一種2,6-二氯甲苯的綠色合成工藝

王怡明王 芳顧咸建黃杰軍徐志斌徐 林

1江蘇揚農化工集團有限公司 （江蘇揚州 225009）

2揚州工業職業技術學院 （江蘇揚州 225127）

2,6-二氯甲苯（2,6-dichlorotoluene，簡稱2,6-DCT）是一種重要的化工中間體，廣泛用于合成染料、抗生素替代物、殺蟲劑、殺菌劑和除草劑[1-2]。例如：2,6-二氯甲苯氧化得到衍生物2,6-二氯苯甲醛，可用于制備醫藥中間體2,6-二氯苯甲醛肟、雙氯苯唑青霉素和酸性媒介染料漂藍B；2,6-二氯甲苯氨氧化得到衍生物2,6-二氯苯甲腈，可用于制備除草劑克樂和含氟?；孱悮⑾x劑等。2,6-二氯甲苯的合成路線[3-6]主要有4種：（1）甲苯直接氯化法。該方法反應步驟簡單，但二氯苯混合物分離較復雜。（2）對甲苯磺酰氯定向氯化法。對甲苯磺酰氯在脫磺基過程中產生二氧化硫及氯氣，“三廢”量大且原料成本較高，不適合工業化生產。（3）鄰、對硝基法。該方法以鄰或對硝基甲苯為原料，經氯化、還原和重氮化反應后制得2,6-二氯甲苯；其缺點是“三廢”多、收率低，設備投資較高，沒有工業化價值。（4）烷基甲苯氯化法。該方法以甲苯為原料，通過在苯環上引入叔丁基產生位阻效應進行選擇性氯化，所得2,6-二氯烷基甲苯經脫烷基反應制取2,6-二氯甲苯，具體路線如圖1所示。

圖1 甲苯、叔丁基氯和Cl2為原料制備2,6-二氯甲苯

國際市場對2,6-二氯甲苯的需求量很大，而我國目前為止仍依賴進口，尋找和開發合理的2,6-二氯甲苯合成路線及生產工藝，具有重大的意義。江蘇揚農化工集團有限公司研究團隊長期從事有工業應用前景的綠色、安全合成方法的研究[7-10]，該團隊發現，烷基甲苯氯化法合成2,6-二氯甲苯的工藝路線具有較高的實用價值，但是目前報道的脫烷基過程中均因使用甲苯而產生了與目標產物等量的難處理副產物對叔丁基甲苯，且目標產物的綜合收率僅在60%左右。為此，對該工藝進行了改進，在脫烷基步驟中不使用甲苯，僅在催化劑作用下對2,6-二氯-3,5-二叔丁基甲苯直接進行脫烷基反應，使用鹽酸吸收脫烷基反應過程中生成的異丁烯，從而得到叔丁基氯。該改進工藝不僅解決了2,6-二氯甲苯生產過程中副產物的處理問題，而且整個工藝路線的收率達到相對較高的水平。

1 實驗部分

1.1 試劑及儀器

原料：甲苯，99.5%（質量分數，下同），國藥集團化學試劑有限公司；叔丁基氯，99.0%，上海阿拉丁生化科技股份有限公司；無水三氯化鋁（AlCl3），工業級，天津市博迪化工有限公司；無水三氯化鐵（Fe-Cl3），分析純，天津市風船化學試劑科技有限公司；氯氣，99.9%，金錦樂化學有限公司。

設備：6890型氣相色譜儀，安捷倫科技（中國）有限公司。

1.2 實驗步驟

1.2.1 合成3,5-二叔丁基甲苯

向帶有攪拌器、溫度計、恒壓滴液漏斗和冷凝器的500 mL四口瓶中加入92.0 g（1.0 mol）甲苯和2.3 g AlCl3，滴加 215.6 g（2.0 mol）叔丁基氯，控制反應溫度為30℃，以尾氣吸收裝置不再有HCl氣體冒出為反應終點。向反應液中加水以溶解AlCl3，對水相進行真空濃縮結晶，負壓下（約70 kPa）抽出的HCl用水吸收、結晶得到AlCl3濃縮液，經離心過濾、鼓風干燥后得到結晶AlCl3。油相經堿洗、水洗至中性后進行減壓精餾，收集140℃時的餾分，得162.7 g 3,5-二叔丁基甲苯，收率為73.2%（以甲苯計），其質量分數為99.0%，熔點為30.9～31.7℃。1.2.2 合成2,6-二氯-3,5-二叔丁基甲苯

