張應鵬 譚偉 楊云裳

摘 要：設計了一種合成4，4'-二羥基聯(lián)苯的新方法，以聯(lián)苯為原料，經Friedel-Crafts酰基化反應、Baeyer-Villiger氧化反應、酯水解反應得到4，4'-二羥基聯(lián)苯。中間體和產物的結構均經1H NMR、元素分析和熔點儀進行表征確認，并且對反應條件進行了優(yōu)化，取得了較高的收率。

關 鍵 詞：4，4'-二羥基聯(lián)苯； 聯(lián)苯； Friedel-Crafts?；?Baeyer-Villiger氧化； 酯水解

中圖分類號：TQ 028 文獻標識碼： A 文章編號： 1671-0460（2015）10-2277-03

Study on Synthesis of 4，4'-Dihydroxybiphenyl

ZHANG Ying-peng， TAN Wei， YANG Yun-shang

（School of Petrochemical Engineering，Lanzhou University of Technology， Gansu Lanzhou 730050，China）

Abstract： A new method to synthesize 4，4'-dihydroxybiphenyl was designed by using diphenyl as raw material via Friedel-Crafts acylation，Baeyer-Villiger reaction， hydrolysis of ester. The structures of product and intermediates were confirmed by 1H NMR， elemental analysis and melting point apparatus. And the reaction conditions were optimized， higher yield was achieved.

Key words： 4，4'-dihydroxybiphenyl； Diphenyl； Friedel-Crafts acylation； Baeyer-Villiger reaction； Hydrolysis of ester

4， 4' -二羥基聯(lián)苯是一種重要的有機中間體，常作為橡膠防老劑[1]和塑料抗氧劑[2]，用于無色硫化橡膠制品、食品包裝用橡膠制品及醫(yī)用乳膠制品，也用于氯化硫冷硫化制品，如醫(yī)用手套等。同時，它也是一種染料中間體和石油制品穩(wěn)定劑，如合成光敏材料[3]、潤滑油脂的穩(wěn)定劑[4]。在合成高聚物方面[5，6]，由于其耐熱性極佳，常用作為聚酯、聚氨酯、聚碳酸酯、聚砜及環(huán)氧樹脂等的改性單體，用以制造優(yōu)良的工程塑料和復合材料等，目前其高純度產品主要用于合成液晶聚合物[7]。4，4'-二羥基聯(lián)苯應用廣泛，但是由于技術、生產、工藝、環(huán)保等各方面的限制，目前國內高純度 4，4'-二羥基聯(lián)苯的生產能力一直很低，處于供不應求狀態(tài)。

目前生產4，4'-二羥基聯(lián)苯有以下五種方法：

（1）聯(lián)苯磺化堿融法（圖1）[8，9]

該方法合成路線簡單、產率較高，在工業(yè)上被廣泛采用。但是反應過程中采用了濃酸、強堿，造成環(huán)境污染。

（2）聯(lián)苯胺的重氮化法[10]

這種方法中，重氮鹽不穩(wěn)定且易分解發(fā)生爆炸，反應需要在低溫下進行，而且反應原料毒性較大，此法不適宜大規(guī)模工業(yè)生產（圖2）。

（3）鹵代聯(lián)苯水解法（圖3） [11]

這種方法需要在高溫下發(fā)生反應，反應能耗太高。

（4）2，6二叔丁基苯酚氧化偶聯(lián)還原脫烷法（圖4） [12]

此類方法反應步驟較多，過程復雜，產率過低。

（5） 2，6二甲基苯酚氧化偶聯(lián)還原脫烷（圖5）法[13]

這種方法與第四種方法類似，產率有所提高。

據此，本研究設計了一種新方法合成了4，4'-二羥基聯(lián)苯，具體過程如下如圖6所示。以聯(lián)苯為原料，第一步Friedel-Crafts酰基化得到4，4'-乙酰基聯(lián)苯；第二步通過Baeyer-Villiger氧化反應得到4，4'-二乙酰氧基聯(lián)苯；第三步將4，4'-二乙酰氧基聯(lián)苯水解得到4，4'-二羥基聯(lián)苯。

1 實驗部分

1.1 試劑與儀器

XRC-1型顯微熔點儀（四川大學科學儀器廠）；Bruker Avance 400型核磁共振儀（TMS為內標，CDCl3作溶劑）； Vario Ⅲ 元素分析儀（德國Elementar 公司）； 所用試劑均為市售化學純。

