CN116283500B - 一种高纯度2,6-二羟基甲苯的合成方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种高纯度2,6‑二羟基甲苯的合成方法。本发明的方法以廉价易得的3‑氯‑2‑甲基苯胺作为原料,与传统方法相比,在碱熔步骤中使用氯化亚铜与碘化亚铜的组合作为催化剂,在酸化步骤中将体系的pH调整至弱酸性而非强酸性,使2,6‑二羟基甲苯更多地留在水相中并冷却结晶析出,同时加入亚硫酸钠以保护产品。与传统方法相比,本发明的合成方法产品收率可提高10~15%、纯度可达99.8%以上,并可节省后处理时间。该合成方法是一种经济可行的2,6‑二羟基甲苯合成方法。

Description

一种高纯度2,6-二羟基甲苯的合成方法
技术领域
本发明涉及化工领域,具体来说,本发明涉及一种高纯度2,6-二羟基甲苯的合成方法。
背景技术
2,6-二羟基甲苯,又叫2-甲基间苯二酚,英文名为:2,6-Dihydroxytoluene,其结构式为:
2,6-二羟基甲苯具有许多重要的物理化学性质,其在化工领域具有非常重要的应用,是不可缺少的化工原料,通常应用于合成树脂、染色、医药、农药、颜料、染料、毛发染料、农用化学品、感光材料和炸药等多个领域,是非常重要的化工中间体之一,而且由于其本身具有良好的消毒杀菌功能,近些年来也被大量的使用在洗发水、护肤品等产品中。由于其下游产品的开发应用逐渐增加,它在化工中的应用市场正在不断的发展扩大,市场需求十分强劲。
2,6-二羟基甲苯的合成方法较多,根据其原料不同,所述方法包括:
1.以戊二酸为原料的制备方法
以戊二酸为初始原料,在硝基苯和氯化铝的催化下,与乙酰氯发生反应生成2-甲基-1,3-环己二酮,2-甲基-1,3-环己二酮与醋酐反应后再水解即得到目标产物2,6-二羟基甲苯。此路线中使用的醋酐蒸汽有毒,并且合成线路比较复杂,需要三步反应才能完成,会产生较多的副产物、不便于产物的分离提纯,后处理也变得相对复杂,总收率约为50%;另外环境污染较为严重。
2.以对甲基苯甲酸为原料的制备方法
以对甲基苯甲酸为原料,通过磺化反应后,再在强碱氢氧化钠、氢氧化钾条件下水解,生成的盐再通过盐酸酸化,最后在硝基苯的条件下脱去羧基即得2,6-二羟基甲苯。该合成线路也有三步,前两步需要使用到硫酸、盐酸、氢氧化钠和氢氧化钾等大量的强酸、强碱,后处理困难、环境污染严重,不符合绿色化学的原则。另外该反应由于步骤多操作复杂导致目标产物的总收率比较低,只能达到约50%。
3.以间苯二酚为原料的制备方法
其又可分为:
(1)间苯二酚甲醇甲基化法,由间苯二酚和甲醇在氯化铵-甲醇的介质中,高温高压直接反应得到产品。该反应需要在高温、高压条件下进行,这对于设备的选型增加了困难,且反应的收率低,生成的副产物多,分离困难,不适合工业化生产的需要。
(2)间苯二酚碘甲烷甲基化法
先在间苯二酚的4,6-位引入叔丁基,再用甲醇或碘甲烷催化加氢使2位发生烷基化反应,然后再脱去4,6-位叔丁基。反应已工业化,三个反应步骤都属于经典反应,收率也较高,但是催化剂碘甲烷的价格昂贵,这使得产品的成本升高,这样导致目标产物的竞争力不强。
(3)间苯二酚甲醛甲基化法
即在方法(2)的基础上,采用甲醛代替甲醇或者碘甲烷催化加氢将2位烷基化反应。该方法各步骤仍然是经典反应,收率也较高,且反应条件相对温和,原料价格便宜,经济性提高。
