CN101613270A - 一种水杨酸的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水杨酸的制备方法，包括以下步骤：1)将液态苯酚与溶剂I混合后与醇钠溶液进行反应，结束反应后，脱除溶剂；或者将液态苯酚与醇钠进行反应；2)将步骤1)所得产物置于高压釜中通入二氧化碳进行Kolbe－Schmitt反应，制得含有水杨酸钠的混合物；3)将步骤2)所得的混合物采用无机酸酸化，得水杨酸。采用本发明的方法制备水杨酸，具有无需脱水、能耗低、反应时间短、收率高的特点。

Description

一种水杨酸的制备方法

技术领域

本发明涉及一种水杨酸的制备方法；特别涉及以苯酚、醇钠、二氧化碳为原料合成邻羟基苯甲酸(水杨酸)的方法。

背景技术

水杨酸又名邻羟基苯甲酸，为白色针状或结晶性粉末，在空气中可稳定存在。难溶于冷水，易溶于热水、乙醇、苯、乙醚等有机溶剂。其是重要的有机化工原料，广泛应用于食品防腐剂、药物、染料、香料、助剂等精细化工领域中。

目前公知的工业上制备水杨酸的方法主要是以苯酚为起始原料，与氢氧化钠反应生成苯酚钠，反复脱水后得干燥的苯酚钠，再与二氧化碳反应生成水杨酸钠，水杨酸钠再经酸化即可获得产品水杨酸。该方法收率较低(约为50～70％)，原料苯酚单程转化率低下(仅为50％左右)，并且反应过程中脱水过程繁复，能耗大且通常需要经多次羧化以其将酚钠转化完全，反应过程时间长(至少需要8h)，生产效率低。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种无需脱水、能耗低、反应时间短、收率高的水杨酸的制备方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种水杨酸的制备方法，包括以下步骤：

1)、将固态苯酚加热至液态，使液态苯酚与溶剂I混合后，滴入到醇钠与溶剂II组成的醇钠溶液中进行反应，反应温度为室温至溶剂I和溶剂II中沸点温度相对较低者的回流温度，醇钠和苯酚的摩尔配比为1～5∶1，反应至无苯酚存在后，结束反应，得苯酚钠溶液或者含醇钠的苯酚钠溶液；将苯酚钠溶液脱除溶剂I和溶剂II，得苯酚钠；或者含醇钠的苯酚钠溶液脱除溶剂I和溶剂II，得苯酚钠和醇钠的混合物；

或者将固态苯酚加热至液态后，加入醇钠，于室温至80℃在无溶剂的条件下进行反应，醇钠和苯酚的摩尔配比为1～5∶1，反应至无苯酚存在后，结束反应，得苯酚钠或者得苯酚钠和醇钠的混合物；

2)、将苯酚钠置于高压釜中通入二氧化碳进行Kolbe-Schmitt反应，制得含碳酸钠和苯酚钠的水杨酸钠混合物；

或者将苯酚钠和醇钠的混合物置于高压釜中通入二氧化碳进行Kolbe-Schmitt反应，制得含碳酸钠、苯酚钠以及醇钠的水杨酸钠混合物；

上述Kolbe-Schmitt反应的反应压力均为0.1～3MPa，反应温度均为70～140℃，反应时间均为2～7h(较佳反应时间为2～5小时)；

3)、将步骤2)所得的混合物采用无机酸酸化，得水杨酸。

作为本发明的水杨酸的制备方法的改进：步骤3)为：将混合物溶于水，利用无机酸调节pH值为1～2；采用酸析的方法析出固体水杨酸。无机酸为硫酸、盐酸或磷酸等。

作为本发明的水杨酸的制备方法的进一步改进：步骤1)中的醇钠为甲醇钠、乙醇钠、正丙醇钠、异丙醇钠、正丁醇钠或叔丁醇钠。

作为本发明的水杨酸的制备方法的进一步改进：步骤1)中，溶剂I和溶剂II均为醇类或芳烃类溶剂；醇钠溶液的制作方法如下：在溶剂II中加入醇钠，于室温至溶剂II的回流温度下，使醇钠完全溶解。醇类为甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、叔丁醇等，芳烃类溶剂为甲苯等。

