專(zhuān)利名稱(chēng)：B-三氯硼嗪的制備系統(tǒng)及制備工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
三氯化硼和氯化銨在標(biāo)準(zhǔn)的惰性氣氛中、在特殊的實(shí)驗(yàn)條件下，經(jīng)過(guò)特殊
試驗(yàn)系統(tǒng)，進(jìn)行有機(jī)化學(xué)合成反應(yīng)，制備無(wú)色針狀的B-三氯硼嗪。
背景技術(shù)：
B-三氯硼嗪是還原重要原料硼嗪的關(guān)鍵原料，且經(jīng)常被作為硼嗪環(huán)上取代 反應(yīng)的起始物質(zhì)；同時(shí)是應(yīng)用于各種無(wú)機(jī)基團(tuán)取代元素研究的重要原料(如 B-三聚氰硼嗪、B-三氰硫硼嗪、B-三硝酸基硼嗪、B-三硝基硼嗪)。
美、法、日在B-三氯硼嗪制備上的研究已有一定的水平通過(guò)硼嗪和氯化 氫的化合物(B美H^3HC1)熱分解制備B-三氯硼嗪、三氯化硼和一甲胺在250 t:反應(yīng)制備三甲基-N-B-三氯硼嗪、通過(guò)氨和三氯化硼的熱解得到相應(yīng)的硼嗪產(chǎn) 物、干燥的粉末狀氯化銨與三氯化硼氣體在干燥的氮?dú)鈼l件下緩慢反應(yīng)制備B-三氯硼嗪、氯苯中加入氯化銨同時(shí)通入三氯化硼氣體制備B-三氯硼嗪等等。其 中一些制備產(chǎn)物沒(méi)有相應(yīng)的理化性能方面的報(bào)道、 一些制備受實(shí)驗(yàn)方法所限無(wú) 法擴(kuò)大生產(chǎn)、 一些制備方法其產(chǎn)品產(chǎn)率太低、 一些制備方法所使用的實(shí)驗(yàn)試劑 毒性較大等等。
本專(zhuān)利提出的方法是以三氯化硼、氯化銨為原料，以甲苯溶液為反應(yīng)介質(zhì)， 在特殊的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中、在一定的實(shí)驗(yàn)工藝條件下制備B-三氯硼嗪。
本發(fā)明的關(guān)鍵之處有二點(diǎn) 一是一整套適宜的可控的溫度狀態(tài)、氣流狀態(tài)、 回流狀態(tài)及時(shí)間等方面的實(shí)驗(yàn)操作系統(tǒng)；二是一套較完善的實(shí)驗(yàn)操作工藝。

發(fā)明內(nèi)容
三氯化硼和氯化銨在標(biāo)準(zhǔn)的惰性氣氛中、在ioo。c以上的溫度條件下，經(jīng)過(guò)
特殊的低溫反應(yīng)裝置、具有一定溫度調(diào)節(jié)功能及高速攪拌功能的中心反應(yīng)區(qū)、
低溫反應(yīng)回流裝置，通過(guò)特殊的工藝過(guò)程制備無(wú)色的針狀B-三氯硼嗪。B-三氯 硼嗪分子是由B和N交替連接的六方圓環(huán)組成，B原子上帶有一個(gè)氯，N原子上 帶有一個(gè)氫；B-三氯硼嗪產(chǎn)物可以在特定的溶液中長(zhǎng)時(shí)期保存。 試驗(yàn)原理
以三氯化硼、氯化銨為原料，以甲苯溶液為反應(yīng)介質(zhì)，在10(TC以上、干燥的
氮?dú)鈼l件下制備三氯硼嗪。反應(yīng)式如下
Cl
△ HN NH
3BC1:! + 3NH.,C1 i >II + 9HC1
惰性氣氛 B BA A CI NH CI
三氯硼嗪
