3，5-二叔丁基-4-羟基苯甲酸的合成

张天宇，严宁宁，李效军

（河北工业大学 化工学院，天津 300130）

高分子材料暴露在日光下时会出现颜色改变、裂痕等现象［1］，从而降低物理性能，此现象称为光氧化［2］。在高分子材料中添加光稳定剂是降低光氧化的重要手段［3-6］。目前，商用光稳定剂中受阻酚是一类性能优异的品种，光稳定剂1011、1098和2908等是典型代表［7-8］，其中，光稳定剂2908具有挥发性低、耐酸碱等特点［9-10］，并具有较好的氮自由基清除能力，因而受到市场的青睐，而3，5-二叔丁基-4-羟基苯甲酸是合成2908的原料［11］，因此研究3，5-二叔丁基-4-羟基苯甲酸的合成尤为重要。

目前，合成3，5-二叔丁基-4-羟基苯甲酸方法有以下几种：1）直接氧化法［12］：由 3，5-二叔丁基-4-羟基苯甲醛氧化而得。该方法原料较难得，且氧化效率低。2）溴化水解氧化法［13-14］：由2，6-二叔丁基-4-甲基苯酚与溴素反应，再经氧化合成3，5-二叔丁基-4-羟基苯甲酸。该方法需用到溴素，溴素毒性较大。3）Kolbe-Schmidt法［15-17］：由2，6-二叔丁基苯酚与碱成盐后，与二氧化碳在高温高压下反应，收率为95%，纯度99%（w）左右。Kolbe-Schmidt法是现在工业生产的主流方法，但需制备无水酚钠，并在高温高压条件下进行［18］。

本工作以2，6-二叔丁基苯酚为原料，四氯化碳为烷基化试剂，经烷基化和水解反应合成了3，5-二叔丁基-4-羟基苯甲酸，通过单因素实验和正交实验确定了反应的最佳条件，以此法所制得产品收率与纯度均较高，操作简单，且在常压下即可进行，可作为Kolbe-Schmidt法的补充。

1 实验部分

1.1 试剂

2，6-二叔丁基苯酚：纯度98%（w），凯玛特化工科技有限公司；四氯化碳：分析纯，天津百奥泰科技发展有限公司；氢氧化钠：分析纯，上海麦克林生化科技有限公司；硫酸铜：分析纯，上海贤鼎生物科技有限公司。

1.2 仪器

AVANCE400型核磁共振波谱仪：瑞士Bruker公司；LC-16型高效液相色谱仪：岛津公司，色谱柱 为 BaseLine C18（250 mm×4.6 mm×5 μm）。流动相为体积比为9∶1的甲醇/水（含有0.5%（w）冰醋酸），流量1 mL/min，柱温38 ℃，紫外检测器波长254 nm，试样浓度1 mmol/L，进样量20 μL，采用面积归一化法定量计算。

1.3 合成反应

2，6-二叔丁基苯酚与四氯化碳合成3，5-二叔丁基-4-羟基苯甲酸合成原理见图1。

合成步骤：1） 成盐：将40.0 g（0.194 mol）的2，6-二叔丁基苯酚溶于150 mL甲醇中，加入11.5 g（0.288 mol） 50%（w）的氢氧化钠水溶液和2.0 g硫酸铜，搅拌溶解；2）烷基化：将混合物升温至60 ℃，搅拌下滴加38.0 g（0.247 mol）的 四氯化碳，控制滴加速度，在不额外加热的情况下，使温度维持在70 ℃，滴加结束后，在70 ℃下保温2 h；3）水解：加入35.0 g（0.875 mol） 氢氧化钠溶于70 mL甲醇和40 mL水的混合溶液中，在84 ℃下搅拌回流6 h，将反应物倒入水中，滤出少量沉淀（副产物）；4） 酸化精制：在上述过滤母液中加入10%（w）的盐酸，调溶液pH=2～3，有沉淀析出，抽滤干燥后得粗产物，收率为95.6%，纯度为96.5%（w）。经碱溶酸析法提纯后，收率为93.0%，纯度为99.3%（w）。

图2为3，5-二叔丁基-4-羟基苯甲酸的核磁谱图。从图2可知，1H NMR（400 MHz，DMSO-d6）表征结果为：δ=7.99（s，2H），δ=5.76（s，1H），δ=1.47（s，18H）。1H NMR 表征结果与 3，5-二叔丁基-4-羟基苯甲酸结构相符，表明合成了3，5-二叔丁基-4-羟基苯甲酸。

图1 3，5-二叔丁基-4-羟基苯甲酸的合成原理Fig.1 Synthesis principle for 3，5-di-tert-butyl-4-hydroxybenzoic acid.

图2 3，5-二叔丁基-4-羟基苯甲酸1H NMR谱图Fig.2 1H NMR spectrum of 3，5-di-tert-butyl-4-hydroxybenzoic acid.

