JP2005515145A - 無害な臭素化試薬の製造 - Google Patents

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Abstract

本発明は臭素回収プラントから得られる、臭化物対臭素酸塩の化学量論比が５：１〜５．１：１または２：１〜２．１：１の範囲であり、ｐＨが８〜１２の間の範囲にある、臭化アルカリおよび臭素酸アルカリ混合物を含む石灰または水酸化ナトリウム水溶液に溶けた２５〜３５％の臭素を含有するアルカリ性臭素副産物水溶液からの無害な臭素化試薬に関する。本発明はまた、前記臭素化剤を用いて芳香族化合物を臭素化する方法に関する。

Description

本発明は無害な臭素化試薬の製造に関する。本発明はとりわけ、安価な原材料から安定した形態で製造することができ、芳香族臭素化反応において、また不飽和化合物における臭素付加において液体臭素の代用物として用いることができる臭化アルカリおよび臭素酸アルカリ塩の好適な混合物に関する。
液体臭素は付加または置換反応によって種々の臭素化化合物を製造するのに用いられる。後者のものとしては、テトラブロモビスフェノール−Ａ（ＴＢＢＰＡ）−難燃剤、エオシン−パーソナルケア製品に用いられる色素、ブロモアセトアニリド−鎮痛薬および解熱薬、トリブロモフェノール（防腐剤、殺菌剤、防かび剤、消火液、および防火材料の製造に用いられる中間体）、ならびに２−ブロモ−４−ニトロアセトアニリド（「nimenslide」：ニメンスライド）の製造に用いられる薬剤中間体）などの商業上重要な製品が挙げられる。また、中間体または製品としての有用性を有する多数の臭素付加化合物も存在する。しかしながら、液体臭素は本来有害なものであり、その製造、輸送、および使用には細心の注意が必要である。さらに、式１にて示される置換反応では、臭素原子の半分が臭化水素酸として排出されることになる。
Ｒ−Ｈ＋Ｂｒ２→ＲＢｒ＋ＨＢｒ（１）
オレフィンへの付加の場合、液体臭素の臭素原子効率は１００％である（式２）が、有害な液体臭素を取り扱う必要性をなお残している。
Ｒ−ＣＨ＝ＣＨ２＋Ｂｒ２→ＲＣＨＢｒＣＨ２Ｂｒ（２）
Z. E. Jolles (Bromine and its compounds, Ernest Benn Limited London 1966, 352頁)では、不飽和有機化合物への液体臭素の付加による多数のジブロモ化合物の製造を記載している。このような製品は高収率で得られるが、重大な不利益が液体臭素の取扱いの危険性である。
C. A. Buechler and D. E. Pearson, (Survey of organic syntheses Wiley-Inter science, New York 1970 第7章)では、臭素化剤として液体臭素を用いたトリブロモフェノールの製造を報告している。この方法の欠点は、有害な液体臭素を取り扱うための特別な装置を必要とし、試薬中の少なくとも半分の臭素原子が臭化水素酸として排出されることになることである。
液体臭素によってビスフェノール−Ａを臭素化して９８％純粋なテトラブロモビスフェノール−Ａ（融点１８０℃）を得た、米国特許第５，４７５，１５３号のS. Armstrong, Dec. 12, 1995を参照するとよい。ここでは、過酸化水素を反応物質と合わせ、式１にあるように生成したＨＢｒを再利用することによって必要な臭素の量を減少させている。しかしながら、液体臭素の危険性についての重要な問題をなお残している。
取扱いの容易な臭素化剤は公知であるが、主としてより選択的な変換または臭素の効果が弱い場合のものに用いられる。A Groweiss in Organic Process & Development 2000, 4, 30-33頁では、ニトロベンゼン、安息香酸、ベンズアルデヒド、４−ニトロフルオロベンゼンおよび４−フルオロ安息香酸などの不活性化置換基を含む芳香族化合物の臭素化での臭素酸ナトリウムの使用を記載している。この方法では、基質と化学量論的量の臭素酸塩との攪拌した水溶液またはスラリーに硫酸などの強酸を４０〜１００℃にて添加することで、臭素酸イオンの分解および活性な臭素化種の生成が起こる。臭素酸ナトリウムの欠点は、それが高価であり、液体臭素自体によって達成し得る定着した臭素化反応ではその使用が妥当だとはいえないことである。
