本发明属于有机合成技术领域，具体涉及一种三甲基苯醌及三甲基氢醌的制备方法。
背景技术：
2,3,5-三甲基苯醌是一种重要的医药中间体，它经过加氢之后合成的2,3,5-三甲基氢醌是合成维生素e的重要中间体。
根据原料种类，合成三甲基苯醌的生产工艺主要可分为两大类：2,3,6-三甲基苯酚法和偏三甲苯法。
(1)2,3,6-三甲基苯酚法：以2,3,6-三甲基苯酚(a)为原料，通过直接氧化得到2,3,5-三甲基苯醌(g)。国外主要采用此法，总体收率在75％左右(basf公司专利申请号为cn95105783.9的专利《2,3,6-三甲基苯酚的制备》、龙志成.三甲基氢醌的合成[j].四川化工，2005，8:6-11)。此路线的优势在于工艺路线短，原料来源多，缺点在于反应条件苛刻，催化剂昂贵不易得，原料价格受限于间苯酚，导致工业成本高。
反应路线如下。
(2)偏三甲苯法：偏三甲苯价廉易得，综合经济效益好，是最为常见的合成2,3,5-三甲基苯醌的工艺。现在主要有以下三种合成路线。
①偏三甲苯磺化、水解法，偏三甲苯(b)经过磺化、硝化、加氢还原得到2,4,5-三甲基-3,6-二氨基苯磺酸(c)，接着水解脱磺酸基经氧化得到2,3,5-三甲基苯醌(g)。据文献报道收率59.2％(姚宪法等.2,3,5-三甲基苯氢醌的合成评述[c].长沙：中国化工学会，1999)。工艺优势在于如前文所述的偏三甲苯原料价廉易得，生产成本低，经济效益好，缺点在于反应流程长、收率相对较低，且生产过程中产生大量有机废水污染环境。
反应路线如下。
②偏三甲苯电解法，以偏三甲苯为原料，在修饰钛的铂电极上电解产生2,3,5-三甲基苯醌。此工艺过程简单，废水较少，缺点在于能耗高，收率低。根据文献报道，电流效率47％，偏三甲苯的总转化率58.8％(俞晨秀等.三甲基苯醌的电合成研究[j].巢湖学院学报，2008，10(3)：82-84.)。
③偏三甲苯直接氧化法，该工艺是通过催化剂和氧化剂的作用将偏三甲苯氧化为2,3,5-三甲基苯醌，是与电解法类似的一步反应，如南通柏盛化工有限公司公开的专利申请号为201110049094.8的专利《通过偏三甲苯氧化制备2,3,5-三甲基氢醌中间体2,3,5-三甲基苯醌的方法》。根据不同的催化剂、氧化剂的选择，该工艺的反应条件、产品纯度、总收率都有不同，但是存在催化剂制备复杂或者收率低的问题。
技术实现要素：
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种三甲基苯醌的制备方法，以偏四甲苯为原料，减少副产物的产生，提高三甲基苯醌的收率。
本发明所提供的技术方案为：
一种三甲基苯醌的制备方法，包括如下步骤：
1)偏四甲苯经过磺化反应，得到1,3,4,5-四甲基-2-苯磺酸盐；
2)步骤1)得到的1,3,4,5-四甲基-2-苯磺酸盐经过碱熔反应，得到1,3,4,5-四甲基-2-苯酚；
3)步骤2)得到的1,3,4,5-四甲基-2-苯酚经过氧化反应，得到三甲基苯醌。
上述技术方案中，采用偏四甲苯为原料，有以下优点：首先，增加了苯环上的取代烷基数目，使苯环更容易发生亲电取代反应，即磺化反应，提高了反应收率；其次，与偏三甲苯磺化不同，偏四甲苯磺化不会生产其他位置的副产物，由此也提高了产物纯度和反应收率；再其次，由于取代基增多，空间效应阻碍歧化反应，使碱熔的收率得到大幅提升。
上述反应的具体反应式可以为：
其中，m包括na或k。
优选的，所述步骤1)中磺化反应包括：将偏四甲苯与磺化试剂进行磺化反应，反应结束后加入碱进行中和，得到1,3,4,5-四甲基-2-苯磺酸盐。
优选的，所述磺化试剂包括硫酸或氯磺酸，所述磺化试剂与偏四甲苯的投料摩尔比为1:1-2。
优选的，所述磺化反应的温度为0-60℃，反应时间为1-4h。
优选的，所述步骤1)中碱包括氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠或碳酸氢钠，所述的碱与磺化试剂的投料摩尔比为1-2:1。
