CN105061157B - 4‑特辛基‑2,6‑二枯基酚的制备方法 - Google Patents
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Abstract
4‑特辛基‑2,6‑二枯基酚的制备方法,涉及一种4‑特辛基‑2,6‑二枯基酚的制备方法。本发明是要解决现有4‑特辛基‑2,6‑二枯基酚生产工艺中反应选择性差,高温下发生歧化的问题。方法:一、将4‑特辛基苯酚、金属铝和氯化稀土加入反应器中,加热反应至不再有气泡放出时再保温,加入离子液体,混合均匀即得混合物;二、向混合物中滴加α‑甲基苯乙烯,待α‑甲基苯乙烯滴加完毕后,继续反应得反应混合物;三、向反应混合物中加入稀硫酸,加入有机溶剂,分出水层后,直接冷却析出晶体,过滤得粗产品,用乙醇‑水混合溶剂重结晶,即得4‑特辛基‑2,6‑二枯基酚。该方法大大提高了4‑特辛基‑2,6‑二枯基酚的选择性。有效地避免了4‑特新基苯酚歧化成苯酚。用于制备4‑特辛基‑2,6‑二枯基酚。
Description
技术领域
本发明涉及一种4-特辛基-2,6-二枯基酚的制备方法。
背景技术
4-特辛基-2,6-二枯基酚是一种新型的精细化工原料,技术研发结果表明可用于塑料添加剂、表面活性剂等精细化学品的生产,特别是可以用于汽车配件塑料制品的改性添加剂,因而具有良好的市场前景。
到目前为止,4-特辛基-2,6-二枯基酚的制备方法国内外还没有文献报道。按照传统的枯基酚类产品的合成方法,可以分别选用路易斯酸做催化剂或者酚铝作催化剂。然而实验结果表明以4-特辛基苯酚为原料,若使用路易斯酸酸作催化剂,当4-特辛基苯酚与α-甲基苯乙烯的摩尔比达到1:2~3时,产物4-特辛基-2,6-二枯基酚的转化率仅有10~20%,未反应的α-甲基苯乙烯全部转化成二聚物;若使用4-特新基酚铝做催化剂,则需要在180~230℃下,将4-特辛基苯酚与铝粉反应制备4-特辛基苯酚铝,但在此温度下,4-特辛基苯酚会发生严重的歧化反应生成苯酚。由此可见,采用已有的烷基化方法制备4-特辛基-2,6-二枯基酚是不可行的。
发明内容
本发明是要解决现有4-特辛基-2,6-二枯基酚生产工艺中反应选择性差,高温下发生歧化的问题,提供一种4-特辛基-2,6-二枯基酚的制备方法。
本发明4-特辛基-2,6-二枯基酚的制备方法,按以下步骤进行:
一、复合催化剂制备:将4-特辛基苯酚、金属铝和氯化稀土加入反应器中,在氮气保护下,加热反应体系至110~140℃进行反应,有大量气泡生成,反应至不再有气泡放出时再保温0.4~0.6h,然后加入离子液体,混合均匀即得到4-特辛基苯酚与复合催化剂的混合物;
二、烷基化反应:向4-特辛基苯酚与复合催化剂的混合物中滴加α-甲基苯乙烯,控制滴加速度使体系温度维持在100~180℃,待α-甲基苯乙烯滴加完毕后,继续反应0.8~1.2h,得到反应混合物;
三、产品精制:向反应混合物中加入质量浓度为10%~30%的稀硫酸中和除去催化剂,加入一定量有机溶剂萃取反应产物,分出水层后,直接冷却析出晶体,过滤得粗产品,粗产品用乙醇-水混合溶剂重结晶,即得到4-特辛基-2,6-二枯基酚;其中步骤一中所述金属铝为铝粉或铝片。
本发明方法采用氯化稀土作助催化剂,使4-特辛基酚铝的合成温度由180~230℃降低至140℃以下,同时采用离子液体与4-特辛基酚铝做复合催化剂,大大提高了4-特辛基-2,6-二枯基酚的选择性。实验结果表明,在4-特辛基苯酚与α-甲基苯乙烯物料比为1:2.0(mol)时,反应混合物中4-特辛基-2,6-二枯基酚组分大于87%,产品经过重结晶提纯后,一次收率达到75%,将母液回收后,产品总收率达到90%。
其中步骤一得到的4-特辛基苯酚与复合催化剂的混合物中的复合催化剂为4-特辛基酚铝、离子液体及氯化稀土的复合催化剂。
本发明的有益效果如下:
1、氯化稀土的使用,能明显降低催化剂4-特新基苯酚铝的合成温度(由180~230℃降低至140℃),有效地避免了4-特新基苯酚歧化成苯酚,从而避免了副产物的生成。