Z. E. Jolles (Bromine and its compounds, Ernest Benn Limited London 1966, 394頁)は３５６ｇ(２モル）のＮ−ブロモスクシンイミドおよび４ｇ（０．０１６５モル）の過酸化ベンゾイルの混合物を２０分かけて２２０ｇ（２．２４モル）の３−メチルチオフェンおよび４ｇ（０．０１６５モル）の過酸化ベンゾイルの７００ｍｌの乾燥ベンゼン中溶液に還流条件にて攪拌しながら添加した。全てのスクシンイミドを添加した後、反応混合物を５℃より低くなるまで冷却する。ベンゼンを減圧下、７５〜７８℃にて蒸留し、２８０ｇの３−ブロモメチルチオフェンを得る。Ｎ−ブロモスクシンイミドは特定の臭素化反応に対しては有用な試薬であるが、高価な臭素化剤であり、液体臭素で十分間に合う臭素化反応では、その使用が妥当だとはいえず、どんな場合でもその製造には液体臭素の使用を必要とする（Ｎ−ブロモスクシンイミドはスクシンイミドと液体臭素との０℃より低い温度での水酸化カリウム溶液中での反応によって製造される）ことからもなおさらそうである。
P. C. Merker and J. A. Vona (J Chem.Ed. 1949, 26, 613頁)は、５０ｍｌの氷酢酸中の３１．５ｇ（０．２３２モル）のアセトアニリドと４０ｍｌ高温氷酢酸中の３８ｇ（０．１１９モル）のピリジニウムブロミドぺルブロミドとの反応によってｐ−ブロモアセトアニリドを製造した。混合物を室温にて３０分間置いておいた。これに、２ｍｌの亜硫酸水素ナトリウム飽和溶液を添加した。得られた塊を濾過し、水で洗浄し、最後に高温９５％水性エタノールで再結晶させ、融点１６８℃のｐ−ブロモアセトアニリド１３ｇを得た。この方法の欠点は臭素化剤がその製造に液体臭素および臭化水素酸を必要とし(L. F. Fieser and M. Fieser, Reagents for Organic Chemistry Vol. 1, John Wiley, New York, 1967, 967頁)、試薬が液体臭素よりも高くつくことである。
G. Rothenberg and J. H. Clark (Organic Process & Development 2000, 4, 270-274頁)は、１〜２モル％五酸化バナジウム触媒の存在下で臭化アルカリまたは臭化水素酸および過酸化水素を用いる、種々の芳香族化合物の触媒による臭素化を主張した。この方法の欠点は化学量論的量を超える量の過酸化水素を必要とし、この反応には触媒が必要であることである。
G. Ramachandraiah, P. K. Ghosh, A. S. Mehta, R. P. Pandya, A. D. Jethva, S. S. Vaghela, S. N. Misra (係属中の米国特許出願番号０９／７６７，６６７ [2001])は、臭素化剤として２：１モル比の臭化物および臭素酸塩を用いてビスフェノール−Ａからテトラブロモビスフェノール−Ａを製造した。１．５０リットルの塩化メチレン中の０．５０ｋｇ（２．１９モル）のビスフェノール−Ａに、０．６３ｋｇ（６．１４モル）の臭化ナトリウム、０．４４ｋｇ（２．９３モル）の臭素酸ナトリウムおよび１ｇのラウリル硫酸ナトリウムの２．５リットルの水中溶液を添加した。冷水浴に入れてフラスコを１０℃に冷却した。これに、０．９０リットル（１０．８モル）の１２Ｎ塩酸を攪拌しながら３時間かけて添加した。内容物をさらに０．５時間攪拌し、分離した固体生成物を濾過し、脱イオン水で２回洗浄し、オーブンで１００℃にて乾燥させ、０．８５ｋｇのＴＢＢＰＡを得た。この有機層を次のバッチ処理に再循環させた。３回のバッチ処理でのＴＢＢＰＡ（融点１７８〜１８０℃）の単離収率は８５．４％であった。この方法には臭素化試薬の取扱いが容易であり、触媒が不要であり、調べた芳香族の置換反応での臭素原子効率が９５〜１００％ほどに高いといういくつかの有利な点があるが、この方法の主要な欠点は臭化アルカリおよび臭素酸塩が各々、液体臭素よりもずっと高価であることである。さらに、臭化物：臭素酸塩の化学量論４：２は置換反応だけでなく、二重結合への臭素付加にも好適である。
本発明によれば、係属中の米国特許出願番号０９／７６７，６６７ (2001)の主要な欠点を、臭素回収プラントの中間体から安価に製造できる所望の比率の臭化アルカリおよび臭素酸アルカリ塩混合物を用いて克服した。この混合物は取扱いが容易であり、保存下で安定しているが、臭素化反応条件下では、臭化物および臭素酸塩が互いに自己相殺し、実施例によって示されるようにいくつかの有機臭素化合物の安全な製造に有用である臭素反応種を生成する。
発明の開示
本発明の主要な目的は、取扱いが容易であり、保存状態で安定しており、臭素化反応において有害な液体臭素に置き換えることができる臭化アルカリおよび臭素酸アルカリ塩の好適な混合物の製造である。
本発明のもう１つの目的は、臭素回収プラントから得られるアルカリ性臭素副産物水溶液から無害な臭素化試薬を製造することである。
本発明のもう１つの目的は、石灰または水酸化ナトリウムに溶けた、典型的には２５〜３５％（ｗ／ｖ）「臭素」を含有する、「コールド・プロセス(Cold Process)」に基づいた臭素回収プラントの中間体を利用することである。
