一种4-氯代苯酐的制备方法
技术领域
本发明涉及一种4-氯代苯酐的制备方法，属于有机化学合成技术领域。
背景技术
4-氯代苯酐是一种用途广泛、附加值高的精细化工品，是制备联苯四甲酸二酐、二苯醚四甲酸二酐、二苯硫醚四甲酸二酐、双醚酐等化合物的主要原料，以这些化合物为单体制备的聚酰亚胺工程塑料比均苯型聚酰亚胺工程塑料具有更好的耐高温性能和其它特殊功能，主要应用于航空、航天、电子、机电等高新科技领域。
目前，国内外已提出二十多种制备一氯代苯酐的方法。归纳起来，有工业应用价值的主要有：苯酐的次氯酸钠氯化法(SU1004328、特开昭55-20705)，苯酐气相催化氯化法(U.S.P2400565)，邻苯二甲酸单钠盐氯化法(CN1526710)，一氯代邻二甲苯气相催化氧化法(Ger Offen2336875、DE2336875、CN1324793A、CN1257867A)和一氯代邻二甲苯液相催化氧化法(CN1295999A、CN1560045A)。上述方法的缺点是4-氯代苯酐的收率低、对设备腐蚀严重、工艺过程长等，特别是4-氯代苯酐的收率问题，它们都产出大量的3位异构体和其他杂质。1988年Occidental Chemical Corporation报道了一氯代四氢苯酐经芳香化反应制取一氯代苯酐的方法，4-氯代苯酐收率为80％。他们在US 4962206中报道，用4-氯代四氢苯酐和液溴在溶剂中反应，以铁或铁盐为催化剂，得到了4-氯代苯酐和4-溴代苯酐的混合物；在US5049682中又报道了液相芳化法制备单卤代苯酐的方法，但他们也没有从初始原料进行完整的工艺研究，目前，国内还未见类似此方法的报道。
发明内容
本发明提供一种4-氯代苯酐的制备方法，反应时无需任何溶剂参与(也可加入少量溶剂)，操作简便，避免了传统4-氯代苯酐的生产方式中反应选择性不好的问题，反应副产物少，无需耗时耗力的减压精馏，可得到高纯度高产率的4-氯代苯酐。
本发明从初始原料马来酸酐和氯丁二烯出发，加入少量吩噻嗪或二乙基羟胺，在具有加热和内部循环冷却的反应器中环合得到4-氯代四氢苯酐，再用液溴作芳化试剂将其芳香化，经减压蒸馏或活性炭脱色结晶，得到4-氯代苯酐，总收率达到85％以上，纯度99％以上。具体步骤如下：
第一步，马来酸酐和氯丁二烯D-A环合制备4-氯代四氢苯酐：
马来酸酐和相当于马来酸酐重量0.90～1.18倍的氯丁二烯，最佳0.94～1.08倍，再加入相当于马来酸酐重量0～0.05倍重量的吩噻嗪或二乙基羟胺，最佳0.003～0.026倍，搅拌，保持反应温度在45～60℃，最佳为50～55℃，回流冷凝或密闭反应3～6h。
第二步，4-氯代四氢苯酐的芳化反应：
取第一步反应产物，加热至芳化温度，搅拌，回流冷凝，取相当于上步产物重量1.73～1.87倍的液溴作芳化试剂进行芳化，最佳液溴重量为1.77～1.82倍；液溴的滴加速率为0.017～0.067g(min·gD-A环合产物)-1，最佳0.024～0.030g(min·g D-A环合产物)-1。这个芳化过程是在熔融或有少量溶剂条件下进行，反应进行方式如下，
(a)单一温度或两个温度梯度完成反应，在70～150℃滴入液溴，分两次或三次滴入，第一次滴入65～80％，液溴大大消耗后，再次滴入10～35％，大大消耗后，第三次滴入0～10％，保持温度或将温度升至160～190℃直至中间体全部转变为最终产品；
(b)三个温度梯度完成反应，在70～110℃滴入65～80％的液溴，保持在这一范围内的温度，直至溴大大消耗，然后将温度升至130～150℃，再滴入10～35％的液溴，保持在这一范围内的温度，直至溴大大消耗，最终将温度升为160～190℃，最后滴入0～10％的液溴，保持在这一范围内的温度，直至中间体全部转变为最终产品。
第三步，粗产品经减压蒸馏或活性炭脱色结晶得到高纯度的4-氯代苯酐：
(a)减压蒸馏：将第二步的产品直接进行减压蒸馏，得到高纯度的4-氯代苯酐，可得到纯度为99％以上，总产率为85％以上的4-氯代苯酐；
(b)活性炭脱色结晶：向第二步的产品中加入相当于其重量5～200％的丙酮、氯苯、1，2，4-三氯苯、溴苯、氯仿、四氯化碳和氯乙烷等溶剂的一种或两种的混合体，再加入0～20％的活性炭，加热，热过滤、冷却结晶，可加入一种少量上述溶剂促进结晶，干燥，可得到纯度为98％以上，总产率为86％以上的4-氯代苯酐。
