1,3,5-三(3-溴苯基)苯的合成工艺研究

赵立献， 王凤伟， 王翠丽

(石家庄九达科技有限公司 研发部，河北 石家庄 051434)

1,3,5-三(3-溴苯基)苯的分子式为C24H15Br3，分子量为543.09，CAS号为96761-85-2，为浅黄色固体.它是构筑树枝状大分子、有机金属框架材料(MOFs)、有机导电聚合物、电致发光有机分子材料及偏振非线形光学材料的重要基础功能材料[1].现有的1,3,5-三(3-溴苯基)苯的合成方法不利于进行工业化生产，收率较低.为了能批量生产1,3,5-三(3-溴苯基)苯，本文对它的合成条件进行了系统的研究.

1 国内外1,3,5-三(3-溴苯基)苯的合成方法

(1)第一种方法

以间溴苯乙酮为原料，硝基甲烷为溶剂，三氟乙酸/乙二胺为催化剂，回流反应36 h，最后经过硅胶柱色谱分离出产品.主要缺点是：反应时间太长；硝基甲烷为易爆品，使用过程存在不安全因素；产品需要经过硅胶柱色谱纯化，不易实现工业化生产.[2]

(2)第二种方法

以间溴苯乙酮为原料，无溶剂反应，用十二烷基苯磺酸为催化剂，在130 ℃反应3～8 h，经硅胶柱色谱纯化得到产品.此制备方法主要的不足是：后期反应液粘稠，搅拌不流畅；产品分离需要硅胶柱色谱，不利于工业化生产.[3]

(3)第三种方法

以间溴苯乙酮为原料,甲苯为溶剂，三氟甲磺酸为催化剂，回流反应30 h，原文献未给出后处理工艺过程.甲苯为易燃、易爆管制品，原料不易得，同样存在反应时间长，分离困难等缺点，不易放大生产.[4]

(4)第四种方法

以间溴苯乙酮为原料，乙醇为溶剂，四氯化硅为催化剂,在室温下反应18 h，收率仅有74%.缺点是反应时间长，收率低.[5]

(5)第五种方法

以间溴苯乙酮为原料，氯化亚砜为催化剂，无水乙醇为溶剂，回流反应1 h，后处理过程使用乙醚洗涤滤饼，收率只有75%.这个方法制备过程简单，容易操作，反应时间短，具备放大生产的潜力.[6]

本文在第五种方法的基础上，把易燃、易爆、低沸点的乙醚去掉，以提高收率，减少“三废”排放，使其具备放大生产的条件.

2 实验部分

2.1 主要仪器设备与主要原材料

2.1.1 主要仪器设备

实验用主要仪器设备情况见表1.

表1 实验用主要仪器设备

2.1.2 主要原材料

间溴苯乙酮、氯化亚砜、无水乙醇、碳酸氢钠等，均为工业品.

2.2 1,3,5-三(3-溴苯基)苯的合成

2.2.1 1,3,5-三(3-溴苯基)苯的合成原理

1,3,5-三(3-溴苯基)苯的合成路线见图1.

这是一个含有α-氢的对称的酮在酸催化下的自身缩合反应，其反应机理见图2.

图1 1,3,5-三(3-溴苯基)苯的合成路线

图2 1,3,5-三(3-溴苯基)苯的反应机理

由图2可知，其反应过程分三步.首先，氯化亚砜与乙醇反应放出氯化氢.其次，间溴苯乙酮在酸的作用下进行烯醇互变.再次，烯醇式与酸活化的酮式经缩合脱掉两分子水，经6π电子环化关环.最后，再脱掉一分子水，得到1,3,5-三(3-溴苯基)苯.

2.2.2 1,3,5-三(3-溴苯基)苯的合成

向带有尾气吸收装置的10 L四口瓶中加入间溴苯乙酮990 g(5 mol)，无水乙醇2.5 L，室温下缓慢滴加944 g(8 mol)氯化亚砜，随着氯化亚砜加入量的不断增大，反应液颜色由黄色逐渐变成棕色，最后变成黑色，大约10 min后反应液开始析出黄色固体，滴加氯化亚砜完毕后，升温至78 ℃，反应4 h，取样进行TLC(薄层色谱，Thin Layer Chromatography)检测，原料点消失，反应结束.将反应温度降至室温，依次向反应液中缓慢滴加冰水，再用饱和碳酸氢钠溶液调至无气泡，降温至0～5 ℃，搅拌2 h，过滤，滤饼依次用水和乙醇洗涤，60 ℃鼓风干燥，得浅黄色固体815 g，摩尔收率90.6%，HPLC(高效液相色谱)纯度为98.3%.

