CN110903163A - 一种三溴新戊醇的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种三溴新戊醇的制备方法,包括以下步骤:以季戊四醇、溴素和硫粉为原料,以硫粉作为还原剂还原溴素原位产生溴化氢,有机酸为溶剂,加热反应,反应结束后减压蒸馏回收乙酸和溴化氢,经甲醇醇解后,减压蒸馏回收甲醇和乙酸甲酯,再加入碳酸钠水溶液中和产生的硫酸,加水和烷烃,分液,有机相冷却析晶得到高纯度的三溴新戊醇。这种制备方法相较于目前已公开报道的制备方法,选用硫粉还原溴素原位产生溴化氢制备三溴新戊醇,副反应少,成本低,产率高,产品纯度99.5%以上,收率在90%以上,操作更简便,利于工业化生产。

Description

一种三溴新戊醇的制备方法
技术领域
本发明属于阻燃材料和医药技术领域,涉及一种三溴新戊醇的制备方法。
背景技术
三溴新戊醇是一种新型的含溴阻燃剂,具有高溴含量和特殊稳定性,耐水解性和光稳定性强。可以作为高分子量阻燃剂的反应中间体或作为反应型阻燃剂使用。作为一种反应型阻燃剂,三溴新戊醇广泛用于弹性体、涂料和泡沫体。此外,三溴新戊醇也是制备孟鲁斯特钠侧链中间体的关键原料。
现有的三溴新戊醇的制备过程中一般存在原料不容易获取、生产废水量大,废水中组成复杂,COD高以及废水中含磷量高,导致废水不易处理、废水处理成本高的问题。
如专利申请号为CN200710019793.1的中国发明专利公开了三溴新戊醇的合成方法及精制,该专利将季戊四醇溶于乙酸中,再通入溴化氢气体进行取代反应,然后加入甲醇和无机酸进行酯分解,活性炭脱色,粗品甲醇/水重结晶,得到三溴新戊醇纯品。该工艺由于需要通入溴化氢气体,原料不好购买,而且反应在0.6~0.8MPa压力下进行,对设备要求较高,不利于工业化生产。
再如专利申请号为CN201710401445.4的中国发明专利公开了一种三溴新戊醇的合成方法,该方法采用以尿素、氨水或水合肼为还原剂,季戊四醇与溴素在乙酸中加热发生溴化反应,蒸出乙酸、溴化氢和水后,加入异丙醇和催化剂钛酸四丁酯进行脱脂,然后回收异丙醇和乙酸异丙酯,再加入分散剂磷酸酯,用5%碳酸钠水溶液调节pH至中性,大量水分散后冷却至10℃结晶,90~100℃,得到最高收率95%的三溴新戊醇。该专利采用尿素、氨水或水合肼为还原剂,在与溴素反应时产生大量氮气,放大生产时不好控制,而且产生的气体会把溴化氢带出来,不利于溴素的充分利用。第二步采用异丙醇脱脂时用钛酸四丁酯为催化剂,结晶时用了30倍季戊四醇重量的水,导致废水量大,废水中组成复杂,COD高,不利于废水的处理。因此,该工艺不适合工业化大生产。
专利申请号为CN201510415910.0的中国发明专利公开了一种三溴新戊醇的合成方法,该方法采用季戊四醇与三溴化磷在惰性溶剂四氯乙烷、二氯乙烷、四氯乙烯、氯苯、二氧六环、甲苯或二甲苯发生溴代反应,然后在甲醇中进行酯交换,粗品用甲醇/水重结晶,得到三溴新戊醇结晶态产品。虽然专利中说明该工艺操作简单,可以工业化放大生产,但是该方法中的原料三溴化磷成本较高,而反应后的废水中含磷量高,废水处理成本高。
发明内容
为了解决上述制备三溴新戊醇的方法中存在的问题,本发明的目的在于提供一种收率高、成本低、操作简单、安全性好、对环境友好,并且适合工业化生产的高纯三溴新戊醇的制备方法。
本发明提供的一种三溴新戊醇的制备方法,包括以下步骤:以季戊四醇、溴素和硫粉为原料,以硫粉作为还原剂还原溴素原位产生溴化氢,有机酸为溶剂,加热反应,反应结束后减压蒸馏回收乙酸和溴化氢,经甲醇醇解后,减压蒸馏回收甲醇和乙酸甲酯,再加入碳酸钠水溶液中和产生的硫酸,加水和烷烃,分液,有机相冷却析晶得到三溴新戊醇,其合成路线如下:
取代:
Figure BDA0002332606370000031
醇解:
