CN104030893A - 一种4-甲基邻苯二酚的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种4-甲基邻苯二酚的合成方法，以对甲酚为起始原料，经酰化反应生成醋酸对甲酚酯，在高沸点惰性溶剂中经Fries重排反应得2-羟基-5-甲基苯乙酮，碱化成盐，低温氧化，反应完成后，反应液经还原、酸化，提取浓缩得粗品，通过精馏得纯品4-甲基邻苯二酚。本发明方法绿色环保、原料易得、反应条件温和、对设备要求低、操作简单、生产成本低、副反应少、收率高，适于工业化生产。

Description

一种4-甲基邻苯二酚的制备方法
技术领域
本发明属于化工领域，尤其涉及一种4-甲基邻苯二酚，具体来说是一种4-甲基邻苯二酚的制备方法。
背景技术
4-甲基邻苯二酚是一种用途比较广泛的有机化合物，可用于制备其他医药活性化合物，作为中间体，用于抗菌剂、抗氧化剂的合成，并可作高效阻聚剂，用于光敏材料杀菌防霉，制造苹果型香料等，在生活工业中均有应用，具有广泛的应用前景。
4-甲基邻苯二酚的合成制备已有广泛的研究，有报道采用钛硅分子筛等催化剂的一步催化反应，但收率最高只有12%，大部分原料需回收，且催化的选择性低或收率不高，回收利用困难。德国专利DE-PS2064497报道在强酸存在下用过氧化氢进行酚的核羟基化反应，所用的酸为硫酸或高氯酸对设备腐蚀严重，且收率不到30%。德国专利DE-PS330877报道使用二氧化硫或二氧化硒做催化剂，几乎无水的双氧水氧化，尽管无强酸腐蚀，但需要加入醛类化合物或络合物组分来强化这一过程，操作繁琐，几乎无水的过氧化氢溶液，安全隐患大；且所用的二氧化硒为剧毒物质，容易造成重金属污染。在生物方面有国外专利用儿茶酚氧化酶来催化对甲酚合成4-甲基邻苯二酚，产率虽高，但反应条件苛刻，考虑到氧化酶的活性保持问题，不适合工业化生产。
发明内容
针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种一种4-甲基邻苯二酚的制备方法，所述的这种4-甲基邻苯二酚的制备方法要解决现有技术中的制备方法污染严重、收率低的技术问题。
本发明一种4-甲基邻苯二酚的制备方法，包括如下步骤：
a）称取对甲酚和乙酰化试剂，所述的对甲酚和乙酰化试剂的摩尔比为1.00∶1.01～3.00，将对甲酚和乙酰化试剂加入一个回流冷凝装置中，在搅拌下回流至反应结束，回流反应时间为0.5～6.0h，减压蒸出生成的醋酸和过量的乙酰化试剂，得到酚酯；
b)称取预先除水的高沸点惰性溶剂，所述高沸点惰性溶剂和酚酯的质量比为0.6~2.5:1，将高沸点惰性溶剂加入一个反应釜中，通N2，在搅拌状态下将无水Lewis酸加入反应釜中，酚酯滴入反应釜中，100~160℃继续搅拌反应0.5～15.0h，GC监测反应完全后，在20～100℃下加入第一稀酸水解至无固体，溶液分出有机层，水层用高沸点惰性溶剂萃取，保留所有有机层并合并，并用第二稀酸洗涤，有机层减压浓缩得2-羟基-5-甲基苯乙酮；
