7-化工中間體正溴丁烷的制備

項目七

化工中間體正溴丁烷的制備2024/9/24產(chǎn)品性能英文名稱：1-Bromobutane分子式：

C4H9Br外觀與性狀：無色透明液體分子量:

137.03熔點:

-112.4℃沸點：

101.6℃相對密度（20/4℃）：1.2758折光率（20℃）：1.4398溶解性:

不溶于水，易溶于醇、醚、氯仿等有機溶劑2024/9/24主要用途

可用作溶劑及有機合成時的烷基化劑及中間體；還可用作塑料紫外線吸收劑及增塑劑的原料；用作醫(yī)藥原料（可用于腸、胃潰瘍、胃炎、十二指腸炎、膽石癥等）；染料原料、可制備功能性色素的原料（如壓敏色素、熱敏色素、液晶用雙色性色素）；半導(dǎo)體中間原料；有機合成原料。2024/9/24合成原理及工藝反應(yīng)原理

主反應(yīng)：副反應(yīng)：

2024/9/247.1.3.2合成工藝（1）傳統(tǒng)工藝采用40%～50%的氫溴酸作為鹵化劑，依次加入正丁醇、溴化鈉，加熱至沸騰，保持回流30～40min，蒸出粗產(chǎn)品。（2）最新進(jìn)展從研究動態(tài)上可以看出，對正溴丁烷合成的研究方向主要集中在硫酸的濃度、溴化鈉的用量，反應(yīng)時間的研究上，以制備高產(chǎn)率、質(zhì)量更好的產(chǎn)品。2024/9/247.1.4產(chǎn)品指標(biāo)及分析檢查方法7.1.4.1產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)名稱指標(biāo)含量%

≥99.5水分%

≤0.1色度（Pt-Co）≤50蒸發(fā)殘渣ppm≤50游離酸ppm≤502024/9/24（1）外觀、密度、折光率無色透明液體，相對密度（20/4℃）：1.2758，折光率（20℃）：1.4398產(chǎn)品分析檢測（2）折光率的測定（學(xué)習(xí)教材中折光儀的使用）一般地講，光在兩個不同介質(zhì)中的傳播速度是不同的，當(dāng)光從一個介質(zhì)進(jìn)入另一個介質(zhì)中，在光的傳播方向與兩個介質(zhì)的界面不垂直時，光在兩個介質(zhì)的界面處的傳播方向會發(fā)生改變，這種現(xiàn)象稱為光的折射現(xiàn)象。折光率是有機化合物最重要的物理常數(shù)之一，可以作為液體物質(zhì)純度的測定標(biāo)準(zhǔn)，可以鑒定未知化合物，也可以用于確定液體混合物的組成。物質(zhì)的折光率除了與物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和光線有關(guān)，還受到溫度、壓力等因素的影響。所以在表示折光率時，須注明所用的光線和測定時的溫度，常用ntD

表示。圖7-3正溴丁烷的紅外吸收光譜圖（3）各種圖譜①紅外吸收光譜②質(zhì)譜圖7-3正溴丁烷的質(zhì)譜圖③正溴丁烷核磁圖圖7-4正溴丁烷核磁圖(13CNMR)2024/9/24（1）取代鹵化定義：鹵原子與有機氫原子之間的取代反應(yīng)。如：（2）常用的鹵化劑有：①鹵素（Cl2、Br2、I2

）②氫鹵酸（HCl、HBr等）③次鹵酸（HOCl、HOBr）④其他鹵化劑（SO2Cl2、SOCl2等）取代鹵化2024/9/24（3）取代鹵化的分類根據(jù)反應(yīng)機理不同可分為：①芳環(huán)上的氫被鹵素取代（離子型親電取代）②脂肪烴及芳烴側(cè)鏈的氫被鹵素取代（自由基型取代）2024/9/247.2.1.1芳環(huán)上取代鹵化影響因素及反應(yīng)條件的選擇反應(yīng)通式為：ArH＋X2→ArX＋HX。如：苯在鐵作催化劑時通氯氣反應(yīng)生成氯苯的反應(yīng)。

