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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