王克塵，梁紅梅

（1.江蘇豪森藥業(yè)集團有限公司，江蘇 連云港 222000；2.江蘇恒瑞醫(yī)藥股份有限公司，江蘇 連云港 222000）

對溴苯甲醛又稱4-溴苯甲醛，是一種重要的化工中間體，主要用于染料和醫(yī)藥合成工業(yè)中[1]，傳統(tǒng)的制備方法是將對溴甲苯經(jīng)溴化、水解，制得對溴苯甲醛[2]。以對溴甲苯為原料的制備方法有溴化水解、間接電解氧化、在乙酸酐中三氧化鉻氧化水解等[3,4]。以對溴甲苯經(jīng)溴化、水解制得對溴苯甲醛的方法比較成熟，產(chǎn)率也較高，但合成過程中有大量的有毒性的廢氣、廢液產(chǎn)生，對環(huán)境造成嚴重的污染[5,6]。因?qū)︿灞郊兹┰诤铣晒I(yè)中的重要性以及環(huán)境有害性，關(guān)于對溴苯甲醛性質(zhì)方面的研究一直是學術(shù)界研究的熱點問題[2]，如有學者從熒光光譜角度揭示了對溴苯甲醛與體血清蛋白的相互作用關(guān)系[9]；有學者以Mn2O3為催化劑合成了對溴苯甲醛，并探討了該工藝工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)的可能性[7]；有學者認為在對溴苯甲醛生產(chǎn)過程中加入乙醚溶劑可促進反應的正向進行，但會擬制硝化物的生成[2]。

截止目前，對溴苯甲醛在國內(nèi)還沒有形成工業(yè)化大規(guī)模的生產(chǎn)，產(chǎn)量遠遠低于國內(nèi)市場需求[8]，我國對溴苯甲醛很大程度上還是依賴從國外進口[9]。鑒于對溴苯甲醛有著巨大的消費市場，開發(fā)出一條綠色無污染、適合于工業(yè)化的生產(chǎn)工藝顯得尤為迫切。本文以二芐醚，Br2為主要原料，經(jīng)加Br2、HNO3氧化兩步反應得到對溴苯甲醛，并對該工藝生產(chǎn)過程中的影響因素進行探討，研究結(jié)論以期為進一步揭示對溴苯甲醛生成機制提供理論參考。

1 實驗部分

1.1 實驗原理

本文以二芐醚，Br2為主要原料，經(jīng)加Br2、HNO3氧化兩步反應得到最終產(chǎn)物對溴苯甲醛。對溴苯甲醛合成反應式見式（1），對溴二芐醚的合成反應式見式（2），對甲苯胺重氮置換反應式見式（3），二溴二苯醚由二苯醚溴化而得，反應式見式（4）。

1.2 試劑與儀器

對溴二芐醚（GR湖南華騰制藥有限公司）；NaNO2（AR雞澤縣浩瀚化工有限公司）；HNO3（AR昊龍化工有限公司）；飽和NaOH溶液（AR茂名雄大化工有限公司）；Na2CO3溶液（AR淮南市眾誠化工有限公司）；二芐醚（GR湖北成豐化工有限公司）；Br2（GR江蘇潤豐合成科技有限公司）；NaHSO3飽和溶液（AR武漢斯麥克生物科技有限公司）；鐵粉（20目湖北東曹化學科技有限公司）；濃H2SO4（AR昊龍化工有限公司）；稀HNO3（AR山東豪順化工有限公司）。

HMS07型控溫電熱套（深圳市博大精科技實業(yè)有限公司）；2BE-1型真空泵（山東富安集團真空可有限公司）；PIDS3型電子天平（上海巖舍儀器有限公司）；ZKGZ04S型恒溫干燥箱（上海善志儀器設(shè)備有限公司）；TS3-D型恒溫振蕩器（武漢析達儀器有限公司）。

1.3 實驗步驟

（1）對溴甲苯的合成 將甲苯胺、濃H2SO4、NaNO2混合攪拌，生成重氮鹽溶液，隨后滴加HBr-CuBr溶液，經(jīng)過蒸餾、調(diào)節(jié)pH值，干燥、分餾等操作制得對溴甲苯；

（2）對溴苯酚的合成 反應器中添加苯酚、Br2、CS2溶液攪拌2h，后將反應物蒸餾、減壓分餾、冷卻、結(jié)晶、分離等操作，即得對溴苯酚；

（3）對溴二芐醚的合成 稱取一定量的二芐醚、鐵粉混合攪拌，依次添加濃H2SO4、液Br2，經(jīng)飽和NaHCO3溶液洗滌后得對溴二芐醚；

（4）對溴苯甲醛的合成 65%的稀HNO3慢慢滴入上述合成的對溴二芐醚中，使其反應生成對溴苯甲醛，然后進行減壓蒸餾提純。

1.4 計算公式

對溴苯甲醛收率計算公式如下：

式中YR：產(chǎn)品收率，%；nA：目的產(chǎn)物生成量，mol；nB：目的產(chǎn)物理論生成量，mol。

2 結(jié)果與討論

2.1 反應溫度的影響

確定反應時間為5h，Br2和二芐醚物質(zhì)的量之比為2∶1，催化劑Fe用量為1g·L-1的情況下，選擇反應溫度分別為40、45、50、55和60℃，考察反應溫度對產(chǎn)品收率的影響，結(jié)果見圖1。

