一种低温合成4-氯-3，5-二甲基苯酚的方法与流程

1.本发明属于化工中间体合成领域，具体涉及一种低温合成4-氯-3，5-二甲基苯酚的方法。


背景技术：

2.4-氯-3，5-二甲基苯酚，又名对氯间二甲苯酚，cas号：88-04-0，是一种广谱的防霉抗菌剂，对多数革兰氏阳性、阴性菌、真菌和霉菌都有杀灭功效，可广泛应用于消毒或个人护理用品，如去屑香波，洗手液、肥皂和其它卫生用品等抗菌洗涤剂中。也可以作为防腐剂和防霉剂用于胶水、涂料、油漆、纺织、皮革、造纸等工业领域。
3.工业上生产4-氯-3，5-二甲基苯酚一般采用间二甲酚为原料，以氯化亚铜为催化体系，用氯化剂氯化生成4-氯-3，5-二甲基苯酚。太原理工大学魏文珑等研究了以间二甲苯酚和氯气为原料，在三氯化铝催化下合成4-氯-3，5-二甲基苯酚；结果认为最佳工艺条件为：四氯化碳70ml，60℃下通cl2反应120min，收率可以达61.1%。太原理工大学魏文珑、高志军等人对以3，5-二甲基苯酚为原料合成4-氯-3，5-二甲基苯酚的方法进行了研究，以氯化亚砜、次氯酸钠、硫酰氯为氯化剂，对投料比、溶剂等方面进行了考察；结果认为：以3，5-二甲酚为原料，硫酰氯为氯化剂、四氯化碳为溶剂，合成4-氯-3，5-二甲基苯酚的效果比较理想，反应收率可达82.57%，产品含量达97.67%，杀菌性能考察，产物杀菌性能与标样相当。
4.专利cn 103351283 a涉及一种对氯间二甲酚的制备方法，向酸性水中加入适量的四氯乙烯或二氯乙烷配制成复合溶剂即m体系，氯化剂硫酰氯与底物3,5
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二甲基苯酚在m体系中发生氯化反应，生产目标产品对氯间二甲酚产品。此方法生产pcmx纯度可以达到99%以上。
5.cn112250549a公开了一种在溶剂（冰醋酸或甲酸）中，3，5-二甲基苯酚和氯化剂于10～70℃进行低温均相氯化反应，反应时间为2～4小时，氯化剂：3，5-二甲基苯酚＝1.05～1.1：1的摩尔比，所述氯化剂为硫酰氯；反应结束后，对反应所得物进行精馏，得3,5-二甲基-4-氯苯酚，底物转化率可达99.5%。该方法以so2cl2作为直接氯源，so2cl2分子中仅1个cl原子用于合成4-氯-3，5-二甲基苯酚，原子利用率仅20%，原料消耗大，硫酰氯单耗高，原料成本较高；同时该方案会产生大量的so2与hcl混合气体，分离处理难度大、成本高，安全环保风险也较大；产品4-氯-3，5-二甲基苯酚在冰醋酸或甲酸中溶解度过高，增加了从溶剂中提纯产品的难度；该方案为防止产物析出包裹底物的情况，在60-70℃的较高温度下进行反应，虽然可以提高反应的转化率，但是却增加了副产物2-氯-3，5-二甲基苯酚、2,4-氯-3，5-二甲基苯酚的含量，降低了4-氯-3，5-二甲基苯酚的选择性。


技术实现要素：

6.本发明提供了一种低温合成4-氯-3，5-二甲基苯酚的方法，该方法不仅保证了3，5-二甲基苯酚的转化率，同时提高了4-氯-3，5-二甲基苯酚的选择性，减少了副产物的产生。
7.本发明的技术方案如下：一种低温合成4-氯-3，5-二甲基苯酚的方法，包括以下步骤：（1）以活性炭为催化剂，液态 so2和氯气进行反应得到含有硫酰氯的so2溶液；（2）采用液态so2和3，5-二甲基苯酚混合得到含有3，5-二甲基苯酚的so2溶液；（3）将含有3，5-二甲基苯酚的so2溶液加入到含有硫酰氯的so2溶液中进行氯代反应，反应结束后经过后处理得到所述的4-氯-3，5-二甲基苯酚；所述氯代反应的温度为-30~10℃。
8.本发明通过采用液态so2作为反应介质，同时采用更低的反应温度来进行氯代反应，在该条件下即避免了产物析出包裹底物导致的转化率降低的问题，又避免了高温带来的副产物增加的问题，同时兼顾了转化率和选择性，提高了反应效率。
9.作为优选，所述氯代反应的温度为-30~-15℃，该条件下二氧化硫在常压下可以很好地保持液态，不需要加压进行反应，反应在常压下进行。
