CN113896619A - 4,4`-二溴二苯醚的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种4,4'‑二溴二苯醚的制备方法，包括如下步骤：步骤1，将二苯醚溶解于第一有机溶剂，将溴素用第二有机溶剂稀释，将稀释后的溴素滴加于二苯醚溶液中，加热进行反应；步骤2，对反应过程中生成的溴化氢进行多级水吸收；步骤3，对反应后混合物进行蒸馏处理，得到4,4'‑二溴二苯醚。本发明制备方法能耗低、反应时间短，且回收的溴可以直接用于溴化反应中，可以有效降低溴的消耗。
Description
技术领域
本发明属于有机化合物制备领域，尤其涉及一种4,4'-二溴二苯醚的制备方法。
背景技术
4,4'-二羟基二苯醚是一种重要的且附加值巨大的精细化工产品，广泛运用在医药中间体，液晶类添加剂，膜材料等。而生产4,4'-二羟基二苯醚最简单的工艺便是用4,4'-二溴二苯醚水解生成，溴素是一种制备含溴中间体的重要原料，也是制备4,4'-二溴二苯醚的重要原料，溴素和二苯醚通过取代反应制备所需的目标产物，但是该过程使用催化剂，后处理复杂，且生产过程中会产生大量的含溴废水，难以处理。专利CN107337218A公开，包袋的联苯溴化物的制备过程中会有大量的富含氢溴酸或者是溴盐的含溴废水产生，一方面会造成环境的污染，另一方面会造成大量的溴素被浪费。
目前，溴化工艺中的溴素主要来源是从海水提取溴素。首先，将大量的海水浓缩成为含溴元素的浓盐海水；用臭氧、过氧化氢或氯气等一些强氧化剂将浓缩的海水中的离子状态的溴氧化成单质溴；然后用压缩气体将溴从浓缩的海水中吹出，进行进一步的精馏提纯获得品质极高的单质溴(林源等，无机盐工业，2021，44(9)：5-7)。
为解决PTA(对苯二甲酸)废水中溴的回收问题，CN102923663A公开了一种包括氧化、提取和稀释回用三个步骤的方法，第一先将PTA废水加酸调节pH值小于2，同时加入氧化剂(双氧水)将废水中的溴离子氧化成溴素；第二将含有溴素的废水采用多级逆流萃取法或空吹法将溴素回收；最后将回收的溴素用溶剂稀释到一定浓度后返回PTA装置用作催化剂。采用该技术可大幅降低PTA生产中Br催化剂的消耗。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种4,4'-二溴二苯醚的制备方法，以解决现有技术中4,4'-二溴二苯醚制备过程使用催化剂，后处理复杂，以及4,4'-二溴二苯醚制备过程产生大量含溴废水难以处理的问题。
为了达到上述目的，本发明公开了一种4,4'-二溴二苯醚的制备方法，包括如下步骤：
步骤1，将二苯醚溶解于第一有机溶剂，将溴素用第二有机溶剂稀释，将稀释后的溴素滴加于二苯醚溶液中，加热进行反应，反应温度为50～100℃；
步骤2，对反应过程中生成的溴化氢进行多级水吸收；
步骤3，对反应后混合物进行蒸馏处理，得到4,4'-二溴二苯醚。
本发明所述的4,4'-二溴二苯醚的制备方法，在一实施方式中，还包括步骤4，步骤2溴化氢经多级水吸收后得到溴化氢溶液,在所述溴化氢溶液中加入氧化剂进行氧化反应，然后利用有机溶剂对氧化反应后混合物进行萃取，得到含溴素有机溶液。
本发明所述的4,4'-二溴二苯醚的制备方法，在一实施方式中，还包括步骤5，将步骤4所述含溴素有机溶液循环回步骤1，与所述二苯醚溶液进行反应。
本发明所述的4,4'-二溴二苯醚的制备方法，在一实施方式中，还包括对步骤3得到的4,4'-二溴二苯醚进行纯化的步骤。
本发明所述的4,4'-二溴二苯醚的制备方法，在一实施方式中，所述第一有机溶剂和所述第二有机溶剂相同或不同，所述第一有机溶剂和所述第二有机溶剂分别选自于液相的卤代烷烃、液相的烷烃、液相的芳烃中的至少一种。
本发明所述的4,4'-二溴二苯醚的制备方法，在一实施方式中，所述步骤4的有机溶剂为所述步骤3蒸馏处理得到的馏出物。
本发明所述的4,4'-二溴二苯醚的制备方法，在一实施方式中，所述液相的卤代烷烃、所述液相的烷烃、所述液相的芳烃中碳原子数为小于或等于20。
