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氯代丙酮合成方法的研究进展

更新时间:2016-07-05

将有机化合物中的氢用卤族元素取代生成卤代烃在有机合成中具有重要作用。卤代烃经过醚化、羰基化、胺化、酰基化等步骤可以引入需要的官能团或者增长碳链。卤化反应中以氯化反应的应用最为广泛。

由于丙酮碳氢键的δ键与碳氧双键的π键之间存在超共轭效应,其α-C上的H容易与氯化试剂发生反应产生多种氯代丙酮类化合物。但是α-位上取代了氯原子后会影响反应继续进行的速率,使得深度氯化反应速度逐步减慢。

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丙酮氯化合成氯代丙酮的方法分为三类:一类是直接使用氯气氯化法,另一类是间接氯气氯化法,还有一类是电解氯化法。氯气氯化法通常选用合适的催化剂将丙酮溶于溶剂后,直接通入氯气合成氯代丙酮;间接氯气氯化法可选用如双氧水与盐酸、氯酸钾与盐酸等可间接产生氯气的化合物作为氯化试剂;电解氯化法是在酸性溶液中,电解氯化钙溶液产生氯气发生氯化反应[1]

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1 一氯代丙酮的合成方法

同样,戴金水等[5]提出了一种丙酮在以乙二醇为溶剂的条件下氯化制备一氯代丙酮的方法,反应简式见图2(a)。丙酮在乙二醇中与氯气作用生成缩酮产物导致氯化反应难以进一步进行,丙酮和乙二醇混合后在光照条件下通入氯气,得到一氯代丙酮的缩酮产物,再加水回流水解,分出水相后,经过蒸馏得到纯度较高的一氯代丙酮。但是氯代缩酮的水解速率较慢,且转化率相对较低,如果能找到高效的水解方法,该路线就可以成为一种有价值的合成一氯代丙酮的路线。

使用釜式反应器制备一氯代丙酮是合成一氯代丙酮的最早方法,在釜式反应器中将碳酸钙粉末和丙酮搅拌均匀,在加热回流的条件下通入氯气。反应结束后加水将生成的氯化钙溶解,分层后再将有机相精制得到一氯代丙酮。该方法具有设备简单、操作方便等优点,但是选择性不好,反应液中含有大量多氯代丙酮副产物,且生产中会产生大量难以处理的废水[2]

图1 丙酮直接氯化制备一氯代丙酮

塔式反应器合成法,采用填料塔或填料柱进行丙酮氯化制备一氯代丙酮。将丙酮蒸汽与氯气接触后进入填料柱发生反应,生成的一氯代丙酮回流到塔底,用水吸收从塔顶流出的未反应的丙酮和氯化氢,产品含量可达90%。但该方法会产生少量的1,1-二氯丙酮和1,3-二氯丙酮,为了避免这一副反应,需要保证反应区域内丙酮量大于氯气量。但过量的丙酮在反应塔顶冷凝后,会溶解大量的氯化氢气体,酸性条件下形成难以分离的异丙叉丙酮[3]

庞胜兰[14]通过丙酮在甲醇中氯化制备并分离得到中间体1,3-二氯-2,2-二甲氧基丙烷。将溶解有氯气的甲醇在25℃下缓慢滴入甲醇与丙酮的混合液中,反应结束后过滤得到1,3-二氯-2,2-二甲氧基丙烷固体,产率在80%以上。这一方法的优点是原料丙酮、甲醇成本较低,且对环境污染较小,但与丙酮在乙二醇中氯化面临同样的问题——水解脱甲醇工艺尚不成熟。

一氯代丙酮是丙酮上的一个α-H被氯原子取代形成的化合物。由于丙酮价格较低,来源较广,且丙酮上的α-H活性较高,因此常采用丙酮作为原料进行氯化制备一氯代丙酮。

周桑琪等[6]研发了一种用环氧丙烷为原料,与氯化氢加成得到1-氯-2-丙醇,再氧化生成一氯代丙酮的路线,见图2(b)。该方法的优点是原料易得、产物选择性高,缺点是收率较低,并且氧化过程中氧化剂的需求量较大,萃取过程中溶剂的需求量也较大,导致生产成本居高不下。

