3,4,5,6-四溴-1,2-苯二羧酸双(2-乙基己基)酯的合成方法是什么？

3,4,5,6-四溴-1,2-苯二羧酸双(2-乙基己基)酯（CAS号：26040-51-7），简称TBPH，是一种有机溴化化合物，属于邻苯二甲酸酯类阻燃剂。它广泛应用于塑料、纺织品和电子材料中，作为高效的非卤素替代阻燃添加剂。该化合物的分子式为C₂₄H₃₆Br₄O₄，分子量约656.18 g/mol，具有良好的热稳定性和相容性。

从化学结构来看，TBPH的核心是苯环上带有四个溴原子取代的邻苯二羧酸部分，其羧基与2-乙基己醇酯化形成酯键。这种结构赋予其高溴含量（约41%），使之在燃烧时释放氢溴酸，抑制自由基链反应，从而发挥阻燃作用。作为化学专业人士，在合成该化合物时，需要严格控制反应条件，以确保产率高、纯度佳，并注意溴化反应的安全性。

合成路线概述

TBPH的工业合成通常采用两步法：首先通过溴化反应制备3,4,5,6-四溴-1,2-苯二羧酸酐（简称四溴邻苯二甲酸酐），然后进行酯化反应生成目标酯。整个过程基于亲电芳香取代反应和酯化原理，反应方程式如下（简化表示）：

1. 溴化步骤： C₆H₄(CO)₂O + 4Br₂ → C₆HBr₄(CO)₂O + 4HBr
2. 酯化步骤： C₆HBr₄(CO)₂O + 2HO-CH₂CH(C₂H₅)CH₂CH₂CH₂CH₃ → C₆HBr₄(CO₂CH₂CH(C₂H₅)(CH₂)₃CH₃)₂ + H₂O

起始原料为邻苯二甲酸酐（phthalic anhydride），溴化剂为液溴（Br₂），酯化醇为2-乙基己醇（2-ethylhexanol）。此路线高效、经济，适用于实验室和工业规模生产。产率通常可达85%以上，但需优化条件以最小化副产物如多溴或不完全取代物。

详细合成步骤

第一步：3,4,5,6-四溴-1,2-苯二羧酸酐的制备

原料准备：

• 邻苯二甲酸酐：100 g（0.68 mol）
• 液溴：216 g（1.35 mol，过量以确保完全四取代）
• 催化剂：可选使用铁粉或硫酸作为Lewis酸催化剂，促进亲电取代。

反应装置：

使用配备磁力搅拌、回流冷凝器和尾气吸收装置的玻璃反应器。溴化反应放热剧烈，需在通风橱中进行，并配备溴蒸气吸收系统（如NaOH溶液）以处理HBr气体。

操作过程：

1. 将邻苯二甲酸酐置于反应器中，加热至80-100°C使其熔融（熔点131°C）。
2. 缓慢滴加液溴（控制滴加速率<5 mL/min），同时搅拌并维持温度在100-120°C。反应为放热亲电芳香取代，溴原子依次取代苯环上的氢（位置3,4,5,6）。无催化剂时，可在更高温度（150°C）下进行，但需注意溴的挥发。
3. 滴加完毕后，继续搅拌2-4小时，直至溴色完全消退（监测TLC或GC）。反应混合物呈橙红色浆状。
4. 冷却至室温，过滤收集固体产物，用少量冰醋酸洗涤以去除未反应的溴。
5. 真空干燥（60°C，<10 mmHg），得到粗品四溴邻苯二甲酸酐。预期产率：90-95%，纯度>98%（通过熔点140-145°C或NMR确认）。

注意事项：

• 溴化反应产生腐蚀性HBr气体，操作者需佩戴防护装备（手套、护目镜、呼吸器）。
• 温度控制至关重要：过高可能导致环氧化副反应，过低则取代不完全。
• 纯化：若需高纯度，可用热乙醇重结晶。

第二步：酯化反应生成TBPH

原料准备：

• 四溴邻苯二甲酸酐：100 g（0.20 mol）
• 2-乙基己醇：65 g（0.50 mol，过量）
• 催化剂：对甲苯磺酸（p-TsOH）或硫酸，0.5-1 g

反应装置：

带Dean-Stark分水器和回流冷凝器的反应器，用于共沸除水。酯化为可逆反应，需移除生成的水以推动平衡。

操作过程：

1. 将四溴邻苯二甲酸酐和2-乙基己醇混合，加入催化剂，加热至140-160°C。
2. 安装Dean-Stark装置，使用甲苯或二甲苯作为共沸剂（体积比1:1），回流4-6小时，直至无水汽析出（监测水量约7.2 mL理论值）。
3. 反应为酸催化酯化，酐环打开形成二酯。TLC监测（硅胶板，乙酸乙酯/石油醚=1:5）直至原料点消失。
4. 冷却后，加入饱和NaHCO₃溶液中和酸性，萃取有机相（二氯甲烷或乙酸乙酯，3×100 mL）。
5. 有机层用无水Na₂SO₄干燥，减压蒸馏除溶剂，得粗品油状物。
6. 进一步纯化：柱色谱（硅胶，洗脱剂为石油醚/二氯甲烷=4:1）或减压蒸馏（bp 约250°C/1 mmHg）。预期产率：85-90%，产物为无色至淡黄色油状液体。

表征方法：

NMR：¹H NMR (CDCl₃) 显示2-乙基己基的特征峰：δ 0.85-0.95 (m, 12H, CH₃), 1.20-1.50 (m, 16H, CH₂), 1.55 (m, 2H, CH), 4.15 (d, 4H, OCH₂)。苯环无H信号。

IR：酯C=O伸缩1740 cm⁻¹，C-Br 约600 cm⁻¹。

MS：分子离子峰 m/z 654 [M]⁺。

安全与环境考虑

作为溴化化合物合成，需重视安全：溴和HBr具有强腐蚀性和毒性，实验室应配备溴专用废液处理系统。酯化步骤涉及高温和酸催化，避免皮肤接触。环境方面，TBPH被视为持久性有机污染物（POPs）潜在候选，合成废料需妥善处理，符合REACH或EPA法规。

工业放大时，可采用连续流反应器优化溴化步骤，提高效率并减少溴挥发。总体而言，此合成路线成熟可靠，但专业人士应根据具体设备调整参数，并进行小规模试验验证。

参考文献

• Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry: Phthalate Esters.
• Patent: US 3,839,313 (合成方法描述)。
• Journal of Organic Chemistry, 1975, 40(12), 1773-1776 (溴化机制)。

此合成指南基于标准有机化学原理，适用于有经验的化学从业者。实际操作前，建议咨询SDS并进行风险评估。