CN104447357B - 一种两段氧化溴化制备2,4-二硝基-6-溴苯胺的方法 - Google Patents

一种两段氧化溴化制备2,4-二硝基-6-溴苯胺的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种两段氧化溴化制备2,4-二硝基-6-溴苯胺的方法。该方法包括:(1)向浓度为盐酸中加入2,4-二硝基苯胺,搅拌混合均匀,滴加溴素,继续搅拌反应10~60min;(2)向步骤(1)的反应体系中通氯气,通氯气完毕,继续保温反应10~50min;(3)向步骤(2)的反应体系中,滴加双氧水,再保温反应10~60min;(4)将步骤(3)所得产物过滤,洗涤,干燥,即得2,4-二硝基-6-溴苯胺。本发明氯气氧化溴化过程产生的副产物为氯化氢,双氧水氧化溴化过程产生的副产物为水,形成盐酸,无母液以外的其它副产物生成,实现了绿色工业生产。

Description

一种两段氧化溴化制备2,4-二硝基-6-溴苯胺的方法
技术领域
本发明涉及一种两段氧化溴化制备2,4-二硝基-6-溴苯胺的方法,属于有机中间体2,4-二硝基-6-溴苯胺的制备技术领域。
背景技术
2,4-二硝基-6-溴苯胺(别名:6-溴-2,4-二硝基苯胺;2-溴-4,6-二硝基苯胺),分子式:C6H4BrN3O4,分子量:262.02,外观:黄色针状晶体,熔点:153-154℃。易溶于热水和热丙酮,溶于热醋酸,主要用作分散染料的中间体。
2,4-二硝基-6-溴苯胺用来生产的溴系染料属高档染料,其本身色泽鲜明,且可增进染料的着色性和牢固性,市场容量大。2,4-二硝基-6-溴苯胺是以2,4-二硝基苯胺为溴化底物,在盐酸介质中,用溴素进行溴化而得。例如,CN103073434A公开了一种2,6-二溴-4-硝基苯胺和溴素的合成技术,对硝基苯胺在盐酸介质中与溴素在40~50℃反应生成2,6-二溴-4-硝基苯胺和氢溴酸,氯气和氢溴酸反应生成盐酸;产生的盐酸加入到卤水中卤水经酸化、吹出、吸收、蒸馏、冷凝进入溴水分离器分离得到溴素。溴素再用于对底物的溴化。该方法溴化过程中,为了充分利用溴素,用氯气作氧化剂,将溴化产生的氢溴酸再氧化置换成单质溴,所得产品颜色深,杂质含量高。因此目前生产上主要采用溴素-次氯酸钠法准备2,4-二硝基-6-溴苯胺,次氯酸钠作氧化剂产生大量的无机盐,形成无法循环套用的含大量无机盐的废盐酸,后处理量大,生产成本高。
发明内容
针对现有技术的不足,本发明提供一种两段氧化溴化制备2,4-二硝基-6-溴苯胺的方法。该方法所得产品纯度高,盐酸母液可循环利用,是一种绿色环保的生产工艺。
发明概述
本发明以2,4-二硝基苯胺为溴化底物,在盐酸介质中先以溴素为溴化剂进行溴化,然后分别以氯气和双氧水为氧化剂,采用两段氧化溴化法进行彻底溴化,副产物分别为氯化氢和水,形成反应所需介质盐酸。通过调节氯气和双氧水的用量,可使反应介质盐酸的酸度稳定在适宜的范围内。反应完成后,过滤,洗涤,母液可用洗涤液调节酸度,循环利用,剩余的母液和洗涤液合并,可用于酸化卤水、提取溴素等,整个生产过程无三废排放。
术语说明
两段氧化溴化:溴素与溴化底物2,4-二硝基苯胺反应生成2,4-二硝基-6-溴苯胺和溴化氢,生成的溴化氢先用氧化剂氯气氧化成单质溴,新鲜的单质溴对底物进行溴化,生成产物和副产物氯化氢,即为一段氯气氧化溴化;然后再用双氧水将剩余的溴化氢氧化成单质溴,所得单质溴对底物进行彻底溴化,生成产物和副产物水,即为二段双氧水氧化溴化。