2、使用4-特新基苯酚铝与咪唑型离子液体组成的复合催化剂,替代传统路易斯酸催化剂,能明显提高4-特辛基-2,6-二枯基酚的选择性。使用路易斯酸催化剂时4-特辛基-2,6-二枯基酚的选择性仅有10~20%,而本发明使用的催化剂使4-特辛基-2,6-二枯基酚的选择性达到87%以上。
本发明选择的催化剂体系能够明显提高选择性的原因主要有两点:一、金属铝与4-特辛基苯酚反应生成4-特新基苯酚铝后,由于金属铝能够有效地与酚羟基邻位的C-H键中的氢原子配位,从而有利于氢离子被亲电试剂(C+)取代,这就相当于金属铝的引入,有效地活化了酚羟基的邻位;二、离子液体的引入,相当于在反应体系中引入了一个较强的外电场,外电场能够增强亲电试剂烯烃中C=C的极化程度,也就是使烯烃α-C所带的正电荷增加,进而增强了烯烃进攻底物的能力。所以,在这个催化体系中,反应底物4-特辛基苯酚的邻位被选择性活化,同时,亲电试剂α-甲基苯乙烯的进攻能力也被增强,从而实现了理想的催化效果。
3、本发明使用的复合催化剂的选择性还体现在副产物α-甲基苯乙烯二聚物的含量大大降低,使用路易斯酸催化剂,4-特辛基苯酚与α-甲基苯乙烯物料比为1:2.0时α-甲基苯乙烯二聚物的含量为30%~45%,而使用本发明的催化剂时,再相同物料比情况下,α-甲基苯乙烯二聚物的含量小于3%,如果滴加速度控制合适甚至可以降低至1%左右。
4、由于α-甲基苯乙烯二聚物含量较低,反应混合物不需要减压蒸馏分离低沸点杂质(主要是未反应的α-甲基苯乙烯和α-甲基苯乙烯二聚物),直接重结晶的到4-特辛基-2,6-二枯基酚产品,消除了减压蒸馏过程中4-特辛基-2,6-二枯基酚的热分解现象,提高了4-特辛基-2,6-二枯基酚的单程产率。
5、另外,由于反应混合物中α-甲基苯乙烯二聚物含量较低,重结晶母液蒸除溶剂后得到的混合物主要由4-特新基苯酚、4-特新基-2-枯基苯酚以及4-特辛基-2,6-二枯基酚三种物质组成,它们可以不经处理返回反应体系作为原料重新使用,所以极大地提高了反应的总收率。
附图说明
图1为实施例1制备的4-特辛基-2,6-二枯基酚1H NMR谱;
图2为实施例1制备的4-特辛基-2,6-二枯基酚核磁共振13C NMR谱;
图3为实施例1制备的4-特辛基-2,6-二枯基酚HPLC谱;
图4为实施例1制备的4-特辛基-2,6-二枯基酚红外谱。
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式,还包括各具体实施方式间的任意组合。
具体实施方式一:本实施方式4-特辛基-2,6-二枯基酚的制备方法,按以下步骤进行:
一、复合催化剂制备:将4-特辛基苯酚、金属铝和氯化稀土加入反应器中,在氮气保护下,加热反应体系至110~140℃进行反应,反应至不再有气泡放出时再保温0.4~0.6h,然后加入离子液体,混合均匀即得到4-特辛基苯酚与复合催化剂的混合物;
二、烷基化反应:向4-特辛基苯酚与复合催化剂的混合物中滴加α-甲基苯乙烯,控制滴加速度使体系温度维持在100~180℃,待α-甲基苯乙烯滴加完毕后,继续反应0.8~1.2h,得到反应混合物;
三、产品精制:向反应混合物中加入质量浓度为10%~30%的稀硫酸中和除去催化剂,加入有机溶剂萃取反应产物,分出水层后,直接冷却析出晶体,过滤得粗产品,粗产品用乙醇-水混合溶剂重结晶,即得到4-特辛基-2,6-二枯基酚;其中步骤一中所述金属铝为铝粉或铝片。
步骤三中乙醇-水重结晶母液脱除溶剂后可以作为反应物重新利用,以4-特辛基酚为基准计算的总产率大于90%。
具体实施方式二:本实施方式与具体实施方式一不同的是:步骤一得到的4-特辛基苯酚与复合催化剂的混合物中的复合催化剂为4-特辛基酚铝、离子液体及氯化稀土的复合催化剂。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三:本实施方式与具体实施方式一或二不同的是:步骤一中离子液体为烷基咪唑的四氟硼酸盐或者对甲基苯磺酸盐,其通式为:
R=C2H5,n-C4H9