有文献报道[8],一氯代丙酮在强酸和水条件下,加热催化,发生反应生成丙酮和1,3-二氯丙酮(图3)。该方法不会有1,1-二氯丙酮或多氯代丙酮生成,丙酮可回收套用,选择性高,但催化剂成本过高,难以实现工业化。

图2 几种一氯代丙酮的制备方法

2 二氯丙酮的合成方法

王小玲等[12]提出了一种用双氧水-氢溴酸光化学氧化生成1,3-二氯丙酮的方法(图4),在一定程度上缓解了环境污染问题,但工艺步骤繁多,收率较低。

程晓曦等[7]研发了一种以二氯丙醇为原料制备一氯代丙酮的方法,反应简式见图2(c)。使用二氯丙醇脱去氯化氢分子,生成一种不稳定的烯醇中间体,继而向比较稳定的一氯代丙酮转化,同时会产生少量的环氧氯丙烷和一些低聚醚物。该方法的优点是选择性较好,但是收率较低,催化剂的制备、再生困难,难以工业化。

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图3 一氯代丙酮歧化制备1,3-二氯丙酮

RR Gallucci等[13]报道了甲醇对脂肪酮氯化反应的影响。文献指出丙酮在甲醇中发生氯化反应,二氯产物中几乎全部为氯代缩酮,1,3-二氯产物与1,1-二氯产物比例约为 40∶60(图 5)。

二氯丙酮分为1,1-二氯丙酮和1,3-二氯丙酮,其中1,3-二氯丙酮具有较高的应用价值,这里主要介绍1,3-二氯丙酮的合成方法。用丙酮或者一氯代丙酮直接氯化产生的二氯丙酮中优势产物是1,1-二氯丙酮,1,3-二氯丙酮选择性很低,因此通常采用其他路径来制备。

图4 氧化法制备1,3-二氯丙酮反应式

目前工业上制备1,3-二氯丙酮的方法是由1,3-二氯-2-丙醇在硫酸等催化下氧化得到。具体的操作方案是在室温下将环氧氯丙烷滴加到浓盐酸中,开环得到1,3-二氯-2-丙醇,再直接滴加氧化剂和浓硫酸,滴加完毕后保温反应,再进行萃取、蒸馏、结晶等步骤得到1,3-二氯丙酮。该方法原料廉价易得,选择性高,收率较好,但含铬废水对环境的污染比较严重[9-11]

图5 间接法合成1,3-二氯丙酮

为了解决这个问题,曲正等[4]对该方法进行了改进:丙酮加热回流后,在填料塔顶部加入一种低沸点有机溶剂——一氟三氯甲烷,塔顶回流的丙酮被稀释后,有效减少了丙酮分子间或丙酮与氯丙酮之间发生缩合反应,也在一定程度上抑制二氯丙酮的生成,最后再将塔底流出的反应液通过精馏得到高纯度的一氯代丙酮。

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3 三氯丙酮的合成方法

目前对1,1,3-三氯丙酮的研究主要有丙酮直接氯化法、丙酮催化氯化法以及一些分离提纯方法。丙酮直接氯化法是最早生产1,1,3-三氯丙酮的方法,采用氯气进行氯化,反应时间长,选择性差,且产物难以分离。

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余赐章等[16]发明了一种以三乙胺、二乙胺作为催化剂,用氯气氯化制备1,1,3-三氯丙酮的方法(图6),避免了以吡啶为催化剂在反应初期容易爆炸的缺点。在25℃~30℃条件下反应10~20h,但生产周期依然较长,产物中1,1,3-三氯丙酮含量仅为40%~50%[15]

