CN114591199B - 一种溴乙腈的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种溴乙腈的制备方法，是以乙腈和溴素为原料，在催化剂的存在下，经溴代反应一步合成溴乙腈；所述催化剂包括亚磷酸酯类化合物。本发明的反应转化率高，产品纯度高，工艺简单，成本低，适合放大生产。
Description
技术领域
本发明属于有机合成领域，具体涉及一种溴乙腈的制备方法。
背景技术
溴乙腈是一种应用于农药、医药和新材料的重要中间体。溴乙腈在有机合成时，于特定反应位点上引入氰甲基非常高效方便，因此常作为有机合成和新药合成的有机砌块。溴乙腈和氯乙腈相比，其活性更高但制备难度更大，主要包括以下几种制备方法：
(1)氯乙腈置换法[Helvetica Chimica Acta,1971，vol.54,p.2543-2551]，反应式如下：
但是，该方法反应过程中由于溴化钾为无机盐，在甲醇的溶解度不高，且存在化学平衡问题，转化率较低，不适合放大生产；
(2)NBS溴代法[Journal of Organic Chemistry,1953,vol.18,p.501,502]，反应式如下：
但是，该方法反应过程中收率很低，另加入自由基引发剂BPO及AIBN仍不能提高产品收率，不适合放大生产；
(3)乙腈-溴素电解法[Journal of Organic Chemistry,2004,vol.69,#7,p.2423-2426]，反应式如下：
但是，该方法会产生二溴乙腈杂质，文献中无具体收率，且此电解方法不太适合放大生产；
(4)溴乙酰胺脱水法[Journal of general chemistry of the USSR,1962,vol.32,p.890-894]等，该方法为溴乙腈的传统制备方法，以溴乙酸为原料酯化或氯代、胺解后脱水得到溴乙腈，反应式如下：
但是，该方法需要三个步骤，反应生产周期长，而且中间体溴乙酸乙酯(或溴乙酸甲酯)具有强烈刺激性(曾用做军用毒气)，脱水步骤用到五氧化二磷，污染大难处理，总体成本较高。
(5)溴素-三溴化磷法[JP20454987A]，该方法以溴素为溴源，乙腈作为原料及溶剂，在三溴化磷的存在下升温反应，反应液水洗后精馏得到溴乙腈；但是，该方法存在3个问题：①三溴化磷可同时与溴素反应生成五溴化磷，在反应条件下五溴化磷(固体)易升华堵冷凝器，难以放大生产；②由于乙腈水溶性大，直接水洗产品损失多；③精馏过程中产生较多黑色焦油类物质，可能为聚合物[Spectrochimlca Acta,Vol.34A,p.423-433；ChemBioChem(2017),18(4),387-395]，直接影响了产品的收率。
可见，溴乙腈的制备方法存在合成路线长、收率低、产品易聚合损失、难以工业化生产等问题，因此开发一种新的溴乙腈制备方法非常必要。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺点，提供一种收率高、工艺简单、纯度高、适于工业化生产的溴乙腈制备方法。
本发明的目的通过下述技术方案实现：
一种溴乙腈的制备方法，是以乙腈和溴素为原料，在催化剂的存在下，经溴代反应一步合成溴乙腈；所述催化剂包括亚磷酸酯类化合物。
所述溴素的用量为乙腈质量的0.10～0.50倍；亚磷酸酯类化合物的用量为乙腈质量的0.01～0.20倍。溴素滴加和保温的温度为40～80℃；保温的反应时间优选为2～8h。
所述亚磷酸酯类化合物为亚磷酸三甲酯、亚磷酸三乙酯、亚磷酸三异丙酯、亚磷酸三苯酯的一种或多种；优选亚磷酸三甲酯、亚磷酸三乙酯。
优选的，所述催化剂还包括硅胶，硅胶的用量为乙腈质量的0.03～0.20倍。所述硅胶优选主成分为二氧化硅的柱层层析硅胶，如符合层析硅胶行业标准的普通型和精制型柱层层析硅胶；更优选符合规格3的200～300目的柱层层析硅胶。
优选的，在合成溴乙腈之后，对反应液进行后处理，先加入饱和氯化钠溶液进行静置分液，有机相干燥及过滤后加入阻聚剂，然后精馏纯化，得到溴乙腈纯品；所述饱和氯化钠溶液的用量为乙腈质量的0.3～0.5倍，阻聚剂的用量为乙腈质量的0.001～0.020倍；所述阻聚剂为丙烯酸铜、甲基丙烯酸铜、二甲二硫代氨基甲酸铜、二乙基二硫代氨基甲酸铜的一种或多种，优选为丙烯酸铜。
