3,5-二叔丁基-4-羟基苯基丙酸甲酯的合成工艺研究

杨叶伟，张晓利，郑 晴，王 震，张思思，程 任，何观伟，刘卫涛

(1.西北化工研究院有限公司，陕西 西安 710600；2.陕西省煤化工工程技术研究中心，陕西 西安 710600)

随着人们生活日益丰富，各种塑料、涂料、纤维、橡胶等行业也得到迅速发展，但由于这些材料经常暴露在大气和太阳光中，受紫外线、雨水、高温等因素影响，使得材料发生变色、变脆、龟裂、脱落等情况，导致高分子有机材料的力学性能发生改变，寿命变短[1-2]。目前，通过在聚合物中添加抗氧剂以达到抑制材料老化的目的。抗氧剂从功能上主要分为链终止型抗氧剂和预防型抗氧剂两大类[3]。链终止型抗氧剂能够与高分子材料在老化过程中产生的大分子自由基、过氧化自由基等结合形成稳定的游离基，从而阻止链增长，同时生成稳定的自由基还能捕获高分子材料中的活泼烷基、过氧化自由基等形成稳定的化合物，因此，此类抗氧剂可称为主抗氧剂[4]。

3,5-二叔丁基-4-羟基苯基丙酸甲酯作为一种受阻酚类抗氧剂具有捕获游离基的性质，因此属于链终止型抗氧剂。3,5-二叔丁基-4-羟基苯基丙酸甲酯不仅可以作为主抗氧剂添加到对聚苯乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等高分子聚合物中起到抗老化作用，而且还可以作为抗氧剂1010、1076、259、1098、3125等高档抗氧剂的合成中间体[5-6]，因此对于3,5-二叔丁基-4-羟基苯基丙酸甲酯的合成研究显得尤其重要。

本文以2，6-二叔丁基苯酚和丙烯酸甲酯为原料，通过Michael加成反应[7]，合成得到粗产品，并将粗产品进行结晶，洗涤，干燥得到3,5-二叔丁基-4-羟基苯基丙酸甲酯。在目标产物合成过程中考察不同碱性催化剂，并利用正交实验对合成过程中影响产物收率的主要因素进行考察，最终确定最佳合成条件。

1 实验部分

1.1 材料与仪器

2,6-二叔丁基苯酚、丙烯酸甲酯，分析纯，国药集团化学试剂有限公司；双三甲基硅烷基氨基锂(LiHMDS)，1.0 mol·L-1，华夏化学试剂有限公司；甲醇，分析纯，天津市富宇精细化工有限公司。

德国 IKA RH Digital数显型加热磁力搅拌器；Vertex-70V傅里叶变换红外光谱仪。

1.2 实验方法

在装有磁子、温度计、注射器和N2导管的四口烧瓶中加入2,6-二叔丁基苯酚206.32 g、叔丁醇200 mL、LiHMDS催化剂2.06 g，开启搅拌，油浴加热至80 ℃，在N2保护下，反应4 h后，开始滴加78.26 g丙烯酸甲酯，2 h滴加完，然后升温至130 ℃时，继续反应4 h后，得到黄色透明液体，室温冷却，加入乙酸至弱酸性，再加入甲醇溶液进行结晶，并经过过滤，洗涤，干燥得到白色固体，经红外分析最终产物为3,5-二叔丁基-4-羟基苯基丙酸甲酯。

1.3 反应原理

2,6-二叔丁基苯酚与丙烯酸甲酯在碱性催化剂存在的条件下，首先通过Michael加成反应、然后经H-1,5迁移得到产物3,5-二叔丁基-4-羟基苯基丙酸甲酯。反应方程式如下图1。

图1 3,5-二叔丁基-4-羟基苯基丙酸甲酯的合成Figure 1 Synthesis of methyl 3,5-di-tert-butyl-4-hydroxyphenylpropionate

2 结果与讨论

2.1 产物表征

图2 合成产物的红外光谱图Figure 2 Infrared spectrum of the synthesized product

2.2 催化剂的选择

由于目标产物3,5-二叔丁基-4-羟基苯基丙酸甲酯的合成属于Michael加成反应，所以在确定的实验条件下，考察了不同碱性催化剂对3,5-二叔丁基-4-羟基苯基丙酸甲酯合成收率的影响，结果见表1。

表1 不同催化剂对反应结果的影响Table 1 The effect of different catalysts on the reaction results

由表1可看出，LiHMDS作为催化剂合成3,5-二叔丁基-4-羟基苯基丙酸甲酯的收率较高，达92%。因为2,6-二叔丁基苯酚由于酚基邻位叔丁基的存在导致空间位阻大，弱碱性催化剂难夺取质子，LiHMDS碱性强，夺取酚羟基质子能力强，因此能使得Michael加成反应能够更好的进行。NaOCH3作为催化剂在合成过程中会产生少量甲醇易与丙烯酸甲酯发生聚合反应，导致目标产物收率较低。KOH作为催化剂，用量过少，需要较长的反应时间，用量过多不但会增加后续中和、洗涤工作量，还会产生较多废液。

2.3 正交实验结果

为了更好的探索合成条件，在催化剂用量一定情况下，通过四因素三水平正交实验，考察了原料配比、低温反应温度、低温反应时间、高温反应温度对反应结果的影响，为提高实验准确性每组实验重复进行3次。结果见表2和表3。

表2 正交实验因素-水平表Table 2 Orthogonal experimental factors-level table

表3 正交实验表与正交实验结果Table 3 Orthogonal experiment table and orthogonal experiment results

从表3正交实验极差结果分析可得RB>RC>RD>RA，所以在实验过程中对于目标产物3,5-二叔丁基-4-羟基苯基丙酸甲酯收率影响的显著顺序为低温反应温度>低温反应时间>高温反应温度>原料配比。在考察的因素中影响目标产物较为明显的因素是低温反应温度和低温反应时间，因为在加成反应过程中2,6-二叔丁基苯酚与催化剂生成酚盐的过程是影响合成的关键步骤，而低温反应过程正是酚盐的生成过程。

通过表3正交实验结果可确定最佳合成工艺条件为B2C2D3A3，即低温反应温度为80 ℃，低温反应时间为4 h，高温反应温度为130 ℃，n(2,6-二叔丁基苯酚)∶n(丙烯酸甲酯)=1.1∶1。在B2C2D3A3条件下，催化剂用量为2,6-二叔丁基苯酚质量分数的1%，高温反应时间4 h，对所得最优工艺条件进行验证，得到目标产物3,5-二叔丁基-4-羟基苯基丙酸甲酯收率为92%。

3 结 论

以2,6-二叔丁基苯酚和丙烯酸甲酯为原料，LiHMDS为催化剂，采用正交实验对合成3,5-二叔丁基-4-羟基苯基丙酸甲酯主要影响因素进行了研究。实验结果表明，合成3,5-二叔丁基-4-羟基苯基丙酸甲酯的最佳条件为n(2,6-二叔丁基苯酚)∶n(丙烯酸甲酯)=1.1∶1，催化剂用量为2,6-二叔丁基苯酚质量分数的1%，低温反应温度80 ℃，低温反应时间4 h，高温反应温度130 ℃，高温反应时间4 h，此时3,5-二叔丁基-4-羟基苯基丙酸甲酯收率为92%。LiHMDS是合成3,5-二叔丁基-4-羟基苯基丙酸甲酯的优良催化剂，具有良好的工业应用前景。