发明详述
本发明的技术方案如下:
一种两段氧化溴化制备2,4-二硝基-6-溴苯胺的方法,包括以下步骤:
(1)向浓度为10~35wt%的盐酸中加入2,4-二硝基苯胺,搅拌混合均匀,于35~65℃滴加溴素(Br2),继续搅拌反应10~60min;
所述的2,4-二硝基苯胺摩尔用量与盐酸的体积之比为0.5mol:(350~750)mL;
所述的溴素与2,4-二硝基苯胺的摩尔比为(0.5~0.65):1;
所述的溴素的滴加时间为1~5h;
(2)向步骤(1)的反应体系中,于35~65℃,缓慢通入氯气,通氯气完毕,继续保温反应10~50min;
所述的氯气与步骤(1)中的溴素的摩尔比为:(0.010~0.1375):0.275;
所述的氯气通入时间0.5~4.5h;
(3)向步骤(2)的反应体系中,于35~65℃,滴加加入浓度为10~35wt%的双氧水,再保温反应10~60min;
所述的双氧水与步骤(1)中的溴素的摩尔比为:(0.01~0.275):0.275;
所述的双氧水滴加时间0.5~5h;
(4)将步骤(3)所得产物过滤,将固体洗涤至pH=5~7,干燥,即得2,4-二硝基-6-溴苯胺,滤液调节盐酸浓度至15~30wt%,返回步骤(1)循环利用。
根据本发明,优选的,步骤(1)、(2)、(3)中所述的的反应温度为45~55℃,更优选50℃。
根据本发明,优选的,步骤(1)中所述的盐酸浓度为15~25wt%,更优选20wt%;所述的2,4-二硝基苯胺摩尔用量与盐酸的体积之比为0.5mol:(450~700)mL,更优选0.5mol:500mL;所述的溴素与2,4-二硝基苯胺的摩尔比为(0.52~0.57):1,更优选0.275:0.5;所述的溴素滴加时间为2~3h,更优选2.5h。
根据本发明,优选的,步骤(2)中,所述的氯气与步骤(1)中的溴素的摩尔比为:(0.05~0.12):0.275;所述的氯气通入时间1.5~3.5h,更优选2h。
根据本发明,优选的,步骤(3)中,所述的双氧水与步骤(1)中的溴素的摩尔比为(0.075~0.275):0.275,更优选0.12:0.275;所述的双氧水的滴加时间为1.5~4.0h,更优选3h。
根据本发明,优选的,步骤(4)中,干燥温度为80~120℃,滤液盐酸浓度为15~25wt%,更优选20wt%。本发明通过调节氯气和双氧水的用量,控制滤液盐酸浓度维持在10~35wt%,滤液和洗涤液也可合并,用于酸化卤水、提取溴素等,实现废物利用。
本发明步骤(1)中,溴素和2,4-二硝基-6-溴苯胺反应生成2,4-二硝基-6-溴苯胺和氢溴酸;步骤(2)中通入的氯气将步骤(1)生成的氢溴酸部分氧化成单质溴,单质溴与步骤(1)未被溴化的2,4-二硝基苯胺反应,继续生成2,4-二硝基-6-溴苯胺,步骤(2)同时有氯化氢生成,与本发明反应体系盐酸属于同一环境,没有其他杂质产生;步骤(3)中加入双氧水继续将反应体系中的氢溴酸氧化成单质溴,单质溴与继续与步骤(2)未被溴化的2,4-二硝基苯胺反应,生成2,4-二硝基-6-溴苯胺,步骤(3)同时有水生成,没有其他杂质产生;步骤(4)中滤液可通过调节步骤(2)中氯气的通入量和步骤(3)中双氧水的滴加量来维持其酸度不变,步骤(4)中滤液大部分可直接循环利用,多余的滤液和洗涤液合并,可用于酸化卤水、提取溴素等,实现废物利用。整个反应过程没有杂质产生,绿色环保,后续处理简单。
