应控制在3 0 以下，反应时间 不宜过长，控制在2 4 h 内为宜，在这样的条件下产物收率较高，可达 到5 6 1 。 再次，探索了水相中芳香醛的合成反应，以2 ，6 - - 氯甲苯为原料， 分别采用甲基直接氧化制醛基和甲基光卤代、水解制醛基两种方法合 成2 ，6 - - 氯苯甲醛a 比较二者优劣，其中将2 ，6 - - 氯甲苯甲基直接氧 化，采用铬酐和醋酐做氧化剂，保持在低温下反应，先得二醋酸酯， 然后水解得醛可避免生成催泪性的苄溴化合物，且操作简便，能得到 较高产率的产物，收率为8 5 2 。提出2 ，6 - - 氯苯甲醛新的合成路线， 从对甲苯磺酸出发，以次氯酸作为芳香环卤化试剂，在水相中，经苯 硕十学位论文摘要 环氯化、去磺化先得2 ，6 一二氯甲苯，再制得2 ，6 一二氯苯甲醛。整个过 程均是在水相中完成，该方法具有反应条件温和，产率高和对环境友 好等优点。 最后，借助于波谱分析和g c m s 分析，对各产物进行了结构表 征。 关键词：芳香族化合物，卤代，2 , 6 一二氯甲苯，2 , 6 - - 氯苯甲醛 硕七学位论文 a b s t r a c t a b s t r a c t t h eh a l o g e n a t i o no fa r o m a t i cc o m p o u n d sw h i c hh a sae x t e n s i v e a p p l i c a t i o n si no r g a n i cs y n t h e s i si sav e r yi m p o r t a n tr e a c t i o ni no r g a n i c c h e m i s t r y ，p a r t i c u l a r l y ，i n t h ea p p l i c a t i o no fi n d u s t r i a l p r o d u c t i o n o f p h a r m a c e u t i c a li n t e r m e d i a t e s s oi t si n d e p t hs t u d yw i l lc o n t r i b u t et o i m p r o v et h ep r o d u c t i o np r o c e s s ，c o s ts a v i n g sa n dt h ee n v i r o n m e n t p r o t e c t i o na n d s oo n ，a n dh a sa g r e a to fs i g n i f i c a n c e t r a d i t i o n a l h a l o g e n a t i o no fa r o m a t i cc o m p o u n d su s e sh a l o g e n a s h a l o g e n a t i n ga g e n ta n dt h er e a c t i o ni si no r g a n i cs o l v e n t s ，t h a tr e s u l t si n t h eh i g hc o s ta n ds e r i o u sp o l l u t i o n i nt h i sp a p e r ，a nu n c o n v e n t i o n a l m e t h o dw h i c hw a sb a s e do nt h et h i n ko fg r e e nc h e m i s t r yw a ss e l e c t e d w i t h o u td i r e c t l yu s i n gh a l o g e na sh a l o g e n a t i n ga g e n t ，a n dt h ew h o l e r e a c t i o np r o c e s sw a sc a r r i e do u ti nt h ew a t e rp h a s e f i r s t l y ，i nt h i sp a p e r , t h eh a l o g e n a t i o no fb e n z y lp o s i t i o no fa r o m a t i c c o m p o u n d si n t h ew a t e rp h a s ew a ss t u d i e d ，u s i n gm e t h y lb e n z e n e ， p - x y l e n ea n dp - m e t h y lb e n z o i ca c i da ss u b s t r a t e s i no r d e r t oc a r r yo nt h i s r e a c t i o n ，w eu s ev i s i b l el i g h ta st h ei n i t i