一种制备4-氯-3,5-二甲基苯酚的方法

摘要

本发明为一种制备4‑氯‑3,5‑二甲基苯酚的方法，具体步骤如下：利用质子型溶剂将3,5‑二甲基苯酚充分溶解后，在定向氯化催化剂作用下，滴加硫酰氯进行氯化反应，得到4‑氯‑3,5‑二甲基苯酚；所述定向氯化催化剂为Fe‑MOFs。本发明采用的定向催化剂/质子溶剂组合体系应用于3，5‑二甲基酚的定向氯化，有效提高了氯化反应的选择性高效制备4‑氯‑3,5‑甲基酚产物，不经提纯，一步合成得到含量为94%，纯度高达99.7%的最终产品。本发明具有操作简便，产物选择性高等特点，具有很高的工业应用价值。

说明书

技术领域

本发明涉及有机合成的技术领域，特别涉及一种具有消毒杀菌作用的4-氯-3,5-二甲基苯酚化合物的制备方法。

背景技术

4-氯-3,5-二甲基苯酚，简称PCMX，是一种高效低毒的防霉杀菌剂，在日常生活以及工业领域的防霉杀菌中得到广泛的应用。随着人们生活水平的提高及健康意识的增强，4-氯-3,5-二甲基苯酚的市场需求逐年增加。目前PCMX主要有如下三种生产工艺：第一种工艺是以水为媒介，用硫酰氯为氯化剂与3,5-二甲基酚(简称MX)反应生成4-氯-3,5-二甲基苯酚；第二种工艺是以四氯乙烯为溶剂，硫酰氯为氯化剂与MX反应生成4-氯-3,5-二甲基苯酚；第三种工艺是以盐酸为氯化剂在铜催化剂作用下通过氧氯化制备4-氯-3,5-二甲基苯酚。前二种工艺需要在高温下反应，造成生产过程中氯化反应选择性差副产物较多，目标物PCMX含量约在85％、还含有11％的OCMX及2％左右的DCMX。第三种工艺中氯化产物选择性虽然有一定程度的改善，但由于该工艺受反应条件限制，需要采用精馏提纯，目前高效解决高沸点热敏物料PCMX的分解问题存在较大的难度。

为了进一步提高PCMX的产率，通过向反应体系中添加一定量的定向催化剂来提高氯化过程中的选择性。在美国专利US4245127中介绍了使用有机硫化物和金属氯化物作为共催化剂对间二甲酚进行氯化，其中四氯化钛和十二硫醇作为共催化剂可以获得最大的产品选择性，即PCMX可达到91.5％，然而四氯化钛在实际工业应用中存在较大的安全隐患及后处理问题。专利CN101085722A也介绍了在氯代烷烃溶剂中使用金属氯化物和有机硫或醚类共催化剂实现了对烷基苯酚的氯化反应。然而由于该反应体系在低温条件下进行后期会产生大量的结晶析出，影响反应体系中的传质，生成多氯代产品。另一方面，通过改进生产工艺来提高PCMX的产率方法也有少量报道。专利CN102675055A中报道了一种高温氯化法制备PCMX，即在110～130℃高温下利用连续反应实现对氯间二甲酚新工艺。虽然该工艺的生产效率有所提高，但是由于反应温度过高导致二氯代产物明显增加。专利CN10659528A中介绍了另一种利用三个反应釜串联的连续生产PCMX的工艺，在较低的温度下实现高转化率的连续反应过程，但该生产过程中存在着大量使用有机溶剂以及较低的选择性问题(选择性仅有83％)，而且后处理工艺复杂。

鉴于上述存在的问题，开发温和条件下高选择性制备4-氯-3,5-二甲基苯酚的方法尤为迫切。

发明内容

本发明解决的技术问题是，提供一种温和条件下高选择性制备4-氯-3,5-二甲基苯酚的方法。

本发明的技术方案是，

一种制备4-氯-3,5-二甲基苯酚的方法，包括以下步骤：

利用质子型溶剂将3,5-二甲基苯酚充分溶解后，在定向氯化催化剂作用下，滴加硫酰氯进行氯化反应，得到4-氯-3,5-二甲基苯酚；所述定向氯化催化剂为Fe-MOFs。