更优选的，所述溴乙腈的制备方法，包括下述步骤：
(1)在乙腈溶液中加入乙腈质量的0.05～0.15倍的硅胶，加入0.03～0.10倍的亚磷酸酯类化合物，室温搅拌，升温至60～80℃，滴加0.1～0.3倍的溴素，然后保温反应3～8h，停止反应，得到产物溴乙腈溶液；
(2)将产物溴乙腈溶液进行后处理，降至室温，加入乙腈质量的0.3～0.5倍的饱和氯化钠溶液，静置分液，有机相用无水硫酸镁干燥，过滤，滤液加入0.001～0.010倍的阻聚剂后转移至精馏装置；
(3)升温精馏，收集溴乙腈纯品；同时，回收的乙腈用于下批次投料，含溴乙腈的前后馏分套用至下批次精馏。
本发明的反应通式为：
本发明与现有技术相比具有如下优点和效果：
(1)本发明采用硅胶和亚磷酸酯类化合物为催化剂，反应转化率高，工艺简单，适合放大生产。
(2)本发明的粗品反应液用饱和氯化钠洗后加入阻聚剂，降低了纯化过程的聚合损失，提高了产品收率。
(3)本发明在后处理中，精馏后的乙腈及含产品的前后馏分可以回收套用，有利于降低生产成本。
附图说明
图1为实施例1制备得到的溴乙腈的核磁图。
图2为实施例1制备得到的溴乙腈的GC图谱。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但是，不以任何形式限制本发明。应该指出的是，对本领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，本发明还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
实施例1
将500g乙腈加入到1000ml三口瓶中，加温度计及回流冷凝管。室温机械搅拌下加入50g硅胶，后加入25g亚磷酸三乙酯，室温搅拌1h。升温至80±2℃，滴加150g溴素，滴加完毕，控温80±2℃保温反应3h，停止反应，降温。
降至室温，搅拌下加入200g饱和氯化钠溶液，静置分液，有机相用无水硫酸镁干燥，过滤，滤液加入2.5g丙烯酸铜后转移至精馏装置。
升温精馏，收集溴乙腈纯品。回收乙腈用于下批次反应，含溴乙腈的前后馏分套用于下批次精馏。
乙腈及前后馏分按本实施例上述方法套用2次，三批反应共得到溴乙腈纯品314.3g(以溴素计算收率为93.05％，GC纯度均＞98.0％)。溴乙腈纯品的核磁图谱见附图1，GC图谱见附图2。
实施例2
仅不加阻聚剂丙烯酸铜。其他物料量及操作和实施例1完全相同，在纯化后，得到溴乙腈纯品221.9g，收率65.70％。
实施例3
仅不加硅胶。其他物料量及操作和实施例1完全相同，在纯化后，得到溴乙腈纯品277.9g，收率82.28％。
实施例4
仅改变催化剂亚磷酸三乙酯的量为50g。其他物料量及操作和实施例1完全相同，在纯化后，得到溴乙腈纯品310.2g，收率91.84％。
实施例5
仅改变催化剂亚磷酸三乙酯的量为15g。其他物料量及操作和实施例1完全相同，在纯化后，得到溴乙腈纯品302.0g，收率89.41％。
实施例6
仅改变阻聚剂的量为5.0g。其他物料量及操作和实施例1完全相同，在纯化后，得到溴乙腈纯品311.6g，收率92.25％。
实施例7
仅改变阻聚剂的量为0.5g。其他物料量及操作和实施例1完全相同，在纯化后，得到溴乙腈纯品296.2g，收率87.69％。
实施例8
仅改变硅胶的量为75g。其他物料量及操作和实施例1完全相同，在纯化后，得到溴乙腈纯品305.6g，收率90.48％。
实施例9
仅改变硅胶的量为25g。其他物料量及操作和实施例1完全相同，在纯化后，得到溴乙腈纯品309.4g，收率91.60％。
实施例10
仅改变：反应温度(溴素滴加及保温)为40℃，反应时间为8h。其他物料量及操作和实施例1完全相同，在纯化后，得到溴乙腈纯品217.3g，收率64.34％。
实施例11
仅改变：反应温度(溴素滴加及保温)为60℃，反应时间为8h。其他物料量及操作和实施例1完全相同，在纯化后，得到溴乙腈纯品297.3g，收率88.02％。
