双催化体系制备对苯醌化合物的方法技术

本发明专利技术属于有机合成技术领域，涉及一种对苯醌化合物的制备方法，包括以下步骤：1）将苯酚化合物、过渡金属盐催化剂、酸性离子液体和溶剂依次加入高压反应釜，充入氧气至指定压力，加热至指定温度并持续搅拌，反应0.5‑5小时；2）反应结束后将催化剂从反应体系分离并蒸出溶剂，剩余固体经溶剂洗涤后再汽提得到对苯醌化合物；本发明专利技术方法在保证了高转化率、高选择性的同时，有效降低过渡金属催化剂用量的，且离子液体催化剂可多次循环使用，实现了低排放、绿色环保的生产工艺，经济性也大大提高，适合工业化生产。

Preparation of p-benzoquinone by double catalytic system

【技术实现步骤摘要】
双催化体系制备对苯醌化合物的方法
本专利技术涉及一种苯醌类化合物的的合成制备技术，具体为涉及一种双催化体系下氧化合成对苯醌化合物的制备方法。
技术介绍
对苯醌化合物在精细化工等领域具有广泛的用途，是一种重要的染料和医药中间体原料，同时用作制备对苯二酚、底片的显影剂、聚合反应的阻聚剂和橡胶防老剂的原料，用作丙烯腈和醋酸乙烯聚合引发剂以及氧化剂等。其合成方法一直受到科研人员的关注。目前，对苯醌化合物的生产可分为电化学法和催化氧化法两大类。其中电化学法苯的转化率低，反应时间长；而催化氧化法主要包括苯胺氧化法和苯酚氧化法，苯胺氧化法主要以二氧化锰为氧化剂，此方法原料消耗高、生产过程中产生大量的硫酸锰、硫酸铵废液难以处理，环境污染严重、对设备有较大的腐蚀，将被逐渐淘汰；相比较之下苯酚催化氧化法具有能耗低、三废少等一系列优势，其催化体系的开发是进一步提升反应转化率、收率、降低生产成本、实现绿色大规模工业化生产的关键。有研究公开了苯酚化合物在氧气或含氧气体条件下氧化合成对苯醌的方法，如CN104844439A、CN104557487A、CN104292096A和CN104292095A，提出了一种在过渡金属化合物作主催化剂和N-取代烃氧基化合物、两亲性分子或星状分子作助催化剂作用下的催化体系，但该体系下过渡金属催化剂用量依然较大（主催化剂与苯酚用量摩尔比=1：10），且催化剂不可循环使用，直接影响了产品批量化生产的经济效益。离子液体又称为室温离子液体，是一种完全由阴离子、阳离子组成的环境友好型液体材料。离子液体作为一种室温下熔融的盐，由于其具有液态范围宽、溶解能力强、蒸汽压极低、稳定性好、可设计特定功能、产品易分离和可循环利用等一系列独特性质，在一系列化学反应和催化方面表现出了高效安全、后处理简单等优点，是一种极具应用前景的新型绿色催化剂。因此，结合离子液体在催化剂领域的优点，开发出一种高转化率、高选择性并且能有效降低过渡金属催化剂用量、适合对苯醌化合物工业化生产的高效催化体系将成为催化氧化法制备对苯醌化合物的关键突破点。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种双催化体系下制备对苯醌化合物的方法，该方法以苯酚化合物为原料，经氧化后得到对苯醌化合物，具有产物收率高，节约催化剂成本，经济环保，可工业化生产等特点。针对目前制备方法中过渡金属催化剂用量大的不足，提供了一种以过渡金属盐为主催化剂，辅以酸性离子液体催化剂的双催化体系下的对苯醌化合物的合成工艺，在该双催化体系下合成对苯醌化合物不仅保持了较高的转化率和选择性，同时降低了过渡金属盐催化剂的用量，减少了三废的排放，且离子液体经过简单处理后可循环使用，进一步降低了生产成本。为了实现上述目的，本专利技术提供一种双催化体系下制备对苯醌化合物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1）将苯酚化合物、过渡金属盐催化剂、酸性离子液体和溶剂依次加入高压反应釜，充入氧气至指定压力，加热至指定温度并持续搅拌，反应0.5-5小时；2）反应结束后待反应液冷却至室温，用有机溶剂进行萃取并分离出离子液体及过渡金属催化剂；3）将步骤2）得到的萃取溶液减压蒸馏后经精馏得到对苯醌化合物产品。进一步地，步骤1）中以质量计过渡金属盐催化剂的用量为苯酚化合物的0.1％-10％，优选地，用量为0.1%-3%。进一步地，步骤1）中所述的苯酚化合物选自苯酚、对苯二酚、2-叔丁基苯酚、α-萘酚、邻甲酚、邻苯基苯酚、2,5-二甲基苯酚、2,3,6-三甲基苯酚、2,3,5-三甲基（乙基、异丙基或叔丁基）对苯二酚、2,3,5,6-四甲基苯酚或几种化合物的混合物。进一步地，步骤1）中所述过渡金属盐为金属元素Cu、Ni、Co、Fe、Mn、Au、Pt、Ag、Ru、Rh或La的氯化盐、硫酸盐或硝酸盐。进一步地，步骤1）中以质量计酸性离子液体的用量为苯酚化合物的1％-20％，优选地，用量为5%-10%。进一步地，步骤1）中所述酸性离子液体是以N-甲基咪唑、吡啶、三乙胺、苯并噻唑或苯并咪唑基为阳离子，以BF4-、BF4-、HSO4-、H2PO4-、CF3SO3-、C(CF3SO2)2-，NTf2-、N(C2F5SO2)2-，或CF3COO-为阴离子的功能化酸性离子液体催化剂。进一步地，步骤1）中所述溶剂为甲醇、丙酮、乙腈、水、环己烷、二氯甲烷、乙醇、石油醚或三氟甲苯。进一步地，步骤1）中所述含氧气体为空气、富氧空气或纯氧中的至少一种。进一步地，步骤1）中反应温度在30-100℃，优选地，温度为40-90℃，反应时间为0.5-5h，优选地，时间为1-2h。进一步地，步骤1）中所述氧化反应的压力为1-10MPa，优选2-5MPa。进一步地，步骤2）中所述萃取剂为苯、乙醚、CCl4、CS2中的一种或两种。与现有技术相比，本专利技术采用的双催化体系相比过渡金属盐和其他助催化剂（如N-取代烃氧基化合物、两亲性分子或星状分子）形成的体系，具有更好的催化活性和稳定性，减少了过渡金属盐催化剂的用量，节约了生产成本，此外，由于离子液体饱和蒸汽压极低，在与产物分离过程中不会流失，且可多次循环使用，使得生产工艺更加绿色环保。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术加以详细描述。实施例1依次将94g苯酚、0.94g硝酸铜、4.7g1-磺丙基-2-羟甲基3-甲基咪唑四氟硼酸盐离子液体、100ml甲醇加入配有油浴加热装置的1L反应釜中，关闭反应釜后通入50atm氧气并保持恒压，加热至90℃，搅拌反应2.5h后自然冷却至室温，排气后将催化剂从反应体系分离出去，分析反应混合物，得到对苯醌：15.7g。实施例2依次将94g苯酚、0.94g硝酸铜、4.7g1-磺丙基-2-羟甲基3-甲基咪唑四氟硼酸盐离子液体、100ml甲醇加入配有油浴加热装置的1L反应釜中，关闭反应釜后通入40atm氧气并保持恒压，加热至80℃，搅拌反应1.5h后自然冷却至室温，排气后将催化剂从反应体系分离出去，分析反应混合物，得到对苯醌：35.9g。实施例3依次将60g苯酚、1.2g硝酸锰、3.6g1-磺丙基-2-羟甲基3-甲基咪唑四氟硼酸盐离子液体、100ml甲醇加入配有油浴加热装置的1L反应釜中，关闭反应釜后通入30atm氧气并保持恒压，加热至70℃，搅拌反应2h后自然冷却至室温，排气后将催化剂从反应体系分离出去，分析反应混合物，得到对苯醌：40.6g。实施例4依次将110g对苯二酚、0.23g二氯化铂、5.9g甲基磺丁基吡咯三氟乙酸盐离子液体、150ml乙腈加入配有油浴加热装置的1L反应釜中，关闭反应釜后通入25atm氧气并保持恒压，加热至65℃，搅拌反应2h后自然冷却至室温，排气后将催化剂从反应体系分离出去，分析反应混合物，得到对苯醌：49.3g。实施例5依次将110g对苯二酚、0.63g氯化亚铜、6.8g甲基磺丁基吡咯三氟乙酸盐离子液体、150ml乙腈本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双催化体系制备对苯醌化合物的方法，其特征在于，包括以下步骤：/n1）将苯酚化合物、过渡金属盐催化剂、酸性离子液体和溶剂依次加入高压反应釜，充入含氧气体至指定压力，加热至指定温度并持续搅拌，反应0.5-5小时；/n2）反应结束后待反应液冷却至室温，用有机溶剂进行萃取并分离出离子液体及过渡金属催化剂；/n3）将步骤2）得到的萃取溶液减压蒸馏后经精馏得到对苯醌化合物产品。/n

