CN116041295B - 一种3-溴苯酞的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种3‑溴苯酞的制备方法，属于3‑溴苯酞领域。所述3‑溴苯酞的制备方法，由以下步骤组成：合成、精制。本发明的3‑溴苯酞的制备方法，无需设置特定溶剂环境，工艺流程简洁，整个3‑溴苯酞的生产过程无有机溶剂消耗，有效避免有机溶剂挥发所导致的尾气处理难度大，环境污染性大的问题；同时，有效提高3‑溴苯酞的纯度及反应收率，并降低杂质（酮不溶物）含量。
Description
技术领域
本发明涉及3-溴苯酞领域，尤其是涉及一种3-溴苯酞的制备方法。
背景技术
3-溴苯酞，又名3-溴-2-苯并[C]呋喃酮，分子量为213.03，CAS号为6940-49-4，性状为类白色或淡黄色结晶粉末，熔点为80-86℃，沸点为306.9℃（760mmHg），闪点为139.4℃。现有技术中，3-溴苯酞是合成氟尼酸酞酯、氨苄青霉素酞酯等化合物的主要中间体；同时，3-溴苯酞进一步水解可制得邻羧基苯甲醛，是合成解热镇痛药的重要中间体。
目前，3-溴苯酞的主要合成方法，主要包括以下几种：
1）在氯苯或甲苯溶剂环境下，以苯酞和溴素为原料，反应制备3-溴苯酞；具体的，将苯酞投入至氯苯或甲苯溶剂中后，导入溴素并升温至适宜温度，保温反应制备3-溴苯酞；其中，溴素的加入方式可以是采用氮气或二氧化碳夹带溴蒸汽后，导入至反应体系；或直接滴加溴素至反应体系。中国专利CN101735041B一种邻羧基苯甲醛的制备方法中，也公开了以氯苯或甲苯为溶剂，苯酞与溴素反应制得3-溴苯酞后，水解制备邻羧基苯甲醛的相关技术情报。但是，该方法的缺陷在于，制得的3-溴苯酞的反应收率和纯度较低，其反应收率仅能达到80%左右，纯度约98.5wt%，且杂质（酮不溶物）含量较高；同时，所需的溴素及氯苯或甲苯溶剂量较大，工艺流程长，生产过程中有机溶剂挥发严重，对配套的尾气处理工艺要求高，环境污染性大，综合生产成本高。
2）在氯苯或甲苯溶剂环境下，以苯酞和N-溴代琥珀酰亚胺（NBS）为原料，反应制备3-溴苯酞。但是该方法的缺陷在于，N-溴代琥珀酰亚胺价格较高，导致生产成本高；同时，也存在有所需氯苯或甲苯溶剂量大，工艺流程长，生产过程中有机溶剂挥发严重等问题。
3）以3-氯苯酞为原料，与三溴化磷反应，制备3-溴苯酞。该方法制得的3-溴苯酞的反应收率虽然能够达到85%，但是该方法的缺陷在于，原料3-氯苯酞不易购买，且三溴化磷在安全性、环保方面存在诸多问题，不适合大规模工业化生产。
由此，克服上述现有技术缺陷，提供一种原料消耗量低，溶剂需求量低，工艺流程简洁，环境污染性小；且制得的3-溴苯酞的反应收率高，纯度高，杂质含量低的3-溴苯酞的制备方法，具有重要意义。
发明内容
为解决现有技术中存在的技术问题，本发明提供一种3-溴苯酞的制备方法，原料消耗量低，溶剂需求量低，工艺流程简洁，环境污染性小；且制得的3-溴苯酞的反应收率高，纯度高，杂质含量低。
为解决以上技术问题，本发明采取的技术方案如下：
一种3-溴苯酞的制备方法，由以下步骤组成：合成、精制。
所述合成，将苯酞、催化剂混合，升温至140-150℃，保温；在40-60rpm搅拌条件下，滴入溴素；溴素滴加完成后，继续搅拌，保温反应20-50min；然后冷却至88-92℃，加入去离子水，搅拌并升温至60-70℃，保温搅拌2-3h后，滤除固体物；然后冷却至10-20℃，保温结晶3-5h后，分离出结晶物并脱水，制得3-溴苯酞粗品。
所述合成中，溴素滴加速率为100-200kg/h；