芳環(huán)上取代鹵化的定位規(guī)律與一般芳環(huán)上的親電取代反應(yīng)相同。

影響因素主要有：被鹵化芳烴的結(jié)構(gòu)，反應(yīng)溫度，鹵化劑和反應(yīng)溶劑等。（1）被鹵化芳烴的結(jié)構(gòu)

芳環(huán)上的取代基通過電子效應(yīng)，使芳環(huán)上的電子云密度的增大或減小，從而影響芳烴的鹵化反應(yīng)。2024/9/24

芳環(huán)上具有給電子基團時，增加了芳環(huán)的電子云密度，鹵化易進(jìn)行，主要形成鄰對位異構(gòu)體，但常出現(xiàn)多鹵代現(xiàn)象芳環(huán)上有吸電子基團時，因其降低了芳環(huán)上電子云密度而使鹵化反應(yīng)較難進(jìn)行，需要加入催化劑并在較高溫度下反應(yīng)。例：完成下列反應(yīng)并預(yù)測兩組反應(yīng)速度的快慢2024/9/24（2）鹵化劑鹵化劑往往會影響反應(yīng)的速度、鹵原子取代的位置、數(shù)目及異構(gòu)體的比例等。不同的鹵素在進(jìn)行取代鹵化時，反應(yīng)活性順序為：F>Cl>Br>I例如：

NBS：N－溴化丁二酰亞胺2024/9/24

溴資源比氯少，價格也比較高。為回收副產(chǎn)物溴化氫，常在反應(yīng)中加入氧化劑（如次氯酸鈉、氯酸鈉、氯氣、雙氧水等），使生成的溴化氫氧化成溴素而得到充分利用。一般不采用鹵素取代的方法得到氟化物和碘化物。原因：

對于芳烴環(huán)上的氟化反應(yīng)，直接用氟與芳烴作用制取氟代芳烴，因反應(yīng)十分激烈需在氦氣或氮氣稀釋下于－78℃進(jìn)行，故無實用意義。若用碘作鹵化試劑進(jìn)行碘化反應(yīng)，因反應(yīng)生成的碘化氫有還原性，可使碘代芳烴還原。（3）反應(yīng)介質(zhì)如果被鹵化物在反應(yīng)溫度下呈液態(tài)，不需要反應(yīng)介質(zhì)可以直接進(jìn)行鹵化。若被鹵化物在反應(yīng)溫度下為固態(tài)，應(yīng)根據(jù)反應(yīng)物的性質(zhì)和反應(yīng)的難易程度，選擇適當(dāng)?shù)娜軇?。對于性質(zhì)活潑，容易鹵化的芳烴及其衍生物，可以采用水作為溶劑。例如對硝基苯胺的氯化對于較難鹵化的物料，可以采用濃硫酸、發(fā)煙硫酸等作為溶劑。如蒽醌在濃硫酸中氯化制取1，4，5，8-四氯蒽醌。如果反應(yīng)需要在較緩和的條件下進(jìn)行，或是為了定位的需要，有時可以采用適當(dāng)?shù)挠袡C溶劑。如氯苯、乙酸等2024/9/24（4）反應(yīng)溫度

一般反應(yīng)溫度越高，反應(yīng)速度越快。但實際上鹵化溫度的確定，要考慮到被鹵化物的性質(zhì)和鹵化反應(yīng)的難易程度，工業(yè)生產(chǎn)上還需考慮主產(chǎn)物的產(chǎn)率及裝置的生產(chǎn)能力。例如：氯苯的生產(chǎn)2024/9/241-酸水排放口2-苯及氯氣入口3-爐條4-填料鐵圈或廢鐵管5-鋼殼襯耐酸磚6-氯化液出口7-擋板8-氣體出口沸騰氯化塔（5）原料純度與雜質(zhì)