间苯二酚法的最大优势是间苯二酚较为廉价,在产品成本方面具有优势,产品收率也较高;缺点是间苯二酚具有较大的毒性,并且该方法的反应条件较为苛刻,而且容易在苯环上同时引入多个碳链,导致产品不纯,增加了提纯难度。
4.以2,5-二硝基甲苯为原料的制备方法
首先利用2,6-二硝基甲苯在高温高压条件下进行加氢反应得到2,6-二氨基甲苯,然后在醋酸体系下,用钯碳作为催化剂,高温高压条件下水解制得2,6-二羟基甲苯。
该方法采用钯碳做催化剂,在醋酸体系下水解,使得产品的生产成本变高但是收率却较低。后续改进以更为环保的NH4HSO4为催化剂,2,6-二氨基甲苯与水在高压釜中水解得到产品2,6-二羟基甲苯。
5.以3-氯-2-甲基苯胺为原料的制备方法
采用3-氯-2-甲基苯胺为原料,经过重氮化、水解、碱熔、酸化制备2,6-二羟基甲苯。
该方法原料来源广泛,反应条件相对温和,安全系数高。但是,在后处理阶段传统工艺酸化至pH 2左右后用乙酸乙酯萃取产品,然后脱去溶剂,蒸馏出粗品,粗品中加入水进行重结晶得到2,6-二羟基甲苯,产品收率和纯度不够高,并且萃取剂的蒸除需要较长时间。
发明内容
对此,本发明提供了一种高纯度2,6-二羟基甲苯的合成方法,将3-氯-2-甲基苯胺依次经重氮化、水解、碱熔、酸化,得到2,6-二羟基甲苯;其中,碱熔步骤使用氯化亚铜和碘化亚铜的混合催化剂;酸化步骤中,控制pH为弱酸性,将杂质溶于有机相中,并添加少量亚硫酸钠或连二亚硫酸钠,从而合成得到2,6-二羟基甲苯,解决了现有技术中2,6-二羟基甲苯产品纯度和收率不高,合成经济性不佳的问题。
本发明所述2,6-二羟基甲苯的合成方法包括:
步骤1):于70~90℃下,向质量浓度为40~70%的硫酸水溶液中滴加3-氯-2-甲基苯胺,搅拌后降至5℃以下,控制体系温度在0~5℃,滴加亚硝酸钠水溶液随后保温反应得到重氮液;
步骤2):将步骤1)的重氮液添加到30~60%硫酸中,于40~70℃下反应,反应结束后,加入甲苯萃取,得到中间体3-氯-2-甲基苯酚的甲苯溶液,直接进入下一步;
步骤3):将步骤2)得到的3-氯-2-甲基苯酚溶液加热至50~80℃,滴加氢氧化钠或氢氧化钾水溶液,搅拌反应,静置分水相和有机相,将水相分出并投入到高压反应釜中,再加入甲酸钠、氯化亚铜和碘化亚铜的混合催化剂、亚硫酸钠,于170~210℃、1.1~2.0Mpa的条件下反应,降温至100℃进行抽滤以除去固体,然后进入下一步;
步骤4):将步骤3)得到的滤液用酸酸化至pH为5.0~6.0,然后加入少量亚硫酸钠或连二亚硫酸钠控制pH至6.5~7.0;向其中加入甲苯,搅拌后分层水相和有机相,水相冷却析晶,离心得到2,6-二羟基甲苯。
优选的,步骤1)中于80~85℃下,向质量浓度为50~60%的硫酸水溶液中滴加3-氯-2-甲基苯胺。
优选的,步骤1)中3-氯-2-甲基苯酚、硫酸、亚硝酸钠的质量比为1:1.6~2.4:0.47~0.56。优选的,其为1:1.8~2.2:0.49~0.52。
优选的,步骤2)中硫酸水溶液中硫酸的浓度为40~50%,反应温度为50~60℃。其中,所述硫酸水溶液可由甲苯萃取3-氯-2-甲基苯酚后的水相配制得到,该硫酸水溶液可套用5~8次。
优选的,步骤2)中硫酸与3-氯-2-甲基苯胺的质量比为1.0~1.6:1;优选为1.3~1.5:1。
优选的,步骤2)中甲苯与3-氯-2-甲基苯胺的质量比为3.0~6.0:1;优选为3.2~4.0:1。
