维普资讯 http://www.cqvip.com 天然气化工 ２００７年第３２卷 常压羧化法制备２，６一二羟基苯甲酸 张曼玲，李春萍 （内蒙古工业大学化工学院，呼和浩特０１００５１） 摘要：研究了间苯二酚常压羧化法制备２，６－二羟基苯甲酸。分析了Ｋｏｌｂｅ．Ｓｃｈｍｉｔｔ羧化反应机理，选择了该反应的适宜溶 剂。通过正交试验确定了反应的最佳参数。在优化的反应参数（间苯二酚／碳酸钾摩尔比１：０．５，反应温度１５５～１６０℃，反应 时间６￣７ｈ，溶剂为－－Ｂ３基乙酰胺）下，２，６－二羟基苯甲酸收率达２９．３８％。 关键词：Ｋｏｌｂｅ－Ｓｃｈｍｉｔｔ反应；－Ｉ－艺参数；２，６－二羟基苯甲酸；制备；间苯二酚；二氧化碳；溶剂羧化；常压 中图分类号：ＴＱ ２１ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００１－９２１９（２００７）０６－４６－０４ 有机酚类化合物与ＣＯ 发生亲电取代在芳环 间苯二酚、无水碳酸钾、Ｎ，Ｎ．二甲基甲酰胺 （ＤＭＦ）、Ｎ，Ｎ一二甲基乙酰胺（ＤＭＡＣ）、浓硫酸、浓盐 酸、乙醚以及二甲基硅油均为分析纯，二氧化碳为工 上引人羧基的反应是工业上合成有机酚酸的重要反 应（Ｋｏｌｂｅ．Ｓｅｈｍｉｔｔ反应）。早期该反应是在气固相或 固相熔融状态下进行，过程的传质传热性能差，反应 业高纯。 １．２实验方法 效率低，需要压力高；而采用溶剂的羧化反应可大大 改善过程的传质传热性能，缩短反应周期，提高产品 质量和收率¨ 。 溶剂羧化法Ｋｏｌｂｅ—Ｓｃｈｍｉｔｔ反应，是在有机溶剂 氛围中，由酚的成盐和酚盐的羧化两步完成，一直应 用在农药、医药以及化肥的合成过程中。由于溶剂 实验操作过程如下：间苯二酚及溶剂加人到四 口烧瓶中搅拌，通人ＣＯ 常压下油浴加热升温至 １５０￣（２，然后加入无水碳酸钾升温，温度控制在 １４０￣（２～１６０￣（２之间，不断通人ＣＯ ，搅拌下反应一定 时间。反应完毕后，冷却，过滤除去不溶物。滤液减 压蒸馏除掉溶剂，加水。用无机酸调节ｐＨ值后，进 的存在，在Ｋｏｌｂｅ—Ｓｃｈｍｉｔｔ反应体系中存在大量的苯 酚，因此整个反应过程中不但有酚盐而且有酚盐和 酚的络合物参与羧化反应并影响反应产物的结构和 收率 。 行回流操作数小时，选择性地分解副产物，其中需不 断地加入少量无机酸，控制ｐＨ值。完毕，加酸调节 ｐＨ值后用乙醚萃取，油层回收间苯二酚，水层再酸 化调节ｐＨ值后冷却过滤得粗品，再经过精制既得 成品，熔点在１６５￣（２～１６６￣（２之间，纯度９９．３％以上。 １．３产品分析 ２，６一二羟基苯甲酸合成工艺主要以高压水相 法和高压有机溶剂法为主。由于高压的存在，对设 备要求较高，安全方面要求严格；泄料需在降温降压 操作结束后进行，反应周期长，运行成本高，操作危 险性大。国外自上世纪６０年代起探索开发常压溶 剂工艺，而国内至今仍主要以间歇高压溶剂法为主。 本研究根据Ｋｏｌｂｅ—Ｓｃｈｍｉｔｔ反应原理和工艺过 程分析，研究了合成２，６一二羟基苯甲酸的常压溶 用显微熔点仪测定产品熔点；以元素分析、紫外 分光光度、红外光谱以及核磁共振测定并表征产品 结构；用高效液相色谱测定产品纯度。 ２结果和讨论 ２。１ 反应机理以及工艺参数初选 间苯二酚的羧化反应属于芳环上的亲电取代反 剂法工艺，筛选了适宜的溶剂，对常压溶剂法工艺参 数进行了优化，给出了适宜的工艺参数组合。 １实验部分 １．１实验原料及试剂 收稿日期：２００７—１０－０５；作者简介：张曼玲（１９７６－），女，硕士 生，电邮ｍａｎｌ０６１６＠ｙａｈｏｏ．ｃｏｍ．ａｎ。 应。由于成盐后的酚氧负离子具有强给电性的共轭 效应使环上百电子云密度增加，能被弱亲电试剂 ＣＯ：进攻而发生取代反应。其共振论解释则为酚氧 负离子比酚有更稳定的共振结构。其反应机理过程 如图１所示。 维普资讯 http://www.cqvip.com