本发明所述的4,4'-二溴二苯醚的制备方法，在一实施方式中，稀释后的溴素滴加于二苯醚溶液过程中的温度控制在0～7℃左右；步骤1反应温度为50～100℃，反应时间为2h～8h。
本发明所述的4,4'-二溴二苯醚的制备方法，在一实施方式中，所述氧化剂为双氧水、臭氧、氯气中的一种或几种。
本发明所述的4,4'-二溴二苯醚的制备方法，在一实施方式中，步骤1的反应不使用催化剂；所述二苯醚溶解于所述第一有机溶剂后的质量浓度为40％～70％，所述溴素稀释后的质量浓度为50％～70％。
本发明的有益效果：
本发明4,4'-二溴二苯醚的制备不使用催化剂，通过提高反应温度，使产生的溴化氢气体及时从液相中排除，促进反应向着正向进行，以提高反应速度和产率，并且减少副产物的生成；同时反应体系没有催化剂的存在，后续在去除杂质和纯化产品时简单高效。
附图说明
图1为本发明溴化反应的实验装置示意图。
图2为本发明蒸馏处理的实验装置示意图。
图3为本发明氧化法生产溴单质的实验装置示意图。
图4为本发明实施例1所得产物的核磁氢谱谱图。
图5为本发明实施例1所得产物的质谱谱图。
具体实施方式
以下对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例，下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件。
在一实施方式中，本发明公开了一种4,4'-二溴二苯醚的制备方法，包括如下步骤：
步骤1，将二苯醚溶解于第一有机溶剂，将溴素用第二有机溶剂稀释，将稀释后的溴素滴加于二苯醚溶液中，加热进行反应，反应温度为50～100℃；
步骤2，对反应过程中生成的溴化氢进行多级水吸收；
步骤3，对反应后混合物进行蒸馏处理，得到4,4'-二溴二苯醚。
本发明4,4'-二溴二苯醚的制备是在不使用催化剂的前提下，通过提高反应温度，使产生的溴化氢气体尽快从液相中排除，使反应向着正向进行，来达到提高反应速度和产率，并且减少副产物的生成，后续在去除杂质和纯化产品时候简单高效。同时，由于制备过程中未使用催化剂，后处理纯化过程没有催化剂的影响，可以高效制备高纯度产品。
其中，第一有机溶剂和第二有机溶剂可以相同，也可以不同。在一实施方式中，第一有机溶剂和第二有机溶剂分别选自于液相的卤代烷烃、液相的烷烃、液相的芳烃中的至少一种。在另一实施方式中，第一有机溶剂和第二有机溶剂为性质稳定的溶剂，液相的卤代烷烃、液相的烷烃、液相的芳烃中碳原子数为小于或等于20，例如2-10或5-20，6-10等。在又一实施方式中，第一有机溶剂和第二有机溶剂相同，如此可以简便后处理程序。在再一实施方式中，卤代烷烃可以为二氯乙烷，芳烃可以为间二甲苯，烷烃可以为正十二烷。
其中，二苯醚溶解于第一有机溶剂后的质量浓度为40％～70％，例如为50％；溴素稀释后的质量浓度为50％～70％。稀释后的溴素在低温条件下滴加于二苯醚溶液中，然后再加热进行反应，二苯醚溶液即二苯醚溶解于第一有机溶剂中所形成的溶液。在一实施方式中，低温条件例如为在0～7℃，溴素和二苯醚的摩尔比为2.0～2.4：1。在另一实施方式中，加热进行反应的温度为50～100℃，反应时间为2h～8h。在该条件下，二苯醚与卤素进行取代反应，得到包含4,4'-二溴二苯醚的反应混合物。在该条件下，溴化氢可以及时从液相反应混合物中排出，促进反应正向进行。
在二苯醚与卤素进行反应过程中，生成的溴化氢可以利用多级水对产生的溴化氢进行吸收处理，得到溴化氢溶液。本发明并不特别限定吸收溴化氢的水的级数，例如为2级，3级，4级，5级等。
其中，对包含4,4'-二溴二苯醚的反应混合物进行蒸馏处理，蒸馏温度例如在50～60℃，压力例如为0.05～0.08MPa，蒸馏出第一有机、第二有机溶剂和未反应的溴素，即可得到较为纯净的4,4'-二溴二苯醚。换言之，该蒸馏处理中馏出物为第一有机、第二有机溶剂和未反应的溴素。
