CN109824491B - 一种2,3,4,4’-四羟基二苯甲酮的生产方法 - Google Patents
一种2,3,4,4’-四羟基二苯甲酮的生产方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种2,3,4,4’‑四羟基二苯甲酮的生产方法。将焦性没食子酸、对羟基苯甲酸、水、功能化磁性硅胶负载型双咪唑类离子液体、于反应容器中混合均匀后，搅拌，并对反应容器内混合物升温至40~100oC下反应1~8小时即可制备得到2,3,4,4’‑四羟基二苯甲酮，通过磁铁吸附即可分离产物和催化剂，水洗和乙醇重结晶得到产物2,3,4,4’‑四羟基二苯甲酮。本发明采用功能化磁性硅胶负载型双咪唑类离子液体为催化剂，反应操作简便、催化剂活性高、催化效率高、反应选择性高、催化剂稳定性好、可方便回收循环使用；反应产品收率高、反应环境绿色安全，是一种高效、环境友好的制备2,3,4,4’‑四羟基二苯甲酮的方法，有利于工业化生产。
Description
技术领域
本发明涉及一种功能化磁性硅胶负载型双咪唑类离子液体催化制备2,3,4,4’-四羟基二苯甲酮的清洁环保生产新方法，属于精细化工技术领域。
技术背景
2,3,4,4’-四羟基二苯甲酮是重要的有机中间体，广泛应用于医药中间体、紫外线吸收剂、稳定剂、染料等的生产。目前，国内外生产2,3,4,4’-四羟基二苯甲酮的主要方法是Friedel-Crafts酰基化法，经过焦性没食子酸和对羟基苯甲酸发生酰化反应得到，反应通式如下所示：
目前，工业上主要合成方法有氯化锌催化法、树脂催化法、三氟化硼催化法、复合催化剂催化法等。氯化锌法(CN101643398A)需要加入磷试剂如三氯化磷、三氯氧磷等，反应过程存在反应温度高，反应时间长，磷试剂毒性大，催化剂不能回收，污染严重等问题。三氟化硼法是目前研究的较多的一种方法，如中国专利CN101817735A采用三氟化硼甲醇为催化剂，在100-120℃下进行酰基化反应2-6h；CN103449998A采用三氟化硼乙醚为催化剂，以易挥发的烷烃类试剂如石油醚、汽油等为溶剂，在100-120℃下进行酰基化反应。但这类方法反应过程仍存在温度较高，三氟化硼遇水会分解产生剧毒的烟雾，有较严重的安全隐患问题，资源利用率低而且残渣排放量大。树脂催化法尽管反应效率较高，但树脂再生时间长，工艺复杂，不适合工业生产。复合催化剂催化法(CN101747169A)存在反应选择性较低、操作麻烦、工艺复杂等问题。因此研究开发高效、环境友好的催化酰基化反应制2,3,4,4’-四羟基二苯甲酮的新型催化剂具有十分重要的意义。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种高效、高选择性、环境友好的酰基化反应制备2,3,4,4’-四羟基二苯甲酮的方法，通过功能化磁性硅胶负载型双咪唑类离子液体催化焦性没食子酸和对羟基苯甲酸发生酰化反应来制备目标物。
具体方法为，将焦性没食子酸、对羟基苯甲酸、水、磁性硅胶负载型双咪唑类离子液体于反应容器中混合均匀后，搅拌，并对反应容器内混合物升温至40～100℃下反应1～8小时，反应产物通过磁铁吸附分离产物和催化剂，粗产品经水洗、乙醇重结晶，干燥即可得到产物2,3,4,4’-四羟基二苯甲酮。
