新型雙酚類抗氧劑2，2′-亞甲基雙(6-壬基對甲酚)的合成

李世昌，敖曉娟，王 慶，苑麗紅，譚卓華

(廣州合成材料研究院有限公司，廣東廣州510665)

受阻酚類抗氧劑的發(fā)展伴隨著高分子材料對性能的需求不斷發(fā)展，大分子量是抗氧劑發(fā)展的一個方向，長鏈烷基雙酚類抗氧劑代表了未來抗氧劑發(fā)展的一個趨勢［1-3］?？寡鮿?，2′ - 亞甲基雙(6 -壬基對甲酚)是類似產(chǎn)品2246 的雙酚類抗氧劑，國外市場已經(jīng)有類似的。與2246 是熔點高的固體抗氧劑不同的是［4］，該抗氧劑屬于大分子量液體雙酚類抗氧劑，在易于乳化的應(yīng)用如乳液聚合中液體抗氧劑有著獨特的優(yōu)勢。目前在壬基酚以及下游產(chǎn)品TNP，即三(壬基酚)亞磷酸酯面臨被禁用的情況下，該抗氧劑能在一定程度上填補(bǔ)其空白。

對于長鏈烷基酚已經(jīng)有些研究報道，但是主要限于無取代基苯酚的長鏈烷基，如壬醇等長鏈醇與苯酚在路易斯酸或者固體超強(qiáng)酸的作用下制備長鏈烷基酚［5-6］。對于2，2′ -亞甲基雙(6 -壬基對甲酚)現(xiàn)在沒有相關(guān)研究文獻(xiàn)的報道，該抗氧劑的研發(fā)有著重要的意義，經(jīng)過探索我們完成了該產(chǎn)品的研發(fā)。目標(biāo)產(chǎn)物的制備路線如圖1 所示，以對甲酚為原料經(jīng)過?；磻?yīng)、還原反應(yīng)和亞甲基化反應(yīng)制備目標(biāo)產(chǎn)品。對甲酚與壬酰氯通過一步酰化反應(yīng)或者通過先酯化再Fries 重排反應(yīng)兩步法制備得到2 -壬?；鶎追?，然后經(jīng)過羰基還原反應(yīng)得到2 -壬基對甲酚，最后2 -壬基對甲酚通過多聚甲醛或者甲縮醛亞甲基化制備得到目標(biāo)產(chǎn)品2，2′ -亞甲基雙(6 -壬基對甲酚)。

圖1 2，2′-亞甲基雙(6 -壬基對甲酚)的合成路線Fig.1 Synthetic route of target compound

1 實驗部分

1.1 主要儀器和試劑

Bruker AVANCE AV 400 超導(dǎo)脈沖傅里葉變換核磁共振儀(TMS 作內(nèi)標(biāo));Thermo DSQ EI 低分辨率質(zhì)譜儀;LCQ Deca XP 液質(zhì)聯(lián)用儀;溶劑和試劑均為市售分析純，購買得到的試劑未經(jīng)純化直接使用。

1.2 合成步驟

1.2.1 化合物正壬酸對甲酚酯(1)的合成

稱取64.8g(0.6mol)對甲酚和碳酸鉀138g(1mol)于圓底燒瓶中，加入100mL 丙酮，裝好回流裝置，用恒壓滴液漏斗分別慢慢滴加48.2g(0.61mol)壬酰氯，滴加完畢后在攪拌下緩慢升溫到丙酮回流，TLC 跟蹤對甲酚的消失，約2h 后反應(yīng)完畢，降溫后用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀減壓蒸除丙酮后加入200mL 水溶解固體，每次用100mL 氯仿萃取3 次，合并有機(jī)層后分別用200mL 碳酸氫鈉水溶液和飽和食鹽水各洗滌一次，無水硫酸鎂干燥，抽濾后用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀蒸除溶劑得到目標(biāo)產(chǎn)物，乙酸乙酯-石油醚硅膠柱層析得到淡黃色液體148g(0.6mol，99%)。其表征數(shù)據(jù)為:1H NMR(400MHz，CDCl3)δ 7.18(d，J =8.2Hz，2H)，6.98(d，J =8.4Hz，2H)，2.56(t，J =7.5Hz，2H)，2.36(s，3H)，1.85 ～1.71(m，2H)，1.41 ～1.23(m，10H)，0.93(t，J =6.9Hz，3H)。13C NMR(101MHz，CDCl3)δ 172.47，148.52，135.18，129.79，121.16，34.34，31.74，29.15，29.05，24.91，22.57，20.72，13.98。EI-MS m/z(%):248(M+，100)，108(M+-140，4)。