本发明工艺流程短、产品收率纯度高、副产物少、条件温和、成本低、操作简便等。本发明的产品收率为摩尔收率，方法中的其它比例均为重量比例。
具体实施方式
以下结合技术方案详细叙述本发明的具体实施例。所有的实施例按上述的4-氯代苯酐制备方法的具体技术方案操作。
第一步制备4-氯代四氢苯酐具体实施例：
实施例1
向反应器中加入300g马来酸酐、319g氯丁二烯和3g吩噻嗪，搅拌，反应温度保持在50～55℃，回流反应5h，得到产品545g，单步收率95％，纯度98％；
实施例2
向反应器中加入196g马来酸酐、195g氯丁二烯和1.5g吩噻嗪，搅拌，反应温度保持在50～55℃，密闭反应4h，得到产品354g，单步收率95％，纯度98％；
实施例3
向反应器中加入300g马来酸酐、319g氯丁二烯和3g二乙基羟胺，搅拌，反应温度保持在50～55℃，回流反应5h，得到产品514g，单步收率90％，纯度95％。
第二步芳化反应及第三步纯化过程的具体实施例：
实施例1
取第一步实施例1的反应产物18.65g于反应器中，加热至105℃，搅拌，回流冷凝，在50min内滴入25g液溴，滴毕后保持70min后，再将反应温度升至135℃，同时在18min内滴入9g的液溴，继续反应42min，然后将温度升至160℃保持120min，减压蒸馏，得到产品16.2g，收率89％，总收率为85％，纯度为99％以上。
实施例2
取第一步实施例1的反应产物18.65g于反应器中，加热至105℃，搅拌，回流冷凝，在50min内滴入25g液溴，滴毕后保持70min，再将反应温度升至135℃，同时在14min内滴入7g的液溴，保持46min，然后将温度升至160℃，同时以同样的速率再次滴入2g的液溴，保持120min，减压蒸馏，得到产品16.3g，收率89％，总收率为85％，纯度为99％以上。
实施例3
取第一步实施例1的反应产物18.65g于反应器中，加热至120℃，搅拌，回流冷凝，在50min内滴入25g液溴，滴毕后保持50min后，再以同样的速率再次滴入9g的液溴，继续反应270min，减压蒸馏，得到产品15.8g，收率87％，总收率为83％，纯度为99％以上。
实施例4
取第一步实施例1的反应产物18.65g于反应器中，加热至105℃，搅拌，回流冷凝，在50min内滴入25g液溴，滴毕后保持70min后，再将反应温度升至135℃，同时在18min内滴入9g的液溴，继续反应42min，然后将温度升至160℃保持120min，冷却至50℃，加入18g的丙酮、热过滤，冷却，加入4g的四氯化碳，结晶，过滤，干燥，得到产品16.4g，收率90％，总收率为86％，纯度为98％。
实施例5
取第一步实施例1的反应产物18.65g于反应器中，加热至105℃，搅拌，回流冷凝，在50min内滴入25g液溴，滴毕后保持70min后，再将反应温度升至135℃，同时在18min内滴入9g的液溴，继续反应42min，然后将温度升至160℃保持120min，加入10g的氯苯、0.3g活性炭，热过滤，冷却，加入4g的四氯化碳，结晶，过滤，干燥，得到产品14.2g，收率78％，总收率为74％，纯度为97％。
实施例6
取第一步实施例1的反应产物18.65g于反应器中，加热至105℃，搅拌，回流冷凝，在50min内滴入25g液溴，滴毕后保持50min后，再以同样的速率再次滴入9g的液溴，继续反应270min，经检测知未转化完全(气相转化率100％，气相收率86％，中间体气相比例为10％)，将温度升高到160℃保持60min，中间体完全变成目标产物，减压蒸馏，得到产品16.3g，收率89％，总收率为85％，纯度为99％以上。
实施例7
取第一步实施例1的反应产物18.65g于反应器中，加入2.8g氯苯，加热至90℃，搅拌，回流冷凝，在50min内滴入25g液溴，滴毕后保持70min，再将反应温度升至135℃，同时在18min内滴入9g的液溴，继续反应42min，然后将温度升至160℃保持120min，减压蒸馏将氯苯及其衍生物蒸出，再次将剩余固体减压蒸馏，得到产品15.9g，收率87％，总收率83％，纯度99％。