a t o ro ff r e er a d i c a lc h a i np r o c e s s ， w a t e ra sr e a c t i o nm e d i u m ，a n dh y d r o g e np e r o x i d ea n dh y d r o g e nh a l i d ea s t h eh a l o g e n a t i n ga g e n t a n dw ei n v e s t i g a t e dt h ei n f l u e n c eo ft h el i g h t s t r e n g t ha n dt h er a t i oo fr a wm a t e r i a l st ot h i sr e a c t i o n t h er e s u l t ss h o w t h a tt h eq u a n t i t yo ft h ep r o d u c t se n l a r g eg r a d u a l l yw i t ht h ei n c r e a s eo ft h e l i g h ts t r e n g t h ；w h e nt h er a t i oo fs u b s t r a t e ，h 2 0 2 ，h xo rn a xi s1 ：2 ：i 5 ， i nt h ei r r a d i a t i o no f12 5wu vl a m p ，t h er e a c t i o nw a sc a r r i e do u ta tr o o m t e m p e r a t u r ea n dc o n t i n u e df o r 15h o u r s ，t h ey i e l d so ft h ep r o d u c t so f b e n z y lh a l o g e n a t i o n ( o n l yt h eb e n z y lh a l i d e ) a r et h eh i g h e s tn a m e l y4 3 f r o mt h i se x p e r i m e n tw ea l s oc a ns e et h a ti ti sv e r ye a s yt oc a r r yo nt h e r e a c t i o nw i t hm e t h y lb e n z e n ea n di t sa c t i v i t e dd e r i v a t i v e s h o w e v e r ，i ti s v e r yh a r dt oc a r r yo nt h i sr e a c t i o nw i t hd e a c t i v a t e dd e r i v a t i v e so fm e t h y l b e n z e n e s e c o n d l y ，t h eh a l o g e n a t i o no fa r o m a t i cr i n gi nt h ew a t e rp h a s ew a s s t u d i e d ，u s i n gp t o l u e n e s u l p h o n i ca c i d a st h e s t a r t i n gm a t e r i a li nt h e w a t e rp h a s et h r o u g ht h eb r o m i d eo rc h l o r i d ea n dd e s u l p h o n a t i o n ，t h e nw e 硕十学位论文 a b s t r a c t g o t2 ，6 d i b r o m o t o l u e n ea n d2 ，6 一d i c h l o r o t o l u e n e ，r e s p e c t i v e l y a m o n g t h e m ，w ef o c u s e d o n s t u d i n gt h es y n t h e t i c r o u t ea n dt h e o p t i m u m c o n d i t i o n so f2 , 6 一d i c h l o r o t o l u e n e ，t h ee x p e r i m e n t ss h o wt h a tt h eb e s t r a t i oo fr e a c t a n t s ( p t o l u e n es u l f o n i ca c i d ，s o d i u mh y p o c h l o r i t ea n d h y d r o c h l o r i ca c i dr a t i o ) w a s1 ：4 ：8 ，r e a c t i o nt e m p e r a