优选的，所述定向氯化催化剂的制备方法如下:以三氯化铁为铁源，与配体混合，加入一定量的去离子水，搅拌溶解后移入密封容器中，于140～220℃反应5-6h后，离心洗涤产物干燥即得目标催化剂。

优选的，所述铁源和配体的质量比为1:0.8-1.5。

优选的，所述配体为对苯二甲酸、邻苯二甲酸、均苯三甲酸或萘二甲酸。

优选的，所述密封容器为聚四氟乙烯为内胆的反应釜。

Fe-MOFs是一种具有周期性网络结构的多孔材料，具有更高的比表面积，有利于反应物与氯化剂在空腔内充分进行接触进行氯化反应。

优选的，按质量份计，所述定向氯化催化剂加入量为3,5-二甲基苯酚的0.5％～8％。

优选的，按质量份计，所述定向氯化催化剂加入量为3,5-二甲基苯酚的5％。

催化剂对化学反应速率的影响非常大，有的催化剂可以使化学反应速率加快到几百万倍以上。

催化剂用量低于0.5％，反应速率较慢；高于8％，催化效果未增加，反应时间也没有明显的减少，反而增加了额外的催化剂去除的工作。

优选的，所述硫酰氯与3,5-二甲基苯酚投料摩尔比为1:1～1.5。

优选的，所述硫酰氯与3,5-二甲基苯酚投料摩尔比为1:1.2。

低于1:1，3,5-二甲基苯酚(MX)氯化不完全，高于1.5投料摩尔比后，产物中杂质增多，增加生产成本和后续尾气处理过程。

优选的，按质量份计，所述质子型溶剂的加入量是3,5-二甲基苯酚0.2～1.0倍。

优选的，按质量份计，所述质子型溶剂的加入量是3,5-二甲基苯酚0.8倍。

加入量为0.8倍时，能够使用最少的溶剂溶解反应物，且反应速度较快。

优选的，所述质子型溶剂为醇类溶剂。

进一步优选的，所述醇类溶剂为乙醇。

乙醇作为溶剂，极大的增加了3,5-二甲基苯酚和4-氯-3,5-二甲基苯酚在溶剂中的溶解度，避免在氯化过程中析出固体而发生进一步氯化产生二氯代副产物，增加了产物的纯度和收率。

优选的，所述氯化反应时间为4～8h。

优选的，所述氯化反应在开式搪瓷反应釜中进行，硫酰氯的底价时间控制在1.5-2.5h,反应过程中温度控制在5-15℃。

优选的，所述开式搪瓷反应釜中反应温度控制是通过反应釜夹套通入盐水及调节硫酰氯气体流量来实现。

优选的，所述制备4-氯-3,5-二甲基苯酚的方法还包括4-氯-3,5-二甲基苯酚产物的分离纯化。

优选的，所述分离纯化包括以下步骤：

经气相色谱检测反应物中，3,5-二甲基苯酚的含量低于0.3％时停止反应，过滤除去催化剂，将过滤液常压下蒸去乙醇，然后加入高温水，降低温度，得结晶状4-氯-3,5-二甲基苯酚，再经四氯乙烯洗涤后干燥得到终产品。

过滤出的催化剂重复使用，且多次试验证明，本发明的催化剂在4-氯-3,5-二甲基苯酚的制备过程中多次使用，其催化效果也依然保持较高，衰减极少。

3,5-二甲基苯酚的含量低于0.3％时表明反应物已经反应完全，反应已完成。

利用重结晶的方式纯化4-氯-3,5-二甲基苯酚。4-氯-3,5-二甲基苯酚(PCMX)在常温水中溶解性小，在高温水中具有较好的溶解度，温度降低后会析出固体产品。

本发明还提供了所述Fe-MOFs定向氯化催化剂在制备4-氯-3,5-二甲基苯酚中的应用，所述Fe-MOFs定向氯化催化剂的制备方法如下:以三氯化铁为铁源，与配体混合，加入一定量的去离子水，搅拌溶解后移入密封容器中，于140～220℃反应4-5h后，离心洗涤产物干燥即得目标催化剂。

下面对本发明做进一步的解释：

催化剂和反应体系的关系就像锁与钥匙的关系一样，具有高度的选择性(或专一性)。一种催化剂并非对所有的化学反应都有催化作用，例如二氧化锰在氯酸钾受热分解中起催化作用，加快化学反应速率，但对其他的化学反应就不一定有催化作用。淀粉氧化用的催化剂若用H

