一种2,6-二氯甲苯的绿色合成工艺

王怡明王 芳顾咸建黄杰军徐志斌徐 林

1江苏扬农化工集团有限公司 （江苏扬州 225009）

2扬州工业职业技术学院 （江苏扬州 225127）

2,6-二氯甲苯（2,6-dichlorotoluene，简称2,6-DCT）是一种重要的化工中间体，广泛用于合成染料、抗生素替代物、杀虫剂、杀菌剂和除草剂[1-2]。例如：2,6-二氯甲苯氧化得到衍生物2,6-二氯苯甲醛，可用于制备医药中间体2,6-二氯苯甲醛肟、双氯苯唑青霉素和酸性媒介染料漂蓝B；2,6-二氯甲苯氨氧化得到衍生物2,6-二氯苯甲腈，可用于制备除草剂克乐和含氟酰基脲类杀虫剂等。2,6-二氯甲苯的合成路线[3-6]主要有4种：（1）甲苯直接氯化法。该方法反应步骤简单，但二氯苯混合物分离较复杂。（2）对甲苯磺酰氯定向氯化法。对甲苯磺酰氯在脱磺基过程中产生二氧化硫及氯气，“三废”量大且原料成本较高，不适合工业化生产。（3）邻、对硝基法。该方法以邻或对硝基甲苯为原料，经氯化、还原和重氮化反应后制得2,6-二氯甲苯；其缺点是“三废”多、收率低，设备投资较高，没有工业化价值。（4）烷基甲苯氯化法。该方法以甲苯为原料，通过在苯环上引入叔丁基产生位阻效应进行选择性氯化，所得2,6-二氯烷基甲苯经脱烷基反应制取2,6-二氯甲苯，具体路线如图1所示。

图1 甲苯、叔丁基氯和Cl2为原料制备2,6-二氯甲苯

国际市场对2,6-二氯甲苯的需求量很大，而我国目前为止仍依赖进口，寻找和开发合理的2,6-二氯甲苯合成路线及生产工艺，具有重大的意义。江苏扬农化工集团有限公司研究团队长期从事有工业应用前景的绿色、安全合成方法的研究[7-10]，该团队发现，烷基甲苯氯化法合成2,6-二氯甲苯的工艺路线具有较高的实用价值，但是目前报道的脱烷基过程中均因使用甲苯而产生了与目标产物等量的难处理副产物对叔丁基甲苯，且目标产物的综合收率仅在60%左右。为此，对该工艺进行了改进，在脱烷基步骤中不使用甲苯，仅在催化剂作用下对2,6-二氯-3,5-二叔丁基甲苯直接进行脱烷基反应，使用盐酸吸收脱烷基反应过程中生成的异丁烯，从而得到叔丁基氯。该改进工艺不仅解决了2,6-二氯甲苯生产过程中副产物的处理问题，而且整个工艺路线的收率达到相对较高的水平。

1 实验部分

1.1 试剂及仪器

原料：甲苯，99.5%（质量分数，下同），国药集团化学试剂有限公司；叔丁基氯，99.0%，上海阿拉丁生化科技股份有限公司；无水三氯化铝（AlCl3），工业级，天津市博迪化工有限公司；无水三氯化铁（Fe-Cl3），分析纯，天津市风船化学试剂科技有限公司；氯气，99.9%，金锦乐化学有限公司。

设备：6890型气相色谱仪，安捷伦科技（中国）有限公司。

1.2 实验步骤

1.2.1 合成3,5-二叔丁基甲苯

向带有搅拌器、温度计、恒压滴液漏斗和冷凝器的500 mL四口瓶中加入92.0 g（1.0 mol）甲苯和2.3 g AlCl3，滴加 215.6 g（2.0 mol）叔丁基氯，控制反应温度为30℃，以尾气吸收装置不再有HCl气体冒出为反应终点。向反应液中加水以溶解AlCl3，对水相进行真空浓缩结晶，负压下（约70 kPa）抽出的HCl用水吸收、结晶得到AlCl3浓缩液，经离心过滤、鼓风干燥后得到结晶AlCl3。油相经碱洗、水洗至中性后进行减压精馏，收集140℃时的馏分，得162.7 g 3,5-二叔丁基甲苯，收率为73.2%（以甲苯计），其质量分数为99.0%，熔点为30.9～31.7℃。1.2.2 合成2,6-二氯-3,5-二叔丁基甲苯