10.当反应温度略高的时候，二氧化硫可能会汽化，为了使反应发生，通过略微加压可将二氧化硫保持在液态，作为另外的优选，所述氯代反应的温度为-15~10℃，反应在常压或者加压下进行，反应压力为0~0.2mpa（表压）。
11.作为优选，含有3，5-二甲基苯酚的so2溶液与含有硫酰氯的so2溶液的质量比为1~2:1，更优选的为1.3~1.8:1。
12.作为优选， 液态so2和氯气的摩尔比为2 ~5:1；反应温度为-30~-10℃，反应压力为0~1.0mpa。
13.作为优选，所述活性炭以床层形式固定在硫酰氯反应器中，床层厚度为200~1000mm，以更好地实现硫酰氯的制备。
14.作为优选，所述液态so2和氯气在硫酰氯反应器反应停留时间为15-30s。
15.作为优选，所述液态so2和3，5-二甲基苯酚的质量比为1~10:1；硫酰氯反应液与3，5-二甲基苯酚的质量比为1~5:1。
16.作为优选，所述氯气与3，5-二甲基苯酚的摩尔比为1~1.5:1。作为进一步的优选，所述氯气与3，5-二甲基苯酚的摩尔比为1.0~1.3:1作为优选，所述后处理包括：对反应液进行蒸馏浓缩得到固液混合物，然后经过过滤、干燥得到产品4-氯-3，5-二甲基苯酚。
17.作为优选，所述蒸馏为常压蒸馏，蒸馏采出so2套用至下一批氯代反应，采出温度为-10~0℃。
18.此时，反应过程：cl2+so2→
so2cl2（以活性炭为催化剂）so2cl2+c8h
10o→
c8h9ocl+so2+hcl表征反应：cl2+ c8h
10o→
c8h9ocl+hcl由于以二氧化硫直接作为反应介质，副产物so2直接可以进行重复套用，成为可以重复利用的资源，整个反应相当于以氯气直接作为氯代试剂，原子利用率大幅度提高。
19.作为优选，所述固液混合物的含固量为30wt%~70wt%。
20.作为优选，干燥条件为常压，干燥温度为20~40℃，干燥时间为0.5~3h。由于so2的沸点较低，更容易分离，后处理过程更加简单，不需要经过高温减压蒸馏操作（现有技术需
要-0.09mpa的压力，150℃的温度进行精馏），也更容易避免溶剂的残留。
21.同现有技术相比，本发明的有益效果体现在：（1）提高氯化剂原子利用率：现有技术方案所用氯化剂 so2cl2分子中仅1个cl原子用于合成4-氯-3，5-二甲基苯酚，原子利用率仅20%；本方案以cl2为氯源，一个氯原子用于合成4-氯-3，5-二甲基苯酚，一个用于合成hcl，原子利用率提高到50%。
22.（2）降低尾气量与处理难度：现有方案生产1分子4-氯-3，5-二甲基苯酚会产生1分子的so2与1分子hcl混合气体；本方案则将so2作为溶剂重复利用，生成1分子4-氯-3，5-二甲基苯酚仅产生1分子hcl，废气量减半，气体浓度变高，降低了尾气处理压力与环保风险。
23.（3）提高产物选择性与收率：现有方案反应温度较高，升温过程需要耗能，且由于局部温度过高的原因，4-氯-3，5-二甲基苯酚选择性偏低，2-氯-3，5-二甲基苯酚、2,4-氯-3，5-二甲基苯酚等副产产生量大；本方案在低温下以液态so2为溶剂，在较低温度下反应，一方面避免了升温过程的能耗，另一方面，大大减少了高温区会发生的副反应；且发现即使在低温下产物在液态so2中也可以较好地溶解，能避免底物被包裹无法参与反应的情况，从而大大提高4-氯-3，5-二甲基苯酚选择性与收率。
24.（4）减少产物中溶剂残留：现有方案所用溶剂为四氯乙烯等高氯的有机溶剂，与产物分离难度较大，产物中往往有溶剂残留；本方案采用低温的so2为溶剂，so2与4-氯-3，5-二甲基苯酚等有机物较易分离，降低了产物纯化难度，避免了产物中的溶剂残留，对产品纯度与气味有一定的提升作用。
25.（5）解决了用四氯乙烯做溶剂时存在产物析出包裹底物的情况，低温下反应转化率偏低(转化率仅为95％)，且需要在60-70℃的较高温度下进行(原因是：在四氯乙烯溶剂体系，随着反应的进行，目标产物pcmx逐渐增多，其在四氯乙烯中达到饱和后析出，并包裹反应底物3，5-二甲基苯酚，通过升温来增大pcmx溶解度，能避免底物被包裹无法参与反应的情况)，且四氯乙烯挥发较大，污染环境。同样对比于用水的无溶剂体系，其底物转化率只达到80％左右。
