CN1033456A - 二羟酚的制备方法 - Google Patents

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Abstract

二羟酚的制备方法包括：分子氧氧化二异丙苯得 到至少含DHP和HHP的反应产物混合物，以油相 形式的所说混合物(A)在芳族烃溶剂中的溶液加到 搅拌反应器，同时加入水相的过氧化氢和酸催化剂， 由过氧化氢将HHP氧化成DHP得到反应产物混 合物(B)，将反应混合物(B)中的水、油相分离，酸分 解油相中的DHP形成相应的二羟酚。本发明省去 了除去反应水、芳族烃和水相的循环，同时允许油相 /水相高比率和节省过氧化氢和酸催化剂必需所用 量，还缩短了反应时间。

Description

本发明涉及二羟酚如间苯二酚等的制备方法，具体说是涉及先通过氧化二异丙苯，然后对所得二氢过氧化物进行酸分解的制备方法。
业已知道，在有碱的存在下，能用分子氧氧化二异丙苯制得氢过氧化物，例如二氢过氧化二异丙苯（DHP），一氢过氧化二异丙苯甲醇（HHP）和一氢过氧化二异丙苯（MHP）等，并同时得到甲醇类，例如二异丙苯二甲醇（DC）等。
众所周知，在有芳族烃溶剂如甲苯等，或酮如丙酮和甲基异丁基酮（MIBK）或其它溶剂存在下，通过用酸催化剂如硫酸等对DMP进行酸分解能得到如间苯二酚和对苯二酚等有用的工业化学试剂。
虽然这些已有技术能用作为从二异丙苯制备间苯二酚和对苯二酚的有用方法，但为了能从二异丙苯获得较高总收率的间苯二酚或对苯二酚，就严格要求氧化二异丙苯效率较高，即得到高收率的氢过氧化物，尤其是二氢过氧化物。
在英国专利号910，735，日本专利申请特许公开公报号23939/1978和53265/1980等文献中，都揭示了采用将产物混合物同过氧化氢（H2O2）相接触的方法，把氧化二异丙苯步骤所得的反应产物混合物中存在的甲醇类如HHP和DC等进一步氧化成DHP。根据上面的日本专利申请特许公开公报号23939/1978和53265/1980所揭示的内容，给出了高效制备二羟酚的方法，即氧化甲醇类如HHP和DC等，接着再酸分解氧化产物。具体地说，是分别为用过氧化氢氧化甲醇类成DHP的氧化操作和将DHP酸分解成相应的二羟酚的分解操作。
总之，通过氧化异丙苯和酸分解所得氧化产物制备二羟酚，例如间苯二酚的已有技术是基于下面的反应途径：
在有碱存在下，并视需要还可使用自由基引发剂，用分子氧氧化二异丙苯得到含有上文定义的DHP、HHP、MHP、DC等反应混合物。然后用过氧化氢对这些氧化产物混合物进一步氧化，它是通过由构成一个多相反应体系的油相和水相互相接触将产物混合物中的HHP和DC等氧化成为DHP，其中，油相包含溶解于芳族烃类溶剂如甲苯中的氧化产物混合物，水相包含过氧化氢和酸催化剂如硫酸。最后采用一个分离步骤将上面所形成的DHP酸分解成相应的二羟酚如间苯二酚等。
使用过氧化氢将HHP和DC等氧化成DHP的操作可如下实施，在顶部装有蒸馏柱和水分离器的罐式反应器中，加入含氧化二异丙苯所得产物混合物的油相，其中油相为所说产物混合物溶解在芳族烃溶剂如甲苯中的液相，同时向反应器中加入水相的过氧化氢和酸催化剂如硫酸，这样含温度为20-70℃的过氧化氢的水相和油相互相接触，起到有效氧化所说的HHP和DC等。然后，从所形成的反应混合物中各自分离出油相和水相，在补充已消耗掉过氧化氢以及酸催化剂的条件下将水相循回到反应器中，同时经中和和浓缩的油相供下步骤分解。人们认为在反应器中每摩尔HHP约需提供16摩尔过氧化氢，在此操作中，反应器中的油相与水相之间的重量比维持在约1.6。在减压下，采用与芳烃族进行共沸蒸馏的方式从反应混合物中将氧化HHP过程中所生成的反应水排除到反应体系之外，其中芳族烃再被循回到反应器中，在上面的操作中，为了避免局部受热而造成对反应不利影响，有必要提供汽化的惰性溶剂来维持反应温度。维持反应器中的油相与水相比在1.6左右的原因是，在大量水相存在下，几乎不发生过氧化物的酸分解。这里尽管能由浓缩水相所得的浓酸催化剂同反应液相接触，然而由于会把极大部分副产物转移到水相里，并且经重复循环而累积，因此使用大量水是不可取的。此外，如使用大量水的话，就需要维持反应体系中过氧化氢的摩尔浓度约为HHP的16倍。