t u r es h o u l dn o tb et o o h i g ha n dm u s tb ec o n t r o l l e db e l o w3 0 ，r e a c t i o nt i m es h o u l dn o tb e l o n g e rt h a n2 4 h ，a n day i e l do f5 6 1 r e a c h e du n d e rs u c hc o n d i t i o n s t h i r d l y ，t h es y n t h e s i so fa r o m a t i ca l d e h y d e si nt h ew a t e rp h a s ew a s s t u d i e d 2 , 6 一d i c h l o r o t o l u e n ew a su s e da st h er a wm a t e r i a lt os y n t h e s i z e 2 , 6 一d i c h l o r o b e n z a l d e h y d et h r o u g h t w od i f f e r e n tm e t h o d s ：d i r e c t o x i d a t i o no fm e t h y la n dm e t h y ll i g h th a l o g e n a t e d 、h y d r o l y s i s o n ew a s c h o s e nb e c a u s eo fi t s s i m p l eo p e r a t i o nw i t hah i g h e ry i e l do f8 5 2 a n o v e lm e t h o do ft h es y n t h e s i so f2 ，6 - d i c h l o r o b e n z a l d e h y d ew a sp r o p o s e d ： h y p o c h l o r i t e u s e da sc h l o r i d e a g e n t ，t h e n2 ，6 一d i c h l o r o t o l u e n e w a s s y n t h e s i z e di nt h ew a t e rp h a s ev i ac h l o r i n a t i o no ft h eb e n z e n er i n ga n d d e s u l p h o n a t i o n ，s o ，2 , 6 - d i c h l o r o t o l u e n ew a sa t t a i n e d ，t h e nt h ep r o d u c tw a s u s e dt o s y n t h e s i z e2 , 6 - d i c h l o r o b e n z a l d e h y d e t h ew h o l ep r o c e s sw a s c o m p l e t e di n t h ew a t e rp h a s e ，a n dt h em e t h o dp r o v i d e dw i t hs om a n y a d v a n t a g e s s u c ha s ：m i l dr e a c t i o n c o n d i t i o n s ，h i g hy i e l d s a n d e n v i r o n m e n t a l h a r m l e s s ，a n ds oo n l a s t l y , a l lo ft h ep r o d u c t sw a sc h a r a c t e r i z e db ys p e c t r a la n a l y s i sa n d g c m sa n a l y s i s k e yw o r d s ：a r o m a t i cc o m p o u n d s ，h a l o g e n a t i o n ，2 ，6 - d i c h l o r o t o l u e n e ， 2 , 6 - d i c h l o r o b e n z a l d e h y d e 原创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究 工作及取得的研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致谢 的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不 包含为获得中南大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我 共同工作的同志对本研究所作的贡献均已在论文中作了明确的说明。 