本发明的有益效果:
1、本发明可通过调节氧化剂氯气和双氧水的用量比,实现盐酸母液的浓度在适宜的范围,有利于得到高纯度的产品。
2、本发明氯气氧化溴化过程产生的副产物为氯化氢,双氧水氧化溴化过程产生的副产物为水,形成盐酸,无母液以外的其它副产物生成,可使盐酸母液不经处理,直接循环利用,实现了生产工艺的绿色化。
3、单独使用溴素溴化,仅有一半的溴素被利用,本发明通过两段氧化溴化,使得溴素完全被利用,实现了原料的经济利用,降低了生产成本。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明做进一步说明,但不限于此。
实施例中所用原料均为常规原料,所用设备均为常规设备,市购产品。
实施例1
一种两段氧化溴化制备2,4-二硝基-6-溴苯胺的方法,包括以下步骤:
(1)在带有搅拌、温度计、回流冷凝装置的1000mL四口烧瓶中,加入浓度为20wt%的盐酸500mL,加入纯度99%的2,4-二硝基苯胺92.42g(0.5mol),加热至50℃,充分搅拌至2,4-二硝基苯胺全溶,于2.5h内滴加溴素44g(0.275mol),滴完后,继续保温反应30min,使溴素完全反应;
(2)向步骤(1)的反应体系中,在50℃下,于2h内通入氯气5.5g(0.0775mol),继续保温反应30min;
(3)向步骤(2)的反应体系中,在50℃下,于3h内滴加浓度为20wt%的双氧水20.4g(0.12mol),继续保温反应1h;
(4)将步骤(3)所得产物降温至25℃,过滤,将固体洗涤至pH=5~7,干燥,即得2,4-二硝基-6-溴苯胺;滤液盐酸浓度维持在20wt%,取500mL滤液返回步骤(1)循环利用。剩余滤液和洗涤液合并,用于酸化卤水、提取溴素等,实现废物利用。
本实施例以2,4-二硝基苯胺计,收率98.6%,产品纯度99.0%(HPLC),产品熔点152~154℃,产品外观为黄色针状晶体。
实施例2
一种两段氧化溴化制备2,4-二硝基-6-溴苯胺的方法,包括以下步骤:
(1)在带有搅拌、温度计、回流冷凝装置的1000mL四口烧瓶中,加入浓度为15wt%的盐酸600mL,加入纯度99%的2,4-二硝基苯胺92.42g(0.5mol),加热至57℃,充分搅拌至2,4-二硝基苯胺全溶,于3.5h内滴加溴素44g(0.275mol),滴完后,继续保温反应30min,使溴素完全反应。
(2)向步骤(1)的反应体系中,在57℃下,于1.5h内通入氯气5.29g(0.0.0745mol),继续保温反应30min。
(3)向步骤(2)的反应体系中,在57℃下,于3h内滴加浓度为15wt%的双氧水28.6g(0.126mol),继续保温反应1.5h。
(4)将步骤(3)所得产物降温至25℃,过滤,将固体洗涤至pH=5~7,干燥,即得2,4-二硝基-6-溴苯胺;滤液盐酸浓度维持在15wt%,取600mL滤液返回步骤(1)循环利用。剩余滤液和洗涤液合并,用于酸化卤水、提取溴素等,实现废物利用。
本实施例以2,4-二硝基苯胺计,收率98.3%,产品纯度98.8%(HPLC),产品熔点152~154℃,产品外观为黄色针状晶体。
实施例3
一种两段氧化溴化制备2,4-二硝基-6-溴苯胺的方法,包括以下步骤:
