1. Окисление растворов бромида натрия хлором (непрероывный метод)

Выделяющийся бромистый водород поглощается раствором гидроксида натрия. Сюда же присоединяют бромные воды, образующиеся после отделения и промывки водой растворов целевых продуктов. Водные растворы солей брома подкисляют, нагревают (теплообменник 2, рис. 5) и подают сверху в насадочную колонну (3). В нижнюю часть колонны поступает газообразный хлор и острый пар.

Отогнанные пары воды, брома и не прореагировавший хлор поступают в холодильник (4), где пары воды и брома конденсируются и самотеком стекают в водоотделитель (5). После отделения воды бром через гидрозатвор сливают в сборник и возвращают на бромирование. Хлор из водоотделителя направляют в скруббер и поглощают раствором едкого натра. Для дополнительной очистки бром перегоняют на ректификационной колонне. Выход брома составляет 80—85 %.

Рис. 5. Аппаратурная схема регенерации брома

1 — сборник, 2,4 — теплообменники, 3 — колонна, 5 — сепаратор

2. Окисление растворов бромида натрия гипохлоритом натрия (периодический):

Растворы NaBr загружают в реактор, из кислотоупорной стали, подкисляют соляной кислотой, нагревают, и приливают раствор гипохлорита натрия. Затем бром отгоняют в сборник. Преимущества метода — простота аппаратурного оформления, меньшая опасность при работе.

Иодирование ароматических соединений

Иодирование ароматических соединений ведут растворами иода (обычно в органических растворителях), при нагревании в присутствии окислителей (азотной кислоты, серного ангидрида и др.):

В связи с трудностью прямого иодирования в химико-фармацевтической промышленности в реакциях с активными аренами широко применяют хлорид иода. Обычно используют комплекс IСl^.KCl, который получают из газообразного хлора и водного раствора иодистого калия:

Иодирование проводят в водной среде при умеренном нагревании и избытке иодирующего агента (до 50 %). Продукты реакции отделяют фильтрованием.

Регенерация иода включает: получение и выделение из отходов производства иодида натрия, который окисляют до чистого иода.

Примеры галогенирования ароматических соединений в производстве лекарственных веществ и витаминов

• Бромирование и хлорирование толуола. Бромирование ведут при 20 °С:

• Бромирование о-ксилола в присутствии железа, активированного иодом, можно вести при температуре от 0 до 40 °С без изменения соотношения моно- и дибромзамещенного. В СПХФА предложен более технологичный метод бромирования стехиометрическим количеством брома в присутствии воды без катализатора. Выход в обоих случаях до 90 %:

• Бромирование мезитилена можно вести без катализатора, однако надо учитывать, что даже в присутствии железа частично бромируются метильные группы и выход ~ 40 %:

• Иодирование аминобензойных кислот хлоридом иода или его комплексом с хлоридом калия (синтезы рентгеноконтрастных препаратов билигност, триомбраст и др.). Реакцию обычно проводят в воде в присутствии кислоты при нагревании:

2. Галогенирование алканов и в боковую цепь аренов Реакции с молекулярным галогеном

Молекулярный галоген реагирует с алканами и алкиларенами по следующей схеме:

Механизм галогенирования является радикальным цепным процессом (S_R), который инициируется как термически, так и облучением светом:

Реакция начинается с образования радикалов галогена. Отщепление водорода процесс эндотермический. В результате второй стадии (экзотермической) образуется алкилгалогенид и регенерируется радикал галогена. При хлорировании кинетические цепи значительно длиннее (до 10⁴), чем при бромировании.

Тепловой эффект реакций фторирования, хлорирования, бромирования и иодирования алканов соответственно около 460, 105, 32, –50 кДж/моль. Поэтому прямое фторирование технически трудноосуществимо, хлорирование требует организации отвода тепла реакции, бромирование — подогрева реакционной массы, а иодирование алканов иодом не идет, даже при специальном инициировании реакции.

Реакционная способность исходных веществ и направление реакции гомолитического галогенирования определяется стабильностью радикалов, образующихся в процессе реакции (т. е. строением субстрата). Стабильность радикалов уменьшается в ряду бензильный, аллильный >> третичный > вторичный > первичный > метильный > винильный, фенильный:

Устойчивость радикалов зависит от делокализации свободного электрона, которая более всего выражена в бензильном (аллильном) радикале. Поэтому при галогенировании в первую очередь замещается бензильный (аллильный) атом водорода, затем — третичный, вторичный, первичный и, в последнюю очередь — винильный (фенильный).

Наибольшая селективность реакции проявляется при бромировании, наименьшая — при фторировании. С ростом температуры селективность процесса падает.

Недостатком радикально-цепного галогенирования являются низкая селективность процесса и полигалогенирование. Для получения моногалогеналканов процесс приходится вести в избытке углеводорода при малой степени превращения.