7-化工中间体正溴丁烷的制备

项目七

化工中间体正溴丁烷的制备2024/9/24产品性能英文名称：1-Bromobutane分子式：

C4H9Br外观与性状：无色透明液体分子量:

137.03熔点:

-112.4℃沸点：

101.6℃相对密度（20/4℃）：1.2758折光率（20℃）：1.4398溶解性:

不溶于水，易溶于醇、醚、氯仿等有机溶剂2024/9/24主要用途

可用作溶剂及有机合成时的烷基化剂及中间体；还可用作塑料紫外线吸收剂及增塑剂的原料；用作医药原料（可用于肠、胃溃疡、胃炎、十二指肠炎、胆石症等）；染料原料、可制备功能性色素的原料（如压敏色素、热敏色素、液晶用双色性色素）；半导体中间原料；有机合成原料。2024/9/24合成原理及工艺反应原理

主反应：副反应：

2024/9/247.1.3.2合成工艺（1）传统工艺采用40%～50%的氢溴酸作为卤化剂，依次加入正丁醇、溴化钠，加热至沸腾，保持回流30～40min，蒸出粗产品。（2）最新进展从研究动态上可以看出，对正溴丁烷合成的研究方向主要集中在硫酸的浓度、溴化钠的用量，反应时间的研究上，以制备高产率、质量更好的产品。2024/9/247.1.4产品指标及分析检查方法7.1.4.1产品质量指标名称指标含量%

≥99.5水分%

≤0.1色度（Pt-Co）≤50蒸发残渣ppm≤50游离酸ppm≤502024/9/24（1）外观、密度、折光率无色透明液体，相对密度（20/4℃）：1.2758，折光率（20℃）：1.4398产品分析检测（2）折光率的测定（学习教材中折光仪的使用）一般地讲，光在两个不同介质中的传播速度是不同的，当光从一个介质进入另一个介质中，在光的传播方向与两个介质的界面不垂直时，光在两个介质的界面处的传播方向会发生改变，这种现象称为光的折射现象。折光率是有机化合物最重要的物理常数之一，可以作为液体物质纯度的测定标准，可以鉴定未知化合物，也可以用于确定液体混合物的组成。物质的折光率除了与物质的结构和光线有关，还受到温度、压力等因素的影响。所以在表示折光率时，须注明所用的光线和测定时的温度，常用ntD

表示。图7-3正溴丁烷的红外吸收光谱图（3）各种图谱①红外吸收光谱②质谱图7-3正溴丁烷的质谱图③正溴丁烷核磁图图7-4正溴丁烷核磁图(13CNMR)2024/9/24（1）取代卤化定义：卤原子与有机氢原子之间的取代反应。如：（2）常用的卤化剂有：①卤素（Cl2、Br2、I2

）②氢卤酸（HCl、HBr等）③次卤酸（HOCl、HOBr）④其他卤化剂（SO2Cl2、SOCl2等）取代卤化2024/9/24（3）取代卤化的分类根据反应机理不同可分为：①芳环上的氢被卤素取代（离子型亲电取代）②脂肪烃及芳烃侧链的氢被卤素取代（自由基型取代）2024/9/247.2.1.1芳环上取代卤化影响因素及反应条件的选择反应通式为：ArH＋X2→ArX＋HX。如：苯在铁作催化剂时通氯气反应生成氯苯的反应。

芳环上取代卤化的定位规律与一般芳环上的亲电取代反应相同。

影响因素主要有：被卤化芳烃的结构，反应温度，卤化剂和反应溶剂等。（1）被卤化芳烃的结构

芳环上的取代基通过电子效应，使芳环上的电子云密度的增大或减小，从而影响芳烃的卤化反应。2024/9/24

芳环上具有给电子基团时，增加了芳环的电子云密度，卤化易进行，主要形成邻对位异构体，但常出现多卤代现象芳环上有吸电子基团时，因其降低了芳环上电子云密度而使卤化反应较难进行，需要加入催化剂并在较高温度下反应。例：完成下列反应并预测两组反应速度的快慢2024/9/24（2）卤化剂卤化剂往往会影响反应的速度、卤原子取代的位置、数目及异构体的比例等。不同的卤素在进行取代卤化时，反应活性顺序为：F>Cl>Br>I例如：

NBS：N－溴化丁二酰亚胺2024/9/24

溴资源比氯少，价格也比较高。为回收副产物溴化氢，常在反应中加入氧化剂（如次氯酸钠、氯酸钠、氯气、双氧水等），使生成的溴化氢氧化成溴素而得到充分利用。一般不采用卤素取代的方法得到氟化物和碘化物。原因：

