3,6-二氯水楊酸合成工藝條件的探討

趙文浩，宋高占

(1.廣西化工研究院，廣西 南寧 530001；2.廣西大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，廣西 南寧 530004)

麥草畏學(xué)名叫3,6-二氯-2-甲氧基苯甲酸，是一種低毒、高效、廣譜的除草劑,國外農(nóng)業(yè)已廣泛應(yīng)用。中國作為農(nóng)業(yè)大國, 麥草畏的需求量將越來越大,市場前景看好。合成麥草畏的關(guān)鍵中間產(chǎn)物 3,6-二氯水楊酸,系統(tǒng)命名為2-羥基-3,6-二氯苯甲酸，英文名 3,6-Dic hlorosalicylic Acid，其化學(xué)結(jié)構(gòu)如圖1。目前國內(nèi)麥 草畏原藥生產(chǎn)的廠家較少，對麥草畏 的關(guān)鍵中間產(chǎn)物3,6-二氯水楊酸合成的研究報(bào)道也不多，深入研究其合成工藝條件，對于降低生產(chǎn)成本是非常有意義的[1-2]。

圖1 3,6-二氯水楊酸化學(xué)結(jié)構(gòu)式Fig.1 Chemical Structure of 3,6-Dichlorosalicylic Acid

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器 與試劑

本實(shí)驗(yàn)中的定量分析采用安捷倫1100 HPLC高效液相色譜，定性分析采用MAT95XP質(zhì)譜，Thermo Nicolet NEX US470紅外光譜，BRUKER AV500 NMR核磁共振。

所用的試劑如下：2,5-二氯苯酚（99%），二甲苯(AR)，NaOH(AR)，KOH (AR)，Na2CO3(AR)，K2CO3(AR)。

1.2 3,6-二氯水 楊酸的合成

1.2.1 合成線路

筆者利用2,5-二氯苯酚作為原料，經(jīng)脫水成鹽、Kolbe-Schmitt羧基化、酸化合成 3,6-二氯水楊酸，反應(yīng)路線如下：

圖2 3,6-二氯水楊酸反應(yīng)路線Fig.2 Synthesis route of 3,6-Dichlorosalicylic Acid

1.2.2 產(chǎn)物的分析

產(chǎn)物為白色針狀晶體，mp：186~187℃。1HNMR (CDCl3，化 學(xué) 位 移 單 位 )：δ 3.85 (m, 1H)，6.99~7.01(m, 1H)，7.43~7.45(m, 1H)，13.89(m, 1H)。

13C-NMR (CDCl3，化學(xué)位移單位 )：δ=120.6，121.5，124.9，128.9，131.2，151.5，166.3。MS(ESI)：m/z(%)：209(7%)，207(66%)，205(100%)。IR(KBr，cm-1)：3386.5,2974.4,1640.4,1310.1，177.5。所合成的產(chǎn)物的mp、MS、IR、和13C-NMR與文獻(xiàn)報(bào)道[3]相符。

利用HP LC的歸一化法，結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)樣品對照法進(jìn)行定量分析。

1.3 脫水成鹽工藝條件 的研究

在1L圓底燒瓶中加入99%的2,5-二氯苯酚164.6g(1.0mol)，二甲苯 500mL，堿試劑 1.0mol，回流，油水分離脫水。堿試劑、脫水時間和氮?dú)獗Ｗo(hù)的工藝探索如下。

1.3.1 堿試劑

在上述脫水成鹽的反應(yīng)中，筆者分別采用了NaOH和 KOH兩種堿試劑，脫水時間1~2h，未采用氮?dú)獗Ｗo(hù)。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見表1。

表1 堿試劑實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)Lab.1 The Experiment Data of Base Reagent

1.3.2 氣體保護(hù)

在上述脫水成鹽的反應(yīng)中，筆者采用KOH作為堿試劑，脫水時間2h，采用氮?dú)獗Ｗo(hù)和未采用氮?dú)獗Ｗo(hù)兩種情況比較，發(fā)現(xiàn)加氮?dú)獗Ｗo(hù)的反應(yīng)體系的顏色明顯比未保護(hù)的淺，黑色的酚渣也明顯減少。

1.3.3 脫水時間

在上述脫水成鹽的反應(yīng)中，筆者采用KOH作為堿試劑，脫水時間 1~2h，采用氮?dú)獗Ｗo(hù)。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見表2。

表2 脫水時間實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)Lab.2 The Experiment Data of Dehydration Time

1.4 Kolbe-Schmitt羧基化工藝條件的選擇

Kolbe-Schmitt羧基化反應(yīng)的相應(yīng)工藝條件探索如下。

1.4.1 溫度

將1.0mol 2,5-二氯苯酚脫好水的酚鉀鹽二甲苯溶液倒入2L的高壓釜，加入催化劑（1.0mol無水碳酸鉀），在低于50℃下充二氧化碳至恒壓，升溫的同時壓力升至7.0 MPa，反應(yīng)時間8h。反應(yīng)后加 入700mL水，分去有機(jī)層，水層加鹽酸酸化，過濾，洗滌得到黃褐色3,6-二氯水楊酸粗產(chǎn)品，蒸餾回收2,5-二氯苯酚，得到淺黃褐色3,6-二氯水楊酸產(chǎn)品。不同反應(yīng)溫度的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見表3。