c)将2-羟基-5-甲基苯乙酮溶于1.5～20.0倍质量的醇中或醚类溶剂中，在-10～30℃下缓慢滴入质量分数为10～40％的碱溶液，所述的碱溶液与酚酮的摩尔比为1.0：0.6～3.5，在-10～15℃下滴入质量分数为5～50％过氧化氢，酚酮和过氧化氢的摩尔比为1.0：1.0～3.5，滴碱液维持碱性，体系pH为7.1~13.0，滴完后继续低温反应0.5～10.0h，氧化结束后加入还原剂消除过量过氧化氢，用稀酸调pH为1～6，反应液用第一有机溶剂萃取，合并有机层减压浓缩得粗品，粗品采用第二有机溶剂重结晶得白色固体纯品、或者将有机物减压精馏得纯品。
进一步的，所述的乙酰化试剂为乙酸酐或者乙酰氯。
进一步的，所述的高沸点惰性溶剂：酚酯质量比为0.8~2.0:1.0。
进一步的，所述的Lewis酸为AlX3（X=Cl、Br、I）、或者FeCl3、或者TiCl4。
进一步的，所述的高沸点惰性溶剂为氯苯、或者硝基苯、或者二甲苯、或者甲苯。
进一步的，所述的滴加温度为100～160℃，其中酚酯和Lewis酸的摩尔比是1.0：0.5～3.0，酚酯和第一稀酸的摩尔比是1.0：0.5～5.0。
进一步的，所述后处理酸化所用的第一、第二、第三稀酸为硫酸、或者盐酸、或者硝酸、或者醋酸。
进一步的，所述的醇为甲醇、乙醇、正丙醇等低级醇，所用的醚为四氢呋喃、或者二氧六环、或者乙二醇二甲醚，所述的第一有机溶剂为异丙醚、甲苯、二氯甲烷或乙酸乙酯。
进一步的，所述的第二有机溶剂由甲苯和石油醚组成，所述的甲苯和石油醚的体积比为1∶3~5。
进一步的，所述的碱为氢氧化钠、或者氢氧化钾、或者碳酸钾、或者碳酸钠。
进一步的，所述的还原剂为亚硫酸氢钠、亚硫酸钠、或碳酸钠。
本发明的反应方程式如下：
本发明以对甲酚为起始原料，经酰化反应生成醋酸对甲酚酯（下称酚酯），在高沸点惰性溶剂中经Fries重排反应得2-羟基-5-甲基苯乙酮（下称酚酮），碱化成盐，低温氧化，反应完成后，反应液经还原、酸化，提取浓缩得粗品，通过精馏得纯品4-甲基邻苯二酚。本发明优点在于前两步反应产物不必经提纯处理，直接由一锅反应得最终产品，操作简单，生产周期短。
本发明的第一步反应中无需另外补加强酸做催化剂即能得高收率，减少了对设备的腐蚀和环境污染；第二步反应过程通过改变加料顺序同以往反应比较，反应平缓，完全可控，解决了平时实验室反应及工业大生产时的操作安全问题；第三步氧化反应时按本发明方法生产的收率相比以往技术提高15%以上，经济效益好，解决了传统氧化效率、收率不高问题。
本发明和已有技术相比，其技术进步是显著的。本发明的方法具有原料易得、反应条件温和、安全性高、对设备要求低、操作简单、生产成本低，收率高。同时污染小、选择性好。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好地理解本发明，以下通过实施例对本发明做进一步说明，但这些实施例并不限制本发明的范围。
实施例l
1)500ml三颈烧瓶备有搅拌器、温度计、可拆卸回流冷凝装置。加入108g(1000mmol)对甲酚，再加入109g(1068mmol)醋酸酐，用可调压式电热套加热，在搅拌下回流反应6.0小时，改回流装置为减压蒸馏装置，蒸出生成的醋酸和过量的醋酐，酚酯收率98%。
醋酸对甲酚酯，1HNMR (500MHz，CDCl3)：δ(ppm）=7.21 (d, J = 8.2 Hz, 2H), 7.01 (d, J = 8.3 Hz，2H), 2.38 (s, 3H), 2.32 (s, 3H).