1.2.2 化合物2 -壬?；鶎追?2)的合成

快速稱取80g(0.3mol)無水AlCl3于圓底燒瓶中，慢慢加入300mL 二氯甲烷，裝好氯化鈣干燥管保持反應(yīng)體系隔絕水汽，裝好尾氣吸收裝置，用恒壓滴液漏斗慢慢滴加148g(0.6mol)正壬酸對甲酚酯(1)，滴加完畢后在攪拌下緩慢升溫到回流狀態(tài)，用TLC 跟蹤化合物正壬酸對甲酚酯的消失，約3h后降溫，降到室溫后把反應(yīng)物轉(zhuǎn)移到分液漏斗中，分別用200mL 稀鹽酸、300mL 水和300mL 飽和食鹽水各洗滌一次，無水硫酸鎂干燥，抽濾并用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀減壓蒸除溶劑得到目標(biāo)產(chǎn)物，乙酸乙酯-石油醚硅膠柱層析得到淡黃色液體72g(0.29mol，97%)。其表征數(shù)據(jù)為:1H NMR(400MHz，CDCl3)δ 11.95(s，1H)，7.26(s，1H)，7.00(dd，J = 8.8，2.3Hz，1H)，6.61(d，J =8.5Hz，1H)，2.70(t，J =7.5Hz，2H)，2.04(s，3H)，1.53 ～1.41(m，2H)，1.14 ～0.97 (m，12H)，0.62 (s，3H)。13C NMR(101MHz，CDCl3)δ 206.84，160.44，137.17，129.68，127.84，118.27，38.26，31.81，29.37，29.30，24.50，22.62，20.52，14.04。EI-MS(70eV)m/z (%):248(M+，16)，135(M+-113，100)。

1.2.3 化合物2 -壬?；鶎追?2)的一步合成

快速稱取40g(0.3mol)無水AlCl3于圓底燒瓶中，裝好尾氣吸收裝置，用恒壓滴液漏斗分別慢慢滴加32.4g(0.3mol)對甲酚和54g(0.3mol)壬酰氯，滴加完畢后在攪拌下緩慢升溫到120℃反6h，此時反應(yīng)物固化不易攪拌，降到室溫后用500mL 濃度為6mol/L 的鹽酸溶解反應(yīng)物，每次用200mL 氯仿萃取，萃取3 次，合并有機(jī)層后分別用300mL 水和飽和食鹽水各洗滌一次，無水硫酸鎂干燥，抽濾并用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀蒸除溶劑得到目標(biāo)產(chǎn)物，乙酸乙酯-石油醚硅膠柱層析得到淡黃色液體72g(0.29mol，97%)。NMR 和EI-MS 數(shù)據(jù)同1.2.2 產(chǎn)物相同。

1.2.4 鋅汞齊制備

量取100mL 水和30mL 濃鹽酸放入圓底燒瓶中，稱取18g 氯化汞加入并攪拌溶解，在水浴下分批加入73g 鋅粉，加完攪拌反應(yīng)20 分鐘后傾出上層水溶液，每次用200mL 蒸餾水洗滌沉淀物，洗滌4 次，加少量蒸餾水覆蓋得到的鋅汞齊備用。

