3,5-二叔丁基-4-羟基苯甲酸的生产工艺研究
2020-08-09
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第29卷第21期 甘肃科技 Gansu Science and Technol 29Ⅳ0.21 2013年11月 Nov. 2013 3,5一二叔丁基一4一羟基苯甲酸的生产工艺研究 魏万茂 (甘肃省化工研究院,甘肃兰州730020) 摘要:研究了利用柯尔伯一施密特(Kolbe--Schmitt)反应的合成原理,以2,6一二叔丁基苯酚(2,6一DTBP)为原 料,在苯环上引入羧基,制得3,5一二叔丁基一4一羟基苯甲酸产品的生产工艺。讨论了物料配比,反应温度、压力及 时间对反应转化率和收率的影响,确定了合理的生产工艺,即:2,6一DTBP与甲醇钠摩尔比为1.00:1.10;反应温度 90~120℃;反应釜CO 通气压力,即叙述中的“反应压力”0.3~0.5MPa;反应时间16—20h。 关键词:3,5一二叔丁基一4一羟基苯甲酸;2,6一二叔丁基苯酚;生产工艺 中图分类号:TQ265 含有3,5一二叔丁基一4一羟基苯基结构的化 合物常具有抗炎、抗病毒、抗肿瘤等作用 .2 J,因此, 是重要的医药化工中间体。3,5一二叔丁基一4一羟 BP)为原料,采用二氧化碳(CO )加压法合成工艺, 通过羧化反应合成3,5一二叔丁基一4一羟基苯甲 酸。该合成方法最大的优点是反应单一,转化率较 高,产品纯度高。 通过比较,选用柯尔伯一施密特(Kolbe— 基苯甲酸及其衍生物是用途广泛的抗氧剂及紫外线 吸收剂 。’6 ,也是合成灭蚊剂的中间体 ,3,5一二 叔丁基一4一羟基苯甲酸还用于光稳定剂4一羟基 Schmitt)反应的合成方法制备3,5一二叔丁基一4一 羟基苯甲酸产品。 (3,5)二叔丁基苯甲酸(2,4)二叔丁基苯基酯(代号 CA一120)、光稳定剂3,5一二叔丁基一4一羟基苯 甲酸正十六醇酯(代号uV一2908)的合成。 3,5一二叔丁基一4一羟基苯甲酸的合成方法主 要有3种。 1 实验研究 1.1主要实验原料 2,6一二叔丁基苯酚(≥99.5%,美国产);甲 醇钠(≥99.O%,中国产);DMF(N,N一二甲基甲酰 胺)(≥99.O%,韩国产);甲醇(>199.8%,产地兰 州);甲苯(≥99.8%,产地兰州);浓硫酸(≥ 一 1)以3,5一二叔丁基一4一羟基苯甲醛为原料, 经氧化反应制得l2j,反应式为(1): “ j~ 98.0%,产地兰州);CO2(>t99。9%,产地兰州)。 1.2主要实验仪器 2)以2,6一二叔丁基一4一甲基苯酚为原料,在 乙酸溶液中经溴化、氧化而制得 J,反应式为(2): “t≤ cn,i n鸯 cn。 。 高压釜(2L,FYX一2a型),高效液相色谱仪 (PE200系列),气相色谱仪(CP3800型),真空干燥 烘箱(ZK一72B型),循环水式真空泵(H—B型), 电动搅拌器(JJ一1型),有机合成用标准磨口玻璃 仪器。 1.3实验过程 3)利用柯尔伯一施密特(Kolbe—Sehmitt)反 应 J叫制备,反应式为(3): CO: “。:::§— ——— i— : : :一“。 :::5 c。。” .向带有电动搅拌、真空蒸馏装置及温度计的 1000mL三口瓶中,加入500mL甲醇、定量的甲醇钠 其中反应(1)原料较难得,且氧化收率较低,纯 度差,后处理繁琐;反应(2)文献[8]报道的收率为 63.7%,并选用溴素(Br2)等原料,毒性较大,不便操 作;反应(3)利用柯尔伯一施密特(Kolbe—Schmitt) 反应的合成方法,以2,6一二叔丁基苯酚(2,6一DT— 和2,6一DTBP。搅拌溶解,开始反应;油浴升温至 65 ̄C左右微回流时,开始减压蒸馏,当真空度达到 0.07MPa,基本无馏分流出时,停止蒸馏。通氮气破 真空,向三口瓶加入一定量的溶剂DMF,搅拌至全 ・基金项目:2012年甘肃省科技厅技术研究与开发专项计划(1205TCYAo32)12012科技部中小企业技术创新基金(12026216206944) 第2l期 魏万茂:3,5一二叔丁基一4一羟基苯甲酸的生产工艺研究 2l 部溶解后,减压蒸出适量的溶剂甲醇与DMF混合 液,降温至5O℃以下。 将上述反应物料转入装有一定量稀硫酸的 3000mL三口瓶中,加入1000mL甲苯,搅拌溶解后, 静置0.5h,分去下层水相。