1-(4-甲基苯基)乙醇的合成工艺研究*

马秀玲，何月月，吕志果

(青岛科技大学 化工学院，山东 青岛 266042)

1-(4-甲基苯基)乙醇是一种具有玫瑰香气的香料，可用于调制玫瑰、铃兰、丁香等花香型香精，也可用于合成药物、化妆品以及其它香料的原料。其合成工艺可以甲苯为原料，经傅-克酰基化反应制得4-甲基苯乙酮，再经加氢还原制得1-(4-甲基苯基)乙醇。傅-克酰基化反应一般以氯化铝、氢氟酸等强路易斯酸或很强的质子酸作为催化剂，让酰氯或羧酸酐与苯环进行反应[1-4]。它是将碳链连接到芳香环上的一种很重要的方法，作为制备各类芳基酮、杂环芳烃酮等的重要手段，在香料、医药、染料等工业生产中有着非常广泛的应用[5-9]。以4-甲基苯乙酮为原料，加氢制备1-(4-甲基苯基)乙醇的催化剂可以是铂、钯、镍、铜等，但贵金属催化剂的价格比较昂贵，且能同时还原分子中的碳碳双键、碳碳三键、硝基，选择性不理想；镍催化剂制备工艺复杂，稳定性差，失活较快，并且产品醇的选择性较低[10]。而铜基催化剂因其价廉，且制备成本较低，并且在加氢反应中具有较高的活性，产品纯度高，是一个极具工业应用前景的催化剂[11]。

以甲苯为原料，三氯化铝作催化剂，与乙酰氯发生傅-克酰基化反应制备4-甲基苯乙酮，通过考察反应的溶剂、反应时间以及不同物质之间的物质的量比对反应收率的影响，得到了合成4-甲基苯乙酮理想的工艺条件。采用共沉淀法制备了CuO-NiO-MnO2/SiO2铜基催化剂，在连续微型固定反应器上用于催化4-甲基苯乙酮加氢制1-(4-甲基苯基)乙醇的反应，通过考察H2压力、反应温度、n(H2)∶n(4-甲基苯乙酮)以及液空速对催化剂加氢性能的影响，得到了合成1-(4-甲基苯基)乙醇较优的工艺条件。

1 实验部分

1.1 试剂与仪器

甲苯、盐酸：分析纯，烟台三和化学试剂有限公司；乙酰氯：分析纯，天津市科密欧化学试剂有限公司；无水三氯化铝、二氯甲烷、1,2-二氯乙烷、NaOH：分析纯，天津博迪化工股份有限公司；无水硫酸镁：分析纯，无锡市默克尔精细化学品有限公司；无水氯化钙：分析纯，天津市北辰方正试剂厂；Cu(NO3)2·3H2O、Ni(NO3)2·6H2O：分析纯，天津市巴斯夫化工有限公司；硝酸锰溶液：质量分数50%，分析纯，天津博迪化工股份有限公司；硅胶：工业品，青岛海洋化工有限公司；氢气：质量分数99.9%，青岛合利气体有限公司；一氧化碳：质量分数99.9%，青岛信和源气体有限公司；去离子水，自制。

FA1004型电子天平：上海良平仪器仪表有限公司；SHB-Ⅲ 循环水式真空泵：郑州长城科工贸有限公司；电热鼓风干燥箱：龙口市电炉制造厂；DF-101S集热式恒温加热磁力搅拌器：郑州长城科工贸有限公司；RE-52AA旋转蒸发器：上海亚荣生化仪器厂；微型固定床反应器：华东理工大学联合化学反应工程研究所；YSB-2型平流泵：中科院上海原子核研究所实验工厂；SP-6800A气相色谱仪：山东鲁南瑞虹化工仪器有限公司；安捷伦7890-5975气相色谱-质谱联用仪：安捷伦科技有限公司。