苯酞与溴素的摩尔比为1:1.02-1.05；
催化剂的添加量为苯酞重量的0.5-0.8wt%；
去离子水与苯酞的重量份比值为0.5-0.8:1。
所述催化剂，由以下步骤制得：预处理，浸渍。
所述预处理，将膨润土、纳米二氧化硅、硅烷偶联剂kH-570投入至去离子水中，升温至40-50℃，保温搅拌2-5h后，滤出，控制球料比为5-7:1，球磨转速为200-300rpm，球磨时间为30-60min，球磨完成后，造粒为直径3-5mm的球形颗粒，80-90℃干燥2-3h，制得催化剂载体。
所述预处理中，膨润土、纳米二氧化硅、硅烷偶联剂kH-570、去离子水的重量份比值为4-6:1-2:0.3-0.5:80-100；
膨润土的粒径为65-75μm；
纳米二氧化硅的粒径为100-120nm。
所述浸渍，将催化剂载体投入至4-8倍体积的浸渍液中，升温至35-45℃，保温搅拌5-8h后，置于氮气气氛环境下，升温至300-400℃，保温2-3h，自然冷却至常温，制得催化剂。
所述浸渍中，升温至300-400℃的升温速率为3-5℃/min。
所述浸渍液，为硼酸、三水硝酸铜的去离子水溶液；
硼酸、三水硝酸铜、去离子水的重量份比值为5-6:2-3:110-120。
所述精制，将3-溴苯酞粗品投入至70-80℃的去离子水中，保温，40-60rpm搅拌2-3h后，滤除固体不溶物；冷却至10-20℃，保温结晶4-6h后，分离出结晶物并脱水，获得脱水物；脱水物在真空度为0.03-0.05MPa环境下，55-65℃保温干燥至恒重，制得3-溴苯酞。
所述精制中，去离子水与3-溴苯酞粗品的重量份比值为1.1-1.5:1。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
（1）本发明的3-溴苯酞的制备方法，无需设置特定溶剂环境，工艺流程简洁，整个3-溴苯酞的生产过程无有机溶剂消耗，有效避免有机溶剂挥发所导致的尾气处理难度大，环境污染性大的问题；同时，通过设置特定组成的催化剂载体，通过浸渍特定成分浸渍液制得催化剂，有效提高3-溴苯酞的纯度及反应收率，并降低杂质（酮不溶物）含量。
（2）本发明的3-溴苯酞的制备方法，合成步骤制得的3-溴苯酞粗品的纯度为96.7-97.1wt%；精制步骤制得的3-溴苯酞的纯度为99.2-99.6wt%，酮不溶物含量为0.02-0.03wt%，熔点为82.1-82.5℃。
（3）本发明的3-溴苯酞的制备方法，以原料苯酞为基础，制得的3-溴苯酞的收率为93.8-94.6%。
（4）本发明的3-溴苯酞的制备方法，相比于现有技术，无需氯苯或甲苯等有机溶剂，有效节省有机溶剂成本及配套装置，以及处理有机溶剂尾气所需的试剂及配套装置；同时，有效降低原料消耗量，有效降低综合生产成本。
（5）本发明的3-溴苯酞的制备方法，工艺流程简洁，生产安全性高，环境污染性低，适合大规模工业化生产。
附图说明
图1为实施例1制得的3-溴苯酞的气相色谱图。
图2为实施例2制得的3-溴苯酞的气相色谱图。
图3为实施例3制得的3-溴苯酞的气相色谱图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现说明本发明的具体实施方式。
实施例1
一种3-溴苯酞的制备方法，具体为：
1、合成