(1)在带有搅拌、温度计、回流冷凝装置的1000mL四口烧瓶中,加入浓度为30wt%的盐酸450mL,加入纯度99%的2,4-二硝基苯胺92.42g(0.5mol),加热至55℃,充分搅拌至2,4-二硝基苯胺全溶,于2.5h内滴加溴素44g(0.275mol),滴完后,继续保温反应30min,使溴素完全反应;
(2)向步骤(1)的反应体系中,在55℃下,于1.5h内通入氯气5.93g(0.0835mol),继续保温反应30min;
(3)向步骤(2)的反应体系中,在55℃下,于2h内滴加浓度为30wt%的双氧水12.26g(0.108mol),继续保温反应1h;
(4)将步骤(3)所得产物降温至25℃,过滤,将固体洗涤至pH=5~7,干燥,即得2,4-二硝基-6-溴苯胺;滤液盐酸浓度维持在30wt%,取450mL滤液返回步骤(1)循环利用。剩余滤液和洗涤液合并,用于酸化卤水、提取溴素等,实现废物利用。
本实施例以2,4-二硝基苯胺计,收率98.5%,产品纯度99.0%(HPLC),产品熔点152~154℃,产品外观为黄色针状晶体。
实施例4
一种两段氧化溴化制备2,4-二硝基-6-溴苯胺的方法,包括以下步骤:
(1)在带有搅拌、温度计、回流冷凝装置的1000mL四口烧瓶中,加入浓度为25wt%的盐酸475mL,加入纯度99%的2,4-二硝基苯胺92.42g(0.5mol),加热至45℃,充分搅拌至2,4-二硝基苯胺全溶,于3h内滴加溴素44g(0.275mol),滴完后,继续保温反应30min,使溴素完全反应;
(2)向步骤(1)的反应体系中,在45℃下,于1.5h内通入氯气5.71g(0.0804mol),继续保温反应30min;
(3)向步骤(2)的反应体系中,在45℃下,于2.5h内滴加浓度为25wt%的双氧水15.6g(0.1147mol),继续保温反应1h;
(4)将步骤(3)所得产物降温至25℃,过滤,将固体洗涤至pH=5~7,干燥,即得2,4-二硝基-6-溴苯胺;滤液盐酸浓度维持在25wt%,取475mL滤液返回步骤(1)循环利用。剩余滤液和洗涤液合并,用于酸化卤水、提取溴素等,实现废物利用。
本实施例以2,4-二硝基苯胺计,收率98.4%,产品纯度98.9%(HPLC),产品熔点152~154℃,产品外观为黄色针状晶体。
实施例5
一种两段氧化溴化制备2,4-二硝基-6-溴苯胺的方法,包括以下步骤:
(1)在带有搅拌、温度计、回流冷凝装置的1000mL四口烧瓶中,加入浓度为10wt%的盐酸650mL,加入纯度99%的2,4-二硝基苯胺92.42g(0.5mol),加热至60℃,充分搅拌至2,4-二硝基苯胺全溶,于2.5h内滴加溴素44g(0.275mol),滴完后,继续保温反应30min,使溴素完全反应;
(2)向步骤(1)的反应体系中,在60℃下,于1h内通入氯气2.94g(0.0414mol),继续保温反应30min;
(3)向步骤(2)的反应体系中,在60℃下,于3.5h内滴加浓度为27.5wt%的双氧水23.76g(0.192mol),继续保温反应1h;
(4)将步骤(3)所得产物降温至25℃,过滤,将固体洗涤至pH=5~7,干燥,即得2,4-二硝基-6-溴苯胺;滤液盐酸浓度维持在10wt%,取650mL滤液返回步骤(1)循环利用。剩余滤液和洗涤液合并,用于酸化卤水、提取溴素等,实现废物利用;
本实施例以2,4-二硝基苯胺计,收率98.1%,产品纯度99.0%(HPLC),产品熔点152~154℃,产品外观为黄色针状晶体;
对比例1
