CN109354571A - 回收再利用哌啶制备4-苯亚甲基-2,6-二叔丁基-2,5-环己二烯-1-酮的方法 - Google Patents

回收再利用哌啶制备4-苯亚甲基-2,6-二叔丁基-2,5-环己二烯-1-酮的方法 Download PDF

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Abstract

回收再利用哌啶制备4‑苯亚甲基‑2,6‑二叔丁基‑2,5‑环己二烯‑1‑酮的方法，其属于有机合成技术领域。该方法以2,6‑二叔丁基苯酚和苯甲醛为起始原料，滴加哌啶，在哌啶盐催化下进行反应，生成曼尼希碱，再加入与催化剂相同的酸，得产品和哌啶盐酸盐，哌啶盐酸盐加氢氧化钠水溶液中和再萃取回收哌啶，补加一定量哌啶直接用于下一釜的合成。采用本发明方法可以在常规条件下制备4‑苯亚甲基‑2,6‑二叔丁基‑2,5‑环己二烯‑1‑酮，中间体不需要分离提纯，哌啶回收再利用，操作安全、简单，节省能源。该方法起始原料廉价并且已经产业化，有利于保证原料的供应，降低生产成本。各反应可以在常压下进行，工艺过程简单，能耗少，操作方便，适宜于产业化规模生产。

Description

回收再利用哌啶制备4-苯亚甲基-2,6-二叔丁基-2,5-环己二 烯-1-酮的方法
技术领域
本发明涉及回收再利用哌啶制备4-苯亚甲基-2,6-二叔丁基-2,5-环己二烯-1-酮的方法，其属于有机合成技术领域。
背景技术
4-苯亚甲基-2,6-二叔丁基-2,5-环己二烯-1-酮为一种对亚甲基醌型化合物，其分子式为C21H26O，其化学式如S-1所示：
4-苯亚甲基-2,6-二叔丁基-2,5-环己二烯-1-酮作为一种新型的阻聚剂，尤其是作为苯乙烯阻聚剂性能优良，是目前替代4,6-二硝基-2-仲丁基苯酚(DNBP)的首选，具有广阔的应用前景。
目前合成4-苯亚甲基-2,6-二叔丁基-2,5-环己二烯-1-酮的方法主要有以下几种：
1)亚甲氧基氧化法：Eugen Müller[1]等人提到一种以2,6-二叔丁基苯酚和苄醇为原料，先加成脱水再氧化制备4-苯亚甲基-2,6-二叔丁基-2,5-环己二烯-1-酮的方法，如式S-2所示；
2)苯基锂法或格氏试剂法：Goulart[2]及Milligan[3]以3,5-二叔丁基-4-羟基苯甲醛、苯基锂为原料，先反应生成2,6-二叔丁基-4-(羟基苯亚甲基)-2,5-环己二烯-1-酮，再经过一定过程脱水消去得到4-苯亚甲基-2,6-二叔丁基-2,5-环己二烯-1-酮，如式S-3、S-4所示；
3)曼尼希法：Evans[4]、Nakajima[5]、Wang[6]、贾银霞[7]、陈新志[8]和王碧波[9]利用曼尼希反应制备4-苯亚甲基-2,6-二叔丁基-2,5-环己二烯-1-酮的方法，该方法以甲苯、二甲苯或丁醇为溶剂，2,6-二叔丁基苯酚和苯甲醛为原料，仲胺为催化剂，采用滴加的方式加入，经曼尼希反应和脱除仲胺来制备4-苯亚甲基-2,6-二叔丁基-2,5-环己二烯-1-酮，如式S-5 所示。
上述方法存在着以下缺陷：
S-2亚甲基氧化法合成4-苯亚甲基-2,6-二叔丁基-2,5-环己二烯-1-酮的方法需使用溶剂苯、氧化剂铁氰化钾以及浓硫酸，环境污染较大。
S-3苯基锂法或S-4格氏试剂法合成4-苯亚甲基-2,6-二叔丁基-2,5-环己二烯-1-酮，其原料为3,5-二叔丁基-4-羟基苯甲醛、苯基锂及溴苯，价格昂贵；而且反应需要在无水无氧的条件下进行，对操作以及设备的要求高，不适合大规模工业化生产。
S-5在形成曼尼希碱后，曼尼希碱经脱仲胺得到最终产品4-苯亚甲基-2,6-二叔丁基 -2,5-环己二烯-1-酮，此过程需要用到HCl、酸酐来脱胺或者是减压蒸馏来脱胺；使用HCl 气体无法控制具体的量，反应剧烈，副产物多，危险性大；使用酸酐，会与仲胺反应生成酰胺，无法回收仲胺；使用减压蒸馏，一般仲胺分子量小，沸点低，价格昂贵，难以有效回收仲胺，并且对设备要求较高，导致成本的增加。
参考文献：
[1]Eugen Müller,Rudi Mayer,Ulrich Heilmann,.Sauerstoffradikale,XX.Instabile Aroxyle[J].European Journal of Organic Chemistry,1961,645:66-78.