作者签名： 遗：灸 e l 期：型年上月旦日期：型年上月旦日 关于学位论文使用授权说明 本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校 有权保留学位论文，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位 论文的全部或部分内容，可以采用复印、缩印或其它手段保存学位论 文；学校可根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文。 作者签名：皇鱼导师签趁眦冱年月旦昌 硕十学位论文第一章文献综述及课题背景 1 1 前言 第一章文献综述及课题背景 芳香族化合物的卤代反应一般是在有机溶剂中进行，但从挥发性有机化合物 的价格，安全性和环境的考虑，水是最令人满意和首选的代替物i l j 。然而，以前 由于有机化合物在水中的低溶解性造成低的反应速率和产率，水一直被避免作为 有机反应的溶剂【2 】。为了解决这个矛盾，本论文将对水相中芳香族化合物的卤代 反应进行初步研究，并探索在水相中合成重要有机合成中问体2 , 6 二氯甲苯，2 , 6 一 二氯苯甲醛的最佳起始原料、合成路线和最佳工艺条件。芳香烃类化合物的卤代 反应主要包括芳环侧链即苄位的卤代和芳环上的卤代，由于不同卤素的反应活性 差别很大，如氟与烃发生爆炸性反应，而碘与烃很难发生反应，因此只有氯化和 溴化才具有实际制备意义1 3 j ，本论文主要探讨氯代和溴代反应。 苄位的卤代是自由基反应，本论文主要研究了水相中甲苯及其衍生物的苄位 卤代，传统的来说，苄位的自由基溴代反应是在沸腾的四氯化碳中进行的，通过 滴加自由基引发剂，用n 溴代丁二酰亚胺( n b s ) 来完成的这种方法被称为w o h l z i e g l e r 溴代反应1 4 】。由于绿色化学的需要，有一种强烈的需要去寻找一种具有 较低环境影响的自由基苄位溴代反应的方法。到目前为止，研究主要集中在使用 n b s ，减少有机溶剂的使用量和没有被氯取代的溶剂的替代的离子液体和水1 5 刮。 甚至不加溶剂的反应都被探索过。水曾被作为溴分子引起的甲苯的自由基溴代反 应的溶剂。这是由于水的o h 键键能非常强，这使得氢被自由基取代不可能发 生，于是水变得对于自由基反应非常适宜。溴的产生通过使用n a h s 0 3 还原 n a b r 0 3 而或者是通过h 2 0 2 氧化溴盐来获得溴1 7 j 。 芳环上的卤代是亲电取代反应，本论文主要在合成药物中间体2 , 6 二溴甲苯 ( 2 ，6 d i b r o m o t o l u e n e ) ，2 ，6 二氯甲苯( 2 ，6 d i c h l o r o t o l u e n e ) 和2 ，6 二氯苯甲醛 ( 2 , 6 d i c h l o r o b e n z a l d e h y d e ) 过程中对其进行初步研究，它们都是重要的有机合成 中间体，是合成精细化学品重要的原料之一，广泛地应用于医药，农药和染料等 精细化工行业。近年来，随着精细化工行业的迅猛发展，市场上对他们特别是2 ，6 二氯苯甲醛的需求逐年增加，同时对其生产技术和产品质量提出更高的要求。在 国内，2 , 6 二氯苯甲醛的产量较小，而且大都工艺较落后、产率低，不能满足国 内市场需求，每年还需从国外进口一定数量的2 ，6 二氯苯甲醛。因此深入开展2 ，6 硕十学位论文 第一章文献综述及课题背景 二氯甲苯和2 , 6 二氯苯甲醛的研究具有良好的应用前剥引。 2 ，6 一二氯甲苯是合成2 ，6 二氯苯甲醛的中间体，2 ，6 二氯苯甲醛的合成主要分 为两部分，第一步是2 ，6 二氯甲苯的合成，第二步是由2 ，6 二氯甲苯合成2 ，6 二氯 苯甲醛。2 , 6 一二氯甲苯的合成方法主要有甲苯直接氯化法、邻氯甲苯法、对硝基 甲苯法i 邻硝基甲苯法、对叔丁基甲苯法、邻甲苯磺酰氯氯化分解法、邻甲苯磺 酰氯氯化分解法等【9 】，这些方法存在反应路线长或反应产物异构体分离困难或三 废处理量大等问题，且芳香环及侧链的氯化反应均需在非水相体系中进行，需消 耗大量有机溶剂。由2 ，6 二氯甲苯合成2 ，6 一二氯苯甲醛的方法主要有甲基直接氧 化制醛基、甲基光卤代、水解制醛基、间接电氧化制醛基等i l 。此外，还有人 研究从2 ，6 二氯苯甲酸及其衍生物的还原制得2 ，6 二氯苯甲醛。作者寻求一种绿 色合成的工艺路线，探讨最佳工艺条件。以对甲苯磺酸为起始原料，在绿色介质 水中经芳香环的氯代、去磺化反应得到2 ，6 二氯甲苯，该法由于磺酸基的占位效 应，几乎定量得到甲基两个邻位被取代的氯化产物。再由2 ，6 二氯甲苯合成2 ，6 二 氯苯甲醛使用了甲基直接氧化制醛基和甲基光卤代、水解制醛基两种方法，并对 其进行了比较和讨论。整个过程均是在水相中完成，该方法具有反应条件温和、 产率高和对环境友好等优点。 1 21 2 主要合成物质简介和应用 1 2 1 溴化苄 溴化苄是一种重要的有机化工原料，可作为有机合成的中间体，也可作为发 泡剂，应用广泛。