さらに、本発明のもう１つの目的は、式１および２の反応での臭素原子効率を最大限にし、廃液の排出を最小限にするために、工業用アルカリ性臭素混合物の組成を変えることである。
さらに、本発明のもう１つの目的は、式２に好適な臭化物：臭素酸塩の正確な化学量論５：１を達成するために、臭化アルカリ塩の添加により中間体の臭化物：臭素酸塩比を適切に調整することである。
さらに、本発明のもう１つの目的は、式１に好適な臭化物：臭素酸塩の化学量論２：１を達成するために、臭素酸アルカリ塩の添加により中間体の臭化物：臭素酸塩比を適切に調整することである。
さらに、本発明のもう１つの目的は、式１に好適な臭化物：臭素酸塩の化学量論２：１を達成するために、臭化物イオンを酸化して臭素酸イオンにすることができる次亜塩素酸ナトリウムなどの安価な酸化剤の使用により中間体の臭化物：臭素酸塩比を適切に調整することである。
本発明のさらにもう１つの目的は、所望の物理的形状の臭素化試薬を作製することである。
本発明のさらにもう１つの目的は、有機基質の臭素化反応中に好適な酸で臭素化剤を活性化することである。
発明の概要
よって、本発明は臭素回収プラントから得られる、臭化物対臭素酸塩の化学量論比が５：１〜５．１：１または２：１〜２．１：１の範囲であり、ｐＨが８〜１２の間の範囲にあり、臭化アルカリおよび臭素酸アルカリ混合物を含む石灰または水酸化ナトリウム水溶液に溶けた２５〜３５％の臭素を含有するアルカリ性臭素副産物水溶液からの無害な臭素化試薬を提供する。本発明はまた、前記臭素化剤を製造する方法および有機基質を臭素化するための前記臭素化剤の使用を提供する。
発明の詳細な説明
よって、本発明は臭素回収プラントから得られる、臭化アルカリおよび臭素酸アルカリ混合物の形態で石灰または水酸化ナトリウム水溶液に溶けた２５〜３５％の臭素を含有するアルカリ性臭素副産物水溶液からの安定した無害な臭素化試薬であって、ｐＨが８．５〜１０．５の間の範囲にあり、１００〜３５０ｇ／Ｌ臭素を含むか、または４５〜５５％（ｗ／ｗ）臭素を有する固体形態として含む、臭素化試薬を提供する。
本発明の１つの具体例では、安定した無害な臭素化試薬の製造のための費用効率の高い方法であって、臭化アルカリおよび臭素酸アルカリ混合物として石灰または水酸化ナトリウム水溶液に溶けた２５〜３５％の臭素を含有する、ｐＨが８〜１２の間の範囲にあるアルカリ性臭素水溶液を臭化アルカリで処理して臭化物対臭素酸塩の化学量論比を５．１：１〜５：１の範囲に高めるか、または酸化剤を添加して臭化物対臭素酸塩の化学量論比を２．１：１〜２：１の範囲に下げて、ｐＨが８．５〜１０．５の間の範囲にあり、１００〜３５０ｇ／Ｌ臭素を含有する所望の臭素化試薬溶液を得ること、所望により、前記臭素化試薬溶液を蒸発させて４５〜５５％（ｗ／ｗ）臭素を有する固体形態として所望の臭素化試薬を得ることを含んでなる方法に関する。
本発明のもう１つの具体例では、臭化物対臭素酸塩比を、アルカリ性臭素水溶液に好適な量の臭化アルカリ塩を添加することによって５：１まで高める。
本発明のさらにもう１つの具体例では、臭化物対臭素酸塩比２：１を、アルカリ性臭素水溶液を１〜１０％濃度の次亜塩素酸ナトリウム水溶液で２５〜３０℃の範囲の温度にて６〜２４時間処理することによって、より好ましくはアルカリをアルカリ性臭素水溶液に添加し、続いて、塩素ガスを通して次亜塩素酸塩をその場にて生成させ、酸化方法により臭化物塩を臭素酸塩に変換することによって達成する。
本発明のさらにもう１つの具体例では、アルカリ性臭素混合物の臭化物対臭素酸塩比を好適な量のアルカリ性臭素酸塩、好ましくは臭素酸ナトリウムまたはカルシウムを添加することによって下げながら、溶液のｐＨを８〜１０の間に維持し、温度の上昇がないことを保証する。
本発明のさらにもう１つの具体例では、臭素化試薬溶液を従来の技術により、好ましくは大規模生産用ソーラーパンにて蒸発させて固体臭素化試薬を得、この試薬を最終的に粉末にして臭素含有量が９０〜１００％の範囲の塩の均質混合物を得る。
本発明のさらにもう１つの具体例では、臭素化試薬が臭素化反応中に化学量論的量の鉱酸、好ましくは塩酸の添加によってその場にて活性化される。
