CN115466166B - 一种低温合成4-氯-3，5-二甲基苯酚的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低温合成4‑氯‑3，5‑二甲基苯酚的方法，包括：将含有3，5‑二甲基苯酚的SO2溶液加入到含有硫酰氯的SO2溶液中进行氯代反应，反应结束后经过后处理得到所述的4‑氯‑3，5‑二甲基苯酚；所述氯代反应的温度为‑30~10℃。该方法不仅保证了3，5‑二甲基苯酚的转化率，同时提高了4‑氯‑3，5‑二甲基苯酚的选择性，减少了副产物的产生。

Description

一种低温合成4-氯-3，5-二甲基苯酚的方法
技术领域
本发明属于化工中间体合成领域，具体涉及一种低温合成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，又名对氯间二甲苯酚，CAS号：88-04-0，是一种广谱的防霉抗菌剂，对多数革兰氏阳性、阴性菌、真菌和霉菌都有杀灭功效，可广泛应用于消毒或个人护理用品，如去屑香波，洗手液、肥皂和其它卫生用品等抗菌洗涤剂中。也可以作为防腐剂和防霉剂用于胶水、涂料、油漆、纺织、皮革、造纸等工业领域。
工业上生产4-氯-3，5-二甲基苯酚一般采用间二甲酚为原料，以氯化亚铜为催化体系，用氯化剂氯化生成4-氯-3，5-二甲基苯酚。太原理工大学魏文珑等研究了以间二甲苯酚和氯气为原料，在三氯化铝催化下合成4-氯-3，5-二甲基苯酚；结果认为最佳工艺条件为：四氯化碳70mL，60℃下通Cl2反应120min，收率可以达61.1%。太原理工大学魏文珑、高志军等人对以3，5-二甲基苯酚为原料合成4-氯-3，5-二甲基苯酚的方法进行了研究，以氯化亚砜、次氯酸钠、硫酰氯为氯化剂，对投料比、溶剂等方面进行了考察；结果认为：以3，5-二甲酚为原料，硫酰氯为氯化剂、四氯化碳为溶剂，合成4-氯-3，5-二甲基苯酚的效果比较理想，反应收率可达82.57%，产品含量达97.67%，杀菌性能考察，产物杀菌性能与标样相当。
专利CN 103351283 A涉及一种对氯间二甲酚的制备方法，向酸性水中加入适量的四氯乙烯或二氯乙烷配制成复合溶剂即M体系，氯化剂硫酰氯与底物3,5–二甲基苯酚在M体系中发生氯化反应，生产目标产品对氯间二甲酚产品。此方法生产PCMX纯度可以达到99%以上。
CN112250549A公开了一种在溶剂（冰醋酸或甲酸）中，3，5-二甲基苯酚和氯化剂于10～70℃进行低温均相氯化反应，反应时间为2～4小时，氯化剂：3，5-二甲基苯酚＝1.05～1.1：1的摩尔比，所述氯化剂为硫酰氯；反应结束后，对反应所得物进行精馏，得3,5-二甲基-4-氯苯酚，底物转化率可达99.5%。该方法以SO2Cl2作为直接氯源，SO2Cl2分子中仅1个Cl原子用于合成4-氯-3，5-二甲基苯酚，原子利用率仅20%，原料消耗大，硫酰氯单耗高，原料成本较高；同时该方案会产生大量的SO2与HCl混合气体，分离处理难度大、成本高，安全环保风险也较大；产品4-氯-3，5-二甲基苯酚在冰醋酸或甲酸中溶解度过高，增加了从溶剂中提纯产品的难度；该方案为防止产物析出包裹底物的情况，在60-70℃的较高温度下进行反应，虽然可以提高反应的转化率，但是却增加了副产物2-氯-3，5-二甲基苯酚、2,4-氯-3，5-二甲基苯酚的含量，降低了4-氯-3，5-二甲基苯酚的选择性。
发明内容
本发明提供了一种低温合成4-氯-3，5-二甲基苯酚的方法，该方法不仅保证了3，5-二甲基苯酚的转化率，同时提高了4-氯-3，5-二甲基苯酚的选择性，减少了副产物的产生。
本发明的技术方案如下：
一种低温合成4-氯-3，5-二甲基苯酚的方法，包括以下步骤：