1.2 實驗過程

1.2.1 4，4'-二乙酰基聯(lián)苯的合成

在500 mL燒瓶中加入7.334 g（55 mmol）無水AlCl3，250 mL CH2Cl2，冰水浴攪拌條件下滴加4.318 g（55 mmol，30 mLCH2Cl2溶解）乙酰氯，滴加速度控制在每分鐘30滴，待反應體系澄清后，加入4.256 g（25 mmol，30 mLCH2Cl2溶解）聯(lián)苯，滴加速度控制在每分鐘30滴，滴加完畢后，反應1 h，升溫至室溫后，40 ℃攪拌回流24 h；反應結束后將反應液攪拌倒入冰水混合物中，減壓蒸出二氯甲烷，抽濾，濾餅用蒸餾水沖洗，得到粗產品；粗產品用95%的乙醇重結晶三次。計算產率，表征產物。

1.2.2 4，4'-二乙酰氧基聯(lián)苯的合成

（1）催化體系篩選

稱取0.238 g（1 mmol）4，4'-二乙?；?lián)苯于12支柱塞試管，分別加入等量不同的催化劑，溶劑、反應溫度根據催化劑而定，TLC跟蹤反應，每30 min檢測一次，反應時間以薄層色譜檢測為準。產物提純，計算產率。實驗結果列于表1。

（2）催化劑量的篩選

由（1）得到最佳催化體系為H2O2/I2，對H2O2和I2的用量進行篩選。分別準確稱取0.238 g（1 mmol）4，4'-二乙酰基聯(lián)苯于12支柱塞試管，加入不同量的H2O2和I2，25 ℃反應1.5 h，提純，計算產率。實驗結果列于表2。

（3）最優(yōu)條件驗證

在500 mL單口圓底燒瓶中加入250 mL 冰乙酸，1.524 g （6 mmol）的碘， 23.3 mL（ 300 mmol，30%水溶液）的H2O2，常溫攪拌30 min后，加入7.149 g（30 mmol）4，4'-二乙酰基聯(lián)苯。TLC跟蹤至反應結束，反應結束后將反應液倒入蒸餾水中，固體析出完全后，抽濾，濾餅用大量蒸餾水洗滌，得到粗產物。95%乙醇重結晶三次，產物置于80 ℃真空干燥2 h。表征產物。

1.2.3 4，4'-二羥基聯(lián)苯的合成

在250 mL單口圓底燒瓶中加入5.401 g（20 mmol）4，4'-二乙酰氧基聯(lián)苯，150 mL乙醇，3.333 g （80 mmol，含量大于96%，30 mL水溶解）氫氧化鈉，80 ℃攪拌回流1 h后，冷卻至室溫，將反應液倒入300 mL蒸餾水中，用3 mol/L的鹽酸調節(jié)pH至酸性，當固體不再析出后抽濾，濾餅用蒸餾水洗滌至濾液為中性，得到粗產物。粗產物用95%乙醇重結晶三次，產物置于80 ℃真空干燥2 h。表征產物。

2 結果與討論

2.1 反應條件篩選

在合成4，4'-二乙酰基聯(lián)苯中，我們按照文獻[14]方法，常溫下進行?；磻?，反應未得到目標產物。我們將反應置于40 ℃加熱回流，得到目標產物，產率高達98%。我們推斷，可能是由于取代的乙?；g化了對位的苯環(huán)，導致對位苯環(huán)?；y度增加，升高反應溫度有利于產物生成。