因此，采用过氧化氢氧化HHP和DC等成DHP的已有技术具有缺陷，它不仅需使用大量相当于HHP等量的过氧化氢和采用花费劳力和财力的减压共沸蒸馏去水以及循环芳族烃的操作，而且需要控制用于水相再循环必需的过氧化氢和酸催化剂的浓度，以及为能平稳操作，同时还需要大量的水来保持油相和水相间的较低比值。
本发明的目的是克服上述已有技醯娜毕莺吞峁┮恢种票付欠拥男路椒ǎ梅椒ㄎ扌璩シ从λ傺贩甲逄退啵蹦茉市碛拖?水相比例较高，从而减少了所必需的过氧化氢和酸催化剂的用量，以及同时缩短了反应时间。
本发明制备二羟酚的新方法包括下列步骤：
使用分子氧氧化二异丙苯，得到至少含二氢过氧化二异丙苯（DHP）和一氢过氧化二异丙苯甲醇（HHP）的反应产物混合物（A），
将溶于芳族烃溶剂中呈油相的上述反应产物混合物（A）的溶液加入搅拌反应器中，
上面加料的同时，还加入水相的过氧化氢和酸催化剂，过氧化氢的加料量相对于反应混合物中含每摩尔HHP为1-5摩尔，酸催化剂的量为水相量的10-40%（重量），水相中过氧化氢浓度维持至少在20%（重量），并且油相/水相的重量比至少为10，
控制反应温度在30-60℃下，用过氧化氢氧化HHP成相应的DHP得到反应产物混合物（B），
从反应产物混合物（B）的油相中分离出水相，
对分离得到的油相中的DHP进行酸分解，得到相应的二羟酚。
图1和图2表示本发明方法的优选实施例的流程图。
在本发明制备二羟酚的方法中，将水相形式的过氧化氢和酸催化剂加到搅拌反应器中，其中过氧化氢的加料（速率）量相对于反应混合物（A）中含每摩尔HHP为1-5摩尔，水相中酸催化剂浓度维持在10-40%（重量），于是油相和水相进行互相接触，将混合物产物（A）中的HHP等氧化成相应的DHP，这里操作条件为保持水相中过氧化氢浓度至少在20%（重量）和油相/水相的重量比至少在10，以及无需采用特殊的减压条件。因此，没有必要浓缩水相中的酸催化剂，同时省去了芳族烃溶剂的再循环。此外，在无需重复使用水相的操作中，就没有必要来调节或控制过氧化氢和酸催化剂的浓度，同时还减少了它们原必需用的量。
在本文中，二羟酚的定义除指间苯二酚外还包括对苯二酚等，以及具有如烷基等取代基的二羟酚。这同样也适用于二异丙苯，DHP，HHP和DC等定义。
在本发明的方法中，首先使用分子氧将二异丙苯氧化成含有至少二氢过氧化二异丙苯（DHP）和一氢过氧化二异丙苯甲醇（HHP）的氧化混合物产物（A）。
对于分子氧氧化二异丙苯（DIPB）制DHP和HHP来说，能采用迄今广泛使用的任何方法。通常来说，在有碱存在下，被需要还可使用自由基引发剂，采用分子氧如空气能有效地进行二异丙苯的氧化。
进行DIPB分子氧氧化时，除了得到DHP和HHP外，还得到二异丙苯二甲醇（DC），一氢过氧二异丙苯（MHP）。
接着，将所得的氧化产物混合物（A）溶于芳族烃溶剂得到油相和分离除去含碱水相，把所得油相加入到如图1中显示的多级搅拌反应器组1或图2显示的管状反应器11中的搅拌反应器装置。图1的多级搅拌反应器组1是由几个各自装有由马达4a，4b，4c……驱动的搅拌装置3a，3b，3c……的搅拌反应器2a，2b，2c……多级串联组成。对于搅拌装置3a，3b，3c……来说，当其圆周速度达到至少1米/秒时的旋转速率为优选。图2的管状反应器11装有放置在平行管12中并由马达14驱动的旋转线圈13。
有多种溶解氧化产物混合物（A）的芳族烃溶剂，例如苯、甲苯、二甲苯、乙苯、异丙基苯、甲基·异丙苯、二异丙苯等，其中甲苯为最佳溶剂。
加入到多级搅拌反应器组1或管状反应器11中的过氧化氢（速率）量，是相应于氧化产物混合物（A）中每摩尔HHP为1-5摩尔，较好为1.0-3摩尔。对于同时加入的酸催化剂量来说，使其在水相中的浓度为10-40%（重量）。加入到反应器组1或管状反应器11中的过氧化氢于水相中的浓度至少可以为20%（重量），较好为40-55%（重量）。并且，反应器1或11中的油相与水相的优先重量比至少为10，具体地说在20-35的范围。
对于酸催化剂来说，可采用无机酸如硫酸、盐酸、人岷土姿岬龋渲杏叛〉乃嵛蛩帷?