1.2.5 化合物2 -壬基對甲酚(3)的合成

新制備的鋅汞齊催化劑(73g 鋅，18g 氯化汞)加入圓底燒瓶中，加入300mL 濃度為6mol/L 的稀鹽酸和200mL 無水乙醇，稱取70g(0.28mol)化合物2 -壬酰基對甲酚(2)溶解在100mL 乙醇中在攪拌下加入上述溶液中，然后緩慢升溫到85℃，反應(yīng)6h，后降溫到室溫，過濾除去催化劑，反應(yīng)液經(jīng)旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀蒸除乙醇后加300mL 水，每次用200mL 乙酸乙酯萃取3 次，合并有機(jī)層后分別用300mL 水和飽和食鹽水各洗滌一次，無水硫酸鎂干燥，抽濾并用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀減壓蒸除溶劑得到粗品，快速柱層析得到琥珀色液體62g(0.27mol，95%)。其表征數(shù)據(jù)為:

1H NMR(400MHz，CDCl3)δ 6.92(d，J = 1.9Hz，1H)，6.87(dd，J = 8.0，1.9Hz，1H)，6.66(d，J =8.0Hz，1H)，4.48(s，1H)，2.56(t，J =8.0Hz，2H)，2.26(s，3H)，1.66 ～1.53(m，2H)，1.41 ～1.24(m，12H)，0.89(t，J =6.9Hz，3H)。13C NMR(101MHz，CDCl3)δ 151.14，130.73，129.87，128.34，127.32，115.03，31.89，29.97，29.93，29.59，29.55，29.32，22.66，20.50，14.08。EIMS(70eV)m/z(%):234(M+，25)，121(M+-113，100)。

1.2.6 化合物2，2′ -亞甲基雙(6 -壬基對甲酚)(4)的合成

稱取60g(0.26mol)2 - 壬基對甲酚(3)和11.5g 多聚甲醛加入圓底燒瓶中，加入200mL 苯攪拌均勻，然后加入20mL 濃鹽酸，緩慢加熱到85℃反應(yīng)，7h 后降溫到室溫，將反應(yīng)液轉(zhuǎn)移到分液漏斗中，分別用200mL 水和200mL 飽和食鹽水洗滌，無水硫酸鎂干燥，抽濾并用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀減壓蒸除溶劑得到產(chǎn)物粗品，快速柱層析得到琥珀色液體63g(0.13mol，100%)。其 表 征 數(shù) 據(jù) 為:1H NMR(400MHz，CDCl3)δ 6.81(s，1H)，6.72(s，1H)，6.65(s，1H)，6.36(s，1H)，2.77 ～2.44(m，4H)，2.41 ～1.96(m，6H)，1.84 ～1.51(m，4H)，1.51 ～1.04(m，24H)，0.97 ～0.75(m，6H)。13C NMR(101MHz，CDCl3)δ 197.22，149.18，148.80，143.56，137.35，130.84，130.15，130.04，128.85，128.72，128.51，126.75，125.79，119.38，80.91，51.46，31.95，31.87，30.58，30.53，30.25，30.12，30.06，29.99，29.79，29.67，29.57，29.50，29.44，29.35，29.27，29.25，29.14，28.33，25.72，22.67，21.98，20.66，20.51，14.08。EI-MS(70eV)m/z(%):480(M+，19)，365(M+-115，12)，247(M+-233，23)，135(M+-345，100)，121(M+-359，50)。

2 結(jié)果與討論

2.1 ?；a(chǎn)物2 -壬?；鶎追又苽?/h3>

本研究中涉及一步法和兩步法來制備?；a(chǎn)物。一步法是直接利用AlCl3介導(dǎo)的傅克?；瘉硗瓿?。兩步法是先利用堿催化得到酯，然后利用AlCl3介導(dǎo)的Fries 重排來完成［7-8］。在利用三氟甲磺酸介導(dǎo)Fries 重排時產(chǎn)物復(fù)雜，沒有得到優(yōu)勢主產(chǎn)物［9］。