溴化苄具有强烈的催泪性，在军事上具有很好的应用前景，其 合成方法主要有甲苯与溴反应、苯甲醇与溴化试剂反应以及通过芳香醛的还原溴 化制备等l l l - 1 3 1 。 1 2 2 氯化苄 氯化苄( 苄基氯) 是一种重要的有机合成中间体，也是氯碱厂平衡氯气的主要 产品之一。全世界氯化苄的需求量在4 0 万t 左右。美国、西欧和日本共有8 家公 司生产氯化苄，其中最大的3 家公司为m o n s a n t o ( 美国) 、f e s s e n d e r l oc h i m i e s a ( 比 利时) 、b a y e r a g ( 德国) ，其总产量接近1 7 万t ，约占全球产量的近一半。国外 氯化苄的主要用途是作为生产邻苯二甲酸苄基酯、苄醇、苄基季铵盐等的原料。 美国有6 0 的氯化苄用来生产邻苯二甲酸苄基酯和增塑剂。虽然目前氯化苄市 场强劲，且具有广阔的前景，但尚存在下游产品应用开发和技术开发方面滞后的 问题。氯化苄及其下游衍生产品用途十分广泛，如在农药方面用于生产辛硫磷、 2 硕十学位论文第一章文献综述及课题背景 乙基稻丰散等，在医药方面用于生产青霉素、咳必清等，还可用于生产增塑剂邻 苯二甲酸丁苄酯、香料苯甲醇、乙酸苄酯等j 另外，氯化苄还是生产苯甲酸酯、 苄基氰化物、苄基纤维素等的原料。氯化苄可衍生一系列具有较高经济价值的中 间体和精细化工产品，因此氯化苄的生产及其下游衍生产品的开发研制倍受世界 工业化国家的重视1 1 4 j 近期氯化苄市场因受供需和原料价格的影响，价格趋于回升。去年氯化苄市 场总供应量达4 1 8 万t ，实际消费量仅为4 1 2 万t ，市场供过于求。从市场价格来 看，氯化苄市场最明显的特征是产品优质优价。 1 2 32 ，6 一二溴甲苯 2 , 6 - 二溴甲苯( 2 ，6 - d i b r o m o t o l u e n e ) 的分子式为c t h 6 b r 2 ，分子量为2 4 9 9 4 ， c a s 号6 9 3 2 1 6 0 4 ，液体，熔点2 - 6 。c ，沸点1 1 2 - 11 3 * ( 2 7 m m h g ，闪点8 2 c ， 折光率刀d 2 01 6 0 6 ，相对密度( 2 0 4 ) 1 8 1 2 ，溶于氯仿、二氯甲烷，不溶于水。 2 ，6 二溴甲苯是一种重要的有机原料中间体，广泛地应用于农药，染料和医药等 精细化工行业【1 5 1 。 1 2 42 ，8 - - - 氯甲苯 2 , 6 - 二氯甲苯( 2 ，6 d i c h l o r o t o l u e n e ) 的分子式为c 7 h 6 c 1 2 ，分子量为1 6 1 0 3 ，c a s 号11 8 6 9 4 ，是一种透明的油状液体。熔点2 c ，沸点1 9 7 ( 2 ( 1 9 6 - 1 9 8 c ) ，闪点 8 2 c ，折光率磅1 5 5 0 7 ，相对密度( 2 0 4 ) 1 2 5 4 ，溶于氯仿、二氯甲烷，不溶于 水【16 1 。 2 , 6 二氯甲苯( 2 ，6 d i c h l o r o t o l u e n e ) 是一种重要的精细化工中间体，是制造杀菌 剂、杀虫剂、除草剂、染料及颜料、医药及其他化工产品的重要精细化工原料。 2 ，6 二氯甲苯可制2 ，6 二氯苯甲醛，进一步加工可制医药中间体2 , 6 二氯苯甲醛 肟、医药用双氯苯唑青霉素以及用于羊毛织物染色的染料酸性媒介漂蓝b ；2 ，6 二氯甲苯经氨氧化可制除草剂2 ，6 二氯苯腈，可进一步加工成农药除草剂草克 乐、含氟酰基脲类杀虫剂等；2 ，6 二氯甲苯还可制2 ，4 二氯3 甲基苯酚、2 ，4 二 氯3 甲基苯乙酮、2 ，3 二烷基苯甲醇衍生物、不对称联苯衍生物、2 , 6 二氯苯甲 酰氯、8 甲基喹啉酮酸类杀菌剂等。2 , 6 二氯甲苯的用途十分广泛，愈来愈受到 人们的关注，目前国内无大规模生产，主要依靠进口，严重制约着下游产品的开 发研究。为了满足国内外市场的需求，寻找和开发一条经济合理的、具有工业化 价值的合成路线具有十分重要的意义【1 1 m 0 1 。 硕十学位论文 第一章文献综述及课题背景 1 2 52 ，6 一二氯苯甲醛 2 , 6 一二氯苯甲醛( 2 ，6 d i c h l o r o b e n z a l d e h y d e ) 的分子式为c 7 h 4 c 1 2 0 ，分子量为 1 7 5 0 1 ，c a s 号：8 3 3 8 5 ，纯品为无色针状晶体，工业品为微黄色，具有强烈的 刺激性气味，熔点为6 7 - - 7 1 ，沸点1 6 5 ，在2 3 时水溶性小于o 1 9 1 0 0 m l 。易 溶于乙醚、乙醇、丙酮、氯仿、苯等有机溶剂，微溶于冷石油醚，难溶于水。长 期置于空气中会慢慢氧化为二氯苯甲酸。 2 ，6 二氯苯甲醛是合成精细化学品的重要原料之一，在医药工业主要用于合 成药物双氯青霉素钠的中间体，在农药工业主要用于合成除草剂敌草腈和杀虫剂 灭幼脲( p h 6 0 3 8 ) 的中问体，在染料工业主要用于合成染料酸性媒介漂蓝b 的中间 体。