在本发明的方法中，将反应器1或11中油相与水相的重量比至少调节10，优选在20-35，这个数值同常规技术相比是非常之高的。这说明在反应器1或11中的水相量是相当小的。因此，这就使得在氧化氧化产物混合物（A）中的HHP时，能使全相当于每摩尔HHP为1-5摩尔这么低的过氧化氢量。同样也所得在反应器1或11中选用过氧化氢在水相中浓度至少为20%（重量），较好为40至55%（重量）范围成为可能。
为了过氧化氢能有效地氧化氧化产物混合物（A）中的HHP成DHP，维持含有反应物的反应体系中的温度为30-60℃，优选为40-55℃范围。并且优选采用在搅拌反应器中剧烈搅拌反应混合物。
在本发明的方法中，使用搅拌反应器装置搅拌反应液来达到有效氧化。这类搅拌反应器装置的例子包括：
（1）具有机械搅拌作用的罐式反应器，其可装有普通搅拌装置，例如具有不同形状搅拌叶轮的搅拌器（如涡轮型，弯曲搅棒，斜式搅棒等），可装有高速旋转剪切搅拌器，例如Tokushu-kika    kogyo    K.K.公司的Homomixer（商标名）等。
（2）在反应管内的反应液流呈湍流的管状反应器。
在上述本发明的机械搅拌反应器（1）中，搅拌条件是指旋转以至少1米/秒，优选至少5米/秒的圆周速度将搅拌能直接传递给反应液。本文中所用的圆周速度是由r×ω计算所得值表示，这里r为旋转中心至旋转棒圆周最边缘位置的距离，以米表示，ω是棒的角速率，以弧度/秒表示。
在本发明的方法中，如果用连续操作进行氧化反应，那么在多级体系中用过氧化氢进行混合产物（A）HHP等的氧化在单级体系中要来得便利。
虽然反应时间可随着反应温度，酸催化剂的浓度，过氧化氢的浓度等不同而变化，但其主要按搅拌条件而变化。通常搅拌装置的圆周速度为1.1米/秒时，需要10-30分钟反应时间，当然通过增加圆周速度能大大减少反应时间，例如圆周速度在3.8米/秒时，反应时间减为3-15分钟，当圆周速度达11米/秒时，则为0.5-5分钟。
在本发明方法中，采用将反应液装满搅拌反应器，使得能用外包的水套中的流动热水调节反应液温度，避免认为由于液相和气相间界面的水蒸发而引起的芳族烃酸分解问题。
在上述（2）的管状反应器中，为便于搅拌反应管中的反应液，反应液采用湍流形式通过反应管。通过适当地选择提供反应液的速率能使反应液在管状反应器呈湍流。如需要，还可能在反应管中装入旋转线圈，起到有效地机械搅拌和便于湍流的反应液在管内流动。能用本领域皆知的方法区别湍流和层流向的临界条件，即从流速计算雷诺数（Re）的方法。非阻碍流路可接受的临界雷诺数约为2000，高于该数值时，便变为湍流条件。
圆管的雷诺数（为无量纲数）可按下式进行计算。
Re＝ (d·U·ρ)/(μ)
其中d表示管内径，U表示液体平均流速，ρ为液体密度，μ为液体粘度。
在管状反应器情况中，反应器管的内径通常可以为10-100mm，反应液的平均流速通常为0.1-5.0米/秒。一般来说，反应器管的长度可以是10至500m，可以参照液体在管中的停留时间来确定管的长度。
当使用前面所提的机械搅拌反应器时，可以减少使用用于氧化反应的过氧化氢量，并且同不采用该类机械搅拌装置的操作情况相比，还缩短了反应时间。
经上面用过氧化氢氧化后，视需要可加入水来终止氧化反应，接着，在图1或2的分离器5中，将水相与含氧化产物混合物（B）的油相分离。如需要可将分离出的油相中和浓缩，然后进入酸分解阶段，把油相中的DHP酸分解相应的二羟酚，例如间苯二酚等。
任何已知用于酸分解的方法都能有效地来酸分解油相中所含的DHP。因此，可以在40-100℃，优选在60-90℃下，将酮类溶剂如丙酮，甲基乙基酮和二乙酮加入油相并调节酸催化剂浓度为0.001至15%（重量）的范围内，实现酸分解目的。