对于芳烃环上的氟化反应，直接用氟与芳烃作用制取氟代芳烃，因反应十分激烈需在氦气或氮气稀释下于－78℃进行，故无实用意义。若用碘作卤化试剂进行碘化反应，因反应生成的碘化氢有还原性，可使碘代芳烃还原。（3）反应介质如果被卤化物在反应温度下呈液态，不需要反应介质可以直接进行卤化。若被卤化物在反应温度下为固态，应根据反应物的性质和反应的难易程度，选择适当的溶剂。对于性质活泼，容易卤化的芳烃及其衍生物，可以采用水作为溶剂。例如对硝基苯胺的氯化对于较难卤化的物料，可以采用浓硫酸、发烟硫酸等作为溶剂。如蒽醌在浓硫酸中氯化制取1，4，5，8-四氯蒽醌。如果反应需要在较缓和的条件下进行，或是为了定位的需要，有时可以采用适当的有机溶剂。如氯苯、乙酸等2024/9/24（4）反应温度

一般反应温度越高，反应速度越快。但实际上卤化温度的确定，要考虑到被卤化物的性质和卤化反应的难易程度，工业生产上还需考虑主产物的产率及装置的生产能力。例如：氯苯的生产2024/9/241-酸水排放口2-苯及氯气入口3-炉条4-填料铁圈或废铁管5-钢壳衬耐酸砖6-氯化液出口7-挡板8-气体出口沸腾氯化塔（5）原料纯度与杂质

原料纯度对芳环取代卤化反应有很大影响

例如：在苯的氯化反应中，原料苯中不能含有含硫杂质（如噻吩等）、有机原料中不能含有水、Cl2中尽量不含H2。（6）氯化深度氯化深度：反应深度，它表示原料烃被氯化程度的大小可以用氯化烃的含氯量或反应转化率来表示。

例如：要想在一氯化阶段少生成多氯化物，工业上采用苯过量，控制苯氯物质的量比为4:1，尽可能的降低二氯苯的生成量。（7）混合作用在苯的氯化反应中，如果搅拌不好或反应器选择不当，会造成传质不匀，反应生成的产物不能及时的离开，重新返回到反应区域，促进连串反应的进行。这种现象称为物料的返混作用。这种现象的出现会造成一氯代选择性下降，对反应不利。2024/9/242024/9/24脂肪烃及芳烃侧链的取代卤化影响因素及反应条件的选择

脂肪烃和芳烃侧链的氢原子在光照、加热或引发剂存在下与卤原子发生的取代过程。

脂肪烃及芳烃侧链取代卤化的反应具有的特点：反应是典型的自由基反应，反应历程包括链的引发、链的增长和链的终止三个阶段；与芳烃环上的取代卤化一样，脂肪烃及芳烃侧链取代卤化反应也是连串反应。（1）被卤化物性质

无立体因素影响，各种被卤化物氢原子的活性顺序为：ArCH2-H＞CH2=CH-CH2-H＞＞叔C-H＞仲C-H＞伯C-H＞CH2=CH-H（2）卤化剂在烃类的取代卤化中，卤素是常用的卤化剂，它们在光照、加热或引发剂存在下产生卤自由基。其反应活性顺序为：F2＞Cl2＞Br2＞I2

由于卤素可以与脂肪烃中的双键发生加成反应，一般不宜采用卤素进行烯丙位取代卤化反应；而芳环上不易发生卤素的加成反应，可采用卤素进行苄位取代卤化反应。NBS可用于烯丙位或苄位氢的卤代反应，具有反应条件温和、选择性高和副反应少的特点。2024/9/24（3）引发条件及温度光照引发和热引发是经常采用的引发自由基的方法。光照引发以紫外光照射最为有利。

例如：在氯化反应中，氯分子的光离解能是250kJ/mol，与此对应的引发光的波长是478nm。光的波长越短，能量越强，有利于引发自由基，但波长小于300nm的紫外光会被普通玻璃吸收。因而，实际生产中常将发射波长范围为400～700nm的日光灯作为照射光源；光引发时，反应温度一般控制在60～80℃。热引发可分为中温液相氯化与高温气相氯化提高反应温度有利于取代反应，也有利于减少环上加成氯化反应，还可促进卤化剂均裂成自由基，所以一般在高温下进行苄位和烯丙位的取代卤化反应。2024/9/24（4）催化剂及杂质芳烃在有催化剂时，通常只能得到环上取代产物。在光照、加热或引发剂下通Cl2，则有利于侧链取代氯化。因此进行芳环侧链的卤化时，原料需有较高的纯度和严格控制其杂质，应当注意不要使反应物中混入能够发生环上取代卤化的催化剂，否则会阻止反应进行。