附图说明
26.图1为实施例1得到的反应液的gc图谱；图2为实施例1得到的产品的gc图谱。
具体实施方式
27.本发明所用的缩写的意义如下：mx：3，5-二甲基苯酚pcmx：4-氯-3，5-二甲基苯酚ocmx：2-氯-3，5-二甲基苯酚dcmx：2,4-二氯-3，5-二甲基苯酚实施例1氯化剂的制备：硫酰氯反应器为塔式反应器（直径为20mm），以活性炭为填料，液态so2经过分布器从上端通入，氯气从下端通入，向上与so2接触发生反应，反应液从塔釜采出。
28.在硫酰氯反应器中填充500mm的活性炭，从顶部泵入200g液态so2，塔底通入100g
氯气，控制硫酰氯反应器的温度为-20℃，停留时间为20s，得到氯化剂的反应液（质量比2：1）。
29.氯代反应：在1000ml的三颈瓶中加入300g so2液体，再加入150g 3，5-二甲基苯酚（质量比2：1），搅拌充分溶解，并将此溶液预冷至-20℃左右，保持温度，缓慢匀速加入上步300g氯化剂的反应液（氯气与mx摩尔比1.15：1），滴加时间2h，结束反应后，取样用gc分析，结果如图1所示，其中mx：0.59％，pcmx：96.84％，ocmx：1.48％，dcmx：1.09％。
30.通过常压蒸馏，采出300g so2液体，采出温度-10℃，将塔釜溶液浓缩为固液混合物，过滤出晶体，在常压40℃烘箱中干燥0.5h，得到184.23g 4-氯-3，5-二甲基苯酚产品，gc分析，结果如图2所示，其中mx：0.12％，pcmx：99.75％，ocmx：0.04％，dcmx：0.09％。总体上，pcmx的收率为95.81％(基于mx的摩尔收率)。
31.实施例2与实施例1的其他操作相同，不同之处在于：氯代反应中，预冷温度为-10℃左右，并保持在该温度下进行反应，反应结束后反应液中：mx：0.60％，pcmx：95.32％，ocmx：3.32％，dcmx：0.76％。
32.经过后处理后得到181.25g 4-氯-3，5-二甲基苯酚产品，其中mx：0.14％，pcmx：99.74％，ocmx：0.05％，dcmx：0.07％。pcmx的收率为94.25％(基于mx的摩尔收率)。
33.实施例3与实施例1的其他操作相同，不同之处在于：氯代反应中，预冷温度为0℃左右，施加0.16mpa（表压）压力。并保持在该温度下进行反应，反应结束后反应液中：mx：0.62％，pcmx：94.28％，ocmx：4.55％，dcmx：0.55％。
34.经过后处理后得到178.23g 4-氯-3，5-二甲基苯酚产品，其中mx：0.14％，pcmx：99.70％，ocmx：0.08％，dcmx：0.08％。pcmx的收率为92.64％(基于mx的摩尔收率)。
35.实施例4与实施例1的其他操作相同，不同之处在于：氯代反应中，预冷温度为10℃左右，施加0.24mpa（表压）压力。并保持在该温度下进行反应，反应结束后反应液中：mx：0.64%，pcmx：93.22%，ocmx：5.13%，dcmx：1.01%。
36.经过后处理后得到175.18g 4-氯-3，5-二甲基苯酚产品，其中mx：0.16%，pcmx：99.71%，ocmx：0.10%，dcmx：0.03%。pcmx的收率为91.09％(基于mx的摩尔收率)。
37.实施例5氯化剂的反应液的制备与实施例1相同。
38.氯代反应：在1000ml的三颈瓶中加入260g so2液体，再加入130g 3，5-二甲基苯酚（质量比2：1），搅拌充分溶解，并将此溶液预冷至-20℃左右，保持温度，缓慢匀速加入上步300g氯化剂的反应液（氯气与mx摩尔比1.32：1），滴加时间2h，结束反应后反应液中： mx：0.46％，pcmx：90.59％，ocmx：3.97％，dcmx：4.98％。