1.2 实验过程

1.2.1 傅-克反应步骤

快速称取一定量的无水三氯化铝，放入250 mL的三口烧瓶中，立即加入一定体积溶剂，在搅拌下通过滴液漏斗缓慢滴加乙酰氯，滴完乙酰氯后开始滴加称好的甲苯，在冰水浴反应至无氯化氢气体逸出。将三口烧瓶取出，将三口烧瓶中的液体在搅拌下缓慢滴加到装有一定量的浓盐酸与冰水混合物的烧杯中，搅拌至铝盐全部溶解。然后用250 mL的分液漏斗分出有机层，用水洗涤，再用无水硫酸镁干燥，过滤，先减压蒸除溶剂，再经减压蒸馏得到4-甲基苯乙酮，进气相色谱仪及气相色谱-质谱联用仪分析。

1.2.2 加氢反应步骤

采用共沉淀法，将一定质量的Cu(NO3)2·3H2O、Ni(NO3)2·6H2O、质量分数50%的硝酸锰溶液溶于一定量的的去离子水中，与NaOH水溶液在磁力搅拌下同时滴加到500 mL三口烧瓶中，在一定温度下反应一段时间，然后升温老化、抽滤、干燥及焙烧后加压成型，破碎、筛分出0.038～0.12 mm的负载型铜基催化剂。

4-甲基苯乙酮的加氢反应在高压微型连续固定床反应器上进行。在不锈钢管式反应器(内径20 mm)中装填一定量的铜基催化剂，床层上下填充适量石英砂。用V(H2)∶V(N2)=3∶17的混合气体，设定升温程序对CuO-NiO-MnO2/SiO2催化剂进行还原，然后切换成一定压力的反应气H2，再将4-甲基苯乙酮和氢气混合、预热进入反应装置。反应系统的压力由背压阀控制，反应产物经低温冷凝和气液分离，由取样口取出进行气相及气-质分析。

1.3 分析仪器及测试条件

GC-MS：用安捷伦7890-5975气相色谱-质谱联用仪进行分析，色谱柱HP-5MS 30 m×0.25 mm×0.25 μm，进样口温度260 ℃，进样量0.4 μL，分流比50∶1，柱载气流速0.7 mL/min，初始柱温60 ℃，保持2 min，升温速率10 ℃/min，终止柱温250 ℃，保持5 min。

GC分析使用SP6800-A型气相色谱仪，氢火焰离子检测器，SE-30毛细管色谱柱(长30 m、直径0.32 mm，涂膜厚度0.5 μm)。载气：高纯N2；助燃气：空气；检测方式为程序升温，进样量0.1 μL，初始柱温60 ℃，停留2 min，以15 ℃/min升温至250 ℃，停留5 min，气化室温度280 ℃，检测室温度280 ℃。结果采用面积归一法计算。

2 结果与讨论

2.1 傅-克反应条件的考察

2.1.1 不同溶剂对反应的影响

在傅-克酰基化反应动力学研究过程中，发现溶剂对反应的影响是非常大的[12]。

以乙酰氯为酰化试剂，n(AlCl3)：n(乙酰氯)=1.5，反应时间3 h，反应温度0 ℃，在相同反应条件下，分别以甲苯、1,2-二氯乙烷、二氯甲烷作溶剂时，考察了溶剂对反应的影响，结果见表1。

表1 以乙酰氯做酰化试剂，不同溶剂对反应的影响

由表1可以看出以乙酰氯为酰化试剂，在相同的反应条件下，二氯甲烷作溶剂时产品的收率最高，且二氯甲烷的沸点低，在后面的分离减压蒸馏过程中，与4-甲基苯乙酮容易分离，是此反应比较理想的溶剂。

2.1.2 n(AlCl3)∶n(甲苯)∶n(乙酰氯)对反应结果的影响

以二氯甲烷作溶剂，反应时间3 h，反应温度0 ℃，在相同的反应条件下，进一步考察n(AlCl3)∶n(甲苯)∶n(乙酰氯)对产品收率的影响，结果见表2。

表2 不同n(AlCl3)∶n(甲苯)∶n(乙酰氯)对反应的影响

由表2可见，当乙酰氯比甲苯过量且与无水三氯化铝的物质的量比相同时产率最高。这与傅-克酰基化的反应机理有关，先使等物质的量比的三氯化铝与乙酰氯作用生成酰基正离子或形成络合物的中间体，然后甲苯再去进攻此中间体，最后进行去质子化得到与三氯化铝配位形式的产物。

