2,2'-亞甲基雙(6-環己基-4-甲基苯酚)的水相合成研究

趙永濤，董武卿

（大連化工研究設計院，遼寧 大連116023）

抗氧劑2,2'-亞甲基雙（6-環己基-4-甲基苯酚）又稱抗氧劑ZKF，是酚類抗氧劑的一種，它具有很好的抑制銅害和抗氧化功能、具有毒性低和無顏色污染、耐熱性好等優點。此外，ZKF與磷酸酯進行酯交換，可制得一系列的磷類抗氧劑和熱穩定劑，與三嗪類反應也可制得三嗪類的光穩定劑，因此，本產品適應塑料工業發展需要，具有廣闊的發展前景。

目前，國內外制備抗氧劑ZKF普遍采用的工藝路線是：

（1）甲縮醛法[1，2]2-環己基對甲酚與甲縮醛進行縮合反應制得抗氧劑ZKF粗品，經過濾、重結晶得到合格抗氧劑產品。甲縮醛既是反應物又是溶劑，甲縮醛的使用量較大，同時產生大量的副產物甲醇。其典型反應方程式如下：

（2）多聚甲醛法[3]在有機溶劑中，采用無機酸為催化劑，多聚甲醛與2-環己基對甲酚進行縮合生成抗氧劑ZKF。該路線中，多聚甲醛價格便宜，容易操作，但所用溶劑的揮發性較強，屬易燃易爆危險化學品，在工業生產過程中勢必會有部分有機溶劑進入大氣中，不但污染環境，增加產品成本，而且對安全生產構成威脅。其典型反應方程式如下：

綜合考慮抗氧劑ZKF的合成方法，甲縮醛法中的甲縮醛原料價格高，原料不易得到，產品成本高。多聚甲醛法中，多聚甲醛的價格便宜，工藝簡單，但使用易燃易爆危險化學品，工業生產的安全性差。本工藝中采用了無毒溶劑水代替文獻報道的各類有毒的有機溶劑，采用廉價的甲醛水溶液代替文獻報道的甲縮醛或多聚甲醛，改善了操作環境。生產中產生的水溶液經檢測分析后可回收利用，降低了生產成本。

1 實驗部分

1.1 原料及儀器

對甲酚、環已烯、甲醛水溶液、濃硫酸、磷酸、對甲苯磺酸、十二烷基苯磺酸，均為化學純試劑；固體酸性分子篩、2-環己基對甲酚為實驗室自制。

LC20AT高效液相色譜儀（島津）；GC-900氣相色譜儀（上海科創）；電動磁力攪拌器（常州國華電器有限公司）；2ZX-4直聯旋片式真空泵（上海南光真空泵廠）；WRS-1B數字熔點測定儀。

1.2 實驗過程

1.2.1 2-環己基對甲酚的合成 在帶有攪拌、溫度計、滴液漏斗的三口瓶中加入對甲酚648g，固體分子篩酸性催化劑30g，攪拌加熱至140℃，保持此溫度，滴加環已烯540g，約3h，滴加完畢，然后保溫反應1h，熱過濾，回收催化劑，母液進行減壓蒸餾，回收未反應的對甲酚，收取120～160℃/1.33kPa的粗產品2-環己基對甲酚767g，用1000mL溶劑油重結晶，得到氣相色譜含量≥99.0%的2-環己基對甲酚，可用于下一步抗氧劑ZKF的合成。

1.2.2 2,2'-亞甲基雙（6-環己基-4-甲基苯酚）（ZKF）的合成 在帶有攪拌、溫度計、滴液漏斗的三口瓶中加入上述2-環己基對甲酚190g（1.0mol），水150ml，十二烷基苯磺酸5.7g；攪拌加熱至80℃，滴加甲醛水溶液40.5g（0.5mol），然后保溫在80℃下反應4h后，過濾得粗品，烘干為203.4g，HPLC測定含量為95.2%，用溶劑油120ml精制得產品177.7g，HPLC測定含量99.3%.收率為90.2%

