專利名稱：一種1-羥基-3，5-二甲基-4-氯苯的綠色工業(yè)化制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種1-羥基_3，5-二甲基-4-氯苯的綠色工業(yè)化制備方法。
背景技術：
1-羥基-3，5-二甲基-4-氯苯(又名4-氯-3，5-二甲基苯酚，CAS編號88-04_0， 英文縮寫PCMX)是一種重要的微生物殺滅劑，作為抗菌劑、防霉劑、消毒劑，廣泛應用于工 業(yè)和化妝品行業(yè)，它對細菌，霉菌和大多數(shù)真菌有著優(yōu)良的抑制作用。近年來，隨著流行性 疾病的肆虐，人們的健康意識越來越強烈，作為一種傳統(tǒng)的低毒消毒劑，I"羥基_3，5- 二甲 基-4-氯苯也將有著更大的發(fā)展?jié)摿?，其結構式如下<formula>formula see original document page 3</formula>
1-羥基-3，5-二甲基-4-氯苯是采用硫酰氯和1-羥基-3，5-二甲基苯進行親電 取代反應制備的。1866年，從Dubois用等摩爾的硫酰氯和熔融的苯酚進行反應開始，人類 就知道了用硫酰氯選擇性合成一氯苯酚類化合物(Z. F. Chem. 705 (1866))。但是，現(xiàn)代分析 技術表明，上述反應的選擇性與Dubois當時的想法并不一致，即在上述反應過程中，他認 為對氯苯酚的選擇性占主導地位。上個世紀中后期，這個反應的催化劑體系，包括二價硫化 物和金屬鹵化物，在美國專利3920757中進行了介紹。W. D. Watson等人在該專利的例35中 提供了一種用二苯硫醚和三氯化鐵作為催化劑，用硫酰氯和1-羥基_3，5-二甲基苯進行反 應制備PCMX的方法。該方法沒有提到溶劑的使用，但是根據(jù)該專利權利要求一中的說法， 是在液相條件下反應，因此可以推斷是在熔融條件下反應的。反應后的結果是1-羥基_3， 5-二甲基1.9% ； 1-羥基-3，5-二甲基-4-氯苯89.9%。專利沒有提到提純的方法，也 沒有產品純度的描述，底物的轉化率僅為98. 1%，如果不用有機溶劑重結晶，產品很難達到 98%以上。但其所使用的催化劑之一——二苯硫醚存在著價格較高，且回收困難的問題。美國專利4245127重點介紹了使用有機硫化物和金屬氯化物作為共催化劑，在惰 性有機溶劑體系中氯化1-羥基_3，5- 二甲基苯的方法該專利分別討論了用噻酚和十二硫 醇作為有機硫化物；三氯化鐵、三氯化鋁，以及四氯化鈦作為金屬氯化物組成共催化劑的體 系，在四氯乙烯的溶劑體系中，對用硫酰氯和1-羥基_3，5-二甲基苯進行反應合成1-羥 基-3，5- 二甲基-4-氯苯的影響。該方法除了具有催化劑回收困難的缺點以外，而且還使 用了毒性較大的有機溶劑，不但增加了生產成本，而且造成環(huán)境污染。中國專利CN101085722A中提到一種基于US4245127的改進方法，即在反應過程中 加入了一種或多種烷基醚類化合物作為共催化劑，較大的提高了對位產品的選擇性。但是 該方法依然沒有解決催化劑的回收套用，及有機溶的使用問題。
因此，現(xiàn)有技術人員在對該反應進行改進時，均集中在如何選擇催化劑及選擇有 機溶劑上，所產生的成本及環(huán)境污染居高不下。

發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題是針對現(xiàn)有技術問題的缺陷，提出一種新的1-羥 基-3，5- 二甲基-4-氯苯工業(yè)化制備方法。應用該方法，不但可以避免使用價格昂貴、回收 困難的催化劑；而且可以避免有機溶劑的使用，顯著減少生產過程中的廢氣(有機溶劑的 揮發(fā))和廢物(催化劑)的排放，使該產品的工業(yè)化生產更具有環(huán)境友好性和綠色性。本發(fā)明的技術方案為以水為溶劑，所使用的氯化劑為硫酰氯或者氯氣，將底物 1-羥基_3，5- 二甲基苯通過多段溫控的方式進行氯化反應。所述的多段控溫方式為先在0 70°C下進行部分氯化反應；然后通過升溫到 75 100°C將由產物包裹的反應底物釋放后繼續(xù)進行氯化反應。