CN104262110A - 一种制备4-叔丁基-2-(α-甲基苄基)苯酚的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种铷、铯萃取剂4-叔丁基-2-(α-甲基苄基)苯酚(t-BAMBP)的制备方法,以4-叔丁基苯酚和苯乙烯为原料,磷酸与酸酐为催化剂,通过Friedel-Crafts反应,简便、高产率的合成4-叔丁基-2-(α-甲基苄基)苯酚,其核心在于催化剂的制备,将浓磷酸与酸酐先在一定条件下反应制得混酸催化剂,再加入4-叔丁基苯酚和苯乙烯反应,最终可高产率的制得4-叔丁基-2-(α-甲基苄基)苯酚。该方法产物收率可达71%,产品纯度大于95%,所用原料简单易得,合成工艺简便,提高了产品质量,降低了生产成本。
Description
技术领域
本发明属于高分子化合物制备技术领域,涉及一种铷、铯萃取剂4-叔丁基-2-(α-甲基苄基)苯酚的合成工艺。
背景技术
本发明的4-叔丁基-2-(α-甲基苄基)苯酚(t-BAMBP)是铷、铯的特效萃取剂,可用于锂云母-石灰法提锂母液中萃取分离铷、铯,其萃取性能好,选择性强,反应迅速,对铯的去污系数大于106,铷的化学回收率大于80%。
国内外关于t-BAMBP合成、特别是其纯化工艺研究的文献报道甚少。Kozhevnikov用介孔分子筛负载杂多酸H3PW12O40(PW)制备新型催化剂MCM-41用于催化苯乙烯与对叔丁基苯酚反应,反应按下述方式进行:
结果表明,当PW在MCM-41中的质量百分数为40%时,催化效果最好,可以使原料4-叔丁基苯酚的转化率达90%,产物I的产率为60.1%,产物II的产率为18.9%。
A.I.Kochnev报道在180-185℃下让4-叔丁基苯酚与活性铝粉反应生成酚铝化物,4-叔丁基苯酚的用量为0.723mol,活性铝粉的用量为0.0104mol,酚和铝粉充分反应后,体系降温至110℃,加入0.288mol的苯乙烯,在此温度下继续反应3h,反应后的体系先用盐酸酸化,乙醚萃取3次再水洗后,旋干得到粗产品,减压蒸馏精制可得到纯度达95%的产品,收率为60%。此法最大的缺点在于让价格昂贵的对叔丁基苯酚过量3倍,极不利于工业生产。
2009年,伊朗沙力夫理工大学的F.Matloubi Moghaddam等人将氯化锌和氯化铝混合在硅胶中,在微波辐射和无溶剂条件下催化苯乙烯和4-叔丁基苯酚的烷基 化反应。
4-叔丁基苯酚的转化率为75%,主产物t-BAMBP的产率为51%,副产物II的产率为24%。
李仲清以浓磷酸为催化剂,较为详细的探讨了催化剂的种类及用量,反应温度和原料配比对反应产率的影响。得到最佳反应条件为:反应物4-叔丁基苯酚和苯乙烯摩尔比为1:1.2,叔丁酚与催化剂浓磷酸的摩尔比为1:0.26,反应温度为:146℃,没有具体产率数据的报道。
肖艳等人对以氯铝酸离子液体为催化剂合成t-BAMBP进行了研究。文献通过对离子液体催化剂的组成、离子液体用量、反应时间、反应温度、反应物配比以及Br-AlCl3离子液体对反应的影响,结果表明,以氯铝酸离子液体为催化剂合成t-BAMBP的最佳反应条件为:反应物4-叔丁基苯酚和苯乙烯摩尔比为1:1.2,离子液体催化剂三氯化铝的含量为67%,离子液体用量为1:0.1(4-叔丁基苯酚:离子液体),加热60℃以上反应五分钟;在此最佳反应条件下,t-BAMBP的产率可达40.6%。