优选的,步骤3)中将3-氯-2-甲基苯酚溶液加热至70~75℃。
优选的,步骤3)中氢氧化钠或氢氧化钾与3-氯-2-甲基苯胺的摩尔比为1.2~1.6:1。优选1.3~1.5:1。氢氧化钠或氢氧化钾溶液的浓度为40~50%。
优选的,步骤3)中氯化亚铜与碘化亚铜的质量比为1~5:1,优选3~4:1。
优选的,步骤3)中甲酸钠、氯化亚铜和碘化亚铜的混合催化剂、亚硫酸钠或连二亚硫酸钠与3-氯-2-甲基苯胺的质量比为1.5~3.5%:1.8~3.6%:2.4~4.0%:1。优选为2.0~2.5%:2.0~3.2%:2.8~3.5%。
优选的,步骤3)中于195~200℃、1.2~1.5Mpa的条件下反应。
优选的,步骤4)中滤液冷却至25~50℃,优选30~40℃。
优选的,步骤4)中酸化所用的酸为盐酸、硫酸中的至少一种,优选为浓盐酸。
优选的,步骤4)中甲苯的质量为步骤3)得到的滤液的10~50%,更优选为20~40%。
优选的,步骤4)中水相冷却至0~15℃析晶,优选冷却至0~5℃析晶。
本发明中,所述浓度指质量浓度。
本发明的有益效果:
本发明提供了一种高纯度2,6-二羟基甲苯的合成方法。本发明的方法以廉价易得的3-氯-2-甲基苯胺作为原料,与传统方法相比,在碱熔步骤中使用氯化亚铜与碘化亚铜的组合作为催化剂,提高了催化效率;在酸化步骤中将体系的pH调整至弱酸性而非强酸性,甲苯洗涤时2,6-二羟基甲苯更多地留在水相中,而杂质则是随有机相除去;同时添加少量的亚硫酸钠可起到保护产品的作用。因此,水相在冷却结晶后能够得到高纯度的2,6-二羟基甲苯,产品损失少,产品收率高;与传统方法相比,收率可提高10~15%,纯度可达99.8%以上。相比于萃取,有机溶剂用量大大减少且省去了蒸馏时间,后处量时间大大缩短,每个批次可节省10h的后处理时间。本发明的方法操作简便、能耗低、有机溶剂用量少、产品收率和纯度高,是一种经济可行的2,6-二羟基甲苯合成方法。
具体实施方式
以下将对发明的优选实例进行详细描述。所举实例是为了更好地对发明内容进行,并不是发明内容仅限于实例。根据发明内容对实施方案的非本质的改进和调整,仍属于发明范畴。
下面实施例中的实验方法,如无特殊说明,均为常规方法。实施例中未注明具体技术或条件者,按照本领域内的文献所描述的技术或条件,或者按照产品说明书进行。
实施例1:
步骤1):于80~85℃下,向60%的硫酸水溶液470kg中滴加142kg的3-氯-2-甲基苯胺,在2h内滴加完毕,保温反应1.5h;然后降温至5℃以下,控制体系温度在0~5℃,滴加30%的亚硝酸钠水溶液245kg,3~4h滴完,随后保温反应1h得到重氮液;
步骤2):将步骤1)的重氮液缓慢添加到530kg的40%硫酸中,50~60℃反应2h,反应结束后,加入500kg的甲苯萃取,得到中间体3-氯-2-甲基苯酚的甲苯溶液,直接进入下一步;
步骤3):将步骤2)得到的3-氯-2-甲基苯酚甲苯溶液加热至70℃,缓慢滴加质量浓度为50%的氢氧化钠水溶液120kg,搅拌反应1h,静置分水相和有机相,将酚钠盐溶液水相分出并投入到高压反应釜中;有机层蒸馏回收甲苯。在高压釜中继续加入3.5kg的甲酸钠、2.9kg的质量比3:1的氯化亚铜和碘化亚铜催化剂、4.2kg的亚硫酸钠;于195~200℃、1.2~1.5Mpa的条件下保温反应1.5h,然后降温至90~100℃进行抽滤以除去固体,收集滤液;