原料純度對芳環(huán)取代鹵化反應(yīng)有很大影響

例如：在苯的氯化反應(yīng)中，原料苯中不能含有含硫雜質(zhì)（如噻吩等）、有機原料中不能含有水、Cl2中盡量不含H2。（6）氯化深度氯化深度：反應(yīng)深度，它表示原料烴被氯化程度的大小可以用氯化烴的含氯量或反應(yīng)轉(zhuǎn)化率來表示。

例如：要想在一氯化階段少生成多氯化物，工業(yè)上采用苯過量，控制苯氯物質(zhì)的量比為4:1，盡可能的降低二氯苯的生成量。（7）混合作用在苯的氯化反應(yīng)中，如果攪拌不好或反應(yīng)器選擇不當(dāng)，會造成傳質(zhì)不勻，反應(yīng)生成的產(chǎn)物不能及時的離開，重新返回到反應(yīng)區(qū)域，促進(jìn)連串反應(yīng)的進(jìn)行。這種現(xiàn)象稱為物料的返混作用。這種現(xiàn)象的出現(xiàn)會造成一氯代選擇性下降，對反應(yīng)不利。2024/9/242024/9/24脂肪烴及芳烴側(cè)鏈的取代鹵化影響因素及反應(yīng)條件的選擇

脂肪烴和芳烴側(cè)鏈的氫原子在光照、加熱或引發(fā)劑存在下與鹵原子發(fā)生的取代過程。

脂肪烴及芳烴側(cè)鏈取代鹵化的反應(yīng)具有的特點：反應(yīng)是典型的自由基反應(yīng)，反應(yīng)歷程包括鏈的引發(fā)、鏈的增長和鏈的終止三個階段；與芳烴環(huán)上的取代鹵化一樣，脂肪烴及芳烴側(cè)鏈取代鹵化反應(yīng)也是連串反應(yīng)。（1）被鹵化物性質(zhì)

無立體因素影響，各種被鹵化物氫原子的活性順序為：ArCH2-H＞CH2=CH-CH2-H＞＞叔C-H＞仲C-H＞伯C-H＞CH2=CH-H（2）鹵化劑在烴類的取代鹵化中，鹵素是常用的鹵化劑，它們在光照、加熱或引發(fā)劑存在下產(chǎn)生鹵自由基。其反應(yīng)活性順序為：F2＞Cl2＞Br2＞I2

由于鹵素可以與脂肪烴中的雙鍵發(fā)生加成反應(yīng)，一般不宜采用鹵素進(jìn)行烯丙位取代鹵化反應(yīng)；而芳環(huán)上不易發(fā)生鹵素的加成反應(yīng)，可采用鹵素進(jìn)行芐位取代鹵化反應(yīng)。NBS可用于烯丙位或芐位氫的鹵代反應(yīng)，具有反應(yīng)條件溫和、選擇性高和副反應(yīng)少的特點。2024/9/24（3）引發(fā)條件及溫度光照引發(fā)和熱引發(fā)是經(jīng)常采用的引發(fā)自由基的方法。光照引發(fā)以紫外光照射最為有利。

例如：在氯化反應(yīng)中，氯分子的光離解能是250kJ/mol，與此對應(yīng)的引發(fā)光的波長是478nm。光的波長越短，能量越強，有利于引發(fā)自由基，但波長小于300nm的紫外光會被普通玻璃吸收。因而，實際生產(chǎn)中常將發(fā)射波長范圍為400～700nm的日光燈作為照射光源；光引發(fā)時，反應(yīng)溫度一般控制在60～80℃。熱引發(fā)可分為中溫液相氯化與高溫氣相氯化提高反應(yīng)溫度有利于取代反應(yīng)，也有利于減少環(huán)上加成氯化反應(yīng)，還可促進(jìn)鹵化劑均裂成自由基，所以一般在高溫下進(jìn)行芐位和烯丙位的取代鹵化反應(yīng)。2024/9/24（4）催化劑及雜質(zhì)芳烴在有催化劑時，通常只能得到環(huán)上取代產(chǎn)物。在光照、加熱或引發(fā)劑下通Cl2，則有利于側(cè)鏈取代氯化。因此進(jìn)行芳環(huán)側(cè)鏈的鹵化時，原料需有較高的純度和嚴(yán)格控制其雜質(zhì)，應(yīng)當(dāng)注意不要使反應(yīng)物中混入能夠發(fā)生環(huán)上取代鹵化的催化劑，否則會阻止反應(yīng)進(jìn)行。

