二羥基對苯二甲酸的合成研究進(jìn)展

田 勇,鮑春陽，曹龍海，王文彬，于 振

（1.黑龍江省科學(xué)院 石油化學(xué)研究院，黑龍江 哈爾濱 150040；2.黑龍江省科學(xué)院 高技術(shù)研究院，黑龍江 哈爾濱 150020）

二羥基對苯二甲酸的合成研究進(jìn)展

田 勇1,2,鮑春陽1,2，曹龍海1,2，王文彬1,2，于 振1

（1.黑龍江省科學(xué)院 石油化學(xué)研究院，黑龍江 哈爾濱 150040；2.黑龍江省科學(xué)院 高技術(shù)研究院，黑龍江 哈爾濱 150020）

二羥基對苯二甲酸類化合物是功能材料及醫(yī)藥等的重要原料中間體，具有良好應(yīng)用前景。對2，5-二羥基對苯二甲酸、2，6-二羥基對苯二甲酸、2，3-二羥基對苯二甲酸三種化合物進(jìn)行了合成方法的綜述。以苯酚類化合物為起始原料，經(jīng)Koble-Schmitt法的制備路線為此類化合物最常用合成方法，其工藝具有操作簡便、安全，環(huán)境友好及適宜工業(yè)生產(chǎn)等特點。

二羥基對苯二甲酸;合成;Koble-Schmitt法

前言

對苯二甲酸（TPA）因其苯環(huán)類直鏈化合物的剛性，已成為高分子材料的重要合成單體，然而此類聚合物由于分子鏈上缺少如羥基類活性側(cè)基，導(dǎo)致其材料的抗紫外性、復(fù)合粘結(jié)性及抗壓性能并不理想。因此，以多羥基對苯二甲酸類化合物如某些二羥基對苯二甲酸化合物取代TPA作為聚合物單體，是對高分子材料的改性。二羥基對苯二甲酸類化合物已成為非常重要的一類有機(jī)中間體，廣泛應(yīng)用于藥物和功能材料的合成，特別是高分子改性材料（如有機(jī)發(fā)光材料以及改性纖維PBO、M5、PBX等）方面，可以利用分子中的羥基構(gòu)成的氫鍵來改善一些性能。二羥基對苯二甲酸類化合物兼具有對苯二甲酸類和類水楊酸類物質(zhì)的性質(zhì)，潛在的性能備受關(guān)注，展現(xiàn)出良好的應(yīng)用前景。

本文探討了2，5-二羥基對苯二甲酸（2，5-DHTA）、2，6-二羥基對苯二甲酸（2，6-DHTA）、2，3-二羥基對苯二甲酸（2，3-DHTA）三種二羥基對苯二甲酸化合物的合成方法。這三種化合物按起始原料不同，主要可由對苯二甲酸衍生物、苯酚衍生物以及環(huán)己二酮二甲酸二甲酯等為原料路線合成[1]。

1 環(huán)己二酮二甲酸二甲酯原料路線合成

由環(huán)己二酮二甲酸二甲酯出發(fā)的合成反應(yīng)按如下方程式進(jìn)行。

張首才等[2]以1，4-環(huán)己二酮-2，5-二甲酸二甲酯（DMSS）為原料，碘、碘化鉀為催化劑，在雙氧水作用下制備中間產(chǎn)品DMDHT。DMDHT在堿性環(huán)境下溫度98℃反應(yīng)1h，得到黃色粉末，提純后得2，5-DHTA，收率高達(dá)83.29%，高效液相色譜分析產(chǎn)品純度高達(dá)99.9%。

黃玉東等[3]以環(huán)己二酮二甲酸二甲酯為原料與極性溶劑混合，加入占環(huán)己二酮二甲酸二甲酯質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%～10%碘和碘鹽，反應(yīng)30～40min后，在溫度為80～100℃條件下，加入與原料物質(zhì)的量比為1∶0.5～1∶3的氧化劑，反應(yīng)3～6h，冷卻至室溫、過濾、去離子水水洗，將產(chǎn)物與水按1∶2～3的質(zhì)量比混勻，再加入與產(chǎn)物物質(zhì)的量比為1∶2～4的強(qiáng)堿水溶液，通氮氣保護(hù)加熱至90～100℃降到室溫，然后再按與環(huán)己二酮二甲酸二酯物質(zhì)的量比為1∶2～3的配比加入強(qiáng)酸，反應(yīng)4～6h后降至室溫，然后過濾、水洗，用混合溶劑重結(jié)晶、過濾，真空干燥10～24h得到2，5-DHTA，收率90%，純度大于99%。專利中提到也可用該法制備2，6-DHTA，但未報道具體實驗數(shù)據(jù)。該法在常壓下就可以反應(yīng)，制得產(chǎn)品純度和收率較好。但起始原料環(huán)己二酮二甲酸二甲酯尚無商品供應(yīng)；強(qiáng)酸、強(qiáng)堿對反應(yīng)設(shè)備有所限制。