[2]Goulart M.O.F.,Utley J.H.P.,ElectroorganicReactions.31.Quinonemethide Radical Anions and Dianions.Their CathodicGeneration and Reactivity[J].Journal of Organic Chemistry, 1988,53:2520-2525.
[3]Milligan W.,Synthesis and Characterization of Novel QuinoneMethides:Reference Electrophiles for the Construction of NucleophilicityScales[J].European Journal of Organic Chemistry,2009,2009:3203-3211.
[4]Evans S,Nesvadba P,Allenbach S.A New One-pot Process for thePreparation of 7-Aryl-2,6-disubstituted Quinone Methides,EP0744392[P].1996.
[5]Nakajima J,Tanizaki S.Polymerization Inhibitor for Aromatic VinylCompounds and Method for Inhibiting the Polymerization of the Compounds,EP1604965[P].2005.
[6]Wang L.,Jia Y.X.,Zhang J.M.,et al.Improved Synthesis of 4-Benzylidene-2,6-di-tertbutylcyclohexa-2,5-di-enone and its Derivatives[J].Monatshefte für Chemie-Chemical Monthly,2014,145:1941-1945.
[7]贾银霞.4-苯亚甲基-2,6-二叔丁基-2,5-环己二烯-1-酮及其衍生物的合成工艺研究[D].浙江大学,2014.
[8]陈新志,王铃,贾银霞,等.2,6-二叔丁基-4-(2-甲氧基苯亚甲基)-2,5-环己二烯-1-酮及其制备法,CN 104341281[P].2015.
[9]王碧波,高建勋.一锅合成4-芳香基亚甲基-2,6-二取代基-2,5-环己二烯-1-酮的方法, CN105418395[P].2016.
发明内容：
为解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种新的合成4-苯亚甲基-2,6-二叔丁基 -2,5-环己二烯-1-酮的方法，采用酸与哌啶成盐后催化曼尼希生成，再采用同样的酸进行哌啶的脱除，避免了HCl、酸酐来脱胺或者是减压蒸馏来脱胺，并且哌啶是以哌啶盐的形式脱除的，再胺盐加入碱中即可回收哌啶，用于下次反应；该方法具有原料廉价易得、催化剂能有效回收再利用、绿色环保、成本低等特点。并且该方法确定了几种适合该反应的酸。
本发明提供的4-苯亚甲基-2,6-二叔丁基-2,5-环己二烯-1-酮的合成新方法包括如下步骤：
1)、曼尼希碱的制备：
以2,6-二叔丁基苯酚和苯甲醛为起始原料，加热至100～130℃(较佳为120℃)，在哌啶盐的催化下，保温滴加哌啶，从而使2,6-二叔丁基苯酚、苯甲醛和哌啶反应，催化剂哌啶盐是直接加入相应的酸，哌啶先与酸反应形成哌啶盐，所用酸可以是硫酸、盐酸、对甲苯磺酸、苯磺酸中的一种。所用反应溶剂为芳烃，可以是甲苯、乙苯、二甲苯中的一种。2,6- 二叔丁基苯酚与苯甲醛的摩尔比为1:1.0～1.4(较佳为1:1.0～1.2)；哌啶与2,6-二叔丁基苯酚的摩尔比为0.2～3:1；哌啶盐用量为2,6-二叔丁基苯酚的摩尔数的5％-30％(较佳为10-20％)。哌啶的滴加时间为0.5～3h；滴加完毕后，继续保温反应4～20h(较佳为10-15h)。