①雜質(zhì)鐵若有鐵存在，通入氯時會轉(zhuǎn)變成FeCl3，則對自由基反應(yīng)不利，若原料為烯烴或芳烴時，會加快加成氯化及環(huán)上取代氯化。因此，原料中不能有鐵，反應(yīng)設(shè)備不能用普通鋼設(shè)備，需用襯玻璃、襯鎳、搪瓷或石墨反應(yīng)器。2024/9/24

②氧氣氧氣對反應(yīng)有阻礙作用，需嚴(yán)格控制其濃度。對于光引發(fā)自由基反應(yīng)，烴中氧含量小于1.25×10-4mol/L時，Cl2中需小于5.0×10－5mol/L。

③水

如果原料中有少量水的存在，則不利于自由基取代反應(yīng)的進(jìn)行。因此，工業(yè)上常用干燥的氯氣。（5）反應(yīng)介質(zhì)可以使用的溶劑有苯、石油醚、氯仿、四氯化碳，其中四氯化碳是經(jīng)常采用的反應(yīng)溶劑，因為它屬于非極性惰性溶劑，可以避免自由基反應(yīng)的終止和副反應(yīng)的發(fā)生。如果反應(yīng)物為液體，可不用反應(yīng)溶劑。（6）氯化深度及原料配比選擇適當(dāng)?shù)穆然疃龋瑢μ岣邌温然x擇性是有利的，烴氯比大，一氯代烷的選擇性高，一般適宜的烴氯比為（5～3）:1（物質(zhì)的量之比）。2024/9/242024/9/247.2.2加成鹵化（1）鹵素的親電加成鹵化①反應(yīng)歷程鹵素對雙鍵的加成反應(yīng)，一般經(jīng)過兩步，首先鹵素向雙鍵作親電進(jìn)攻，形成過渡態(tài)π-絡(luò)合物，然后在催化劑（FeCl3）作用下，生成鹵代烴。催化劑的作用是加速π-絡(luò)合物轉(zhuǎn)化成σ-絡(luò)合物，并且促使Cl2與FeCl3形成Cl→Cl:FeCl3絡(luò)合物，有利于親電進(jìn)攻。

鹵素與不飽和烴的加成鹵化2024/9/24②主要影響因素a.烯烴的結(jié)構(gòu)當(dāng)烯烴上連有給電子基團（如-OH、-OR、-NHCOCH3、-C6H5、-R等）時，反應(yīng)活性提高；當(dāng)烯烴上連有吸電子基團（如-NO2、-COOH、-CN、-COOR、-SO3H、-X等）時反應(yīng)活性降低。烯烴鹵加成反應(yīng)活潑次序：R2C＝CH2＞RCH＝CH2＞CH2＝CH2＞CH2＝CHCl。b.溶劑鹵素與烯烴的親電加成反應(yīng)，一般采用CCl4、CS2、CHCl3、CH3COOH、CH3COOC2H5等作溶劑。因為醇和水同時可以作為親核試劑，向過渡態(tài)π-絡(luò)合物進(jìn)攻，可能會產(chǎn)生鹵代醇或鹵代醚等副產(chǎn)物，所以不適宜用作溶劑。c.反應(yīng)溫度：鹵加成反應(yīng)的溫度不宜太高，否則容易發(fā)生消除和取代副反應(yīng)。

（2）鹵素的自由基加成鹵化在光、熱或引發(fā)劑（如有機過氧化物、偶氮二異丁腈等）存在下，鹵素可以與不飽和烴發(fā)生加成反應(yīng)，該反應(yīng)為自由基反應(yīng)，其反應(yīng)歷程為：鏈引發(fā)：Cl2