（1）以活性炭为催化剂，液态 SO2和氯气进行反应得到含有硫酰氯的SO2溶液；
（2）采用液态SO2和3，5-二甲基苯酚混合得到含有3，5-二甲基苯酚的SO2溶液；
（3）将含有3，5-二甲基苯酚的SO2溶液加入到含有硫酰氯的SO2溶液中进行氯代反应，反应结束后经过后处理得到所述的4-氯-3，5-二甲基苯酚；
所述氯代反应的温度为-30~10℃。
本发明通过采用液态SO2作为反应介质，同时采用更低的反应温度来进行氯代反应，在该条件下即避免了产物析出包裹底物导致的转化率降低的问题，又避免了高温带来的副产物增加的问题，同时兼顾了转化率和选择性，提高了反应效率。
作为优选，所述氯代反应的温度为-30~-15℃，该条件下二氧化硫在常压下可以很好地保持液态，不需要加压进行反应，反应在常压下进行。
当反应温度略高的时候，二氧化硫可能会汽化，为了使反应发生，通过略微加压可将二氧化硫保持在液态，作为另外的优选，所述氯代反应的温度为-15~10℃，反应在常压或者加压下进行，反应压力为0~0.2MPa（表压）。
作为优选，含有3，5-二甲基苯酚的SO2溶液与含有硫酰氯的SO2溶液的质量比为1~2:1，更优选的为1.3~1.8:1。
作为优选， 液态SO2和氯气的摩尔比为2 ~5:1；
反应温度为-30~-10℃，反应压力为0~1.0MPa。
作为优选，所述活性炭以床层形式固定在硫酰氯反应器中，床层厚度为200~1000mm，以更好地实现硫酰氯的制备。
作为优选，所述液态SO2和氯气在硫酰氯反应器反应停留时间为15-30s。
作为优选，所述液态SO2和3，5-二甲基苯酚的质量比为1~10:1；
硫酰氯反应液与3，5-二甲基苯酚的质量比为1~5:1。
作为优选，所述氯气与3，5-二甲基苯酚的摩尔比为1~1.5:1。作为进一步的优选，所述氯气与3，5-二甲基苯酚的摩尔比为1.0~1.3:1
作为优选，所述后处理包括：
对反应液进行蒸馏浓缩得到固液混合物，然后经过过滤、干燥得到产品4-氯-3，5-二甲基苯酚。
作为优选，所述蒸馏为常压蒸馏，蒸馏采出SO2套用至下一批氯代反应，采出温度为-10~0℃。
此时，反应过程：Cl2+SO2→SO2Cl2（以活性炭为催化剂）
SO2Cl2+C8H10O→C8H9OCl+SO2+HCl
表征反应：Cl2+ C8H10O→C8H9OCl+HCl
由于以二氧化硫直接作为反应介质，副产物SO2直接可以进行重复套用，成为可以重复利用的资源，整个反应相当于以氯气直接作为氯代试剂，原子利用率大幅度提高。
作为优选，所述固液混合物的含固量为30wt%~70wt%。
作为优选，干燥条件为常压，干燥温度为20~40℃，干燥时间为0.5~3h。由于SO2的沸点较低，更容易分离，后处理过程更加简单，不需要经过高温减压蒸馏操作（现有技术需要-0.09MPa的压力，150℃的温度进行精馏），也更容易避免溶剂的残留。
同现有技术相比，本发明的有益效果体现在：
（1）提高氯化剂原子利用率：现有技术方案所用氯化剂 SO2Cl2分子中仅1个Cl原子用于合成4-氯-3，5-二甲基苯酚，原子利用率仅20%；本方案以Cl2为氯源，一个氯原子用于合成4-氯-3，5-二甲基苯酚，一个用于合成HCl，原子利用率提高到50%。
（2）降低尾气量与处理难度：现有方案生产1分子4-氯-3，5-二甲基苯酚会产生1分子的SO2与1分子HCl混合气体；本方案则将SO2作为溶剂重复利用，生成1分子4-氯-3，5-二甲基苯酚仅产生1分子HCl，废气量减半，气体浓度变高，降低了尾气处理压力与环保风险。