2 對苯二甲酸衍生物原料路線合成

以對苯二甲酸衍生物為原料，合成路線比較多，有生物發(fā)酵法、羥基自由基加成重排法、氨基對苯二甲酸重氮化水解法、鹵代物水解法等。但是工業(yè)化均有一定的難度，如生物發(fā)酵法容易造成二次污染，羥基自由基加成重排法反應(yīng)設(shè)備較復(fù)雜，氨基對苯二甲酸重氮化水解法路線長、條件苛刻，鹵代物水解法精制后處理比較麻煩。

2，5-二鹵代對苯二甲酸在堿的水溶液中生成相應(yīng)的2，5-二鹵代對苯二甲酸二元鹽，2，5-二鹵代對苯二甲酸二元鹽在弱堿性條件下與水中的銅配體和堿反應(yīng)生成2，5-二羥基對苯二甲酸二元鹽，再在酸性條件下將其轉(zhuǎn)化為2，5-DHTA。如Ritter[4]以2，5-二溴對苯二甲酸為原料，在N2氣保護(hù)下，于Na2CO3水溶液中，用CuBr與外消旋N，N'-二甲基環(huán)己烷-1，2-二胺的配合物為催化劑，制得2，5-DHTA，純度81%（1HNMR法），收率72%。

在氫氧化鉀堿性和銅粉做催化劑的條件下利用苯酚和2，5-二溴對苯二甲酸（DBTA）的縮合可制備2，5-DHTA。而2-氨基對苯二甲酸二甲酯在堿性條件下水解為2-氨基對苯二甲酸后進(jìn)行重氮化反應(yīng)，再將產(chǎn)物在酸性條件下水解也能合成2，5-DHTA。

3 苯酚衍生物原料路線合成

以苯酚衍生物為原料合成羥基對苯二甲酸類化合物多采用Koble-Schmitt法進(jìn)行。首先苯環(huán)上羥基與氫氧化鉀或碳酸鉀反應(yīng)生成鉀鹽,然后再與二氧化碳發(fā)生親電取代而在芳環(huán)上引入羧基,最后經(jīng)酸化而得目標(biāo)產(chǎn)物。

3.1 Koble-Schmitt法合成2，3-DHTA

1944年Weizmann等首先用Kolbe-Schmitt法由間甲氧基苯酚鈉鹽制得2，3-DHTA。Weizmann和Cason各自由鄰苯二酚出發(fā)，在反應(yīng)溫度210℃以上時，都合成了高選擇性的2，3-DHTA。當(dāng)CO2壓力為7～14MPa，反應(yīng)溫度225℃，反應(yīng)8h，收率可達(dá)81%。

2004年雷光東等[5]在較低CO2壓力下用Kolbe-Schmitt法合成了2，3-DHTA:鄰苯二酚與碳酸氫鉀物質(zhì)的量配比為1∶2～1∶4，CO2壓力0.2～0.5MPa，190～210℃反應(yīng)3～5h。冷卻后用水溶解，鹽酸調(diào)pH值至2～3，再在n（乙醇）∶n（乙醚）=3∶1混合溶劑中重結(jié)晶制得2，3-DHTA，收率62%以上。合成反應(yīng)式如下所示。

3.2 Koble-Schmitt法合成2，5-DHTA

1974年Komoriya等將對苯二酚與KOH和K2CO3混合后通CO2至5.0MPa，210℃反應(yīng)5h，反應(yīng)物加水溶解后調(diào)pH值至中性，用乙酸乙酯萃取分出未反應(yīng)的對苯二酚后加酸析出2，5-DHTA。純度大于99.5%，收率為36.87%。1997年Sikkema等[6]將對苯二酚、K2CO3和HCOOK按物質(zhì)的量比為1.1∶1∶2.04混合后，通CO2氣至壓力0.12MPa，200℃反應(yīng)4h。反應(yīng)混合物用約50倍（與對苯二酚的質(zhì)量比）0.5%亞硫酸鈉水溶液溶解后，加鹽酸析出亮黃色目標(biāo)產(chǎn)物，2，5-DHTA的粗收率幾乎達(dá)100%。