将苯酞（500kg，3.73kmol）、催化剂（2.5kg）投入至合成釜内，升温至140℃，保温；在搅拌转速为40rpm的搅拌条件下，溴素（608.0kg，3.80kmol）以100kg/h的滴加速度，滴入至合成釜内；溴素滴加完成后，继续搅拌，保温反应20min；然后冷却至88℃，加入去离子水（250kg），搅拌并升温至60℃，保温搅拌2h后，滤除固体物；然后冷却至10℃，保温结晶3h后，分离出结晶物并脱水，制得3-溴苯酞粗品（770.8kg）。所述3-溴苯酞粗品，纯度为96.7wt%，收率为93.8%。
本实施例的合成步骤中，苯酞与溴素的摩尔比为1:1.02。
催化剂的添加量为苯酞重量的0.5wt%。
去离子水与苯酞的重量份比值为0.5:1。
所述催化剂采用以下方法制得：
1）预处理
将膨润土、纳米二氧化硅、硅烷偶联剂kH-570投入至去离子水中，升温至40℃，保温搅拌2h后，滤出并转入至球磨机内，控制球料比为5:1，球磨转速为200rpm，球磨时间为30min，球磨完成后，造粒为直径3mm的球形颗粒，然后转入至恒温干燥箱内，80℃干燥2h，制得催化剂载体。
其中，膨润土、纳米二氧化硅、硅烷偶联剂kH-570、去离子水的重量份比值为4:1:0.3:80。
膨润土的粒径为65μm。
纳米二氧化硅的粒径为100nm。
2）浸渍
将催化剂载体投入至4倍体积的浸渍液中，升温至35℃，保温搅拌5h后，滤出并转入至管式炉内，在氮气气氛环境下，以3℃/min的升温速率，升温至300℃，保温2h，自然冷却至常温，制得催化剂。
其中，浸渍液的制备方法为，将硼酸、三水硝酸铜投入至去离子水中，搅拌至完全溶解制得。
硼酸、三水硝酸铜、去离子水的重量份比值为5:2:110。
2、精制
将去离子水（847.9kg）投入至精制釜内，升温至70℃，保温，在搅拌转速为40rpm的搅拌条件下，投入3-溴苯酞粗品（770.8kg），保温搅拌2h后，滤除固体不溶物；然后冷却至10℃，保温结晶4h后，分离出结晶物并脱水，获得脱水物；脱水物在真空度为0.03MPa环境下，55℃保温干燥至恒重，制得3-溴苯酞（751.4kg）。所述3-溴苯酞，纯度为99.2wt%，酮不溶物含量为0.03wt%，熔点为82.1℃。
本实施例的精制步骤中，去离子水与3-溴苯酞粗品的重量份比值为1.1:1。
实施例2
一种3-溴苯酞的制备方法，具体为：
1、合成
将苯酞（500kg，3.73kmol）、催化剂（3.25kg）投入至合成釜内，升温至145℃，保温；在搅拌转速为50rpm的搅拌条件下，溴素（613.6，3.84kmol）以150kg/h的滴加速度，滴入至合成釜内；溴素滴加完成后，继续搅拌，保温反应40min；然后冷却90℃，加入去离子水（325kg），搅拌并升温至65℃，保温搅拌2.5h后，滤除固体物；然后冷却至15℃，保温结晶4h后，分离出结晶物并脱水，制得3-溴苯酞粗品（774.1kg）。所述3-溴苯酞粗品，纯度为97.1wt%，收率为94.6%。
本实施例的合成步骤中，苯酞与溴素的摩尔比为1:1.03。
催化剂的添加量为苯酞重量的0.65wt%。
去离子水与苯酞的重量份比值为0.65:1。
所述催化剂采用以下方法制得：
1）预处理
将膨润土、纳米二氧化硅、硅烷偶联剂kH-570投入至去离子水中，升温至45℃，保温搅拌3h后，滤出并转入至球磨机内，控制球料比为6:1，球磨转速为250rpm，球磨时间为40min，球磨完成后，造粒为直径4mm的球形颗粒，然后转入至恒温干燥箱内，85℃干燥2.5h，制得催化剂载体。
其中，膨润土、纳米二氧化硅、硅烷偶联剂kH-570、去离子水的重量份比值为5:1.5:0.4:90。
膨润土的粒径为70μm。
纳米二氧化硅的粒径为110nm。
2）浸渍