1.3 產品的分析

1.3.1 2-環己基對甲酚的分析 通過熔點儀測得的熔點為53.6～54.4℃，與文獻值54℃基本一致。

氣相色譜的分析條件 SG-54型色譜柱，柱溫190℃，汽化溫度250℃，檢測溫度250℃。

1.3.2 2,2'-亞甲基雙（6-環己基-4-甲基苯酚）（ZKF）的分析 通過熔點儀檢測其熔點為132.0～132.5℃，與文獻值132.0～133.0℃一致。

液相色譜的分析條件 色譜柱OSD5μm4.6×250mm，流動相 95%甲醇，流速 1mL·min-1,波長254nm。

2 結果與討論

2.1 催化劑類型的選擇

該反應以水為溶劑，2-環己基對甲酚與甲醛摩爾比為2∶1，反應溫度為80℃，反應時間4h，催化劑用量為2-環己基對甲酚質量的3.0%。選擇4種不同的催化劑進行反應，結果見表1。

表1 不同催化劑對反應的影響Tab.1 Effect of different catalysts on reaction

表1數據表明，反應的選擇性和轉化率以催化劑十二烷基苯磺酸為最佳。其原因是由于反應是非均相的，十二烷基苯磺酸既是催化劑，又起到相轉移催化劑的作用。

2.2 催化劑的用量選擇

反應條件為以水為溶劑，2-環己基對甲酚與甲醛摩爾比為2∶1，反應溫度為80℃，反應時間4h，選取不同用量的十二烷基苯磺酸催化劑進行實驗比較，結果見表2。

表2 催化劑用量對反應的影響Tab.2 Effect of catalyst amount on the reaction

由表2可見，隨著催化劑用量的加大，2-環己基對甲酚的轉化率逐步提高，當催化劑用量達到3.0%時，轉化率達到99.0%以上。當催化劑用量超過3.0%時，由于其表面活性劑的特性，產品在水溶液中溶解度增大，因而產品的收率增加不明顯。因此，催化劑用量為3.0%。

2.3 反應溫度的選擇

以水為溶劑，2-環己基對甲酚與甲醛摩爾比為2∶1，反應時間4h，催化劑用量為2-環己基對甲酚質量的3.0%，選用不同的反應溫度進行比較研究，結果見表3。

表3 反應溫度對反應的影響Tab.3 Effect of reaction temperature on reaction

表3數據表明，隨著反應溫度的提升，2-環己基對甲酚的轉化率逐步提高。當反應溫度到90℃時，由于催化劑表面活性的作用明顯增加，反應體系的泡沫很多，對工業化的生產操作造成不便，因此，反應溫度為80℃左右。

2.4 反應時間對反應的影響

選擇以水為溶劑，2-環己基對甲酚與甲醛摩爾比為2∶1，反應溫度為80℃，催化劑用量為2-環己基對甲酚質量的3.0%，選用不同的反應時間進行比較研究，結果見表4。

表4 反應時間對反應的影響Tab.4 Effect of reaction time on reaction

表4數據表明，隨著反應時間延長，反應轉化率逐漸提高，約4h左右接近峰值，但反應時間再延長，收率基本不變。因此，選擇反應時間4h為宜。

2.5 反應過程的優化

通過上面的實驗數據，我們確定了該反應的最佳條件：以水為溶劑，2-環己基對甲酚與甲醛摩爾比為2∶1，反應溫度為80℃，催化劑用量為2-環己基對甲酚質量的3.0%，反應時間為4h，水溶液循環利用，重復進行實驗，結果見表5。

表5 反應過程的優化Tab.5 Reaction process optimization

由表5中數據可以看出，在此反應條件下，反應的選擇性較好，得到的粗品經精制后，可以得到含量大于99.0%的產品。反應的水溶液可以循環使用5次。

3 結論

（1）以水為溶劑，2-環己基對甲酚與甲醛摩爾比為2∶1，反應溫度為80℃，催化劑用量為2-環己基對甲酚質量的3.0%，反應時間為4h，反應轉化率為99.2%，得到的產品ZKF含量99.3%（HPLC）,產品收率為90.2%。

（2）在本反應過程中，采用了無毒溶劑水代替文獻報道的各類有毒的有機溶劑，采用廉價的甲醛水溶液，代替文獻報道的甲縮醛或多聚甲醛，降低了成本，實現了清潔生產，改善了操作環境。

（3）本工藝生產抗氧劑ZKF具有操作簡單，無特殊設備要求，污染少，成本低，質量好的特點。