（3）提高产物选择性与收率：现有方案反应温度较高，升温过程需要耗能，且由于局部温度过高的原因，4-氯-3，5-二甲基苯酚选择性偏低，2-氯-3，5-二甲基苯酚、2,4-氯-3，5-二甲基苯酚等副产产生量大；本方案在低温下以液态SO2为溶剂，在较低温度下反应，一方面避免了升温过程的能耗，另一方面，大大减少了高温区会发生的副反应；且发现即使在低温下产物在液态SO2中也可以较好地溶解，能避免底物被包裹无法参与反应的情况，从而大大提高4-氯-3，5-二甲基苯酚选择性与收率。
（4）减少产物中溶剂残留：现有方案所用溶剂为四氯乙烯等高氯的有机溶剂，与产物分离难度较大，产物中往往有溶剂残留；本方案采用低温的SO2为溶剂，SO2与4-氯-3，5-二甲基苯酚等有机物较易分离，降低了产物纯化难度，避免了产物中的溶剂残留，对产品纯度与气味有一定的提升作用。
（5）解决了用四氯乙烯做溶剂时存在产物析出包裹底物的情况，低温下反应转化率偏低(转化率仅为95％)，且需要在60-70℃的较高温度下进行(原因是：在四氯乙烯溶剂体系，随着反应的进行，目标产物PCMX逐渐增多，其在四氯乙烯中达到饱和后析出，并包裹反应底物3，5-二甲基苯酚，通过升温来增大PCMX溶解度，能避免底物被包裹无法参与反应的情况)，且四氯乙烯挥发较大，污染环境。同样对比于用水的无溶剂体系，其底物转化率只达到80％左右。
附图说明
图1为实施例1得到的反应液的GC图谱；
图2为实施例1得到的产品的GC图谱。
具体实施方式
本发明所用的缩写的意义如下：
MX：3，5-二甲基苯酚
PCMX：4-氯-3，5-二甲基苯酚
OCMX：2-氯-3，5-二甲基苯酚
DCMX：2,4-二氯-3，5-二甲基苯酚
实施例1
氯化剂的制备：硫酰氯反应器为塔式反应器（直径为20mm），以活性炭为填料，液态SO2经过分布器从上端通入，氯气从下端通入，向上与SO2接触发生反应，反应液从塔釜采出。
在硫酰氯反应器中填充500mm的活性炭，从顶部泵入200g液态SO2，塔底通入100g氯气，控制硫酰氯反应器的温度为-20℃，停留时间为20s，得到氯化剂的反应液（质量比2：1）。
氯代反应：在1000mL的三颈瓶中加入300g SO2液体，再加入150g 3，5-二甲基苯酚（质量比2：1），搅拌充分溶解，并将此溶液预冷至-20℃左右，保持温度，缓慢匀速加入上步300g氯化剂的反应液（氯气与MX摩尔比1.15：1），滴加时间2h，结束反应后，取样用GC分析，结果如图1所示，其中MX：0.59％，PCMX：96.84％，OCMX：1.48％，DCMX：1.09％。
通过常压蒸馏，采出300g SO2液体，采出温度-10℃，将塔釜溶液浓缩为固液混合物，过滤出晶体，在常压40℃烘箱中干燥0.5h，得到184.23g 4-氯-3，5-二甲基苯酚产品，GC分析，结果如图2所示，其中MX：0.12％，PCMX：99.75％，OCMX：0.04％，DCMX：0.09％。总体上，PCMX的收率为95.81％(基于MX的摩尔收率)。
实施例2
与实施例1的其他操作相同，不同之处在于：氯代反应中，预冷温度为-10℃左右，并保持在该温度下进行反应，反应结束后反应液中：MX：0.60％，PCMX：95.32％，OCMX：3.32％，DCMX：0.76％。
经过后处理后得到181.25g 4-氯-3，5-二甲基苯酚产品，其中MX：0.14％，PCMX：99.74％，OCMX：0.05％，DCMX：0.07％。PCMX的收率为94.25％(基于MX的摩尔收率)。
实施例3
与实施例1的其他操作相同，不同之处在于：氯代反应中，预冷温度为0℃左右，施加0.16MPa（表压）压力。并保持在该温度下进行反应，反应结束后反应液中：MX：0.62％，PCMX：94.28％，OCMX：4.55％，DCMX：0.55％。
经过后处理后得到178.23g 4-氯-3，5-二甲基苯酚产品，其中MX：0.14％，PCMX：99.70％，OCMX：0.08％，DCMX：0.08％。PCMX的收率为92.64％(基于MX的摩尔收率)。
