4,4'-二羟甲基联苯的合成工艺研究

任威伟

4,4'-二羟甲基联苯的合成工艺研究

任威伟

(上海汇友精密化学品有限公司，上海201322)

以4,4'-二氯甲基联苯为原料，经酯化、水解反应合成了4,4'-二羟甲基联苯，其结构经1H NMR及MS(APCI)表征。分别对酯化物中间体及产物的合成方法进行了探索，结果表明，在优化合成路线下，目标产物的总收率为94%，且产物不经精制提纯含量即达到99%以上。

4,4'-二氯甲基联苯；4,4'-二羟甲基联苯；酯化；水解

1 引言

4,4'-二羟甲基联苯（BHMBP）是合成具有低吸湿性和阻燃性聚合物及液晶聚合物的重要单体，也可用于其他联苯衍生物的合成[1-6]。1997年，日本南海化学工业株式会社公开了合成BHMBP的专利[7]，反应在有机溶剂/水的介质中，在强碱（NaOH或KOH）存在条件下于温度100℃左右进行，收率95%左右。然而来国桥等发现按照专利所给条件进行反应，在反应中会生成一种淡黄色的树脂状物质，它们的存在增加了后续处理的难度，且得不到专利所述的纯度和收率。来国桥等又发现4,4'-二氯甲基联苯（BCMBP）在乙腈/水中进行水解反应，得到BHMBP的收率在98%以上，反应时间29 h[8]。然而笔者认为此工艺反应时间过长，用于工业化生产能耗较高。2009年侯文杰等利用溶剂法在N,N-二甲基甲酰胺（DMF）中在水解剂的作用下进行水解反应合成了BHMBP，收率为95%左右，但其反应过程中伴随有副产物二苄醚的生成使得产物含量较低，需精制才能用于后续生产[9-11]。笔者采用无水乙酸钠作为酯化试剂首先与4,4'-二氯甲基联苯进行酯化反应得到酯化中间体，然后经水解得到高含量的产品，并进行了最佳反应条件的探索与优化。该工艺操作简单，收率较高，操作周期较短，是一种比较适宜的工业化工艺路线。

2 实验

2.1合成原理

首先，4,4'-二氯甲基联苯在极性溶剂中与无水乙酸钠（或无水乙酸钾）进行缩合，得到酯化产物中间体4,4'-联苯二甲醇二乙酸酯。然后，此酯化产物中间体在碱性条件下水解得到目标产物4,4'-二羟甲基联苯。反应方程式如下图所示。

2.2仪器和试剂

主要仪器：Agilent 1100液相色谱仪，Agilent 6890气相色谱仪，美国Varian Mercury 300 MHz核磁共振仪，Agilent 5973N GC-MS气相色谱-质谱联用仪，北京泰克X-4熔点测定仪。

主要试剂：4,4'-二氯甲基联苯（含量为99%）、氢氧化钠、氢氧化钾、盐酸，均为化学纯试剂；无水乙酸钠、无水乙酸钾、甲酸钠、甲酸钾、N,N-二甲基甲酰胺（DMF）、二甲基亚砜（DMSO）、四氢呋喃（THF）、六甲基磷酰三胺（HMPA）、氢氧化锂、碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢钠、碳酸氢钾等原料均分析纯试剂。

2.3 实验过程

2.3.1 酯化

将4,4'-二氯甲基联苯、无水乙酸钠、溶剂按计量投入带有搅拌、回流冷凝器及温度计的四口烧瓶中，升温至一定温度后进行酯化反应，液相色谱跟踪反应直至反应结束。冷却至室温后，加入一定量水，用稀盐酸调pH至5～6，继续搅拌一定时间，过滤、干燥得白色固体，即为酯化中间体4,4'-联苯二甲醇二乙酸酯，含量大于99%，收率为95%。

2.3.2 水解

将上步反应所得酯化中间体4,4'-联苯二甲醇二乙酸酯、氢氧化钠、水、溶剂按计量投入带有搅拌、回流冷凝器及温度计的四口烧瓶中，升温至一定温度后进行水解反应，液相色谱跟踪反应直至反应结束。冷却至室温后用稀盐酸调pH至5～6，过滤、干燥得白色固体，即为目标产物4,4'-二羟甲基联苯，含量大于99%（HPLC），熔点190.8～191.5℃，收率为99%。两步反应总收率达到94%。

2.4测试与表征

对实验得到的目标产物用1H NMR及GCMS测试，对其进行定量及定性分析，结果分别如图1、图2和图3所示。

图1 4,4'-二羟甲基联苯的1H NMR谱图

图2 4,4'-二羟甲基联苯的气相色谱图

图3 4,4'-二羟甲基联苯的质谱图

从图3的质谱图中可以看出m/Z=213.9的碎片离子峰就是目标产物4,4'-二羟甲基联苯（分子量为214.3）的分子离子峰。

3 结果与讨论

3.1合成路线的选择

卤代烃的水解可分为直接水解法和间接水解法，而4,4'-二氯甲基联苯的直接水解很容易发生副反应而产生副产物，所得产物需精制提纯后才可以用于后续生产应用，给后续的生产及应用带来一定的问题。间接水解法通过先酯化后水解得到高纯度产品，且此方法原料转化较为充分，无副产物生成，工艺简单，收率高，成本低，溶剂亦可回收套用，因此本实验采用酯化水解法合成4,4'-二羟甲基联苯。

