一种水合氯醛的制备方法与流程

[0001]
本发明涉及有机合成技术领域，特别涉及一种水合氯醛的制备方法。


背景技术：

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水合氯醛是三氯乙醛的水化物，是一种具有长时间（6～8h）镇静催眠作用的醛类化合物，其化学名为2,2,2-三氯-1,1-乙二醇。其催眠作用快（口服15min）可引起近似正常的生理睡眠，醒后无困倦、乏力等后遗作用；为催眠药、抗惊厥药。目前临床较多用于小儿各种辅助检查。工业用途：用于半光镍电位差调节剂，能够去除镀液中的活性硫，提高电位差。农业用途：用于制作敌百虫、除草剂等多种农药的中间体。具体化学结构式如下所示：1832年justus liebig第一次由无水乙醇氯化，经硫酸处理和蒸馏制得三氯乙醛（与水化合生成三氯乙醛水合物—水合氯醛）。1857年wurtz报道了在日光下乙醛氯化生成三氯乙醛，此后pimerrecicher和crae等进行了深入的探索。美国、德国、日本、前苏联等国在二十世纪中期有大量的专利出现，并实现了三氯乙醛的工业化生产。我国三氯乙醛的研发生产最早报道于1951年，立足国内实际情况，一般采用乙醇氯化法生产工艺。经过几十年的发展，取得了一定的成就，催化氯化法生产三氯乙醛的新工艺专利相续出现。三氯乙醛是一种重要的化工原料，分子结构中含有卤素及羰基，用途广泛，是制备医药(如氯霉素、金霉素及甲砜霉素)、农药(如滴滴涕、敌百虫、敌敌畏、二溴磷、三氯乙酸钙、溴螨酯、除草剂)和其它有机化工产品(如氯仿、三氯乙酸、二甲基甲酰胺等)的重要原料。
[0003]
鉴于本产品结构的特殊性，将合成路线分为两大类，制备过程中使用氯气和不使用氯气。
[0004]
类型一，制备过程中使用氯气路线1：乙醇与氯气反应制备（1） 机理一（2）机理二
乙醇氯化法制备三氯乙醛（或水合氯醛）过程中，会存在一取代和二取代的中间态（一氯乙醛、二氯乙醛），同时产生大量的废酸及副产物（俗称黑油）：脂类、三氯乙醛缩乙醇、一氯乙酸乙酯、二氯乙酸乙酯、三氯乙酸乙酯，盐酸。
[0005]
路线2：乙醛与氯气反应制备该法同乙醇氯化法一样，存大量副产物，且需要使用氯气。
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类型二，制备过程中不使用氯气路线3：由t. a.; fomina, 在1983发表的一篇文章，氯取代的环氧化物的活性和基于它们的合成中报道。但起始物料不常见，成本高。
[0007]
路线4：由zakharkin, l. i.于1988发表的文章，thf溶液中向丁二烯和异戊二烯中添加氢化铝锂和氢化铝的顺序中报道。该法物料获取困难。
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路线5：
该路线由us 4754088报道，以乙烯为起始物料制备，相比乙醇氯化法和乙醛氯化法需要更高的反应条件，如高达150度的温度或加压，反应条件苛刻。
[0009]
我国工业生产三氯乙醛主要采用乙醇氯化法生产工艺。氯气和乙醇在室温下反应生成一氯乙醛，反应温度达到70~80℃时生成二氯乙醛，温度达到80~90℃时生成三氯乙醛。具体过程为向无水乙醇中缓慢通入氯气，控制温度约60℃，最后升温到约100℃。氯化氢气体用水吸收生成30%~36%盐酸水溶液，氯化氢停止释放表明反应基本完成。反应通常以氯化铁和乙基卤化物等为催化剂。反应完成后进行蒸馏，塔顶温度升到100℃是停止蒸馏。然后精馏，94℃以上的馏出液为纯三氯乙醛。加入少量石灰石或碳酸氢钠处理，得精品。氯化副产物二氯乙烷、氯乙烷等氯化物经水洗、碱洗、干燥、冷凝、蒸馏后包装用于生产农药。
[0010]
乙醇氯化生成三氯乙醛是一个由动力学控制的化学反应，速度较慢，过程复杂，中间产物繁多，且产生大量废弃物和废弃尾气。按反应理论计算：每生产1mol三氯乙醛需要产生5mol氯化氢气体计算，年生产1吨三氯乙醛，会产生氯化氢气体1.24吨。乙醇氯化法氯化尾气含氯化氢92%左右，其余为氯乙烷、氯、乙醇、氯甲烷、四氯化碳、光气、醛类等。冷却后进行降膜吸收制成副产品盐酸，经绝热吸收除去残于的氯化氢，然后进入脱氯塔脱氯。脱氯后的气体再经冷却、压缩、冷凝为粗氯乙烷，不凝气体排空。氯化尾气有燃烧爆炸的风险，氯乙烷尾气在水洗塔中屡屡发生爆炸，不仅造成很大的经济损失，而且严重威胁生产的安全。燃烧爆炸的原因可能是氯乙烷和氯等混合气体在氯浓度高的时候形成可燃性混合气体。