如此，本发明通过上述步骤即可得到纯净的4,4'-二溴二苯醚，反应过程中不使用催化剂，且4,4'-二溴二苯醚的产率可达99％以上。在一实施方式中，所得到的4,4'-二溴二苯醚可以进一步进行纯化处理，例如结晶，以提高4,4'-二溴二苯醚的纯度。在另一实施方式中，本发明公开了一种4,4'-二溴二苯醚的制备方法，包括如下步骤：
步骤1，将二苯醚溶解于第一有机溶剂，将溴素用第二有机溶剂稀释，将稀释后的溴素滴加于二苯醚溶液中，加热进行反应，反应温度为50～100℃；
步骤2，对反应过程中生成的溴化氢进行多级水吸收；
步骤3，对反应后混合物进行蒸馏处理，得到4,4'-二溴二苯醚；
步骤4，步骤2溴化氢经多级水吸收后得到溴化氢溶液，在所述溴化氢溶液中加入氧化剂进行氧化反应，然后利用有机溶剂对氧化反应后混合物进行萃取，得到含溴素有机溶液；
步骤5，将步骤4所述含溴素有机溶液循环回步骤1，与所述二苯醚溶液进行反应，制备4,4'-二溴二苯醚。
该实施方式将反应过程中产生的溴化氢以及未反应的溴素进行收集，氧化处理，得到含溴素有机溶液，循环回步骤1重复利用。如此不仅可以解决反应过程中含溴废水的排放问题，同时可以回收溴单质，用于溴化二苯醚反应，减少原料用量，节约成本。
该实施方式中步骤1-3与上述一实施方式相似，于此不再赘述。
其中，本发明氧化剂为可以使溴离子氧化为单质溴的试剂。在一实施方式中，氧化剂为双氧水、臭氧、氯气中的一种或几种。本发明不特别限定氧化剂的用量，在一实施方式中，氧化剂与溴化氢溶液中溴化氢的摩尔比为：2.0～2.5：1。然后，利用有机溶剂对氧化反应后混合物进行萃取，得到含溴素有机溶液。在一实施方式中，有机溶剂可以是第一有机溶剂或第二有机溶剂；在另一实施方式中，有机溶剂为步骤3蒸馏处理得到的馏出物。
在一实施方式中，本发明含溴素有机溶液经补充溴素至特定浓度后，再循环回步骤1重新利用。
在一实施方式中，本发明用于4,4'-二溴二苯醚制备的装置包括反应釜、吸收塔、过滤装置、真空装置，反应釜用于溴化反应，吸收塔用于回收产生的溴化氢，过滤装置用于纯化产品，真空装置用于蒸馏工艺中，减压蒸馏溶剂。反应釜采用的材质可以为聚乙烯、聚四氟乙烯或搪瓷中的一种或者是几种的组合。在另一实施方式中，用于氧化溴化氢回收溴素的氧化釜所采用材料需要耐腐蚀，材料选自于聚乙烯、聚四氟乙烯或搪瓷中的一种或是几种组合。
由此，本发明提供了一种4,4'-二溴二苯醚的制备方法，一方面可以解决溴化二苯醚的难点问题，解决生成过程中含溴废水的排放以及产品纯化问题，同时可以回收溴单质，循环用于溴化二苯醚反应。
以下将通过具体实施例对本发明技术方案进一步进行说明。
实施例1
本实施例进行溴化二苯醚反应过程中使用的实验装置如图1所示，主要包括反应釜、冷凝管、恒压滴液漏斗及溴化氢吸收瓶，20.60g的溴素用30ml的DCE(二氯乙烷)稀释，在0～7℃下滴加到用20ml的DCE溶解的10g二苯醚中，滴加完毕后，开始加热，加热到70度，进行高温溴化，产生的溴化氢用水多级吸收，得到溴化氢水溶液。反应2-6小时，将反应装置更改成如图2所示，继续加热将溶剂和多余的溴单质蒸馏出来，得到黄白色的固体4,4'-二溴二苯醚19.20g，产率为99.6％，溴化氢水溶液用氧化剂(30％双氧水、臭氧、氧气、次氯酸钠等)进行氧化，装置如图3所示，用蒸馏出来的DCE作为萃取剂萃取溴单质，制溴单质9.1g，回收率为96.8％，然后循环用于制备溴化二苯醚，氧化且被DCE萃取后剩余的水继续用于吸收溴化氢。
对所得黄白色的固体进行核磁氢谱和质谱表征，核磁氢谱谱图如图4所示，质谱谱图如图5所示。由图4所示，黄白色固体共有4种氢，比例分别为1：2：2：1，与4,4'-二溴二苯醚结构相符。由图5所示，黄白色固体分子量为328～329间，与4,4'-二溴二苯醚的分子量相符。因此，通过核磁和质谱表征可以确定采用本发明方法确实可以合成4,4'-二溴二苯醚。
实施例2
采用同实施例1类似的方法制备溴化二苯醚，称取100g的二苯醚用200ml DCE完全溶解，降温搅拌，将300ml的DCE稀释206g溴素，滴加溴素溴化二苯醚，滴加完毕后，开始升温到80度，反应4小时后，改变反应装置，蒸馏出多余的溴素和DCE，得到191.7g的4,4'-二溴二苯醚，产率为99.43％，将吸收的氢溴酸氧化制取溴素用蒸馏出的DCE萃取，回收溴单质90.5g。
