способ получения 2,2-бис(3,5-дибром-4-гидроксифенил)пропана

Формула изобретения

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ 2,2-БИС(3,5-ДИБРОМ-4-ГИДРОКСИФЕНИЛ)ПРОПАНА бромированием дифенилолпропана жидким бромом в растворе низшего алифатического спирта при молярном соотношении дифенилолпропана и брома 1 : 4 - 4,02 соответственно с поледующей обработкой смеси восстановителем и очисткой конечного продукта спиртом, отличающийся тем, что в зону реакции одновременно подают бром и раствор дифениллолпропана в 50 - 60%-ном водном спирте, полученный осадок отфильтровывают, смешивают с концентрированным или разбавленным водой спиртом с концентрацией 50 - 100 мас.%, добавляют восстановитель, смесь нагревают и выдерживают в течение 0,5 - 1,0 при температуре на 10 - 20^oС ниже температуры кипения используемого спирта, затем продукт осаждают из разбавленного водой до концентрации 50 - 60 мас.% спирта при медленном охлаждении до 15 - 20^oС и отфильтровывают образовавшийся продукт.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что массовое соотношение дифенилпропана и спирта 1 : (5 - 10), в качестве восстановителя используют гидразин гидрат или муравьиную кислоту в количестве 1 - 2 г на 1 моль целевого продукта.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к усовершенствованному способу получения 2,2-бис-(3,5-дибром-4-гидроксифенил) пропана (тетрабромдифенилолпропана, тетрабромбисфенола, ТБДП), который может быть применен в качестве антипирена для получения эпоксидных смол пониженной горючести, используемых в электротехнических изделиях с улучшенными диэлектрическими свойствами и других полимерных материалах.

Известен способ получения ТБДП бромированием дифенилолпропана (2,2-бис(-4-гидроксифенил)пропана), предварительно растворенного в низшем алифатическом водном 50-90%-ном спирте, при весовом соотношении дифенилолпропан: 50-90%-ный спирт, равном 1:1-2, бромом.

Бром подают в раствор дифенилолпропана (ДП) при нагреве реакционной массы от 15-45 до 55-85^оС (1). Процесс описывается следующим уравнением:



Недостатком этого способа является низкое качество получаемого продукта (температура плавления 173^оС, цвет - розовый), что не позволяет использовать его для получения эпоксидных смол электротехнического назначения с улучшенными диэлектрическими свойствами. 2,2-бис(3,5-Дибром-4-гидроксифенил)пропан, используемый для этих целей, должен иметь следующие показатели качества: начальная температура плавления не менее 179^оС, массовая доля примеси бромид-иона - не более 0,01%, массовая доля ионов натрия не более 0,0005%, цвет - белый.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному является способ получения 2,2-бис(3,5-дибром-4-гидроксифенил)пропана путем бромирования дифенилолпропана (ДП) бромом, предварительно растворенном в метаноле (содержащем 3% воды) в соотношении бром: метанол=1:4-4,02.

Процесс бромирования ведут от 20-35^оС до температуры кипения растворителя.

Соотношение ДП:спирт (метанол)=1:1,5-3). Непрореагировавший бром после окончания процесса связывают сульфитом натрия (2). При этом получают 2,2-бис(3,5-дибром-4-гидроксифенил)пропан с пониженным содержанием побочных продуктов (в основном снижается количество органических примесей, например трибромфенола). Другие показатели качества 2,2-бис(3,5-дибром-4-гидроксифенил)про- пана (содержание бромид-иона, ионов натрия) в патенте не приведены. Характеристика чистоты его - содержание основного вещества 99% - приведена на основании хроматографического анализа, который не позволяет определять неорганические примеси (бромид и др.).

Недостаток этого способа состоит в том, что 2,2-бис(3,5-дибром-4-гидроксифенил)пропан содержит повышенное количество неорганических примесей, мешающих его использованию в электронике. При воспроизведении патента массовая доля бромид-иона составила 0,05%, ионов натрия - 0,003%.

Причина этого в том, что при бромировании ДП образуется бромистый водород, который растворен в метаноле. При повышении температуры процесса до 65^оС (температуры кипения метанола) бромистый водород сорбируется кристаллами 2,2-бис(3,5-дибром-4-гидроксифенил)пропана, находящимися в нагретой реакционной массе.