第６期 张曼玲等：常压羧化法制备２，６－二羟基苯甲酸 ４７ ＯＣ０２— 一 一蜂Ｏ一 Ｏ－ 图１反应机理 Ｆｉｇ．１ Ｔｈｅ ｒｅａｃｔｉｏｎ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ 反应初始，酚盐与ＣＯ 形成一配价络合物（Ｉ） 或（Ⅱ），由于酚盐中负氧原子与芳环共平面，它的 孤对电子与芳环形成大叮ｒ体系，易受到亲电性的 Ｃ 进攻而形成叮『一络合物（Ⅲ），然后叮『络合物中 ｃ 进攻环上电荷密度比较高的邻位，形成带正电荷 的１３＂络合物（ＩＶ），最后１３＂络合物上的Ｃ．Ｈ键断裂， Ｈ质子离去或转移到酚氧负离子上形成酚羧酸盐。 溶剂法合成工艺过程将问苯二酚的成盐反应和 酚盐与ＣＯ 的羧化反应在同一反应釜内连续进行， 反应产物经酸析处理得产品。 ２，６－二羟基苯甲酸高压合成过程中，体系的压 力是由ＣＯ 的用量来控制，试验中所加碱一般是无 水碳酸盐类物质，在成盐时有ＣＯ 气体生成，反应 体系中并不消耗ＣＯ 。如果体系中压力过高，体系 的ＣＯ 浓度增加，反而会降低碳酸钾的浓度，还浪 费ＣＯ 。所以只要能够保证反应在ＣＯ 氛围中进 行，常压溶剂制备２，６－二羟基苯甲酸是可行的。 表１ 合成２．６－二羟基苯甲酸探索试验结果 Ｔａｂｌｅ １ Ｒｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｐｒｅｌｉｍｉｎａｒｙ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ ｆｏｒ ２．６－ｄｉ． ｈｙｄｒｏｘｙｂｅｎｚｏｉｃ ａｃｉｄ ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ’Ｎ为ｎ（间苯二酚）Ｉｎ（Ｋ２ＣＯ３），以下各表同 表１列出了初步探索试验的结果。２，６．二羟基 苯甲酸产品为白色针状固体，熔点ｌ６５ｃＩ＝一１６６￣Ｃ， 纯度达９９％以上，产品的红外光谱与工业品、标准 样图的数据完全一致。根据初步试验并参考文献资 料 ’ 选定的工艺参数评估范围为：反应原料配比ｎ （酚）／ｎ（碱）为１／（０．３—０．７），温度为１４０ｃＩ＝一 １７０ｃＩ＝，压力为常压（０．１ＭＰａ），反应时间为２ｈ一７ｈ， 其他因素有成盐温度等。 ２．２溶剂的选择 当苯环上有两个以上羟基的时候，酚的活性增 大，羧化反应易于在常压下进行。使用酚钾盐在非 质子极性溶剂中反应，可提高酚氧负离子的活性，有 利于反应的进行。本文考察了Ｎ，Ｎ一二甲基甲酰胺 （ＤＭＦ，沸点１５２ｃＩ＝）、Ｎ，Ｎ．二甲基乙酰胺（ＤＭＡＣ，沸 点１６４—１６６￣Ｃ）两种溶剂对常压下合成２，６．二羟基 苯甲酸反应的影响，结果如表２所示。 表２溶剂对反应结果的影响 Ｔａｂｌｅ ２ Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｓｏｌｖｅｎｔｓ Ｏｉｌ ２，６．ｄｉｈｙｄｒｏｘｙｂｅｎｚｏｉｃ ａｃｉｄ ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ’ｍ为２，６’二羟基苯甲酸质量，以下各表同 试验结果表明：反应温度在１５０ｃＩ＝左右时，２种 溶剂产物收率差别不大，收率均很低；提高反应温度 后，用ＤＭＡＣ溶剂合成目的产物的收率明显高于用 ＤＭＦ溶剂。