2.1.3 反应时间的考察

以二氯甲烷作溶剂，n(AlCl3)∶n(甲苯)∶n(乙酰氯)=1.1∶1∶1.1，反应温度0 ℃，相同滴加速率的条件下，进一步考察反应时间对产品收率的影响，结果见表3。

表3 反应时间对反应的影响

由表3可见，当反应时间为1 h时，得到的产品收率最高。反应时间越长，得到的副产物邻位上的甲基苯乙酮增加，从而使得对甲基苯乙酮的收率下降，所以当反应时间为1 h，反应收率最高，可达99.5%，产品纯度可达99.2%。

2.2 4-甲基苯乙酮加氢反应影响因素考察

2.2.1 氢气压力的影响

在反应温度100 ℃，液空速0.30 h-1，n(H2)∶n(4-甲基苯乙酮)=30的条件下，考察氢气压力对4-甲基苯乙酮加氢反应的影响，结果见表4。

表4 反应压力对4-甲基苯乙酮加氢反应的影响

由表4可知，在(1.0～3.0)MPa，随着氢气压力的升高，4-甲基苯乙酮的转化率增大，在2.0 MPa时达到100%，1-(4-甲基苯基)乙醇的收率则先增大后减少。这是因为氢气作为反应物之一，其压力的提高，有利于氢气向催化剂孔内扩散，有助于反应物在催化剂表面活性组分上的吸附，提高了1-(4-甲基苯基)乙醇的收率。氢气的压力达到2.0 MPa后继续增大，由于氢气压力过高，催化剂活性位上大量的吸附氢会使反应生成的1-(4-甲基苯基)乙醇很容易地进一步加氢生成副产物对甲基乙苯，导致1-(4-甲基苯基)乙醇的收率下降。因此适宜的反应压力为2.0 MPa。

2.2.2 反应温度的影响

在氢气压力2.0 MPa，液空速0.30 h-1，n(H2)∶n(4-甲基苯乙酮)=30∶1的条件下，考察反应温度对4-甲基苯乙酮加氢反应的影响，结果见表5。

表5 反应温度对4-甲基苯乙酮加氢反应的影响

由表5知，温度由80 ℃升到180 ℃，4-甲基苯乙酮的转化率增大，在100 ℃时达到100%，1-(4-甲基苯基)乙醇的收率先增大后减少，在100 ℃达到最大。这是由于温度升高有助于催化剂的活性提高，加快反应速率，1-(4-甲基苯基)乙醇的收率提高；但随着温度进一步升高，催化剂活性增大导致过度加氢，会加剧副产物对甲基乙苯的生成，而且可能加剧催化剂的烧结或结焦。所以确定反应温度为100 ℃。

2.2.3 n(H2)∶n(4-甲基苯乙酮)的影响

在反应温度100 ℃，压力2.0 MPa，液空速0.3 h-1的条件下，考察n(H2)∶n(4-甲基苯乙酮)对4-甲基苯乙酮加氢反应的影响，结果见表6。

表6 n(H2)∶n(4-甲基苯乙酮)对4-甲基苯乙酮加氢反应的影响

由表6可以看出，随着n(H2)∶n(4-甲基苯乙酮)的增大，4-甲基苯乙酮转化率明显提高，1-(4-甲基苯基)乙醇的收率先增大后减小。由于中间产物和氢气存在竞争吸附，n(H2)∶n(4-甲基苯乙酮)过小，吸附在催化剂表面的氢气量少，反应不充分，产物收率低。当n(H2)∶n(4-甲基苯乙酮)=30∶1时，产物收率达到最大，1-(4-甲基苯基)乙醇收率达到97.6%，继续增加氢气量，产物收率下降。这可能是由于过高的n(H2)∶n(4-甲基苯乙酮)导致副反应加剧。因此，最适宜的n(H2)∶n(4-甲基苯乙酮)=30∶1。