向带有搅拌器和温度计的250 mL四口瓶中加入102.0 g（0.5 mol）由3,5-二叔丁基甲苯、FeCl3和AlCl3组成的自制复合催化剂，控制反应温度为50℃，检测尾气中几乎不含HCl时停止反应。加入水溶解AlCl3，FeCl3并分离出水相，水相按烷基化水相处理方法进行处理；油相经碱洗、水洗至中性后进行减压精馏，收集2,6-二氯-3,5-二叔丁基甲苯馏分，得112.0 g，收率为82.0%。

1.2.3 合成2,6-二氯甲苯

向带有搅拌器、回流冷凝装置和温度计的250 mL 四口瓶中加入 108.8 g（0.4 mol）2,6-二氯-3,5-二叔丁基甲苯和1.1 g AlCl3，用38.0%的盐酸吸收脱烷基反应时溢出的异丁烯。控制反应温度为50℃，并以薄层色谱（TLC）监控反应进程，当2,6-二氯-3,5-二叔丁基甲苯消失的时候停止反应，得到脱烷基化液。对吸收装置中的盐酸和叔丁基氯的混合液进行分液，上层叔丁基氯回用于烷基化反应。

1.2.4 合成叔丁基氯

在装有搅拌器、温度计、回流冷凝装置和尾气吸收装置的500 mL四口瓶中加入300.0 mL质量分数为38.0%的盐酸，控制反应温度为30℃，持续通入异丁烯进行反应，以酸碱滴定监控反应终点，当盐酸质量分数下降到12.0%时停止反应，进行分液后弃去下层水相，得到257.0 mL叔丁基氯，收率为97%。

2 结果与讨论

2.1 合成3,5－二叔丁基甲苯

以甲苯和叔丁基氯为原料制备3,5-二叔丁基甲苯［见反应方程式（1）］，对反应条件进行了筛选。主要考察原料投料比［n（甲苯）∶n（叔丁基氯）］、催化剂种类、催化剂用量和反应温度对3,5-二叔丁基甲苯制备收率的影响，实验结果见表1。

表1 合成3,5－二叔丁基甲苯反应条件优化

2.1.1 催化剂种类的影响

首先对FeCl3和AlCl3催化甲苯和叔丁基氯反应制备3,5-二叔丁基甲苯的催化活性进行了考察。研究表明，在相同条件下，AlCl3的催化活性高于FeCl3（表 1，序号 1 和 2）。2.1.2 投料配比的影响

以2.0%（基于叔丁基氯的质量）AlCl3为催化剂，控制反应温度为20℃，考察了不同原料投料比对反应的影响（表1，序号1、3和4）。当n（甲苯）∶n（叔丁基氯）＝1∶2时，收率达到最高；n（甲苯）∶n（叔丁基氯）≤1∶2时，会产生较多的对叔丁基甲苯副产物；n（甲苯）∶n（叔丁基氯）≥1∶2时，反应中较容易生成多烷基产物，这是因为烷基是活化取代基，而烷基化的产物比起始原料反应活性更高，更容易形成黏稠的多烷基化产物，造成收率下降。

2.1.3 催化剂用量的影响

催化剂用量对该反应的影响较大，当AlCl3的质量由1.5%提高至2.5%时，3,5-二叔丁基甲苯的制备收率由56.7%迅速提高至85.3%，但继续提高催化剂用量，3,5-二叔丁基甲苯的制备收率不再提高（表1，序号1和5～7）。这是因为催化剂用量比较少时，叔丁基氯和AlCl3生成的叔丁基碳正离子不足，使得3,5-二叔丁基甲苯的制备收率较低。

