CN110431126B - 制备一溴三氯甲烷的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于制备一溴三氯甲烷的方法,包括:a)提供位于氯仿中的溴;和b)用350‑550nm范围内的光辐射所得溶液,其中不用波长小于350nm的辐射辐射所述溴在氯仿中的溶液。
Description
本发明涉及一种制备一溴三氯甲烷的方法,包括:
a)提供位于氯仿中的溴;和
b)用350-550nm范围内的光辐射所得溶液,
其中不用波长小于350nm的辐射辐射所述溴在氯仿中的溶液。
优选地,本发明涉及一种制备一溴三氯甲烷的方法,包括:
a)提供位于氯仿中的溴;和
b)用350-550nm范围内的光辐射所得溶液,
其中照射源不发射小于350nm的辐射。
一溴三氯甲烷广泛用于例如丙烯酸酯聚合物的自由基聚合中的链转移(A.Matsumoto,K.Mizuta,Macromolecules 27(1994)5863)用作烃的溴化试剂(D.H.R.Barton,S.D.Bévière,W.Chavasiri,Tetrahedron 50(1994)31;T.Takahashi,K.Aoyagi和D.Y.Kondakov,J.Chem.Soc.Chem.Commun.(1994)747;Earl S.HuyserJ.Am.Chem.Soc.,82(1960)391),或用于Corey-Fuchs和Appel反应(S.G.Newman,C.S.Bryan,D.Perez,M.Lautens,Synthesis(2011)342-346)。
一溴三氯甲烷还可为制药或农业领域中复杂有机分子的原料。
现有技术中描述了制备一溴三氯甲烷的各种方法,然而,它们非常不具选择性,需要高能量消耗并且不具有原子效率(参见例如Comprehensive Organic Functional GroupTransformations.Elsevier,1995,S.221,G.Lehmann,B.Lücke,J.prakt.Chem.22(1963)230,K.Shigeki,K.Yoshitoku,T.Yasuo,JP 19760125039(1976),DE 1259318A)。
与这些上述方法相比,光致溴化应主要提供更具选择性的方法的优点。
一个实例是使用500瓦马自达灯(500Watt-Mazda lamp)通过光致溴化制备一溴三氯甲烷,其也用于加热反应混合物(E.G.Bohlman,J.E.Willard,J.Am.Chem.Soc.64(1942)1342)。另一种方法是通过使用石英汞灯在546nm波长下在110-130℃温度下通过光致溴化制备一溴三氯甲烷(V.Braunwarth,H.-J.Schumacher,Kolloidchemie 89(1939)184)。
然而,如果应用于大规模生产,则两种方法都会导致高能量成本并具有如下所示的差选择性。
Willard等教导了在265nm波长下在氧气存在下的光致溴化。在没有氧气存在下在365nm或313nm波长下的溴化不成功(J.Willard,F.Daniels,J.Am.Chem.Soc.57(1935)2240)。但是,在大规模生产一溴三氯甲烷中应避免氧气,因为这可能导致安全问题。
因此,本领域需要一种原子有效地大规模生产一溴三氯甲烷的方法。此外,该方法必须具有高选择性,其中不需要的副产物的形成降低至最小程度。此外,该方法在能量方面也必须是有效的。
因此,本发明的目的是提供一种以高选择性原子有效地大规模生产一溴三氯甲烷的方法,其中不需要的副产物的形成降低至最小程度,其在能量方面也是有效的。
令人惊奇地,已发现该目的通过一种制备一溴三氯甲烷的方法来实现,所述方法包括如下步骤:
a)提供位于氯仿中的溴;和
b)用350-550nm范围内的光辐射所得溶液,
其中不用波长小于350nm的辐射辐射所述溴在氯仿中的溶液。
在一个优选实施方案中,本发明涉及一种制备一溴三氯甲烷的方法,所述方法包括如下步骤:
a)提供位于氯仿中的溴;和
b)用350-550nm范围内的光辐射所得溶液,
其中照射源不发射小于350nm的辐射。
当在本文中描述不用波长小于350nm的辐射辐射反应介质时,这应理解为意指不将反应介质暴露于显著量(如果有的话)的来自辐射源的该波长辐射。特别地,该表述不应理解为意指反应介质和反应产物需要屏蔽可能源自太阳辐射或其他天然来源的任何UV辐射。就此而言,不认为天然来源的UV辐射,例如太阳辐射是显著的。
通常进行在350-550nm,优选380-550nm,更优选390-490nm范围内的辐射。