可见，2 , 6 二氯苯甲醛在精细化学品合成中的用途十分广泛，应用前景十分 广阔【2 l 】。 1 3 实验室及工业中常用的合成方法 1 3 1 卤化苄的实验室合成方法 苄基上的氢原子较活泼，在很多情况下要利用苄氢的活泼性进行很多重要的 化学反应，如在不饱和聚酯链上引入苄基或取代的苄基而使不饱和聚酯具有“气 干性”而在其它化合物中引入苄基一般是通过卤化苄引入的，所以有取代基的卤 化苄的制备具有重要意义。卤化苄的制备方法很多，如卤素卤化法、卤化剂卤化 法等，但对于在苯环不同位置有不同取代基的一些特殊的卤化苄，则需采用特殊 的制备方法。 ( 1 ) 氯化 以元素氯进行的氯化反应比较缓和，但反应的选择率相当低，具有制备意义 的只有芳香族化合物侧链的氯化反应，因为侧链上的a c h 键比其它键活泼得 多，所以由甲苯、邻氯甲苯、邻二甲苯为原料可制备苄氯、邻氯代苄氯、邻 甲基苄氯，只要控制好反应时间，即可获得一氯取代物。 制备方法：反应在通风橱中进行。由于路易斯酸会加速苯环上的取代反应， 为此反应不能在铁制容器中进行。在三颈瓶上装入5 0 0 w 汞浸液灯，若无汞浸 液灯可用照相灯泡或日光直接从外部照射，并装配气体进口管和高效回流冷凝 管。将烃加入三颈瓶中，从钢瓶中引出的氯气必须先经过装有浓硫酸的洗气瓶干 燥后引入三颈瓶，且洗气瓶两端必须各装一只安全瓶。利用可调温的热浴将装置 中的烃加热至沸腾，通入氯气流，高沸点的烃在1 8 0 也可氯化。注意不要让氯 气从冷凝管逸出( 从冷凝管的颜色可以看出) ，使反应达到预定的温度或使反应器 4 硕士学位论文第一章文献综述及课题背景 达到计算量的增重即可。产品后处理：如冷却时能固化，则经吸滤和重结晶直接 提纯：若产品为液体，则加少量n a h c 0 3 之后，经维格罗真空分馏即可提纯【2 2 j 。 ( 2 ) 溴化 同氯化反应相比，溴化反应相对比较优越。因为溴容易计量，反应的选择性 也强得多，但价格比氯贵，实验室制取少量溴化苄是可取的。基于同氯化相同的 反应，溴化反应主要制备取代的苄溴以及二溴代甲苯。苯环上有取代基的烷基芳 香族化合物的溴代反应进行得很缓和，第二个溴原子进入侧链的速度比相应溴苄 的生成速度慢得多，三溴甲苯则完全不生成，故主要为一取代物，产率可达7 0 - - - 8 0 ，具有很好的制备意义，此外，还有氢溴酸法1 2 3 】。 制备方法：将一定量的烷基芳烃溶于5 倍量的干燥的c c h 中，加入到装有 回流冷凝管及滴液漏斗的三口瓶中，加热至沸腾后，逐滴加入干燥过的略高于烃 摩尔量的b r 2 ，光照。溴的滴入速度以使回流的c c h 不显颜色为宜，加料时间 持续2 h 左右( 若二溴化则需2 - - 一1 0 h ) ，直到反应结束停止光照。冷却，若产品为 固体则经结晶、重结晶提纯，若不能结晶，则经冰水洗涤一冰冷的n a h c 0 3 水 溶液洗涤一冰水洗涤- - - m g s 0 4 干燥一真空水浴蒸除c c l 4 一热浴真空蒸馏得到产 品。 ( 3 ) 氯化硫酰氯法 f i 面述及的由c 1 2 、b r 2 制备卤化苄的方法需要光照，其装置十分复杂。后来 发现了在链引发剂存在下，用酰卤使烃卤化的方法。如用过氧化苯甲酰作链引发 剂，进行如下的反应：其中r h 代表有取代基的芳烃。此反应比元素氯的氯化反 应的选择性更强，因为反应中链的真正传递者并不是氯自由基，而是反应活性更 小的s o c l 2 自由基。由于反应装置简单，又很适合半微量规模的制备，故人们常 采用此法进行氯化【2 4 1 。 制备方法：反应须在通风厨中进行。如制备一氯代化合物，则烃与酰氯的摩 尔比为1 2 ：l ，若制备二氯代物，则二者的摩尔比为1 ：2 ，并加入与酰氯的摩尔 比为l ：0 0 0 2 的引发剂。将烧瓶内的烃与酰氯加热至沸，烧瓶上配有回流冷凝 管和c a c l 2 干燥管，每隔1 h 加入同量的引发剂，直到没有气体放出为止( 约8 1 0 h ) ，反应混合物经冷却一水洗- - m g s 0 4 干燥一维格罗柱分馏得到产品。 ( 4 ) 溴化- n b s 法 n 溴代琥珀酰亚胺( n b s ) 是一种常用的溴化剂，其重要特性表现在烯烃可用 它在烯丙位作取代性溴化，而双键保持不变。如：由于邻近芳核的苄基上的c h 键的性质与烯丙位c h 键一样，所以a 一溴代烷基芳烃也能通过n b s 溴化反应制 得，且由于n b s 试剂的特殊性，反应介质应选用不溶解n b s 的干燥的c c h ，而 不能选用极性溶剂，否则易使n b s 溶解，导致副反应增加【2 5 1 。 5 硕十学位论文第一章文献综述及课题亏亍景 制备方法：将0 i m o l 待溴化物溶于1 0 0 m l 经p 2 0 5 干燥过的c c h 中，另将 0 i m o l 干燥的n b s 用2 2 9 偶氮二异丁腈处理，再将二者小心混合于烧瓶内，加 热至沸腾并回流，到反应物丌始剧烈沸腾后，适当冷却，反应到n b s 全部溶解 并转化为浮在液面上的琥珀酰亚胺，继续回流十分钟以提高产率。