39.经过后处理后得到151.20g 4-氯-3，5-二甲基苯酚产品，gc分析，其中mx：0.04％，pcmx：99.65％，ocmx：0.22％，dcmx：0.09％。总体上，pcmx的收率为90.64％(基于mx的摩尔收率)。
40.实施例6氯化剂的反应液的制备与实施例1相同。
41.氯代反应：在1000ml的三颈瓶中加入320g so2液体，再加入160g 3，5-二甲基苯酚（质量比2：1），搅拌充分溶解，并将此溶液预冷至-20℃左右，保持温度，缓慢匀速加入上步300g氯化剂的反应液（氯气与mx摩尔比1.08：1），滴加时间2h，结束反应后反应液中： mx：2.02％，pcmx：95.69％，ocmx：1.35％，dcmx：0.94％。
42.经过后处理后得到192.60g 4-氯-3，5-二甲基苯酚产品，gc分析，其中mx：0.13％，pcmx：99.69％，ocmx：0.12％，dcmx：0.06％。总体上，pcmx的收率为93.85％(基于mx的摩尔收率)。
43.实施例7氯化剂的反应液的制备与实施例1相同。
44.氯代反应：在1000ml的三颈瓶中加入340g so2液体，再加入170g 3，5-二甲基苯酚（质量比2：1），搅拌充分溶解，并将此溶液预冷至-20℃左右，保持温度，缓慢匀速加入上步300g氯化剂的反应液（氯气与mx摩尔比1.01：1），滴加时间2h，结束反应后反应液中： mx：3.68％，pcmx：94.45％，ocmx：1.05％，dcmx：0.82％。
45.经过后处理后得到201.60g 4-氯-3，5-二甲基苯酚产品，gc分析，其中mx：0.11％，pcmx：99.69％，ocmx：0.14％，dcmx：0.06％。总体上，pcmx的收率为92.45％(基于mx的摩尔收率)。
46.实施例8氯化剂的反应液的制备与实施例1相同。
47.氯代反应：在1000ml的三颈瓶中加入405g so2液体，再加入135g 3，5-二甲基苯酚（质量比3：1），搅拌充分溶解，并将此溶液预冷至-20℃~-15℃，保持温度，缓慢匀速加入上步300g氯化剂的反应液（氯气与mx摩尔比1.27：1），滴加时间2h，结束反应后，取样用gc分析，结果为mx：0.51%，pcmx：95.01%，ocmx：1.29%，dcmx：3.19%。
48.通过常压蒸馏，采出430g so2液体，采出温度-10℃，将塔釜溶液浓缩为固液混合物，含固量为39.3%，过滤出晶体，在常压40℃烘箱中干燥0.5h，得到160.65g 4-氯-3，5-二甲基苯酚产品，gc分析结果为，mx：0.05%，pcmx：99.62%，ocmx：0.30%，dcmx：0.03%。收率为92.82% (基于mx的摩尔收率)。
49.实施例9与实施例1的其他操作相同，不同之处在于：氯化剂的制备过程中，液态so2的添加量为150g，反应结束后反应液中：mx：0.49％，pcmx：95.89％，ocmx：1.51％，dcmx：2.11％。
50.经过后处理后得到182.30g 4-氯-3，5-二甲基苯酚产品，其中mx：0.11％，pcmx：99.72％，ocmx：0.05％，dcmx：0.12％。pcmx的收率为94.78％(基于mx的摩尔收率)。
51.对比例11000ml三颈瓶中加入150g3，5-二甲基苯酚，然后加入400g冰醋酸，开启搅拌，在25℃开始滴加175g硫酰氯(1.05mol)，控制反应温度在30-35℃，滴加时间3h；滴加完毕后就结束反应，取样用gc分析，结果为mx：0.35％，pcmx：90.50％，ocmx：7.40％，dcmx：1.75％。
52.反应液通过蒸馏脱除溶剂后进行精馏提纯，塔内真空度-0.09mpa，釜温150℃，收集顶温130℃的馏分，得到169.48g白色晶体产品，gc分析结果为，mx：0.09％，pcmx：99.59％，ocmx：0.25％，dcmx：0.04％，溶剂：0.03%。收率为88.32％(基于mx的摩尔收率)。