①杂质铁若有铁存在，通入氯时会转变成FeCl3，则对自由基反应不利，若原料为烯烃或芳烃时，会加快加成氯化及环上取代氯化。因此，原料中不能有铁，反应设备不能用普通钢设备，需用衬玻璃、衬镍、搪瓷或石墨反应器。2024/9/24

②氧气氧气对反应有阻碍作用，需严格控制其浓度。对于光引发自由基反应，烃中氧含量小于1.25×10-4mol/L时，Cl2中需小于5.0×10－5mol/L。

③水

如果原料中有少量水的存在，则不利于自由基取代反应的进行。因此，工业上常用干燥的氯气。（5）反应介质可以使用的溶剂有苯、石油醚、氯仿、四氯化碳，其中四氯化碳是经常采用的反应溶剂，因为它属于非极性惰性溶剂，可以避免自由基反应的终止和副反应的发生。如果反应物为液体，可不用反应溶剂。（6）氯化深度及原料配比选择适当的氯化深度，对提高单氯化选择性是有利的，烃氯比大，一氯代烷的选择性高，一般适宜的烃氯比为（5～3）:1（物质的量之比）。2024/9/242024/9/247.2.2加成卤化（1）卤素的亲电加成卤化①反应历程卤素对双键的加成反应，一般经过两步，首先卤素向双键作亲电进攻，形成过渡态π-络合物，然后在催化剂（FeCl3）作用下，生成卤代烃。催化剂的作用是加速π-络合物转化成σ-络合物，并且促使Cl2与FeCl3形成Cl→Cl:FeCl3络合物，有利于亲电进攻。

卤素与不饱和烃的加成卤化2024/9/24②主要影响因素a.烯烃的结构当烯烃上连有给电子基团（如-OH、-OR、-NHCOCH3、-C6H5、-R等）时，反应活性提高；当烯烃上连有吸电子基团（如-NO2、-COOH、-CN、-COOR、-SO3H、-X等）时反应活性降低。烯烃卤加成反应活泼次序：R2C＝CH2＞RCH＝CH2＞CH2＝CH2＞CH2＝CHCl。b.溶剂卤素与烯烃的亲电加成反应，一般采用CCl4、CS2、CHCl3、CH3COOH、CH3COOC2H5等作溶剂。因为醇和水同时可以作为亲核试剂，向过渡态π-络合物进攻，可能会产生卤代醇或卤代醚等副产物，所以不适宜用作溶剂。c.反应温度：卤加成反应的温度不宜太高，否则容易发生消除和取代副反应。

（2）卤素的自由基加成卤化在光、热或引发剂（如有机过氧化物、偶氮二异丁腈等）存在下，卤素可以与不饱和烃发生加成反应，该反应为自由基反应，其反应历程为：链引发：Cl2

—→(hv)2Cl·链传递：CH2=CH2+Cl·—→CH2Cl—CH2·CH2Cl—CH2·+Cl—Cl—→CH2Cl—CH2Cl+Cl·链终止：Cl·+Cl·—→Cl22CH2Cl—CH2·—→CH2Cl—CH2—CH2—CH2ClCH2Cl—CH2·+Cl·—→CH2Cl—CH2Cl光卤化加成的反应特别适用于双键上具有吸电子基的烯烃。例如三氯乙烯中有三个氯原子，进一步加成氯化很困难；但在光催化下可氯化制取五氯乙烷。炔烃比烯烃难发生于卤素的加成反应。2024/9/24卤化氢与不饱和烃的加成

（1）卤化氢的亲电加成卤化①反应历程首先是质子对不饱和烃分子进行亲电进攻，形成碳正离子中间体，然后卤负离子与之结合，形成加成产物。在反应体系中加入AlCl3或FeCl3等路易斯酸催化剂，可加快反应速度。卤化氢与烯烃加成反应的活泼性次序是：HI＞HBr＞HCl。②定位规律当烯烃上连有给电子基团时，有利于反应的进行，且定位规律符合马尔科夫尼柯夫规则，即氢原子加在含氢较多的碳原子上。当烯烃上连有强吸电子基团时，如-COOH、-CN、-CF3时，反应速度减慢，同时定位规律与马尔科夫尼柯夫规则相反。卤化氢与不饱和烃亲电加成反应的实例有：氯化氢和乙炔加成生产氯乙烯；乙烯和氯化氢或溴化氢加成生成氯乙烷或溴乙烷。2024/9/24（2）卤化氢的自由基加成卤化在光和引发剂作用下，溴化氢和不饱和烃的加成属于自由基加成反应。其定位规律符合反马尔科夫尼柯夫规则。其他卤化物与不饱和烃的加成