以上多段控溫優(yōu)選的方式為先在15 55°C下進行部分氯化反應；然后通過升溫 到75 100°C將由產物包裹的反應底物釋放后繼續(xù)進行氯化反應。所述的多段控溫方式還可以為先在0 70°C下進行部分氯化反應；然后通過升 溫到75 100°C將由產物包裹的反應底物釋放，再降溫至0 70°C之間進行繼續(xù)進行氯化 反應。重復多段溫控步驟直至底物反應完全。優(yōu)選的方式為先在15 55°C下進行部分氯化反應；然后通過升溫到75 100°C 將由產物包裹的反應底物釋放，再降溫至15 55°C之間繼續(xù)進行氯化反應。重復多段溫控 步驟直至底物反應完全。本發(fā)明的關健在于，發(fā)明人采用本領域的技術人員所沒有采用過的方式，即以水 作溶劑進行反應，且反應過程還可以達到無需添加任何催化劑即可達到較高的對位氯化選 擇性的良好效果。同時，經過發(fā)明人的反復實驗和分析發(fā)現(xiàn)這主要是因為水分子和底物中 的羥基形成分子間氫鍵，增加了鄰位氯化的空間位阻，有效地抑制了副產品氯代和二氯代 產物的產生，從而達到較高的對位選擇性。而且這種選擇性與溫度的高低成負相關性。即 在低溫下底物和水之間的氫鍵更加穩(wěn)定，空間位阻效應更加明顯，因此對鄰位產物的抑制 更加有效。另外，本發(fā)明人還發(fā)現(xiàn)，在用水作為反應溶劑是為了獲得較佳的對位選擇性，反應 溫度的控制比較關鍵。由于底物的熔點在63-65°C之間，即在低溫下(即低于底物的熔點)底物完全結晶 析出。但是在水體系中，盡管底物出現(xiàn)結晶狀態(tài)，但仍可通過攪拌，可以得到較佳的分散效 果，給底物和硫酰氯之間提供了充分的接觸機會，確保了反應的正常進行。當反應進行到后階段時，由于晶體表面的底物部分反應殆盡，且由于生成的產物 熔點比底物更高，覆蓋在底物外表面，阻斷了內部底物和硫酰氯之間的反應，使得反應表現(xiàn) 為單氯代產物和硫酰氯之間進行的多氯代反應，降低了目的產物的選擇性。此時可以通過 升高溫度的辦法，使產物熔化，從而將被包裹的底物釋放，使得反應得以繼續(xù)。然而，根據(jù)之前反應溫度對選擇性的影響分析，以及底物和反應產物之間的熔點 差別，本發(fā)明人進行了進一步的工藝設計，可進一步解決上面提到的“包裹”問題，使得反應 不但可在低溫下進行，還可以最大限度地提高對位產品的選擇性。即是1)通過升溫熔化的方法，將包裹在產物內部的底物進行釋放；2)通過降溫重新結晶的方法，利用產物的熔點比底物高的特點，使產物先結晶而底物后結晶，從而使底物轉移到結晶的外面，這時可再 滴加硫酰氯進行反應。這樣做的另外一個優(yōu)點在于將產物包裹在晶核中，可以阻止其進行 多氯代反應。本發(fā)明的方法，是用水作為溶劑，通過多段溫控反應，在不加任何催化劑和有機溶 劑的條件下高選擇性、高收率的制備1-羥基-3，5- 二甲基-4-氯苯，并在不加任何有機溶 劑的條件下進行提純，制備合格產品，避免了生產過程中有機溶劑對環(huán)境的影響，并降低了 成本。該方法可成功地應用于工業(yè)化生產，顯著減少生產過程中的廢氣(有機溶劑的揮發(fā)) 和廢物(催化劑)的排放，使該產品的工業(yè)化生產更具有環(huán)境友好性和綠色性。以下對本發(fā)明作進一步說明。發(fā)明人研究發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明用水作為反應的溶劑，優(yōu)選的使用的水的量和底物1-羥 基-3，5-二甲基苯的重量比可以在0.25 1到10 1之間；優(yōu)選在1 1到4 1之間。 通過水的作用，還可在反應過程中對反應物起到分散作用。因此，在用水作為溶劑，用硫酰氯或者氯氣與1-羥基_3，5-二甲基苯合成1-羥 基-3，5- 二甲基-4-氯苯過程中，較佳的溫度控制方法如下1)先將水和底物1-羥基_3，5-二甲基苯混合，在0-701溫度下(優(yōu)選15_55°C ) 滴加硫酰氯、或者通入氯氣反應；2)當?shù)孜锏霓D化率達到50-80%時，停止反應；3)將反應溶液升溫至75_100°C之間；4)然后將反應溶液降溫至0-70°C (優(yōu)選15-55°C )之間，滴加硫酰氯，或者通入氯 氣進行反應；5)通過重復2-4之間的步驟，直到底物反應完全為止。通過上述操作，底物的轉化率可達99. 5%以上，1-羥基-3，5- 二甲基_4_氯苯的 選擇性可達88%以上。反應后的產品可以通過傳統(tǒng)的分離方法進行分離提純，如壓濾、真空抽濾、離心、