在本发明的一个优选实施方案中,由辐射源发射的光是单色的。术语“单色光”意指对称单峰发射光谱,其半宽相对于发射最大值的波长为+/-10-30nm。
合适的辐射源是本领域已知的那些源。
优选的辐射源是发光二极管(LED),其发射350-550nm,优选380-550nm,更优选390-490nm范围内的光。
在一个优选实施方案中,不用波长大于550nm的辐射辐射所述溴在氯仿中的溶液。在一个优选实施方案中,辐射源不发射波长大于550nm的辐射。
就此而言,应注意辐射源如掺杂汞灯(其初看可能适用于光致溴化而产生可见光范围内的照射)除可见光范围内的辐射之外也发射小于350nm的辐射。因此,如果这些灯用作辐射源而没有其他措施如屏蔽反应容器以防该辐射(例如使用过滤器或无机发光材料(phosphor)),则使用这些辐射源会导致副产物如一溴二氯甲烷的形成,副产物的移除会导致产率损失。合适的二极管的实例是在405nm、420nm、455nm、470nm和485nm下发射的二极管(例如可由Seoul Viosys得到)。
工业中使用的氯仿包含0.5-1.0重量%的稳定剂以吸收可源自氯仿氧化的光气。
目前使用的稳定剂是例如乙醇或戊烯。
然而,作为稳定剂的醇的存在减少或阻止了令人满意的光致溴化。量大于0.5重量%的醇的存在会导致产率降低和副产物量增加。因此,本发明方法优选在没有醇存在下进行,这意指存在于反应介质中的醇的量基于氯仿小于0.5重量%。优选地,醇以在每种情况下基于氯仿的重量ppm小于1000重量ppm,更优选小于100ppm,甚至更优选小于10ppm或1ppm的量存在。在一个实施方案中,所用氯仿不含任何醇。步骤b)中的氯仿必须包含不同稳定剂(例如戊烯)或在光致溴化之前必须移除任何微量的醇。
醇意指主要适用于防止氯仿氧化的所有醇,例如乙醇或其他C1-C6醇或C2-C6二醇。
可以使用本领域已知的方法如蒸馏移除醇如乙醇。
如上所述,在大规模生产中,氧气的存在通常是不希望的。因此,在本发明的另一实施方案中,本发明方法在没有氧气存在下进行。
反应温度可以为-20℃至60℃,优选+20℃至50℃。
本发明方法可以在0.1-20巴的反应压力下进行。在一个优选实施方案中,反应在大气压力下进行。
步骤a)中存在的溴可以是
i.以溴直接加入;或
ii.原位产生。
例如,溴可以由溴化物通过用例如亚溴酸盐、溴酸盐、过溴酸盐或其相应的酸或用H2O2氧化而产生。
在一个优选实施方案中,在步骤a)中将单质溴与溴酸盐组合使用。
步骤a)中的溴浓度为0.1-10重量%。
本发明方法可以连续进行,其中替换消耗的溴,并通过萃取和/或蒸馏从反应混合物中移除产生的溴化氢和一溴三氯甲烷。
在一个实施方案中,将溴和氯仿的混合物泵送通过连续流反应器,随后分离反应产物。
在本发明的另一实施方案中,反应在除有机相外还包含水的两相体系中进行。通过替换水相,源自光致溴化的副产物溴化氢在水相中转移,并且可以通过如上所述的所得溴化物的氧化而再循环。作为替换,反应可以分批进行,其中开始时的浓度等于或小于10重量%,并且最后在完全消耗溴后停止反应。
本发明由以下实施例进一步说明,但本发明不受以下实施例的限制:
实施例
实施例如下所述在20℃下在氮气气氛下进行。通过气相色谱法(柱:RTX-200-MS30m)进行所得反应混合物的定量分析。所用氯仿用戊烯稳定,并包含少于0.5重量%的乙醇。
实施例1(1%位于氯仿中的溴,470nm)
将4.8g(30.0mmol)溴在477g(4mol)氯仿中的溶液通过100个LED(波长470nm,20℃)辐射2小时。分析所得混合物,显示出4.8g三氯一溴甲烷(24.3mmol,81%产率)。
实施例2(2%位于氯仿中的溴,470nm)
将9.7g(61mmol)溴在477g(4mol)氯仿中的溶液通过100个LED(波长470nm,20℃)辐射3小时。分析所得混合物,显示出10.7g三氯一溴甲烷(54mmol,89%产率)。
实施例4(4%位于氯仿中的溴,470nm)
将19.9g(124.5mmol)溴在477g(4mol)氯仿中的溶液通过100个LED(波长470nm,20℃)辐射7小时。分析所得混合物,显示出20.4g三氯一溴甲烷(103mmol,83%产率)。
实施例5(4%位于氯仿中的溴,405nm)
将130g(810mmol)溴在3120g(26mol)氯仿中的溶液通过88个LED(波长405nm,20℃)辐射3.5小时。分析所得混合物,显示出132.2g三氯一溴甲烷(667mmol,82%)。
实施例6-24(连续流反应器)