2)、曼尼希碱脱除仲胺：
将步骤1)所得的反应液滴加与催化剂所用相同的酸水溶液，所用酸与所用哌啶之当量比为1:0.5-2.0(较佳为1:0.8～1.2)，保温0.5～2h(较佳为1.0～1.2h)，使曼尼希碱中的仲胺以固体盐的形式得以脱除，离心分离有机层与固体，有机层减压脱溶，得粗品。
3)、粗品重结晶：
将步骤2)所得的粗品重结晶，所用溶剂可以是乙醇、正己烷中的一种，得产品4-苯亚甲基-2,6-二叔丁基-2,5-环己二烯-1-酮。
4)、哌啶的回收再利用：
将步骤2)所得的水层加入20％氢氧化钠溶液中和至pH>10，加反应所用相同溶剂萃取，测定其中哌啶含量，补加反应和后处理过程中损耗的哌啶后，直接用于下一釜反应。
本发明的合成过程如式S-6所示。
本发明的有益效果为：该方法采用酸与哌啶成盐后催化曼尼希生成，再采用同样的酸进行哌啶的脱除，避免了HCl、酸酐来脱胺或者是减压蒸馏来脱胺。并且哌啶是以哌啶盐的形式脱除的，再胺盐加入碱中即可回收哌啶，可直接用于下次反应。该方法具有以下优点：
1、起始原料廉价并且已经产业化，有利于保证原料的供应，降低生产成本。
2、各反应可以在常压下进行，工艺过程简单，能耗少，操作方便，适宜于产业化规模生产。
3、本发明确认硫酸与对甲苯磺酸为优选催化剂用酸，采用上述两种酸进行反应时，产品的收率高，能达到80％；回收再利用哌啶，回收率在94％以上；利用回收后哌啶反应，再进行哌啶回收的，回收率仍在90％以上；哌啶回收率下降很小，充分表明哌啶可进行多次回收利用。而利用回收后的哌啶进行反应的，产物的总收率下降都控制在3％以内，肯定了哌啶回收后再利用的可能。
4、产品的品质好，根据HPLC监测对比标准曲线，产品的纯度在95.0％以上。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。
图1为4-苯亚甲基-2,6-二叔丁基-2,5-环己二烯-1-酮的MS图：M/z:295.2(100),296.2(4)。
图2为4-苯亚甲基-2,6-二叔丁基-2,5-环己二烯-1-酮的1H-NMR图：1H-NMR(500MHz, CDCl3)δ7.53(d,J＝2.2Hz,1H),7.46(s,2H),7.19(d,J＝4.9Hz,2H),7.16 (s,1H),7.02(d,J＝2.3Hz,1H),6.82(t,J＝7.8Hz,1H),1.44(s,18H)。
图3为实例1重结晶后产品在247nm下的HPLC图。
具体实施方式：
以下通过实例进一步描述本发明。不过这些实施例仅仅是范例性的，并不对本发明的保护范围构成任何限制。下述非限制性实施例可以使本领域的普通技术人员更全面的理解本发明，但不以任何方式限制本发明。下述实施例中，如无特殊说明，所使用的实验方法均为常规方法，所用材料、试剂等均可从化学试剂公司购买。
实施例1
250mL三口瓶中加入磁力搅拌子，安装温度计、分水器，加入2,6-二叔丁基苯酚41.3 g(0.2mol)，苯甲醛23.4g(0.22mol)，2.5M硫酸4.0mL(0.01mol)，甲苯50mL，升温至回流，滴加哌啶18.9g(0.22mol)，加毕，回流分水10h；然后降温至105℃，滴入 2.5M硫酸40mL(0.1mol)，保温2h，降至室温，过滤，10mL甲苯洗涤滤渣三次，有机相合并到滤液中，减压脱溶，乙醇中重结晶，得橙红色固体46.8g(收率：80％)。
将滤渣加到50g的20％NaOH的水溶液中，室温搅拌30min，用3×10mL甲苯萃取,，萃取液用GC检测，根据标准曲线确定萃取液中含有的哌啶量为17.5g(0.21mol)，回收率94％。
实施例2