反應第二步Baeyer-Villiger氧化反應合成4，4'-二乙酰氧基聯(lián)苯，我們對文獻報道的氧化體系進行了篩選，結果如表1所示。

表1 催化體系的篩選

Table 1 The selection of catalyst system

序號 氧化劑 溶劑 T/℃ t/h 產率a，%

1 KHSO5 CH2Cl2 25 24 16

2 KHSO5/H2SO4 CH2Cl2 25 6 83

3 I2 AcOH 25 24 0

4 H2O2 AcOH 45 24 19

5 H2O2/ I2 AcOH 25 1.5 91

6 CF3CO3H AcOH 25 2 78

7 CH3CO3H AcOH 25 3 75

8 C6H5CO3H AcOH 25 3.5 80

9 mCPBAb AcOH 25 2 87

10 H2O2/Al2O3 AcOH 25 24 53

11 H2O2/Na2B4O7 AcOH 25 12 82

12 H2O2/BF3 AcOH 25 12 76

a： 純化后的產率； b： 間氯過氧苯甲酸。

實驗選用了12種不同的催化體系，催化劑的量相等，溶劑和反應溫度是根據催化劑的性質而定，反應時間以TLC檢測為準。實驗1和實驗2比較，KHSO5可以催化反應，但反應時間長，轉化率低，加入H2SO4以后反應時間縮短，產率提高，推斷酸性條件有利于KHSO5催化反應正向進行。由實驗3、4、5比較，只有I2催化的時候反應不發(fā)生，H2O2雖然可以催化反應，但是催化效率不高，即使反應溫度升高到45 ℃，時間延長至24 h，也只有19%的收率。H2O2/I2催化體系，H2O2和 I2協(xié)同催化，反應溫度低，反應時間段，產率高達91%。比較試驗6、7、8、9，有機過酸催化該反應，反應都取得了較高的收率，但有機過酸價格高、有一定的危險性及會產生羧酸鹽廢物。比較試驗5、10、11、12，都為H2O2和路易斯酸的混合催化體系，其中試驗5 H2O2/I2催化體系得到了最佳的收率。綜合12組實驗進行比較，我們選用H2O2/I2為最佳催化體系。

對H2O2和I2的用量進行了優(yōu)化，結果如表2所示。

分別對H2O2和I2的用量進行單因素實驗，當I2的量不變時，反應產率隨著H2O2的量增加而增加，但是氧化劑H2O2的量超過10 equiv時，產率不再增加，故選擇10 equiv為最佳量。保持H2O2的量不變，改變I2的量，實驗結果顯示，當I2用量為0.2 equiv時取得較高產率95%，后面即使增加I2的量，產率也沒有明顯提高，雖然在0.2 equiv的時候取得了最高產率96%，但在0.3 equiv的時候產率又回到95%，相差很小，推斷可能是實驗操作導致的誤差，故我們選擇0.2 equiv為最佳用量。對得到的最佳反應條件進行放大實驗，產率高達94%，證明實驗條件穩(wěn)定、可靠。

表2 反應催化劑量的篩選

Table 2 The selection of reaction catalyst amount

序號 H2O2（equiv） I2（equiv） 產率b，%

1 2 0.15 26

2 4 0.15 46

3 6 0.15 76

4 8 0.15 83

5 10 0.15 90

6 11 0.15 91

7 12 0.15 90

8 10 0.05 63

9 10 0.10 87

10 10 0.20 95

11 10 0.25 96

12 10 0.30 95

a： 反應條件：0.238 g（1 mmol）4，4'-二乙?；?lián)苯，冰乙酸為溶劑，25 ℃反應1.5 h；b：純化后的產率。

第三步4，4'-二乙酰氧基聯(lián)苯水解，根據4，4'-二羥基聯(lián)苯的性質，我們選用堿式水解法，在4，4'-二乙酰氧基聯(lián)苯水解的過程中氫氧化鈉既作為催化劑催化反應，也可以與水解后的產物乙酸和4，4'-二羥基聯(lián)苯反應，促進4，4'-二乙酰氧基聯(lián)苯的水解，從而加快反應速率。反應結束反應液倒入蒸餾水中，再利用4，4'-二羥基聯(lián)苯不溶于水的性質，加酸使4，4'-二羥基聯(lián)苯從水中沉淀下來。水解反應較為徹底，得到了高達97%的收率。

2.2 中間體和產物結構表征

4，4'-二乙?；?lián)苯：白色固體；產率：98%；熔點：188～189 ℃（文獻值[15]：189～192 ℃）；1H NMR （400 MHz， CDCl3） δ 8.06（d， J = 8.3 Hz， 4H）， 7.73 （d， J = 8.3 Hz， 4H）， 2.66（s， 6H）；元素分析（%，C16H14O2計算值） ：C 80.64（80.65），H 5.90（5.92），O 13.42（13.43）。

4，4'-二乙酰氧基聯(lián)苯：白色固體；產率：95%；熔點：165-166 ℃（文獻值[16]：167～168 ℃）；1H NMR （400 MHz， CDCl3） δ 8.06 （d， J =8.3 Hz， 4H）， 7.73 （d， J = 8.3 Hz， 4H）， 3.70 （s， 6H）；元素分析（%，C16H14O4計算值）：C 71.12 （71.10），H 5.20（5.22），O 23.68（23.68）。