2 结果与讨论

2.1 单因素实验

2.1.1 投料摩尔比对反应的影响

2，6-二叔丁基苯酚与四氯化碳投料摩尔比对反应的影响见表1。由表1可看出，适当提高四氯化碳的量，会使收率显著提高，但当2，6-二叔丁基苯酚与四氯化碳的摩尔比超过1∶1.3时，虽然收率仍会提高，但产品纯度下降。因此，适宜2，6-二叔丁基苯酚与四氯化碳摩尔比为1∶1.3。

2.1.2 烷基化反应时间对反应的影响

烷基化反应时间对反应的影响见表2。

表1 投料摩尔比对反应的影响Table 1 Effects of the molar ratio of the feed on the reaction

表2 烷基化反应时间的影响Table 2 Effect of alkylation reaction time

由表2可看出，当将烷基化反应时间延长至2 h时，收率与纯度较高，但继续延长反应时间，对产品品质影响不大，因此，选取烷基化反应时间为2 h。

2.1.3 反应温度对反应的影响

反应温度对反应的影响见图3。由图3可看出，随着反应温度的升高，收率逐步提高。当反应温度提升至80 ℃时，收率与纯度并未有明显提高。因此，选取适宜的烷基化反应温度为70 ℃。

图3 烷基化温度的影响Fig.3 Effect of alkylation temperature.Reaction conditions：n(2，6-di-tert-butylphenol)∶n(carbon tetrachloride)=1∶1.3，alkylation reaction time 2 h，hydrolysis time 8 h.● Yield；■ Purity

2.1.4 水解时间对反应的影响

水解时间对反应的影响见图4。由图4可看出，随着水解时间的延长，收率与纯度逐步提高，在水解时间为6 h时，纯度已经较高，且当时间为8 h时，纯度与收率增长不明显。因此，选取水解时间为6 h。

图4 水解时间的影响Fig.4 Effect of hydrolysis time.Reaction conditions：n(2，6-di-tert-butylphenol)∶n(carbon tetrachloride)=1∶1.3，alkylation reaction time 2 h，70 ℃ .● Yield；■ Purity

2.1.5 酸化方法对产品的影响

在酸化过程中，酸化方法会对产品品质有一定影响。在该过程中，分别讨论了将滤液加入到酸中和将酸滴加进滤液中两种方式。酸化方法对产品的影响见表3。由表3可看出，酸化方式对产品收率与纯度影响不大，但对产品状态会产生一定影响。当将酸加入到滤液中时，产品为粉末状态，颗粒较小，状态较好；当将滤液加入到酸中时，产品结块现象较为严重，状态较差。因此，选取酸化方式为将酸滴加至滤液中，在此条件下，3，5-二叔丁基-4-羟基苯甲酸的收率为93.0%，纯度可达99.3%（w）。

2.2 正交实验

通过上述单因素实验所得的适宜的反应条件为：n（2，6-二叔丁基苯酚）∶n（四氯化碳）=1∶1.3、烷基化反应时间为2 h、水解温度为70 ℃、水解时间为6 h。为进一步研究影响因素的主次关系，确定最优反应条件，在以上单因素实验的基础上，以产品收率为指标进行了正交实验。正交实验 结果见表4。

表3 酸化方式的影响Table 3 Effect of acidi fi cation modes

表4 正交实验结果Table 4 Results of orthogonal experiments

由表4可知，摩尔比对合成3，5-二叔丁基-4-羟基苯甲酸的影响最大，其次是水解时间，再次是烷基化时间，对实验影响最小的是烷基化温度；最佳反应条件为A2B2C2D3，即n（2，6-二叔丁基苯酚）∶n（四氯化碳）=1∶1.3，烷基化时间为2 h，烷基化温度为70 ℃，水解时间为8 h。

正交实验结果中，最佳摩尔比、最佳烷基化时间和最佳烷基化温度的选取与单因素实验结果相同，而最佳水解时间的选取不同，因此，对最佳水解时间的选取进行进一步的实验，实验结果见表5。由表5可知，延长反应时间，确实可以提高收率与纯度，但意义不大，以节约方便为原则，选取最佳水解时间为6 h。

表5 水解时间的验证实验Table 5 Effect of hydrolysis time

3 结论

1） 以四氯化碳为烷基化试剂可实现3，5-二叔丁基-4-羟基苯甲酸的合成，以此法制得的产品收率与纯度均较高，操作简单，且在常压下即可进行，可作为Kolbe-Schmidt法的补充。

2） 采用将酸滴加至滤液中，在n（2，6-二叔丁基苯酚）∶n（四氯化碳）=1∶1.3、烷基化时间为2 h、烷基化温度为70 ℃、水解时间为6 h条件下，3，5-二叔丁基-4-羟基苯甲酸的收率为93.0%，纯度可达99.3%（w）。