圖1 反應溫度對對溴苯甲醛收率的影響Fig.1 Effect of reaction temperature on the yield of p-bromobenzaldehyde

由圖1可見，當裝置內(nèi)反應溫度從40℃增至60℃時，對溴苯甲醛收率經(jīng)歷了一個先升后降的過程。當反應溫度從40℃升至50℃時，產(chǎn)品收率由48.7%升至68.2%，當溫度繼續(xù)升至60℃時，產(chǎn)品收率降至61.8%。這是因為在50℃反應條件下，催化劑活性最高，反應最完全。因此，最終確定50℃為最佳反應溫度。

2.2 反應時間的影響

確定反應溫度為50℃，Br2和二芐醚物質(zhì)的量之比為2∶1，催化劑Fe用量為1g·L-1的情況下，選擇反應時間分別為3、4、5、8和10h，考察反應時間對產(chǎn)品收率的影響，結(jié)果見圖2。

圖2 反應時間對對溴苯甲醛收率的影響Fig.2 Effect of reaction time on the yield of p-bromobenzaldehyde

由圖2可見，反應時間從3h增至10h時，對溴苯甲醛收率呈先上升后保持平緩的趨勢。反應8h時，產(chǎn)品收率達到最大值，為78.3%；反應3h時，產(chǎn)品收率最低，為56.4%。這是因為方程（1）反應完全需要7～8h，但反應時間繼續(xù)增加，產(chǎn)品收率幾乎沒有變化。因此，最終確定8h為最佳反應時間。

2.3 原料配比的影響

確定反應溫度為50℃，反應時間為8h，催化劑Fe用量為1g·L-1的情況下，選擇Br2與二芐醚物質(zhì)的量之比分別為1.8∶1、2∶1、2.2∶1、2.5∶1、2.8∶1，考察原料配比對產(chǎn)品收率的影響，結(jié)果見圖3。

由圖3可見，當原料中Br2與二芐醚物質(zhì)的量之比從1.8∶1逐漸增至2.8∶1時，對溴苯甲醛收率先上升后下降的趨勢。Br2與二芐醚物質(zhì)的量之比為1.8∶1時，產(chǎn)品收率為60.1%；Br2與二芐醚物質(zhì)的量之比為2∶1時，產(chǎn)品收率最高，為77.0%；Br2與二芐醚物質(zhì)的量之比為1.8∶1時，產(chǎn)品收率最低，為60.1%。說明若添加的Br2量過少會導致反應不完全，無法達到最大產(chǎn)品收率。若添加的Br2量過多，容易引起副反應，降低產(chǎn)品收率，為后續(xù)的分離帶來困難。因此，最終確定反應器內(nèi)Br2與二芐醚物質(zhì)的量之比為2.2∶1為最佳原料配比。

圖3 原料配比對對溴苯甲醛收率的影響Fig.3 Effect of raw material ratio on the yield of p-bromobenzaldehyde

2.4 催化劑用量的影響

確定反應溫度為50℃，反應時間為8h，溴和二芐醚物質(zhì)的量之比為2∶1情況下，選擇催化劑Fe用量分別為0.1、0.5、1、3和5g·L-1，考察催化劑用量對產(chǎn)品收率的影響，結(jié)果見圖4。

圖4 催化劑Fe用量對對溴苯甲醛收率的影響Fig.4 Effect of catalyst Fe dosage on the yield of p-bromobenzaldehyde

由圖4可見，當催化劑Fe用量由0.1g·L-1逐漸增至5g·L-1時，對溴苯甲醛收率經(jīng)歷了了一個先上升后緩慢下降再快速下降的過程。當催化劑Fe用量為0.5g·L-1時，產(chǎn)品收率最大，為77.2%；當催化劑Fe用量為5g·L-1時，產(chǎn)品收率最低，為54.1%。

催化劑Fe對反應式（2）有良好的催化活性，控制催化劑的用量可以使催化劑Fe迅速和Br2反應，生成Fe（Br）3，在催化劑用量為0.5g·L-1時，產(chǎn)品收率最高，催化劑用量過多，產(chǎn)品收率反而下降。這是因為催化劑在過量的情況下，反應在短時間內(nèi)放出大量的熱，改變各物質(zhì)的性狀，使反應無法進行所至。最終確定最佳催化劑Fe用量為0.5g·L-1。

綜上，最佳反應條件為：反應溫度為50℃，反應時間為8h，原料中Br2與二芐醚物質(zhì)的量之比為2.2∶1，催化劑Fe最佳用量為0.5g·L-1，在該條件下對溴苯甲醛產(chǎn)品收率為77.2%。

3 結(jié)論

本文對二芐醚的對位加溴反應和對溴二芐醚的分解生成對溴苯甲醛方案的可行性進行了驗證，分析了該方案在合成對溴苯甲醛過程中的影響因素，定量分析了溫度、反應時間、原料配比以及催化劑用量對對溴苯甲醛收率的影響。確定最佳反應條件為：反應器內(nèi)溫度為50℃，反應時間為8h，原料中溴與二芐醚物質(zhì)的量之比為2.2∶1，催化劑Fe最佳用量為0.5g·L-1，此時產(chǎn)品收率為77.2%。