优选的，所述步骤2)中碱熔反应包括：将1,3,4,5-四甲基-2-苯磺酸盐与熔融的苛性碱进行碱熔反应，反应结束后加入酸进行酸化，得到1,3,4,5-四甲基-2-苯酚。
优选的，所述碱熔反应的温度为320-400℃，反应时间为2-10h；所述苛性碱为氢氧化钠，所述苛性碱与偏四甲苯的投料摩尔比为2-6:1。
优选的，所述步骤3)中氧化反应包括：将1,3,4,5-四甲基-2-苯酚与氧化剂进行氧化反应，得到三甲基苯醌；所述氧化剂为亚硝基二硫酸钾，所述氧化剂与偏四甲苯的投料摩尔比为2-3:1。
亚硝基二硫酸钾在氧化反应时，不仅对酚羟基具有氧化作用，同时能够进攻中间体的羰基对位碳，去除由原料偏四甲苯引入的羟基对位的甲基，是一种选择性催化剂，使得产物具有较高的收率。
优选的，所述氧化反应的温度为0-30℃，反应时间为0.5-5h。
优选的，所述氧化反应后使用淬灭剂进行淬灭反应，并萃取、结晶，到得三甲基苯醌。进一步优选，所述淬灭剂包括水或碱性水溶液；所述碱性水溶液包括氢氧化钠水溶液或氨水。
本发明还提供一种三甲基氢醌的制备方法，包括如下步骤：
1)偏四甲苯经过磺化反应，得到1,3,4,5-四甲基-2-苯磺酸盐；
2)步骤1)得到的1,3,4,5-四甲基-2-苯磺酸盐经过碱熔反应，得到1,3,4,5-四甲基-2-苯酚；
3)步骤2)得到的1,3,4,5-四甲基-2-苯酚经过氧化反应，得到三甲基苯醌；
4)步骤3)得到的三甲基苯醌通过还原反应，得到三甲基氢醌。
优选的，所述步骤4)中还原反应时，加入催化剂雷尼镍，由氢气还原得到。
同现有技术相比，本发明的有益效果体现在：
(1)本发明所提供的三甲基苯醌的制备方法，反应路线短，工艺简单，较现有技术中2,3,6-三甲基苯酚法的技术路线，价格低廉，成本优势大。
(2)本发明所提供的三甲基苯醌的制备方法，采用偏四甲苯为原料，在苯环上的单取代位置只有一种，避免了副取代反应和歧化反应，反应选择性好，收率高。
(3)本发明所提供的三甲基苯醌的制备方法，采用亚硝基二硫酸钾作为氧化剂，能够氧化由原料偏四甲苯引入的对位甲基，配合实现了工艺路线。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
称取13.4g偏四甲苯(0.1mol)于带搅拌的三口烧瓶中，缓慢加入浓硫酸19.6克(0.2mol)，保持温度45℃左右，保温反应3.0h，加入50％液碱35克进行中和，得到磺化产物钠盐21.8克，收率99.1％。
向碱熔反应釜中加入计量好的99％片碱10克(0.25mol)，称取22.0g(0.1mol)钠盐加入其中，加完后在320～330℃维持8小时，取样合格后，向釜内加入30％硫酸溶液酸化，得到四甲基酚13.9克，收率92.7％。
称取15g(0.1mol)四甲基酚，用100ml甲醇溶解，缓慢滴入溶解在100ml甲醇中的亚硝基二硫酸钾54克(0.2mol)，保持反应温度5℃以下反应，滴毕保温5.0小时，加入200ml水淬灭反应，并用200ml甲苯萃取产品，回收有机相，加入正己烷结晶，得产品13.6克，收率90.7％。
实施例2
称取13.4g偏四甲苯(0.1mol)于带搅拌的三口烧瓶中，缓慢加入浓硫酸9.8克(0.1mol)，保持温度45℃左右，保温反应3.0h，加入50％液碱35克进行中和，得到磺化产物钠盐20.7克，收率94.1％。
向碱熔反应釜中加入计量好的99％片碱24克(0.6mol)，称取22.0g(0.1mol)钠盐加入其中，加完后在320～330℃维持8小时，取样合格后，向釜内加入30％硫酸溶液酸化，得到四甲基酚13.8克，收率92.0％。
称取15g(0.1mol)四甲基酚，用100ml甲醇溶解，缓慢滴入溶解在100ml甲醇中的亚硝基二硫酸钾81克(0.3mol)，保持反应温度5℃以下反应，滴毕保温5.0小时，加入200ml水淬灭反应，并用200ml甲苯萃取产品，回收有机相，加入正己烷结晶，得产品13.1克，收率87.3％。