实施例4
与实施例1的其他操作相同，不同之处在于：氯代反应中，预冷温度为10℃左右，施加0.24MPa（表压）压力。并保持在该温度下进行反应，反应结束后反应液中：MX：0.64%，PCMX：93.22%，OCMX：5.13%，DCMX：1.01%。
经过后处理后得到175.18g 4-氯-3，5-二甲基苯酚产品，其中MX：0.16%，PCMX：99.71%，OCMX：0.10%，DCMX：0.03%。PCMX的收率为91.09％(基于MX的摩尔收率)。
实施例5
氯化剂的反应液的制备与实施例1相同。
氯代反应：在1000mL的三颈瓶中加入260g SO2液体，再加入130g 3，5-二甲基苯酚（质量比2：1），搅拌充分溶解，并将此溶液预冷至-20℃左右，保持温度，缓慢匀速加入上步300g氯化剂的反应液（氯气与MX摩尔比1.32：1），滴加时间2h，结束反应后反应液中： MX：0.46％，PCMX：90.59％，OCMX：3.97％，DCMX：4.98％。
经过后处理后得到151.20g 4-氯-3，5-二甲基苯酚产品，GC分析，其中MX：0.04％，PCMX：99.65％，OCMX：0.22％，DCMX：0.09％。总体上，PCMX的收率为90.64％(基于MX的摩尔收率)。
实施例6
氯化剂的反应液的制备与实施例1相同。
氯代反应：在1000mL的三颈瓶中加入320g SO2液体，再加入160g 3，5-二甲基苯酚（质量比2：1），搅拌充分溶解，并将此溶液预冷至-20℃左右，保持温度，缓慢匀速加入上步300g氯化剂的反应液（氯气与MX摩尔比1.08：1），滴加时间2h，结束反应后反应液中： MX：2.02％，PCMX：95.69％，OCMX：1.35％，DCMX：0.94％。
经过后处理后得到192.60g 4-氯-3，5-二甲基苯酚产品，GC分析，其中MX：0.13％，PCMX：99.69％，OCMX：0.12％，DCMX：0.06％。总体上，PCMX的收率为93.85％(基于MX的摩尔收率)。
实施例7
氯化剂的反应液的制备与实施例1相同。
氯代反应：在1000mL的三颈瓶中加入340g SO2液体，再加入170g 3，5-二甲基苯酚（质量比2：1），搅拌充分溶解，并将此溶液预冷至-20℃左右，保持温度，缓慢匀速加入上步300g氯化剂的反应液（氯气与MX摩尔比1.01：1），滴加时间2h，结束反应后反应液中： MX：3.68％，PCMX：94.45％，OCMX：1.05％，DCMX：0.82％。
经过后处理后得到201.60g 4-氯-3，5-二甲基苯酚产品，GC分析，其中MX：0.11％，PCMX：99.69％，OCMX：0.14％，DCMX：0.06％。总体上，PCMX的收率为92.45％(基于MX的摩尔收率)。
实施例8
氯化剂的反应液的制备与实施例1相同。
氯代反应：在1000mL的三颈瓶中加入405g SO2液体，再加入135g 3，5-二甲基苯酚（质量比3：1），搅拌充分溶解，并将此溶液预冷至-20℃~-15℃，保持温度，缓慢匀速加入上步300g氯化剂的反应液（氯气与MX摩尔比1.27：1），滴加时间2h，结束反应后，取样用GC分析，结果为MX：0.51%，PCMX：95.01%，OCMX：1.29%，DCMX：3.19%。
通过常压蒸馏，采出430g SO2液体，采出温度-10℃，将塔釜溶液浓缩为固液混合物，含固量为39.3%，过滤出晶体，在常压40℃烘箱中干燥0.5h，得到160.65g 4-氯-3，5-二甲基苯酚产品，GC分析结果为，MX：0.05%，PCMX：99.62%，OCMX：0.30%，DCMX：0.03%。收率为92.82% (基于MX的摩尔收率)。