分析原因有如下两个方面：（１）ＤＭＦ溶 剂的沸点较低，使羧化反应温度难控制，雾液夹带现 象严重，反应收率偏低；（２）ＤＭＡＣ溶剂有３个甲 基，推电子能力强，有助于提高酚盐分子上电子云密 度，增加了反应底物活性，使酚成盐良好，产品收率 较高。常压下羧化合成２，６．二羟基苯甲酸中ＤＭＡＣ 溶剂优于ＤＭＦ，因此以下的进一步的研究均以 ＤＭＡＣ为溶剂。 ２．３反应参数的正交优化 根据探索试验结果，对常压羧化反应工艺参数 维普资讯 http://www.cqvip.com ４８ 天然气化工 ，４ 。Ⅱ２００７年第３２卷 Ⅲ ３ ３ ３ Ｉ 作正交优化。选定的工艺参数为羧化温度、羧化时 间和原料配比，正交试验水平因素见表３。试验投 料量间苯二酚０．１５ｍｏｌ，成盐温度１５０￣Ｃ，成盐时间 ２．４第二轮试验 。 朋∞ 渤瑚 卯 Ｌ 坻 为了确定适宜的反应条件，在正交试验的基础 ， ， ， ０．５ｈ。 表３正交试验因素水平表 Ｔａｂｌｅ ３ Ｆａｃｔｏｒｓ ａｎｄ ｌｅｖｅｌｓ ｏｆ ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ ｔｅｓｔ ０．９３ １Ｏ．９２ ｌ１．８１ ０．３９ １２．５４ １６．２０ １．９ｏ ３０．４７ ２２．６８ ∑Ｙ：１０７．８４ 由表４的级差判断，在所选水平范围内对２，６一 ＤＨＢＡ收率影响大小的顺序是Ｔ＞ｔ＞Ｎ。 由表４数据分析，第８号试验２，６－ＤＨＢＡ收率 最高，故 ｔ，Ⅳ２为较佳反应条件。而由图２分析， 可能的最佳反应条件是 ｔ３ Ⅳ２（ｔ３ ＞ｔ３）。 图２正交试验趋势图 №２ Ｔｒｅｎｄ ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ ｔｅｓｔ 上进行了进一步的分析和试验，进一步优化各反应 因素。 ， ，， ２．４．１反应温度 ｍ 鲫 慨ｍ 由正交试验结果可以看出，２，６－ＤＨＢＡ收率随 ，着反应温度升高先增加后降低。在Ｔ＝１５５℃附近 ， ， 凹 进一步考察反应温度的影响，试验结果如图３。当 朋 ＜１６０￣Ｃ时，随着温度的升高，产品收率增大；当Ｔ＞ １６０￣Ｃ时，随着温度升高产品收率降低。结合正交试 验结果（表４）可知反应温度在１５５—１６０￣Ｃ为宜。 ｔ：７ｈ．Ｎ：１：０．５ 图３反应温度对收率的影响 Ｆｉｇ．３ Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｒｅａｃｔｉｏｎ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｎ ｙｉｅｌｄ ２．４．２反应时间 由正交试验结果（图２）来看，２，６－ＤＨＢＡ收率 随着反应时间延长呈上升趋势。羧化反应属于动力 学控制反应。ＣＯ 在溶剂中的扩散并与间苯二酚盐 的碰撞接触是控制步骤。扩散速率随着反应的进行 转化率的增大而降低…。试验表明（图４）：当反应 时间大于７ｈ后，收率上升很慢。适宜的反应时间为 ６ｈ一７ｈ。 ｎ ｌ５５±３℃，Ｎ－－Ｉ：０ ５，巾速搅拌 图４反应时间对收率的影响 Ｆｉｇ．４ Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｒｅａｃｔｉｏｎ ｔｉｍｅ ｏｎ ｙｉｅｌｄ ２．４．３原料配比 正交试验结果（图２）来看，原料配比Ⅳ在１： ０．５为佳。试验结果表明（图５），在Ｎ＞２或者Ｎ＜２ 维普资讯 http://www.cqvip.com 第６期 张曼玲等：常压羧化法制备２，６一二羟基苯甲酸 续生产的优点。 ４９ 时，２，６－ＤＢＨＡ收率均降低。这是因为，当Ｎ＞２时， 酚过量则成盐不完全，降低了反应物的浓度，收率降 低；当Ｎ＜２时，则碱过量，羧化时易生成副产物２， ４一ＤＢＨＡ以及水分，破坏反应，引起树脂化等副反 （２）非质子极性溶剂能增加酚的活性是常压羧 化反应用溶剂的基本特征。