多羟基对苯二甲酸合成工艺研究

王 坤，吴 狄，3胡启山，唐 婧，邓 祥，3

（1.四川文理学院 化学化工学院，四川 达州635000；2.四川文理学院 四川革命老区发展研究中心，四川 达州635000；3.“特色植物开发研究”四川省高校重点实验室，四川 达州635000）

0 引言

多羟基对苯二甲酸类化合物是非常重要的有机中间体，广泛应用于药物和功能材料的合成，特别是高分子改性材料方面，可以利用分子中的羟基构成的氢键来改善一些性能.多羟基对苯二甲酸类化合物兼具有类水杨酸类物质的性质，其潜在的性能备受关注.多羟基对苯二甲酸类化合物主要包括2，3-二羟基对苯二甲酸（2，3-DHTA），2，5- 二羟基对苯二甲酸（2，5-DHTA），2，6-二羟基对苯二甲酸（2，6-DHTA），2，3，5-三羟基对苯二甲酸，2，3，5，6-四羟基对苯二甲酸5种，除了2，3，5-三羟基对苯二甲酸，2，3，5，6-四羟基对苯二甲酸这两种化合物研究报告比较少以外，[1]其余三种化合物在功能材料上的应用研究报道比较多.[2-4]

目前这几种化合物工业化较少，多以试剂级供应.随着材料和制药的发展，该类化合物有工业化的发展需要，所以探寻一条适合于工业化的合成工艺条件是比较有实用价值的.

该类化合物的合成按照原料不同大致分为三类：[1]（1）2008年黄玉东等人[5]以环己二酮二甲酸二甲酯为原料制备2，5-DHTA，纯度大于99%，收率为90%，该文献提及该法可用于2，6-DHTA的制备，但未提及具体条件和数据，该法虽然收率和纯度较高，但是工业化仍有一定的困难，如原料来源比较困难，强酸，强碱对反应仪器有所限制；（2）以对苯二甲酸及其衍生物为原料，合成路线比较多，有生物发酵法、羟基自由基加成重排法、氨基对苯二甲酸重氮化水解法、卤代物水解法等.合成路线多但是工业化均有一定的难度，如生物发酵法容易造成二次污染，羟基自由基加成重排法反应设备较复杂，氨基对苯二甲酸重氮化水解法路线长，条件苛刻，卤代物水解法精制后处理比较麻烦；（3）以苯酚及其衍生物为原料，合成方法有水解开环法、氧化脱保护法、Kolbe-Schmitt法等.[1]水解开环法原料利用率低，经济效益低，氧化脱保护法路线长，环境污染严重工业化困难，Kolbe-Schmitt法合成路线简短，[6]条件加以优化可以实现工业化.

本文研究了常压Kolbe-Schmitt法合成多羟基对苯二甲酸类化合物，主要探讨2，6-DHTA的合成条件，希望为该类化合物的工业化贡献微薄之力.

1 实验部分

1.1 试剂

3，5-二羟基苯甲酸；甲酸；活性炭；亚硫酸钠；碳酸钾；盐酸；甲醇；均为AR，二氧化碳为高纯.

1.2 实验方法

在250mL的四口烧瓶中加入碳酸钾，水，加热搅拌均匀，滴加甲酸.反应2小时后，蒸出水，再向里面加入3，5-二羟基苯甲酸，碳酸钾，通入二氧化碳，在一定温度下反应4-5小时.待冷却后，用亚硫酸钠的热水溶液溶解反应物，用活性炭脱色，调节pH值，用酸碱中和精制，酸洗得到浅黄色的2，6-DHTA.原料改为对苯二酚，可以合成2，5-DHTA.

1.3 产品分析

用熔点仪测定产品熔点；用红外光谱和核磁共振测定并表征产品结构；[7]用高效液相色谱测定产品纯度.

2 结果与讨论

2.1 2，6-DHTA 的合成工艺探讨

2.1.1 实验原理

其反应过程如下

2.1.2 反应溶剂的选择

溶剂对反应有着极其重要的溶剂效应，[8]虽然溶剂一般不直接参与反应，但也会影响到反应热力学和动力学，可改变反应速率和反应机理，所以根据以甘油为溶剂羧化[9]和以甲酸钾溶剂制备2，5-DHTA的现有文献.本文设计了以甲酸钾和甘油为溶剂制备2，6-DHTA的路线，考察溶剂种类对反应的影响，实验结果见表1.