2)在500ml四口颈烧瓶，备有搅拌器、温度计、可拆卸回流冷凝装置、恒压滴液漏斗、通N2、尾气吸收等装置，加入预先除水的氯苯120g(1066mmol)，搅拌下加入138g(1035mmol)无水三氯化铝，加热至130~140℃，滴入1）中产物醋酸对甲酚酯。滴完继续搅拌反应3.5h，在80℃下加入4mol/L的盐酸325ml（1300mmol）至无固体，结束后溶液分层，分出有机层，水层用25ml×6氯苯萃取，保留所有有机层并合并，稀盐酸洗涤有机层，有机层减压浓缩得到2-羟基-5-甲基苯乙酮白色固体，收率95%。
2-羟基-5-甲基苯乙酮，1HNMR (500MHz，CDCl3)：δ(ppm）=12.11 (s, 1H), 7.53 (s, 1H), 7.31 (d, J = 8.2 Hz,1H), 6.91 (d, J = 8.5 Hz, 1H), 2.65 (s, 3H), 2.34 (s, 3H).
3)在2000ml四口瓶中，将140g(932mmol)2-羟基-5-甲基苯乙酮溶于5倍质量的甲醇中，在10~15℃下缓慢滴入预先制备好的质量分数为30％氢氧化钠溶液，其中氢氧化钠与酚酮摩尔比为0.8。调节体系在-5～0℃下滴入质量分数为30％过氧化氢，其中过氧化氢与酚酮摩尔比为1.1：1.0。滴碱液维持碱性pH值9.0，滴完后2h继续至GC监测反应完全，加入适量亚硫酸氢钠，用淀粉KI试纸检测不变蓝。用4mol/L的盐酸中和体系至pH值5～6，反应液用异丙醚萃取，减压浓缩得粗品对甲基儿茶酚液体。粗品减压精馏，得白色固体，收率90%，含量98%。
4-甲基邻苯二酚，1HNMR (500MHz，CDCl3)：δ(ppm）=6.78 (d, J = 8.0 Hz, 1H), 6.72 (d, J = 1.4 Hz, 1H), 6.64 (d, J = 8.0 Hz, 1H), 5.12 (d, J = 69.2 Hz, 2H),2.27 (s, 3H).
实施例2
1）如实施例1所述，所加对甲酚、醋酸酐为1.0∶3.0。在搅拌下回流反应2.5小时，收率99%。
2）如实施例1所述，所用惰性溶剂为二甲苯150g，加热至135~145℃，滴入酚酯，搅拌反应2.5h，其中酚酯和三溴化铝的摩尔比是1.0：2.0，酚酯和稀酸的摩尔比是1.0：2.5，后处理温度40℃，收率92%。
3）如实施例1所述，将2-羟基-5-甲基苯乙酮溶于15倍质量的乙醇中，在15~20℃下缓慢滴入质量分数为20％氢氧化钾溶液，其中氢氧化钠与酚酮摩尔比为1.5。调节体系在-10～-5℃下滴入质量分数为15％过氧化氢，其中过氧化氢与酚酮摩尔比为2.0：1.0。滴碱液维持碱性pH值7.0，滴完后10h继续至GC监测反应完全，加入适量亚硫酸钠，用淀粉KI试纸检测不变蓝。用4mol/L的盐酸中和体系至pH值4～5，反应液用甲苯萃取，减压浓缩得粗品对甲基儿茶酚液体，精馏收率85%，含量98%。
实施例3
1)如实施例1所述，所加对甲酚、乙酰氯为1.00∶1.01。在搅拌下回流反应4.5小时，收率92%。
2)如实施例1所述，所用惰性溶剂为甲苯275g，加热至110~120℃，滴入酚酯，搅拌反应15h，其中酚酯和三氯化铝的摩尔比是1：3，酚酯和稀酸的摩尔比是1：5，后处理温度20℃，收率86%。
