CN1101372C - 叔丁基－甲基酚异构物分离和提纯的方法 - Google Patents

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Abstract

提供了从含2-叔丁基-4-甲基酚(4M2B)、2-叔丁基-5-甲基酚(3M6B)，沸点低于4M2B的化合物和沸点高于3M6B的化合物的叔丁基甲酚混合物中有利于工业地和高效地分离4M2B和3M6B的一种方法。

Description

叔丁基-甲基酚异构物分离和提纯的方法
本发明涉及从叔丁基甲酚混合物中分离和提纯2-叔丁基-4-甲基酚和2-叔丁基-5-甲基酚的方法。
2-叔丁基-4-甲基酚(4M2B)和2-叔丁基-5-甲基酚(3M6B)在农药及相关领域中作为重要的化合物是已知的并且被广泛的应用。
在一个已知的制备4M2B或3M6B的方法中，间-甲酚和对-甲酚，预先从工业上易获得的  间、对-甲酚混合物中分离，且每个异构物是丁基化的。
同样，另一种已知的方法是将  间、对-甲酚混合物二丁基化得到2，6-二-叔丁基-4-甲基酚(4M26B)和4，6-二-叔丁基-3-甲基酚(3M46B)的混合物，分离混合物，然后，将每个异构物脱单丁基或与甲酚发生烷基转移作用。
然而，在前述的方法中，间-甲酚和对-甲酚必须预先从  间、对-甲酚混合物中分离出来，进一步地，分离出的异构物分别地丁基化后，4M2B或3M6B必须通过蒸馏和类似的方法，从含有未起反应的甲酚和二丁基化副产物化合物的反应产物中再次分离和提纯。
另外在后者的方法中，4M26B和3M46B必须预先从  间、对-甲苯酚混合物的二丁基化的反应混合物中分离，进一步地，异构物分别脱单丁基或与甲酚发生烷基转移作用以后，4M2B或3M6B必须通过蒸馏和类似的方法，从含有甲酚和未反应的二丁基化的化合物的反应产物中再次分离和提纯。
根据以上描述，为了用常规的方法，制备4M2B和3M6B，分离间-异构物系和对-异构物系，如从未加工的原料中应用间，对-甲酚混合物的丁基化反应中分离间-甲酚和对-甲酚或二丁基化反应后分离间-甲苯酚衍生的二丁基异构物和间-甲酚衍生的二丁基异构物是必要的。
由于上述的原因，可以设想从这样一个叔丁基甲苯酚混合物中通过蒸馏作用分离和提纯4M2B和3M2B是困难的。因为4M2B和3M6B的沸点(在2.67Kpa测得，分别为127℃和132℃)差别小，且含有邻间，对-甲酚混合物的二丁基化反应混合物或丁基化反应混合物的脱单丁基的或与甲酚进行烷基转移的反应混合物，或邻间，对-甲酚的混合物的丁基化反应混合物的沸点低于4M2B、高于3M6B。(Industrial and Engineering Chemistry，35，No.3，264(1943))
以操作的观点，从含有3M6B，4M2B，沸点高于3M6B的化合物和沸点低于4M2B的化合物的这种叔丁基甲酚混合物中，分离4M2B和3M6B是工业上有益的。这种叔丁基甲酚混合物是从工业上易得到的未经任何处理的间，对-甲酚混合物粗原料中获得，其在粗原料阶段没有分离为间-异构物系和对-异构物系。因此，发展这样一种分离方法是非常需要的。
在这些条件下，本发明人研究了一种从叔丁基甲酚混合物中有效地分离4M2B和3M6B的方法，结果得到本发明，所述叔丁基甲酚混合物，包含以下组分：2-叔丁基-4-甲基酚(4M2B)，2-叔丁基-5-甲基酚(3M6B)，沸点低于4M2B的化合物和沸点高于3M6B的化合物，得自以工业有利的方式得到的间、对甲酚混合物。
本发明涉及了一种从叔丁基甲酚混合物中分离和提纯叔丁基-甲基酚异构物的方法，混合物组分含有2-叔丁基-4-甲基酚(4M2B)、2-叔丁基-5-甲基酚(3M6B)，沸点低于4M2B的化合物和沸点高于3M6B的化合物，本方法包括至少三次蒸馏操作，每次蒸馏操作中包括从混合物或前次蒸馏操作中得到的组分中分离出至少一种低沸点组分和至少一种高沸点组分。
用于本发明的叔丁基甲酚混合物包含作为组分的，2-叔丁基-4-甲基酚(4M2B)、2-叔丁基-5-甲基酚(3M6B)，沸点低于4M2B的化合物和沸点高于3M6B的化合物，所有这些均衍生自间-或对-甲酚。