步骤4):将步骤3)得到的滤液冷却至30~35℃后用浓盐酸酸化至pH为5.5~6.0搅拌溶清,然后加入约1.5kg的亚硫酸钠控制pH至6.5~7.0;向其中加入40kg的甲苯,搅拌0.5h,分层,水相去析晶釜,调整搅拌转速500转,先用循环水降温,至28~32℃,于28~32℃搅拌1h,开冷冻盐水降温至0~5℃,于此温下保温1h放料离心,干燥得到白色结晶粉末状的2,6-二羟基甲苯115.7kg,产品总收率93.2%;纯度≥99.8%。有机相蒸馏回收甲苯。
实施例2:
步骤1):于80~85℃下,向60%的硫酸水溶液470kg中滴加142kg的3-氯-2-甲基苯胺,在2h内滴加完毕,保温反应1.5h;然后降温至5℃以下,控制体系温度在0~5℃,滴加30%的亚硝酸钠水溶液245kg,3~4h滴完,随后保温反应1h得到重氮液;
步骤2):将步骤1)的重氮液缓慢添加到530kg的40%硫酸中,50~60℃反应2h,反应结束后,加入500kg的甲苯萃取,得到中间体3-氯-2-甲基苯酚的甲苯溶液,直接进入下一步;
步骤3):将步骤2)得到的3-氯-2-甲基苯酚甲苯溶液加热至70℃,缓慢滴加质量浓度为50%的氢氧化钠水溶液120kg,搅拌反应1h,静置分水相和有机相,将酚钠盐溶液水相分出并投入到高压反应釜中;有机层蒸馏回收甲苯。在高压釜中继续加入3.5kg的甲酸钠、4.3kg的质量比3:1的氯化亚铜和碘化亚铜催化剂、4.2kg的亚硫酸钠;于195~200℃、1.2~1.5Mpa的条件下保温反应1.5h,然后降温至90~100℃进行抽滤以除去固体,收集滤液;
步骤4):将步骤3)得到的滤液冷却至30~35℃后用浓盐酸酸化至pH为5.5~6.0搅拌溶清,然后加入约1.5kg的亚硫酸钠控制pH至6.5~7.0;向其中加入40kg的甲苯,搅拌0.5h,分层,水相去析晶釜,调整搅拌转速500转,先用循环水降温,至28~32℃,于28~32℃搅拌1h,开冷冻盐水降温至0~5℃,于此温下保温1h放料离心,干燥得到白色结晶粉末状的2,6-二羟基甲苯117.0kg,产品总收率94.2%;纯度≥99.8%。有机相蒸馏回收甲苯。
对比例1:
步骤1):于80~85℃下,向60%的硫酸水溶液470kg中滴加142kg的3-氯-2-甲基苯胺,在2h内滴加完毕,保温反应1.5h;然后降温至5℃以下,控制体系温度在0~5℃,滴加30%的亚硝酸钠水溶液245kg,3~4h滴完,随后保温反应1h得到重氮液;
步骤2):将步骤1)的重氮液缓慢添加到530kg的40%硫酸中,50~60℃反应2h,反应结束后,加入500kg的甲苯萃取,得到中间体3-氯-2-甲基苯酚的甲苯溶液,直接进入下一步;
步骤3):将步骤2)得到的3-氯-2-甲基苯酚甲苯溶液加热至70℃,缓慢滴加质量浓度为50%的氢氧化钠水溶液120kg,搅拌反应1h,静置分水相和有机相,将酚钠盐溶液水相分出并投入到高压反应釜中;有机层蒸馏回收甲苯。在高压釜中继续加入3.5kg的甲酸钠、2.9kg的质量比3:1的氯化亚铜和碘化亚铜催化剂、4.2kg的亚硫酸钠;于195~200℃、1.2~1.5Mpa的条件下保温反应1.5h,然后降温至90~100℃进行抽滤以除去固体,收集滤液;
