CN111517922B

CN111517922B - 一种制备4-氯-3,5-二甲基苯酚的方法

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Publication number: CN111517922B
Application number: CN202010346691.6A
Authority: CN
Inventors: 王加琦; 袁帅; 丰茂英; 卢福广; 曹娜; 丛鑫; 刘振峰; 刘超; 黄少峰; 崔乾; 余炎冰; 何金同; 黎源
Original assignee: Wanhua Chemical Group Co Ltd
Current assignee: Wanhua Chemical Group Co Ltd
Priority date: 2020-04-28
Filing date: 2020-04-28
Publication date: 2022-11-04
Anticipated expiration: 2040-04-28
Also published as: CN111517922A

Abstract

本发明公开了一种制备4‑氯‑3,5‑二甲基苯酚的方法。所述方法是以光气为氯化试剂，以饱和氮氧杂环化合物为促进剂，由3,5‑二甲基苯酚进行氯化反应得到4‑氯‑3,5‑二甲基苯酚。本发明所述方法具有无气体硫化物产生、对位选择性高、操作简便等优点。

Description

一种制备4-氯-3,5-二甲基苯酚的方法

技术领域

本发明属于有机化学品合成领域，具体涉及一种制备4-氯-3,5-二甲基苯酚的方法。

背景技术

4-氯-3,5-二甲基苯酚(对氯间二甲酚，PCMX)是一种高效、广谱的防霉抗菌剂，在日用、医用、工业用杀菌等领域应用广泛。随着三氯生和三氯卡班的禁用，以及人们生活品质的提高对杀菌需求的增长，4-氯-3,5-二甲基苯酚将有更大的使用需求。

4-氯-3,5-二甲基苯酚由3,5-二甲基苯酚氯化得到，在使用氯气作为氯化试剂时，对位取代产物4-氯-3,5-二甲基苯酚(PCMX)与邻位取代产物2-氯-3,5-二甲基苯酚(OCMX)的P/O比只有1.5，美国专利US4245127提到使用磺酰氯时，可以达到P/O>6的反应效果，目前工业上大多使用此法，但副产物除了氯化氢之外还有二氧化硫，给三废的后处理带来了麻烦。美国专利US4245127还介绍了使用有机硫化物和金属氯化物作为共催化剂，PCMX的收率为91.5％，P/O＝14.4，对位选择性不高。

吴飞在《3,5-二甲基苯酚氧化氯化合成4-氯-3,5-二甲苯酚的工艺研究》一文中介绍了使用盐酸作为氯代试剂，氯化铜为催化剂的方法，PCMX选择性可达95.47％，P/O比为31.40；该方法虽然对反应副产物有一定控制，但涉及非均相反应，对反应的传质存在一定的影响。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的上述不足，提供一种将3,5-二甲基苯酚在光气和饱和氮氧杂环的协同氯化催化作用下，高选择性氯化得到4-氯-3,5-二甲基苯酚的方法。该方法具有无气体硫化物产生、对位选择性高、操作简便等特点。

为实现以上发明目的，本发明采用的技术方案如下：

一种制备4-氯-3,5-二甲基苯酚的方法，该方法是以光气为氯化试剂，以饱和氮氧杂环化合物为促进剂，由3,5-二甲基苯酚进行氯化反应得到4-氯-3,5-二甲基苯酚。

本发明方法中，所述饱和氮氧杂环化合物具有如式Ⅰ所示的结构，

式中，

表示含氮氧杂原子的饱和多元杂环，所述饱和多元杂环成环原子数≥5，优选地，所述成环原子数为5～18；更优选地所述饱和多元杂环为饱和六元环；

R选自取代或未取代的烷基、环烷基，优选C原子数为1～6的烷基或环烷基；更优选地，所述取代的烷基、环烷基其取代基选自烷氧基、氯。

作为优选，所述饱和氮氧杂环化合物为取代的吗啉衍生物，具有如式Ⅱ所示的结构，

式中，R与式Ⅰ中的R相同；具体如下：选自取代或未取代的烷基、环烷基，优选C原子数为1～6的烷基或环烷基；优选地，所述取代的烷基、环烷基其取代基选自烷氧基、氯。

进一步优选地，所述饱和氮氧杂环化合物为N-甲基吗啉、N-乙基吗啉、4-环戊基吗啉、4-环己基吗啉、4-(2-甲氧基乙基)吗啉、4-(环己基甲基)吗啉、4-(2-氯乙基)吗啉，进一步优选N-甲基吗啉，4-环戊基吗啉、4-环己基吗啉、4-(环己基甲基)吗啉中的一种或多种。