3）如实施例1所述，将2-羟基-5-甲基苯乙酮溶于3倍质量的二氧六环中，在25~30℃下缓慢滴入质量分数为40％碳酸钠溶液，其中氢氧化钠与酚酮摩尔比为2.5。调节体系在0～5℃下滴入质量分数为5％过氧化氢，其中过氧化氢与酚酮摩尔比为2.8：1.0。滴碱液维持碱性pH值11.0，滴完后5h继续至GC监测反应完全，加入适量碳酸钠，用淀粉KI试纸检测不变蓝。用4mol/L的盐酸中和体系至pH值2～3，反应液用二氯甲烷萃取，减压浓缩得粗品对甲基儿茶酚液体，粗品用甲苯与石油醚体积比1：5溶剂进行重结晶，收率76%，含量99%。
实施例4
1)如实施例1所述，所加对甲酚、乙酰氯为1.0∶2.0。在搅拌下回流反应0.5小时，收率91%。
2）如实施例1所述，所用惰性溶剂为硝基苯225g，加热至150~160℃，滴入酚酯，搅拌反应0.5h，其中酚酯和三氯化铁的摩尔比是1.0：0.5，酚酯和稀酸的摩尔比是1.0：0.6，后处理温度100℃，收率85%。
3)如实施例1所述，将2-羟基-5-甲基苯乙酮溶于1.5倍质量的四氢呋喃中，在20~25℃下缓慢滴入质量分数为10％氢氧化钠溶液，其中氢氧化钠与酚酮摩尔比为3.5：1.0。调节体系在10～15℃下滴入质量分数为50％过氧化氢，其中过氧化氢与酚酮摩尔比为3.5：1.0。滴碱液维持碱性pH值13.0，滴完后0.5h继续至GC监测反应完全，加入适量碳酸钠，用淀粉KI试纸检测不变蓝。用4mol/L的盐酸中和体系至pH值1～2，反应液用乙酸乙酯萃取，减压浓缩得粗品对甲基儿茶酚液体，粗品用甲苯与石油醚体积比1：4重结晶，收率75%，含量99%。
实施例5
1)如实施例1所述，所加对甲酚、醋酸酐为1.0∶2.0。在搅拌下回流反应4.5小时，收率96%。
2）如实施例1所述，所用惰性溶剂为甲苯250g，加热至100~110℃，滴入酚酯，搅拌反应6.5h，其中酚酯三碘化铝比是1.0：1.5，酚酯和稀酸的摩尔比是1.0：1.8，后处理温度60℃，收率85%。
3)如实施例1所述，将2-羟基-5-甲基苯乙酮溶于6倍质量的乙二醇二甲醚中，在20~25℃下缓慢滴入质量分数为25％碳酸钾溶液，其中氢氧化钠与酚酮摩尔比为3.5。调节体系在5～10℃下滴入质量分数为40％过氧化氢，其中过氧化氢与酚酮摩尔比为3.0：1.0。滴碱液维持碱性pH值12.0，滴完后8h继续至GC监测反应完全，加入适量亚硫酸氢钠，用淀粉KI试纸检测不变蓝。用4mol/L的盐酸中和体系至pH值3～4，反应液用乙酸乙酯萃取，减压浓缩得粗品对甲基儿茶酚液体，粗品用甲苯与石油醚体积比1：4重结晶，收率78%，含量99%。
实施例6
1)如实施例1所述，所加对甲酚、乙酰氯为1.0∶3.0。在搅拌下回流反应0.5小时，收率93%。
2）如实施例1所述，所用惰性溶剂为二甲苯205g，加热至140~150℃，滴入酚酯，搅拌反应4.5h，其中酚酯和四氯化钛的摩尔比是1.0：2.5，酚酯和稀酸的摩尔比是1.0：3.0，后处理温度90℃，收率87%。
3)如实施例1所述，将2-羟基-5-甲基苯乙酮溶于20倍质量的正丙醇中，在25~30℃下缓慢滴入质量分数为30％氢氧化钠溶液，其中氢氧化钠与酚酮摩尔比为2.8:1。调节体系在5～10℃下滴入质量分数为35％过氧化氢，其中过氧化氢与酚酮摩尔比为3.2：1.0。滴碱液维持碱性pH值10.0，滴完后6.5h继续至GC监测反应完全，加入适量亚硫酸钠，用淀粉KI试纸检测不变蓝。用4mol/L的盐酸中和体系至pH值5～6，反应液用乙酸乙酯萃取，减压浓缩得粗品对甲基儿茶酚液体，精馏收率84%，含量98%。

Claims (11)