表3是纯水饱和状态下3种掺砂率试样在剪切前的膨润土有效干密度ρb的数值.由表中数据可知,纯膨润土的有效干密度要大于掺砂混合物.同时,掺砂率为30%的混合物中膨润土有效干密度大于掺砂率为50%的混合物,因此纯膨润土试样的强度要大于掺砂混合物试样的强度,掺砂率为30%的混合物强度要大于掺砂率为50%的混合物强度.结合表3和图4还可以得出,有效干密度ρb大于1.5 g/cm3的试样出现了应变软化现象,而ρb小于1.5 g/cm3的试样只出现了应变硬化现象.

图6 丙酮催化氯化制备1,1,3-三氯丙酮反应式

杨文伟等[17]报道了一种使用复合型胺类催化剂在10℃~30℃下通过氯气氯化制备1,1,3-三氯丙酮的方法,选择性可达57%,其中还提出通过重结晶进行分离提纯的精制方法。

吴范宏等[18]发明了一种1,1,3-三氯丙酮的分离提纯方法,将纯度为50%左右的三氯丙酮通过两步分别采用不同的溶剂进行溶剂精制得到较高纯度的1,1,3-三氯丙酮,但溶剂量大,且收率低。

参考文献

[1]王琪.氯丙酮的合成[J].杭州化工,1994(1):22-25.

[2]叶斌.一氯代丙酮的合成方法 [J].精细石油化工,1998(3):44-46.

[3]Arnold K,Nusim S H,Sklarz W A.Process for the Monoha-logenation of Acetone[P].U.S.:3,397,240,1968-8-13.

[4]曲正,董伟.高纯度氯丙酮制备方法的改进[J].新技术新工艺,1994(3):38-39.

[5]戴金水.氯丙酮的一种新的合成方法[J].化学试剂,1995,17(3):181-181.

[6]周桑琪.氧化法制备一氯代丙酮[J].化学通报,1994(6):36-37.

[7]程晓曦,徐林,王芳,等.高含量一氯代丙酮制备新方法[J].广东化工,2010(2):65-66.

[8]Dettloff M L,Null M J.Process for Preparing 1,3-Dichloroacetone[P].U.S.:7,361,790,2008-4-22.

[9]李勃,蒋玉仁.1,3-二氯丙酮的合成工艺研究[J].化工技术与开发,2007,36(1):11-13.

[10]张运晓,龙跃,王震宇,等.1,3-二氯丙酮的合成研究[J].河南医科大学学报,2001(5):33.

[11]罗勣深,余赐章,熊庭辉,等.三氧化铬-硫酸氧化法制备1,3- 二氯丙酮[J].中国医药工业欧美性爱,日本av电影,成人a片毛片免费观看,国产一级片,1990(4):14.

[12]王小玲,孙娟.双氧水-氢溴酸光化学氧化合成1,3-二氯丙酮的研究[J].泰州职业技术学院学报,2015,15(2):49-51.

[13]Gallucci R R,Going R.Chlorination of Aliphatic Ketones in Methanol[J].The Journal of Organic Chemistry,1981,46(12):2532-2538.

[14]庞胜兰.1,3-二羟基丙酮的合成研究[D].山东师范大学,2012.

[15]余赐章.1,1,3- 三氯丙酮制备方法[J].科技开发动态,1994(5):32-33.

[16]余赐章.丙酮氯化反应液中1,1,3—三氯丙酮含量与比重的关系[J].中国医药工业欧美性爱,日本av电影,成人a片毛片免费观看,国产一级片,1991,22(4):176-177.

[17]杨文伟.高纯度1,1,3—三氯丙酮的制备[J].江苏广播电视大学学报,2002,13(6):57-58.

[18]吴范宏,肖繁花,黄红军,等.一种高纯度三氯丙酮的制备方法和用途[P].CN:101768066 B,2013.□

傅胜辉,濮梦华,孔翠花,王佳
《安徽化工》 2018年第2期
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