Кроме того, для связывания избытка брома в этом способе применяют сульфит натрия, что загрязняет готовый продукт ионами натрия.

Другой недостаток процесса - необходимость растворения брома в метаноле.

Раствор этот неустойчив, т.к. бром частично реагирует с метанолом, что усложняет процесс (т.к. раствор надо готовить при охлаждении каждый раз непосредственно перед синтезом).

Кроме того, при проведении этого процесса в качестве побочного продукта образуется бромистый метил (газ с температурой кипения 4^оС), который необходимо улавливать, очищать, сжижать и т.д., чтобы выпустить его в виде товарного продукта. Это экономически выгодно при организации производства 2,2-бис(3,5-дибром-4-гидроксифенил)пропана на тех заводах, которые имеют крупнотоннажные производства бромметила, т.е. образующийся побочный продукт направляется для дальнейшей переработки в существующее производство и не требуется дополнительных затрат.

Образование бромметила обусловлено тем, что синтез ведут в концентрированном метаноле (содержание воды не более 3%). При проведении синтеза в разбавленном водном 50-60% -ном метаноле бромметил практически не образуется. Однако как указывалось (1), при синтезе в среде разбавленных спиртов ухудшаются другие показатели качества 2,2-бис(3,5-дибром-4-гидроксифенил)пропана (например, т.пл. 173^оС).

Целью изобретения является повышение качества 2,2-бис(3,5-дибром-4-гидроксифенил)пропана за счет снижения содержания примеси бромид-иона и ионов натрия без ухудшения остальных показателей качества 2,2-бис(3,5-дибром-4-гидроксифенил)пропана и упрощение процесса за счет устранения условий, способствующих образованию побочных продуктов - бромалкилов.

Поставленная цель достигается способом получения 2,2-бис(3,5-дибром-4-гидроксифенил)пропана путем бромирования дифенилпропана в среде низших алифатических спиртов, при мольном соотношении ДП:Br₂=1:4-4,02, причем бромирование ведут при температуре не выше 15-30^оС при одновременной дозировке брома и раствора ДП в 50-60%-ном спирте, полученный 2,2-бис(3,5-дибром-4-гидроксифенил)про- пан-сырец отфильтровывают от реакционной массы (маточника), затем смешивают с концентрированным или разбавленным водой спиртом с концентрацией 50-100 мас.%, добавляют восстановитель, смесь нагревают и выдерживают в течение 0,5-1 ч при температуре на 10-20^оС ниже температуры кипения используемого спирта ( 50-70^оС) в присутствии восстановителя (преимущественно не содержащего ионы металла, например, гидразин гидрата и др.). Затем продукт осаждают из разбавленного водой до концентрации 50-60 мас.% спирта при медленном охлаждении до 15-20^оС и отфильтровывают образовавшийся продукт.

Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается от известного тем, что бромирование ведется в среде 50-60% -ного спирта и завершается при температуре не выше 20-30^оС.

Кроме того, в отличие от известных способов, 2,2-бис(3,5-дибром-4-гидроксифенил)пропан-сырец для завершения процесса нагревают не в реакционной массе, оставшейся после окончания подачи брома и содержащей до 20% НВr и непрореагировавший бром, а в чистом исходном растворителе, для чего 2,2-бис(3,5-дибром-4-гидроксифенил)пропан-сырец предварительно отделяют от реакционной массы фильтрованием или другим известным способом и при необходимости промывают водой. При этом легко удаляется основная масса неорганических примесей.

Отличие процесса от известных состоит также в том, что 2,2-бис(3,5-дибром-4-гидроксифенил)пропан-сырец нагревают в растворителе до температуры на 10-20^оС ниже температуры кипения растворителя с последующим осаждением продукта при медленном охлаждении от 50-70 до 15-20^оС.

Таким образом, заявляемый способ соответствует критерию изобретения "новизна".

Известны способы получения 2,2-бис(3,5-дибром-4-гидроксифенил)пропана в разбавленных 50-60% -ных алифатических спиртах, причем температура бромирования не превышает 20-30^оС, но в этих способах не достигается совокупность показателей качества 2,2-бис(3,5-дибром-4-гидроксифенил)пропана, обеспечивающих его высокую чистоту: низкое содержание неорганических примесей (бромид-иона, ионов натрия) при сохранении на высоком уровне других показателей - температуры плавления, массовой доли основного вещества, цвета и др., достигаемое в заявляемом техническом решении. Таким образом, заявляемый способ соответствует критерию "Изобретательский уровень".