作为本发明的水杨酸的制备方法的进一步改进：将含醇钠的苯酚钠溶液在常压、减压、或高压下脱除溶剂I和溶剂II。

本发明的水杨酸的制备方法，步骤1)中：

将固态苯酚加热至液态后，缓慢加入醇钠进行反应。

当醇钠和苯酚的摩尔配比为1时，得到的是苯酚钠溶液(苯酚钠)；当醇钠和苯酚的摩尔配比为＞1～5时，得到的是含醇钠的苯酚钠溶液(苯酚钠和醇钠的混合物)。

可通过GC检测确认是否无苯酚存在，从而确定是否停止反应。步骤1)的反应时间一般为1～2h。

将苯酚钠溶液脱除溶剂I和溶剂II，得苯酚钠，或者将含醇钠的苯酚钠溶液脱除溶剂I和溶剂II，得苯酚钠和醇钠的混合物；回收的溶剂(包括溶剂I和溶剂II)可循环套用。此步骤可在高压釜中或者高压釜外、采用常压或者减压或者有一定压力的方式进行，获得干燥的苯酚钠或者苯酚钠和醇钠的混合物。一般情况下：溶剂I与液态苯酚的摩尔比为1～3∶1，溶剂II与醇钠的摩尔比是1～5∶1。

步骤2)中的Kolbe-Schmitt反应，反应过程中体系可以保持在密封的条件下进行反应；也可以在维持一定压力下，先将排气口适当打开，将未蒸干的溶剂通过CO₂先从体系中移除后关闭排气口继续反应。未蒸干的溶剂是由于步骤1)的脱除溶剂不彻底所造成的。

步骤3)中，Kolbe-Schmitt制备水杨酸钠的反应结束后，向高压釜中加入水，使得反应体系(为醇钠、碳酸钠、苯酚钠以及水杨酸钠的固体混合物或者为碳酸钠、苯酚钠以及水杨酸钠的固体混合物)中的固体溶解后，得水溶液。对该溶液采用硫酸、盐酸或磷酸等无机酸进行酸析，即利用无机酸调节pH值为1～2；冷却静置后经过滤、干燥，获得固体水杨酸；滤液中未转化的苯酚通过水蒸气蒸馏或萃取的方式回收利用。

本发明所得的水杨酸可采用常规方法进行后处理，例如：过滤、洗涤、干燥、重结晶、脱色等方法，从而提高其纯度。

本发明的反应式如下：

本发明的水杨酸的制备方法具有如下特点：采用无水醇钠和苯酚为原料制备不含水的酚钠，从源头上避免了水的产生，进而使得将常规工艺中脱水的能耗大大降低，同时使反应条件温和，反应时间短(仅需2～7h)，易于操作和实现产业化；还具有收率高的特点。采用本发明方法最终所得的产物，经mp、1HNMR等方法检测，确为目标产物水杨酸。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明的内容，下文对具体实施方式进行详细说明。

实施例1、一种水杨酸的制备方法，依次进行以下步骤：

1)、向装有搅拌装置、温度计和冷凝回流装置的反应烧瓶中投入160g乙醇后，加入乙醇钠69.4g(1.02mol)，加热(不得高于乙醇的回流温度)使乙醇钠溶解后，滴加由96g(1.02mol)液态苯酚溶于80g乙醇的溶液，约15min滴加完毕，保温继续搅拌反应至GC检测无苯酚存在后停止反应(反应时间约为2h)。反应液呈橙黄色，减压旋转脱除溶剂乙醇，冷却得干燥的苯酚钠。回收乙醇约210g。

2)、将制备的干燥的苯酚钠转移至高压釜中，密封好后，通入二氧化碳，排尽空气，关闭排气阀，升温至80℃后，控制反应压力为0.6MPa。维持反应4.5h后，停止加热。

3)、开启冷却水，冷却至釜内温度55℃后，打开排气阀，排尽釜内气体，开启高压釜盖，加入1000g冷水后，合起釜盖搅拌20min后，倒出含水杨酸钠、碳酸钠、以及未转化的苯酚钠的混合液。混合液冷却至室温后，缓慢滴加50％硫酸，调酸过程中有较多二氧化碳放出，继续调酸至PH1～2后，有大量白色固体析出，冰水冷却15min后，过滤、洗涤、烘干得100.7g淡白色固体水杨酸。