【技术特征摘要】
1.一种双催化体系制备对苯醌化合物的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）将苯酚化合物、过渡金属盐催化剂、酸性离子液体和溶剂依次加入高压反应釜，充入含氧气体至指定压力，加热至指定温度并持续搅拌，反应0.5-5小时；
2）反应结束后待反应液冷却至室温，用有机溶剂进行萃取并分离出离子液体及过渡金属催化剂；
3）将步骤2）得到的萃取溶液减压蒸馏后经精馏得到对苯醌化合物产品。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的苯酚化合物选自苯酚、对苯二酚、2-叔丁基苯酚、α-萘酚、邻甲酚、邻苯基苯酚、2,5-二甲基苯酚、2,3,6-三甲基苯酚、2,3,5-三甲基（乙基、异丙基或叔丁基）对苯二酚、2,3,5,6-四甲基苯酚或几种化合物的混合物。


3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述过渡金属盐为金属元素Cu、Ni、Co、Fe、Mn、Au、Pt、Ag、Ru、Rh或La的氯化盐、硫酸盐或硝酸盐。


4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述酸性离子液体是以N-甲基咪唑、吡啶、三乙胺、苯并噻唑或苯并咪唑基为阳离子，以BF4-...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴钊，陈琛，江洋洋，孔京，黄伟，张楚璠，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中石化南京化工研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32