Завершение бромирования при 20-30^оС обусловлено тем, что в этих условиях кристаллы 2,2-бис(3,5-дибром-4-гидроксифенил)пропана не успевают насытиться бромистоводородной кислотой, выделяющейся в процессе реакции и растворенной в реакционной массе, содержащей спирт.

При этой температуре НВr находится лишь в поверхностном слое кристаллов 2,2-бис(3,5-дибром-4-гидроксифенил)пропана и легко удаляется после выделения 2,2-бис(3,5-дибром-4-гидроксифенил)пропана из реакционной массы (при необходимости продукт может быть промыт водой).

Если завершить бромирование при температуре кипения растворителя, то происходит насыщение кристаллов 2,2-бис(3,5-дибром-4-гидроксифенил)пропана бромистоводородной кислотой, которую не удается удалить из них фильтрованием и промывкой (масс. доля бромида в продукте составляет 0,05-0,1%) (табл. 1, пример 1).

Проведение процесса в разбавленном спирте (мас. д. не более 60%), предотвращает образование бромистых алкилов. Использование растворов спиртов с массовой долей менее 50% нецелесообразно из-за плохой растворимости в них дифенилолпропана. Нагрев и выдержку 2,2-бис(3,5-дибром-4-гидроксифенил)пропана-сырца осуществляют в 50-100%-ном исходном чистом спирте или фильтрате после выдержки, (не содержащем примеси брома и бром-иона) при температуре на 10-20^оС ниже температуры кипения растворителя.

Это связано с тем, что 2,2-бис(3,5-дибром-4-гидроксифенил)пропан-сырец после окончания бромирования при 20-30^оС имеет т.пл. 173-175^оС, нагрев его в чистом 50-100%-ном спирте (даже без растворения, т.к. в 50-60%-ных спиртах 2,2-бис(3,5-дибром-4-гидроксифенил)пропан растворим слабо, 5%) приводит к неожиданному эффекту - повышению т.пл. до 180-182^оС и дополнительной очистке от ионных примесей.

Нагрев 2,2-бис(3,5-дибром-4-гидроксифенил)пропана в спирте (особенно в отработанном спирте-фильтрате) осуществляют в присутствии восстановителей (преимущественно, не содержащих катионов металлов, гидразин гидрате и др.).

При отсутствии восстановителей на этой стадии 2,2-бис(3,5-дибром-4-гидроксифенил)пропан имеет кремовый оттенок, из-за образования окрашенных фенольных примесей (пример 7, табл.1).

По этой же причине нагрев и выдержку ведут при температуре на 10-20^оС ниже кипения растворителя, при 50-70^оС, преимущественно при 50-60^оС, т.к. при кипении растворителя происходит окрашивание 2,2-бис(3,5-дибром-4-гидроксифенил)пропана (см. пример 8, табл.1).

Осуществление заявляемого способа поясняется примерами и таблицей.

П р и м е р 1 (сравнительный по пат. США N 4628124).

В реактор помещают 54,16 г дифенилолпропана и 122 г метанола (3% воды). Соотношение ДП:спирт=1:2,3. Раствор, состоящий из 165 г брома в 85 г метанола, готовят при охлаждении.

Раствор бром-метанол при перемешивании в течение 84 мин медленно добавляют к раствору дифенилолпропана при комнатной температуре. После добавления 1/3 раствора брома реакционная масса разогревается до кипения (образуется флегма). Раствор сохраняется в таком состоянии до окончания подачи всего брома и затем выдерживается еще 8 мин при этой же температуре. Для нейтрализации непрореагировавшего брома добавляют 6 г сульфита натрия. Получают 2,2-бис(3,5-дибром-4-гидроксифенил)пропан, содержащий 99% основного вещества (по данным ГЖХ), 0,05% примеси бромид-иона, 0,003% - ионов натрия, т.пл. - 181-182^оС.

