四溴雙酚A用于制取阻燃合成材料和環氧樹脂。文獻中有液相合成四溴雙酚A的報導。溴化介質為各種溶劑(CCl4、C2Cl6、C1—C3醇、醋酸),及含烴、鹵烴和水的混合溶劑。在芳香族化合物溴化取代反應中,所用溴的一半變為溴化氫,因此有效利用Br2和HBr就具有現實意義。
過去曾經研究過,采用雙氧水作氧化劑使芳香族化合物和雙酚A進行氧化溴化的反應。尋求氧化用于芳香族化合物液相氧化鹵化反應的、價廉易得的氧化劑具有實際意義。其中之一就是次氯酸鈉。它是有機氯產品生產的付產物,資源充足。我們研究工作中,采用次氯酸鈉作氧化劑,對雙酚A進行氧化溴化的研究。
按過去介紹的,在靜態條件下進行溴化。使用工廠生產烷基苯磺酸鈉時形成的次氯酸鈉作氧化劑。
用NaBr或KBr溴化雙酚A的試驗做法如下:往三頸瓶中在給定的溫度下,加入計算量的NaBr或KBr和水,然后在徐徐加入鹽酸,之后向混合物中添加必需量的溶解在乙醇中的雙酚A。最后加入次氯酸鈉。用溴分子溴化雙酚A是分步進行的,并生成一、二、三、和四溴化物,反應可以下式表示:
HOC6H4C(CH3)2C6H4OH+4Br2=HOC6H2Br2C(CH3)2C6H2Br2OH+4HBr (1)
按照化學反應式,為了制取1摩爾四溴雙酚A,須4摩爾Br2,同時生成4摩爾HBr付產品。明確指出,在有次氯酸鈉參加下的反應,溴化氫可有效地用作溴化劑。
應指出,用次氯酸鈉作為雙酚A溴化氧化劑,同時觀察到與用雙氧水溶液作氧化劑一樣的規律。過程的實質在于用溴直接溴化雙酚A時析出的HBr被反應介質中的次氯酸鈉氧化成溴。
在使用次氯酸鈉的液相氧化溴化條件下,生成雙酚A溴衍生物的反應為多步偶聯反應過程:
(C6H4OH)2C(CH3)2+2Br2=(BrC6H3OH)2 C(CH3)2+2 HBr
=(Br2C6H2OH)2 C(CH3)2+2H2O+2NaCl (2)
比較反應(1)和(2)指出,用次氯酸鈉由于減少了1/2的Br2消耗量而提高合成四溴雙酚A時溴的利用率。
為了找到反應的最佳條件,研究了各種因素對雙酚A氧化溴化過程的影響。四溴雙酚A的產率與反應區的反應物摩爾比和加溴、加次氯酸鈉的速度關系頗大。在反應物的化學量比例下,目的產品的產率不超過93.5%,當次氯酸鈉的量由2摩爾雙酚A增加到2.3摩爾雙酚A時,目的產品的產率由93.5%增加到96.5%,四溴雙酚A的產率與20℃到40℃范圍的反應溫度無關。在上述范圍內溫度的提高,反應時間由6小時降到4小時。
四溴雙酚A的產率與加溴和次氯酸鈉的速度關系頗大。在同時加料的情況下,四溴雙酚A的產率只有42%,這與次氯酸鈉的無效地分解有關。實際上最適合的是在1—1.5小時內連續供給溴和次氯酸鈉,此時四溴雙酚A的產率可達96.5%.
指出,用芳香族溶劑時,四溴雙酚A的產率不會達到高的產率(不大於58%),正如試驗證明的那樣,是芳香族溶劑在反應條件下會部分被溴化。在C1—C3脂肪醇或硫醚中進行雙酚A溴化時,可保證獲得高產率(95—96.5%)的目的產品。
研究指出在有次氯酸鈉的酸性介質中,HBr的鈉或鉀鹽不僅是各種芳烴的而且也是雙酚A的選擇性溴化劑。在這各情況下,反應式如下:
(C6H4OH)2C(CH3)2+4NaBr+4HCl+4NaOCl=(Br2C6H2OH)2 C(CH3)2+8NaCl+4H2O (3)
在這個反應(3)系統中依次產生如下反應:
NaBr+ HCl= HBr+ NaCl
HBr+ NaOCl= Br2+ NaCl+ H2O
在第三階段中獲得的溴在其一形成就與雙酚A發生反應。
產品的產率的純度與向反應區的加料順序和速度有關。如將全部料同時加入反應釜時,雖然生成溴的速度相當快,但四溴雙酚A的產率不超過40%。目的產品產率低,可能與下述情況有關:同時加料時,生成溴的反應速度快并放熱,這會使氧化劑熱解。NaOCl無效益地分解,當然會對溴的產率以及四溴雙酚A的產率產生不利的影響。
研究了明確在20-40℃范圍內的溫度變化對利用NaBr(KBr)反應過程的影響。產品的產率為94-96.5%,不受上述溫度范圍變化的影響。在此范圍內,溫度提高僅對反應速度有影響。溫度超過50℃是不利的,因為這會使氧化劑分解,對目的產品產率產生不良的影響。
四溴雙酚A的產率與氧化的加料速度關系頗大。為了保證目的產品的高產率(95.5-96.5%),NaOCl的加料速度應在1-2小時。
反應時間的目的產品產率也與氧化劑濃度有關。當濃度由25.6%變化到12%時產率降低。鹽酸的濃度不低于是5%。
基于上述用Br2及NaBr(或KBr)在NaOCl的參加下進行的雙酚A溴化反應,可建立經濟的無污染的和選擇性的生產四溴雙酚A的工藝。
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