3,5-二溴苯甲醛的制备

背景及概述

3,5-二溴苯甲醛属新型的农药、医药中间体。用它合成的农药具有选择性强、用量少、高效低残留等优点‚是一种绿色农药。3，5-二溴苯甲醛也是生产盐酸氨溴索的关键中间体。3,5-二溴苯甲醛。3，5-二溴苯甲醛英文名称：3,5-Dibromobenzaldehyde，CAS号：56990-02-4，分子式：C7H4Br2O，分子量：263.914，外观与性状：白色粉末，密度：1.977 g/cm3，沸点：287.221ºC at 760 mmHg，熔点：84-88 °C(lit.)。

制备

以苯甲醛、溴素为原料，用无水三氯化铝作催化剂，1，2－二氯乙烷作溶剂合成新型农药中间体3,5-二溴苯甲醛[1]。其合成反应式如下图：

图1 3,5-二溴苯甲醛的合成反应式

实验操作：

方法一、

反应釜中加入300kg1，2－二氯乙烷和108．8kg无水三氯化铝。搅拌下滴加66．6kg 苯甲醛。温度不超过40℃。滴完后搅拌30min。于40～45℃滴加110．0kg 经浓硫酸干燥处理过的溴素。中途取样分析跟踪反应是否正常。滴完后保温5～6h。将溴化氢尾气通入水中生成氢溴酸水溶液。向该水溶液中通入氯气。经分层、干燥处理后置换出36．5kg Br2 回收再利用。形成的氯化氢气体经水循环吸收可得副产盐酸。用于下道工序。保温完毕后把混合物倒入500kg 左右上述副产稀盐酸中搅拌洗去三氯化铝。静置分层。有机层用无水硫酸镁干燥、减压精馏。可得前馏分回收1，2－二氯乙烷251．1kg；于80℃（0.133kPa）收集产品馏分。得109．7kg 淡黄色油状液体。用少量 NaHSO3 清洗。经分层、干燥、简单蒸馏得106．6kg 无色透明油状液体3,5-二溴苯甲醛。

方法二、

负载催化剂的制备

选取 FeBr3 、ZnBr2 、CuBr2 和 NiBr2 按照文献[1]的方法分别制备了 FeSIL、SBA-15 支载的 1-甲基-3-（丙基三氧基硅烷）咪唑-ZnBr 3 离子液体（ZnSIL）、SBA-15 支载的 1-甲基-3-（丙基三氧基硅烷）咪唑-CuBr 3 离子液体（CuSIL）和 SBA-15 支载的 1-甲基-3-（丙基三氧基硅烷）咪唑-NiBr 3 离子液体（NiSIL），FeBr 3 、ZnBr 2 、CuBr 2 和 NiBr 2 的负载量分别为 0.73，0.80，0.83，0.91 mmol/g。

3，5-二溴苯甲醛的制备

在反应瓶中，加入 60.5 g 苯甲醛，147 g NH4Br 和 250 mL 甲醇-水（体积比 1：1），搅拌溶解，加入 20.5 gFeSIL，在 40 ℃下，滴加 125 mL 15%H2O2，保温反应 3 h，冷却至室温，过滤，滤饼在索氏提取器中用甲醇洗涤24 h，70 ℃下进行干燥，用于催化下一轮反应. 滤液减压蒸馏回收甲醇，剩余液用乙酸乙酯萃取（3×100 mL），Na2SO4 干燥，过滤，浓缩，得到粗品，甲醇重结晶，得3,5-二溴苯甲醛。

结果与讨论

催化剂的筛选

对负载离子液体 FeSIL，ZnSIL，CuSIL 和 NiSIL 催化剂进行筛选.以 ZnSIL 和 NiSIL 为催化剂时，产物 1 的收率低；CuSIL 有一定催化活性，产物 1 的收率为47.3%；FeSIL 催化活性，使产物 1 的收率达到 98.5%. 表明与 Zn 2+ 、Ni 2+ 和 Cu 2+ 相比，FeSIL 中负载在SBA-15 表面的 Fe 3+ 作为催化活性位点，更能很好地通过与 H2O2络合，活化 H2O2，促进其对 Br - 的氧化，同时极化原位生成的 Br 2 产生 Br + ，促进苯环的溴化反应，与报道的 FeCl 3 的催化机理相一致. 不加催化剂，反应不进行。

反应温度和反应时间的选择

以 FeSIL 为催化剂，考察不同反应温度和反应时间对反应的影响，反应温度对反应的速率和产物的收率有较大影响。 反应温度从 20 ℃提高到 40 ℃，反应速率和产物收率提高，但提高到 50 ℃时，虽然反应时间缩短，但产物收率降低。 在 40 ℃下，延长反应时间至 5 h，产物收率下降。 表明反应温度高于 40 ℃或反应时间大于 3 h，对反应不利。 原因是产物 1 的醛基将进一步被氧化成羧基，产生副产物。 因此，优选反应温度为 40 ℃、反应时间为 3 h。

底物量比的影响

以 3 mol%FeSIL 为催化剂，40 ℃下反应 3 h，考察底物量比对反应的影响，反应物量比对产物收率影响显著。 随着苯甲醛 与NH4Br摩尔比增大，产物收率逐渐升高。 当 n（苯甲醛）：n（NH4Br）=1：3 时，产物收率达 91.4%，再继续增大NH4Br的量，产物收率没有提高。 当 n（苯甲醛）：n（H2O2 ）从1：1 变为 1：1.1 时，产物收率从 91.3%提高到 98.5%，再继续增大 H2O2用量，收率反而降低，这可能与 H2O2过量太多，会继续氧化产物1 产生羧酸副产物有关。 因此，优选 n（苯甲醛）：n（NH4Br）：n（H2O2）=1：3：1。1。

催化剂用量的影响

以 FeSIL 为催化剂，底物 n（苯甲醛）：n（NH4Br）：n（H2O2）=1：3：1.1 投料，40 ℃下反应 3 h，考察催化剂用量对反应的影响，随着催化剂用量增大，产物 1 的收率提高。 当 n（苯甲醛）：n（FeSIL）=1：0.03 时，产物 1 的收率达98.5%，进一步增大 FeSIL 的用量，收率没有提升。 因此，优选 n（苯甲醛）：n（FeSIL）=1：0.03。

溴盐种类的影响

以 3 mol%FeSIL 为催化剂，底物 n（苯甲醛）：n（溴盐）：n（15% H2O2）=1：3：1.1 投料，40 ℃反应 3 h，考察溴盐NH4Br、NaBr 和 KBr 对反应的影响。综合考虑生产成本，优选溴盐 NH4Br。

结论

FeSIL 催化剂在 NH4Br/H2O2 为溴源，溴化产物表现出良好的催化活性。 甲醇-水（1：1）为溶剂，n（苯甲醛）：n（NH4Br）：n（H2O2）：n（FeSIL）=1：3：1.1：0.03，H2O2 浓度为15%，反应温度为 40 ℃，反应时间为 3 h 为反应条件。

参考文献

[1]Recueil des Travaux Chimiques des Pays-Bas, , vol. 42, p. 151,153,164,168