陈贵军，程远志，王星禄，杨旭，岳涛

（青岛科技大学山东化工研究院 山东省水相有机合成及高效清洁分离工程技术研究中心，山东 济南 250014）

对甲酚（4-甲基苯酚）是精细化工生产的重要基础原料，在抗氧剂[1-2]、合成染料[3]、人造香料[4-5]和农药[6]等方面有着广泛的应用。

对甲酚最初主要是从煤焦油和炼油厂洗涤石油馏分的废液中分馏得来，该方法被称为天然分离法[7]。由于存在资源不可再生、生产工艺复杂、分离设备众多、产量不高等缺点，已越来越难以满足市场的需求，逐渐被淘汰。目前，制备对甲酚的方法主要有甲苯磺化碱熔法[8-9]、异丙基甲苯氧化法[10]、苯酚烷基化[11-12]和甲苯直接氧化法[13-14]等。这些方法均存在一些问题，如甲苯磺化碱熔法存在设备腐蚀严重、环境污染严重等缺点；异丙基甲苯氧化法存在技术难度大、原子经济性不高等缺点；甲苯直接氧化法存在收率低、选择性差等缺点。

本研究以对氯甲苯为原料、氯化亚铜为催化剂制备对甲酚，并采用冷却析晶的后处理方式避免大量溶剂的使用。与现有合成方法相比，该方法具有绿色环保、反应条件温和、收率和纯度高等优点。

1 实验部分

1.1 主要仪器与试剂

仪器：YP20002 电子天平（上海光正医疗仪器有限公司），HT-250FJ 高压反应釜（上海霍桐实验仪器有限公司），DHJF 低温恒温搅拌反应浴（郑州长城科工贸有限公司），C-2030C 高效气相色谱仪（岛津公司）。

试剂：对氯甲苯、氯化亚铜、KOH、NaOH、CsOH、四丁基溴化铵、乙醇、对甲酚（分析纯，国药集团化学试剂有限公司）。

1.2 实验方法

向高压反应釜中加入对氯甲苯（126.6 g，1 mol）、45% KOH 溶液（186.7 g，1.5 mol KOH）、催化剂（CuCl，5 g，0.05 mol）、配体8-羟基喹啉（7.25 g，0.05 mol）和相转移催化剂四丁基溴化铵（3.3 g，0.01 mol）。将以上混合体系在无氧条件下，于120 ℃下反应9 h。反应结束后，冷却至室温，将反应产物用盐酸酸化至体系pH 为6～7，静置分层，水相使用甲苯萃取，所得油相合并后精馏，得到无色透明的液体，利用高效液相色谱（HPLC）检测其中对甲酚的含量。

2 结果与讨论

2.1 产物分析

2.1.1 产物1H NMR 谱图

产物在1H MNR（图1）中共出现4 组峰，其中2.176 处为甲基峰，6.659 和6.940 处的二组二重峰为苯环的氢，9.083 处的单峰为酚羟基的峰。根据该核磁氢谱图可证实产物为对甲酚。

图1 产物的1H NMR 谱图

2.1.2 HPLC 检测对甲酚含量

采用HPLC 法检测产物中的对甲酚，HPLC具体的检测条件为：色谱柱为岛津Shim-Pcak scepter PFPP-120（250 mm×4.6 mm×5 μm）；流动相为10 mmol/L 磷酸二氢钾溶液（用稀磷酸溶液调pH=6.8）+乙腈=40+60；检测波长为276 nm；柱温为35 ℃，对甲酚的HPLC 检测图见图2。

图2 对甲酚HPLC 图

2.1.3 外标法检测对甲酚含量

使用外标法检测对甲酚的含量，具体实验步骤为：取一定量的对甲酚试剂，用甲醇溶解，配制浓度分别为0.26 mg/mL、0.52 mg/mL、1.05 mg/mL、1.31 mg/mL、1.83 mg/mL 和2.36 mg/mL 的对甲酚溶液，对以上溶液进行HPLC 分析。以色谱图上对甲酚的峰面积为纵坐标，对甲酚的实际含量为横坐标得到一条线性曲线。然后取一定量的产物，溶于甲醇进行HPLC 分析，根据线性曲线计算得到产物中对甲酚的含量。对甲酚的线性曲线见图3。