本发明方法中，所述光气的用量与3,5-二甲基苯酚的摩尔比为(1～3)：1，优选(2～3)：1；

作为优选，进行氯化反应时，升温至反应温度后，需要控制加料速率，缓慢通入光气及3,5-二甲基苯酚；

进一步优选地，所述光气的加料时间控制为0.5～2h，优选0.5～1h；

所述3,5-二甲基苯酚加料时间控制为0.5～2h，优选0.5～1h，优选与光气同时加料。

本发明方法中，所述促进剂的用量为3,5-二甲基苯酚的0.5～20wt％，优选0.5～5wt％，更优选1～2.5wt％。

本发明方法中，所述氯化反应，反应温度为30～120℃，优选80～100℃；反应时间为2～8h，优选2～5h；反应压力≤5MPaA，优选为常压即0.1MPaA。

作为优选，所述氯化反应气体氛围为惰性气体，优选氮气或氩气。

本发明方法中，所述氯化反应在溶剂存在下进行，所述溶剂选自1,2-二氯乙烷，二氯甲烷、氯仿、四氯乙烯中的一种或多种，优选四氯乙烯；

作为优选，所述溶剂的用量为3,5-二甲基苯酚的20～300wt％，优选150～250wt％。

作为优选，所述溶剂分为两部分加入到氯化反应体系中，其中一部分与3,5-二甲基苯酚、饱和氮氧杂环化合物混合配制为溶液；另一部分直接加入到反应釜中；进一步优选地，所述两部分溶剂的用量比为(0.2～2)：1，优选(0.5～1)：1，最优选为1：1。

本发明方法中，所述氯化反应完成后，还包括后处理操作，所述后处理为常规操作方法，不做具体要求，优选包括如结晶、过滤等常规操作方法。

本发明所述方法，在一些优选示例中具体包括如下步骤：将3,5-二甲基苯酚与促进剂饱和氮氧杂环化合物一起溶于一部分溶剂中，得到3,5-二甲基苯酚溶液；将另一部分溶剂置于反应釜中，升温至反应温度30～120℃后，0.5～2h内缓慢通入光气及3,5-二甲基苯酚溶液，搅拌进行氯化反应2～8h，达到目标转化率后停止反应，将反应液降温结晶并过滤，得到4-氯-3,5-二甲基苯酚。

在本发明所述的方法中，氯化反应完成后，还配有尾气分离回收装置，以便于回收使用未反应的光气和CO、HCl等副产物。

本发明研究发现，在通过氯化反应制备4-氯-3,5-二甲基苯酚的方法中，在单独使用光气作为氯代试剂时，氯代效果并不理想，引入饱和氮氧杂环化合物作为促进剂后，其氮或氧原子与酚羟基形成分子间氢键，一方面使光气的羰基难以与酚羟基发生氢键作用，提高了光气的氯代性能，另一方面使3,5-二甲基苯酚的邻位存在较大位阻难以参与氯代反应，3,5-二甲基苯酚对位的氢更易被氯代，光气与氮氧化物的协同作用使3,5-二甲基苯酚的氯代效率及对位选择性均有明显提高。

本发明的有益效果为：

本发明方法以光气为氯化试剂，相比传统方法避免了气体硫化物的产生；光气和饱和氮氧杂环促进剂协同作用，显著提高了氯代效率和对位选择性，原料3,5-二甲基苯酚转化率可达97％以上，对位氯代选择性在96％以上。本发明方法具有环境友好、对位选择性高等特点，具有工业化前景。

具体实施方式

下面的实施例将对本发明所提供的方法予以进一步的说明，但本发明不限于所列出的实施例，还应包括在本发明所要求的权利范围内其它任何公知的改变。

3,5-二甲基苯酚的转化率和4-氯-3,5-二甲基苯酚的选择性通过气相色谱法测得：

气相色谱仪：Agilent 7890；色谱柱：DB-5；进样口温度：280℃；分流比10：1；H₂：Air：N₂＝40：400：30(mL/min)柱流速5.0mL/min；升温程序：50℃恒温2min，以15℃/min的速度由50℃升温至280℃，280℃恒温5min；FID检测器温度：280℃。

P/O比的计算方式为：P/O＝W1/W2，W1为4-氯-3,5-二甲基苯酚(PCMX)的含量(wt％)，W2为2-氯-3,5-二甲基苯酚(OCMX)的含量(wt％)。

试剂信息：3,5-二甲基苯酚(99％)购于百灵威科技；二氯甲烷、氯仿、四氯乙烯(99％)购于麦克林生化科技；N-甲基吗啉，4-(2-甲氧基乙基)吗啉，4-环己基甲基吗啉，1,4-二氧六环(99％)购于泰坦科技；3-甲基恶唑烷，苯并恶嗪(99％)购于金锦乐化学；光气(≥95％)为自制，采用专利文件CN104415770A提供的方法制备得到。