实施例9
与实施例1的其他操作相同，不同之处在于：氯化剂的制备过程中，液态SO2的添加量为150g，反应结束后反应液中：MX：0.49％，PCMX：95.89％，OCMX：1.51％，DCMX：2.11％。
经过后处理后得到182.30g 4-氯-3，5-二甲基苯酚产品，其中MX：0.11％，PCMX：99.72％，OCMX：0.05％，DCMX：0.12％。PCMX的收率为94.78％(基于MX的摩尔收率)。
对比例1
1000mL三颈瓶中加入150g3，5-二甲基苯酚，然后加入400g冰醋酸，开启搅拌，在25℃开始滴加175g硫酰氯(1.05mol)，控制反应温度在30-35℃，滴加时间3h；滴加完毕后就结束反应，取样用GC分析，结果为MX：0.35％，PCMX：90.50％，OCMX：7.40％，DCMX：1.75％。
反应液通过蒸馏脱除溶剂后进行精馏提纯，塔内真空度-0.09Mpa，釜温150℃，收集顶温130℃的馏分，得到169.48g白色晶体产品，GC分析结果为，MX：0.09％，PCMX：99.59％，OCMX：0.25％，DCMX：0.04％，溶剂：0.03%。收率为88.32％(基于MX的摩尔收率)。

Claims (10)

1.一种低温合成4-氯-3，5-二甲基苯酚的方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）以活性炭为催化剂，液态 SO2和氯气进行反应得到含有硫酰氯的SO2溶液；
（2）采用液态SO2和3，5-二甲基苯酚混合得到含有3，5-二甲基苯酚的SO2溶液；
（3）将含有3，5-二甲基苯酚的SO2溶液加入到含有硫酰氯的SO2溶液中进行氯代反应，反应结束后经过后处理得到所述的4-氯-3，5-二甲基苯酚；
所述氯代反应的温度为-30~10℃；
步骤（3）中，所述后处理包括：
对氯代反应的反应液进行蒸馏浓缩得到固液混合物，然后经过过滤、干燥得到产品4-氯-3，5-二甲基苯酚；
蒸馏采出SO2套用至下一批氯代反应。
2.根据权利要求1所述的低温合成4-氯-3，5-二甲基苯酚的方法，其特征在于，所述氯代反应的温度为-30~-15℃。
3.根据权利要求1或2所述的低温合成4-氯-3，5-二甲基苯酚的方法，其特征在于，步骤（1）中，液态SO2和氯气的摩尔比为2 ~5:1；
反应温度为-30~-10℃，反应压力为0~1.0MPa。
4.根据权利要求3所述的低温合成4-氯-3，5-二甲基苯酚的方法，其特征在于，所述活性炭以床层形式固定在硫酰氯反应器中，床层厚度为200~1000mm。
5.根据权利要求3所述的低温合成4-氯-3，5-二甲基苯酚的方法，其特征在于，步骤（2）中，所述液态SO2和3，5-二甲基苯酚的质量比为1~10:1。
6.根据权利要求3所述的低温合成4-氯-3，5-二甲基苯酚的方法，其特征在于，所述氯气与3，5-二甲基苯酚的摩尔比为1~1.5:1。
7.根据权利要求1所述的低温合成4-氯-3，5-二甲基苯酚的方法，其特征在于，所述蒸馏为常压蒸馏，采出温度为-10~0℃。
8.根据权利要求1所述的低温合成4-氯-3，5-二甲基苯酚的方法，其特征在于，所述固液混合物的含固量为30wt%~70wt%。
9.根据权利要求1所述的低温合成4-氯-3，5-二甲基苯酚的方法，其特征在于，干燥条件为常压，干燥温度为20~40℃，干燥时间为0.5~3h。
10.根据权利要求1所述的低温合成4-氯-3，5-二甲基苯酚的方法，其特征在于，所述固液混合物过滤后所得母液进一步精馏回收溶剂SO2。
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