本发明所用的功能化磁性硅胶负载型双咪唑类离子液体催化剂的制备方法参见文献(郭翔，双咪唑类离子液体键合硅胶/SBA-15吸附性能的研究，河南师范大学硕士论文，2015；Y.L.Hu,R.Xing,Catal.Lett.,2017,147,1453-1463)，其制备的化学反应原理和结构如下：
其中阴离子Y包括是HSO4、CF3SO3、BF4、PF6、HSiF6、或HTiF6负离子中任意一种。
本发明特征在于使用焦性没食子酸和对羟基苯甲酸为原料，水为溶剂，催化剂用量为焦性没食子酸物料质量的1～30％，所述的物料与磁性硅胶负载型双咪唑类离子液体催化剂按照比例投料混合搅拌反应。
所述焦性没食子酸：对羟基苯甲酸的摩尔比为＝1:1～1.5，磁性硅胶负载型双咪唑类离子液体用量为焦性没食子酸物料质量的1～30％。
所述的反应温度为40～100℃，优选反应温度控制在90～100℃。
所述的反应时间为1～8小时，优选反应时间控制在4～6小时。
所述的焦性没食子酸、对羟基苯甲酸的摩尔比为1:1～1.5，优选摩尔比为1：1.1-1.3。所用催化剂的量为焦性没食子酸物料质量的1～30％，优选为10～25％。
本发明所述催化剂为磁性硅胶负载型咪唑硫酸盐离子液体、磁性硅胶负载型咪唑三氟甲磺酸盐离子液体、磁性硅胶负载型咪唑氟硼酸盐离子液体、磁性硅胶负载型咪唑六氟磷酸盐离子液体、磁性硅胶负载型咪唑氟硅酸盐离子液体、磁性硅胶负载型咪唑氟钛酸盐离子液体中的一种。
本发明所述一种功能化磁性硅胶负载型双咪唑类离子液体催化酰基化反应制备2,3,4,4’-四羟基二苯甲酮的方法，反应结束后，通过磁铁吸附即可分离产物和催化剂，粗产品经水洗、乙醇重结晶，干燥即可得到纯产品，磁性催化剂可不经处理即可回收重复使用，按比例投料进行下一批催化酰基化反应。
依据本发明提供的制备2,3,4,4’-四羟基二苯甲酮的方法，其关键技术是采用制备的功能化磁性硅胶负载型双咪唑类离子液体催化焦性没食子酸和对羟基苯甲酸发生酰基化反应得到2,3,4,4’-四羟基二苯甲酮。
本发明与现有催化技术相比，其优点为：(1)功能化磁性硅胶负载型双咪唑类离子液体催化剂催化活性高，稳定性好，产物和催化剂分离简单，可循环使用。(2)发明合成工艺绿色高效，显著提高反应效率，2,3,4,4’-四羟基二苯甲酮收率最高达88.0％，纯度最高达到99.7％。(3)整个反应体系为非均相催化，简化了操作过程，反应过程中不需要加入有机溶剂和添加剂，经济效益显著，适合工业化生产。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明的内容作进一步的详细说明，但并不因此而限制本发明。
实施例1
在圆底烧瓶中，加入焦性没食子酸(0.1mol)，对羟基苯甲酸(0.11mol)，水(80mL)，磁性硅胶负载型咪唑硫酸盐离子液体(0.5g)，加热升温至90℃，搅拌反应6小时。通过磁铁吸附即可分离产物和催化剂，冷却、过滤得到粗产品，后经水洗、乙醇重结晶，干燥得到产物2,3,4,4’-四羟基二苯甲酮，产率28.6％。LC-MS分析结果表明，2,3,4,4’-四羟基二苯甲酮纯度95.7％。
实施例2
在圆底烧瓶中，加入焦性没食子酸(0.1mol)，对羟基苯甲酸(0.11mol)，水(80mL)，磁性硅胶负载型咪唑三氟甲磺酸盐离子液体(0.9g)，加热升温至90℃，搅拌反应6小时。通过磁铁吸附即可分离产物和催化剂，冷却、过滤得到粗产品，后经水洗、乙醇重结晶，干燥得到产物2,3,4,4’-四羟基二苯甲酮，产率38.0％。LC-MS分析结果表明，2,3,4,4’-四羟基二苯甲酮纯度97.8％。