真空干燥等。綜上所述，采用本發(fā)明的方法制備1-羥基-3，5- 二甲基-4-氯苯，與傳統(tǒng)方法相 比，避免了有機溶劑和催化劑的使用，提高了產品的收率。不但使生產成本更低，而且大大 減少了生產過程中的三廢排放，使該工藝更具有環(huán)境友好性。
具體實施例方式下面的實施實例解釋了本發(fā)明，但并不限制本發(fā)明在其他方面的應用。實施例1500ml三頸瓶中加入122g3，5-二甲基苯酚(1. Omol)，然后加入366g自來水，啟動 攪拌，保溫在15-25°C之間。在此溫度下緩慢滴加108g硫酰氯(0. 8mol)，滴加時間為4小 時；滴加完畢后，升溫至85°C待反應物融解后再滴加27g硫酰氯(0. 2mol)。反應完畢后取 下層有機相，用GC分析，結果為MX 0. 45% ；PCMX 84. 57% ；OCMX(鄰氯代產物)11. 56% ； DCMX(二氯代產物)3.42%。將反應物料抽濾干燥后得125g白色結晶的產品，GC分析結 果為MX :0. 25% ;PCMX :99. 00% ;0CMX :0. 25% ;DCMX :0. 50%。收率為 79.9% (基于 MX 的摩爾收率)。實施例2500ml三頸瓶中加入122g3，5-二甲基苯酚(1. Omol)，然后加入366g自來水，啟動 攪拌，保溫在25-35°C之間。在此溫度下緩慢滴加81g硫酰氯(0. 6mol)，滴加時間為4小 時；滴加完畢后，升溫至85°C后降溫至25°C，再25-35°C滴加40. 5g硫酰氯(0. 3mol)；滴加 完畢后，升溫至85°C后降溫至25°C，再25-35°C滴加13. 5g硫酰(0. Imol)。反應完畢后取 下層有機相，用GC分析，結果為MX :0. 25% ；PCMX 89. 68% ；OCMX(鄰氯代產物)8. 19% ； DCMX(二氯代產物)1.88%。將反應物料抽濾干燥后得135g白色結晶的產品，GC分析結 果為=MX 0. 2% ；PCMX 99. 23% ；OCMX 0. 15% ；DCMX 0. 42%。收率為 86. 3% (基于 MX 的 摩爾收率)。實施例3實驗過程同實施例1，只是將滴加硫酰氯改為通入氯氣，反應結束后取樣分析，結 果為=MX 0. 46% ；PCMX 86. 48% ；OCMX 10. 65% ；DCMX 2. 41%。將反應物料抽濾干燥后 得 130g 白色結晶的產品，GC 分析結果為=MX 0. 25% ；PCMX 99. 07% ；OCMX 0. 2% ；DCMX 0.48%。收率為83% (基于MX的摩爾收率)。比較試驗1500ml三頸瓶中加入122g3，5_ 二甲基苯酚(1. Omol)，加熱至64°C溶解，在此溫度 下緩慢滴加135g硫酰氯(l.Omol)，滴加過程中體系固化，繼續(xù)升溫，保證體系在液態(tài)進行 反應(否則無法攪拌)；滴加時間為4小時，滴加完畢后的溫度為90°C。滴加完畢后，取樣 用 GC 分析，結果為 MX 2. 5% ；PCMX78. 92% ；OCMX 14. 7% ；DCMX 3. 88%。將反應物料冷卻 至20°C，抽率干燥后得108g棕色結晶的產品，GC分析結果為MX:2.4% ；PCMX 96. 38% ； OCMX :0. 2% ;DCMX :1. 02%。收率為69% (基于MX的摩爾收率)。比較試驗2500ml三頸瓶中加入122g3，5_ 二甲基苯酚(1. Omol)，然后加入366g四氯乙烯，啟 動攪拌，保溫在15-25°C之間。在此溫度下緩慢滴加135g硫酰氯(1. Omol)，滴加時間為4 小時。反應完畢后樣用GC分析，結果為ΜΧ:0. 85% ;PCMX 85. 13% ；OCMX 13. 14% ；DCMX 0. 88%。將反應物料冷卻至5°C，抽率干燥后得117g白色結晶的產品，GC分析結果為MX 0. 