向帶有攪拌器和溫度計的250 mL四口瓶中加入102.0 g（0.5 mol）由3,5-二叔丁基甲苯、FeCl3和AlCl3組成的自制復合催化劑，控制反應溫度為50℃，檢測尾氣中幾乎不含HCl時停止反應。加入水溶解AlCl3，FeCl3并分離出水相，水相按烷基化水相處理方法進行處理；油相經堿洗、水洗至中性后進行減壓精餾，收集2,6-二氯-3,5-二叔丁基甲苯餾分，得112.0 g，收率為82.0%。

1.2.3 合成2,6-二氯甲苯

向帶有攪拌器、回流冷凝裝置和溫度計的250 mL 四口瓶中加入 108.8 g（0.4 mol）2,6-二氯-3,5-二叔丁基甲苯和1.1 g AlCl3，用38.0%的鹽酸吸收脫烷基反應時溢出的異丁烯。控制反應溫度為50℃，并以薄層色譜（TLC）監控反應進程，當2,6-二氯-3,5-二叔丁基甲苯消失的時候停止反應，得到脫烷基化液。對吸收裝置中的鹽酸和叔丁基氯的混合液進行分液，上層叔丁基氯回用于烷基化反應。

1.2.4 合成叔丁基氯

在裝有攪拌器、溫度計、回流冷凝裝置和尾氣吸收裝置的500 mL四口瓶中加入300.0 mL質量分數為38.0%的鹽酸，控制反應溫度為30℃，持續通入異丁烯進行反應，以酸堿滴定監控反應終點，當鹽酸質量分數下降到12.0%時停止反應，進行分液后棄去下層水相，得到257.0 mL叔丁基氯，收率為97%。

2 結果與討論

2.1 合成3,5－二叔丁基甲苯

以甲苯和叔丁基氯為原料制備3,5-二叔丁基甲苯［見反應方程式（1）］，對反應條件進行了篩選。主要考察原料投料比［n（甲苯）∶n（叔丁基氯）］、催化劑種類、催化劑用量和反應溫度對3,5-二叔丁基甲苯制備收率的影響，實驗結果見表1。

表1 合成3,5－二叔丁基甲苯反應條件優化

2.1.1 催化劑種類的影響

首先對FeCl3和AlCl3催化甲苯和叔丁基氯反應制備3,5-二叔丁基甲苯的催化活性進行了考察。研究表明，在相同條件下，AlCl3的催化活性高于FeCl3（表 1，序號 1 和 2）。2.1.2 投料配比的影響

以2.0%（基于叔丁基氯的質量）AlCl3為催化劑，控制反應溫度為20℃，考察了不同原料投料比對反應的影響（表1，序號1、3和4）。當n（甲苯）∶n（叔丁基氯）＝1∶2時，收率達到最高；n（甲苯）∶n（叔丁基氯）≤1∶2時，會產生較多的對叔丁基甲苯副產物；n（甲苯）∶n（叔丁基氯）≥1∶2時，反應中較容易生成多烷基產物，這是因為烷基是活化取代基，而烷基化的產物比起始原料反應活性更高，更容易形成黏稠的多烷基化產物，造成收率下降。

2.1.3 催化劑用量的影響

催化劑用量對該反應的影響較大，當AlCl3的質量由1.5%提高至2.5%時，3,5-二叔丁基甲苯的制備收率由56.7%迅速提高至85.3%，但繼續提高催化劑用量，3,5-二叔丁基甲苯的制備收率不再提高（表1，序號1和5～7）。這是因為催化劑用量比較少時，叔丁基氯和AlCl3生成的叔丁基碳正離子不足，使得3,5-二叔丁基甲苯的制備收率較低。