Fe-MOFs是一种具有周期性网络结构的多孔材料，具有更高的比表面积，有利于反应物与氯化剂在空腔内充分进行接触进行氯化反应。本发明利用Fe-MOFs定向氯化催化剂催化3,5-二甲基苯酚的氯化，不仅效果高，而且催化剂可重复使用，且多次试验证明，本发明的催化剂在4-氯-3,5-二甲基苯酚的制备过程中多次使用，其催化效果也依然保持较高，衰减极少。3,5-二甲基苯酚(MX)和4-氯-3,5-二甲基苯酚(PCMX)均是含有羟基结构的有机化合物，根据相似相容的原理，它们在质子溶剂醇中具有更高的溶解度。且出乎预期的是，相比于其他的溶剂，3,5-二甲基苯酚在质子溶剂醇中的转化率更高。

本发明的有益效果是，

本发明利用醇类化合物作为溶剂，极大的增加了MX和PCMX在溶剂中的溶解度，避免在氯化过程中析出固体而发生进一步氯化产生二氯代副产物，提高了反应的转化率；同时添加的定向氯化催化剂合成方法简单，反应时间较短，催化剂具有较高的活性和选择性，且催化剂稳定性较好可重复使用，降低了成本，有利于持续的工业化生产。

附图说明

图1是本发明的工艺流程图。

具体实施方式

实施例1

按照图1的工艺流程图进行如下操作:

(1)Fe-MOFs定向氯化催化剂的制备

在容器中加入50.0kg六水三氯化铁和50.0kg对苯二甲酸配体，加入一定量的去离子水搅拌溶解后，转移至聚四氟乙烯为内胆的反应釜中，密封，于140～220℃反应5h后，离心洗涤产物，干燥。

(2)MX的定向氯化反应：在3000L的开式搪瓷反应釜中通过计量槽加入1000±10kg的乙醇，随后加入1000±10kg的3,5-二甲基苯酚物料，充分搅拌均匀溶解。进一步加入50±0.5kg的Fe-MOFs定向氯化催化剂并充分搅拌均匀，在2h内逐渐滴加硫酰氯1106kg，控制反应温度在5±3℃。继续反应2h后经气相色谱检测反应体系中MX的含量低于0.3％，停止反应，过滤除去催化剂备用，常压下蒸去甲醇进行回用，然后投入2000kg的高温水充分溶解产物，随后降低温度至25℃，得结晶状PCMX产品，经洗涤后干燥得到终产品1189kg，收率为94％，产品纯度达到99.7％。

实施例2

采用实施例1同样的方法制取Fe-MOFs定向氯化催化剂。

在3000L的开式搪瓷反应釜中通过计量槽加入1000±10kg的甲醇，随后加入1000±10kg的3,5-二甲基苯酚物料，充分搅拌均匀溶解。进一步加入50±0.5kg的Fe-MOFs定向氯化催化剂并充分搅拌均匀，在2h内逐渐滴加硫酰氯1106kg，控制反应温度在5±3℃。继续反应2h后经气相色谱检测反应体系中MX的含量低于0.3％，停止反应，过滤除去催化剂备用，常压下蒸去乙醇进行回用，然后投入2000kg的高温水充分溶解产物，随后降低温度至25℃，得结晶状PCMX产品，经洗涤后干燥得到终产品1081kg，收率为90.4％，产品纯度达到94.6％。

实施例3

采用实施例1同样的方法制取Fe-MOFs定向氯化催化剂。

在3000L的开式搪瓷反应釜中通过计量槽加入1000±10kg的丙醇，随后加入1000±10kg的3,5-二甲基苯酚物料，充分搅拌均匀溶解。进一步加入50±0.5kg的Fe-MOFs定向氯化催化剂并充分搅拌均匀，在2h内逐渐滴加硫酰氯1106kg，控制反应温度在5±3℃。继续反应2h后经气相色谱检测反应体系中MX的含量低于0.3％，停止反应，过滤除去催化剂备用，常压下蒸去丙醇进行回用，然后投入2000kg的高温水充分溶解产物，随后降低温度至25℃，得结晶状PCMX产品，经洗涤后干燥得到终产品980kg，收率为90.3％，产品纯度达到94.5％。

