3,5-二甲酚的制備方法及應用進展

吳相浩

（1.浙江金科日化原料有限公司，浙江 紹興 312300；2.金科化工研究院,浙江 紹興 312300）

3,5-二甲酚（3,5-xylenol），又稱3,5-二甲基苯酚，分子式：C8H10O，相對分子質量：122.2，CAS 號：108-68-9，熔點：68 ℃，沸點：222 ℃，在常溫下為白色針狀晶體，難溶于水，能溶于乙醇、乙醚、苯等有機溶劑及強堿溶液中，其分子結構見圖1。

在有機合成中，3,5-二甲酚是一種非常重要的中間體，在農藥合成、醫(yī)藥中間體制備、高端染料和樹脂黏合劑等領域均有廣泛應用。近年來，由于其下游產品4-氯-3,5-二甲基苯酚（PCMX）在抗菌、消毒領域具有重要作用，3,5-二甲酚的應用前景更為廣闊[1]。

1 3,5-二甲酚制備方法

按照反應起始原料和工藝的不同，3,5-二甲酚的制備方法可以分為以下11 種。

1.1 煤焦油提取法

煤焦油提取法是3,5-二甲酚在工業(yè)化生產中最早應用的方法，煤干餾回收的焦油中含有17%~20%的酚類、68%~70%的烴類以及9%~10%的苯及其同系物，具有很高的應用價值。鞍鋼新鋼鐵公司化工總廠于2002 年以焦油提取產品工業(yè)甲酚為原料進行深度加工，成為國內首家批量生產3,5-二甲酚的廠家。以工業(yè)二甲酚（3,5-二甲酚質量分數(shù)為57.89%）為原料，經過二次間歇精餾分離提純，得到純度＞95%的3,5-二甲酚產品，收率達65%[2]。

哈爾濱氣化廠從煤焦油中提取3,5-二甲酚工藝為[3]：蒸餾提取出沸點＜360 ℃的輕質油；酸堿洗滌得到含有中性油、吡啶堿和萘等雜質的酚鈉粗鹽；經過加熱吹掃除去酚鈉粗鹽中的油氣和水氣，得到潔凈的酚鈉鹽粗品；酚鈉鹽分解主要以30%的稀硫酸或一定量的CO2與酚鹽反應，得到3,5-二甲酚粗品與鹽。由于3,5-二甲酚沸點較高，為降低其分解及高沸物聚合結焦，粗酚精制通常采用間歇減壓精餾進行分離。工藝流程見圖2。此法提高了煤焦油的利用價值，但工藝流程長、成本高、收率低，較難工業(yè)化。

圖2 煤焦油提取法制備3,5-二甲酚工藝流程圖

1.2 苯酚烷基化法

苯酚烷基化法制備3,5-二甲酚工藝為：以苯酚與甲醇為原料，在催化劑作用下通過烷基化反應一步得到3,5-二甲酚[4]。此工藝的關鍵是催化劑的選擇。苯酚烷基化催化劑品種繁多，其中均相催化劑主要為質子酸等，非均相催化劑包括金屬氧化物、酸性分子篩以及離子交換樹脂等。分子篩由于其特殊的孔道結構被廣泛應用于苯酚烷基化。

王俊豐等[5]使用浸漬工藝制備Ce-SBA-15 分子篩催化劑，在460 ℃，重時空速為3 h-1,苯酚轉化率達到66.89% ，3,5-二基苯酚選擇性為38.42%。其反應方程式見Scheme 1。

Scheme 1 苯酚烷基化法制備3,5-二甲酚

此反應工藝簡單，由于原料苯酚及甲醇上羥基定位效應，導致苯環(huán)的鄰位及對位更易集中生成2,6-二甲基苯酚，目標產物3,5-二甲酚選擇性只有30%左右，難以工業(yè)化應用。

1.3 間二甲苯羥基化法

間二甲苯羥基化法是以間二甲苯為原料，在催化劑作用下直接制備3,5-二甲酚的工藝。Monfared 等[6]以Al2O3載體負載Fe3+為催化劑、乙腈為溶劑、雙氧水為氧化劑，60 ℃下，二甲苯發(fā)生羥基化反應得到目標產物3,5-二甲酚，收率約為13%。

王延吉等[7]采用MoO 負載型催化劑，在4 MPa、60 ℃~95 ℃條件下反應，目標產物選擇性為80%，收率約為16%。合成機理見Scheme 2。

Scheme 2 間二甲苯羥基化法制備3,5-二甲酚

此法成本不高，但收率較低，且產生多種雜質，后續(xù)分離裝置復雜，因此優(yōu)化催化劑選擇性及反應條件以提高收率，對此法的工業(yè)化應用具有重要意義。

1.4 異佛爾酮催化芳構化法

異佛爾酮芳構化法機理主要是根據異佛爾酮中含有的不飽和雙鍵，在高溫條件下（640 ℃~675 ℃）發(fā)生酚酮重排及分解反應[8-9]。此反應主要受反應溫度、壓力及不同種類催化劑的影響。異佛爾酮芳構化催化劑主要有碘甲烷、溴苯、硝基甲烷、四氯化碳等均相催化劑，以及V2O5/Al2O3、Cr2O3/Al2O3、鎳鉻鋼18/8 的合金等非均相催化劑等[10-14]。

