3.4光照对反应的影响
从表 1 可以看出,2,6-二氯甲苯在黑暗中基本上没有反应,并且在反应液中没有检测到2,6-二氯苄溴(表 1,条目 1)。 当打开光源 ,反应就发生了。 随着光照强度从 72W 增加到 87W,2,6-二氯甲苯的转化率从 66.7% 增加到 76.1%,2,6-二氯苄溴选择性从 76.2% 降低到 73.8%,但2,6-二氯苯甲酸选择性从 9.5% 增加到 12.8%(表 1,条目 2 和 3 )。 随着光照强度的进一步增加,2,6-二氯甲苯转化率缓慢增加,但 2,6-二氯苄溴和2,6-二氯苯甲酸的选择性均下降(表 1,条目 4),这可能是因为在过强的光强度下发生了其他副反应。 因此,确定光强为87W。
表1. 光照对2,6-二氯甲苯氧化苄基溴化反应的影响
条目 | 条件 | 2,6-二氯甲苯 转化率 /% | 产物选择性 /% | ||
2,6-二氯苄溴 | 2,6-二氯苯甲酸 | ||||
1 | 黑暗 | - | - | - | |
2 | 72w 蓝光 | 66.7 | 76.2 | 9.5 | |
3 | 87w 蓝光 | 76.1 | 73.8 | 12.8 | |
4 | 118w 蓝光 | 78.4 | 72.5 | 7.6 |
反应条件:HBr:H2O2:2,6-二氯甲苯 (molar ratio) = 1.5:1.5:1; 溶液A: 15.0 wt.% 2,6-二氯甲苯(0.093 mol) 溶于73.0 mL 1,2-二氯乙烷,1.37 mL/min; 溶液B:12.5wt.%的HBr水溶液,1.33mL/min; 溶液C:5.76wt.%的H2O2水溶液,1.33mL/min;停留时间: 5.88 min; 反应压力:0.8 MPa; 反应温度:70℃.
3.5物料浓度的影响
在HBr: H2O2:2,6-二氯甲苯摩尔比=1.5:1.5:1、停留时间为5.88 min、光照强度为87 W的条件下,考察了物料浓度对反应的影响。 如图6所示,横坐标以2,6-二氯甲苯浓度为基准,随着2,6-二氯甲苯浓度从11.0wt.%增加到 21.0wt.%,2,6-二氯甲苯的转化率从49.8%增加到 98.1%,然后随着物料浓度的进一步增加,转化率缓慢增加。
总体而言,2,6-二氯苄溴的选择性随着物料浓度的增加呈现先升高后降低的趋势,在2,6-二氯甲苯浓度为21.0 wt.%时达到最大值93.2%。此外,随着物料浓度的增加,2,6-二氯苯甲酸的选择性呈现逐渐下降的趋势。当2,6-二氯甲苯浓度为21.0wt.%时,2,6-二氯苄溴产率最高,为91.4%。
反应条件: 87W蓝光; HBr: H2O2:2,6-二氯甲苯(摩尔比)= 1.5:1.5:1; 溶液A:2,6-二氯甲苯溶于1, 2-二氯乙烷,1.37 mL/min; 溶液B:HBr水溶液,1.33 mL/min; 溶液C:H2O2水溶液,1.33 mL/min; 停留时间:5.88min;反应压力:0.8 MPa; 反应温度:70℃。
DCT:2,6-二氯甲苯
DCBB:2,6-二氯苄溴
DCBA:2,6-二氯苯甲酸
3.6 H2O2对HBr摩尔比的影响
优化H2O2/HBr的摩尔比对提高H2O2或Br的利用效率具有重要意义。 在2,6-二氯甲苯、HBr 和 H2O2 浓度分别为21.0wt.%、16.3wt.%和7.7wt.% 以及2,6-二氯甲苯与H2O2为1:1.5 的情况下进行的。 如图7所示,随着H2O2与HBr的摩尔比从1.5:1.5增加到1.5:1.4,2,6-二氯甲苯的转化率和2,6-二氯苄溴的选择性均略有下降,并且随着H2O2与 HBr 的摩尔比的进一步增加呈下降趋势。 然而,在H2O2与HBr的摩尔比为1.5:1.4时,Br的最大利用效率为62.5%。因此,H2O2与HBr的最佳摩尔比为1.5:1.4。
反应条件: 87 W 蓝光; 2,6-二氯甲苯:H2O2 (摩尔比) = 1:1.5; 溶液 A: 21.0 wt.%的2,6-二氯甲苯 (0.141 mol)溶于73.0mL 1,2-二氯乙烷; 溶液B: 16.3 wt.% HBr水溶液; 溶液C: 7.1 wt.% H2O2水溶液; 停留时间:5.88 min; 反应压力:0.8 MPa;反应温度:70℃.
DCT:2,6-二氯甲苯
DCBB:2,6-二氯苄溴
DCBA:2,6-二氯苯甲酸
基于以上实验结果,得出了光照下微通道反应器中2,6-二氯甲苯氧化苄基溴化生成2,6-二氯苄溴的最佳工艺条件,即HBr: H2O2:2,6-二氯甲苯摩尔比为1.5:1.5:1,2,6-二氯甲苯、HBr和H2O2浓度分别为 21.0 wt.%、16.3 wt.% 和 7.7 wt.%,停留时间 5.88 min,反应压力 0.8 MPa,反应温度 70℃,87 W 蓝光。 在最佳条件下,2,6-二氯甲苯的转化率为98.1%,2,6-二氯苄溴的选择性为93.2%,收率为91.4%。
三、 【结论】
以H2O2为氧化剂,HBr为溴源,在光照下的微通道反应器中进行了2,6-二氯甲苯氧化苄基溴化合成2,6-二氯苄溴,此工艺过程安全绿色。在最佳反应条件下,2,6-二氯甲苯的转化率高达98.1%,2,6-二氯苄溴收率为91.4%。微通道反应器可操作性强,反应物在其中更易获得光照,这使反应得以高效进行。