П р и м е р 2. 22,8 г (0,1 моля) ДП растворяют в 100 г 50%-ного метанола (соотношение ДП:спирт=1:4,4). В реактор одновременно дозируют из мерников при перемешивании раствор ДП в метаноле и 64 г (0,4 моля) брома при 18-26^оС. После окончания подачи брома реакционную массу фильтруют. Осадок 2,2-бис(3,5-дибром-4-гидроксифенил)пропана промывают водой и направляют в реактор, в который добавляют 70 г метанола (мас.д. 97%) и 0,2 г гидразин гидрата (2 г на 1 моль 2,2-бис(3,5-дибром-4-гидроксифенил)пропана), нагревают при перемешивании до 50^оС и выдерживают при этой температуре 0,5 ч. Затем медленно (за 0,5-0,8 ч) добавляют 60 г воды, охлаждают реакционную массу до 20^оС.

Осадок 2,2-бис(3,5-дибром-4-гидроксифенил)пропана промывают водой, получают продукт с температурой плавления 181-182^оС, мас.д. бромида - 0,003%, ионы натрия - отсутствуют.

П р и м е р 3. 22,8 г (0,1 моля) ДП растворяют в 114 г 60%-ного раствора изопропанола (соотношение ДП:спирт=1:5). В реактор одновременно дозируют из мерников при перемешивании раствор ДП в изопропаноле и 64 г брома при 22-28^оС. После окончания подачи брома реакционную массу фильтруют, 2,2-бис(3,5-дибром-4-гидроксифенил)пропан промывают водой и направляют в реактор, в который добавляют 180 г 50%-ного изопропилового спирта, 0,2 г муравьиной кислоты (2 г на 1 моль 2,2-бис(3,5-дибром-4-гидроксифенил)про- пана, нагревают при перемешивании до 72^оС ( на 10^оС ниже температуры кипения спирта) и выдерживают при этой температуре 0,5 ч. Затем реакционную массу медленно охлаждают до 20^оС, отфильтровывают, получают продукт высокой чистоты с температурой плавления 181-182^оС. Массовая доля примеси бромида - 0,001%, ионы натрия - отсутствуют.

Фильтрат, 50%-ный отработанный ИПС, используют в следующих синтезах для растворения дифенилолпропана.

П р и м е р 4. 22,8 г (0,1 моль) ДП растворяют в 170 г 50%-ного изопропанола (фильтрат опыта 3) (соотношение ДП:спирт=1:7,4). В реактор при перемешивании дозируют из мерников приготовленный раствор ДП в ИПС и 64 г (0,4 моля) брома при 15-25^оС. Реакционную массу фильтруют, осадок 2,2-бис(3,5-дибром-4-гидроксифенил)пропана промывают водой и помещают в реактор, в который добавляют 170 г 99%-ного изопропанола, 0,1 г гидразин гидрата (1 г на 1 моль 2,2-бис(3,5-дибром-4-гидроксифенил)пропана), нагревают при перемешивании до 72^оС и выдерживают при этой температуре 0,5 ч. Затем медленно (за 0,5-0,8 ч) добавляют 170 г воды при той же температуре, реакционную массу охлаждают до 15^оС, отделяют 2,2-бис(3,5-дибром-4-гидроксифенил)пропан от реакционной массы на фильтре, фильтрат (340 г отработанного 50% -ного ИПС, содержащего частично растворенный 2,2-бис(3,5-дибром-4-гидроксифенил)пропан), используют в последующих синтезах для растворения ДП.

Осадок 2,2-бис(3,5-дибром-4-гидроксифенил)пропана промывают водой, получают продукт с температурой плавления 182-183^оС, массовая доля примеси бромида - 0,001%, ионы натрия - отсутствуют.

Использование настоящего способа получения 2,2-бис(3,5-дибром-4-гидроксифенил)пропана позволяет по сравнению с прототипом улучшить качество продукта за счет снижения содержания ионных примесей:

уменьшить содержание примеси бромид-иона в 2,2-бис(3,5-дибром-4-гидроксифенил)пропане в 2-10 раз (с 0,05 до 0,001-0,004%);

исключить примесь Na-иона в 2,2-бис(3,5-дибром-4-гидроксифенил)пропане.

По остальным показателям качество 2,2-бис(3,5-дибром-4-гидроксифенил)про- пана аналогично, полученному по прототипу.

Упростить процесс получения 2,2-бис(3,5-дибром-4-гидроксифенил)пропана за счет предотвращения образования побочных продуктов - бромистых алкилов (бромметила и др.).

Применение данного способа позволит расширить область применения 2,2-бис(3,5-дибром-4-гидроксифенил)пропана - в электротехнических изделиях с улучшенными диэлектрическими свойствами.