2.1.4 反應溫度的影響

從表1可知，反應溫度為30℃時，反應收率最高（表1，序號6和8～10）。這是因為烷基化反應是一個放熱的親電取代反應，溫度過高會抑制該反應的發生。

2.2 合成2,6－二氯－3,5－二叔丁基甲苯

以上一步驟合成得到的3,5-二叔丁基甲苯為原料、Cl2作為氯源，進行氯化反應［見反應方程式（2）］，對氯化的自制復合催化劑（FeCl3-AlCl3）用量和反應溫度進行了考察。隨著催化劑用量的增多，2,6-二氯-3,5-二叔丁基甲苯的收率逐漸升高（表2，序號1～4）。這可能是由于反應過程中，催化劑用量不足，進攻芳環的絡合氯分子（Cl…Cl…AlCl3）較少，使得氯代反應難以進行，造成反應收率下降；而且反應過程中Cl2一直是足量的，在催化劑量不足的情況下，會有一部分Cl2分子直接進攻苯環，發生氯代反應。由于Cl2分子體積相比Cl…Cl…AlCl3較小，受到的空間阻礙也就比較小，因此氯代選擇性降低。從表2可知，反應溫度為50℃時，反應收率最高（表2，序號3和5～7）。這是因為苯環氯化是一個分兩步進行的親電取代過程，要首先生成一個碳正離子，該步驟強烈吸熱，需要反應過程中溫度適宜，如果溫度過低，會造成收率下降；而第二步要生成一個HCl分子，該過程是放熱的，溫度過高會抑制反應的進行，同樣會造成收率下降。

表2 合成2,6－二氯－3,5－二叔丁基甲苯反應條件優化

2.3 合成2,6－二氯甲苯及副產叔丁基氯

考察了2,6-二氯-3,5-二叔丁基甲苯脫烷基反應的反應溫度及反應時間對2,6-二氯甲苯收率的影響，結果見圖2。由圖2可知，反應溫度為50℃、反應時間為10 h時，2,6-二氯甲苯的收率最高，達到98.2%。

圖2 反應溫度和反應時間對2,6－二氯－3,5－二叔丁基甲苯脫烷基制備2,6－二氯甲苯的影響

使用質量分數為35%的稀鹽酸吸收2,6-二氯-3,5-二叔丁基甲苯脫烷基時生成的異丁烯，反應生成叔丁基氯，可循環用于3,5-二叔丁基甲苯的合成。

2.4 叔丁基氯循環使用合成2,6－二氯甲苯

將上一步驟得到的叔丁基氯循環用于合成3,5-二叔丁基甲苯，循環使用4次，叔丁基氯回收率達到98%左右，3,5-二叔丁基甲苯的收率也基本穩定，具體見表3。

3 結論

由烷基甲苯氯化法制備2,6-二氯甲苯，烷基化反應投料比為n（甲苯）∶n（叔丁基氯）＝1∶2，反應溫度為30℃，催化劑加入量為甲苯的2.5%；氯化采用自制的AlCl3-FeCl3復合催化劑，加入量為15%，反應溫度為50℃；脫烷基反應溫度為50℃，反應時間為10 h。整條路線的綜合收率為76%；脫烷基化生成的異丁烯經鹽酸吸收后生成叔丁基氯，可循環用于烷基化過程，回收率約為98%，且烷基化收率穩定。該路線原料簡單易得，成本較低，異丁烯在整個工藝過程中可以循環使用。

表3 叔丁基氯循環使用合成2,6－二氯甲苯

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液空志愿者為“上馬”提供急救保障

2017年 11月 12日，2017上海國際馬拉松活動如期舉行。是日，液化空氣中國（液空中國）的22名急救志愿者為這場長達8小時的國際賽事提供急救保障。

“急救志愿者”項目是“液空關愛計劃”企業社會責任系列項目之一。液空中國已連續兩年為約40位志愿者組織了外部培訓并獲得急救保障資質。迄今為止，這些員工已為包括馬拉松在內的20余場賽事累計提供了超過490小時的急救保障。

液空大中華區副總裁馬瑞龍表示：“為響應集團的企業可持續發展計劃，液化空氣中國將繼續鼓勵企業員工積極投身于各類社會責任項目，為當地社區的安全與健康作出貢獻?！?/p>

（虞仲義）