反应混合物经 冷却一过滤出琥珀酰亚胺一c c l 4 洗涤一合并滤液与洗涤液一水浴蒸除c c l 4 一冷 却结晶或真空蒸馏得到产品，产率一般为5 0 左右。 ( 5 ) p b r 5 法 制备方法：由于反应物混合时会放热，所以一定要先将邻硝基苯甲醇置于冰 浴中边加p b r 5 边搅拌，使温度缓慢上升，在油浴温度达1 1 0 时会有产物从瓶内 喷出，将其收集至釜液中没有产物生成为止，重蒸提纯时，温度不超过1 2 5 ，否 则会发生爆炸1 2 6 】。 ( 6 ) 硝酸铈铵制备对一硝基苄溴 在酸性条件下，用c e ( - n h 4 ) 2 ( n 0 3 ) 6 ( c a n ) 与k b r 或n a b r 进行一种类似自 由基机理的反应，可制各对硝基苄溴。因为在酸性条件下，c e 4 + 是一种强氧化 剂，特别是在b r 存在时，其活性显著增强，于是c a n b r 在c h 3 c o o h 中可使 对硝基甲苯被溴取代【2 7 之9 1 。 制备方法：c a n b r 与对硝基甲苯的物质的量比为2 ：1 ，混合于c h 3 c o o h 中， 室温下搅拌4 - - 6 h ，冷却后用水洗，经萃取后用饱和n a h c 0 3 溶液洗，再经干 燥可得产品。只要甲苯上有吸电子取代基的溴化苄，都可通过本方法制取。 1 3 2 氯化苄的工业生产工艺 氯化苄是以苯基侧链直接氯化而制得，由于各厂家的控制、生产方法不同， 主要的副产物为二氯苄和三氯苄，如果条件控制不好，还会有邻氯氯苄和对氯氯 苄产生，增加了氯化苄的分离难度及成本。氯化苄的主要生产过程有甲苯的氯化 及尾气处理、氯化苄的精馏等。由于氯化苄是氯碱生产厂家平衡氯气的一种重要 产品，国内的生产工艺以下列几种为主【3 0 3 2 】： ( 1 ) 玻璃柱串联连续氯化法 玻璃柱串联连续氯化法是在透明的玻璃器皿中，利用自然光使甲苯和氯气发 生反应制得氯化苄。此工艺是生产氯化苄最原始的工艺，除武汉有机合成化工厂 有此装置正在运行外，国内已基本没有此类装置运转。 ( 2 ) 釜式光照氯化法 釜式光照氯化法是将氯气通入反应釜中的甲苯中，利用鼓泡方式及强光直射 进行氯化反应，待反应液中的氯化苄含量在5 5 左右，停止通氯，进行精馏等 处理。这种工艺具有投资少、反应控制较易、工艺操作简单易行等优点，但是反 6 硕+ 学位论文第一章文献综述及课题背景 应液中二氯苄含量较多，并有少量的邻氯氯苄及对氯氯苄生成，对下一步的精馏 操作有一定的影响。此工艺副反应较多，甲苯、氯气利用率较低，单耗甲苯量至 少在8 4 0 k g ，氯气量至少在7 0 0 k g ，我国中小生产规模的装置以此法为主。湖南 某大学研制的甲苯催化氯化新工艺能很好地控制主副反应，以调配一氯苄和二氯 苄的生产量，并根据市场需求生产氯化苄和苯甲醛。反应设备以普通的搪瓷反应 釜为主，不需要光照设施，仅需要廉价的催化剂2 3 k g ( 单耗) ，主反应就能快速 进行，单釜生产效率比釜式光照氯化法提高2 0 - 3 0 。 ( 3 ) 提馏氯化法 提馏氯化法是利用把甲苯加热至气态与氯气在填料塔中进行反应的工艺，是 一种较有发展前途的生产方法。与釜式光照氯化法相比，它具有以下主要优点： 全部利用了氯化反应的放热量；反应塔的下部为提馏段，对氯化苄直接进行提 馏，对下一步的精馏要求较低，使设备更加紧凑，且精馏装置的规模较小；反 应进行彻底，副产品二氯苄、三氯苄以及对氯氯苄、邻氯氯苄的含量远低于釜式 光照氯化法。该工艺通过改变底部加热的方式，可以生产含量7 5 - 8 0 的氯化 苄和9 0 左右的氯化苄，但缺点是反应控制复杂，设备要求的加工难度较大， 且投资也较大。 ( 4 ) 精馏氯化法 精馏氯化法的氯化与精馏在同一塔体中进行，直接产出9 9 以上的氯化苄。 该工艺将反应热全部提供给精馏，节省了能源，同时使生产处于连续化过程，产 品质量更稳定，更为重要的是降低了原材料单耗，单耗甲苯控制在7 5 0 k g 左右， 氯气控制在6 2 0 k g 左右。江苏某大学张跃等对精馏氯化的具体操作进行了系统 的实验研究，并积极进行了工业化生产的尝试，他们以一套搪瓷氯化精馏塔( 包 括主塔和副塔) 为中心设备进行了中试，并得到了合格的产品，但连续化控制、设 备材质方面存在一定的问题。上述四种方法中，玻璃柱串联连续氯化法和釜式光 照氯化法是一种问歇氯化、间歇精馏的间歇生产法，其优点是质量稳定、易控制， 但是产能小、效率低；提馏氯化法和精馏氯化法是一种连续化的生产方法，但受 国内设备材质抗腐蚀性能差、自控硬件不过关等因素的影响，使产品质量经常出 现问题。连云港泰乐集团投巨资从比利时引进的一套连续精馏的生产装置，不仅 实现了连续化生产，而且因其设备材质抗腐蚀性能优越、强有效的d c s 控制系 统，其产品质量一直在国内独居鳌头【3 3 3 6 】。 1 3 32 6 一二氯甲苯的制备 ( 1 ) 甲苯直接氯化法 3 7 。9 】 7 硕十学位论文第一章文献综述及课题背景 甲苯连续氯化可合成2 , 6 二氯甲苯，但同时生成多种异构体。