滤液通过水蒸气蒸馏的方式回收苯酚34g，可用于循环套用。以加入新鲜苯酚量计苯酚转化率为64.6％，以反应消耗的苯酚计收率为91.9％，经重结晶后，产品HPLC检测含量在99.0％以上。

实施例2、一种水杨酸的制备方法，依次进行以下步骤：

1)、向装有搅拌装置、温度计和冷凝回流装置的反应烧瓶中投入360g乙醇后(可含有实施例1中回收的乙醇210g)，加入乙醇钠277.5g(4.08mol)，加热(不得高于乙醇的回流温度)至溶解后，开始滴加由96g(1.02mol)(可含实施例1中回收的苯酚21.4g)苯酚溶于80g乙醇的溶液，约15min滴加完毕，保温继续搅拌至无苯酚存在后，停止反应(反应时间约为1h)。

反应液呈橙黄色，将其转移至高压釜中，密封好后，变压器升温至110℃后，通入二氧化碳，进气阀保持打开的状态下，缓慢开启排气阀，控制压力为0.1MPa，开始蒸出溶剂乙醇，釜内为苯酚钠和醇钠的混合物。

2)、待无乙醇蒸出后，约2.5h，关闭排气阀。将体系压力增加至0.8MPa后，控制反应压力为0.8MPa；于110℃继续反应5h后，停止加热。

3)、开启冷却水，冷却至釜内温度55℃后，排尽釜内气体，开启高压釜盖，加入1000g冷水后，合起釜盖搅拌20min后，倒出混合液。混合液冷却至室温后，缓慢滴加浓盐酸进行酸析，调酸过程中有较多二氧化碳放出，继续调酸至PH1～2后，有大量白色固体析出，冰水冷却15min后，过滤、洗涤、烘干得122.7g淡白色固体水杨酸。

滤液通过水蒸气蒸馏的方式回收苯酚6.7g，可用于循环套用。以苯酚计其转化率为[(96g-6.7g)/96]＝93.0％，以反应消耗的苯酚计收率为94.6％，经重结晶后，产品HPLC检测含量在99.0％以上。

实施例3、一种水杨酸的制备方法，依次进行以下步骤：

1)、向装有搅拌装置、温度计和冷凝回流装置的反应烧瓶中投入苯酚150g(1.6mol)，对其加热使其成为液体后，缓慢加入乙醇钠217g(3.2mol)，约1.5h加入完毕，40℃继续搅拌至无苯酚存在后，停止反应(反应时间约为1.5h)，得苯酚钠和乙醇钠的固体混合物。

2)、将上述固体混合物转移至高压釜中，密封好后，通入CO₂，排尽空气，关闭排气阀，将体系压力增加至0.8MPa后，关闭进气阀，维持此温度下反应5h后，停止加热。

3)、开启冷却水，冷却至釜内温度55℃后，排尽釜内气体，开启高压釜盖，加入800g冷水后，合起釜盖搅拌20min后，倒出混合液。混合液冷却至室温后，缓慢滴加浓盐酸进行酸析，调酸过程中有较多二氧化碳放出，继续调酸至PH1～2后，有大量白色固体析出，冰水冷却25min后，过滤、洗涤、烘干得203g淡白色固体水杨酸。

滤液通过水蒸气蒸馏的方式回收苯酚10g，可用于循环套用。以苯酚计其转化率为[(150g-10g)/150]＝93.3％，以反应消耗的苯酚计收率为92.0％，经重结晶后，产品HPLC检测含量在99.0％以上。

实施例4～11：

改变实施例1、2中的醇钠种类、溶剂、醇钠与苯酚摩尔比(RO)、Kolbe-Schmitt反应温度(T，℃)和压力(P，MPa)以及反应时间(t，h)，其余步骤同实施例1和2，分别得到实施例4～10(即实施例4～10采用减压脱除溶剂或于一定压力下脱除溶剂均可)；

改变实施例3中的醇钠种类、醇钠与苯酚摩尔比(RO)、Kolbe-Schmitt反应温度(T，℃)和压力(P，MPa)以及步骤2)的反应时间(t，h)，其余步骤同实施例3，得到实施例11；