实施例4

采用实施例1同样的方法制取Fe-MOFs定向氯化催化剂。

在3000L的开式搪瓷反应釜中通过计量槽加入1000±10kg的乙醇，随后加入1000±10kg的3,5-二甲基苯酚物料，充分搅拌均匀溶解。进一步加入50±0.5kg的Fe-MOFs定向氯化催化剂并充分搅拌均匀，在2h内逐渐滴加硫酰氯1327kg，控制反应温度在5±3℃。继续反应2h后经气相色谱检测反应体系中MX的含量低于0.3％，停止反应，过滤除去催化剂备用，常压下蒸去乙醇进行回用，然后投入2000kg的高温水充分溶解产物，随后降低温度至25℃，得结晶状PCMX产品，经洗涤后干燥得到终产品1187kg，收率为93.4％，产品纯度达到99.8％。

实施例5

采用实施例1同样的方法制取Fe-MOFs定向氯化催化剂。

在3000L的开式搪瓷反应釜中通过计量槽加入1000±10kg的乙醇，随后加入1000±10kg的3,5-二甲基苯酚物料，充分搅拌均匀溶解。进一步加入50±0.5kg的Fe-MOFs定向氯化催化剂并充分搅拌均匀，在2h内逐渐滴加硫酰氯1327kg，控制反应温度在20±3℃。继续反应2h后经气相色谱检测反应体系中MX的含量低于0.3％，停止反应，过滤除去催化剂备用，常压下蒸去乙醇进行回用，然后投入2000kg的高温水充分溶解产物，随后降低温度至25℃，得结晶状PCMX产品，经洗涤后干燥得到终产品1170kg，收率为78.7％，产品纯度达到89.5％。

实施例6

采用实施例1同样的方法制取Fe-MOFs定向氯化催化剂。

在3000L的开式搪瓷反应釜中通过计量槽加入1000±10kg的乙醇，随后加入1000±10kg的3,5-二甲基苯酚物料，充分搅拌均匀溶解。进一步加入40±0.5kg的Fe-MOFs定向氯化催化剂并充分搅拌均匀，在2h内逐渐滴加硫酰氯1106kg，控制反应温度在5±3℃。继续反应2h后经气相色谱检测反应体系中MX的含量低于0.3％，停止反应，过滤除去催化剂备用，常压下蒸去乙醇进行回用，然后投入2000kg的高温水，降低温度至25℃，得结晶状PCMX产品，经洗涤后干燥得到终产品1165kg，收率为71.1％，产品纯度达到98.8％。

实施例7

采用实施例1同样的方法制取Fe-MOFs定向氯化催化剂。

在3000L的开式搪瓷反应釜中通过计量槽加入1000±10kg的乙醇，随后加入1000±10kg的3,5-二甲基苯酚物料，充分搅拌均匀溶解。进一步加入100±0.5kg的Fe-MOFs定向氯化催化剂并充分搅拌均匀，在2h内逐渐滴加硫酰氯1106kg，控制反应温度在5±3℃。继续反应2h后经气相色谱检测反应体系中MX的含量低于0.3％，停止反应，过滤除去催化剂备用，常压下蒸去乙醇进行回用，然后投入2000kg的高温水，降低温度至25℃，得结晶状PCMX产品，经洗涤后干燥得到终产品1187kg，收率为91.1％，产品纯度达到99.2％。

实施例8

采用实施例1同样的方法制取Fe-MOFs定向氯化催化剂。

在3000L的开式搪瓷反应釜中通过计量槽加入1000±10kg的水，随后加入1000±10kg的3,5-二甲基苯酚物料，充分搅拌均匀溶解。进一步加入50±0.5kg的Fe-MOFs定向氯化催化剂并充分搅拌均匀，在2h内逐渐滴加硫酰氯1106kg，控制反应温度在5±3℃。经气相色谱检测MX的含量低于0.3％时停止反应，过滤除去催化剂备用，常压下蒸去丙醇进行回用，然后投入2000kg的高温水，降低温度至25℃，得结晶状PCMX产品，经洗涤后干燥得到终产品1080kg，收率为87.3％，产品纯度达到95.3％。