实施例1

将122.16g(1.0mol)3,5-二甲基苯酚、3.05g(3,5-二甲基苯酚的2.5wt％)N-甲基吗啉溶于91.62g四氯乙烯中，得到3,5-二甲基苯酚溶液；

将91.62g四氯乙烯溶剂加入装配有机械搅拌、温度计、连接有尾气分离回收装置的气路管的1L不锈钢反应釜中，置换为氮气氛围，开启搅拌并升温至100℃；将296.76g(3.0mol)光气与3,5-二甲基苯酚溶液在0.5h内缓慢匀速通入反应釜，加料完成后，恒温100℃反应2h，停止反应。

将反应液降温至室温结晶并过滤出晶体，即得4-氯-3,5-二甲基苯酚。

GC测得反应液中3,5-二甲基苯酚转化率97.8％，4-氯-3,5-二甲基苯酚选择性96.4％，P/O＝43.6。

实施例2

将122.16g(1.0mol)3,5-二甲基苯酚、2.44g(3,5-二甲基苯酚的2.0wt％)4-环己基吗啉溶于122.16g四氯乙烯中，得到3,5-二甲基苯酚溶液；

将122.16g四氯乙烯溶剂加入装配有机械搅拌、温度计、连接有尾气分离回收装置的气路管的1L不锈钢反应釜中，置换为氮气氛围，开启搅拌并升温至80℃，将227.52g(2.3mol)光气与3,5-二甲基苯酚溶液在0.5h内缓慢匀速通入反应釜，加料完成后，恒温80℃反应2h，停止反应。

GC测得反应液中3,5-二甲基苯酚转化率99.0％，4-氯-3,5-二甲基苯酚选择性97.8％，P/O＝52.6。

实施例3

将122.16g(1.0mol)3,5-二甲基苯酚、1.22g(3,5-二甲基苯酚的1.0wt％)4-(2-甲氧基乙基)吗啉溶于152.7g四氯乙烯中，得到3,5-二甲基苯酚溶液；

将152.7g四氯乙烯溶剂加入装配有机械搅拌、温度计、连接有尾气分离回收装置的气路管的1L不锈钢反应釜中，置换为氮气氛围，开启搅拌并升温至85℃，将197.84g(2.0mol)光气与3,5-二甲基苯酚溶液在1h内缓慢匀速通入反应釜，加料完成后，恒温85℃反应3h，停止反应。

GC测得反应液中3,5-二甲基苯酚转化率98.3％，4-氯-3,5-二甲基苯酚选择性97.1％，P/O＝48.1。

实施例4

将122.16g(1.0mol)3,5-二甲基苯酚、0.61g(3,5-二甲基苯酚的0.5wt％)4-环己基吗啉溶于61.08g四氯乙烯中，得到3,5-二甲基苯酚溶液；

将61.08g四氯乙烯溶剂加入装配有机械搅拌、温度计、连接有尾气分离回收装置的气路管的1L不锈钢反应釜中，置换为氮气氛围，开启搅拌并升温至120℃，将227.52(2.3mol)光气与3,5-二甲基苯酚溶液在0.5h内缓慢匀速通入反应釜，加料完成后，恒温120℃反应8h，停止反应。

GC测得反应液中3,5-二甲基苯酚转化率97.1％，4-氯-3,5-二甲基苯酚选择性97.3％，P/O＝49.1。

实施例5

将122.16g(1.0mol)3,5-二甲基苯酚、6.11g(3,5-二甲基苯酚的5wt％)4-环己基吗啉溶于122.16g四氯乙烯中，得到3,5-二甲基苯酚溶液；

将244.32g四氯乙烯溶剂加入装配有机械搅拌、温度计、连接有尾气分离回收装置的气路管的1L不锈钢反应釜中，置换为氮气氛围，开启搅拌并升温至50℃，将227.52(2.3mol)光气与3,5-二甲基苯酚溶液在2h内缓慢匀速通入反应釜，加料完成后，恒温50℃反应8h，停止反应。

GC测得反应液中3,5-二甲基苯酚转化率98.2％，4-氯-3,5-二甲基苯酚选择性97.5％，P/O＝52.1。

实施例6

将122.16g(1.0mol)3,5-二甲基苯酚、2.44g(3,5-二甲基苯酚的2.0wt％)3-甲基恶唑烷溶于122.16g四氯乙烯中，得到3,5-二甲基苯酚溶液；

将122.16g四氯乙烯溶剂加入装配有机械搅拌、温度计、连接有尾气分离回收装置的气路管的1L不锈钢反应釜中，置换为氮气氛围，开启搅拌并升温至80℃，将227.52(2.3mol)光气与3,5-二甲基苯酚溶液在0.5h内缓慢匀速通入反应釜，加料完成后，恒温80℃反应2h，停止反应。