实施例3
在圆底烧瓶中，加入焦性没食子酸(0.1mol)，对羟基苯甲酸(0.12mol)，水(80mL)，磁性硅胶负载型咪唑氟硼酸盐离子液体(1.2g)，加热升温至95℃，搅拌反应5小时。通过磁铁吸附即可分离产物和催化剂，冷却、过滤得到粗产品，后经水洗、乙醇重结晶，干燥得到产物2,3,4,4’-四羟基二苯甲酮，产率54.5％。LC-MS分析结果表明，2,3,4,4’-四羟基二苯甲酮纯度97.2％。
实施例4
在圆底烧瓶中，加入焦性没食子酸(0.1mol)，对羟基苯甲酸(0.13mol)，水(80mL)，磁性硅胶负载型咪唑六氟磷酸盐离子液体(1.5g)，加热升温至95℃，搅拌反应6小时。通过磁铁吸附即可分离产物和催化剂，冷却、过滤得到粗产品，后经水洗、乙醇重结晶，干燥得到产物2,3,4,4’-四羟基二苯甲酮，产率67.4％。LC-MS分析结果表明，2,3,4,4’-四羟基二苯甲酮纯度97.5％。
实施例5
在圆底烧瓶中，加入焦性没食子酸(0.1mol)，对羟基苯甲酸(0.12mol)，水(80mL)，磁性硅胶负载型咪唑氟硅酸盐离子液体(1.8g)，加热升温至90℃，搅拌反应5小时。通过磁铁吸附即可分离产物和催化剂，冷却、过滤得到粗产品，后经水洗、乙醇重结晶，干燥得到产物2,3,4,4’-四羟基二苯甲酮，产率76.7％。LC-MS分析结果表明，2,3,4,4’-四羟基二苯甲酮纯度99.2％。
实施例6
在圆底烧瓶中，加入焦性没食子酸(0.1mol)，对羟基苯甲酸(0.12mol)，水(90mL)，磁性硅胶负载型咪唑氟钛酸盐(2.0g)，加热升温至90℃，搅拌反应5小时。通过磁铁吸附即可分离产物和催化剂，冷却、过滤得到粗产品，后经水洗、乙醇重结晶，干燥得到产物2,3,4,4’-四羟基二苯甲酮，产率78.3％。LC-MS分析结果表明，2,3,4,4’-四羟基二苯甲酮纯度99.6％。
实施例7
在圆底烧瓶中，加入焦性没食子酸(0.1mol)，对羟基苯甲酸(0.12mol)，水(80mL)，磁性硅胶负载型咪唑氟硅酸盐离子液体(2.2g)，加热升温至90℃，搅拌反应6小时。通过磁铁吸附即可分离产物和催化剂，冷却、过滤得到粗产品，后经水洗、乙醇重结晶，干燥得到产物2,3,4,4’-四羟基二苯甲酮，产率80.6％。LC-MS分析结果表明，2,3,4,4’-四羟基二苯甲酮纯度98.7％。
实施例8
在圆底烧瓶中，加入焦性没食子酸(0.1mol)，对羟基苯甲酸(0.12mol)，水(90mL)，磁性硅胶负载型咪唑氟硅酸盐离子液体(2.5g)，加热升温至90℃，搅拌反应5小时。通过磁铁吸附即可分离产物和催化剂，冷却、过滤得到粗产品，后经水洗、乙醇重结晶，干燥得到产物2,3,4,4’-四羟基二苯甲酮，产率82.5％。LC-MS分析结果表明，2,3,4,4’-四羟基二苯甲酮纯度98.9％。
实施例9
在圆底烧瓶中，加入焦性没食子酸(0.1mol)，对羟基苯甲酸(0.12mol)，水(90mL)，磁性硅胶负载型咪唑氟钛酸盐(2.2g)，加热升温至95℃，搅拌反应4小时。通过磁铁吸附即可分离产物和催化剂，冷却、过滤得到粗产品，后经水洗、乙醇重结晶，干燥得到产物2,3,4,4’-四羟基二苯甲酮，产率82.0％。LC-MS分析结果表明，2,3,4,4’-四羟基二苯甲酮纯度99.3％。