步骤4):将步骤3)得到的滤液冷却至30~35℃后用浓盐酸酸化至pH为1.5~2.0搅拌溶清,向其中加入300kg的乙酸乙酯,搅拌1h,分层,有机相蒸除溶剂后用水重结晶,析晶温度0~5℃析晶,保温养晶3h,离心、干燥得到淡红色结晶粉末状的2,6-二羟基甲苯102.3kg,产品总收率82.4%;纯度98.5%。对比例2:
步骤1):于80~85℃下,向60%的硫酸水溶液470kg中滴加142kg的3-氯-2-甲基苯胺,在2h内滴加完毕,保温反应1.5h;然后降温至5℃以下,控制体系温度在0~5℃,滴加30%的亚硝酸钠水溶液245kg,3~4h滴完,随后保温反应1h得到重氮液;
步骤2):将步骤1)的重氮液缓慢添加到530kg的40%硫酸中,50~60℃反应2h,反应结束后,加入500kg的甲苯萃取,得到中间体3-氯-2-甲基苯酚的甲苯溶液,直接进入下一步;
步骤3):将步骤2)得到的3-氯-2-甲基苯酚甲苯溶液加热至70℃,缓慢滴加质量浓度为50%的氢氧化钠水溶液120kg,搅拌反应1h,静置分水相和有机相,将酚钠盐溶液水相分出并投入到高压反应釜中;有机层蒸馏回收甲苯。在高压釜中继续加入3.5kg的甲酸钠、2.9kg的氯化亚铜催化剂、4.2kg的亚硫酸钠;于195~200℃、1.2~1.5Mpa的条件下保温反应1.5h,然后降温至90~100℃进行抽滤以除去固体,收集滤液;
步骤4):将步骤3)得到的滤液冷却至30~35℃后用浓盐酸酸化至pH为5.5~6.0搅拌溶清,然后加入约1.5kg的亚硫酸钠控制pH至6.5~7.0;向其中加入40kg的甲苯,搅拌0.5h,分层,水相去析晶釜,调整搅拌转速500转,先用循环水降温,至28~32℃,于28~32℃搅拌1h,开冷冻盐水降温至0~5℃,于此温下保温1h放料离心,干燥得到白色结晶粉末状的2,6-二羟基甲苯104.9kg,产品总收率84.5%;纯度≥99.5%。
对比例3:
步骤1):于80~85℃下,向60%的硫酸水溶液470kg中滴加142kg的3-氯-2-甲基苯胺,在2h内滴加完毕,保温反应1.5h;然后降温至5℃以下,控制体系温度在0~5℃,滴加30%的亚硝酸钠水溶液245kg,3~4h滴完,随后保温反应1h得到重氮液;
步骤2):将步骤1)的重氮液缓慢添加到530kg的40%硫酸中,50~60℃反应2h,反应结束后,加入500kg的甲苯萃取,得到中间体3-氯-2-甲基苯酚的甲苯溶液,直接进入下一步;
步骤3):将步骤2)得到的3-氯-2-甲基苯酚甲苯溶液加热至70℃,缓慢滴加质量浓度为50%的氢氧化钠水溶液120kg,搅拌反应1h,静置分水相和有机相,将酚钠盐溶液水相分出并投入到高压反应釜中;有机层蒸馏回收甲苯。在高压釜中继续加入3.5kg的甲酸钠、2.9kg的质量比3:1的氯化亚铜和碘化亚铜催化剂、4.2kg的亚硫酸钠;于195~200℃、1.2~1.5Mpa的条件下保温反应1.5h,然后降温至90~100℃进行抽滤以除去固体,收集滤液;
步骤4):将步骤3)得到的滤液冷却至30~35℃后用浓盐酸酸化至pH为5.5~6.0搅拌溶清,向其中加入40kg的甲苯,搅拌0.5h,分层,水相去析晶釜,调整搅拌转速500转,先用循环水降温,至28~32℃,于28~32℃搅拌1h,开冷冻盐水降温至0~5℃,于此温下保温1h放料离心,干燥得到淡红色结晶粉末状的2,6-二羟基甲苯113.5kg,产品总收率91.4%;纯度98.7%。