本発明のもう１つの具体例では、請求項１に記載の臭素化試薬を用いて芳香族化合物を臭素化する方法であって、使用する芳香族化合物がビスフェノールＡ、ブロモフェノールおよびスチレンおよびシクロヘキセンから選択されるオレフィン、ならびにその他の種類の芳香族化合物からなる群から選択され、臭化アルカリおよび臭素酸アルカリ混合物として石灰または水酸化ナトリウム水溶液に溶けた２５〜３５％の臭素を含有する、ｐＨが８〜１２の間の範囲にあるアルカリ性臭素水溶液を臭化アルカリで処理して臭化物対臭素酸塩の化学量論比を５．１：１〜５：１の範囲に高めるか、または酸化剤を添加して臭化物対臭素酸塩の化学量論比を２．１：１〜２：１の範囲に下げて、ｐＨが８．５〜１０．５の間の範囲にあり、１００〜３５０ｇ／Ｌ臭素を含有する所望の臭素化試薬溶液を得ること、所望により、前記臭素化試薬溶液を蒸発させて４５〜５５％（ｗ／ｗ）臭素を有する固体形態として、有効臭素含有量が全臭素含有量の９０〜１００％である所望の臭素化試薬を得ること、および、臭素化反応中に１〜３ｇの有機基質と１〜２０ｇの臭素化試薬とが入った反応槽に９〜１２ｍｌの１２Ｎ塩酸を添加することによって、あるいは１〜３ｇの有機基質と９〜１２ｍｌの１２Ｎ塩酸とが入った反応槽に１〜２０ｇの臭素化試薬を添加することによって、その場にて臭素化剤を活性化することを含んでなる方法を提供する。
本発明は化学量論比５：１〜２：１の臭化アルカリ：臭素酸アルカリを含有する安定した無害な臭素化試薬の製造についての費用効率の高い方法であって、臭化アルカリおよび臭素酸アルカリ混合物として石灰または水酸化ナトリウム水溶液に溶けたの２５〜３５％の臭素を含有する、ｐＨ範囲８〜１２のアルカリ性臭素水溶液の臭化物：臭素酸塩比を高めるための好適な量の臭化アルカリでの処理、または臭化物／臭素酸塩比を下げるための酸化剤での処理、必要に応じて、ｐＨ８〜１０で、１００〜３５０ｇ／Ｌ臭素を含有する所望の臭素化試薬溶液を得ること、所望により、前記溶液を蒸発させて４５〜５５％（ｗ／ｗ）臭素を有する固体形態の、有効臭素含有量が全臭素含有量の９０〜１００％である臭素化試薬を得ること、および臭素化反応中の有機基質と臭素化試薬とが入った反応槽への好適な量の鉱酸の制御された添加によって、あるいは有機基質と鉱酸とが入った反応槽への臭素化試薬の制御された添加によって、その場にて臭素化剤を活性化することを含んでなる方法を提供する。
本発明の１つの具体例では、水酸化ナトリウムに溶けた２９．３％（ｗ／ｖ）臭素（３７．２°Ｂｅ，ｐＨ ８．７３）および石灰（３７．２°Ｂｅ，ｐＨ １０．２５）に溶けた２８．１％（ｗ／ｖ）臭素を有するアルカリ性臭素が「コールド・プロセス」技術に基づいた臭素回収プラントから得られる。
本発明のもう１つの具体例では、アルカリ性臭素を「コールド・プロセス」技術に基づいた臭素回収プラント以外の供給源から得てもよい。
本発明のさらにもう１つの具体例では、臭化物対臭素酸塩比が５：１より小さいアルカリ性臭素に臭化物塩を添加して臭化物対臭素酸塩比を５：１に調整する。
本発明のさらにもう１つの具体例では、アルカリ性臭素を必要な量の次亜塩素酸ナトリウムと密閉容器中で６〜２４時間かけて反応させて臭化物対臭素酸塩比２：１の臭素化試薬を得る。
本発明のさらにもう１つの具体例では、アルカリ性臭素を必要な量の臭素酸塩と１０〜３０分かけて混合して臭化物：臭素酸塩の化学量論２：１の臭素化試薬を得てもよい。
本発明のさらにもう１つの具体例では、反応／混合が、典型的には温度範囲２５〜３０℃の間で実施される。
本発明のさらにもう１つの具体例では、処理済みの、臭化物対臭素酸塩５：１および２：１を有するアルカリ性臭素溶液が臭素付加および置換反応各々に対する試薬として用いられる。
本発明のさらにもう１つの具体例では、臭素化試薬溶液を蒸発させ、乾燥させて臭素化試薬として用いることができる固体を得る。
本発明のさらにもう１つの具体例では、臭素化反応中の好適な酸の添加によって臭素化剤を活性化することができる。
本発明のさらにもう１つの具体例では、臭素化反応中に用いる酸は、好ましくは安価な鉱酸、さらに具体的に言うと、臭素化剤がアルカリ性（石灰）臭素および／または次亜塩素酸カルシウムを含有する場合に有利である可溶性カルシウム塩を生成する酸である。
臭素は「スチームアウト(Steaming Out)」および「コールド・プロセス」によって工業的に製造されている。後者の方法では、塩素ガスのスパージングにより原材料から遊離した臭素を最初に、アルカリと反応する高濃度の水溶液として捕集し、不均化を起こして式３の反応のように５の割合の臭化物イオンと１の割合の臭素酸イオンを生成する。次いで、この媒質を酸性化し、式４の反応のように臭素を再び遊離させる。この臭素はこうして回収することができる。
３Ｂｒ２＋６ＯＨ−→５Ｂｒ−＋ＢｒＯ３ −＋３Ｈ２Ｏ（３）
５Ｂｒ−＋ＢｒＯ３ −＋６Ｈ＋→３Ｂｒ２＋３Ｈ２Ｏ（４）
臭化物および臭素酸塩の混合物は酸性条件下では不安定であるが、アルカリ性条件下では何カ月もにわたって安定している。本発明においては、式４の知見を応用し、式３の生成物の混合物を試薬へと変換して、以下に示す式２の反応を実施することができるということが判明している：
５Ｂｒ−＋ＢｒＯ３ −＋６Ｈ＋→［３Ｂｒ２］＋３Ｈ２Ｏ（５ａ）