如实施例1所述的制备2,4-二硝基-6-溴苯胺的方法,不同的是步骤(2)的通氯气的量为9.763g(0.1375mol),省略步骤(3)双氧水氧化溴化的步骤。
本对比例以2,4-二硝基苯胺计,收率97.6%,产品纯度96.7%,产品熔点147~152℃,产品外观为暗黄色。
对比例2
如实施例1所述的制备2,4-二硝基-6-溴苯胺的方法,不同的是省略步骤(2)通氯气氧化溴化的步骤,步骤(3)浓度为20wt%的双氧水46.75g(0.275mol)。
本对比例以2,4-二硝基苯胺计,收率95.1%,产品纯度97.2%,产品熔点149~153℃,产品外观为黄色。
通过比较实施例1-5和对比例1-2可知,本发明制备方法得到的产品收率高,熔点范围窄,纯度较高,对比例1-2制备得到的产品收率较低,熔点范围宽,纯度较低。

Claims (8)

1.一种两段氧化溴化制备2,4-二硝基-6-溴苯胺的方法,包括以下步骤:
(1)向浓度为10~35wt%的盐酸中加入2,4-二硝基苯胺,搅拌混合均匀,于35~65℃滴加溴素,继续搅拌反应10~60min;
所述的2,4-二硝基苯胺摩尔用量与盐酸的体积之比为0.5mol:(350~750)mL;
所述的溴素与2,4-二硝基苯胺的摩尔比为(0.5~0.65):1;
所述的溴素的滴加时间为1~5h;
(2)向步骤(1)的反应体系中,于35~65℃,缓慢通入氯气,通氯气完毕,继续保温反应10~50min;
所述的氯气与步骤(1)中的溴素的摩尔比为:(0.05~0.12):0.275;
所述的氯气通入时间0.5~4.5h;
(3)向步骤(2)的反应体系中,于35~65℃,滴加加入浓度为10~35wt%的双氧水,再保温反应10~60min;
所述的双氧水与步骤(1)中的溴素的摩尔比为:(0.075~0.275):0.275;
所述的双氧水滴加时间0.5~5h;
(4)将步骤(3)所得产物过滤,将固体洗涤至pH=5~7,干燥,即得2,4-二硝基-6-溴苯胺。
2.根据权利要求1所述的两段氧化溴化制备2,4-二硝基-6-溴苯胺的方法,其特征在于,步骤(1)、(2)、(3)中所述的的反应温度为45~55℃。
3.根据权利要求1所述的两段氧化溴化制备2,4-二硝基-6-溴苯胺的方法,其特征在于,步骤(1)中所述的盐酸浓度为15~25wt%。
4.根据权利要求1所述的两段氧化溴化制备2,4-二硝基-6-溴苯胺的方法,其特征在于,步骤(1)中所述的2,4-二硝基苯胺摩尔用量与盐酸的体积之比为0.5mol:(450~700)mL。
5.根据权利要求1所述的两段氧化溴化制备2,4-二硝基-6-溴苯胺的方法,其特征在于,步骤(1)中所述的溴素与2,4-二硝基苯胺的摩尔比为(0.52~0.57):1;所述的溴素滴加时间为2~3h。
6.根据权利要求1所述的两段氧化溴化制备2,4-二硝基-6-溴苯胺的方法,其特征在于,步骤(2)中所述的氯气通入时间1.5~3.5h。
7.根据权利要求1所述的两段氧化溴化制备2,4-二硝基-6-溴苯胺的方法,其特征在于,步骤(3)中所述的双氧水的滴加时间为1.5~4.0h。
8.根据权利要求1所述的两段氧化溴化制备2,4-二硝基-6-溴苯胺的方法,其特征在于,步骤(4)中干燥温度为80~120℃,过滤所得滤液调节盐酸浓度至15~30wt%,返回步骤(1)循环利用。
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