之后,升温,在常压105 将三El瓶内的物料转入高压釜,升温,通氮气置 换空气,然后在100~110℃通人CO2气体,在0.5~ 1.0MPa的压力下保温反应24h后取样,用高效液相 色谱(HPLC)检测,当2,6一二叔丁基苯酚(2,6一 110℃范围内回流脱水3h,降温至20℃以下改用 冰盐水降温,在5℃左右保持1—3h,过滤出产物,真 ~空烘干,HPLC检测产物的纯度。 1.4合成实验流程(如图1所示) 洗涤一 脱水 重结晶 干燥 检测 DTBP)的质量分数低于5.O%时,降温停止反应。 加料 通CO2保温、保压 三 瓶 馏 高 釜 回收甲醇 图1 3。5一二叔丁基一4羟基苯甲酸合成实验流程 1.5实验结果与讨论 1.5.1温度对反应的影响 由表2可知,在反应时间和反应温度不变的情 反应温度与转化率关系见表1。 表1 反应温度与转化率关系数据 况下,随着反应压力的增高,转化率将相应有所提 高,但反应压力越高,对反应设备要求也越高,设备 投资也越大,增加成本;反应压力高,操作控制也不 易。当反应压力为0.5—0.6MPa时,转化率基本能 接近95.O%,故选择反应压力以0.5—0.6MPa为 宜。 1.5.3时间对反应的影响 反应时问与转化率关系见表3。 表3反应时间与转化率关系数据 由表1可知,在反应时间和反应压力不变的情况 下,随着反应温度的升高,转化率将相应提高;当温度 升高到一定程度后,随着反应温度的升高,转化率则 开始下降。故反应温度在105~1 10℃范围内最佳。 1.5.2压力对反应的影响 反应压力与转化率关系见表2。 表2反应压力与转化率关系数据 由表3可知,在反应温度和反应压力不变的情 况下,随着反应时间的延长,转化率将相应提高;但 反应时间太长,会影响到反应周期,且转化率增高并 不明显。故反应时间在24~30h为宜。 1.5.4物料配比对收率的影响 反应物料配比与转化率及收率关系见表4。 表4反应物料配}匕与转化率及收率关系数据 22 甘肃科技 第29卷 反应的物料配比直接影响着原材料的消耗成 本,由于该产物是由2,6一DTBP经羧化反应而制 相应提高;但当甲醇钠过量较多时,转化率反而降 低。故2,6一DTBP与甲醇钠的摩尔比以1.00: 1.10为好。 1.5.5优化论证实验 得,所以在实验过程中以2,6一DTBP计算收率,反 应中控制2,6一DTBP消耗到最低量。由表4可知, 按照摩尔数的比例适当加大甲醇钠的量,转化率将 优化实验数据见表5。 表5优化实验数据 在最佳工艺条件下,进行了优化论证试验,结果 证明反应转化率在95.O%左右,产物收率不低于 分析检测仪器与小试同,中试生产设备见表6。 表6中试生产设备 85.0%,产物HPLC检测分析纯度不低于99.0%。 1.6实验结论 通过实验,确定的实验室最佳合成条件是:反应 温度105~11O℃;反应压力0.5—0.6MPa;反应时 间24~30h;2,6一DTBP与甲醇钠的摩尔比为1.0o :1.1O;按照上述实验条件,产物收率可达85.O% 以上,高效液相色谱(HPLC)分析产物纯度不低于 99.0% 2中试生产工艺研究 2.1 中试生产工艺原料 2.3 中试生产工艺流程 与小试同。 2.2 中试生产主要仪器与设备 甲醇甲醇钠 2,6-DTBP 3,5一二叔丁基一4一羟基苯甲酸中试生产工艺 流程如图2所示。 稀H2sO 4、甲苯 图2 3。5一二叔丁基一4一羟基苯甲酸中试生产工艺流程 2.4 中试生产工艺过程 置0.5h,分出下层水相。再升温回流脱水后,将物 料转入1000L搪瓷反应釜中。 重复上述反应及后处理操作两次。1000L产品 向200L不锈钢反应釜中加入与2,6一DTBP等 量的甲醇,开动搅拌,从手孔缓慢加入2,6一DTBP 与甲醇钠。升温至6O℃,减压蒸馏回收甲醇,真空 度达到0.07MPa时停止蒸馏。通氮气破真空,向反 应釜加入计量的溶剂DMF,搅拌溶解。再升温蒸出 少量甲醇与DMF的混合液后,开始通CO ,保温保 压反应。当2,6一DTBP质量分数降至5.0%以下 时,降温停止反应。 将上述反应物料,加入到预先加好一定量的稀 硫酸和甲苯的300L搪瓷反应釜中,搅拌均匀后,静 釜中物料适中后,循环水、冰盐水降温至lO℃左右, 开始离心出料。母液回收,产品加入真空干燥机中 烘干。待挥发分小于0.5%时,降温出料。产品分 析检测,合格后包装。 