西北化工研究院张晓利等人以Keggin型杂多酸12-磷钨酸为催化剂合成t-BAMBP,并考察了原料摩尔比、反应时间、反应温度以及催化剂用量对反应收率的影响。较优工艺条件为:4-叔丁基苯酚和苯乙烯摩尔比为1:1.3,反应时间为90min,反应温度为90℃,催化剂用量为1%[m(12-磷钨酸):m(4-叔丁基苯酚)],4-叔丁基苯酚转化率为95%,t-BAMBP收率为62.4%。
传统的溶剂法合成t-BAMBP存在着产率低,副产物多,精制困难等相关问题,而采用离子液体或杂多酸为催化剂不但对设备腐蚀严重,还容易造成环境污染,且不利于工业化生产。
发明内容
本发明的目的是提供一种以4-叔丁基苯酚、苯乙烯为原料,混酸为催化剂, 合成t-BAMBP的新方法,该方法无需反应溶剂,所用催化剂廉价易得,工艺环保,简单易于操作,产物产率高、纯度高。
一种制备4-叔丁基-2-(α-甲基苄基)苯酚的方法,首先将浓磷酸和酸酐搅拌反应制备混酸催化剂,再往反应体系中加入4-叔丁基苯酚和滴加苯乙烯,进行Friedel-Crafts反应合成4-叔丁基-2-(α-甲基苄基)苯酚。
上述方法将浓磷酸和酸酐在20-70℃搅拌反应0.5-5.0h,制得混酸催化剂。
上述方法中磷酸与酸酐的比例为n磷酸:n醋酐=1.0:0.5~1.0:1.5。
上述方法中的酸酐为脂肪族酸酐、芳香族酸酐中的一种或几种。如:邻苯二甲酸酐、琥珀酸酐等。
上述方法中4-叔丁基苯酚投入量为磷酸物质的量的3.0~6.0倍;苯乙烯投入量为4-叔丁基苯酚物质的量的1.0~2.0倍。
上述方法中将4-叔丁基苯酚加入到反应体系中,升高反应温度为100~130℃,使其全部溶解后再滴加苯乙烯。滴速为0.5~2d/s,控制滴加过程中体系温度恒定。滴加完毕后反应体系升温到120~150℃继续反应2-5h。待反应达到终点后,冷却反应体系静置分层,弃去下层。上层为产物以及剩余的原料,直接进行蒸馏,先蒸出过量的苯乙烯和未反应的4-叔丁基苯酚,回收利用,其次减压蒸馏得到4-叔丁基-2-(α-甲基苄基)苯酚;或者上层产物和剩余原料直接进行柱色谱分离,以硅胶粉为吸附剂,以石油醚、二氯甲烷、乙酸乙酯为洗脱剂,依次收集苯乙烯、4-叔丁基苯酚,回收利用,再收集4-叔丁基-2-(α-甲基苄基)苯酚。
本发明反应机理如式1所示,苯乙烯在酸作用下,生成苄基碳正离子并进攻4-叔丁基苯酚,4-叔丁基苯酚上的羟基和叔丁基都是邻位定位基,但由于叔丁基空间位阻大,且羟基对苯环的活化能力大于叔丁基,羟基的邻位优先反应。由于反应中间体是碳正离子,因此磷酸中的水并不利于反应。
本发明核心在于通过磷酸预先与酸酐反应,运用酸酐易与水结合的反应特 性,第一步先将磷酸与酸酐充分混匀,搅拌反应制得混酸催化剂。用酸酐的优势在于,酸酐与水反应生成对应的羧酸,相对于酰氯,不会产生HCl气体溶于体系。酸酐与水反应机理为:
通过酸酐将磷酸中的水充分反应制得的混酸中不再含有水分,极大地有利于4-叔丁基苯酚与苯乙烯进行Friedel-Crafts反应制备最终产物t-BAMBP,由于所用酸酐简单易得,操作简便,因此不但提高了产品t-BAMBP的总收率和纯度,而且易于大规模工业化生产,降低了生产成本。