250mL三口瓶中加入磁力搅拌子，安装温度计、分水器，加入2,6-二叔丁基苯酚41.3 g(0.2mol)，苯甲醛23.4g(0.22mol)，2.5M硫酸4.0mL(0.01mol)，甲苯20mL，升温至回流，滴加实例1所得的哌啶甲苯溶液(补加哌啶1.4g(0.016mol))，回流分水10h；然后降温至105℃，滴入5M硫酸20mL(0.1mol)，保温2h，降至室温，过滤，10mL 甲苯洗涤滤渣三次，有机相合并到滤液中，减压脱溶，乙醇中重结晶，得橙红色固体45.9g (收率：78％)
将滤渣加到50g的20％NaOH的水溶液中，室温搅拌30min，用3×10mL甲苯萃取，萃取液用GC检测，根据哌啶的标准曲线确定萃取液中含有的哌啶量为16.9g(0.20mol)。回收率91％。
实施例3
250mL三口瓶中加入磁力搅拌子，安装温度计、分水器，加入2,6-二叔丁基苯酚41.3 g(0.2mol)，苯甲醛23.4g(0.22mol)，浓盐酸1.7mL(0.02mol)，甲苯50mL，升温至回流，滴加哌啶18.9g(0.22mol)，加毕，回流分水10h；然后降温至105℃，滴入浓盐酸17mL(0.02mol)，保温2h，降至室温，过滤，10mL甲苯洗涤滤渣三次，有机相合并到滤液中，减压脱溶，乙醇中重结晶，得橙红色固体45.6g(收率：78％)。
将滤渣加到50g的20％NaOH的水溶液中，室温搅拌30min，3×10mL甲苯萃取,，萃取液用GC检测，根据标准曲线确定萃取液中含有的哌啶量为15.0g(0.17mol)，回收率88％。
实施例4
250mL三口瓶中加入磁力搅拌子，安装温度计、分水器，加入2,6-二叔丁基苯酚41.3 g(0.2mol)，苯甲醛23.4g(0.22mol)，浓盐酸1.7mL(0.02mol)，甲苯20mL，升温至回流，滴加实例3所得的哌啶甲苯溶液(补加哌啶3.9g(0.046mol))，回流分水10h；然后降温至105℃，滴入30％盐酸24.3g(0.2mol)，保温2h，降至室温，过滤，10mL 甲苯洗涤滤渣三次，有机相合并到滤液中，减压脱溶，正己烷重结晶，得橙红色产品43.9g (收率：75％)
将滤渣加到50g的20％NaOH的水溶液中，室温搅拌30min，用3×10mL甲苯萃取,，萃取液用GC检测，根据哌啶的标准曲线确定萃取液中含有的哌啶量为13.9g(0.16mol)。回收率74％。
实施例5
250mL三口瓶中加入磁力搅拌子，安装温度计、分水器，加入2,6-二叔丁基苯酚41.3 g(0.2mol)，苯甲醛23.4g(0.22mol)，一水对甲苯磺酸3.8g(0.02mol)，乙苯50mL，升温至回流，滴加哌啶18.9g(0.22mol)，回流分水12h；然后降温至105℃，加入一水对甲苯磺酸38.0g(0.2mol)，保温2h，降至室温，过滤，10mL甲苯洗滤渣三次，有机相合并到滤液中，减压脱溶，正己烷中重结晶，得橙红色产品46.5g(收率：79％)
将滤渣加到50g的20％NaOH的水溶液中，室温搅拌30min，用3×10mL甲苯萃取,，萃取液用GC检测，根据标准曲线确定萃取液中含有的哌啶量为18.0g(0.21mol)，回收率96％。
实施例6
250mL三口瓶中加入磁力搅拌子，安装温度计、分水器，加入2,6-二叔丁基苯酚41.3 g(0.2mol)，苯甲醛23.4g(0.22mol)，一水对甲苯磺酸3.8g(0.02mol)，乙苯20mL，升温至回流，滴加实例5所得的哌啶甲苯溶液(补加哌啶0.9g(0.011mol))，回流分水 10h；然后降温至105℃，加入一水对甲苯磺酸38.0g(0.2mol)，保温2h，降至室温，过滤，10mL甲苯洗涤滤渣三次，有机相合并到滤液中，减压脱溶，正己烷中重结晶，得橙红色产品44.8g(收率：76％)
将滤渣加到50g的20％NaOH的水溶液中，室温搅拌30min，用3×10mL甲苯萃取,，萃取液用GC检测，根据哌啶的标准曲线确定萃取液中含有的哌啶量为17.3g(0.20mol)。回收率92％。