—→(hv)2Cl·鏈傳遞：CH2=CH2+Cl·—→CH2Cl—CH2·CH2Cl—CH2·+Cl—Cl—→CH2Cl—CH2Cl+Cl·鏈終止：Cl·+Cl·—→Cl22CH2Cl—CH2·—→CH2Cl—CH2—CH2—CH2ClCH2Cl—CH2·+Cl·—→CH2Cl—CH2Cl光鹵化加成的反應(yīng)特別適用于雙鍵上具有吸電子基的烯烴。例如三氯乙烯中有三個氯原子，進(jìn)一步加成氯化很困難；但在光催化下可氯化制取五氯乙烷。炔烴比烯烴難發(fā)生于鹵素的加成反應(yīng)。2024/9/24鹵化氫與不飽和烴的加成

（1）鹵化氫的親電加成鹵化①反應(yīng)歷程首先是質(zhì)子對不飽和烴分子進(jìn)行親電進(jìn)攻，形成碳正離子中間體，然后鹵負(fù)離子與之結(jié)合，形成加成產(chǎn)物。在反應(yīng)體系中加入AlCl3或FeCl3等路易斯酸催化劑，可加快反應(yīng)速度。鹵化氫與烯烴加成反應(yīng)的活潑性次序是：HI＞HBr＞HCl。②定位規(guī)律當(dāng)烯烴上連有給電子基團時，有利于反應(yīng)的進(jìn)行，且定位規(guī)律符合馬爾科夫尼柯夫規(guī)則，即氫原子加在含氫較多的碳原子上。當(dāng)烯烴上連有強吸電子基團時，如-COOH、-CN、-CF3時，反應(yīng)速度減慢，同時定位規(guī)律與馬爾科夫尼柯夫規(guī)則相反。鹵化氫與不飽和烴親電加成反應(yīng)的實例有：氯化氫和乙炔加成生產(chǎn)氯乙烯；乙烯和氯化氫或溴化氫加成生成氯乙烷或溴乙烷。2024/9/24（2）鹵化氫的自由基加成鹵化在光和引發(fā)劑作用下，溴化氫和不飽和烴的加成屬于自由基加成反應(yīng)。其定位規(guī)律符合反馬爾科夫尼柯夫規(guī)則。其他鹵化物與不飽和烴的加成

次鹵酸、N-鹵代酰胺和鹵代烷等是除鹵素、鹵化氫以外，常用的與不飽和烴發(fā)生加成反應(yīng)的鹵化劑。（1）次鹵酸與烯烴的加成常用的次鹵酸為次氯酸，次氯酸不穩(wěn)定，難以保存。通常將氯氣通入水或氫氧化鈉水溶液中，也可以通入碳酸鈣懸浮水溶液中，以制取次氯酸及其鹽。次鹵酸與烯烴的加成屬于親電加成，定位規(guī)律符合馬氏規(guī)則。工業(yè)上典型的例子是次氯酸水溶液與乙烯或丙烯反應(yīng)生成β-氯乙醇或氯丙醇。兩者都是十分重要的有機化工原料。（2）N-鹵代酰胺與烯烴的加成在酸催化下，N-鹵代酰胺與烯烴加成可制得α-鹵醇。（3）鹵代烷與烯烴的加成在路易斯酸存在下，叔鹵代烷可與烯烴反應(yīng)。例如：氯代叔丁烷與乙烯加成可得到1-氯-3，3二甲基丁烷，收率為75%。2024/9/24置換鹵化以鹵原子置換有機物化合物分子中其他基團的反應(yīng)為置換反應(yīng)。與直接取代鹵化相比，置換鹵化具有無異構(gòu)產(chǎn)物、不發(fā)生多鹵化、產(chǎn)品純度高，但步驟多的特點?？梢员畸u基置換的取代基有羥基、硝基、磺酸基、重氮基，氟可以置換其他鹵原子，這是氟化反應(yīng)的主要完成途徑。置換鹵化反應(yīng)在藥物合成、染料及其他精細(xì)化學(xué)品的合成中應(yīng)用較多。羥基的置換鹵素可以置換醇羥基、酚羥基以及羧羥基，常用的鹵化劑有氫鹵酸、含磷及含硫鹵化物等。鹵素置換羥基的反應(yīng)是合成鹵化物的重要方法之一。（1）置換醇羥基（2）置換酚羥基（3）置換羧羥基