2.3 产物分析与表征

2.3.1 熔点测定

使用 RY-1G型熔点仪测量产物的熔点.取少量精制产品置熔点测定毛细管中，在洁净玻璃管中填实，旋转按钮到110 V，调整温度至160 ℃,升温速率控制在1 ℃/min.实测产品熔点为170～171 ℃，与文献[2]中的值相符，因此可以初步判断产品为目标产物.

2.3.2 核磁氢谱测定

用氘代氯仿为溶剂，用核磁共振谱仪得到的核磁氢谱见图3.

图3 核磁氢谱图

由图3可得，1H NMR(400 MHz, CDCl3,25 ℃, TMS):δ7.82(t,J=1.6～2.0 Hz, 3H), 7.709(s,3H),7.604(d,J=8.0 Hz,3H),7.538(dd,J=0.8～8.0 Hz,3H),7.361(dd,J=7.6～8.0 Hz, 3H).

由此可知，产品结构与1,3,5-三(3-溴苯基)苯的结构相符合.

3 结果与讨论

3.1 原料的投料比对产品收率的影响

乙醇在反应体系中主要起反应介质的作用.由于1,3,5-三(3-溴苯基)苯为固体，在乙醇中的溶解度不太大，随着反应的进行，产品会逐渐在反应体系中析出，如果乙醇量太小，反应液会变得粘稠；如果乙醇量太大，反应液浓度会降低，反应变慢，反应时间延长，溶解在乙醇中的产品会增多，进而使得收率降低.经过反复试验后确定，乙醇的用量为间溴苯乙酮的4倍体积时效果最佳.

理论上，氯化亚砜的投料量与间溴苯乙酮的摩尔数相等，但考虑到实际反应体系中微量水的影响，氯化亚砜的实际用量要多于理论值.按照本文所述实验过程，只改变间溴苯乙酮与氯化亚砜的投料比，在其他条件不变的情况下，其对收率的影响情况见表2.

表2 间溴苯乙酮与氯化亚砜的投料比对收率的影响

从表2可以看出，n(间溴苯乙酮) ∶n(氯化亚砜)=1∶1.6时，收率最高，再提高氯化亚砜的投料比，收率变化并不明显，保持在最高值附近不变，所以1∶1.6是间溴苯乙酮与氯化亚砜的最佳投料比.

3.2 反应时间、反应温度对产品收率的影响

初期反应过程中，放热显著，且有氯化氢气体放出，而缓慢滴加氯化亚砜可以使反应温和，放热缓慢.反应时间、反应温度对收率的影响情况见表3.

由表3可知，在50 ℃反应2 h，收率为30.0%；升温至回流温度78 ℃，反应4 h后，收率达到最大；再延长反应时间，收率基本无变化.所以最佳反应时间为4 h，最佳反应温度为回流温度78 ℃.

表3 反应时间与反应温度对收率影响

3.3 逐级放大过程中收率的变化情况

按实验确定好的制备工艺逐级放大，得到的实验数据见表4.

从表4可以看出，随着间溴苯乙酮投料量的逐步加大，收率也逐步提高.当加大到1000 g时，收率保持一个相对的稳定值；当多于1000 g时，收率的变化不大.平行三批数据，其收率稳定，产品质量也稳定.

表4 逐级放大过程的实验数据

4 结论

以放大生产为目的对1,3,5-三(3-溴苯基)苯的制备工艺进行了系统研究.通过对原料的投料比、反应温度及反应时间对产品质量及收率的影响，得到了最佳的反应条件：n(间溴苯乙酮)∶n(氯化亚砜)为1∶1.6，反应温度为78 ℃，反应时间为4 h.把生产规模放大到千克级，平行三批实验，收率稳定，质量可靠，达到了预期的实验效果.