技术实现要素：

[0011]
针对上述背景，本发明的目的在于提供一种水合氯醛的制备方法，解决现有技术需要使用有毒气体氯气，产品杂质多，排放大量有毒废气的弊端，规避生产过程中的安全风险。
[0012]
本发明采用以下技术方案：设计的合成路线如下：一种水合氯醛的制备方法，所述方法包括以下的步骤：a. 三氯乙酰氯溶解在有机溶剂后，再在还原剂的作用下通过还原反应，制备得到三氯乙醇。
[0013]
b. 三氯乙醇在氧化剂和催化剂的作用下发生氧化反应，制备得到三氯乙醛。
[0014]
c. 三氯乙醛与水反应，再通过良性有机溶剂和不良有机溶剂重结晶得到水合氯醛。
[0015]
进一步的，上述一种水合氯醛的制备方法，所述步骤a的反应温度为-10~10℃；步骤b的反应温度为-10~0℃，步骤c的反应温度为-10~10℃。
[0016]
进一步的，上述一种水合氯醛的制备方法，所述步骤a用的还原剂为硼氢化钠、硼氢化钾、氢化铝锂、氢化铝钾中的一种或多种。
[0017]
进一步的，上述一种水合氯醛的制备方法，所述步骤a中还原剂与三氯乙醇的摩尔比为（1.5~2.5）：1。
[0018]
进一步的，上述一种水合氯醛的制备方法，所述步骤a中的反应时间为1~4小时。
[0019]
进一步的，上述一种水合氯醛的制备方法，所述步骤a中的蒸馏温度为45~85℃。
[0020]
进一步的，上述一种水合氯醛的制备方法，所述步骤b中氧化剂与三氯乙醇的摩尔比为（1.2~2.5）：1。
[0021]
进一步的，上述一种水合氯醛的制备方法，所述步骤b中的反应时间为0.5小时~2小时。
[0022]
进一步的，上述一种水合氯醛的制备方法，所述步骤b中的催化剂的用量为1%~5%。
[0023]
进一步的，上述一种水合氯醛的制备方法，所述步骤c中水与三氯乙醛的摩尔比为(1.0~2.0) : 1。
[0024]
进一步的，上述一种水合氯醛的制备方法，所述步骤c中的反应溶剂为二氯甲烷、乙酸乙酯中的一种或多种。
[0025]
进一步的，上述一种水合氯醛的制备方法，所述步骤c中的不良溶剂为正己烷、正庚烷中的一种或多种。
[0026]
进一步的，上述一种水合氯醛的制备方法，所述步骤c中的结晶温度为-10~10℃。
[0027]
进一步的，上述一种水合氯醛的制备方法，所述步骤c中的结晶时间为1~2小时。
[0028]
进一步的，上述一种水合氯醛的制备方法，所述方法包括如下具体步骤：a. 将原料三氯乙酰氯溶解在有机溶剂中，降温至-10~10℃，加入摩尔比为（1.5~2.5）的氧化剂，保温反应1~4小时，再萃灭，有机溶剂萃取分层，得到三氯乙醇的溶剂，再经45~85℃蒸馏分离得纯品三氯乙醇。
[0029]
b. 三氯乙醇溶解在有机溶剂中，加入1%~5%的主催化剂和10%~20%当量共催化剂，降温至-10~10℃，加入摩尔比为（1.2~2.5）：1的氧化剂后保温反应0.5~2小时，再萃取分离，有机层后浓缩得三氯乙醛。
[0030]
c. 三氯乙醛溶解在良性溶剂中，降温至-10~10℃，加入摩尔比为(1.0~2.0) : 1的水反应0.5~1.0小时，再加入不良溶剂，于-10~10℃析晶1~2小时后过滤，干燥得水合氯醛精干品。
[0031]
本发明具有的有益效果：与国内目前使用乙醇或乙醛与氯气反应制备水合氯醛的工艺相比。
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1. 本发明的工艺获得的水合氯醛没有复杂的中间产物，产物纯度高，杂质少。
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2. 本发明的工艺以三氯乙酰氯为起始物料，三氯乙酰氯是市场极易获得的大众廉价产品。本发明的工艺避免使用氯气，对环境影响友好。也避免了使用氯气工艺所带来的尾气毒害问题和可能产生爆炸燃烧的风险。
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3. 本发明的工艺总收率达到60%以上。
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故本工艺是一条绿色环保，可操作性强，经济效益高的制备工艺。
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附图说明：图1：本发明实施例合成的水合氯醛的液相图谱。