实施例12
仅改变：反应温度(溴素滴加及保温)为80℃，反应时间为2h。其他物料量及操作和实施例1完全相同，在纯化后，得到溴乙腈纯品292.4g，收率86.57％。
实施例13
仅改变：反应温度(溴素滴加及保温)为80℃，反应时间为5h。其他物料量及操作和实施例1完全相同，在纯化后，得到溴乙腈纯品302.2g，收率89.47％。
实施例14
仅改变：硅胶的量为25g，亚磷酸三乙酯的量为15g，溴素每批投料的量为100g，反应温度(溴素滴加及保温)为70℃，反应时间为5h。其他物料量及操作和实施例1完全相同，在纯化后，得到溴乙腈纯品208.7g，收率92.68％。
实施例15
仅改变：硅胶的量为100g，亚磷酸三乙酯的量为50g，溴素每批投料的量为250g，反应温度(溴素滴加及保温)为70℃，反应时间为5h，饱和氯化钠的量为250g，丙烯酸铜的量为10g。其他操作和实施例1完全相同，在纯化后，得到溴乙腈纯品418.5g，收率73.34％。
实施例16
仅改变：硅胶的量为15g，亚磷酸三乙酯的量为5g，溴素每批投料的量为50g，反应温度(溴素滴加及保温)为60℃，反应时间为8h，饱和氯化钠的量为150g，丙烯酸铜的量为0.5g。其他操作和实施例1完全相同，在纯化后，得到溴乙腈纯品80.6g，收率71.59％。
实施例17
仅改变：催化剂种类为亚磷酸三甲酯，用量为25g。其他物料量及操作和实施例1完全相同，在纯化后，得到溴乙腈纯品311.3g，收率92.17％。
实施例19
仅改变：不加硅胶，催化剂种类为亚磷酸三甲酯，亚磷酸三甲用量为25g。其他物料量及操作和实施例1完全相同，在纯化后，得到溴乙腈纯品269.5g，收率79.79％。
对比例1
仅不加催化剂亚磷酸三乙酯。其他物料量及操作和实施例1完全相同，在纯化时，未得到溴乙腈。
以上所述仅为本发明的实施例，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种溴乙腈的制备方法，其特征在于：是以乙腈和溴素为原料，在催化剂的存在下，经溴代反应一步合成溴乙腈；所述催化剂包括亚磷酸酯类化合物和硅胶，所述亚磷酸酯类化合物为亚磷酸三甲酯、亚磷酸三乙酯、亚磷酸三异丙酯的一种或多种；所述溴素的用量为乙腈质量的0.10-0.50倍；亚磷酸酯类化合物的用量为乙腈质量的0.01-0.20倍；硅胶的用量为乙腈质量的0.03-0.20倍；溴素滴加和保温的温度为40-80℃；反应时间为2-8h。
2.根据权利要求1所述的溴乙腈的制备方法，其特征在于：所述亚磷酸酯类化合物为亚磷酸三甲酯、亚磷酸三乙酯。
3.根据权利要求1所述的溴乙腈的制备方法，其特征在于：在合成溴乙腈之后，对反应液进行后处理，先加入饱和氯化钠溶液进行静置分液，有机相干燥及过滤后加入阻聚剂，然后精馏纯化，得到溴乙腈纯品。
4.根据权利要求3所述的溴乙腈的制备方法，其特征在于：所述饱和氯化钠溶液的用量为乙腈质量的0.3-0.5倍，阻聚剂的用量为乙腈质量的0.001-0.020倍；所述阻聚剂为丙烯酸铜、甲基丙烯酸铜、二甲二硫代氨基甲酸铜、二乙基二硫代氨基甲酸铜的一种或多种。
5.根据权利要求4所述的溴乙腈的制备方法，其特征在于：所述阻聚剂为丙烯酸铜。
6.根据权利要求1所述的溴乙腈的制备方法，其特征在于：包括下述步骤：
（1）在乙腈溶液中加入乙腈质量的0.05-0.15倍的硅胶，加入0.03-0.10倍的亚磷酸酯类化合物，室温搅拌，升温至60-80℃，滴加0.1-0.3倍的溴素，然后保温反应3-8h，停止反应，得到产物溴乙腈溶液；
（2）将产物溴乙腈溶液进行后处理，降至室温，加入乙腈质量的0.3-0.5倍的饱和氯化钠溶液，静置分液，有机相用无水硫酸镁干燥，过滤，滤液加入0.001-0.010倍的阻聚剂后转移至精馏装置；
（3）升温精馏，收集溴乙腈纯品；同时，回收的乙腈用于下批次投料，含溴乙腈的前后馏分套用至下批次精馏。
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