1.一种4-甲基邻苯二酚的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
a）称取对甲酚和乙酰化试剂，所述的对甲酚和乙酰化试剂的摩尔比为1.00∶1.01～3.00，将对甲酚和乙酰化试剂加入一个回流冷凝装置中，在搅拌下回流至反应结束，回流反应时间为0.5～6.0h，减压蒸出生成的醋酸和过量的乙酰化试剂，得到酚酯；
b)称取预先除水的高沸点惰性溶剂，所述高沸点惰性溶剂和酚酯的质量比为0.6~2.5:1.0，将高沸点惰性溶剂加入一个反应釜中，通N2，在搅拌状态下将无水Lewis酸加入反应釜中，酚酯滴入反应釜中，100~160℃继续搅拌反应0.5～15.0h，反应完全后，在20～100℃下加入第一稀酸水解至无固体，溶液分出有机层，水层用高沸点惰性溶剂萃取，保留所有有机层并合并，并用第二稀酸洗涤，有机层减压浓缩得2-羟基-5-甲基苯乙酮；
c)将2-羟基-5-甲基苯乙酮溶于1.5～20.0倍质量的醇中或醚类溶剂中，在-10～30℃下缓慢滴入质量分数为10～40％的碱溶液，所述的碱溶液与酚酮的摩尔比为1.0：0.6～3.5，在-10～15℃下滴入质量分数为5～50％过氧化氢，酚酮和过氧化氢的摩尔比为1.0：1.0～3.5，滴碱液维持碱性，体系pH为7.1~13.0，滴完后继续低温反应0.5～10.0h，氧化结束后加入还原剂消除过量过氧化氢，用第三稀酸调pH为1～6，反应液用第一有机溶剂萃取，合并有机层减压浓缩得粗品，粗品采用第二有机溶剂重结晶得白色固体纯品、或者将有机层减压精馏得纯品。
2.如权利要求1所述的一种4-甲基邻苯二酚的制备方法，其特征在于：所述的乙酰化试剂为乙酸酐或者乙酰氯。
3.如权利要求1所述的一种4-甲基邻苯二酚的制备方法，其特征在于：所述的高沸点惰性溶剂：酚酯质量比为0.8~2.0:1.0。
4.如权利要求1所述的一种4-甲基邻苯二酚的制备方法，其特征在于：所述的Lewis酸为AlX3（X=Cl、Br、I）、或者FeCl3、或者TiCl4。
5.如权利要求1所述的一种4-甲基邻苯二酚的制备方法，其特征在于：所述的高沸点惰性溶剂为氯苯、或者硝基苯、或者二甲苯、或者甲苯。
6.如权利要求1所述的一种4-甲基邻苯二酚的制备方法，其特征在于：所述酚酯的滴加温度为100～160℃，其中酚酯和Lewis酸的摩尔比是1.0：0.5～3.0，酚酯和第一稀酸的摩尔比是1.0：0.5～5.0。
7.如权利要求1所述的一种4-甲基邻苯二酚的制备方法，其特征在于：所述后处理酸化所用的第一、第二、第三稀酸为硫酸、或者盐酸、或者硝酸、或者醋酸。
8.如权利要求1所述的一种4-甲基邻苯二酚的制备方法，其特征在于：所述的醇为甲醇、乙醇、正丙醇等低级醇，所用的醚为四氢呋喃、或者二氧六环、或者乙二醇二甲醚，所述的第一有机溶剂为异丙醚、甲苯、二氯甲烷或乙酸乙酯。
9.如权利要求1所述的一种4-甲基邻苯二酚的制备方法，其特征在于：所述的第二有机溶剂由甲苯和石油醚组成，所述的甲苯和石油醚的体积比为1∶3~5。
10.如权利要求1所述的一种4-甲基邻苯二酚的制备方法，其特征在于：所述的碱为氢氧化钠、或者氢氧化钾、或者碳酸钾、或者碳酸钠。
11.如权利要求1所述的一种4-甲基邻苯二酚的制备方法，其特征在于：所述的还原剂为亚硫酸氢钠、亚硫酸钠、或碳酸钠。
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