GC测得反应液中3,5-二甲基苯酚转化率97.3％，4-氯-3,5-二甲基苯酚选择性96.0％，P/O＝37.9。

对比例1

与实施例2不同之处仅在于：将促进剂4-环己基吗啉替换为苯并恶嗪。

GC测得反应液中3,5-二甲基苯酚转化率82.1％，4-氯-3,5-二甲基苯酚选择性64.6％，P/O＝4.9。

对比例2

与实施例2不同之处仅在于：将促进剂4-环己基吗啉替换为1,4-二氧六环。

GC测得反应液中3,5-二甲基苯酚转化率75.3％，4-氯-3,5-二甲基苯酚选择性79.5％，P/O＝4.3。

对比例3

与实施例2不同之处仅在于：不加促进剂4-环己基吗啉。

GC测得反应液中3,5-二甲基苯酚转化率71.6％，4-氯-3,5-二甲基苯酚选择性75.5％，P/O＝4.0。

对比例4

与实施例2不同之处仅在于：将227.52g(2.3mol)光气替换为337.43g(2.5mol)磺酰氯。

GC测得反应液中3,5-二甲基苯酚转化率95％，4-氯-3,5-二甲基苯酚选择性85.3％，P/O＝10.7。

与对比例1～4相比，实施例1～6制备4-氯-3,5-二甲基苯酚的方法具有明显更好的对位选择性和P/O比。

Claims

1.一种制备4-氯-3,5-二甲基苯酚的方法，其特征在于，该方法是以光气为氯化试剂，以饱和氮氧杂环化合物为促进剂，由3,5-二甲基苯酚进行氯化反应得到4-氯-3,5-二甲基苯酚；

所述饱和氮氧杂环化合物具有如式Ⅰ所示的结构，

式中，

表示含氮氧杂原子的饱和多元杂环，所述饱和多元杂环成环原子数为5～18；

R选自取代或未取代的烷基、环烷基。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述饱和多元杂环为饱和六元环。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，R选自C原子数为1～6的烷基或环烷基；取代的烷基、环烷基其取代基选自烷氧基、氯。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述饱和氮氧杂环化合物为取代的吗啉衍生物，具有如式Ⅱ所示的结构，

式中，R选自取代或未取代的烷基、环烷基。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，R选自C原子数为1～6的烷基或环烷基；取代的烷基、环烷基其取代基选自烷氧基、氯。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述饱和氮氧杂环化合物为N-甲基吗啉、N-乙基吗啉、4-环戊基吗啉、4-环己基吗啉、4-(2-甲氧基乙基)吗啉、4-(环己基甲基)吗啉、4-(2-氯乙基)吗啉。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述饱和氮氧杂环化合物为N-甲基吗啉、4-环戊基吗啉、4-环己基吗啉、4-(环己基甲基)吗啉中的一种或多种。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述光气的用量与3,5-二甲基苯酚的摩尔比为(1～3)：1；

所述光气的加料时间控制为0.5～2h；所述3,5-二甲基苯酚加料时间控制为0.5～2h。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述光气的用量与3,5-二甲基苯酚的摩尔比为(2～3)：1。

10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述光气的加料时间控制为0.5～1h。

11.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述3,5-二甲基苯酚加料时间控制为0.5～1h。

12.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述3,5-二甲基苯酚与光气同时加料。

13.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述促进剂的用量为3,5-二甲基苯酚的0.5～20wt％。

14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述促进剂的用量为3,5-二甲基苯酚的0.5～5wt％。

15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述促进剂的用量为3,5-二甲基苯酚的1～2.5wt％。

16.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述氯化反应，反应温度为30～120℃，反应时间为2～8h，反应压力为≤5MPaA。

17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述氯化反应，反应温度为80～100℃，反应时间为2～5h，反应压力为常压。

18.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述氯化反应气体氛围为惰性气体。

19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述惰性气体为氮气或氩气。

20.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述氯化反应在溶剂存在下进行，所述溶剂选自1,2-二氯乙烷，二氯甲烷、氯仿、四氯乙烯中的一种或多种。

21.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，所述溶剂的用量为3,5-二甲基苯酚的20～300wt％。

22.根据权利要求21所述的方法，其特征在于，所述溶剂的用量为3,5-二甲基苯酚的150～250wt％。

23.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，所述溶剂分为两部分加入到氯化反应体系中，其中一部分与3,5-二甲基苯酚、饱和氮氧杂环化合物混合配制为溶液；另一部分直接加入到反应釜中；所述两部分溶剂的用量比为(0.2～2)：1。

24.根据权利要求23所述的方法，其特征在于，所述两部分溶剂的用量比为(0.5～1)：1。

25.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述氯化反应完成后，还包括结晶、过滤操作。