实施例10
在圆底烧瓶中，加入焦性没食子酸(0.1mol)，对羟基苯甲酸(0.12mol)，水(80mL)，磁性硅胶负载型咪唑氟钛酸盐(2.5g)，加热升温至90℃，搅拌反应4小时。通过磁铁吸附即可分离产物和催化剂，冷却、过滤得到粗产品，后经水洗、乙醇重结晶，干燥得到产物2,3,4,4’-四羟基二苯甲酮，产率85.2％。LC-MS分析结果表明，2,3,4,4’-四羟基二苯甲酮纯度99.7％。
实施例11
在圆底烧瓶中，加入焦性没食子酸(0.1mol)，对羟基苯甲酸(0.11mol)，水(90mL)，磁性硅胶负载型咪唑硫酸盐离子液体(3.0g)，加热升温至95℃，搅拌反应5小时。通过磁铁吸附即可分离产物和催化剂，冷却、过滤得到粗产品，后经水洗、乙醇重结晶，干燥得到产物2,3,4,4’-四羟基二苯甲酮，产率74.0％。LC-MS分析结果表明，2,3,4,4’-四羟基二苯甲酮纯度96.1％。
实施例12
在圆底烧瓶中，加入焦性没食子酸(0.1mol)，对羟基苯甲酸(0.12mol)，水(80mL)，磁性硅胶负载型咪唑氟硼酸盐离子液体(2.5g)，加热升温至95℃，搅拌反应6小时。通过磁铁吸附即可分离产物和催化剂，冷却、过滤得到粗产品，后经水洗、乙醇重结晶，干燥得到产物2,3,4,4’-四羟基二苯甲酮，产率80.4％。LC-MS分析结果表明，2,3,4,4’-四羟基二苯甲酮纯度97.0％。
实施例13
在圆底烧瓶中，加入焦性没食子酸(0.1mol)，对羟基苯甲酸(0.13mol)，水(80mL)，磁性硅胶负载型咪唑六氟磷酸盐离子液体(3.0g)，加热升温至95℃，搅拌反应6小时。通过磁铁吸附即可分离产物和催化剂，冷却、过滤得到粗产品，后经水洗、乙醇重结晶，干燥得到产物2,3,4,4’-四羟基二苯甲酮，产率85.5％。LC-MS分析结果表明，2,3,4,4’-四羟基二苯甲酮纯度97.8％。
实施例14
在圆底烧瓶中，加入焦性没食子酸(0.1mol)，对羟基苯甲酸(0.12mol)，水(80mL)，磁性硅胶负载型咪唑氟钛酸盐(3.0g)，加热升温至90℃，搅拌反应4小时。通过磁铁吸附即可分离产物和催化剂，冷却、过滤得到粗产品，后经水洗、乙醇重结晶，干燥得到产物2,3,4,4’-四羟基二苯甲酮，产率86.4％。LC-MS分析结果表明，2,3,4,4’-四羟基二苯甲酮纯度99.5％。
实施例15
在圆底烧瓶中，加入焦性没食子酸(0.1mol)，对羟基苯甲酸(0.12mol)，水(80mL)，磁性硅胶负载型咪唑氟硼酸盐离子液体(3.5g)，加热升温至50℃，搅拌反应8小时。通过磁铁吸附即可分离产物和催化剂，冷却、过滤得到粗产品，后经水洗、乙醇重结晶，干燥得到产物2,3,4,4’-四羟基二苯甲酮，产率47.8％。LC-MS分析结果表明，2,3,4,4’-四羟基二苯甲酮纯度94.3％。
实施例16
在圆底烧瓶中，加入焦性没食子酸(0.1mol)，对羟基苯甲酸(0.12mol)，水(80mL)，磁性硅胶负载型咪唑氟硅酸盐离子液体(4.0g)，加热升温至60℃，搅拌反应8小时。通过磁铁吸附即可分离产物和催化剂，冷却、过滤得到粗产品，后经水洗、乙醇重结晶，干燥得到产物2,3,4,4’-四羟基二苯甲酮，产率62.7％。LC-MS分析结果表明，2,3,4,4’-四羟基二苯甲酮纯度98.0％。