3.2 工艺条件的优化

影响反应收率及产品质量的因素大致有以下几个：酯化试剂的种类、酯化反应溶剂的种类、酯化反应的温度及时间、水解剂的种类、水解反应的温度及时间。下面将对上述因素进行具体分析。

3.2.1 酯化试剂种类的影响

根据酯化试剂种类的不同，选择无水乙酸钠、无水乙酸钾、无水甲酸钠、无水甲酸钾作为酯化剂，探究酯化试剂种类对酯化反应及收率的影响，结果见表1。

由表1可知，乙酸盐比甲酸盐效果好，且钾盐比钠盐效果稍好，但乙酸钠与乙酸钾效果接近，考虑到成本问题选择无水乙酸钠作为酯化试剂较为合适。

3.2.2 酯化溶剂种类的影响

根据溶剂极性的不同，酯化溶剂选择THF、DMSO、HMPA及DMF，考察酯化溶剂对酯化反应及收率的影响，结果见表2。

表1 酯化试剂种类对酯化反应及收率的影响

表2 酯化溶剂种类对酯化反应及收率的影响

由表2可知，随着溶剂极性的增加，酯化反应的收率及酯化中间体的纯度均有所提高，其中DMF做酯化溶剂效果较好，因此选择DMF作为酯化溶剂较为合适。

3.2.3 酯化反应时间的影响

酯化反应时间对酯化反应液中各组分含量的影响见图4所示。

图4 反应时间对酯化反应液中各组分含量的影响

从图4可知，随着酯化反应的进行，原料逐渐减少，产物逐渐增加，酯化产物在2 h后基本不发生变化，液相色谱检测原料基本反应完全，产物和原料组分基本稳定，因此酯化反应时间选择2 h较为合适。

3.2.4 酯化反应温度的影响

酯化反应温度对酯化反应产品纯度及收率的影响如图5所示。

图5 反应温度对酯化反应产品纯度及收率的影响

由图5中可以看出，随着反应温度的升高，产品纯度和收率均出现先升高后降低的趋势，温度为110℃时收率和纯度均达到最高；当温度低于110℃时，则反应较慢，产品纯度和收率均较低，因此酯化反应的温度选择110℃较为合适。

3.2.5 水解剂种类的影响

根据水解剂碱性大小的不同，选择6种不同水解剂分别进行实验，考察水解剂种类对水解反应及收率的影响，结果如表3所示。

表3 水解剂种类对水解反应及收率的影响

由表3可知，随着水解剂碱性的增强，水解反应进行越彻底，且所得产物纯度越高，考虑到成本问题选择氢氧化钠作为水解剂较为合适。

3.2.6 水解反应时间的影响

图6给出了水解反应时间对水解反应液中各组分含量的影响。

图6 反应时间对水解反应液中各组分含量的影响

从图6可知，随着水解反应的进行，原料逐渐减少，产物逐渐增加，水解产物在2 h后基本不发生变化，液相色谱检测原料基本反应完全，产物与原料组分基本不发生变化，因此水解反应时间选择2 h较为合适。

3.2.7 水解反应温度的影响

图7给出了水解反应温度对水解反应产品纯度及收率的影响。

由图7可知，随着反应温度的升高，产品纯度和收率先升高后降低，温度为85℃时收率和纯度均达到最高；当温度低于85℃时，则反应较慢，产品纯度和收率均较低，因此水解反应的温度选择85℃较为合适。

4 结论

根据卤代烃水解合成相应醇的反应原理，比较各种4,4'-二羟甲基联苯可能的合成路线，如：相转移催化水解法、溶剂法、酯化水解法等，通过综合比较发现酯化水解法较好。采用酯化水解法合成4,4'-二羟甲基联苯，工艺简单，收率高，无副产物，成本低，总收率达到94%。

产品经熔点测定、质谱（GC-MS）、气相色谱、高效液相色谱、核磁等检测手段证明了所合成的产物即为目标产物，且产品不用经重结晶提纯含量可达99%以上。确定了利用4,4'-二氯甲基联苯合成4,4'-二羟甲基联苯的最佳工艺条件：酯化温度110℃，酯化反应时间2 h，DMF作为酯化溶剂，氢氧化钠作为水解剂，水解温度85℃，水解反应时间2 h。酯化水解法合成4,4'-二羟甲基联苯工艺简单，收率高，反应过程不对环境产生污染，适合进行工业化生产。

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10．13752／j．issn．1007－2217．2016．04．006

2016-10-24