次卤酸、N-卤代酰胺和卤代烷等是除卤素、卤化氢以外，常用的与不饱和烃发生加成反应的卤化剂。（1）次卤酸与烯烃的加成常用的次卤酸为次氯酸，次氯酸不稳定，难以保存。通常将氯气通入水或氢氧化钠水溶液中，也可以通入碳酸钙悬浮水溶液中，以制取次氯酸及其盐。次卤酸与烯烃的加成属于亲电加成，定位规律符合马氏规则。工业上典型的例子是次氯酸水溶液与乙烯或丙烯反应生成β-氯乙醇或氯丙醇。两者都是十分重要的有机化工原料。（2）N-卤代酰胺与烯烃的加成在酸催化下，N-卤代酰胺与烯烃加成可制得α-卤醇。（3）卤代烷与烯烃的加成在路易斯酸存在下，叔卤代烷可与烯烃反应。例如：氯代叔丁烷与乙烯加成可得到1-氯-3，3二甲基丁烷，收率为75%。2024/9/24置换卤化以卤原子置换有机物化合物分子中其他基团的反应为置换反应。与直接取代卤化相比，置换卤化具有无异构产物、不发生多卤化、产品纯度高，但步骤多的特点。可以被卤基置换的取代基有羟基、硝基、磺酸基、重氮基，氟可以置换其他卤原子，这是氟化反应的主要完成途径。置换卤化反应在药物合成、染料及其他精细化学品的合成中应用较多。羟基的置换卤素可以置换醇羟基、酚羟基以及羧羟基，常用的卤化剂有氢卤酸、含磷及含硫卤化物等。卤素置换羟基的反应是合成卤化物的重要方法之一。（1）置换醇羟基（2）置换酚羟基（3）置换羧羟基

RCOOH＋SOCl2→RCOCl＋SO3＋HCl（1）置换硝基Cl2—→2Cl·ArNO2＋Cl·—→ArCl＋·NO2·NO2＋Cl2—→NO2Cl＋Cl·（2）置换磺酸基（3）重氮基置换7.2.3.2芳环上硝基、磺酸基和重氮基的置换卤化2024/9/247.3.1原料选择药品名称分子量（molwt）用量（mL、g、mol）熔点（℃）沸点（℃）比重（d420）水溶解度（g/100mL）正丁醇74.1212.3ml（0.13mol）−88.9℃117.25℃0.8098微溶于水浓硫酸98.0820ml（0.375mol）1.84易溶于水溴化钠102.8916.6g（0.161mol）747℃1390℃易溶于水其他药品5%氢氧化钠溶液、饱和碳酸钠溶液2024/9/247.3.2催化剂选择浓硫酸伯醇与氢溴酸的反应主要是按照双分子历程进行的，浓硫酸的存在，使过渡态的位能降低，从而降低了反应的活化能，使不宜离去的基团变成了较易离去的基团，C-O键更易于断裂，溴代反应速度加快，所以浓硫酸是反应的催化剂。浓磷酸浓磷酸是中强酸，用它可以代替浓硫酸制备溴代烷，但催化能力比浓硫酸弱，溴代反应的转化率低，反应速度慢，加入过量的浓磷酸催化剂，效果仍不佳。随着正烷基醇分子中碳原子数的增加，浓磷酸的催化效果更为不好。2024/9/247.3.3小试设备选择正溴丁烷合成与分离装置参考2024/9/247.3.4工艺条件选择物料物质的量配比：水∶浓硫酸∶正丁醇：溴化钠=0.78∶0.375∶0.134∶0.161；反应温度：加热保持溶液微沸；反应压力：常压；回流时间：1.5h；催化剂：浓硫酸；2024/9/244.3.5质量分析外观指标：无色透明液体产品质量指标产品分析检测密度测定、折光率的测定、沸点的测定、红外吸收光谱分析等

2024/9/247.4.1操作步骤流程图投料反应

7.4.1.2提纯

2024/9/247.4.2具体操作步骤在100mL圆底烧瓶中，加入14mL水，将烧瓶置于冰水浴中，在振摇下分批加入20mL浓硫酸，混合均匀，并冷却至室温，分四次加入12.3mL正丁醇，混合均匀，然后在搅拌下加入16.6g研细的溴化钠，充分旋动烧瓶，以免结块，撤去冰水浴，擦干烧瓶外壁，加入1～2粒沸石，安装带有气体吸收部分的回流装置。采用100mL5%氢氧化钠溶液作吸收液。用电热套加热，并经常摇动烧瓶，保持反应液呈微沸，回流约1.5h。溴化钠固体消失，溶液出现分层，反应结束。回流将蒸出的粗1-溴丁烷倒入分液漏斗，用15mL水洗涤，分液后，再向盛粗1-溴丁烷的锥形瓶中滴入7mL浓硫酸，用冰水浴冷却并加以振摇，倒入一个干燥的分液漏斗中，静