高純間氯甲苯的合成研究

孫雅坤

（江蘇淮河化工有限公司，江蘇淮安 211742）

間氯甲苯又名3-氯甲苯，分子式C7H7Cl，分子量126.59。無色液體，熔點-47.8℃，沸點162℃，相對密度1.072 2，折射率1.521 4（19℃），閃點50℃。極易溶于乙醇、苯和氯仿，不溶于水。

間氯甲苯是一種有機中間體，可以用來合成間氯苯甲醛、間氯苯甲酸、間氯氯芐等醫藥中間體。

間氯甲苯可以用甲苯進行氯化反應生產，但由于甲苯氯化反應的主產品是鄰氯甲苯和對氯甲苯，間氯甲苯只有極少的一部分。目前國內的主要生產途徑是通過間甲苯胺進行重氮化反應生成重氮鹽酸鹽，再通過桑得邁爾反應生成間氯甲苯，但在影響產品的各因素上控制各不相同，并直接導致最終成品的品質與收率存在很大差異，進而導致綜合成本與整體經濟效益的巨大區別。基于此現狀，本文在各反應機理的基礎上，通過不懈地實踐，最終尋找到了影響反應全過程的較為全面的各控制因素的可控范圍，旨在優化工業生產，最終對優產、節能與減排等方面能有所幫助。綜合各方利弊，本法也是采用以間甲苯胺為主要原料的合成路線，只是在各控制因素上避開了固有的思維束縛，考察了重氮化、桑得邁爾反應過程中的反應溫度和鹽酸濃度對反應的影響，獲得了比蘇南某地工業化生產單位的實驗室小試（產品得率在75%左右）更好的結果；反應后最終可生成粗品成分達99%以上，成品純度99.5%以上，產品綜合得率大于91%。

1 實驗部分

1.1 反應過程

1.1.1 重氮化反應

將間甲苯胺溶解于鹽酸溶液中形成間甲苯胺的鹽酸鹽，再向該溶液中滴加亞硝酸鈉溶液，反應一段時間后生成重氮鹽酸鹽溶液。反應式如下：

1.1.2 桑得邁爾反應

將上步反應所得的重氮鹽酸鹽溶液滴加到氯化亞銅的鹽酸溶液中進行反應，生成間氯甲苯粗品。分離出油層進行水洗后將油層進行簡單蒸餾后得到間氯甲苯成品。反應式如下：

1.1.3 工藝流程簡介

工藝流程見圖1。

圖1 工藝流程圖

1.2 試劑和主要儀器

間甲苯胺，工業級，含量＞99.5%；亞硝酸鈉，工業級，含量＞99%；鹽酸，工業級，＞99.0%；氯化亞銅，＞98%；小蘇打，一級；尿素，工業級。

1 000mL三口燒瓶，溫度計，攪拌器，油水分離器，蛇管冷凝器，量筒，1 000mL燒杯，電熱恒溫水浴鍋，水蒸氣蒸餾裝置。

1.3 重氮化反應 重氮鹽的生成

先將60g間甲苯胺充分溶于355g稀鹽酸中，形成間甲苯胺鹽酸鹽溶液，并隨即將此鹽酸鹽溶液放置在冰浴中，待溫度降至0℃時，慢慢滴加稀亞硝酸鈉溶液，控制滴加速度在1h左右，生成重氮鹽溶液。待反應快到終點時，用淀粉碘化鉀試紙測定反應終點即停加亞鈉溶液。繼續保溫攪拌2h左右，加微量尿素至無氣泡冒出。將生成的重氮鹽溶液繼續放置在冰浴中備用。

1.4 桑得邁爾反應 間氯甲苯的生成

將12g氯化亞銅充分溶于事先配制好的稀鹽酸中，在水浴鍋中維持在一定的溫度下緩慢滴加上述所得的重氮鹽溶液，并控制滴加時間為3h左右。滴加完后保溫一段時間，最后將反應物降至常溫。分層，洗滌，蒸餾得成品。

2 結果與討論

綜合比較各次的實驗情況，提高最終品質與得率的最主要因素有以下兩點。

2.1 溫度

2.1.1 重氮化反應溫度

重氮化反應中，溫度的控制比較苛刻。在間甲苯胺重氮化的過程中，溫度的控制尤其嚴格，圖2為重氮化時溫度與其得率的對應關系。

圖2 重氮化時溫度與其得率的對應關系示意圖

由圖2得知：間甲苯胺在重氮化時，溫度控制在-5～-2℃反應較佳，同時可發現溫度的調節范圍也比較窄。除此溫度區域，其他溫度都不好且不經濟。

2.1.2 桑得邁爾反應溫度

對此合成的桑得邁爾反應溫度也進行了多次探索，圖3中反映的即為此反應溫度與得率的對應關系。

圖3 桑得邁爾反應溫度與粗品得率關系示意圖

由圖3可看出：在桑得邁爾反應過程中，反應溫度控制在25～30℃較好，而其他的溫度區域明顯較差。

2.2 鹽酸的濃度

鹽酸濃度有兩種，一是重氮化時的鹽酸濃度，另一是桑得邁爾反應時的鹽酸濃度，這兩種濃度有一定的區別。在本實驗中同樣做了大量的實踐與對比，總結如下。

2.2.1 重氮化時的鹽酸濃度

此時的鹽酸濃度要控制在一個適當的范圍內，太高與太低都會對重氮鹽產物產生很大的影響，導致一些不必要的重氮絡合物的生成。如圖4所示。

圖4 鹽酸濃度與重氮鹽的得率關系示意圖

從圖4中可明顯看到，鹽酸濃度在20%時重氮鹽的得率最高，高于或低于此濃度，得率明顯降低。

2.2.2 桑得邁爾反應時的鹽酸濃度

此反應中的鹽酸以溶解氯化亞銅為目的，也可以說是營造一個適度酸度的氛圍，保護重氮鹽，抑制未來得及反應的重氮鹽快速分解，最終使得在以氯化亞銅為催化劑的條件下讓重氮基脫氮。但考慮此反應同樣亦生成水，因此，此處的鹽酸濃度也不能太高，但也不能太低。如圖5所示：

圖5 鹽酸濃度與桑得邁爾反應得率的關系示意圖

由圖5可知，在桑得邁爾反應中，鹽酸濃度在18%時，反應最好。

3 結論

1）以間甲苯胺為原料，經重氮化和桑得邁爾反應制得高純間氯甲苯的合成工藝過程中：重氮化反應溫度控制在-5～-2℃，鹽酸濃度在20%；桑得邁爾反應溫度控制在25～30℃，鹽酸濃度在18%時，反應效果較好，此時產品的得率在91%以上。

2）在整個反應過程中，影響反應的因素很多，如亞硝酸鈉溶液的濃度，亞硝酸鈉的過量問題，攪拌速度問題，滴加速度的均勻度問題，桑得邁爾反應終點時的溫度控制問題等，這都需要做到很好的把握。

3）按上述實驗過程，最終可生成粗品成分達99%以上，成品純度大于99.5%的間氯甲苯成品55g。此結果無論從產品的得率和最終成品的純度上，都比蘇南某地工業化生產單位的實驗室小試結果好。他們的最終產品得率在75%左右，而本法制得的最終產品得率高達91%。對低濃度鹽酸溶液、氯化亞銅催化劑、洗滌水等的套用，也做了一些實踐，達到了預期效果，為更好地實現本產品的工業化節能減排工作提供了一定的幫助。