这种已知的叔丁基甲酚混合物，其例子包括通过间，对-甲酚混合物的丁基化作用得到的反应混合物，通过间-和对-甲酚的二丁基化化合物二-叔丁基甲酚与甲酚的烷基转移作用得到的反应混合物，和通过如上所述的相同的二-叔丁基甲酚脱单丁基反应得到的反应混合物。
用于对、间甲酚混合物的丁基化作用的间，对-甲酚混合物是间位异构物和对位异构物的混合物，并且混合物可能含有技术上允许有的数量的邻位异构物。
作为丁基化剂，异丁烯是常用的，包括其他的丁烯气体如1-丁烯和/或2-丁烯的异丁烯气体混合物也可使用，因为后者的丁烯气体比异丁烯是更少反应性的且不会形成任何实质数量的杂质。
在这样一个丁基化作用反应中，产生大量的单丁基取代的异构物的反应条件是可选择的，然而，二丁基化的异构物的形成是不可避免的，反应产物包含沸点低于4M2B的化合物，如未反应的甲酚和沸点高于3M6B的化合物，如二丁基化的异构物和预期的4M2B和3M6B。
在甲酚和间-，对-甲酚的二丁基化混合物二-叔丁基甲酚与甲酚烷基化反应中的二-叔丁基甲酚的比例是不受特别限制的，鉴于反应效率，本反应通常在1∶1的比例附近进行。
同样，在这种烷基转移反应中，反应产物包含沸点低于4M2B的化合物如未反应的甲酚，和沸点高于3M6B的化合物如二丁基化的甲酚及希望的产物如上述的4M2B和3M6B。
此外，同样在二-叔丁基甲酚的脱单丁基反应中，不但丁基基团离开形成甲酚，而且未反应的二-叔丁基甲酚与形成的4M2B和3M6B保留在一起。
用于通常的芳族烷基化反应和脱烷基反应的催化剂也可很好的用在这种间-，对-甲酚混合物的丁基化反应，甲酚和二-叔丁基甲酚的烷基转移反应，和二-叔丁基的脱单丁基取代反应中。
催化剂通常包括酸催化剂，其例子包括质子酸如硫酸等等，路易斯酸如氯化铝等等，和固体酸如杂多酸等等。
尽管这样一种如上述的叔丁基混合物等，其中混合物的组成没有特别的限制，可以未经处理的用于本发明的分离和提纯，但它通常用碱洗，然后，用于蒸馏和提纯。所用碱没有特别的限制，工业上易得到的和易处理的氢氧化钠水溶液是优选的。
为从这种叔丁基甲酚混合物中分离和提纯2-叔丁基-4-甲基酚(4M2B)或2-叔丁基-5-甲基酚(3M6B)，至少进行三次蒸馏操作其在每次蒸馏操作中包括从混合物或前次蒸馏操作得到的组分中分离出至少一种低沸点的组分和至少一种高沸点组分。
为分离出至少一种低沸点组分和至少一种高沸点组分进行的蒸馏操作是可任意选择和结合的。其典型的例子包括下面的方法。(1)一种方法，包括下列蒸馏步骤：
(i)从叔丁基甲酚混合物中分离含有沸点低于4M2B的化合物的4M2B馏分和含有沸点高于3M6B的化合物的3M6B馏分；
(ii)从4M2B馏分中分离4M2B；
(iii)从3M6B馏分中分离3M6B，其中(ii)和(iii)的次序是可任意安排的，且(ii)和(iii)可同时进行。(2)一种方法，包含下列步骤：
(i)从叔丁基甲酚混合物中分离沸点高于3M6B的化合物得到含剩余组分的馏分；
(ii)从上述馏分中分离沸点低于4M2B的化合物得到含有4M2B和3M6B的馏分；
(iii)从馏分中分离4M2B和3M6B。(3)一种方法，包含下列步骤：
(i)从叔丁基甲酚混合物中分离沸点低于4M2B的化合物得到含剩余组分的馏分；
(ii)从上述馏分中分离沸点高于3M6B的化合物得到含有4M2B和3M6B的馏分；
(iii)从馏分中分离4M2B和3M6B。(4)一种方法，包含下列步骤：
(i)从叔丁基甲酚混合物中分离沸点高于3M6B的化合物得到含剩余组分的馏分；
(ii)从馏分中分离3M6B；
(iii)分离4M2B。(5)一种方法，包含下列步骤：
(i)从叔丁基甲酚混合物中分离沸点低于4M2B的化合物，得到含4M2B，3M6B和沸点高于3M6B的化合物的馏分；
(ii)从馏分中分离4M2B；
(iii)分离3M6B。
蒸馏操作可在常压和减压下进行。然而，由于在常压下蒸馏温度高，鉴于产品的质量、适用性、有用性等等方面，它在工业上优选的是在减压下蒸馏温度如底部温度为200℃或更低。因此，优选的操作压力通常为32KPa或更低，优选从1.5到30KPa。