图3 对甲酚线性曲线图

2.2 实验条件选择

2.2.1 亲核试剂的选择

该反应为亲核取代反应，亲核试剂亲核性的强弱对反应速率及产物的收率影响很大。固定其他实验条件，分别选择NaOH、KOH 和CsOH 作为亲核试剂进行实验，所得产物对甲酚的收率见表1。

表1 亲核试剂对产物收率的影响

由实验结果可知：KOH 作为亲核试剂，实验所得对甲酚收率明显高于NaOH 体系；CsOH 作为亲核试剂，实验所得对甲酚收率略高于KOH体系。由于CsOH 价格远高于KOH，出于经济效益考虑，本实验选用KOH 作为亲核试剂。

2.2.2 KOH 浓度的选择

随着KOH 浓度的增加，对氯甲苯与KOH 的碰撞几率增加，反应时间随之缩短，但浓度过高易产生苯酚和二甲酚等副产物。KOH 浓度对产物收率的影响见表2。

表2 KOH 浓度对产物收率的影响

由表2 可知：随着KOH 浓度的增加，反应时间明显缩短，对甲酚收率随之增加。当KOH 浓度大于45%以后，浓度对反应时间和收率的影响没有明显改变，故确定KOH 浓度为45%为最佳。

2.2.3 催化剂用量的选择

含铜化合物是对氯甲苯水解反应较好的催化剂，本实验选用CuCl 作为催化剂。考察了催化剂用量对对甲酚收率的影响，见图4。

图4 催化剂用量对产物收率的影响

实验结果表明：当催化剂用量为4%时，催化效果最好。催化剂用量继续增加，反应收率变化不明显，因此实验中选择催化剂的用量为4%。

2.2.4 相转移催化剂用量的选择

通过加入相转移催化剂四丁基溴化铵，可以增加有机相中对氯甲苯和水相中KOH 的碰撞几率，提高反应速率。通过实验确定了相转移催化剂的最佳用量为对氯甲苯摩尔量的1%。

2.2.5 反应温度的选择

对氯甲苯的水解需要较高的温度，但温度太高会产生苯酚等副产物，保持其他反应条件不变，考察反应温度对产物收率的影响，见图5。

图5 反应温度对产物收率的影响

由图5 可知：随着反应温度的升高，对甲酚的收率明显升高，当反应温度为120 ℃时，产物收率达到最高，随着反应温度的继续升高，副反应增多，产物的收率有所降低，因此选择120 ℃为最佳反应温度。

2.2.6 反应时间的选择

保持其他反应条件不变，考察反应时间对产物收率的影响。结果见图6。

图6 反应时间对产物收率的影响

由图6 可知：对甲酚的收率随着反应时间的增加而升高，当反应时间达到9 h 后，产物收率随时间的增加基本不变，因此选择反应时间为9 h。

2.2.7 析晶温度的选择

析晶温度对产物收率有较大的影响，温度高时对甲酚析出量少，产物收率较低；随着温度的降低，对甲酚析出量增多，但温度太低会导致杂质析出量较多。综合考虑，确定最佳的析晶温度为0 ℃。

3 结论

以对氯甲苯为原料，KOH 作为亲核试剂制备对甲酚，反应使用CuCl 为催化剂，四丁基溴化铵为相转移催化剂，乙醇为反应溶剂，考察了KOH浓度、催化剂用量、相转移催化剂用量、反应温度等因素的影响，确定最佳反应条件为：KOH 浓度为45%，催化剂用量为4%，相转移催化剂为1%，反应温度为120 ℃，反应时间为9 h，析晶温度为0 ℃。在该条件下，对甲酚的收率可达82.9%，该方法绿色环保，反应条件温和，收率高。