其它与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四:本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是:步骤一中氯化稀土为三氯化镧、三氯化铈、三氯化钕中的一种或几种按任意比组成的混合物。其它与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式五:本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是:步骤一中4-特辛基苯酚与固体铝的质量比为1:0.01~0.03。其它与具体实施方式一至四之一相同。
具体实施方式六:本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是:步骤一中固体铝与氯化稀土的质量比为1:0.01~0.05。其它与具体实施方式一至五之一相同。
具体实施方式七:本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是:步骤一中固体铝与离子液体的质量比为1:1~2。其它与具体实施方式一至六之一相同。
具体实施方式八:本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是:步骤二中4-特辛基苯酚与α-甲基苯乙烯摩尔比为1:1.8~3。其它与具体实施方式一至七之一相同。
具体实施方式九:本实施方式与具体实施方式一至八之一不同的是:步骤二中控制滴加速度使体系温度维持在110~140℃。其它与具体实施方式一至八之一相同。
具体实施方式十:本实施方式与具体实施方式一至九之一不同的是:步骤三中有机溶剂为乙酸乙酯、乙酸丁酯、甲苯、二甲苯、正丁醇、石油醚、辛烷等不溶于水的溶剂。其它与具体实施方式一至九之一相同。
具体实施方式十一:本实施方式与具体实施方式一至十之一不同的是:步骤三中粗产品用乙醇-水混合溶剂重结晶,其中乙醇与水的体积比为7~10:1,产品纯度达到98%以上。其它与具体实施方式一至十之一相同。
为验证本发明的有益效果,进行以下试验:
实施例1:
本实施例4-特辛基-2,6-二枯基酚的制备方法,按以下步骤进行:
一、复合催化剂制备:将206g(1mol)4-特辛基苯酚、4g铝片和0.08g氯化稀土加入反应器中,在氮气保护下,加热反应体系至140℃进行反应,反应至不再有气泡放出时再保温0.5h,然后加入4g 1-甲基3-乙基咪唑四氟硼酸盐,混合均匀即得到4-特辛基苯酚与复合催化剂的混合物;
二、烷基化反应:向4-特辛基苯酚与复合催化剂的混合物中滴加238g(2.0mol)α-甲基苯乙烯,控制滴加速度使体系温度维持在120℃,待α-甲基苯乙烯滴加完毕后,继续反应1h,得到反应混合物;反应混合物中4-特辛基-2,6-二枯基酚的含量为87.5%。
三、产品精制:向反应混合物中加入10%的稀硫酸中和至pH值至2-3,以除去催化剂,加入1000mL甲苯分两次萃取反应产物,甲苯层合并,常压蒸馏除去甲苯溶液中所含微量水分(蒸馏至馏出液透明,大约蒸出100mL甲苯),冷却结晶,过滤,粗产品直接加入1000mL乙醇-水(体积比8:1)二次重结晶,得白色针状晶体334.7g,产率75.4%(以4-特辛基-苯酚投入量计算,以下相同)。
液相色谱检测纯度:98.3%。1H NMR(300MHz,CDCl3,单位:ppm)(如图1所示):δ7.44(s,2H,Ar-H);7.28~7.10(m,10H,Ar-H);3.76(s,1H,O-H);1.64(s,12H,CH3,CH2);1.49(s,6H,CH3);0.83(s,12H,CH3).
13C NMR(75MHz,CDCl3,单位:ppm)(如图2所示):δ150.08,149.68,140.03,136.28,128.34,125.77,123.37,77.47,77.04,76.62,57.68,42.23,38.47,31.74,29.98.
HPLC(C18柱;检测波长UV=274nm;流动相:甲醇:水=94:6;流速:1.0ml/min):保留时间:4-特辛基-2,6-二枯基酚tr=18.76min。IR:(KBr压片,cm-1)(如图3和表1所示):3486,2953,3019,2902,2870,1599,1491,1461,1384,764,699,534.