Ｒ—ＣＯ—ＮＲ ：型低烷基酰 胺型化合物具有良好的反应传质传热性能，其溶解 分散作用良好，回收处理方便，回收率达８５％以上。 （３）合成２，６一二羟基苯甲酸的常压溶剂法适宜 的反应条件为：ｎ（间苯二酚）／ｎ（Ｋ２ＣＯ３）＝１／０．５； 反应温度１５５℃～１６０℃，反应时间６ｈ～７ｈ，在此条 件下反应产品收率达２９．３８％。 参考文献： 应，降低了产品收率。适宜的Ⅳ值为２。 、 亡兰 Ｎ【”（Ｉ＂Ｊ苯：酚）／ｎ（Ｋ：ＣＯ ）】 ｌ５５±３℃，ｔ＝７ｈ，Ｉ 速搅拌 何海兰，高建荣，史鸿鑫，等．溶剂羧化法合成２－羟基一 ３萘甲酸工艺的研究［Ｊ］．浙江工业大学学报，１９９５， ２３（４）：３３０－３３６． 图５物料配比对收率的影响 Ｆｉｇ．５ Ｅｆｆｃｃｔ ｏｆｆｅｅｄ ｒａｔｉｏ ｏｎ ｙｉｅｌｄ ［２］ 高建荣，程侣柏，何海兰．苯酚溶剂羧化反应的动力 学研究［Ｊ］．大连理工大学学报．１９９６，３６（３）：２８８－ ２９２． ２．５优化工艺参数的验证试验 根据正交试验优选的适宜工艺参数合成２，６一 ＤＢＨＡ，结果如表５所示。２，６一ＤＢＨＡ平均收率达 ２９．３８％ ｂｅ－Ｓｃｈｍｉｔｔ Ｒｅａｃｔｉｏｎ ［３］ Ｌｉｎｄｓｅｙ Ａ Ｓ．Ｊｅｓｋｅｙ Ｈ．Ｔｈｅ Ｋｏｌ［Ｊ］．Ｃｈｅｍ Ｒｅｖ，１９５７，５７：５８３－６２０． ｅｐａｒａｔｉｏｎ ｏｆ ２，３－ｄｉｈｙｄｒｏｘｙ－ ［４］ Ｃａｒｓｏｎ Ｊ，Ｄｙｋｅ Ｇ ０．Ｐｒ表５优化工艺参数验证试验 Ｔａｂｌｅ ５ ２，６－Ｄｉｈｙｄｒｏｘｙｂｅｎｚｏｉｃ ａｃｉｄ ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ｕｎｄｅｒ ｏｐｔｉ。 ｍｉｚｅｄ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｂｅｎｚｏｉｃ ａｃｉｄ［Ｊ］．Ｊ Ａｍ Ｃｈｅｍ Ｓｏｃ，１９５０，７２：６２１－６２２． ［５］ Ｄｉｎｎｅｂｉｅｒ Ｒ Ｅ，Ｐｉｎｋ Ｍ，Ｓｉｅｌｅｒ Ｊ．村ａ１．Ｐｏｗｄｅｒ ｓｔｍｃ－ ｔｕｒｅ ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ ｐｏｔａｓｓｉｕｍ ｐｈｅｎｏｘｉｄｅ— ｐｈｅｎｏｌ：Ｃ（６）Ｈ（５）ＯＫ．ｘＣ（６）Ｈ（５）ＯＨ（Ｘ＝２，３） ［Ｊ］．Ｉｎｏｒｇ Ｃｈｅｍ，１９９８，３７：４９９６－５０００． ［６］ Ｒａｙｍｏｎｄ Ｓ Ｅ．Ｃｏｍｐｌｅｔｅ ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ ２，６－ｄｉｈｙｄｒｏｘｙｌ— ｂｅｎｚｏｉｃ ａｃｉｄ ａｎｄ ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅｓ ｔｈｅｒｅｏｆ［Ｐ］．ＧＢ：９１６５４８， ３结论 （１）常压溶剂法合成２，６一二羟基苯甲酸是比高 压溶剂法更安全简单的工艺。具有节能、经济、可连 １９６３． ［７］ Ｔｏｓｈｉｏ Ｎ，Ｙａｓｕｈｉｒｏ Ｎ．Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｐｒｏｄｕｃｉｎｇ ２，６－ｄｉ－ ｈｙｄｒｏｘｙｂｅｎｚｏｉｃ ａｃｉｄ［Ｐ］．ＵＳ：５３０４６７７，１９９４． Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ｏｆ ２，６－Ｄｉｈｙｄｒｏｘｙｂｅｎｚｏｉｃ Ａｃｉｄ ｂｙＣａｒｂｏｘｙｌａｔｉｏｎ ｕｎｄｅｒ Ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ ＺＨＡＮＧ Ｍａｎ－ｌｉｎｇ，ＬＩ Ｃｈｕｎ－ｐｉｎｇ （Ｓｃｈｏｏｌ ｆ ｏＣｈｅｍｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｉｎｎｅｒ Ｍｏｎｇｏｌｉａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈｕｈｈｏｔ ０１００５１，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：２．６一Ｄｉｈｙｄｒｏｘｙｂｅｎｚｏｉｃ ａｃｉｄ ｗａｓ ｐｒｅｐａｒｅｄ ｂｙ ｃａｒｂｏｘｙｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｒｅｓｏｒｃｉｎｏｌ ｉｎ ｓｏｌｖｅｎｔ ｕｎｄｅｒ ｕｎｄｅｒ ａｔ— ｍｏｓｐｈｅｒｉｃ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｗａｓ ｓｔｕｄｉｅｄ．Ｔｈｅ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｏｆ Ｋｏｌｂｅ—Ｓｃｈｍｉｔｔ ｃａｒｂｏｘｙｌａｔｉｏｎ ｗａｓ ａｎａｌｙｚｅｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｓｕｔａｂｌｅ ｓｏｌ— ｖｅｎｔ ｆｏｒ ｔｈｅ ｃａｒｂｏｘｙｌａｔｉｏｎ ｒｅａｃｔｉｏｎ ｗａｓ ｓｅｌｅｃｔｅｄ．Ｔｈｅ ｏｐｔｉｍｕｍ ｐｒｏｃｅｓｓ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｗｅｒｅ ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ ｂｙ ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ ｔｅｓｔ．Ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ，ｉ．ｅ．，ｒｅｓｏｒｃｉｎｏｌ ｔｏ ｐｏｔａｓｓｉｕｍ ｃａｒｂｏｎａｔｅ ｍｏｌａｒ ｒａｔｉｏ ｏｆ １：０．５，．ｒｅａｃｔｉｏｎ ｔｅｒｎ— ｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｆ １５５℃一１６０℃，ｒｅａｃｔｉｏｎ ｔｉｍｅ ｏｆ６ ｈｏｕｒｓ－７ ｈｏｕｒｓ，ａｎｄ ｄｉｍｅｔｈｙｌ ａｃｅｔａｍｉｄｅ ａｓ ｓｏｌｖｅｎｔｔｈｅ ｖｉｅｌｄ ｏｆ２，６一ｄｉ— ｈｙｄｒｏｘｙｂｅｎｚｏｉｃ ａｃｉｄ ｗａｓ ｕｐ ｔｏ ２９．３８％。 Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｋｏｌｂｅ—Ｓｃｈｍｉｔｔ ｒｅａｃｔｉｏｎ；ｐｒｏｃｅｓｓ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ；２，６一ｄｉｈｙｄｒｏｘｙｂｅｎｚｏｉｃ ａｃｉｄ；ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ；ｒｅｓｏｒｃｉｎｏｌ； ｃａｒｂｏｎ ｄｉｏｘｉｄｅ；ｓｏｌｖｅｎｔ ｃａｒｂｏｘｙｌａｔｉｏｎ；ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ ｐｒｅｓｓｕｒｅ