此法工藝流程簡單，合成路線較短，停留時間短，三廢排放少，是一條極具潛力的生產路線，也是目前工業(yè)上制備3,5-二甲酚的主流方法。山西金暉建鑫新材料科技有限公司、山東奧友生物科技股份有限公司等使用此法生產，但是在高溫條件下異佛爾酮的裂解反應較為復雜，雜質副產較多導致目標產品純度較低。一些具有較高選擇性的貴金屬催化劑由于價格昂貴，限制了其大規(guī)模應用。異佛爾酮催化芳構化制備3,5-二甲酚見Scheme 3。

Scheme 3 異佛爾酮催化芳構化制備3,5-二甲酚

1.5 丙酮氣相合成法

丙酮氣相合成法是以丙酮為原料，在催化劑作用下在同一反應器中經過預熱汽化后脫水縮合、Michael 加成得到異佛爾酮，隨后進一步芳構化得到3,5-二甲酚。反應示意圖見Scheme 4。該方法具有原料簡單、催化劑MgO 等固體堿成本較低、流程簡單等優(yōu)點，是目前研究的主要方向[15]。丙酮氣相合成法的關鍵是催化劑的選擇。劉賢響等[16]以MgO 為催化劑，在500 ℃、0.5 MPa 的固定床反應器中進行氣相丙酮法合成3,5-二甲酚，丙酮的轉化率為55.17%，產品選擇性達到30.60%。隨后在丙酮原料中加入10 wt%水和20 wt%環(huán)己烷，目標產品選擇性提高到33.8%。

Scheme 4 丙酮氣相合成法制備3,5-二甲酚

劉超等[17]提出在固定床反應器中均相-非均相協(xié)同催化，以5% CaO/γ-Al2O3（上層）+15%ZnO/γ-Al2O3（下層）為固體催化劑，硝基甲烷和1-氯丁烷（質量比為4:1）為均相催化劑，催化劑上、下層溫度分別為270 ℃和500 ℃，在0.5 MPa下，進料速度為0.8 mL/min，均相催化劑占比為2 wt%，丙酮轉化率為85.23%，3,5-二甲酚的選擇性為51.34%。

1.6 3,5-二甲基-2-環(huán)己烯酮脫氫催化法

3,5-二甲基-2-環(huán)己烯酮脫氫催化法[18]是以3,5-二甲基-2-環(huán)己烯酮為原料，在催化劑作用下，直接制備3,5-二甲酚（Scheme 5）。此工藝的關鍵是脫氫催化劑的選擇。單紹軍等[19]以PdCl2為催化劑，在叔丁醇體系中，將3,5-二甲基-2-環(huán)己烯酮、碳酸鈉及催化劑同時在氮氣保護下于90 ℃下回流反應8 h 得到目標產品。3,5-二甲基-2-環(huán)己烯酮與催化劑的摩爾比為1:1，收率為72%。姜紅宇等[20]以Pd/C 為催化劑，在雙戊烯體系中反應制備了3,5-二甲酚，收率達到79%。

Scheme 5 3,5-二甲基-2-環(huán)己烯酮脫氫催化法制備3,5-二甲酚

此法制備3,5-二甲酚反應溫和，收率較高，但催化劑成本高、原料較難獲取，仍較難工業(yè)化應用。

1.7 乙基間二甲苯氧化水解法

乙基間二甲苯氧化水解法是以乙基間二甲苯為原料，經氧化及水解得到3,5-二甲酚。此法綠色安全，對環(huán)境污染較少，原子利用率高，然而原料乙基間二甲苯較難制備，且在氧化過程中產生的過氧化物中間體活性較高，中間體極不穩(wěn)定，目前仍處于研究階段。乙基間二甲苯氧化水解法制備3,5-二甲酚見Scheme 6。

Scheme 6 乙基間二甲苯氧化水解法制備3,5-二甲酚

1.8 異丙基間二甲苯氧化分解法

方東兵[21]以異丙醇與間二甲苯為原料，經過烷基化、氧化、酸解等反應制備3,5-二甲酚。烷基化的優(yōu)選制備條件為：間二甲苯、異丙醇、三氯化鋁的摩爾比為8:1:1，70 ℃下反應7 h，收率為75%，得到純度為90%的5-異丙基間二甲苯；氧化反應的優(yōu)選條件為：5-異丙基間二甲苯30 g，N-羥基鄰苯二甲酰亞胺（NHPI）3.26 g，偶氮二異丁腈（AIBN）1.0 g，乙腈200 mL，50 ℃下反應16 h，5-異丙基間二甲苯的轉化率達到15%，選擇性為85%，得到過氧化物；酸解的優(yōu)選條件為：氧化反應液20 g，濃硫酸（2.5 g）與丙酮（47.5 g）混合，50 ℃下反應2 h，得到3,5-二甲酚，收率可達80%。異丙基間二甲苯氧化分解法制備3,5-二甲酚見Scheme 7。