实施例7
250mL三口瓶中加入磁力搅拌子，安装温度计、分水器，加入2,6-二叔丁基苯酚41.3 g(0.2mol)，苯甲醛23.4g(0.22mol)，苯磺酸3.2g(0.02mol)，二甲苯50mL，升温至回流，滴加哌啶18.9g(0.22mol)，回流分水12h；然后降温至105℃，加入苯磺酸31.6 g(0.2mol)，保温2h，降至室温，过滤，10mL甲苯洗滤渣三次，有机相合并到滤液中，减压脱溶，正己烷重结晶，得橙红色产品42.3g(收率：72％)
将滤渣加到50g的20％NaOH的水溶液中，室温搅拌30min，用3×10mL甲苯萃取,，萃取液用GC检测，根据标准曲线确定萃取液中含有的哌啶量为15.6g(0.18mol)，回收率83％。
实施例8
250mL三口瓶中加入磁力搅拌子，安装温度计、分水器，加入2,6-二叔丁基苯酚41.3 g(0.2mol)，苯甲醛23.4g(0.22mol)，苯磺酸3.2g(0.02mol)，二甲苯20mL，升温至回流，滴加实例7所得的哌啶甲苯溶液(补加哌啶3.3g(0.039mol))，回流分水10h；然后降温至105℃，加入苯磺酸31.6g(0.2mol)，保温2h，降至室温，过滤，10mL甲苯洗涤滤渣三次，有机相合并到滤液中，减压脱溶，正己烷中重结晶，得橙红色产品41.6g (收率：71％)
将滤渣加到50g的20％NaOH的水溶液中，室温搅拌30min，用3×10mL甲苯萃取,，萃取液用GC检测，根据哌啶的标准曲线确定萃取液中含有的哌啶量为14.3g(0.17mol)。回收率76％。
实施例9结果分析
以上结果表明硫酸与对甲苯磺酸为优选催化剂用酸，采用上述两种酸进行反应时，产品的收率高，能达到80％；回收再利用哌啶，哌啶回收率在94％以上；利用回收后哌啶反应，再进行哌啶回收的，回收率仍在90％以上；哌啶回收率下降很小，充分表明哌啶可进行多次回收利用。而采用浓盐酸和苯磺酸做为催化剂时，产物收率和哌啶回收率会相对低一些，但是哌啶回收率下降幅度也较小，使用回收哌啶进行反应的反应收率的下降度也控制在3％以内，充分肯定了哌啶的回收再利用。

Claims (1)

1.回收再利用哌啶制备4-苯亚甲基-2,6-二叔丁基-2,5-环己二烯-1-酮的方法，其特征在于，包括以下步骤：
a)、曼尼希碱的制备：以2,6-二叔丁基苯酚和苯甲醛为起始原料，二者混合后加入催化用的酸，溶剂加热至100-130℃，再滴加哌啶；使催化用的酸与哌啶反应生成相应的哌啶盐，进而催化2,6-二叔丁基苯酚、苯甲醛和哌啶反应生成曼尼希碱；2,6-二叔丁基苯酚与苯甲醛的摩尔比为1:1.0～1.4；催化用的酸用量为2,6-二叔丁基苯酚的摩尔数的5％～20％，哌啶与2,6-二叔丁基苯酚的摩尔比为1～1.4:1；哌啶的滴加时间为1～3h；滴加完毕后，保温回流反应4～12h；所述溶剂为甲苯、乙苯、二甲苯；所述催化用的酸为硫酸、浓盐酸、对甲苯磺酸或苯磺酸中的一种；
b)、曼尼希碱脱除仲胺：将步骤a)所得的反应液滴加脱胺用的酸，以哌啶盐的形式脱除仲胺，温度为90～130℃；滴加时间0.5～2h，总的反应时间1～3h；结束后蒸出水，过滤，得到产品溶液及固体哌啶盐；脱胺用的酸与所述催化用的酸相同，脱胺用的酸与催化用的酸的摩尔数之和与哌啶的摩尔数相当；
c)、粗品重结晶：将步骤b)所得的粗品减压蒸馏除去溶剂得粗品，用正己烷进行重结晶，得橙红色固体即为产品4-苯亚甲基-2,6-二叔丁基-2,5-环己二烯-1-酮；
d)哌啶回收：将步骤b)得到的哌啶盐加入质量分数为5％～30％NaOH水溶液中，调节溶液pH>10，加入溶剂萃取，上层有机相分离后直接用于下一釜反应。
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