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
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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