可使用的酸催化剂例子有：无机酸例如硫酸、硫酸酐、氢氟酸、过氯酸、盐酸和磷酸等;强酸性离子交换树脂;固体酸，例如硅铝;有机酸，例如氯乙酸、甲磺酸、苯磺酸、对甲基苯磺酸等;杂多酸，例如磷钨酸和磷钼酸等。
在根据本发明制备二羟酚的方法中，将作为水相的过氧化氢和酸催化剂（上面所例）加入搅拌反应器中，过氧化氢加入量为作为油相加入反应器的产物混合物（A）所含HHP量的1-5倍（摩尔比），并且水相中的酸催化剂浓度为10-40%（重量），使油相和水相互相接触，过氧化氢将HHP等氧化成相应的DHP，上面的反应条件为，保持水相中的过氧化氢浓度至少在20%（重量）和油相/水相重量比至少为10，以及不需要特殊的减压条件。因此，不会发生水相中酸催化剂的浓缩，同时避免芳族烃溶剂的再循环。并且，在无需重复使用水相的情况中，就没有必要来调节或控制过氧化氢和酸催化剂的浓度，同时允许减少它们的必需所用量。此外，当采用能起强力搅拌作用的搅拌反应器时，能显著地减少过氧化氢氧化产物混合物（A）的反应时间，同时增加了DHP总收率。
下面的实施例和比较实施例是用于进一步详细描述本发明，在任何意义上来说都不能认为这些具体实施例是对本发明范围的限定。
对照实施例1
在100℃的氢氧化钠上溶液中，用空气氧化间二异丙苯。氧化后，产物混合物中加入甲苯使溶液分层。移去分层所得的碱性水相，得到具有下列表1组分的氧化产物混合物（A）的甲苯溶液。
表1
产物混合物（A）的组分
组分    比例量（重量%）
DHP    24.5
HHP    7.2
DC    0.9
MHP    3.5
甲苯    59.3
实施例1至3和比较实施例1
在图1的多级搅拌反应器组中，加入上面对照实施例1所得的氧化产物混合物（A）的甲苯溶液（油相），其加入速率为每小时549份（重量），同时按表2给出的具体速率加入含过氧化氢和硫酸的水相，其速率也按表2给出的条件进行计算。维持在表2分别给出的搅拌装置的圆周速率，反应温度和反应时间的情况下，连续进行氧化反应。把来自反应器出口管的氧化产物液体[氧化产物混合物（B）]进行油相和水相分离，分析油相中氢过氧化物的浓度。经分析得到DHP的每次得率，结果列于表2中。在本操作中，实现了水相液流的“一次操作”和无需再循环。
DHP得率＝100× (产物液体中的DHP摩尔数)/(起始物（DHP+HHP）的摩尔数) （摩尔%）
实施例4和5
在图2显示的反应器内装有旋转线圈的管状反应器（管内径为10mm，管长为1m，线圈的旋转率为2000r.p.m.）中，以每小时549份（重量）的速率加入对照实施例中1所得的氧化产物混合物（A）的甲苯溶液（油相），在这加料的同时，按表2中给出的速率（按表2给出的条件计算）加入含过氧化氢和硫酸的水相。在维持表2列出的反应温度和时间下，以连续的方式进行氧化反应。对来自反应器出口管的反应产物混合物（B）进行油相和水相的分离，分析油相中的氢过氧化物浓度。从分析得到DHP得率，其结果也列于表2中。
比较实施例2
一个机械搅拌罐式器反应的上端装有蒸馏柱和水分离器，以及在反应器的较低位置装有一根气体注射管，把对照实施例1得到的氧化产物混合物（A）的甲苯溶液以每小时549份（重量）的速率加到上面的反应器中，与此同时还以每小时549份（重量）的速率加入含表2给出浓度的过氧化氢和硫酸的水相，并且从气体注射管处以每叙述161份（重量）的速度，顺流的引入热的甲苯蒸汽。在维持表2给出的反应温度和平均停留时间（反应时间）以及150乇的压力下，有效进行氧化反应。把来自反应器顶部的产物流出流中的全部甲苯再循回到反应系统中，同时将从流出气流分离得到的那部分水相排到系统外面。从溢流线连续提取出反应产物混合物，接着将水相与油相分离。把水相中的过氧化氢和硫酸浓度再调到表2给定的数值后，被循回到系统中。虽然将净量的HHP转化成DHP所必需的H2O2量为HHP的3.0倍，但这里由于水相的循环缘故，反应系统中，H2O2的量为HHP量的16倍（摩尔比）。反应后分解油相，测定得DHP得率，结果也列于表2。