在甲苯氯化中， 由于甲基是邻对位定位基，所以问位产物的数量甚微，邻位和对位产物的数量约 为l ：1 。生成的一氯化产物可以不经分离，连续氯化生成二氯化产物，该二氯化 物含有2 ，3 二氯甲苯、2 , 4 二氯甲苯、2 ，5 二氯甲苯、2 , 6 二氯甲苯和3 , 4 二氯甲 苯。反应式如下： c i + 艿d + i c i + i c c i + c i c i 由于二氯甲苯异构体的沸点非常接近，很难用通常的精馏过程来分离这些异 构体。国外研究表明，采用分子筛吸附从二氯甲苯异构体混合物中选择性地分离 2 , 6 二氯甲苯，是比较好的分离方法。r 本人研究了一种模拟移动床连续吸附分 离技术，模拟移动床中填充八面沸石作为吸附剂。这种技术包括吸附、提浓、脱 附和吸附剂的回收等步操作，提取物流中2 ，6 二氯甲苯的重量含量高于9 9 5 ， 残流中2 , 6 二氯甲苯的重量含量低于1 。运用这种吸附分离技术，可以连续地 得到高纯度的2 , 6 二氯甲苯及其异构体。 ( 2 ) 邻氯甲苯法【4 0 - 4 4 邻氯甲苯经f r i e d e l c r a f t s 烷基化、氯代和反f r i e d e l c r a f t s 烷基化反应得到 2 ，6 二氯甲苯，反应式如下： c c h 3 毋d h 吒2 c = c h - c h 3 2 c i + ( h 3 c ) 2 h c c l 该方法采用邻氯甲苯为原料，引入体积较大的异丙基进行选择氯化，然后脱 烷基得到2 ，6 二氯甲苯。上述合成中的烷基化、氯代和反f r i e d e l c r a f t s 的收率分 别为9 7 ，7 5 和9 5 ，而且选择性好。虽然原料价格较其他合成路线贵，但是 在提高收率方面有其独到之处，值得进一步探讨和研究。 ( 3 ) 对硝基甲苯法【4 5 】 此路线与邻硝基甲苯路线相似，对硝基甲苯经氯化、还原及重氮化脱氮反应 8 c b 一剂型舭 艿 硕十学位论文第一章文献综述及课题背景 制得2 , 6 二氯甲苯。反应式如下： 书导。 n 0 2n h 2 c l 对硝基甲苯氯化得到2 , 6 二氯4 硝基甲苯。2 ，6 二氯4 硝基甲苯可用铁粉、 硫化碱、多硫化钠等多种还原剂还原。还原产物先制得重氮盐后，慢慢加入含有 若干c u + 的乙醇溶液中，反应温度为7 0 4 c 。待重氮盐溶液加毕，继续搅拌3 0m i n ， 蒸馏，可得2 , 6 二氯甲苯。 硝基是间位定位基，而且占据甲基的对位，因此从理论上讲氯代主要发生在 甲基的两个邻位。但是实验事实表明，对硝基甲苯二氯代主要得到2 , 6 二氯4 硝基甲苯，同时也有2 ，5 二氯4 硝基甲苯生成，两者分离相当困难。改进的方法 是对硝基甲苯先过氯代，然后在铜和乙酸作用下进行选择性消氯制得2 , 6 二氯4 硝基甲苯。但是反应步骤增多，工艺流程加长，影响收率。 ( 4 ) 邻硝基甲苯法【4 6 j 以邻硝基甲苯为原料，经氯化、还原及s a n d m e y e r 反应制得2 , 6 二氯甲苯。 反应式如下： 0 2 n c k a n 0 2 h c e l 1 瓜一 c l 该路线反应经典，工艺成熟，已被有关生产厂家采用，但是反应步骤多，操 作繁杂，收率偏低而且在氯代过程中会生成一氯代、二氯代、三氯代产物等，异 构体分离困难，限制了该法的应用。 ( 5 ) 对甲苯磺酰氯氯化分解法【4 7 。4 9 1 以对甲苯磺酰氯为原料，经氯化、脱磺酰氯反应制得2 ，6 二氯甲苯。在对甲 苯磺酰氯2 0 9 和三氯化锑1 0 0 m g 的混合物中，通入氯气并维持反应温度8 0 * 0 ， 直到吸收理论量氯气后，加入7 5 的硫酸溶液5 0 m l ，在13 0 下加热4 0 h ，然 后倒入l o o m l 水中，慢慢滴加氨水来中和，接着用醚来萃取，萃取物通过水和 盐水洗涤，用无水硫酸钠干燥，最后经过减压蒸馏得到2 ，6 二氯甲苯，收率为5 1 。 反应式如下： 9 硕十学位论文第一章文献综述及课题7 宁景 审蔷i s 0 2 c i h 2 s 0 4 c i c i 该路线采用磺酰氯基团作为甲基的对位保护基团，在对位保护基团和电子效 应的共同作用下，苯环的二氯产物几乎全部为2 位和6 位产物，不存在异构体分 离问题。也可以对磺酸甲苯或对磺酰氨甲苯为原料，按上述方法制得2 ，6 二氯甲 苯。但是在酸性条件下脱磺酰氯基团，收率偏低，腐蚀严重。 ( 6 ) 邻甲苯磺酰氯氯化分解法 邻甲苯磺酰氯经氯代、加热分解得2 ，6 二氯甲苯。反应式如下： c 1 0 2 s i h + c i 一 c i 该路线反应步骤少，但存在苯环上的4 位和6 位氯代产物异构体分离问题。 ( 7 ) 对叔丁基甲苯法【5 0 - 5 2 】 以对叔丁基甲苯为原料，先通过f r i e d e l c r a f t s 反应，生成3 ，5 二异丁基甲苯， 然后在l e w i s 酸存在下氯化，生成3 ，5 二异丁基2 ，6 二氯甲苯。3 ，5 异