由以上数据可知,产物结构正确,为4-特辛基-2,6-二枯基酚。
表1分析结果表
峰号 | 峰名 | 保留时间 | 峰高 | 峰面积 | 含量 |
1 | 2.348 | 14413.155 | 105756.352 | 0.6900 | |
2 | 6.515 | 14854.333 | 146188.172 | 0.9538 | |
3 | 18.765 | 554809.750 | 15074815.000 | 98.3562 | |
总计 | 584077.238 | 15326759.523 | 100.0000 |
从本实施例制备的4-特辛基-2,6-二枯基酚液相色谱图3及分析结果表1知,产品的纯度达到98%以上。
实施例2:本实施例所有实验条件和处理方法与实施例1相同,只是铝片的加入量改为3.0g。高效液相色谱检测结果4-特辛基-2,6-二枯基酚的含量86.3%。
最终得白色针状晶体329.0g,产率74.1%。液相色谱检测纯度:98.1%。
实施例3:本实施例所有实验条件和处理方法与实施例1相同,只是铝片的加入量改为5g。高效液相色谱检测4-特辛基-2,6-二枯基酚的含量89.2%。
最终得白色针状晶体339.7g,产率76.5%。液相色谱检测纯度:98.2%。
实施例4:本实施例所有实验条件和处理方法与实施例1相同,只是铝片的加入量改为6g。高效液相色谱检测结果4-特辛基-2,6-二枯基酚的含量89.1%。
最终得白色针状晶体339.2,产率76.4%。液相色谱检测纯度:98.3%。
实施例5:本实施例所有实验条件和处理方法与实施例1相同,只是α-甲基苯乙烯的加入量改为244g(2.05mol)。高效液相色谱检测结果4-特辛基-2,6-二枯基酚的含量88.3%。
最终得白色针状晶体340.5g,产率76.7%。液相色谱检测纯度:98.3%。
实施例6:本实施例所有实验条件和处理方法与实施例1相同,只是α-甲基苯乙烯的加入量改为250g(2.10mol)。高效液相色谱检测结果4-特辛基-2,6-二枯基酚的含量88.2%。
最终得白色针状晶体334.7g,产率75.4%。液相色谱检测纯度:98.4%。
实施例7:本实施例所有实验条件和处理方法与实施例1相同,只是离子液体1-甲基3-乙基咪唑四氟硼酸盐加入量改为6g。高效液相色谱检测结果4-特辛基-2,6-二枯基酚的含量87.8%。
最终得白色针状晶体336.5g,产率75.8%。液相色谱检测纯度:98.4%。
实施例8:本实施例所有实验条件和处理方法与实施例1相同,只是离子液体改为1-甲基-3-乙基咪唑对甲苯磺酸酸盐,加入量为4g。高效液相色谱检测结果4-特辛基-2,6-二枯基酚的含量87.6%。
最终得白色针状晶体335.4g,产率75.5%。液相色谱检测纯度:98.6%。
实施例9:本实施例所有实验条件和处理方法与实施例1相同,只是氯化稀土的加入量改为0.02g。高效液相色谱检测结果4-特辛基-2,6-二枯基酚的含量88.9%。
最终得白色针状晶体338.8g,产率76.3%。液相色谱检测纯度:98.3%。
实施例10:本实施例所有实验条件和处理方法与实施例1相同,只是氯化稀土的加入量改为0.03g。高效液相色谱检测结果4-特辛基-2,6-二枯基酚的含量88.6%。
最终得白色针状晶体338.4g,产率76.2%。液相色谱检测纯度:98.3%。
实施例11:本实施例所有实验条件和处理方法与实施例1相同,只是反应温度为110℃,高效液相色谱检测结果4-特辛基-2,6-二枯基酚的含量88.2%。
最终得白色针状晶体335.6g,产率75.6%。液相色谱检测纯度:98.5%。
实施例12:本实施例所有实验条件和处理方法与实施例1相同,反应温度为130℃,高效液相色谱检测结果4-特辛基-2,6-二枯基酚的含量88.3%。
最终得白色针状晶体335.2g,产率75.5%。液相色谱检测纯度:98.5%。
实施例13:实施例1中所得两次重结晶母液脱除溶剂后合并,得到粘稠状重结晶残余物107.0g(总投料量444.0g,得产品335.0g,总回收率98.1%),高效液相色谱检测该残余物的组分:4-特辛基-2,6-二枯基酚26.8%,4-特辛基-2-枯基酚为55.4%,4-特辛基-苯酚为13.7%,α-甲基苯乙烯聚合物为4.1%。