2007年漆琳等[7]以正辛烷為溶劑，對苯二酚、氫氧化鉀、碳酸鉀與CO2通過Kolbe-Sehmitt反應(yīng)合成2，5-DHTA。在溫度220℃，壓力11.5MPa、攪拌速率400r/min等條件下反應(yīng)4h，2，5-DHTA的收率可達(dá)76.52%。反應(yīng)歷程如下:

孫碩等[8]用對二甲苯為溶劑、對苯二酚和堿金屬碳酸鹽及堿金屬碳酸氫鹽作為原料,在N2的氣氛和一定壓力下制備2，5-DHTA。反應(yīng)方程如下:

美國專利[9]提出在中性溶劑中制備2,5-DHTA,收率在65%～90%以上,主要缺點是反應(yīng)壓力高達(dá)8～11MPa。

3.3 Koble-Schmitt法合成2，6-DHTA

以3，5-二羥基苯甲酸為原料可按Kolbe-Schmitt法制備2，6-DHTA[10～11]。將1份3，5-二羥基苯甲酸、2份K2CO3、6.25份甘油和1.25份干冰混合后，通CO2氣體至壓力為8.0 MPa，150℃反應(yīng)16h。反應(yīng)物加水溶解后用酸調(diào)pH為酸性用Et2O-EtOAc萃取，以飽和食鹽水洗滌后，蒸出Et2O-EtOAc，真空干燥得0.5份2，6-DHTA。

2015年王坤等[12]采用常壓Koble-Schmitt反應(yīng)制備2，6-DHTA。將碳酸鉀、水加熱攪拌均勻后，滴加甲酸。反應(yīng)2h后，蒸出水，再向里面加入與甲酸鉀的質(zhì)量比為1∶4.36的3，5-二羥基苯甲酸，碳酸鉀，通入二氧化碳，在180～190℃下反應(yīng)4h。待冷卻后，用亞硫酸鈉的熱水溶液溶解反應(yīng)物，用活性炭脫色，調(diào)節(jié)pH值，用酸堿中和精制，酸洗得到淺黃色的2，6-DHTA。收率為83.32%。

上世紀(jì)50年代Hauptschein等[13～15]采用5-三氟甲基間苯二酚為原料，先經(jīng)Kolbe-Schmitt反應(yīng)進(jìn)行羧化，然后用硫酸水解得到2，6-DHTA。5-三氟甲基間苯二酚、K2CO3在通入CO2壓力達(dá)到約2.05MPa下，反應(yīng)溫度由室溫緩慢升至220℃，反應(yīng)10h。反應(yīng)物用熱水溶解后調(diào)pH值至6后用醚萃取，活性炭脫色后酸析得到4-三氟甲基-2，6-二羥基苯甲酸，將上步產(chǎn)物在硼硅管中與濃硫酸一起加熱水解為羧基后，在乙醇和水中重結(jié)晶得到2，6-DHTA。

2014年趙德明等[16]以3，5-二羥基苯甲酸為原料，常壓下經(jīng)Kolbe-Schmitt反應(yīng)得2，6-DHTA。在甲酸鉀熔融狀態(tài)下，m（3，5-二羥基苯甲酸）∶m（甲酸鉀）＝1∶5.46，反應(yīng)溫度180～190℃，反應(yīng)時間4h，收率87.32%，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為99.62%。

3.4 苯酚衍生物合成DHTA的其他方法

氧化脫保護(hù)法：1940年Hans等以3，6-二甲基鄰苯二酚為原料，先將其酚羥基用硫酸二甲酯甲醚化得到2，3-二甲氧基對二甲苯，再用KMnO4氧化為2，3-二甲氧基對苯二甲酸，最后在48%HBr溶液中加熱將甲醚酸解得2，3-DHTA。該方法路線長，環(huán)境污染重，工業(yè)化比較困難。

羥基苯腈水解法：1954年Loudon等以硫代丙二腈和草酸單乙酯在乙醇鈉存在下進(jìn)行環(huán)合反應(yīng)得到2，3-二羥基對苯二腈，然后在50%氫氧化鈉水溶液中水解酸化得到2，3-DHTA。