Ｒ−ＣＨ＝ＣＨ２＋［Ｂｒ２］→ＲＣＨＢｒＣＨ２Ｂｒ（式２）
しかしながら、式２の反応の前に臭素分子を生成し得るように、式５に対して十分な時間を確実に与えることには注意しなければならない。そうしなければ、後の実施例で例示するように副生成物を形成する傾向が高くなる。
係属中の米国特許出願番号０９／７６７，６６７ (2001)に記載のように、試薬を用いて式６を実施してもよい。このような臭素化試薬と有機化合物を含む反応混合物を酸性化すると、その際に活性な臭素が生成する。あるいは、有機化合物と所望の量の酸の溶液に臭素化剤を添加してもよい。
３Ｒ−Ｈ＋５Ｂｒ−＋ＢｒＯ３ −＋６Ｈ＋→３ＲＢｒ＋３ＨＢｒ＋３Ｈ２Ｏ（６）
係属中の米国特許出願番号０９／７６７，６６７ (2001)では、式７にて例示するように、最大の臭素原子効率を得るには臭化物／臭素酸塩の化学量論比が５：１ではなく４：２であるべきであることを記述している。
６Ｒ−Ｈ＋４Ｂｒ−＋２ＢｒＯ３ −＋６Ｈ＋→６ＲＢｒ＋６Ｈ２Ｏ（７）
本発明に際して、臭化物：臭素酸塩の所望の化学量論比が式８および９にて示される費用効率の高い方法で達成し得ることがわかった。次亜塩素酸塩は式８のように生成され、式９の反応で用いられて臭化物：臭素酸塩の所望の化学量論４：２が得られる。
３Ｃｌ２＋６ＯＨ−→３ＣｌＯ−＋３Ｃｌ−＋３Ｈ２Ｏ（８）
５Ｂｒ−＋ＢｒＯ３ −＋３ＣｌＯ−→４Ｂｒ−＋２ＢｒＯ３ −＋３Ｃｌ−（９）
次亜塩素酸塩の製造ではアルカリおよび塩素の取扱いが含まれる。「コールド・プロセス」によれば、そのいずれもが臭素の製造業者によって使用されるものである。さらに、次亜塩素酸塩は最も安価な酸化剤の１つであり、これによって式９の所望の酸化反応を達成しうる。それゆえ、他の酸化剤も使用することができるが、次亜塩素酸塩が最上の選択である。
式９の反応はコック付き０．２５〜５．００Ｌ丸底フラスコ内で研究室にて実施される。石灰または水酸化ナトリウムに溶けた３〜２６５ｇの臭素を含むアルカリ性臭素を算出量０．８〜６３．０ｇの次亜塩素酸ナトリウムと十分に攪拌しながら混合した。反応物質を６〜２４時間反応させ、溶液形態の所望の臭素化試薬を得た。反応中の容器の温度は２７〜３０℃の範囲であった。次亜塩素酸ナトリウムのアルカリ性臭素との反応を密閉容器中で少なくとも１２時間行うことが望ましい。
２番目の方法では、０．２５〜５．００Ｌフラスコ内で、溶解した３〜２６５ｇの臭素を含むアルカリ性臭素を算出量（１．５〜１１８ｇ）の臭素酸ナトリウム溶液と混合し、液体臭素化試薬またはそれを蒸発させ、真空乾燥した状態の固体を得た。
臭化物：臭素酸塩比が２．０〜２．１の間に維持される場合には式７にとって有利な臭素化試薬が得られる。臭化物：臭素酸塩＞２．１の臭素化剤は臭素原子効率の低下につながり、一方、臭化物：臭素酸塩＜２の場合には不所望の生成物が生じやすい。
本発明の好ましい形態では、ｐＨが８．５〜１０．５の範囲の、臭化物：臭素酸塩の所望の化学量論を有する水性臭素化剤を蒸気浴で蒸発させ、真空乾燥させ、固体形態の試薬を得た。臭素製造業者は、一般に、固体試薬を費用効率の高い方法で大規模に生産するのに用いられるソーラーエバポレーションポンド(solar evaporation ponds)を入手できる。臭素含有量が高いという利点とは別に、このような形態の試薬は溶液よりも輸送が容易であり、安価である。
臭素化試薬（固体および溶液）はその臭素酸塩と臭化物の含有量を決定することによって特性決定した。１ｇの固体臭素化試薬または１ｍｌの液体臭素化試薬を水で１００ｍｌ量に溶解／希釈し、臭素酸塩および臭化物の推定におけるストックとして用いた。臭化物を推定するため、１〜４ｍｌのストックを２５ｍｌ容量フラスコに取り、２ｍｌの９Ｍ硫酸を添加し、この溶液を２５ｍｌの指標まで希釈した。臭素酸塩の推定では、０．１〜０．４ｍｌのストックを同様に、２５ｍｌ容量フラスコに取り、それに大過剰（１ｇ）の臭化ナトリウムおよび２ｍｌの９Ｍ硫酸を添加し、その量を２５ｍｌの指標に合わせた。酸の存在下での臭化物と臭素酸塩の反応の結果として遊離した臭素を分光光度法により(K. Kumar and D. W. Margerum Inorg. Chem. 1987 26, 2706-2711頁)、３９０ｎｍにて吸光度を測定し、好適なモル吸光係数（ε, 不在下では１６７Ｍ−１ｃｍ−１および大過剰の臭化物の存在下では５２２Ｍ−１ｃｍ−１）の値を用いて推定した。固体臭素化試薬の均質性はサンプルの異なる部分から選んだ１ｇサンプルの臭素酸塩および臭化物組成を推定することによって確認した。
臭化物：臭素酸塩の化学量論が常に、式７の要件のような４：２の理論比よりも若干高く維持されるため、有効な臭素は常に１００％より少なく、式１０を用いて推定した：