实施例3
称取13.4g偏四甲苯(0.1mol)于带搅拌的三口烧瓶中，缓慢加入浓硫酸19.6克(0.2mol)，保持温度60℃左右，保温反应3.0h，加入50％液碱35克进行中和，得到磺化产物钠盐21.4克，收率97.2％。
向碱熔反应釜中加入计量好的99％片碱10克(0.25mol)，称取22.0g(0.1mol)钠盐加入其中，加完后在390～400℃维持8小时，取样合格后，向釜内加入30％硫酸溶液酸化，得到四甲基酚13.7克，收率91.3％。
称取15g(0.1mol)四甲基酚，用100ml甲醇溶解，缓慢滴入溶解在100ml甲醇中的亚硝基二硫酸钾54克(0.2mol)，保持反应温度30℃以下反应，滴毕保温5.0小时，加入200ml水淬灭反应，并用200ml甲苯萃取产品，回收有机相，加入正己烷结晶，得产品12.8克，收率85.3％。
实施例4
称取13.4g偏四甲苯(0.1mol)于带搅拌的三口烧瓶中，缓慢加入浓硫酸19.6克(0.2mol)，保持温度45℃左右，保温反应1.0h，加入50％液碱35克进行中和，得到磺化产物钠盐19.6克，收率89.1％。
向碱熔反应釜中加入计量好的99％片碱10克(0.25mol)，称取22.0g(0.1mol)钠盐加入其中，加完后在320～330℃维持2小时，取样合格后，向釜内加入30％硫酸溶液酸化，得到四甲基酚12.2克，收率81.3％。
称取15g(0.1mol)四甲基酚，用100ml甲醇溶解，缓慢滴入溶解在100ml甲醇中的亚硝基二硫酸钾54克(0.2mol)，保持反应温度5℃以下反应，滴毕保温0.5小时，加入200ml水淬灭反应，并用200ml甲苯萃取产品，回收有机相，加入正己烷结晶，得产品12.7克，收率84.7％。
实施例5
称取13.4g偏四甲苯(0.1mol)于带搅拌的三口烧瓶中，缓慢加入浓硫酸19.6克(0.2mol)，保持温度45℃左右，保温反应3.0h，加入50％液碱70克进行中和，得到磺化产物钠盐21.3克，收率96.8％。
向碱熔反应釜中加入计量好的99％片碱10克(0.25mol)，称取22.0g(0.1mol)钠盐加入其中，加完后在320～330℃维持10小时，取样合格后，向釜内加入30％硫酸溶液酸化，得到四甲基酚13.5克，收率90.0％。
称取15g(0.1mol)四甲基酚，用100ml甲醇溶解，缓慢滴入溶解在100ml甲醇中的亚硝基二硫酸钾54克(0.2mol)，保持反应温度5℃以下反应，滴毕保温5.0小时，加入200ml氨水淬灭反应，并用200ml甲苯萃取产品，回收有机相，加入正己烷结晶，得产品13.5克，收率90.0％。
实施例6
称取13.4g偏四甲苯(0.1mol)于带搅拌的三口烧瓶中，缓慢加入氯磺酸116.5克(0.1mol)，保持温度20℃左右，保温反应2.5h，加热至60℃同时加入100ml20％，稀硫酸挥发体系氯化氢气体，并用naoh吸收，随后加入50％液碱70g得到磺化产物钠盐21.6克，收率98.2％。
向碱熔反应釜中加入计量好的99％片碱10克(0.25mol)，称取22.0g(0.1mol)钠盐加入其中，加完后在320～330℃维持8小时，取样合格后，向釜内加入30％硫酸溶液酸化，得到四甲基酚13.9克，收率92.7％。
称取15g(0.1mol)四甲基酚，用100ml甲醇溶解，缓慢滴入溶解在100ml甲醇中的亚硝基二硫酸钾54克(0.2mol)，保持反应温度5℃以下反应，滴毕保温5.0小时，加入200ml水淬灭反应，并用200ml甲苯萃取产品，回收有机相，加入正己烷结晶，得产品13.6克，收率90.7％。
实施例7
在高压釜中加入三甲基苯醌15克(0.1mol)，3g催化剂雷尼镍，异丙醇100克，加热至80℃，持续通入氢气，氢气压力保持在三个大气压，反应5-6小时，至此反应原料基本消耗完。过滤催化剂，滤液回收干，加入水打浆，过滤得到目标产物三甲基氢醌14.7g，收率98％。