2.1.4 反应温度的影响

从表1可知，反应温度为30℃时，反应收率最高（表1，序号6和8～10）。这是因为烷基化反应是一个放热的亲电取代反应，温度过高会抑制该反应的发生。

2.2 合成2,6－二氯－3,5－二叔丁基甲苯

以上一步骤合成得到的3,5-二叔丁基甲苯为原料、Cl2作为氯源，进行氯化反应［见反应方程式（2）］，对氯化的自制复合催化剂（FeCl3-AlCl3）用量和反应温度进行了考察。随着催化剂用量的增多，2,6-二氯-3,5-二叔丁基甲苯的收率逐渐升高（表2，序号1～4）。这可能是由于反应过程中，催化剂用量不足，进攻芳环的络合氯分子（Cl…Cl…AlCl3）较少，使得氯代反应难以进行，造成反应收率下降；而且反应过程中Cl2一直是足量的，在催化剂量不足的情况下，会有一部分Cl2分子直接进攻苯环，发生氯代反应。由于Cl2分子体积相比Cl…Cl…AlCl3较小，受到的空间阻碍也就比较小，因此氯代选择性降低。从表2可知，反应温度为50℃时，反应收率最高（表2，序号3和5～7）。这是因为苯环氯化是一个分两步进行的亲电取代过程，要首先生成一个碳正离子，该步骤强烈吸热，需要反应过程中温度适宜，如果温度过低，会造成收率下降；而第二步要生成一个HCl分子，该过程是放热的，温度过高会抑制反应的进行，同样会造成收率下降。

表2 合成2,6－二氯－3,5－二叔丁基甲苯反应条件优化

2.3 合成2,6－二氯甲苯及副产叔丁基氯

考察了2,6-二氯-3,5-二叔丁基甲苯脱烷基反应的反应温度及反应时间对2,6-二氯甲苯收率的影响，结果见图2。由图2可知，反应温度为50℃、反应时间为10 h时，2,6-二氯甲苯的收率最高，达到98.2%。

图2 反应温度和反应时间对2,6－二氯－3,5－二叔丁基甲苯脱烷基制备2,6－二氯甲苯的影响

使用质量分数为35%的稀盐酸吸收2,6-二氯-3,5-二叔丁基甲苯脱烷基时生成的异丁烯，反应生成叔丁基氯，可循环用于3,5-二叔丁基甲苯的合成。

2.4 叔丁基氯循环使用合成2,6－二氯甲苯

将上一步骤得到的叔丁基氯循环用于合成3,5-二叔丁基甲苯，循环使用4次，叔丁基氯回收率达到98%左右，3,5-二叔丁基甲苯的收率也基本稳定，具体见表3。

3 结论

由烷基甲苯氯化法制备2,6-二氯甲苯，烷基化反应投料比为n（甲苯）∶n（叔丁基氯）＝1∶2，反应温度为30℃，催化剂加入量为甲苯的2.5%；氯化采用自制的AlCl3-FeCl3复合催化剂，加入量为15%，反应温度为50℃；脱烷基反应温度为50℃，反应时间为10 h。整条路线的综合收率为76%；脱烷基化生成的异丁烯经盐酸吸收后生成叔丁基氯，可循环用于烷基化过程，回收率约为98%，且烷基化收率稳定。该路线原料简单易得，成本较低，异丁烯在整个工艺过程中可以循环使用。

表3 叔丁基氯循环使用合成2,6－二氯甲苯

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液空志愿者为“上马”提供急救保障

2017年 11月 12日，2017上海国际马拉松活动如期举行。是日，液化空气中国（液空中国）的22名急救志愿者为这场长达8小时的国际赛事提供急救保障。

“急救志愿者”项目是“液空关爱计划”企业社会责任系列项目之一。液空中国已连续两年为约40位志愿者组织了外部培训并获得急救保障资质。迄今为止，这些员工已为包括马拉松在内的20余场赛事累计提供了超过490小时的急救保障。

液空大中华区副总裁马瑞龙表示：“为响应集团的企业可持续发展计划，液化空气中国将继续鼓励企业员工积极投身于各类社会责任项目，为当地社区的安全与健康作出贡献。”

（虞仲义）