实施例3
采用同实施例1类似的方法制备溴化二苯醚，称取200g的二苯醚用400ml DCE完全溶解，降温搅拌，将600ml的DCE稀释412g溴素，滴加溴素溴化二苯醚，滴加完毕后，开始升温到90度，反应2小时后，改变反应装置，蒸馏出多余的溴素和DCE，用乙醇加热重结晶，纯化4,4'-二溴二苯醚，得到384.1g，产率为99.61％。氧化吸收的氢溴酸，然后用蒸馏出的DCE萃取溴单质，回收溴单质180g。
实施例4
采用同实施例1类似的方法制备溴化二苯醚，称取1000g的二苯醚用2L DCE完全溶解，降温搅拌，将3L的DCE稀释2kg溴素，滴加稀释后的溴素溴化二苯醚，滴加完毕后，开始升温到100度，反应6小时后，改变反应装置，蒸馏出多余的溴素和DCE，将反应釜中剩余物质用乙醇重结晶纯化，可得到约1910g 4,4'-二溴二苯醚，产率为99.06％，氧化吸收的氢溴酸，然后用蒸馏出的DCE萃取溴单质，回收920g溴单质。
实施例5
采用同实施例1类似的方法进行溴化二苯醚，称取5kg的二苯醚用10LDCE完全溶解，降温搅拌，将15L的DCE稀释10kg溴素，滴加溴化二苯醚，滴加完毕后，开始升温到100度，反应8小时后，改变反应装置，蒸馏出多余的溴素和DCE，将反应釜中剩余物质用乙醇重结晶纯化后，得到9.6kg的4,4'-二溴二苯醚，氧化吸收的氢溴酸，然后用蒸馏出的DCE萃取，回收4.6kg的溴单质。
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明权利要求的保护范围。
Claims (10)
1.一种4,4'-二溴二苯醚的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，将二苯醚溶解于第一有机溶剂，将溴素用第二有机溶剂稀释，将稀释后的溴素滴加于二苯醚溶液中，加热进行反应，反应温度为50～100℃；
步骤2，对反应过程中生成的溴化氢进行多级水吸收；
步骤3，对反应后混合物进行蒸馏处理，得到4,4'-二溴二苯醚。
2.根据权利要求1所述的4,4'-二溴二苯醚的制备方法，其特征在于，还包括步骤4，步骤2溴化氢经多级水吸收后得到溴化氢溶液,在所述溴化氢溶液中加入氧化剂进行氧化反应，然后利用有机溶剂对氧化反应后混合物进行萃取，得到含溴素有机溶液。
3.根据权利要求2所述的4,4'-二溴二苯醚的制备方法，其特征在于，还包括步骤5，将步骤4所述含溴素有机溶液循环回步骤1，与所述二苯醚溶液进行反应。
4.根据权利要求1所述的4,4'-二溴二苯醚的制备方法，其特征在于，还包括对步骤3得到的4,4'-二溴二苯醚进行纯化的步骤。
5.根据权利要求1所述的4,4'-二溴二苯醚的制备方法，其特征在于，所述第一有机溶剂和所述第二有机溶剂相同或不同，所述第一有机溶剂和所述第二有机溶剂分别选自于液相的卤代烷烃、液相的烷烃、液相的芳烃中的至少一种。
6.根据权利要求2所述的4,4'-二溴二苯醚的制备方法，其特征在于，所述步骤4的有机溶剂为所述步骤3蒸馏处理得到的馏出物。
7.根据权利要求5所述的4,4'-二溴二苯醚的制备方法，其特征在于，所述液相的卤代烷烃、所述液相的烷烃、所述液相的芳烃中碳原子数为小于或等于20。
8.根据权利要求1所述的4,4'-二溴二苯醚的制备方法，其特征在于，稀释后的溴素滴加于二苯醚溶液过程中的温度控制为0～7℃；步骤1反应时间为2h～8h。
9.根据权利要求2所述的4,4'-二溴二苯醚的制备方法，其特征在于，所述氧化剂为双氧水、臭氧、氯气中的一种或几种。
10.根据权利要求1所述的4,4'-二溴二苯醚的制备方法，其特征在于，步骤1的反应不使用催化剂；所述二苯醚溶解于所述第一有机溶剂后的质量浓度为40％～70％，所述溴素稀释后的质量浓度为50％～70％。
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