三氯化硼是一種不可燃、有毒、有腐蝕性的存儲(chǔ)在氣瓶?jī)?nèi)的液化壓縮氣體， 且遇潮氣立即水解。而B(niǎo)-三氯硼嗪是一種極易升華的無(wú)色晶體，與水及醇類(lèi)物 質(zhì)相遇極為敏感，呈現(xiàn)劇烈化學(xué)反應(yīng)；與潮濕空氣接觸后就會(huì)放出氯化氫；當(dāng) 與水劇烈反應(yīng)釋放出大量的熱并生成硼酸、氨離子和氯離子。其熔點(diǎn)為84°Ci 極易升華，在超過(guò)IO(TC的條件下B-三氯硼嗪進(jìn)行緩慢的不可逆熱分解，釋放 出氯化氫并生成不揮發(fā)性的固體。B-三氯硼嗪在室溫下儲(chǔ)存于密封的管中，幾 個(gè)月后會(huì)分解產(chǎn)生少量的不揮發(fā)性固體產(chǎn)物。
由于試驗(yàn)原料及試驗(yàn)產(chǎn)物本身的特殊性，使試驗(yàn)應(yīng)在嚴(yán)格的惰性氣氛狀態(tài) 及絕對(duì)無(wú)水的環(huán)境條件下進(jìn)行，試驗(yàn)條件十分苛刻。因此對(duì)試驗(yàn)系統(tǒng)、試驗(yàn)操 作過(guò)程都有著非常嚴(yán)格的要求。 1、 B-三氯硼嗪的制備系統(tǒng)
試驗(yàn)系統(tǒng)的要求
*低溫反應(yīng)裝置一主要用于對(duì)三氯化硼的處理上； *具有一定溫度調(diào)節(jié)、高速攪拌功能的中心反應(yīng)區(qū)； *反應(yīng)回流裝置一使有機(jī)反應(yīng)更加充分 *氣體干燥裝置
*有機(jī)反應(yīng)系統(tǒng)的密封性
① 特制冷凝滴液漏斗
在制備三氯硼嗪的基礎(chǔ)原料中，三氯化硼是一種不可燃、有毒、有腐蝕性 的存儲(chǔ)在氣瓶?jī)?nèi)的液化壓縮氣體，儲(chǔ)存壓力為其蒸汽壓4.9psig (70°F)，遇潮 氣立即水解。三氯化硼熔點(diǎn)(冰點(diǎn))是-161. 4°F (-107. 4°C)，沸點(diǎn)是54. 5°F (12. 5 °C)。為使三氯化硼與氯化銨能夠進(jìn)行正常的反應(yīng)，需將氣態(tài)三氯化硼轉(zhuǎn)變成液 態(tài)三氯化硼，并溶于反應(yīng)介質(zhì)甲苯溶液中。為此我們?cè)O(shè)計(jì)了特殊的冷凝滴液漏 斗——外層是添加冷卻介質(zhì)低溫區(qū)，內(nèi)層是特殊設(shè)計(jì)的氣流通道，使其一端連 接三氯化硼氣體，而從另一端滴漏出來(lái)的則是三氯化硼液體，同時(shí)裝置能控制 液態(tài)氯化硼的滴液速度，保證實(shí)驗(yàn)過(guò)程中原料劑量的控制。見(jiàn)附圖的〈5〉 〈6〉 部分。
② 中心反應(yīng)區(qū)
三氯化硼與氯化銨的反應(yīng)是在甲苯介質(zhì)中進(jìn)行的，必須要將其加熱到甲苯 的回流溫度。為使三氯化硼溶于甲苯溶液中與氯化銨進(jìn)行反應(yīng)，使反應(yīng)正常進(jìn)
行，需要加熱裝置；置于加熱裝置上的四口瓶為中心反應(yīng)區(qū)域，同時(shí)具備溫度 控制、高速攪拌等功能，滿(mǎn)足中心反應(yīng)區(qū)的實(shí)驗(yàn)條件。見(jiàn)附圖〈1〉 〈2〉等部分。③ 反應(yīng)回流裝置
為使反應(yīng)更加充分同時(shí)阻止三氯化硼氣體的揮發(fā)，使用球形冷凝管和特制 的冷凝滴液漏斗組成反應(yīng)回流部分。其作用是使在中心反應(yīng)區(qū)未能完全反應(yīng)、 且在中心反應(yīng)區(qū)的高溫條件下重新?lián)]發(fā)成氣態(tài)的三氯化硼，經(jīng)反應(yīng)回流裝置的 作用，又一次由氣體轉(zhuǎn)化為液體溶入到甲苯溶液中，實(shí)現(xiàn)更進(jìn)一步的反應(yīng)，使 反應(yīng)更加充分，同時(shí)既降低了三氯化硼的流失，又節(jié)省了原料。附圖〈5〉 〈10〉 等部分。