｛３ｘ［ＢｒＯ３ −］／（［ＢｒＯ３ −］＋Ｂｒ−］｝ｘ１００％（式１０）
以下の実施例では臭素化剤の製造方法および有機臭素化反応におけるその応用を例示する。
本発明に含まれる重要な発明の工程は（ｉ）臭素化試薬を臭化アルカリおよび臭素酸塩の混合塩から、溶液または必要に応じて固体として製造することができること、（ii）このような混合塩を「コールド・プロセス」による臭素回収方法で生成したアルカリ性臭素中間体から費用効率の高い方法で製造することができること、（iii）臭化物対臭素酸塩比を、「コールド・プロセス」にて一般的に使用される塩素ガスおよびアルカリの両方を順に用いて製造することができる安価な次亜塩素酸塩での酸化による芳香族臭素化反応に合わせて適切に調整することができること、および（iv）臭素化剤を、高収率および原子効率で有機臭素化反応を実施するために酸の存在下で活性化することができることである。
本発明のもう１つの具体例では、臭素回収プラントから得られる、ｐＨ範囲が８〜１２の、臭化アルカリ／臭化物混合物を含む石灰または水酸化ナトリウム水溶液に溶けた２５〜３５％の臭素を含有するアルカリ性臭素副産物水溶液からの無害な臭素化試薬の製造のための費用効率の高い方法を提供する。
本発明のもう１つの具体例では、アルカリ性臭素水溶液の臭化物：臭素酸塩比が典型的には４．５：１〜５．５：１の範囲、好ましくは５：１〜５．１：１の範囲にある。
本発明のもう１つの具体例では、アルカリ性臭素水溶液の臭化物：臭素酸塩比が典型的には２：１〜２．１：１の範囲にある。
本発明のさらにもう１つの具体例では、臭化物対臭素酸塩比を、アルカリ性臭素水溶液に好適な量の臭化アルカリ塩を添加することによって５：１〜５．１：１まで高める。
本発明のさらにもう１つの具体例では、臭化物対臭素酸塩比２．１：１〜２：１を、アルカリ性臭素水溶液を１〜１０％濃度の次亜塩素酸ナトリウム水溶液で２５〜３０℃の温度範囲にて６〜２４時間処理することによって、より好ましくはアルカリをアルカリ性臭素水溶液に添加し、塩素ガスを通して次亜塩素酸塩をその場にて生成させ、これを酸化方法により臭化物塩を臭素酸塩に変換することによって達成する。
本発明のさらにもう１つの具体例では、臭化物対臭素酸塩比を、好適な量のアルカリ性臭素酸塩、臭素酸ナトリウムまたはカルシウムを添加することによって下げながら、最終溶液のｐＨを８〜１０の間に維持し、溶液温度の上昇がない。
本発明のさらにもう１つの具体例では、臭素化試薬溶液を従来の技術により、好ましくは大規模生産用ソーラーパンにて蒸発させて固体臭素化試薬を得、この試薬を最終的に粉末にして臭素含有量が３５〜７０％の範囲の塩の均質混合物を得る。
本発明のさらにもう１つの具体例では、臭素化試薬が化学量論的量の好適な鉱酸、好ましくは塩酸の添加によってその場にて活性化することによって、ビスフェノールＡ、ブロモフェノール、スチレン、シクロヘキセンなどのオレフィン、およびその他の種類の化合物を含んでなる群から選択される芳香族化合物を臭素化するのに用いられる。
以下、実施例により例を示すが、本発明の範囲を限定するものではない。
実施例１
３．０３Ｍ Ｂｒ−および０．６４Ｍ ＢｒＯ３ −を含有する９．２ｍｌのアルカリ性臭素溶液に、１．２５ｍｍｏｌ（０．１２９ｇ）固体ＮａＢｒを添加し、Ｂｒ−：ＢｒＯ３ −比５：１を得た。混合物中の有効な臭素含有量は＞９９％であった。
実施例２
２５０ｍｌ丸底フラスコ中で５ｍｌのジクロロメタンに溶かした１．８１８ｇ（１７．４５６ｍｍｏｌ）のスチレンに、５ｍｌの１２Ｎ塩酸および１０ｍｌの水を添加した。２０ｍｌ水に溶かした（３．０３５ｇ，２９．４７ｍｍｏｌ）ＮａＢｒおよび０．８７９ｇ（５．８１９ｍｍｏｌ）のＮａＢｒＯ３の混合物を室温にて攪拌しながら９０分かけて添加した。有機層を蒸発させ、３９．３％の二臭化スチレン、６０．６％ スチレンエポキサイドおよび０．０１％ベンズアルデヒドを得た。
実施例３
５ｍｌのジクロロメタンに溶かした０．９０９ｇ（８．７３ｍｍｏｌ）のスチレンを滴下漏斗を取り付けた２５０ｍｌ丸底フラスコに取った。滴下漏斗に、２０ｍｌの１．８Ｍ塩酸および１．５１７ｇ（１４．７３ｍｍｏｌ）ＮａＢｒおよび０．４３９ｇ（２．９１ミリモル）のＮａＢｒＯ３を含有する２０ｍｌの水溶液を同時に、同じ流速で、３０分かけて添加し、滴下漏斗流出口を通過させて溶液を均質混合し、式４の反応のように一時的にＢｒ２が生成させた。この後、攪拌される、室温にて溶かしたスチレンの入った丸底フラスコに落ちた。添加完了後、攪拌をさらに１５分間続けた。次いで、有機層を分離し、蒸発させ、未精製の固体を室温にて２５ｍｌメタノールに溶かした。次いで、２５ｍｌの水をメタノールに添加し、細かい白色の固体を分離した。この固体は濾過および乾燥後の重量が１．２５８ｇであり、単離収率５４．６％の二臭化スチレン（融点６８〜７０℃）であることが分かった。