取4-特辛基苯酚40g,铝片0.8g,加入0.02g氯化稀土,氮气保护下升温至140℃反应,待没有气体逸出时再保温0.5h,加入0.8g 1-甲基3-乙基咪唑四氟硼酸盐,混合均匀后开始滴加85gα-甲基苯乙烯(新加入的4-特辛基苯酚及重结晶残余物中单取代组分4-特辛基-苯酚及二取代组分4-特辛基-2-枯基酚生成4-特辛基-2,6-二枯基酚所需α-甲基苯乙烯的总量),其余操作与实施例一相同。
高效液相色谱检测结果4-特辛基-2,6-二枯基酚的含量89.2%。
最终得白色针状晶体175.4g,产率75.6%。液相色谱检测纯度:98.3%。
实施例14:实施例13中所得两次重结晶母液脱除溶剂后合并,得到粘稠状重结晶残余物56g(总投料量232g,得产品175g,总回收率98.2%),高效液相色谱检测该残余物的组分:4-特辛基-2,6-二枯基酚26.4%,4-特辛基-2-枯基酚为55.8%,4-特辛基-苯酚为11.9%,α-甲基苯乙烯聚合物为5.9%。
取4-特辛基苯酚17g,铝片0.4g,加入0.01g氯化稀土,氮气保护下升温至140℃反应,待没有气体逸出时再保温0.5h,加入0.4g 1-甲基3-乙基咪唑对甲苯磺酸盐,混合均匀后开始滴加40gα-甲基苯乙烯(新加入的4-特辛基苯酚及重结晶残余物中单取代组分4-特辛基苯酚及二取代组分4-特辛基-2-枯基酚生成产物4-特辛基-2,6-二枯基酚所需α-甲基苯乙烯的总量),其余操作与实施例一相同。
高效液相色谱检测结果4-特辛基-2,6-二枯基酚的含量88.7%。
最终得白色针状晶体86.0g,产率76.1%。液相色谱检测纯度:98.3%。
Claims (8)
1.4-特辛基-2,6-二枯基酚的制备方法,其特征在于该方法按以下步骤进行:
一、复合催化剂制备:将4-特辛基苯酚、金属铝和氯化稀土加入反应器中,在氮气保护下,加热反应体系至110~140℃进行反应,反应至不再有气泡放出时再保温0.4~0.6h,然后加入离子液体,混合均匀即得到4-特辛基苯酚与复合催化剂的混合物;
二、烷基化反应:向4-特辛基苯酚与复合催化剂的混合物中滴加α-甲基苯乙烯,控制滴加速度使体系温度维持在100~180℃,待α-甲基苯乙烯滴加完毕后,继续反应0.8~1.2h,得到反应混合物;
三、产品精制:向反应混合物中加入质量浓度为10%~30%的稀硫酸中和除去催化剂,加入有机溶剂萃取反应产物,分出水层后,直接冷却析出晶体,过滤得粗产品,粗产品用乙醇-水混合溶剂重结晶,即得到4-特辛基-2,6-二枯基酚;其中步骤一中所述金属铝为铝粉或铝片;
步骤一中离子液体为烷基咪唑的四氟硼酸盐或者对甲基苯磺酸盐,其通式为:
R=C2H5,n-C4H9
步骤一中氯化稀土为三氯化镧、三氯化铈、三氯化钕中的一种或几种按任意比组成的混合物。
2.根据权利要求1所述的4-特辛基-2,6-二枯基酚的制备方法,其特征在于步骤一得到的4-特辛基苯酚与复合催化剂的混合物中的复合催化剂为4-特辛基酚铝、离子液体及氯化稀土的复合催化剂。
3.根据权利要求1所述的4-特辛基-2,6-二枯基酚的制备方法,其特征在于步骤一中4-特辛基苯酚与固体铝的质量比为1:0.01~0.03。
4.根据权利要求1所述的4-特辛基-2,6-二枯基酚的制备方法,其特征在于步骤一中固体铝与氯化稀土的质量比为1:0.01~0.05。
5.根据权利要求1所述的4-特辛基-2,6-二枯基酚的制备方法,其特征在于步骤一中固体铝与离子液体的质量比为1:1~2。
6.根据权利要求1所述的4-特辛基-2,6-二枯基酚的制备方法,其特征在于步骤二中4-特辛基苯酚与α-甲基苯乙烯摩尔比为1:1.8~3。
7.根据权利要求1所述的4-特辛基-2,6-二枯基酚的制备方法,其特征在于步骤二中控制滴加速度使体系温度维持在110~140℃。
8.根据权利要求1所述的4-特辛基-2,6-二枯基酚的制备方法,其特征在于步骤三中乙醇-水重结晶母液脱除溶剂后可作为反应物重新利用。
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