④ 氣體干燥裝置
由于試驗(yàn)的特殊性，對(duì)試驗(yàn)環(huán)境的保護(hù)氣體——氮?dú)膺M(jìn)行干燥處理，即利 用無(wú)水氯化鈣、硅膠、分子篩等進(jìn)行氣體干燥，嚴(yán)格保證反應(yīng)環(huán)境的干燥條件。 附圖〈9〉。
同時(shí)對(duì)系統(tǒng)各個(gè)連接處的密封效果均有嚴(yán)格保證措施。


附圖為B-三氯硼嗪的制備系統(tǒng)示意圖
其中〈1〉加熱套〈2〉中心反應(yīng)區(qū)〈3〉攪拌棒〈4〉攪拌電機(jī)〈5〉特制 冷凝滴液漏斗〈6〉特制分氣裝宣〈7〉轉(zhuǎn)子流量計(jì)〈8〉四氟轉(zhuǎn)子流量計(jì)〈9〉 氣體干燥裝置〈10〉球形冷凝管〈11〉彎形干燥管〈12〉溫度計(jì)
2、 B-三氯硼嗪的制備工藝 試驗(yàn)準(zhǔn)備
由于該試驗(yàn)的特殊要求——即試驗(yàn)必須在氮?dú)夥障碌母稍锃h(huán)境中進(jìn)行，因 此每一試驗(yàn)環(huán)節(jié)均要嚴(yán)格按試驗(yàn)操作要求進(jìn)行試驗(yàn)前的準(zhǔn)備工作。具體歩驟如 下
(1) 所有試驗(yàn)試劑按要求進(jìn)行干燥、每歩配料操作按要求在自制干燥氣氛操作 箱內(nèi)進(jìn)行操作。
(2) 試驗(yàn)儀器及試驗(yàn)設(shè)備使用前均要進(jìn)行干燥處理，并在試驗(yàn)前將試驗(yàn)裝置內(nèi) 通入干燥后的惰性氣體，同時(shí)進(jìn)行一定的加干燥處理。
(3) 必需在干燥的保護(hù)氣氛中進(jìn)行所有試驗(yàn)操作過(guò)程，以保證試驗(yàn)過(guò)程所需的 特殊環(huán)境條件。
試驗(yàn)操作工藝
(1) 、提前48小時(shí)將甲苯干燥、提前24小時(shí)將氯化銨在烘箱中進(jìn)行烘干；玻 璃器皿在烘箱中烘干。
(2) 、按圖一所示支架反應(yīng)裝置，并提前通入干燥后的氮?dú)?，在加熱情況卜進(jìn) 行系統(tǒng)干燥。
(3) 、在自制干燥氣氛操作箱中配料
(4) 、在氮?dú)獗Ｗo(hù)下加入氯化銨和甲苯，同時(shí)進(jìn)行加熱并伴隨高速攪拌直至溫度達(dá)到甲苯回流溫度。
(5) 、利用轉(zhuǎn)子流量計(jì)控制三氯化硼流速、利用特制的冷凝滴液漏斗將三氯化 硼氣體轉(zhuǎn)化成液體溶于甲苯溶液中，使之與氯化銨進(jìn)行充分反應(yīng)。其中特制的 冷凝滴液漏斗中加入干冰和丙酮實(shí)現(xiàn)三氯化硼由氣態(tài)到液態(tài)的轉(zhuǎn)變(溫度控制
在-77。C左右)。
(6) 、控制各試劑加量、反應(yīng)時(shí)間等條件使反應(yīng)充分進(jìn)行，最終得到三氯硼嗪 的甲苯溶液。
(7) 、在自制干燥氣氛操作箱內(nèi)將反應(yīng)物抽濾，得到B-二氯硼嗪溶液。
(8) 、通過(guò)50--6(TC的減壓旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)，得到B-三氯硼嗪晶體。
具體實(shí)施例方式
(1) 提前48小時(shí)稱(chēng)重70g的無(wú)水硫酸鈉為干燥500ml甲苯。
(2) 提前24小時(shí)稱(chēng)重60g氯化銨(挑出雜質(zhì))，在13(TC進(jìn)行8—10小時(shí)的干燥。