表2
实施例或    实施    实施    实施    比较实    实施    实施    比较实
比较实施    例1    例2    例3    施例1    例4    例5    施例2
例号
反应器    3级机械    ″    ″    ″    管状    ″    机械搅
类型    搅拌反应    反应器    拌的罐
器组    式反应
器
搅拌装置
圆周速度    1.1    3.8    11    0.85    -    -    -
（米/秒）
反应时间（分）    15    5    1.5    15    15    30    10
反应温度（℃）    49    49    49    49    50    45    49
水HO浓度（ω%）    48    48    48    48    50    48    24
相HSO浓度（ω%）    19    19    19    19    15    19    12
重量比O/W＊1    27    27    27    27    29    28    1.6
HO的加料量＊2    1.5    1.5    1.5    1.5    1.5    1.5    16
HO的消耗量＊3    1.5    1.5    1.5    1.5    1.5    1.5    3.0
DHP得率
（摩尔%）    87    89    90    85    86    87    88
注：＊1：油相/水相的重量比
＊2：供料量＝ (［供给水相的H2O2摩尔数］)/(［供给油相的HHP摩尔数］)
＊3：HO/HHP的摩尔比
如表2中显示，实施例1-3的DHP总得率同比较实施例2的总得率基本一样。因此，可清楚看到，实施例1-3实施的操作在装置，操作性，过氧化氢和酸催化剂量等方面要来得优越。通过将实施例1-3的结果与比较实施例1的结果相比较，进一步可看到在搅拌装置的圆周速率达到1米/秒以上时，能缩短反应的时间。

Claims (5)

1、二羟酚制备方法包括下列操作步骤，用分子氧氧化二异丙苯，得到至少含二氢过氧化二异丙苯(DHP和一氢过氧化二异丙苯甲醇(HHP)的反应产物混合物(A)，
将油相形式的所说反应产物混合物(A)在芳族烃溶剂中的溶液加到搅拌反应器中，
与此同时，加入作为水相的过氧化氢和酸催化剂，过氧化氢的加料量相对于反应混合物(A)中每摩尔HHP为1-5摩尔，酸催化剂量达到其在水相中的浓度为10-40%(重量)，把水相中过氧化氢浓度至少维持在20%(重量)和油相/水相重量比至少为10，
反应温度维持在30-60℃下，用过氧化氢将HHP氧化成相应的DHP，得到反应产物混合物(B)，
将反应产物混合物(B)中的油相与水相分离，
将分离得到的油相中的DHP酸分解，形成相应的二羟酚。
2、根据权利要求1的方法，其中搅拌反应器装有具有圆周速度至少为1米/秒的机械旋转搅拌装置。
3、根据权利要求1或2的方法，其中搅拌反应器装有高速旋转剪切搅拌器。
4、根据权利要求1的方法，其中搅拌反应器由管状反应器组成，在该反应器中，流过反应管的反应液流是处于湍流状态下。
5、根据权利要求1至4的任一方法，其中采用二个或以上串联连接的搅拌反应器。
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