2.2.4 液空速的影响

在反应温度100 ℃，压力2.0 MPa，n(H2)∶n(4-甲基苯乙酮)=30∶1的条件下，考察液空速对4-甲基苯乙酮加氢反应的影响，结果见表7。

表7 液空速对4-甲基苯乙酮加氢反应的影响

随着液空速的增大，1-(4-甲基苯基)乙醇的收率先增大后减小。这是由于液空速过小时，中间产物在反应器内的停留时间长，反应生成副产物，导致产物收率低；液空速过大，中间产物在反应器内的停留时间减少，不利于在催化剂活性中心上的吸附，反应不完全，产物的收率变低。由表7可以看出，液空速在0.3 h-1，1-(4-甲基苯基)乙醇的收率较高，因此较合适的液空速是0.3 h-1。

3 结 论

(1) 以乙酰氯为酰化剂、二氯甲烷为溶剂、n(AlCl3)∶n(甲苯)∶n(乙酰氯)=1.1∶1∶1.1，反应时间1 h，反应温度0 ℃条件下，甲苯与乙酰氯发生傅-克酰基化反应转化率达100%，4-甲基苯乙酮收率为99.5%，纯度可达99.2%；

(2) 以CuO-NiO-MnO2/SiO2为催化剂，采用连续微型固定床反应器在反应温度100 ℃，氢气压力2.0 MPa，液空速0.3 h-1，n(H2)∶n(4-甲基苯乙酮)=30∶ 1的条件下催化加氢合成1-(4-甲基苯基)乙醇，4-甲基苯乙酮转化率达100%，1-(4-甲基苯基)乙醇的收率可达97.6%。

[ 参 考 文 献 ]

[1] Olah G A.Friedel-Crafts and related reactions[M].New York and London:Wiley & Sons,Inter science Publishers,1964:695-696.

[2] Graham T W.Organic chemistry[M].New York:University of South Florid,1996:664-670.

[3] Friedel C,Crafts J M.On some decompositions produced by the action of chloride of aluminium[J].J Chem Soc,1882,41:115-116.

[4] Dzudza A,Marks T J.Lanthanide triflate-catalyzed arene acylation.relation to classical friedel-crafts acylation[J].J Org Chem,2008,73(11):4004-4016.

[5] 李志芳,杨成军,郑红芳,等.FeCl3催化羰基化合物与芳烃的还原Friedel-Crafts烷基化反应[J].有机化学,2009,29(3):403-408.

[6] 李俊兰.合成芳香酮的新型催化剂研究进展[J].现代化工,1989,9(4):18-21.

[7] Sebti S,Tahir R,Nazih R,et al.Comparison of different Lewis acids supported on hydroxyapatite as new catalysts of Friedel-Crafts alkylation[J].Appl Catal A,2001,218(1/2):25-30.

[8] Shimada H,Nishimura N,et al.Hydrotalcite-derived Mg/Al mixed oxides as support materials for the Friedel-Crafts catalyst ZnCl2[J].Bull Chem Soc Jpn，2006,79(4):660-662.

[9] Li C,Liu W,Zhao Z.Efficient synthesis of benzophenone derivatives in lewis acid ionic liquids[J].Catal Commun,2007,8(11):1834-1837.

[10] 徐长青,朱大建,李光兴.3种镍基催化剂对苯乙酮的催化加氢对比研究[J].化学试剂,2005,27(3):129-132.

[11] 吴现印,吕志果,张伟伟.α-羟基-β,β-二甲基-γ-丁内酯绿色合成工艺研究[J].青岛科技大学学报:自然科学版,2011,32(5):446-450.

[12] 黄志良,靳立群,雷爱文.傅-克酰基化反应的机理及动力学研究进展[J].综述与进展,2011,31(6):775-783.