将催化剂载体投入至6倍体积的浸渍液中，升温至40℃，保温搅拌6.5h后，滤出并转入至管式炉内，在氮气气氛环境下，以4℃/min的升温速率，升温至350℃，保温2.5h，自然冷却至常温，制得催化剂。
其中，浸渍液的制备方法为，将硼酸、三水硝酸铜投入至去离子水中，搅拌至完全溶解制得。
硼酸、三水硝酸铜、去离子水的重量份比值为5.5:2.5:115。
2、精制
将去离子水（1006.3kg）投入至精制釜内，升温至75℃，保温，在搅拌转速为50rpm的搅拌条件下，投入3-溴苯酞粗品（774.1kg），保温搅拌2.5h后，滤除固体不溶物；然后冷却至15℃，保温结晶5h后，分离出结晶物并脱水，获得脱水物；脱水物在真空度为0.04MPa环境下，60℃保温干燥至恒重，制得3-溴苯酞（754.7kg）。所述3-溴苯酞，纯度为99.6wt%，酮不溶物含量为0.02wt%，熔点为82.5℃。
本实施例的精制步骤中，去离子水与3-溴苯酞粗品的重量份比值为1.3:1。
实施例3
一种3-溴苯酞的制备方法，具体为：
1、合成
将苯酞（500kg，3.73kmol）、催化剂（4.0kg）投入至合成釜内，升温至150℃，保温；在搅拌转速为60rpm的搅拌条件下，溴素（625.9kg，3.92kmol）以200kg/h的滴加速度，滴入至合成釜内；溴素滴加完成后，继续搅拌，保温反应50min；然后冷却至92℃，加入去离子水（400kg），搅拌并升温至70℃，保温搅拌3h后，滤除固体物；然后冷却至20℃，保温结晶5h后，分离出结晶物并脱水，制得3-溴苯酞粗品（772.5kg）。所述3-溴苯酞粗品，纯度为96.9wt%，收率为94.2%。
本实施例的合成步骤中，苯酞与溴素的摩尔比为1:1.05。
催化剂的添加量为苯酞重量的0.8wt%。
去离子水与苯酞的重量份比值为0.8:1。
催化剂采用以下方法制得：
1）预处理
将膨润土、纳米二氧化硅、硅烷偶联剂kH-570投入至去离子水中，升温至50℃，保温搅拌5h后，滤出并转入至球磨机内，控制球料比为7:1，球磨转速为300rpm，球磨时间为60min，球磨完成后，造粒为直径5mm的球形颗粒，然后转入至恒温干燥箱内，90℃干燥3h，制得催化剂载体。
其中，膨润土、纳米二氧化硅、硅烷偶联剂kH-570、去离子水的重量份比值为6:2:0.5:100。
膨润土的粒径为75μm。
纳米二氧化硅的粒径为120nm。
2）浸渍
将催化剂载体投入至8倍体积的浸渍液中，升温至45℃，保温搅拌8h后，滤出并转入至管式炉内，在氮气气氛环境下，以5℃/min的升温速率，升温至400℃，保温3h，自然冷却至常温，制得催化剂。
其中，浸渍液的制备方法为，将硼酸、三水硝酸铜投入至去离子水中，搅拌至完全溶解制得。
硼酸、三水硝酸铜、去离子水的重量份比值为6:3:120。
2、精制
将去离子水（1158.8kg）投入至精制釜内，升温至80℃，保温，在搅拌转速为60rpm的搅拌条件下，投入3-溴苯酞粗品（772.5kg），保温搅拌3h后，滤除固体不溶物；然后冷却至20℃，保温结晶6h后，分离出结晶物并脱水，获得脱水物；脱水物在真空度为0.05MPa环境下，65℃保温干燥至恒重，制得3-溴苯酞（753.1kg）。所述3-溴苯酞，纯度为99.4wt%，酮不溶物含量为0.02wt%，熔点为82.3℃。
本实施例的精制步骤中，去离子水与3-溴苯酞粗品的重量份比值为1.5:1。
对比例1
采用实施例2的技术方案，其不同在于：合成步骤中，省略催化剂的加入。
对比例1中，合成步骤制得的3-溴苯酞粗品的纯度为95.7wt%，收率为90.0%。精制步骤制得的3-溴苯酞的纯度为98.0wt%，酮不溶物含量为0.12wt%。