Figure BDA0002332606370000032
进一步地,所述有机酸优选为乙酸。
进一步地,反应前溶液中溴素与季戊四醇的摩尔比为1.5~2.0:1,硫粉与溴素的摩尔比为1.0~1.2:3,乙酸与季戊四醇的质量比为3.0~5.0:1,甲醇添加量为季戊四醇的3~5倍体积。
进一步地,所述加热反应过程的温度为110~130℃。
进一步地,所述碳酸钠水溶液中和后体系的pH为7.0~8.0,所述碳酸钠水溶液的浓度为10~20%。
进一步地,所述烷烃为正戊烷、正己烷、环己烷或正庚烷,烷烃的添加量为季戊四醇的1~3倍体积。
进一步地,所述结晶温度为0~5℃。
与现有技术相比,本发明的有益效果在于:(1)反应所用的主要物料:季戊四醇、溴素、硫粉、乙酸、甲醇和碳酸钠等价格低廉、简单易得;(2)反应过程可控性好,后处理过程无剧烈放热现象,操控简单,安全性高;(3)反应中回收的乙酸和甲醇可以直接用于生产,副产品乙酸甲酯可以作为溶剂外售,废水为弱碱性,可以直接进污水处理系统处理;(4)经原料物料和比例的优化调整,目标产物纯度在99.5%以上,收率在90%以上。
附图说明
图1为实施例2制得的三溴新戊醇的气相色谱图;
图2为实施例2制得的三溴新戊醇的HNMR图谱。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解,下面通过具体实施例对本发明技术方案作进一步说明,但不限定本发明的保护范围。为叙述方便,实施例中略去了必要的或常规的技术条件或步骤,如称料、加料方式等,这些条件或步骤被认为是本领域常规或技术人员容易获知的。
实施例1:
一种三溴新戊醇的制备方法,包括以下步骤:在一个带有机械搅拌器、温度计和回流冷凝管的3L四口瓶中加入272.3g(2.0mol,1.0eq)季戊四醇、37.4g(1.2mol,0.6eq)硫粉和816.9g(13.6mol,6.8eq)乙酸,搅拌下滴加575.3g(3.6mol,1.8eq)液溴,控制内温不超过50℃。然后缓慢升温至120℃,继续搅拌6h结束反应,三溴新戊醇转化率达到90%以上,降温至80℃,在-0.09MPa下减压蒸馏回收乙酸和氢溴酸。向残余物中加入817mL甲醇,在80℃醇解2小时,减压蒸馏回收甲醇和乙酸甲酯。残余物降温至50℃,向反应体系中加入1000mL水,用10%碳酸钠水溶液调节体系pH至7.0~8.0,于50℃保温搅拌30分钟,向体系中加入545mL正庚烷,继续搅拌30分钟,分液。有机相冷却至5℃,有大量白色晶体析出,抽滤,50℃干燥6小时,得到584.7g的三溴新戊醇,收率90%,纯度99.7%(GC)。
实施例2:
一种三溴新戊醇的制备方法,包括以下步骤:在一个带有机械搅拌器、温度计和回流冷凝管的3L四口瓶中加入272.3g(2.0mol,1.0eq)季戊四醇、44.9g(1.4mol,0.7eq)硫粉和1089.2g(18.14mol,9.07eq)乙酸,搅拌下滴加607.3g(3.8mol,1.9eq)液溴,控制内温不超过50℃。然后缓慢升温至120℃,继续搅拌6h结束反应,三溴新戊醇转化率达到90%以上,降温至80℃,在-0.09MPa下减压蒸馏回收乙酸和氢溴酸。向残余物中加入585mL甲醇,在80℃醇解2小时,减压蒸馏回收甲醇和乙酸甲酯。残余物降温至50℃,向反应体系中加入1000mL水,用20%碳酸钠水溶液调节体系pH至7.0~8.0,于50℃保温搅拌30分钟,向体系中加入195mL正己烷,搅拌30分钟,分液。有机相冷却至0℃,有大量白色晶体析出,抽滤,50℃干燥6小时,得到597.7g的三溴新戊醇,收率92%,纯度99.5%(GC,图1所示),1H NMR(CDCl3,600MHz):δ=1.77(1H,br,-OH),3.57(6H,s,-CH2Br),3.78(2H,s,-CH2O)(图2)。图2的核磁谱图表明所制备的三溴新戊醇结构正确。