一步法可以認(rèn)為是先經(jīng)過了酯中間體，再通過重排得到的酰化產(chǎn)物。但是兩種途徑各有利弊，表1 是對兩種途徑的比較。

表1 兩種途徑的比較Table 1 Comparisons of two procedures

由表1 可知:一步法雖然有步驟短的優(yōu)點，但是兩步法條件溫和，在低沸點溶劑中均相反應(yīng)，反應(yīng)時間短，可重復(fù)性好，是利于工業(yè)化生產(chǎn)的路線，所以兩步法是更優(yōu)異的途徑。

2.2 制備2 -壬基對甲酚

利用1 -壬烯與對甲酚烷基化也可以制備烷基酚中間體，得到其同分異構(gòu)體2 -異壬基對甲酚，其研究工作已經(jīng)有文獻(xiàn)報道，其采用的是鋁做催化劑［10］。烯烴催化烷基化在以丁烯和酚為原料制備異丁基酚已經(jīng)有大量的研究［11］。

本研究選擇了鋅汞齊還原法［12］制備目標(biāo)中間體，在選擇黃鳴龍反應(yīng)制備還原產(chǎn)物時沒有得到目標(biāo)產(chǎn)物［13-14］。

2.3 目標(biāo)產(chǎn)物的制備

目標(biāo)化合物的合成關(guān)鍵在于制備重要中間體2 -壬基對甲酚，與甲醛的反應(yīng)本研究參照雙酚抗氧劑2246 的合成［4，15］。目標(biāo)產(chǎn)物抗氧劑2，2′ -亞甲基雙(6 -壬基對甲酚)的結(jié)構(gòu)式如下，經(jīng)過表征確定得到了產(chǎn)品，產(chǎn)品為琥珀色粘稠液體，分子量為480。其核磁和質(zhì)譜特征經(jīng)過解析符合其分子結(jié)構(gòu)。

最終產(chǎn)品的合成可以用甲醛水溶液、多聚甲醛或者甲縮醛做溶劑，在抗氧劑2246 合成中應(yīng)用較多的是甲醛水溶液。但是利用甲醛水溶液做試劑時需要表面活性劑增加原料的相容性形成均相反應(yīng)，造成反應(yīng)體系復(fù)雜。而且甲醛水溶液存在儲存時間短、單位質(zhì)量甲醛釋放量小等缺點。研究中選擇了多聚甲醛和甲縮醛兩種試劑，考察了對產(chǎn)物的影響。表2 是以多聚甲醛和甲縮醛作為反應(yīng)試劑時的比較。

表2 兩種試劑對親核取化反應(yīng)的影響Table 2 Effect of the two agents on the nucleophilic substitution reactions

從表2 可知，多聚甲醛最大的缺點是需要借助甲苯等溶劑溶解實現(xiàn)均相反應(yīng)，優(yōu)點是原料容易運輸使用。而甲縮醛的優(yōu)點和缺點正好分別是多聚甲醛的缺點和優(yōu)點，其最大優(yōu)點是它既是反應(yīng)試劑又是溶劑，減少了額外溶劑的使用，另一個優(yōu)點是它的沸點不是很高，容易除去溶劑殘留，總之它們都是比較好的甲醛源。

3 結(jié)論

本研究以對甲酚為原料，經(jīng)過?；?、還原和親核取代反應(yīng)制備得到了新型大分子量液體雙酚類抗氧劑2，2′ -亞甲基雙(6 -壬基對甲酚)。對?；墓に囘M(jìn)行了一步法和兩步法制備2 -壬?；鶎追拥难芯俊＿€原反應(yīng)發(fā)現(xiàn)鋅汞齊還原能夠制備得到產(chǎn)物，而黃明龍反應(yīng)不能實現(xiàn)合成目標(biāo)。最后步驟參照比較成熟的抗氧劑2246 合成工藝，發(fā)現(xiàn)多聚甲醛和甲縮醛都是比較好的反應(yīng)試劑。經(jīng)過4 步反應(yīng)制備得到各中間體和最終目標(biāo)產(chǎn)物。

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