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环氧树脂原料--四溴双酚A的制备
 

四溴双酚A的制备

      四溴双酚A用于制取阻燃合成材料和环氧树脂。文献中有液相合成四溴双酚A的报导。溴化介质为各种溶剂(CCl4、C2Cl6、C1—C3醇、醋酸),及含烃、卤烃和水的混合溶剂。在芳香族化合物溴化取代反应中,所用溴的一半变为溴化氢,因此有效利用Br2和HBr就具有现实意义。

        过去曾经研究过,采用双氧水作氧化剂使芳香族化合物和双酚A进行氧化溴化的反应。寻求氧化用于芳香族化合物液相氧化卤化反应的、价廉易得的氧化剂具有实际意义。其中之一就是次氯酸钠。它是有机氯产品生产的付产物,资源充足。我们研究工作中,采用次氯酸钠作氧化剂,对双酚A进行氧化溴化的研究。

        按过去介绍的,在静态条件下进行溴化。使用工厂生产烷基苯磺酸钠时形成的次氯酸钠作氧化剂。

      用NaBr或KBr溴化双酚A的试验做法如下:往三颈瓶中在给定的温度下,加入计算量的NaBr或KBr和水,然后在徐徐加入盐酸,之后向混合物中添加必需量的溶解在乙醇中的双酚A。最后加入次氯酸钠。用溴分子溴化双酚A是分步进行的,并生成一、二、三、和四溴化物,反应可以下式表示:

HOC6H4C(CH32C6H4OH+4Br2=HOC6H2Br2C(CH32C6H2Br2OH+4HBr      (1)

      按照化学反应式,为了制取1摩尔四溴双酚A,须4摩尔Br2,同时生成4摩尔HBr 付产品。明确指出,在有次氯酸钠参加下的反应,溴化氢可有效地用作溴化剂。

      应指出,用次氯酸钠作为双酚A溴化氧化剂,同时观察到与用双氧水溶液作氧化剂一样的规律。过程的实质在于用溴直接溴化双酚A时析出的HBr被反应介质中的次氯酸钠氧化成溴。

      在使用次氯酸钠的液相氧化溴化条件下,生成双酚A溴衍生物的反应为多步偶联反应过程:

(C6H4OH)2C(CH32+2Br2=(BrC6H3OH)2 C(CH32+2 HBr

=(Br2C6H2OH)2 C(CH32+2H2O+2NaCl                                  (2)

      比较反应(1)和(2)指出,用次氯酸钠由于减少了1/2的Br2消耗量而提高合成四溴双酚A时溴的利用率。

      为了找到反应的最佳条件,研究了各种因素对双酚A氧化溴化过程的影响。四溴双酚A的产率与反应区的反应物摩尔比和加溴、加次氯酸钠的速度关系颇大。在反应物的化学量比例下,目的产品的产率不超过93.5%,当次氯酸钠的量由2摩尔双酚A增加到2.3摩尔双酚A时,目的产品的产率由93.5%增加到96.5%,四溴双酚A的产率与20℃到40℃范围的反应温度无关。在上述范围内温度的提高,反应时间由6小时降到4小时。

      四溴双酚A的产率与加溴和次氯酸钠的速度关系颇大。在同时加料的情况下,四溴双酚A的产率只有42%,这与次氯酸钠的无效地分解有关。实际上最适合的是在1—1.5小时内连续供给溴和次氯酸钠,此时四溴双酚A的产率可达96.5%.

      指出,用芳香族溶剂时, 四溴双酚A的产率不会达到高的产率(不大於58%),正如试验证明的那样,是芳香族溶剂在反应条件下会部分被溴化。在C1—C3脂肪醇或硫醚中进行双酚A溴化时,可保证获得高产率(95—96.5%)的目的产品。

      研究指出在有次氯酸钠的酸性介质中,HBr的钠或钾盐不仅是各种芳烃的而且也是双酚A的选择性溴化剂。在这各情况下,反应式如下:

(C6H4OH)2C(CH32+4NaBr+4HCl+4NaOCl=(Br2C6H2OH)2 C(CH32+8NaCl+4H2O                                                              (3)

    在这个反应(3)系统中依次产生如下反应:

NaBr+ HCl= HBr+ NaCl

HBr+ NaOCl= Br2+ NaCl+ H2O

      在第三阶段中获得的溴在其一形成就与双酚A发生反应。

      产品的产率的纯度与向反应区的加料顺序和速度有关。如将全部料同时加入反应釜时,虽然生成溴的速度相当快,但四溴双酚A的产率不超过40%。目的产品产率低,可能与下述情况有关:同时加料时,生成溴的反应速度快并放热,这会使氧化剂热解。NaOCl无效益地分解,当然会对溴的产率以及四溴双酚A的产率产生不利的影响。

      研究了明确在20-40℃范围内的温度变化对利用NaBr(KBr)反应过程的影响。产品的产率为94-96.5%,不受上述温度范围变化的影响。在此范围内,温度提高仅对反应速度有影响。温度超过50℃是不利的,因为这会使氧化剂分解,对目的产品产率产生不良的影响。

      四溴双酚A的产率与氧化的加料速度关系颇大。为了保证目的产品的高产率(95.5-96.5%),NaOCl的加料速度应在1-2小时。

      反应时间的目的产品产率也与氧化剂浓度有关。当浓度由25.6%变化到12%时产率降低。盐酸的浓度不低于是5%。

      基于上述用Br2及NaBr(或KBr)在NaOCl的参加下进行的双酚A溴化反应,可建立经济的无污染的和选择性的生产四溴双酚A的工艺。

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