最后说明的是,以上优选实施例仅用于说明本发明的技术方案而非限制,尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述,但本领域技术人员应当理解,可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变,而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (12)

1.一种高纯度2,6-二羟基甲苯的合成方法,包括:
步骤1):于70~90℃下,向质量浓度为40~70%的硫酸水溶液中滴加3-氯-2-甲基苯胺,搅拌后降至5℃以下,控制体系温度在0~5℃,滴加亚硝酸钠水溶液随后保温反应得到重氮液;
步骤2):将步骤1)的重氮液添加到30~60%硫酸中,于40~70℃下反应,反应结束后,加入甲苯萃取,得到中间体3-氯-2-甲基苯酚的甲苯溶液,直接进入下一步;
步骤3): 将步骤2)得到的3-氯-2-甲基苯酚溶液加热至50~80℃,滴加氢氧化钠或氢氧化钾水溶液,搅拌反应,静置分水相和有机相,将水相分出并投入到高压反应釜中,再加入甲酸钠、氯化亚铜和碘化亚铜的混合催化剂、亚硫酸钠,于170~210℃、1.1~2.0Mpa的条件下反应,降温至100℃进行抽滤以除去固体,然后进入下一步;其中,氯化亚铜与碘化亚铜的质量比为3:1;
步骤4):将步骤3)得到的滤液用酸酸化至pH为5.0~6.0,然后加入少量亚硫酸钠或连二亚硫酸钠控制pH至6.5~7.0;向其中加入甲苯,搅拌后分层水相和有机相,水相冷却析晶,离心得到纯度在99.8%以上的高纯度2,6-二羟基甲苯。
2.根据权利要求1所述的合成方法,其特征在于,步骤1)中3-氯-2-甲基苯酚、硫酸、亚硝酸钠的质量比为1:1.6~2.4:0.47~0.56。
3.根据权利要求1所述的合成方法,其特征在于,步骤2)中硫酸与3-氯-2-甲基苯胺的质量比为1.0~1.6:1。
4.根据权利要求1所述的合成方法,其特征在于,步骤3)中氢氧化钠或氢氧化钾与3-氯-2-甲基苯胺的摩尔比为1.2~1.6:1;氢氧化钠或氢氧化钾水溶液的浓度为40~50%。
5.根据权利要求1所述的合成方法,其特征在于,步骤3)中甲酸钠、氯化亚铜和碘化亚铜的混合催化剂、亚硫酸钠与3-氯-2-甲基苯胺的质量比为1.5~3.5%:1.8~3.6%:2.4~4.0%:1。
6.根据权利要求1所述的合成方法,其特征在于,步骤3)中甲酸钠、氯化亚铜和碘化亚铜的混合催化剂、亚硫酸钠与3-氯-2-甲基苯胺的质量比为2.0~2.5%:2.0~3.2%:2.8~3.5%:1。
7.根据权利要求1所述的合成方法,其特征在于,步骤3)中于195~200℃、1.2~1.5Mpa的条件下反应。
8.根据权利要求1所述的合成方法,其特征在于,步骤4)中酸化所用的酸为盐酸、硫酸中的至少一种。
9.根据权利要求1所述的合成方法,其特征在于,步骤4)中酸化所用的酸为浓盐酸。
10.根据权利要求1所述的合成方法,其特征在于,步骤4)中甲苯的质量为步骤3)得到的滤液的10~50%。
11.根据权利要求1所述的合成方法,其特征在于,步骤4)中水相冷却至0~15℃析晶。
12.根据权利要求1所述的合成方法,其特征在于,步骤4)中水相冷却至0~5℃析晶。
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