水解開環(huán)法：1962年P(guān)aolo等以8-羥基-2，3-二甲基苯并-γ-吡喃酮（Ⅰ）為原料，與氯化銨丙酸?；磻?yīng)得Ⅱb；化合物Ⅱb再與無水乙酸鈉和乙酸酐在180℃環(huán)合反應(yīng)8h，過濾、干燥、乙醇重結(jié)晶得無色晶體Ⅲ；最后將化合物Ⅲ在20%KOH水溶液中回流20h水解開環(huán)反應(yīng)，酸析得目標(biāo)產(chǎn)物2，3-DHTA，總收率10.5%。該方法的缺點是原料價格高，反應(yīng)時間長，收率低。

4 結(jié)束語

比較上述合成二羥基對苯二甲酸的方法可發(fā)現(xiàn)，Kolbe-Schmitt法是制備2，5-DHTA、2，6-DHTA以及2，3-DHTA的通用合成方法。Kolbe-Schmitt法雖然需用壓力反應(yīng)設(shè)備，反應(yīng)時間也較長，但由于原料易得，后處理簡便，條件加以優(yōu)化可以實現(xiàn)工業(yè)化，是最具工業(yè)前景的生產(chǎn)路線。隨著材料和制藥等行業(yè)的發(fā)展，二羥基對苯二甲酸類化合物展現(xiàn)了良好的應(yīng)用前景，需求逐年增長。目前這幾種化合物多以試劑級供應(yīng)，因此應(yīng)加快其工業(yè)化合成技術(shù)的研發(fā)。

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圖2 試樣80℃條件下擠出性曲線Fig.2 The extrusion curves of the samples at 80℃

由圖2可以看出，白礦油做增塑劑時，試樣熱貯后的擠出時間隨熱貯時間的增加而逐漸增加，且白礦油的添加量越大，擠出時間增加越久，擠出性越差；201硅油做增塑劑時，試樣熱貯后擠出時間隨時間變化不明顯，相對比較穩(wěn)定，但隨201硅油添加量的增加，擠出時間會變長，擠出性變差。導(dǎo)致以上情況可能是白礦油在熱貯過程中從膠體中滲出揮發(fā)，使試樣的性能變差。

綜上所述，添加增塑劑白礦油或201硅油均會影響貯存穩(wěn)定性，添加量越大，試樣貯存穩(wěn)定性越差。

3 結(jié)論

（1）白礦油添加量在一定范圍內(nèi)可代替201硅油做硅酮密封膠增塑劑，在本實驗配方中，其添加量不應(yīng)超過50質(zhì)量份，避免試樣性能達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)要求。

（2）白礦油代替201硅油做通用中性硅酮密封膠增塑劑，制成的試樣在常溫下質(zhì)量損失較明顯，導(dǎo)致體積有所收縮、邵氏硬度上升，拉伸性能下降，熱老化性，施工性和貯存穩(wěn)定性變差，直接影響品質(zhì)和檔次。

（3）不推薦在通用中性硅酮密封膠中添加白礦油做增塑劑，降低成本的同時必須保證產(chǎn)品的品質(zhì)。

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The Progress in Synthesis of Dihydroxyl Terephthalic Acid

TIAN Yong1,2,BAO Chun-yang1,2,CAO Long-hai1,2,WANG Wen-bin1,2and YU Zhen1
（1.Institute of Petrochemistry,Heilongjiang Academy of Sciences,Harbin 150040,China;2.Institute of Advanced Technology,Heilongjiang Academy of Sciences,Harbin 150020,China）

The dihydroxyl terephthalic acids are the important intermediate raw materials for the synthetic functional materials and medicines which have an excellent application prospect.The synthesis methods of three typical chemicals（2,5-DHTA,2,6-DHTA and 2,3-DHTA）are summarized.The preparation process of dihydroxyl terephthalic acid by Koble-Schmitt reaction with using phenol-type substances as starting materials is the common synthesis method,which has some advantages such as simple operation,safety,environment friendly and it is suitable for industrial production.

Dihydroxyl terephthalic acid;synthesis;Koble-Schmitt method.

TQ322.97

A

1001-0017（2015）06-0451-04

2015-08-06

田勇（1973-），男，黑龍江樺南人，碩士，研究員，主要從事有機(jī)合成方面的研究。