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具体实施方式：下面结合具体实施例对本发明作进一步的描述，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
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三氯乙醇的制备：实施例1在2l三口瓶中加入50g三氯乙酰氯、200g乙醇和300g二氯甲烷，降温至-10~10℃，再加入20.80g硼氢化钠，加毕，保温反应2小时。再加入900g稀酸，静置分层，水层再用300g二氯甲烷萃取，合成二氯甲烷层，于45~60℃减压蒸馏，收集三氯乙醇馏分，得到纯品三氯乙醇34g，纯度99%，收率83%。
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实施例2在2l三口瓶中加入50g三氯乙酰氯、220g乙醇和320g二氯甲烷，降温至-10~10℃，再加入25.00g硼氢化钾，加毕，保温反应1小时。再加入900g稀盐酸，静置分层，水层再用300g二氯甲烷萃取，合成二氯甲烷层，于45~60℃减压蒸馏，收集三氯乙醇馏分，得到纯品三氯乙醇35g，纯度99%，收率85%。
[0040]
实施例3在2l三口瓶中加入50g三氯乙酰氯、200g甲醇和360g三氯甲烷，降温至-10~10℃，再加入20.80g硼氢化钾，加毕，保温反应1小时。再加入900g稀盐酸，静置分层，水层再用360g三氯甲烷萃取，合成二氯甲烷层，于45~60℃减压蒸馏，收集三氯乙醇馏分，得到纯品三氯乙醇34g，纯度99%，收率83%。
[0041]
三氯乙醛的制备：实施例4在1l三口瓶中依次加入20.00g三氯乙醇,130.00g 二氯甲烷，机械搅拌下降温至-5℃，然后加入0.20g tempo和2.00g溴化钠。待内温-5℃时，开始滴加128.40g次氯酸钠溶液，控制内温不超过-3℃。约1h滴毕，tlc检测反应完全，加入10g硫代硫酸钠进行淬灭，搅拌15min。然后分液，水层再用50ml二氯甲烷萃取一次，合并有机层。有机层在40-50℃常压蒸馏除去dcm，得到淡黄色残留液。然后再减压蒸馏，收集气相温度>55℃馏分。最终得到无色液体约14.69g，收率约74.5%，纯度98%。
[0042]
实施例5在1l三口瓶中依次加入20.00g三氯乙醇,150g 三氯甲烷，机械搅拌下降温至-5℃，然后加入1.00g tempo和4g溴化钾。待内温-5℃时，开始滴加150.0g次氯酸钾溶液，控制内温不超过-3℃。约1h滴毕，tlc检测反应完全，加入12g硫代硫酸钠进行淬灭，搅拌15min。然后分液，水层再用50ml三氯甲烷萃取一次，合并有机层。有机层在40-50℃常压蒸馏除去dcm，得到淡黄色残留液。然后再减压蒸馏，收集气相温度>55℃馏分。最终得到无色液体约15g，收率约75%，纯度98%。
[0043]
水合氯醛的制备：实施例6在100ml三口瓶中依次加入10.00g三氯乙醛和26g二氯甲烷，磁力搅拌下降温至0-10℃。待内温为5℃开始缓慢滴加1.00g纯化水，滴毕搅拌30min，待内温下降至5℃以下，再滴加19.80g正己烷，15min滴毕，保温析晶2h，过滤，滤饼用6.6g正己烷洗涤，湿品减压干燥12h,得到白色固体8.0g收率约97%，纯度99.9%。
[0044]
实施例7在100ml三口瓶中依次加入10.00g三氯乙醛和30g三氯甲烷，磁力搅拌下降温至0-10℃。待内温为5℃开始缓慢滴加1.00g纯化水，滴毕搅拌30min，待内温下降至5℃以下，再滴加30g正己烷，保温析晶2h，过滤，滤饼用正己烷洗涤，湿品减压干燥12h,得到白色固体7.8g，收率95%，纯度99.8%。
[0045]
实施例8在100ml三口瓶中依次加入10.00g三氯乙醛和26g二氯甲烷，磁力搅拌下降温至0-10℃。待内温为5℃开始缓慢滴加1.00g纯化水，滴毕搅拌30min，待内温下降至5℃以下，再滴加20.00g正庚烷，20min滴毕，保温析晶2h，过滤，滤饼用10g正庚烷洗涤，湿品减压干燥12h,得到白色固体7.9g，收率96%，纯度99.9%。
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本发明成功制备了高纯度的水合氯醛，为水合氯醛的制备提供了一条绿色经济、对环境友好、效益高的合成路线和方法，对于更深入的研究水合氯醛的质量及生产过程中的质量控制和安全风险控制有着很大的促进作用。