2.5 中试生产工艺条件确定 2.5.1 DMF对中试生产工艺的影响 在中试生产过程中发现,原实验室确定的最佳 合成条件反应温度范围(105—110℃)太窄,反应压 第21期 魏万茂:3,5一二叔丁基一4一羟基苯甲酸的生产工艺研究 23 力(0.5~0.6MPa)较高,反应时间(24~30h)较长; 中试放大效应反应釜搅拌等给中试生产造成了许多 困难。经通过加大DMF的量以期解决上述问题,证 明具有一定的效果见表7。DMF作为反应介质,将 气一固相反应转化为液相的均相反应;碱性介质的 实现是将一定量的甲醇钠加到酚的DMF溶液中,从 而将酚转化为相应的酚盐;增加DMF的量易于除去 体系中的低沸点物质,并在较高温度下进行羧化,从 而提高羧化产物的产率;但加大DMF的用量会增加 成本,因此尽量控制DMF的用量为2,6一DTBP的 2.0—2.5倍范围内。 表7中试生产工艺中控数据 2.5.2反应温度对中试生产工艺的影响 回收甲醇反应中控数据见表8。 表8 回收甲醇反应中控数据 由表7、8可以看出,反应温度可以放宽到90— 2.6 中试生产结果与讨论 2.6.1反应未到终点的补救措施 120 ̄C,而转化率基本保持在95.O%左右。 2.5.3反应压力对中试生产工艺的影响 CO:在DMF中的溶解度较大,通过增加DMF 的用量,可以增加羧化反应的机率,适当降低反应压 力。由表7可以看出,反应压力选择在0.3—0.5 在中试生产过程中,有40322、40324、40325三 批反应中控取样分析结果较差见表8,2,6一DTBP 转化率较低,体系中2,6一DTBP的质量分数偏高。 经向体系中再加人2,6一DTBP量的0.1mol比例的 甲醇钠,继续保温保压反应4h,取样HPLC检测体 系中2,6一DTBP的质量分数降至5.O%以下,停止 反应。可见,反应未到终点的补救措施是向体系再 加入少量的甲醇钠,继续反应,HPLC跟踪检测,当 2,6一DTBP的质量分数低于5.O%时,停止反应,转 化率即可达95.0%以上。 MPa,转化率可以达95.0%左右。 2.5.4反应时间对中试生产工艺的影响 适当增加DMF的用量,有利于将酚转化为酚盐, 有利于除去体系中的低沸点物质,有利于羧化反应, 加快反应速度,缩短反应的时间。由表7、8可以看 出,反应时间在16—20h,转化率可以达95.O%左右。 甘2.6.2溶剂回收使用 肃科技 第29卷 中试生产过程中,蒸出的甲醇完全可回收而循 环使用见表8、9;DMF反应结束后留在水相,与水互 溶,但因其易分解而致回收失败,尚需进一步寻找 DMF的回收方法;用于后处理的甲苯,回收并经过 蒸馏可循环使用。溶剂回收见表9。 表9中试生产溶剂回收数据 2.6.3 中试生产结论 通过l8批中试生产,得到以下结论:反应温度 放宽到9O一120 ̄C;通过增加DMF的用量,可适当 4结论 选用柯尔伯一施密特(Kolbe—Schmitt)反应的 合成原理,以2,6一二叔丁基苯酚为原料,采用CO 加压法,通过羧化反应生产3,5一二叔丁基一4一羟 基苯甲酸的生产工艺具有技术先进性;在最佳工艺 降低反应压力(0.3—0.5MPa),可适当缩短反应时 间(16—20h);反应未达到中控要求,可通过适当补 加甲醇钠的方式来补救;回收溶剂甲醇、甲苯可循环 使用;中试反应转化率在95.O%左右,中试产品平 均收率可达到85.0%,产品纯度不低于99.0%见表 1O 条件下,反应转化率在95.O%左右,收率可达到 85.O%以上,产品纯度不低于99.O%;回收溶剂甲 醇、甲苯可循环使用;反应未达到中控要求,可通过 补加甲醇钠的方式来补救。该工艺反应单一,转化 率较高,产品纯度高,易于实现工业化生产。 参考文献: [1]Xu ZB,Guo ZR.Advances in research and bioactivities of 表10中试生产收率数据 compounds containing di—tert—butylphol[J].Yaoxue xu ̄ao,2001,36(11):877—880. 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(下转第32页) 32 切,NPP阴坡明显高于阳坡。 2.2.4坡位对NPP的影响 甘肃科技 第29卷 由大到小顺序为:中坡>平(坦)坡>下坡>上坡> 谷底>山脊,可见NPP主要集中在中、下坡位。NPP 坡位通过影响土壤属性和土壤发育过程而影响 一 一:;一h jj 一莨 z一一啦 植被生长状况。