具体内容及结果如表1所示。

表1、实施例4～11

序号	醇钠溶液的组成	苯酚溶液的组成	RO	T(℃)	P(MPa)	t(h)	转化率％	收率％
									实施例4	乙醇钠343g乙醇500g	苯酚96g甲苯94g	5.0	120	0.1	2	89.8	94.1
实施例5	丙醇钠334g丙醇340g	苯酚96g丙醇184g	4.0	140	0.8	5	91.2	85.9

实施例6	异丙醇钠209g异丙醇300g	苯酚96g异丙醇100g	2.5	90	0.6	4	84.5	94.0
									实施例7	甲醇钠165g甲醇490g	苯酚96g甲醇90g	3.0	120	2.2	4.5	83.7	89.8
实施例8	丁醇钠98g丁醇180g	苯酚96g丁醇130g	1.0	130	0.8	5	53.8	79.4
									实施例9	叔丁醇钠343g叔丁醇400g	苯酚96g叔丁醇96g	3.5	100	1.8	5	72.4	91.2
实施例10	乙醇钠125g乙醇200g	苯酚96g乙醇100g	1.8	110	3.0	6	82.6	88.1
									实施例11	异丙醇钠131g	苯酚150g	1	120	1.0	5	56.5	94.0

最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的若干个具体实例。显然，本发明不限于以上实例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (7)

1、一种水杨酸的制备方法，其特征是包括以下步骤：

1)、将固态苯酚加热至液态，使液态苯酚与溶剂I混合后，滴入到醇钠与溶剂II组成的醇钠溶液中进行反应，反应温度为室温至溶剂I和溶剂II中沸点温度相对较低者的回流温度，醇钠和苯酚的摩尔配比为1～5∶1，反应至无苯酚存在后，结束反应，得苯酚钠溶液或者含醇钠的苯酚钠溶液；将苯酚钠溶液脱除溶剂I和溶剂II，得苯酚钠；或者将含醇钠的苯酚钠溶液脱除溶剂I和溶剂II，得苯酚钠和醇钠的混合物；

或者将固态苯酚加热至液态后，加入醇钠，于室温至80℃在无溶剂的条件下进行反应，醇钠和苯酚的摩尔配比为1～5∶1，反应至无苯酚存在后，结束反应，得苯酚钠或者得苯酚钠和醇钠的混合物；

2)、将苯酚钠置于高压釜中通入二氧化碳进行Kolbe-Schmitt反应，制得含碳酸钠和苯酚钠的水杨酸钠混合物；

或者将苯酚钠和醇钠的混合物置于高压釜中通入二氧化碳进行Kolbe-Schmitt反应，制得含碳酸钠、苯酚钠以及醇钠的水杨酸钠混合物；

上述Kolbe-Schmitt反应的反应压力均为0.1～3MPa，反应温度均为70～140℃，反应时间均为2～7h；

3)、将步骤2)所得的混合物采用无机酸酸化，得水杨酸。

2、根据权利要求1所述的水杨酸的制备方法，其特征是所述步骤3)为：将混合物溶于水，利用无机酸调节pH值为1～2；采用酸析的方法析出固体水杨酸。

3、根据权利要求2所述的水杨酸的制备方法，其特征是：所述无机酸为硫酸、盐酸或磷酸。

4、根据权利要求3所述的水杨酸的制备方法，其特征是：所述步骤1)中的醇钠为甲醇钠、乙醇钠、正丙醇钠、异丙醇钠、正丁醇钠或叔丁醇钠。

5、根据权利要求4所述的水杨酸的制备方法，其特征是：步骤1)中，溶剂I和溶剂II均为醇类或芳烃类溶剂；醇钠溶液的制作方法如下：在溶剂II中加入醇钠，于室温至溶剂II的回流温度下，使醇钠完全溶解。

6、根据权利要求5所述的水杨酸的制备方法，其特征是：所述醇类为甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、叔丁醇，所述芳烃类溶剂为甲苯。

7、根据权利要求6所述的水杨酸的制备方法，其特征是：所述步骤1)中将含醇钠的苯酚钠溶液在常压、减压、或高压下脱除溶剂I和溶剂II。