表3 反應(yīng)時間實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)Lab.3 The Exp eriment Data of Reaction Time

1.4.2 壓力

反應(yīng)程序與1.4.1相似，反應(yīng)溫度為140℃，反應(yīng)時間8h。不同反應(yīng)壓力的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見表4。

表4 反應(yīng)壓力實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)Lab.4 The Experiment Data of Reaction Pressure

1.4.3 時間

反應(yīng)程序與1.4.1相似，反應(yīng)溫度為140℃，反應(yīng)壓力為7.0MPa。不同反應(yīng)時間的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見表5。

表5 反應(yīng)時間實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)Lab.5 The Experiment Data of Rea ction Time

1.4.4 催化劑

反應(yīng)程序與1.4.1相似，反應(yīng)溫度為140oC，反應(yīng)壓力為7.0MPa, 反應(yīng)時間6h,選用不同催化劑的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見表6。

表6 催化劑實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)Lab.6 The Experiment Data of Catalytic agent

1.5 原料的回收

有資料表明[4]，Kolbe-Schmitt羧基化過程中存在如下反應(yīng)平衡：

圖3 Kolbe-Schmitt羧基化過程中的反應(yīng)平衡Fig.3 The Rea ction Equilibrium in Kolbe-Schmitt Carboxylation Process

因此，反應(yīng) 過程中必然有相當(dāng)數(shù)量的2,5-二氯苯酚鉀鹽未能轉(zhuǎn)化為3.6-二氯水楊酸，而重新生成原料2,5-二氯苯酚。原料的回收成為了降低生產(chǎn)成本的重要環(huán)節(jié)之一。

本實(shí)驗(yàn)利用2,5-二氯苯酚有較高的蒸氣壓，水蒸汽可以與其一起共沸的原理，采用了加水蒸餾 法進(jìn)行原料的回收。將粗產(chǎn)物放于1L圓底燒瓶中，加水進(jìn)行蒸餾。經(jīng)HPLC測試，回收的原料2,5-二氯苯酚的含量約為99%，經(jīng)過回 收原料后的產(chǎn)物中2,5-二氯苯酚的含量均在0.1%以下，而產(chǎn)品3,6-二氯水楊酸的含量均在99%以上。

2 結(jié)果與討論

1）從節(jié)約成本 的角度考慮，筆者在脫水成鹽的工藝中試圖采用NaOH替代KOH，雖然未發(fā)生焦化變色現(xiàn)象，但脫水困難，不利于2,5-二氯苯酚鹽的形成。在Kolbe-Schmitt羧基化過程中，筆者也試圖采用Na2CO3替代K2CO3，但未獲得產(chǎn)物。原因在于2種含鈉的化合物比相應(yīng)的鉀化合物的堿性明顯要弱。

2）經(jīng)反復(fù)考察脫水成鹽的工藝條件發(fā)現(xiàn)，以KOH作為堿試劑，二甲苯回流，油水分離脫水時間1h左右為宜，時間過長容易產(chǎn)生焦化現(xiàn)象。脫水過程中加氮?dú)獗Ｗo(hù)，有利于減少酚焦的產(chǎn)生。

3）經(jīng)反復(fù)考察并結(jié)合生產(chǎn)成本的考慮，Kolbe-Schmitt羧基化較佳的工藝條件為：反應(yīng)溫度為140℃，反應(yīng)壓力為7~8MPa, 反應(yīng)時間8h。

3 結(jié)論

以2,5-二氯苯酚為原料，經(jīng)脫水成鹽、Kolbe-Schmitt羧基化、酸化合成麥草畏的關(guān)鍵中間產(chǎn)物3,6-二氯水楊酸，在工業(yè)生產(chǎn)中是可行的方法，而回收反應(yīng)產(chǎn)物中的2,5-二氯苯酚，則是降低生產(chǎn)成本的重要因素。

[1] 田琳，譚海軍.麥草畏及其中間體的合成評價(jià)[J].現(xiàn)代農(nóng)藥，2011，10（5）：12-15.

[2] 王富花，張瑜蓉.麥草畏合成工藝研究進(jìn)展[J].廣東化工，2011，38（3）：254-256.

[3] 姜東軍，梁現(xiàn)蕊.2-羥基-3, 6-二氯苯甲酸的合成工藝研究[J].浙江化工，2008，39（12）：5-6.

[4] 顏星星，程振民，蔣亦文，余忠寶，唐顯重，費(fèi)月明.3,6-二氯水楊酸3,6-二氯水楊酸合成反應(yīng)熱力學(xué)性質(zhì)的計(jì)算化學(xué)分析[J].華東理工大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2012，38（3）：285-292.