多羥基對苯二甲酸合成工藝研究

王 坤，吳 狄，3胡啟山，唐 婧，鄧 祥，3

（1.四川文理學院 化學化工學院，四川 達州635000；2.四川文理學院 四川革命老區發展研究中心，四川 達州635000；3.“特色植物開發研究”四川省高校重點實驗室，四川 達州635000）

0 引言

多羥基對苯二甲酸類化合物是非常重要的有機中間體，廣泛應用于藥物和功能材料的合成，特別是高分子改性材料方面，可以利用分子中的羥基構成的氫鍵來改善一些性能.多羥基對苯二甲酸類化合物兼具有類水楊酸類物質的性質，其潛在的性能備受關注.多羥基對苯二甲酸類化合物主要包括2，3-二羥基對苯二甲酸（2，3-DHTA），2，5- 二羥基對苯二甲酸（2，5-DHTA），2，6-二羥基對苯二甲酸（2，6-DHTA），2，3，5-三羥基對苯二甲酸，2，3，5，6-四羥基對苯二甲酸5種，除了2，3，5-三羥基對苯二甲酸，2，3，5，6-四羥基對苯二甲酸這兩種化合物研究報告比較少以外，[1]其余三種化合物在功能材料上的應用研究報道比較多.[2-4]

目前這幾種化合物工業化較少，多以試劑級供應.隨著材料和制藥的發展，該類化合物有工業化的發展需要，所以探尋一條適合于工業化的合成工藝條件是比較有實用價值的.

該類化合物的合成按照原料不同大致分為三類：[1]（1）2008年黃玉東等人[5]以環己二酮二甲酸二甲酯為原料制備2，5-DHTA，純度大于99%，收率為90%，該文獻提及該法可用于2，6-DHTA的制備，但未提及具體條件和數據，該法雖然收率和純度較高，但是工業化仍有一定的困難，如原料來源比較困難，強酸，強堿對反應儀器有所限制；（2）以對苯二甲酸及其衍生物為原料，合成路線比較多，有生物發酵法、羥基自由基加成重排法、氨基對苯二甲酸重氮化水解法、鹵代物水解法等.合成路線多但是工業化均有一定的難度，如生物發酵法容易造成二次污染，羥基自由基加成重排法反應設備較復雜，氨基對苯二甲酸重氮化水解法路線長，條件苛刻，鹵代物水解法精制后處理比較麻煩；（3）以苯酚及其衍生物為原料，合成方法有水解開環法、氧化脫保護法、Kolbe-Schmitt法等.[1]水解開環法原料利用率低，經濟效益低，氧化脫保護法路線長，環境污染嚴重工業化困難，Kolbe-Schmitt法合成路線簡短，[6]條件加以優化可以實現工業化.

本文研究了常壓Kolbe-Schmitt法合成多羥基對苯二甲酸類化合物，主要探討2，6-DHTA的合成條件，希望為該類化合物的工業化貢獻微薄之力.

1 實驗部分

1.1 試劑

3，5-二羥基苯甲酸；甲酸；活性炭；亞硫酸鈉；碳酸鉀；鹽酸；甲醇；均為AR，二氧化碳為高純.

1.2 實驗方法

在250mL的四口燒瓶中加入碳酸鉀，水，加熱攪拌均勻，滴加甲酸.反應2小時后，蒸出水，再向里面加入3，5-二羥基苯甲酸，碳酸鉀，通入二氧化碳，在一定溫度下反應4-5小時.待冷卻后，用亞硫酸鈉的熱水溶液溶解反應物，用活性炭脫色，調節pH值，用酸堿中和精制，酸洗得到淺黃色的2，6-DHTA.原料改為對苯二酚，可以合成2，5-DHTA.

1.3 產品分析

用熔點儀測定產品熔點；用紅外光譜和核磁共振測定并表征產品結構；[7]用高效液相色譜測定產品純度.

2 結果與討論

2.1 2，6-DHTA 的合成工藝探討

2.1.1 實驗原理

其反應過程如下

2.1.2 反應溶劑的選擇

溶劑對反應有著極其重要的溶劑效應，[8]雖然溶劑一般不直接參與反應，但也會影響到反應熱力學和動力學，可改變反應速率和反應機理，所以根據以甘油為溶劑羧化[9]和以甲酸鉀溶劑制備2，5-DHTA的現有文獻.本文設計了以甲酸鉀和甘油為溶劑制備2，6-DHTA的路線，考察溶劑種類對反應的影響，實驗結果見表1.