如图3(c)所示,以7月为例,NPP 40 . : 1 在不同坡位的分布具有典型的垂直分布。 4o l曩一 誓■_■醢们 ■■纛5 ≈ ■■■■■3 ■量ll■■■■■O ■■■■l■l3 ■●●■●■●■■■■■Il-ll IliIi■ 畸:5 ■■lO ■●■_. 潭4 嚣 辩掖描心{km) ‘f; 5 5 如栈硒埋(kin} 海拔勰嚏(km) ∞ ∞ ∞ 埒 oI 图2 NPP与海拔的关系(6-8月) 螂嚣 匡 2 0 l1) 20 60 妻15 tIll■llIllll■纛5 ■重■■■■■■■■■■■曩4 5o 4O {薹1O 3o ~5 4 鞋 Z 爱5 0 匏枣嘏拳率黼诲蹲礴勰 藿20 窆'o 0 嚣 峨 2 e 8一 ,S’5 2525~3s’35 ∞ 幻 城精(a) 竣ji砑(b) 艇豫{c) O 图3 NPP与坡度、坡向、坡位的关系 3结论 h≈≈●l■l ==I 5 t■■■I3 生态学的研究内容[J].生物多样性,2004,16(1):10 —19. 黑河流域上游6~8月的草地NPP总量在1— 300gem~,呈自东南向西北逐渐递减的趋势;夏季草 地NPP总量从2000—2005年总体呈增加趋势, ; 一O 2005—201 1年略有减少。黑河上游夏季草地NPP —5 ■■■■■■■l O ■■■—■■■■■3 l■■■■■■I■IIl S ■■●■■■■■■■■—■■4 [3] 宋军,王斌,张春,等.黑河源区生态环境现状及生态 建设成效分析[J].人民黄河,2011,18(3):58—59. ter C S,Randerson J T,Field C B,eta1.Terrestrial ECo— [4] Potsystem Production:a Process Model Based on G1obal Sat. 分布与海拔、坡度、坡向、坡位等地形因子有密切关 5 eUite and Surface Data[J].Global Biogeochemieal Cy— cles,1993,7(4):811—841. W.THORNTON P E,NEM ANIR,eta1.G1ob. [5] RUNNNG S al Terrestrial Gross and Net Primary Productivity from the 系,其中海拔和坡向影响最大。 参考文献: [1]王根绪,邓伟,杨燕,等.山地生态学的研究进展、重点 领域与趋势[J].山地学报,2011,19(2):129—140. Earth Observing System[c].sALA O,JACKSON R, MOONEY H.Methods in Ecosystem Science New York. Spring er Verlag.2000:44—57. ・●…・●…・●…・●…・●…・●…・●…・●…・●…・●__・・●…・●…・●…・●…・●…・●…・●…・●…・●…・●…・●__ [2] 方精云,沈泽昊,崔海亭.试论山地的生态特征及山地 ・●…・●…・●…・●・…●…・●…・●・” ・●…・●・・”●…・●…・●…(上接第24页) [6] MATHIS RONALDD.UV—stabilizing system for polymer- ic materials comprising phenyl benzoate and nikel or co— 甲酸的合成[J].中国医药工业杂志,2003,34(11): 546—547. [9]A S Linsey.H]eskey[J].Chem Rev,1957.57.583— 596. bait complexes of partially fluorinated ̄一diketone[P]. US3838099,1974—09—24. [10]Lind H,Rody J,Brunnetti H.Verfahren zur herstellung yon MkMisMzen 3,5一disubstituierten 4一hydroxy— [7]B T Walton.Pesti[J].Biochem and Physi.1979,12,23— 30. benzoesauren und deren freien sauren[P].DE: 2247008,1973—04—05.(CA 1973,78:159232j). [8]赖宜生,张奕华,李月珍.3,5一二叔丁基一4一羟基苯