以下结合实施例旨在进一步说明本发明,而非限制本发明。
具体实施方式
对比例1
准确称取4-叔丁基苯酚26.5g加入250ml三口烧瓶,然后加入5.0ml浓磷酸(质量百分数85%),放入搅拌子,架在油浴锅内加热并搅拌,当油浴锅温度达到110℃时,温度计显示反应体系温度为90℃,此温度下4-叔丁基苯酚全熔,开始滴加苯乙烯24.0ml,保持1d/s的滴速;滴加过程中,油浴锅恒温在120℃,反应体系从120℃升到123℃保持反应。当滴加完毕,油浴锅不升温,反应体系升温到130℃继续反应,直到体系中的温度缓缓下降,即刻将油浴温度升到135℃,反应体系温度也升到135℃继续反应。三个小时后,停止反应。冷却反应体系静置分层,弃去下层酸;上层产物、剩余原料直接进行柱色谱提纯。
分别以石油醚,石油醚、乙酸乙酯混合溶剂为展开剂,收集产物t-BAMBP。减压除去溶剂,t-BAMBP的产率为40%。
对比例2
称取4-叔丁基苯酚26.5g于250ml三口烧瓶中,然后迅速准确称取纯磷酸(纯磷酸晶体极易吸水)7.20g加入到烧瓶中,放入搅拌子,加热并搅拌,当油浴锅温度达到110℃时,4-叔丁基苯酚与纯磷酸全熔,但反应体系有点变黑,开始滴加苯乙烯24.0ml,保持1d/s的滴速;滴加过程中,油浴锅恒温在120℃,反应体系从120℃升到123℃保持反应。当滴加完毕,油浴锅不升温,反应体系升 温到130℃继续反应,直到体系中的温度缓缓下降,即刻将油浴温度升到135℃,反应体系温度也升到135℃继续反应。三个小时后,停止反应。冷却反应体系静置分层,弃去下层酸;上层产物、剩余原料直接进行柱色谱提纯。
分别以石油醚,石油醚、乙酸乙酯混合溶剂为展开剂,收集产物t-BAMBP。减压除去溶剂,t-BAMBP的产率为48%。
实施例1
先使作为催化剂的浓磷酸(质量百分数85%)5.0ml和邻苯二甲酸酐6.5ml在常温下搅拌一小时,停止搅拌后加入4-叔丁基苯酚40.0g,升温油浴锅到110℃时,待酚全熔后,滴加45.0ml苯乙烯,保持滴速1d/s,油浴锅恒温在110℃,体系由110℃升高到120℃。滴加完毕后油浴锅不升温,反应体系升温到130℃继续反应,直到体系中的温度缓缓下降,即将油浴锅升温到145℃,体系亦升温到145℃,继续反应,三个小时后停止反应。冷却反应体系静置分层,弃去下层酸;上层产物、剩余原料直接进行柱色谱提纯。
分别以石油醚,石油醚、乙酸乙酯混合溶剂为展开剂,首先回收苯乙烯,其次收集产物t-BAMBP,然后收集4-叔丁基苯酚。用旋转蒸发仪分别除去溶剂,得到各组分纯品,苯乙烯、4-叔丁基苯酚回收率分别为90%、77%,经计算,t-BAMBP转换率为83%,产率为62%,纯度为97%。
实施例2
将浓磷酸(质量百分数85%)100.0ml和琥珀酸酐110.0ml加入到500.0ml的三颈烧瓶中,放入磁力搅拌子,在50℃进行反应,反应时间为1.0h,停止反应,直接进行下一步反应。
快速从投料口将4-叔丁基苯酚845.0g加入到上述混合酸体系,搅拌下升高体系温度至110℃,待4-叔丁基苯酚全部熔融后,停止加热反应体系,通过恒压滴液漏斗缓慢滴加苯乙烯,控制滴加速度为1d/s,并控制滴加过程中体系温度基本恒定,苯乙烯加入量为905.0ml,滴加完毕后反应体系升温到145℃继续反应3.5h,待反应达到终点后,冷却反应体系静置分层,用分液漏斗将下层酸彻底除去;上层产物和剩余原料进行蒸馏提纯。