34% ； PCMX 99. 19% ； OCMX 0. 15% ；DCMX 0. 32%。收率為 74. 8 % (基于 MX 的摩爾收 率)。比較試驗3500ml三頸瓶中加入122g3，5-二甲基苯酚(1. Omol)，然后加入366g四氯乙烯，然后加入0. 61g無水三氯化鐵，0. Ig正十二硫醇；啟動攪拌，保溫在15-25度之間。在此溫度 下緩慢滴加135g硫酰氯(l.Omol)，滴加時間為4小時。反應完畢后樣用GC分析，結果為 MX 0. 75% ；PCMX 85. 13% ；OCMX 89. 97% ；DCMX 0. 83%。將反應物料冷卻至 5°C，抽率干 燥后得121g白色結晶的產品，GC分析結果為=MX 0. 28% ；PCMX 99. 36% ；OCMX 0. 14% ； DCMX :0. 22%。收率為77.3% (基于MX的摩爾收率)。
權利要求
一種1-羥基-3，5-二甲基-4-氯苯的綠色工業(yè)化制備方法，其特征在于，以水為溶劑，所使用的氯化劑為硫酰氯或者氯氣，將底物1-羥基-3，5-二甲基苯通過多段溫控的方式進行氯化反應。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述的多段控溫方式為先在O 70°C下 進行部分氯化反應；然后通過升溫到75 100°C將由產物包裹的反應底物釋放后繼續(xù)進行 氯化反應。
3.根據(jù)權利要求2所述的方法，其特征在于，所述的多段控溫方式為先在15 55°C 下進行部分氯化反應；然后通過升溫到75 100°C將由產物包裹的反應底物釋放后繼續(xù)進 行氯化反應。
4.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述的多段控溫方式為先在O 70°C下 進行部分氯化反應；然后通過升溫到75 100°C將由產物包裹的反應底物釋放，再降溫至 O 70°C之間繼續(xù)進行氯化反應。
5.根據(jù)權利要求4所述的方法，其特征在于，重復多段溫控步驟直至底物反應完全。
6.根據(jù)權利要求4所述的方法，其特征在于，所述的多段控溫方式為先在15 55°C 下進行部分氯化反應；然后通過升溫到75 100°C將由產物包裹的反應底物釋放，再降溫 至15 55°C之間進行繼續(xù)進行氯化反應。
7.根據(jù)權利要求1所述的制備方法，其特征在于，使用的水的量和底物1-羥基_3， 5-二甲基苯的重量比在0.25 1到10 1之間。
8.根據(jù)權利要求1所述的制備方法，其特征在于，使用的水的量和底物1-羥基_3， 5-二甲基苯的重量比在在1 1到4 1之間。
9.根據(jù)權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述的多段溫控方式包括以下步驟，1)先將水和底物1-羥基-3，5-二甲基苯混合，在0 70°C溫度下進行氯化反應；2)當?shù)孜锏霓D化率達到50 80%之間時，停止反應；3)將整個反應溶液升溫至75 100°C之間使反應產物融解，從而將由產物包裹的底物 釋放；4)然后將反應溶液降溫至0 70°C之間，繼續(xù)進行氯化反應；5)通過重復2-4之間的步驟，直到底物反應完全。
10.根據(jù)權利要求1-9任一項所述的制備方法，其特征在于，在攪拌下加入硫酰氯或者氯氣進行氯化反應。
全文摘要
一種1-羥基-3，5-二甲基-4-氯苯的綠色工業(yè)化制備方法，以水為溶劑，所使用的氯化劑為硫酰氯或者氯氣，將底物1-羥基-3，5-二甲基苯通過多段溫控的方式進行氯化反應。應用本發(fā)明的方法，不但可以避免使用價格昂貴、回收困難的催化劑；而且可以避免有機溶劑的使用，顯著減少生產過程中的廢氣(有機溶劑的揮發(fā))和廢物(催化劑)的排放，使該產品的工業(yè)化生產更具有環(huán)境友好性和綠色性。
文檔編號C07C39/28GK101823941SQ20101017671
公開日2010年9月8日 申請日期2010年5月21日 優(yōu)先權日2010年5月21日
發(fā)明者吳飛, 彭斌, 胡漢忠 申請人:湖南利潔生物化工有限公司