表1 溶剂种类对反应的影响

注：投料比和后处理都完全一致

从表1可以看出，虽然甘油为溶剂的纯度略高于以甲酸钾为溶剂的纯度，但以甲酸钾为溶剂的收率明显高于以甘油为溶剂的收率，使用甲酸钾为溶剂可以考虑溶剂的回收利用，[10]而有机溶剂的使用增加了生产成本.综合考虑，以甲酸钾为溶剂制备2，6-DHTA更具优势，因此在后续实验中，都选择了以甲酸钾为溶剂制备2，6-DHTA.

2.1.3 反应温度对产物的影响

虽然根据反应速率方程v＝Ae-Ea／RTCAaCBb，可知温度对反应速率具有重要影响，通常采用提高温度的方法来提高反应速率.本反应的副产物推测是几个2，6-DHTA和3，5-二羟基苯甲酸的聚合物，反应温度升高，副产物会逐渐代替主产物.以甲酸钾为溶剂考察温度对实验的影响，结果见表2.

表2 温度对反应的影响

据表2可以看出180～190℃为较佳反应温度.反应温度低时反应不完全，产物的熔点为300℃，固化速度较快.温度较高时，可能是体系内发生分子间聚合反应等副反应.所以较佳的反应温度为180～190℃.

2.1.4 3，5-二羟基苯甲酸与甲酸钾的质量配比对反应的影响

3，5-二羟基苯甲酸与甲酸钾的质量配比对反应的影响，结果见表3.

表3 3，5-二羟基苯甲酸与甲酸钾的质量配比对反应的影响

从表3可以看出，3，5-二羟基苯甲酸与甲酸钾的质量配比为1：5.46时，收率高，为较佳比例.

2.1.5 反应时间对反应的影响

在上述确立的较优条件即3，5-二羟基苯甲酸与甲酸钾的质量配比为1：5.46，反应温度为180～190℃的条件下，来考察反应时间对羧化反应的影响，结果见表4.

表4 反应时间对反应的影响

注：物料配比相同 m（3，5-二羟基苯甲酸）：m（HCOOK）＝1：5.46，无溶剂状态下，反应温度为180～190℃.

由于此反应为非均相反应，反应时间较短时，反应进行得不充分，原料未完全转化为产物，收率较低；而反应时间较长时，对纯度影响不大，但收率反而下降，所以反应并不是反应时间越长越好.由表4可以看出反应时间为4h时较佳.

2.2 2，5-DHTA的合成工艺探讨

此法也适用于2，5-DHTA的制备，但具体的工艺条件有待于进一步探讨.

3 结论

（1）常压Kolbe-Schmitt法制备多羟基对苯二甲酸类化合物，比高压法更安全简单，更适合工业化.

（2）2，6-DHTA 的合成较佳的工艺条件是以甲酸钾为溶剂，m（3，5-二羟基苯甲酸）：m（HCOOK）＝1：5.46在180-190℃下反应4小时，HPLC纯度为99.62% ，收率87.32%.

（3）此法也适合于2，5-DHTA的制备.

[1]张建庭，王 坤，赵德明，等.多羟基对苯二甲酸类化合物的合成与应用研究进展[J].应用化学，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]孙 硕，黄玉东，林 宏，等.2，5-二羟基对苯二甲酸的合成研究[J].化学与黏合，2007（6）：413-415.

[6]张曼玲，李春萍.常压羧化法制备2，6-二羟基苯甲酸[J].天然气化工，2007（6）：46-49.

[7]王 坤，吴 狄，邓 祥.2，6-二羟基对苯二甲酸的合成及表征[J].四川文理学院学报，2012（2）：57-60.

[8]陈荣业.有机合成工艺优化[M].北京：化学工业出版社，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，吴 狄.Kolbe-Schmitt制备多羟基对苯二甲酸类化合物中甲酸钾的回收利用研究[J].绿色科技，2012（5）：169-171.