实施例17
在圆底烧瓶中，加入焦性没食子酸(1.0mol)，对羟基苯甲酸(1.2mol)，水(700mL)，磁性硅胶负载型咪唑氟钛酸盐(26.0g)，加热升温至90℃，搅拌反应6小时。通过磁铁吸附即可分离产物和催化剂，冷却、过滤得到粗产品，后经水洗、乙醇重结晶，干燥得到产物2,3,4,4’-四羟基二苯甲酮，产率88.0％。LC-MS分析结果表明，2,3,4,4’-四羟基二苯甲酮纯度99.4％。
实施例18
在圆底烧瓶中，加入焦性没食子酸(0.5mol)，对羟基苯甲酸(0.6mol)，水(380mL)，磁性硅胶负载型咪唑六氟磷酸盐离子液体(15.0g)，加热升温至95℃，搅拌反应6小时。通过磁铁吸附即可分离产物和催化剂，冷却、过滤得到粗产品，后经水洗、乙醇重结晶，干燥得到产物2,3,4,4’-四羟基二苯甲酮，产率87.0％。LC-MS分析结果表明，2,3,4,4’-四羟基二苯甲酮纯度97.2％。
实施例19
将实施例10中的催化剂回收，按实施例10中的各条件进行催化反应，重复使用回收催化剂8次，实验结果显示催化剂活性不减，2,3,4,4’-四羟基二苯甲酮产率77～84％，丙二酸二乙酯纯度98.0％以上。
实施例20
将实施例14中的催化剂回收，按实施例14中的各条件进行催化反应，重复使用回收催化剂8次，实验结果显示催化剂活性不减，2,3,4,4’-四羟基二苯甲酮产率79～86％，丙二酸二乙酯纯度98.2％以上。
Claims (5)
1.一种2,3,4,4’-四羟基二苯甲酮的生产方法，其特征在于，具体方法为，将焦性没食子酸、对羟基苯甲酸、水、磁性硅胶负载型双咪唑类离子液体于反应容器中混合均匀后，搅拌，并对反应容器内混合物升温至40～100℃下反应1～8小时，反应产物通过磁铁吸附分离产物和催化剂，粗产品经水洗、乙醇重结晶，干燥即可得到产物2,3,4,4’-四羟基二苯甲酮；
所述的磁性硅胶负载型双咪唑类离子液体的结构式如下：
其中阴离子Y包括HSO4、CF3SO3、BF4、PF6、HSiF6、或HTiF6负离子中任意一种，所述焦性没食子酸：对羟基苯甲酸的摩尔比为＝1:1～1.5，磁性硅胶负载型双咪唑类离子液体用量为焦性没食子酸物料质量的1～30％。
2.根据权利要求1所述的2,3,4,4’-四羟基二苯甲酮的生产方法，其特征在于，反应温度为40～100℃，反应时间为1～8小时。
3.根据权利要求2所述的2,3,4,4’-四羟基二苯甲酮的生产方法，其特征在于，反应温度为90～100℃，反应时间为4～6小时。
4.根据权利要求1所述的2,3,4,4’-四羟基二苯甲酮的生产方法，其特征在于，焦性没食子酸、对羟基苯甲酸的摩尔比为1：1.1-1.3，磁性硅胶负载型双咪唑类离子液体用量为焦性没食子酸物料质量的10～25％。
5.根据权利要求1所述的2,3,4,4’-四羟基二苯甲酮的生产方法，其特征在于，反应完毕后通过磁铁吸附即可分离产物和催化剂，重结晶可得到产物2,3,4,4’-四羟基二苯甲酮，磁铁吸附的固体即是回收的催化剂，可不经过处理回收重复利用，按照摩尔比投料进行下一批次催化反应。
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