将回流反应装置改为减压蒸馏装置,控制油浴温度为110℃,减压下尽可能将苯乙烯蒸出,收集回收,待没有明显的液体流出时,更换冷凝管,逐渐升高体系温度至125~150℃,开始收集4-叔丁基苯酚,但会夹杂有残余的苯乙烯,此时应做好保温工作,蒸馏出来的4-叔丁基苯酚极容易冷凝成固体造成堵塞而发生危险,恒定蒸馏1.0~2.0h后,升高油浴温度至210~230℃继续减压蒸馏,收集产品馏分t-BAMBP,所有操作都必须仔细小心。苯乙烯回收率85%,4-叔丁基苯酚回收率79%,t-BAMBP产率为71%,纯度为95%。
Claims (10)
1.一种制备4-叔丁基-2-(α-甲基苄基)苯酚的方法,其特征在于,首先将浓磷酸和酸酐搅拌反应制备混酸催化剂,再往反应体系中加入4-叔丁基苯酚和苯乙烯,进行Friedel-Crafts反应合成4-叔丁基-2-(α-甲基苄基)苯酚。
2.根据权利要求1所述的制备4-叔丁基-2-(α-甲基苄基)苯酚的方法,其特征在于,将质量百分数为80%~85%的浓磷酸和酸酐在20-70℃搅拌反应0.5-2.0h,制得混酸催化剂。
3.根据权利要求1或2所述的制备4-叔丁基-2-(α-甲基苄基)苯酚的方法,其特征在于,浓磷酸与酸酐的比例为n浓磷酸:n醋酐=1.0:0.5~1.0:1.5。
4.根据权利要求1或2所述的制备4-叔丁基-2-(α-甲基苄基)苯酚的方法,其特征在于,酸酐为脂肪族酸酐、芳香族酸酐中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的制备4-叔丁基-2-(α-甲基苄基)苯酚的方法,其特征在于,4-叔丁基苯酚投入量为磷酸物质的量的3.0~6.0倍;苯乙烯投入量为4-叔丁基苯酚物质的量的1.0~2.0倍。
6.根据权利要求1或5所述的制备4-叔丁基-2-(α-甲基苄基)苯酚的方法,其特征在于,将4-叔丁基苯酚加入到反应体系中,升高反应温度为100~130℃,使其全部溶解后再滴加苯乙烯。
7.根据权利要求6所述的制备4-叔丁基-2-(α-甲基苄基)苯酚的方法,其特征在于,滴速为0.5~2d/s,控制滴加过程中体系温度恒定。
8.根据权利要求6所述的制备4-叔丁基-2-(α-甲基苄基)苯酚的方法,其特征在于,滴加完毕后反应体系升温到120~150℃继续反应2-5h。
9.根据权利要求1所述的制备4-叔丁基-2-(α-甲基苄基)苯酚的方法,其特征在于,待反应达到终点后,冷却反应体系静置分层,弃去下层。
10.根据权利要求9所述的制备4-叔丁基-2-(α-甲基苄基)苯酚的方法,其特征在于,上层为产物以及剩余的原料,直接进行蒸馏,先蒸出过量的苯乙烯和未反应的4-叔丁基苯酚,回收利用,其次减压蒸馏得到4-叔丁基-2-(α-甲基苄基)苯酚;或者上层产物和剩余原料直接进行柱色谱分离,以硅胶粉为吸附剂,以石油醚、二氯甲烷、乙酸乙酯为洗脱剂,依次收集苯乙烯、4-叔丁基苯酚,回收利用,再收集4-叔丁基-2-(α-甲基苄基)苯酚。
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