实施例9

采用实施例1同样的方法制取Fe-MOFs定向氯化催化剂。

在3000L的开式搪瓷反应釜中通过计量槽加入1000±10kg的异丙醇，随后加入1000±10kg的3,5-二甲基苯酚物料，充分搅拌均匀溶解。进一步加入50±0.5kg的Fe-MOFs定向氯化催化剂并充分搅拌均匀，在2h内逐渐滴加硫酰氯1106kg，控制反应温度在5±3℃。经气相色谱检测MX的含量低于0.3％时停止反应，过滤除去催化剂备用，常压下蒸去异丙醇进行回用，然后投入2000kg的高温水，降低温度至25℃，得结晶状PCMX产品，经洗涤后干燥得到终产品981kg，收率为91.4％，产品纯度达到89.1％。

实施例10

采用实施例1同样的方法制取Fe-MOFs定向氯化催化剂。

在3000L的开式搪瓷反应釜中通过计量槽加入1200±10kg的乙醇，随后加入1000±10kg的3,5-二甲基苯酚物料，充分搅拌均匀溶解。进一步加入50±0.5kg的Fe-MOFs定向氯化催化剂并充分搅拌均匀，在2h内逐渐滴加硫酰氯1106kg，控制反应温度在10±3℃。经气相色谱检测MX的含量低于0.3％时停止反应，过滤除去催化剂备用，常压下蒸去乙醇进行回用，然后投入2000kg的高温水，降低温度至25℃，得结晶状PCMX产品，经洗涤后干燥得到终产品1157kg，收率为90.6％，产品纯度达到99.1％。

实施例11

在3000L的开式搪瓷反应釜中通过计量槽加入1000±10kg的四氯乙烯，随后加入1000±10kg的3,5-二甲基苯酚物料，充分搅拌均匀溶解。进一步加入50±0.5kg的Fe-MOFs定向氯化催化剂并充分搅拌均匀，在2h内逐渐滴加硫酰氯1106kg，控制反应温度在5±3℃。经气相色谱检测MX的含量低于0.3％时停止反应降低温度至0～5℃，得结晶状PCMX产品，经洗涤后干燥得到终产品886kg，收率为75.1％，产品纯度达到72.1％。

实施例12

在3000L的开式搪瓷反应釜中通过计量槽加入1000±10kg的四氯乙烯，随后加入1000±10kg的3,5-二甲基苯酚物料，充分搅拌均匀溶解。进一步加入100±1kg的三氯化铁、20±0.2kg的丁基硫醚并充分搅拌均匀，在3h内逐渐滴加硫酰氯1125kg，控制反应温度在20±3℃。滴加完成后保温1h后升温至40度，取自来水洗涤，静置分层，得结晶状PCMX产品，经洗涤后干燥得到终产品886kg，收率为85.1％，产品纯度达到72.1％。

实施例13

在3000L的开式搪瓷反应釜中通过计量槽加入1000±10kg的乙醇，随后加入1000±10kg的3,5-二甲基苯酚物料，充分搅拌均匀溶解。进一步加入100±1kg的三氯化铁、20±0.2kg的丁基硫醚并充分搅拌均匀，在3h内逐渐滴加硫酰氯1125kg，控制反应温度在20±3℃。滴加完成后保温1h后升温至40度，取自来水洗涤，静置分层，得结晶状PCMX产品，经洗涤后干燥得到终产品905kg，收率为88.1％，产品纯度达到77.2％。

实施例14

采用实施例1同样的方法制取Fe-MOFs定向氯化催化剂。3,5-二甲基苯酚的氯化反应步骤同实施例2，将催化剂与产物分离后进行循环利用第2次、第3次、第4次，第5次，可得催化剂使用次数对3,5-二甲基苯酚氯化过程的影响，如表1所示：

表1催化剂循环使用次数对MX氯化过程的影响

可见，催化剂重复使用多次，性能并未有大幅下降。

综上，本发明利用醇类化合物作为溶剂，极大的增加了MX和PCMX在溶剂中的溶解度，避免在氯化过程中析出固体而发生进一步氯化产生二氯代副产物。同时添加的定向氯化催化剂合成方法简单，催化剂具有较高的活性和选择性，且催化剂稳定性较好可重复使用，降低了成本，缩短了反应时间，有利于持续的工业化生产。