将溴在氯仿中的溶液在各种温度和流速下泵送通过光连续流反应器,如下表所示。取出所得反应混合物的样品并通过气相色谱分析。
实施例25(用Br2和HBrO3溴化,405nm LED)
向装有405nm LED光闭环反应器的2升反应容器中加入溶解在1800g氯仿中的25g(0.1564mol)溴。加入11.8g(0.07682mol)溴酸钠在75g水和7.67g(0.04mol)50%H2SO4中的溶液。将双相体系在25℃下缓慢搅拌。将下部有机相通过光环管反应器泵送7.25小时,并由88个发射405nm光的LED照射。当转化完成时,反应混合物变为无色。在分离两相后,通过气相色谱分析有机相。得到1826.9g(4.2%,75.63g,0.3814mol,97.6%)的一溴三氯甲烷。
实施例26(用Br2和HBrO3溴化,白色LED)
向装有LED灯(720Lumen)的2升反应容器中加入溶解在882g氯仿中的10g(0.0626mol)溴。加入4.72g(0.01313mol)溴酸钠在60g水和3.07g(0.0156mol)50%H2SO4中的溶液。将双相体系在30℃下剧烈搅拌,并用发射白光的LED灯照射。当转化完成时,反应混合物变为无色。在分离两相后,通过气相色谱分析有机相。得到905.2g(3.46%,31.3g,0.158mol,100%)一溴三氯甲烷。
实施例27(用HBr和HBrO3溴化,470nm LED)
向470nm LED光闭环反应器中加入259g氯仿、13.7g(0.0906mol)溴酸钠在45g水和9.26g(0.0906mol)96%H2SO4中的溶液。在30分钟内加入29.3g(0.181mol)50%HBr。将双相混合物在40℃下由100个发射470nm光的LED照射。当转化完成时,反应混合物变为无色。在分离两相后,通过气相色谱分析有机相。得到274.4g(18.5重量%,0.256mol,94.2%)一溴三氯甲烷。
对比例
用来自中压汞灯(TQ150Z2)的光或如下所示的单色二极管照射溴在氯仿中的溶液一定时间。随后,取出样品,用碳酸钠水溶液洗涤并通过GC测量。氯仿/溴二氯甲烷的比例由每种化合物的面积%计算,并显示在下表1中:
表1
序号 | 重量%Br<sub>2</sub> | t(h) | λ(nm) | 比例(BrCCl<sub>3</sub>/BrCHCl<sub>2</sub>) |
1* | 4 | 7 | 470 | 265 |
2* | 6 | 4 | 405 | >265 |
3** | 10 | 5 | TQ150Z2 | 3.8 |
4** | 2 | 7 | TQ150Z2 | 5.9 |
*)根据本发明
**)对比例
表1中的结果表明如果使用中压汞灯(TQ150Z2)作为辐射源,则产生大量副产物一溴二氯甲烷(沸点:90℃)。
Claims (19)
1.一种制备一溴三氯甲烷的方法,包括
a)提供位于氯仿中的溴;和
b)用350-550nm范围内的光辐射所得溶液,
其中不用波长小于350nm的辐射辐射所述溴在氯仿中的溶液,其中所用氯仿包含基于氯仿小于0.5重量%的醇。
2.根据权利要求1的方法,其中照射源是发光二极管。
3.根据权利要求1的方法,其中所述辐射的波长在380-550nm范围内。
4.根据权利要求2的方法,其中所述辐射的波长在380-550nm范围内。
5.根据权利要求1的方法,其中所述光是单色的。
6.根据权利要求2的方法,其中所述光是单色的。
7.根据权利要求3的方法,其中所述光是单色的。
8.根据权利要求4的方法,其中所述光是单色的。
9.根据权利要求1-8中任一项的方法,其中所述方法在没有氧气存在下进行。
10.根据权利要求1-8中任一项的方法,其中照射源不发射小于350nm的辐射。
11.根据权利要求9的方法,其中照射源不发射小于350nm的辐射。
12.根据权利要求1-8中任一项的方法,其中反应温度为-20℃至60℃。
13.根据权利要求11的方法,其中反应温度为-20℃至60℃。
14.根据权利要求1-8中任一项的方法,其中反应压力为0.1-20巴。
15.根据权利要求13的方法,其中反应压力为0.1-20巴。
16.根据权利要求1-8中任一项的方法,其中由步骤a)得到的溶液中的溴含量为0.1-10重量%。
17.根据权利要求15的方法,其中由步骤a)得到的溶液中的溴含量为0.1-10重量%。
18.根据权利要求1-8中任一项的方法,其中溴原位产生。
19.根据权利要求17的方法,其中溴原位产生。
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