实施例3:
一种三溴新戊醇的制备方法,包括以下步骤:在一个带有机械搅拌器、温度计和回流冷凝管的3L四口瓶中加入272.3g(2.0mol,1.0eq)季戊四醇、48.1g(1.5mol,0.75eq)硫粉和1361.5g(22.67mol,11.34eq)乙酸,搅拌下滴加639.2g(4.0mol,2.0eq)液溴,控制内温不超过50℃。然后缓慢升温至120℃,继续搅拌6h结束反应,三溴新戊醇转化率达到90%以上,降温至80℃,在-0.09MPa下减压蒸馏回收乙酸和氢溴酸。向残余物中加入975mL甲醇,在80℃醇解2小时,减压蒸馏回收甲醇和乙酸甲酯。残余物降温至50℃,向反应体系中加入1000mL水,用10%碳酸钠水溶液调节体系pH至7.0~8.0,于50℃保温搅拌30分钟,降温至50℃,向体系中加入585mL正戊烷,搅拌30分钟,分液。有机相冷却至0℃,有大量白色晶体析出,抽滤,50℃干燥6小时,得到604.2g的三溴新戊醇,收率93%,纯度99.6%(GC)。
实施例4:
一种三溴新戊醇的制备方法,包括以下步骤:在一个带有机械搅拌器、温度计和回流冷凝管的3L四口瓶中加入272.3g(2.0mol,1.0eq)季戊四醇、38.38g(1.2mol,0.6eq)硫粉和816.9g(13.6mol,6.8eq)乙酸,搅拌下滴加479.4g(3mol,1.5eq)液溴,控制内温不超过50℃。然后缓慢升温至120℃,继续搅拌6h结束反应,三溴新戊醇转化率达到90%以上,降温至80℃,在-0.09MPa下减压蒸馏回收乙酸和氢溴酸。向残余物中加入817mL甲醇,在80℃醇解2小时,减压蒸馏回收甲醇和乙酸甲酯。残余物降温至50℃,向反应体系中加入1000mL水,用10%碳酸钠水溶液调节体系pH至7.0~8.0,于50℃保温搅拌30分钟,降温至50℃,向体系中加入300mL环己烷,搅拌30分钟,分液。有机相冷却至5℃,有大量白色晶体析出,抽滤,50℃干燥6小时,得到585g的三溴新戊醇,收率90%,纯度99.5%(GC)。
本发明的已经通过具体的实施例进行了描述。本领域技术人员可以借鉴本发明的内容适当改变原料、工艺条件等环节来实现相应的其它目的,其相关改变都没有脱离本发明的内容,所有类似的替换和改动对于本领域技术人员来说是显而易见的,都被视为包括在本发明的范围之内。

Claims (7)

1.一种三溴新戊醇的制备方法,包括以下步骤:以季戊四醇、溴素和硫粉为原料,以硫粉作为还原剂还原溴素原位产生溴化氢,有机酸为溶剂,加热反应,反应结束后减压蒸馏回收乙酸和溴化氢,经甲醇醇解后,减压蒸馏回收甲醇和乙酸甲酯,再加入碳酸钠水溶液中和产生的硫酸,加水和烷烃,分液,有机相冷却析晶得到三溴新戊醇。
2.如权利要求1所述的一种三溴新戊醇的制备方法,其特征在于,所述有机酸为乙酸。
3.如权利要求1所述的一种三溴新戊醇的制备方法,其特征在于,反应前溶液中溴素与季戊四醇的摩尔比为1.5~2.0:1,硫粉与溴素的摩尔比为1.0~1.2:3,乙酸与季戊四醇的质量比为3.0~5.0:1,甲醇添加量为季戊四醇的3~5倍体积。
4.如权利要求1所述的一种三溴新戊醇的制备方法,其特征在于,所述加热反应过程的温度为110~130℃。
5.如权利要求1所述的一种三溴新戊醇的制备方法,其特征在于,所述碳酸钠水溶液中和后体系的pH为7.0~8.0,所述碳酸钠水溶液的浓度为10~20%。
6.如权利要求1所述的一种三溴新戊醇的制备方法,其特征在于,所述烷烃为正戊烷、正己烷、环己烷或正庚烷,烷烃的添加量为季戊四醇的1~3倍体积。
7.如权利要求1所述的一种三溴新戊醇的制备方法,其特征在于,所述结晶温度为0~5℃。
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