Scheme 7 異丙基間二甲苯氧化分解法制備3,5-二甲酚

1.9 間二甲苯磺化堿熔法

間二甲苯磺化堿熔法生產3,5-二甲酚工藝較為成熟，并得到廣泛使用。其工藝是以間二甲苯為原料，與濃硫酸在185 ℃下發(fā)生磺化反應，再于80 ℃下進行中和反應，然后與過量的氫氧化鈉在350 ℃下進行堿熔過程、以鹽酸進行酸化處理，最后通過減壓蒸餾進行分離提純，得到3,5-二甲酚產品，其純度可達95%，收率約65%左右[22]。間二甲苯磺化堿熔法制備3,5-二甲酚見Scheme 8。

Scheme 8 間二甲苯磺化堿熔法制備3,5-二甲酚

1.10 二甲苯胺重氮化法

二甲苯胺與硫酸通過成鹽反應生成二甲基苯胺硫酸鹽，隨后在亞硝酸鈉水溶液中進行重氮化反應，中間產品重氮鹽在濃硫酸條件下發(fā)生水解反應生成3,5-二甲酚，再經過過濾、精餾、結晶等后處理精制過程得到目標產品3,5-二甲酚[23]。二甲苯胺重氮化法制備3,5-二甲酚見Scheme 9。

Scheme 9 二甲苯胺重氮化法制備3,5-二甲酚

該方法原料成本較高，工藝復雜，并且生產過程中產生三廢較多，基本被淘汰。

1.11 二甲苯?；趸夥?/h3>

二甲苯?；趸夥ㄊ且远妆胶退狒蛲榛｛u為原料，經過?；?、氧化和水解反應制備3,5-二甲酚[24]。該法基于拜耳-維利格氧化反應，在催化劑作用下，二甲基羰基化合物發(fā)生重排，生成3,5-二甲基羰基化合物，隨后通過氧化和水解過程，得到3,5-二甲酚產品。二甲苯?；趸夥ㄖ苽?,5-二甲酚見Scheme 10。

Scheme 10 二甲苯?；趸夥ㄖ苽?,5-二甲酚

該反應條件溫和，三廢較少，具有一定的工業(yè)應用前景，目前仍處于研發(fā)階段。

2 3,5-二甲酚的應用進展

2.1 制備4-氯-3,5-二甲基苯酚

以3,5-二甲酚為原料，通過氯化反應制得消毒劑4-氯-3,5-二甲基苯酚[25]（PCMX），化學性質穩(wěn)定，具有極好的殺菌消毒效果，在醫(yī)院、家用、工業(yè)上都有廣泛應用。PCMX 用作防霉抗菌劑，廣泛應用于消毒和日化護理行業(yè)，也可以作為防腐劑用于涂料、膠水、紡織等多個領域。

2.2 制備3,5-二甲氨基甲酸酯

以3,5-二甲酚為原料，制得的殺蟲劑滅除威[26]（3,5-二甲氨基甲酸酯，XMC）。XMC 高效低毒，對高等動物低毒，對魚類毒性較小，具有高度選擇性及快速擊倒性的特點，能夠有效防治稻飛虱、棉鈴蟲、三化螟等多種害蟲，對環(huán)境危害小，得到廣泛使用。

2.3 制備酚醛樹脂黏合劑

3,5-二甲酚在酸或堿催化作用下，與尿素、甲醛縮合得到樹脂聚合物[27]。這種聚合物樹脂制備工藝簡單，無需額外的促進劑。由于其優(yōu)良的黏合作用，廣泛應用于陶瓷制品、造紙工業(yè)、皮革制造等多個行業(yè)，具有黏合效果強、耐腐蝕、耐高溫、耐濕等多重優(yōu)異性能。

同時，3,5-二甲酚還可用于合成阿曲汀、維生素E 等多種藥品、化妝品、保健品，均取得良好的應用效果。

3 結論

（1）目前國內外對3,5-二甲基苯酚的制備研究已較為廣泛，但是主要的工業(yè)化合成方法仍是以間二甲苯磺化堿熔法及異佛爾酮裂解法為主。間二甲苯磺化堿熔法過程復雜、污染嚴重、產品純度較低；異佛爾酮裂解法也存在反應副產物多、產品純度低的問題，制備工藝缺少大的突破。因此開展3,5-二甲基苯酚的合成工藝優(yōu)化仍具有重要的意義。

（2）隨著科研人員對3,5-二甲酚研究的不斷深入，其應用領域也在不斷擴大，作為重要的精細化工中間體具有良好的市場前景。