(3) 自制干燥氣氛操作箱提前24小時(shí)通入氮?dú)?、放入硅膠等，作好相應(yīng)的密
封工作。
(4) 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)提前4小時(shí)支架好，通入干燥后的高純氮?dú)?，在加熱的條件下 進(jìn)行干燥處理，作好各環(huán)節(jié)的密封工作。
(5) 實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前通高純氮?dú)獗Ｗo(hù)(80ml/s)。
(6) 在自制干燥氣氛操作箱中提前30分鐘通入普氮保護(hù)后，經(jīng)布氏漏斗過(guò)濾 甲苯500ml至燒杯中，向錐形瓶?jī)?nèi)充一會(huì)普氮后將燒杯內(nèi)甲苯移入錐形瓶中，封好。
(7) 6(TC時(shí)，依次向四口瓶加入氯化銨、甲苯。
(8) 打開(kāi)攪拌，打開(kāi)球形冷凝管水冷循環(huán)，并將加熱開(kāi)關(guān)調(diào)至預(yù)設(shè)定溫度處。
(9) 溫度計(jì)加熱示數(shù)為il2'C左右，有甲苯回流時(shí)，在特制冷凝滴液漏斗外加 入千冰和丙酮調(diào)節(jié)特制冷凝滴液漏斗內(nèi)的溫度，之后通入二氯化硼。(流量計(jì)示 數(shù)為60ml/s左右)記錄下吋間。
(10) 實(shí)驗(yàn)過(guò)程注意觀察三氯化硼滴加狀態(tài)及回流狀態(tài)，注意氮?dú)饬魉僮兓?br> (11) IO小時(shí)后，實(shí)驗(yàn)完成。
(12) 在自制干燥氣氛操作箱內(nèi)將反應(yīng)物抽率，得到純凈的液體反應(yīng)溶液。
(13) 通過(guò)50--6(TC的減壓旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)得到B-三氯硼嗪。
權(quán)利要求
1、本發(fā)明涉及制備B-三氯硼嗪的一整套適宜的可控的溫度狀態(tài)、氣流狀態(tài)、回流狀態(tài)及時(shí)間等方面的特殊實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。
2、 本發(fā)明涉及制備B-三氯硼嗪的'套較完善的實(shí)驗(yàn)操作工藝。
全文摘要
本發(fā)明涉及制備B-三氯硼嗪這一極易升華的無(wú)色針狀晶體的一整套適宜的可控的溫度狀態(tài)、氣流狀態(tài)、回流狀態(tài)及時(shí)間等方面的特殊實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)；及制備B-三氯硼嗪的一套較完善的實(shí)驗(yàn)操作工藝。B-三氯硼嗪是還原特殊原料硼嗪的重要原料，經(jīng)常被作為硼嗪環(huán)上取代反應(yīng)的起始物質(zhì)；同時(shí)是應(yīng)用于各種無(wú)機(jī)基團(tuán)取代元素研究的重要原料。
文檔編號(hào)C07F5/00GK101412728SQ200710059898
公開(kāi)日2009年4月22日 申請(qǐng)日期2007年10月17日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月17日
發(fā)明者尹巖林, 悅 朱, 芬 滑, 王長(zhǎng)虹, 鈺 金, 陶永剛 申請(qǐng)人:天津市硅酸鹽研究所