表1 溶劑種類對反應的影響

注：投料比和后處理都完全一致

從表1可以看出，雖然甘油為溶劑的純度略高于以甲酸鉀為溶劑的純度，但以甲酸鉀為溶劑的收率明顯高于以甘油為溶劑的收率，使用甲酸鉀為溶劑可以考慮溶劑的回收利用，[10]而有機溶劑的使用增加了生產成本.綜合考慮，以甲酸鉀為溶劑制備2，6-DHTA更具優勢，因此在后續實驗中，都選擇了以甲酸鉀為溶劑制備2，6-DHTA.

2.1.3 反應溫度對產物的影響

雖然根據反應速率方程v＝Ae-Ea／RTCAaCBb，可知溫度對反應速率具有重要影響，通常采用提高溫度的方法來提高反應速率.本反應的副產物推測是幾個2，6-DHTA和3，5-二羥基苯甲酸的聚合物，反應溫度升高，副產物會逐漸代替主產物.以甲酸鉀為溶劑考察溫度對實驗的影響，結果見表2.

表2 溫度對反應的影響

據表2可以看出180～190℃為較佳反應溫度.反應溫度低時反應不完全，產物的熔點為300℃，固化速度較快.溫度較高時，可能是體系內發生分子間聚合反應等副反應.所以較佳的反應溫度為180～190℃.

2.1.4 3，5-二羥基苯甲酸與甲酸鉀的質量配比對反應的影響

3，5-二羥基苯甲酸與甲酸鉀的質量配比對反應的影響，結果見表3.

表3 3，5-二羥基苯甲酸與甲酸鉀的質量配比對反應的影響

從表3可以看出，3，5-二羥基苯甲酸與甲酸鉀的質量配比為1：5.46時，收率高，為較佳比例.

2.1.5 反應時間對反應的影響

在上述確立的較優條件即3，5-二羥基苯甲酸與甲酸鉀的質量配比為1：5.46，反應溫度為180～190℃的條件下，來考察反應時間對羧化反應的影響，結果見表4.

表4 反應時間對反應的影響

注：物料配比相同 m（3，5-二羥基苯甲酸）：m（HCOOK）＝1：5.46，無溶劑狀態下，反應溫度為180～190℃.

由于此反應為非均相反應，反應時間較短時，反應進行得不充分，原料未完全轉化為產物，收率較低；而反應時間較長時，對純度影響不大，但收率反而下降，所以反應并不是反應時間越長越好.由表4可以看出反應時間為4h時較佳.

2.2 2，5-DHTA的合成工藝探討

此法也適用于2，5-DHTA的制備，但具體的工藝條件有待于進一步探討.

3 結論

（1）常壓Kolbe-Schmitt法制備多羥基對苯二甲酸類化合物，比高壓法更安全簡單，更適合工業化.

（2）2，6-DHTA 的合成較佳的工藝條件是以甲酸鉀為溶劑，m（3，5-二羥基苯甲酸）：m（HCOOK）＝1：5.46在180-190℃下反應4小時，HPLC純度為99.62% ，收率87.32%.

（3）此法也適合于2，5-DHTA的制備.

[1]張建庭，王 坤，趙德明，等.多羥基對苯二甲酸類化合物的合成與應用研究進展[J].應用化學，2010（11）：1241-1250.

[2]Tang Y H，Tsai M H，Wu C C，etc.Elecronic properties of heterocyclic aromatic hydroxyl rigid-rod polymers[J].Polymer，2004（2）：459.

[3]Sikkema D J.Design，synthesis and properties of a novel rigid rod polymer，PIPD or ‘M5’：high modulus and tenacity fibers with substantial compressive strength[J].Polymer，1998（24）：5981.

[4]Sikkema D J，Rodini D J，Dindi H，etc.WO2006105076[P].2006.

[5]孫 碩，黃玉東，林 宏，等.2，5-二羥基對苯二甲酸的合成研究[J].化學與黏合，2007（6）：413-415.

[6]張曼玲，李春萍.常壓羧化法制備2，6-二羥基苯甲酸[J].天然氣化工，2007（6）：46-49.

[7]王 坤，吳 狄，鄧 祥.2，6-二羥基對苯二甲酸的合成及表征[J].四川文理學院學報，2012（2）：57-60.

[8]陳榮業.有機合成工藝優化[M].北京：化學工業出版社，2006：175-179.

[9]By J.S.Gray，G.C.J.Martin，W.Rigby.Aurofusarin[J].J.Chem.Soc，1967（21）：2580-2587.

[10]王 坤，王建超，吳 狄.Kolbe-Schmitt制備多羥基對苯二甲酸類化合物中甲酸鉀的回收利用研究[J].綠色科技，2012（5）：169-171.