実施例４
５．０ｇ（２１．９３ｍｍｏｌ）のビスフェノール−Ａ、５０ｍｌのメタノールおよび１８．４ｍｌの１２Ｎ ＨＣｌを丸底フラスコに取った。１５．７５ｇ ＮａＢｒ（１５２．９ｍｍｏｌ）および４．６４ｇ（３０．７３ｍｍｏｌ）ＮａＢｒＯ３ −を５０ｍｌ水に溶かし、この溶液を徐々に、室温にて攪拌しながら１．５時間かけてフラスコに添加した。反応完了後、底に生成した白色の結晶を濾過し、乾燥させ、１０．６８ｇ（８９．５％）のテトラブロモビスフェノール−Ａ（融点１８０℃）を得た。所望の生成物についての臭素原子効率は４２．８％であった。
実施例５
６２．０８ｇの次亜塩素酸ナトリウムを水酸化ナトリウムに溶けた２６１．７ｇの臭素を含むアルカリ性臭素混合物に添加した。内容物を十分に混合し、密閉型５Ｌ丸底フラスコ中で２４時間反応させ、２４１．８５ｇ（９２．４％）の有効な臭素を含む溶液形態の臭素化試薬を得た。
実施例６
０．８ｇの次亜塩素酸ナトリウムを水酸化ナトリウムに溶けた３．５４２ｇの臭素を含むアルカリ性臭素混合物に添加した。内容物を十分に混合し、密閉型２５０ｍｌ丸底フラスコ中で１２時間反応させた。反応混合物を蒸気浴で完全に蒸発させた。残渣を真空乾燥させ、３．３１７ｇ（９３．６％) の有効な臭素を含む９．６５ｇの固体臭素化試薬を得た。
実施例７
５０ｍｌの水に溶かした１２．７７ｇ（０．０８５モル）の臭素酸ナトリウムを水酸化ナトリウムに溶けた２８．５４gの臭素を含むアルカリ性臭素混合物に添加した。内容物を１Ｌフラスコ中で３０分間、十分に混合した。得られた溶液を蒸気浴で蒸発させ、真空乾燥させ、３５．０９５ｇ（９９．４％）の有効な臭素を含む６７ｇの固体臭素化試薬を得た。
実施例８
１ｇ（４．３８６ｍｍｏｌ）のビスフェノール−Ａ、１４．５ｍｌ水に溶かした４．０７５gの実施例６の臭素化剤（１７．５１１ｍｍｏｌの反応性臭素を含む）および５ｍｌのジクロロメタンを丸底フラスコに取り、１２ｍｌの２Ｎ塩酸溶液を室温にて攪拌しながら４０分かけて添加した。攪拌をさらに３０分間続けた。濾過により１．５５ｇの細かい結晶を得、有機層を蒸発させた後にさらに０．６７ｇを得、生成物総量２．２２ｇ（９３．２％）のテトラブロモビスフェノール−Ａ（融点１７６〜１８２℃）（分光技術によって確認した）を得た。目的生成物に対する臭素原子効率また有効な臭素含有量は９３．２％であった。
実施例９
４．３ｍｌのアルカリ性（石灰）臭素（溶液１ｍｌ当たり０．２４２ｇ臭化物および０．０５１ｇ臭素酸塩を含有する）および１０ｍｌ水中の０．５２ｇ臭素酸ナトリウムを丸底フラスコに取った（全臭素含有量１９．１３５ｍｍｏｌ）。これに、１２．５ｍｌジクロロメタン中の２．５ｇ（１８．５１７ｍｍｏｌ）のアセトアニリドを添加した。２５ｍｌの３．６Ｎ塩酸を室温にて攪拌しながら１３分かけて添加した。攪拌をさらに３０分間続けた。この沈殿物を濾過し、水で洗浄し、乾燥させ、３．６８９ｇ（９２．７％）のｐ−ブロモアセトアニリド（融点１６４〜１６８℃）（分光技術によって確認した）を得た。
実施例１０
３０ｍｌ水および９ｍｌの１２Ｎ塩酸の混合物に溶かした２．５グラム（２６．５９６ミリモル）のフェノールに、６６ｍｌ水に溶かした１８．５６８ｇの実施例６の臭素化剤（７９．７８８ｍｍｏｌの反応性臭素を含む）を室温にて攪拌しながら６０分かけて添加した。攪拌をさらに３０分間続けた。この沈殿物を濾過し、水で洗浄し、乾燥させ、８．４９５ｇ（９６．５％）のトリブロモフェノール（融点８４〜８９℃）（分光技術によって確認した）を得た。
実施例１１
１ｇ（７．４０７ｍｍｏｌ）のアセトアニリド、６．２ｍｌ水に溶かした１．７２４ｇの実施例６の臭素化剤（７．４０８ｍｍｏｌの反応性臭素を含む）および５ｍｌのジクロロメタンを丸底フラスコに取り、１２ｍｌの２Ｎ塩酸溶液を室温にて攪拌しながら１５分かけて添加した。攪拌をさらに３０分間続けた。この沈殿物を濾過し、水で洗浄し、乾燥させ、１．４０２ｇ（８８％）のｐ−ブロモアセトアニリド（融点１６４〜１６８℃）（分光技術によって確認した）を得た。
本発明の主な利点は以下のとおりである：
（ｉ）保存下で安定しており、溶液形態または固体形態のいずれかとして作製することができる無害な臭素化試薬の安価な製造方法。
（ii）コールド・プロセスに基づいた臭素回収プラントにおいて中間体として生成するアルカリ性臭素混合物水溶液を利用することによって、臭素化試薬を臭化アルカリおよび臭素酸塩の混合物として生成することができる。
（iii）臭化物：臭素酸塩５：１のアルカリ性臭素混合物は臭素付加反応において液体臭素の代用物となり、芳香族臭素化反応にも用いることができる。