对比例2
采用实施例2的技术方案，其不同在于：1）省略催化剂制备的预处理步骤，修改为将粒径为70μm的膨润土造粒为直径4mm的球形颗粒，干燥，制得催化剂载体；2）浸渍步骤中的浸渍液中，省略硼酸。
对比例2中，合成步骤制得的3-溴苯酞粗品的纯度为96.1wt%，收率为91.7%。精制步骤制得的3-溴苯酞的纯度为98.5wt%，酮不溶物含量为0.1wt%。
可以看出，本发明的实施例1-3的3-溴苯酞的制备方法，无需设置特定溶剂环境，工艺流程简洁，整个3-溴苯酞的生产过程无溶剂消耗，有效避免有机溶剂挥发所导致的尾气处理难度大，环境污染性大的问题；同时，通过设置特定组成的催化剂载体，通过浸渍特定成分浸渍液制得催化剂，有效提高3-溴苯酞的纯度及反应收率，并降低杂质（酮不溶物）含量。
除非另有说明，本发明中所采用的百分数均为质量百分数。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种3-溴苯酞的制备方法，其特征在于，所述制备方法由以下步骤组成：合成、精制；
所述合成，将苯酞、催化剂混合，升温至140-150℃，保温；在搅拌条件下，滴入溴素；溴素滴加完成后，继续搅拌，保温反应20-50min；然后冷却至88-92℃，加入去离子水，搅拌并升温至60-70℃，保温搅拌2-3h后，滤除固体物；然后冷却至10-20℃，保温结晶3-5h后，分离出结晶物并脱水，制得3-溴苯酞粗品；
所述催化剂，由以下步骤制得：预处理，浸渍；
所述预处理，将膨润土、纳米二氧化硅、硅烷偶联剂kH-570投入至去离子水中，升温至40-50℃，保温搅拌一定时间后，滤出，球磨一定时间后，造粒为直径3-5mm的球形颗粒，80-90℃干燥2-3h，制得催化剂载体；
所述浸渍，将催化剂载体投入至4-8倍体积的浸渍液中，升温至35-45℃，保温搅拌一定时间后，置于氮气气氛环境下，升温至300-400℃，保温2-3h，自然冷却至常温，制得催化剂；
所述浸渍液，为硼酸、三水硝酸铜的去离子水溶液；
所述精制，将3-溴苯酞粗品投入至70-80℃的去离子水中，保温搅拌一定时间后，滤除固体不溶物；冷却至10-20℃，保温结晶4-6h后，分离出结晶物并脱水，获得脱水物；脱水物在真空度为0.03-0.05MPa环境下，55-65℃保温干燥至恒重，制得3-溴苯酞。
2.根据权利要求1所述的3-溴苯酞的制备方法，其特征在于，所述合成中，溴素滴加速率为100-200kg/h；
苯酞与溴素的摩尔比为1:1.02-1.05。
3.根据权利要求1所述的3-溴苯酞的制备方法，其特征在于，所述合成中，催化剂的添加量为苯酞重量的0.5-0.8wt%；
去离子水与苯酞的重量份比值为0.5-0.8:1。
4.根据权利要求1所述的3-溴苯酞的制备方法，其特征在于，所述预处理中，膨润土、纳米二氧化硅、硅烷偶联剂kH-570、去离子水的重量份比值为4-6:1-2:0.3-0.5:80-100；
膨润土的粒径为65-75μm；
纳米二氧化硅的粒径为100-120nm。
5.根据权利要求1所述的3-溴苯酞的制备方法，其特征在于，所述浸渍中，升温至300-400℃的升温速率为3-5℃/min；
硼酸、三水硝酸铜、去离子水的重量份比值为5-6:2-3:110-120。
6.根据权利要求1所述的3-溴苯酞的制备方法，其特征在于，所述精制中，去离子水与3-溴苯酞粗品的重量份比值为1.1-1.5:1。
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