RCOOH＋SOCl2→RCOCl＋SO3＋HCl（1）置換硝基Cl2—→2Cl·ArNO2＋Cl·—→ArCl＋·NO2·NO2＋Cl2—→NO2Cl＋Cl·（2）置換磺酸基（3）重氮基置換7.2.3.2芳環(huán)上硝基、磺酸基和重氮基的置換鹵化2024/9/247.3.1原料選擇藥品名稱分子量（molwt）用量（mL、g、mol）熔點（℃）沸點（℃）比重（d420）水溶解度（g/100mL）正丁醇74.1212.3ml（0.13mol）?88.9℃117.25℃0.8098微溶于水濃硫酸98.0820ml（0.375mol）1.84易溶于水溴化鈉102.8916.6g（0.161mol）747℃1390℃易溶于水其他藥品5%氫氧化鈉溶液、飽和碳酸鈉溶液2024/9/247.3.2催化劑選擇濃硫酸伯醇與氫溴酸的反應(yīng)主要是按照雙分子歷程進(jìn)行的，濃硫酸的存在，使過渡態(tài)的位能降低，從而降低了反應(yīng)的活化能，使不宜離去的基團變成了較易離去的基團，C-O鍵更易于斷裂，溴代反應(yīng)速度加快，所以濃硫酸是反應(yīng)的催化劑。濃磷酸濃磷酸是中強酸，用它可以代替濃硫酸制備溴代烷，但催化能力比濃硫酸弱，溴代反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率低，反應(yīng)速度慢，加入過量的濃磷酸催化劑，效果仍不佳。隨著正烷基醇分子中碳原子數(shù)的增加，濃磷酸的催化效果更為不好。2024/9/247.3.3小試設(shè)備選擇正溴丁烷合成與分離裝置參考2024/9/247.3.4工藝條件選擇物料物質(zhì)的量配比：水∶濃硫酸∶正丁醇：溴化鈉=0.78∶0.375∶0.134∶0.161；反應(yīng)溫度：加熱保持溶液微沸；反應(yīng)壓力：常壓；回流時間：1.5h；催化劑：濃硫酸；2024/9/244.3.5質(zhì)量分析外觀指標(biāo)：無色透明液體產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)產(chǎn)品分析檢測密度測定、折光率的測定、沸點的測定、紅外吸收光譜分析等

2024/9/247.4.1操作步驟流程圖投料反應(yīng)

7.4.1.2提純

2024/9/247.4.2具體操作步驟在100mL圓底燒瓶中，加入14mL水，將燒瓶置于冰水浴中，在振搖下分批加入20mL濃硫酸，混合均勻，并冷卻至室溫，分四次加入12.3mL正丁醇，混合均勻，然后在攪拌下加入16.6g研細(xì)的溴化鈉，充分旋動燒瓶，以免結(jié)塊，撤去冰水浴，擦干燒瓶外壁，加入1～2粒沸石，安裝帶有氣體吸收部分的回流裝置。采用100mL5%氫氧化鈉溶液作吸收液。用電熱套加熱，并經(jīng)常搖動燒瓶，保持反應(yīng)液呈微沸，回流約1.5h。溴化鈉固體消失，溶液出現(xiàn)分層，反應(yīng)結(jié)束。回流將蒸出的粗1-溴丁烷倒入分液漏斗，用15mL水洗滌，分液后，再向盛粗1-溴丁烷的錐形瓶中滴入7mL濃硫酸，用冰水浴冷卻并加以振搖，倒入一個干燥的分液漏斗中，靜