为分离这些低沸点和高沸点的组分进行的蒸馏操作可以是简单的蒸馏。可是，一个多级蒸馏柱是常用的。理论塔板数是依靠未经加工的原料组成任意选择的，为得到高纯度的产物，高的理论塔板数是更加优选的，特别地，在分离4M2B和3M6B的蒸馏操作中，其优选的理论塔板数是30到100，更优选地在60到80。当然，可以用更高的理论塔板数，然而，在这种情况下，要求的压力由于压力损失有时不能保持，所以需要较大的仪器设备。
蒸馏柱的类型没有特别地限制，其例子包括盘状塔板柱、填充柱等等，填充柱的例子包括Pall环、SulzerWire Ganze BX packing等等(精馏过程由H.Z.Kister设计)。
下面的实施例进一步说明本发明，但其范围不限。
实施例1
缩写词
4M2B：    2-叔丁基-4-甲基酚
3M6B：    2-叔丁基-5-甲基酚
二丁基化异构物：2，6-二-叔丁基-4-甲基酚和4，6-二-叔丁基-3-甲基酚的混
                合物
在装有搅拌器、通气管、温度计、冷凝器的反应容器中每小时795克地加入硫酸溶解的甲酚(硫酸溶解1.2％重量基于甲酚重量比100％)，进一步，丁基化反应在65℃常压，通入含有1-丁烯、2-丁烯等的异丁烯混合气下进行8小时，得到的丁基化反应混合物用NaOH水溶液中和。中和过程中，以每单位的硫酸加入1.5当量的NaOH处理，且在110℃进行反应3小时，然后分离水相，得到的有机相用水洗后得到叔丁基甲酚混合物11.79Kg(甲酚含量6.4％，4M2B含量16.3％，3M6B含量13.3％，二丁基化异构物含量58.6％，其它组分含量5.4％)。
产品用理论塔板数为80的精馏柱精馏，加料塔板数为53，回流的比例为20，柱顶的压力6.7Kpa，柱顶的温度127.6℃，得到馏出液含27.6％的甲酚、含70.0％的4M2B和含0.3％的3M6B且底部提取液含0.1％的4M2B、17.2％的3M6B和76.4％的二丁基化异构物。在此操作下底部压力是10.7Kpa，底部温度是180.1℃。
此馏出液用理论塔板数为22的精馏柱精馏，加料塔板数11，回流比例3，柱顶的压力13.3Kpa，柱顶温度127.1℃，得到馏出液含93.2％的甲酚且底部提取液含99.1％的4M2B和0.5％的3M6B。在此操作下底部压力是14.7KPa，底部温度是168.7％。
从第一次精馏得到的底部提取液用理论塔板数为30的精馏柱精馏，加料塔板数14，回流比例6，柱顶的压力4.0Kpa，柱顶的温度138.5℃，得到馏出液含0.6％的4M2B和99.1％的3M6B且底部提取液含0.2％的3M6B和92.2％的二丁基化异构物。在此操作下底部压力为4.8KPa，底部温度为164.5℃。
实施例2
在实施例1中得到的叔丁基混合物(甲酚含量6.4％，4M2B含量16.3％，3M6B含量13.3％，二丁基化异构物含量58.6％，其它组分含量5.4％)用理论塔板数为30的精馏柱精馏，加料塔板数14，回流比例6，柱顶的压力4.0Kpa，柱顶的温度121.3℃，得到馏出液含17.5％的甲酚、含44.7％的4M2B和含36.4％的3M6B且底部提取液含92.3％的二丁基化异构物。在此操作下底部压力为4.8KPa，底部温度为164.5℃。
馏出液用理论塔板数为22的精馏柱精馏，加料塔板数11，回流比例3，柱顶的压力4.0Kpa，柱顶温度100.7℃，得到馏出液含93.3％的甲酚且底部提取液含0.1％的甲酚、55.0％的4M2B和44.7％的3M6B。在此操作下底部压力是5.3KPa，底部温度是143.1％。
底部提取液用理论塔板数为80的精馏柱精馏，加料塔板数为53，回流的比例为30，柱顶的压力13.3Kpa，柱顶的温度166.0℃，得到馏出液含99.1％的4M2B和含0.5％的3M6B且底部提取液含0.7％的4M2B和99.3％的3M6B。在此操作下底部压力是17.3Kpa，底部温度是178.9℃。
实施例3