（iv）臭化物：臭素酸塩２：１の臭素化試薬は安価な酸化剤での酸化によりアルカリ性臭素混合物から製造することができ、ＨＢｒの生成を回避する高いＢｒ原子効率により芳香族臭素反応に特に好適である。
（ｖ）臭素化試薬が鉱酸の簡単な添加によって活性化され、臭素化反応に触媒が不要である。
（vi）本発明の臭素化試薬を用いる臭素化反応は周囲条件下で実施することができる。

Claims (11)

  1. 臭素回収プラントから得られたアルカリ性臭素副産物水溶液からの安定した無害な臭素化試薬であって、
    前記アルカリ性臭素副産物水溶液が、臭化アルカリおよび臭素酸アルカリ混合物の形態で石灰または水酸化ナトリウム水溶液に溶けた２５〜３５％の臭素を含有するものであり、
    ｐＨが８．５〜１０．５の間の範囲にあり、
    １００〜３５０ｇ／Ｌ臭素を含有するか、または４５〜５５％（ｗ／ｗ）臭素を有する固体形態を含有してなる、臭素化試薬。
  2. 安定した無害な臭素化試薬の製造のための費用効率の高い方法であって、
    臭化アルカリおよび臭素酸アルカリ混合物として石灰または水酸化ナトリウム水溶液に溶けた２５〜３５％の臭素を含有し、ｐＨが８〜１２の間の範囲にあるアルカリ性臭素水溶液を臭化アルカリで処理し、臭化物対臭素酸塩の化学量論比を５．１：１〜５：１の範囲に高めるか、または酸化剤を添加して臭化物対臭素酸塩の化学量論比を２．１：１〜２：１の範囲に下げて、ｐＨが８．５〜１０．５の間の範囲にあり、１００〜３５０ｇ／Ｌ臭素を含有する所望の臭素化試薬溶液を得えてなり、
    所望により、前記臭素化試薬溶液を蒸発させて４５〜５５％（ｗ／ｗ）臭素を有する固体形態として所望の臭素化試薬を得ることを含んでなる、方法。
  3. 臭化物対臭素酸塩比が、アルカリ性臭素水溶液に好適な量の臭化アルカリ塩を添加することによって５：１まで高められる、請求項２に記載の方法。
  4. 臭化物対臭素酸塩比２：１が、アルカリ性臭素水溶液を１〜１０％濃度の次亜塩素酸ナトリウム水溶液で２５〜３０℃の範囲の温度にて６〜２４時間処理することにより、より好ましくはアルカリをアルカリ性臭素水溶液に添加し、続いて、塩素ガスを通して次亜塩素酸塩をその場で生成させることにより、酸化方法により臭化物塩を臭素酸塩に変換することによって達成される、請求項２に記載の方法。
  5. アルカリ性臭素混合物の臭化物対臭素酸塩比を好適な量のアルカリ性臭素酸塩、好ましくは臭素酸ナトリウムまたはカルシウムを添加することによって下げながら、溶液のｐＨを８〜１０の間に維持し、かつ、温度の上昇がないように行われるる、請求項２に記載の方法。
  6. 臭素化試薬溶液を従来の技術により、好ましくは大規模生産用ソーラーパンにて蒸発させることにより、固体臭素化試薬を得えてなり、
    該試薬を最終的に粉末にして臭素含有量が９０〜１００％の範囲の塩の均質混合物を得る、請求項２に記載の方法。
  7. 臭素化試薬が臭素化反応中に化学量論的量の鉱酸、好ましくは塩酸の添加によってその場にて活性化される、請求項２に記載の方法。
  8. 請求項１に記載の臭素化試薬を用いて芳香族化合物を臭素化する方法であって、 使用する前記芳香族化合物がビスフェノールＡ、ブロモフェノールおよびスチレンおよびシクロヘキセンから選択されるオレフィン、ならびにその他の種類の芳香族化合物からなる群から選択されてなり、
    臭化アルカリおよび臭素酸アルカリ混合物として石灰または水酸化ナトリウム水溶液に溶けた２５〜３５％の臭素を含有し、ｐＨが８〜１２の間の範囲にあるアルカリ性臭素水溶液を臭化アルカリで処理し、臭化物対臭素酸塩の化学量論比を５．１：１〜５：１の範囲に高めるか、または酸化剤を添加して臭化物対臭素酸塩の化学量論比を２．１：１〜２：１の範囲に下げて、ｐＨが８．５〜１０．５の間の範囲にあり、１００〜３５０ｇ／Ｌの臭素を含有する所望の臭素化試薬溶液を得えてなり、
    所望により、前記臭素化試薬溶液を蒸発させて４５〜５５％（ｗ／ｗ）臭素を有する固体形態として、有効臭素含有量が全臭素含有量の９０〜１００％である所望の臭素化試薬を得ること、および
    鉱酸の添加によってその場にて臭素化剤を活性化することを含んでなる、方法。
  9. 使用する前記芳香族化合物がビスフェノールＡ、ブロモフェノールおよびスチレンおよびシクロヘキセンから選択されるオレフィン、ならびにその他の種類の芳香族化合物からなる群から選択される、請求項８に記載の方法。
  10. 鉱酸が塩酸または硫酸、好ましくは塩酸から選択される、請求項８に記載の方法。
  11. 使用する１２Ｎ塩酸の量が９〜１２ｍｌであり、１〜２０ｇの前記臭素化剤を活性化し、１〜３グラムの有機基質を臭素化する、請求項８に記載の方法。
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