在实施例1中得到的叔丁基混合物(甲酚含量6.4％，4M2B含量16.3％，3M6B含量13.3％，二丁基化异构物含量58.6％，其它组分含量5.4％)用理论塔板数为22的精馏柱精馏，加料塔板数11，回流比例3，柱顶的压力13.3Kpa，柱顶的温度127.1℃，得到馏出液含93.3％的甲酚且底部提取液含17.5％的4M2B、14.3％的3M6B和62.9％的二丁基化异构物。在此操作下底部压力为14.7KPa，底部温度为183.3℃。
底部提取液用理论塔板数为80的精馏柱精馏，加料塔板数为53，回流的比例为35，柱顶的压力6.7Kpa，柱顶的温度147.0℃，得到馏出液含99.1％的4M2B和含0.5％的3M6B且底部提取液含17.2％的3M6B和76.4％的二丁基化异构物。在此操作下底部压力为10.7Kpa，底部温度是180.1℃。
进一步，底部提取液用理论塔板数为30的精馏柱精馏，加料塔板数为14，回流的比例为8，柱顶的压力4.0Kpa，柱顶的温度138.5℃，得到馏出液含0.7％的4M2B和含99.3％的3M6B且底部提取液含0.2％的3M6B和92.2％的二丁基化异构物。在此操作下底部压力为4.8Kpa，底部温度是164.5℃。
根据本发明方法，从衍生自间-，对-甲酚混合物的叔丁基甲酚混合物中可在工业上有利地和高效地分离4M2B和3M6B。

Claims (6)

1、一种从叔丁基甲酚混合物中分离和提纯叔丁基-甲基酚异构体的方法，该混合物含作为混合物组分的2-叔丁基-4-甲基酚、2-叔丁基-5-甲基酚，沸点低于2-叔丁基-4-甲基酚的化合物和沸点高于2-叔丁基-5-甲基酚的化合物，本方法包括至少三次蒸馏操作，其中每次蒸馏操作包括从混合物中或前次蒸馏操作得到的组分中分离出至少一种低沸点组分和至少一种高沸点组分；
所述方法包含下列蒸馏操作之一：
A、(i)从叔丁基甲酚混合物中分离含有沸点低于2-叔丁基-4-甲基酚的化合物的2-叔丁基-4-甲基酚馏分和含有沸点高于2-叔丁基-5-甲基酚的化合物的2-叔丁基-5-甲基酚馏分，
(ii)从2-叔丁基-4-甲基酚馏分中分离2-叔丁基-4-甲基酚，和
(iii)从2-叔丁基-5-甲基酚馏分中分离2-叔丁基-5-甲基酚；
B、(i)从叔丁基甲酚混合物中分离沸点高于2-叔丁基-5-甲基酚的化合物得到含剩余组分的馏分，
(ii)从上述的馏分中分离沸点低于2-叔丁基-4-甲基酚的化合物得到含有2-叔丁基-4-甲基酚和2-叔丁基-5-甲基酚的馏分，和
(iii)从馏分中分离2-叔丁基-4-甲基酚和2-叔丁基-5-甲基酚；
C、(i)从叔丁基甲酚混合物中分离沸点低于2-叔丁基-4-甲基酚的化合物得到含剩余组分的馏分，
(ii)从上述的馏分中分离沸点高于2-叔丁基-5-甲基酚的化合物得到含有2-叔丁基-4-甲基酚和2-叔丁基-5-甲基酚的馏分，和
(iii)从馏分中分离2-叔丁基-4-甲基酚和2-叔丁基-5-甲基酚；
D、(i)从叔丁基甲酚混合物中分离沸点高于2-叔丁基-5-甲基酚的化合物得到含剩余组分的馏分，
(ii)从馏分中分离2-叔丁基-5-甲基酚，和
(iii)分离2-叔丁基-4-甲基酚；或者
E、(i)从叔丁基甲酚混合物中分离沸点低于2-叔丁基-4-甲基酚的化合物，得到含2-叔丁基-4-甲基酚、2-叔丁基-5-甲基酚和沸点高于2-叔丁基-5-甲基酚的化合物的馏分，
(ii)从馏分中分离2-叔丁基-4-甲基酚，和
(iii)分离2-叔丁基-5-甲基酚。
2、根据权利要求1的方法，其中叔丁基-甲酚混合物是通过间-，对-甲酚混合物的丁基化反应得到的反应混合物。
3、根据权利要求1的方法，其中叔丁基甲酚混合物是通过甲酚和二-叔丁基甲酚的烷基转移反应得到的反应混合物。
4、根据权利要求1的方法，其中叔丁基甲酚混合物是通过二-叔丁基甲酚的脱丁基反应得到的反应混合物。
5、根据权利要求1的方法，其中蒸馏温度是200℃或更低。
6、根据权利要求1的方法，其中理论塔板数为30到100的精馏柱用于分离2-叔丁基-4-甲基酚和2-叔丁基-5-甲基酚的蒸馏操作中。
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