叔丁基苯的合成与应用

叔丁基苯的合成与应用
----罗小文(100703032474) 摘要：总结了叔丁基苯的生产方式和应用方向，对生产过程中催化剂的类型和特点进行了分析，描述了叔丁基苯的主要应用，对未来生产中的需求和研究方向进行了简要的论述。

关键词：叔丁基苯；有机合成；化工原料；催化剂
叔丁基苯(Tert-butylbenzene)广泛地应用于精细化工产品及其中间体的合成中，是重要的医药、香料和农药等精细化工中间体,是合成香料铃兰醛、农药NC-129(哒螨酮)、抗组胺药物类药物安其敏等精细化工产品的主要原料；除用于有机合成原料之外，也用作溶剂和色谱分析标准物质及聚合物交联剂。

从50年代起，国外对叔丁基苯的合成开始了深层次的研究，但叔丁基苯仍是目前国内市场上短缺的化工原料。

我国仅有少数厂家进行小规模的生产，叔丁基苯产量较少，远远满足不了国内的需求，主要依赖进口。

同时有关叔丁基苯国内生产状况的相关文献报道较少，因此，对叔丁基苯生产工艺的改进、催化剂种类和烷基化试剂选择的研究对国内叔丁基苯的开发与生产具有较好的指导意义。

1叔丁基苯的合成
1.1叔丁基苯合成的现有工艺
叔丁基苯的合成大多采用傅-克烷基化反应。

常见的烷基化试剂有叔丁醇、叔丁基氯和异丁烯;催化剂常选择无水三氯化铝、无水三氯化铁等Lewis酸。

叔丁基苯的合成主要以叔丁醇和苯为原料,在无水AlCl3为催化剂的催化下制备[1]，也可以利用异丁烯与苯反应制得[2]。

前者催化剂用量必须大于1mol(以叔醇1mol计),收率最高为62%。

但大量催化剂在反应中与原料叔丁醇作用，生成不溶于有机层混合物(红油)，不仅反应搅拌困难，在反应完成时，催化剂溶于稀酸而剧烈放热，给操作带来不便，且催化剂消耗量大，生产成本高；后者原料异丁烯储运困难，对生产设备要求较高，且易发生二烷基化等副反应。

据文献报道，用无水三氯化铁催化合成叔丁基苯，产物收率更高[3]。

但是与无水三氯化铝作为催化剂相同之处是，无水三氯化铁也具有很强的吸水性，与空气接触会吸潮水解，且容易结块，同时反应完成后仍需进行水解处理，催化剂消耗较大。

液体无机酸催化剂也是合成叔丁基苯的重要催化剂，而以液体酸为催化剂存在设备腐蚀严重、副反应多、后处理困难、环境污染严重、催化剂不能重复使用等问题。

1.2叔丁基苯合成的新工艺
目前，叔丁基苯的合成文献报道很少，现有文献对合成新工艺报道基本都是通过对催化剂
的改变以此达到优化叔丁基苯的合成工艺。

1.2.1活性氧化铁催化合成叔丁基苯[5-9]
袁淑军等[4]采用自制的活性氧化铁作为烷基化催化剂，叔丁基氯为烷基化试剂，进行苯的烷基化反应，从而合成了叔丁基苯[10]。

氧化铁在高温下处理后可提高催化活性，不经焙烧或焙烧后的催化剂放置在空气中较长时间后都会失去催化活性。

1.2.2质子酸离子液体催化合成叔丁基苯
用质子酸离子液体代替传统催化剂催化苯和叔丁醇反应合成叔丁基苯是目前效果较好的催化剂之一[11]。

质子酸离子液体作为一种新型的烷基化反应的溶剂和催化剂，具有低蒸汽压、对环境友好、高催化效率和易回收利用等特点。

质子酸离子液体以其优良特性在酸催化反应中显示出巨大的优势，主要表现为:(1)离子液体与固体酸相似，没有挥发性，具有环境友好的优点；(2)质子酸酸性的调变更容易，更精细，从而更有利于催化剂的优化；(3)离子液体具有液体材料的优势，如流动性好、酸强度分布均匀等，催化效率高，易回收利用。

l.3叔丁基苯合成中的基本问题
反应中所用原料及反应装置必须充分干燥，并防止湿气进入；在制备单烷基苯的过程中，为增加单烷基苯的总收率，通常苯过量较多，反应效率较低；反应完成后，催化剂需用水或者酸分解，其间会有大量热能和催化剂分解物生成，对环境造成较大的潜在危害；反应完毕后必须立即进行分解，长时间放置会导致催化剂和反应产物再次反应，导致副反应增加。

2叔丁基苯的应用
叔丁基苯的应用是极其广泛的，通过深度加工已经开发了很多新产品，主要的应用方向是以农药、香料、医药等高附加值的精细化工产品为主。

2.1制备香料铃兰醛[12]
铃兰醛又名百合醛，是一种应用广泛的日化香料，具有铃兰、百合、紫丁香、兔耳草和仙客来等香气，是一种香气清新、幽雅的花香型香料，通常用于调配素馨兰、东方香型、花香型香精。

目前我国所需的铃兰醛大多依赖进口。

叔丁基苯是合成铃兰醛的最原始原料，其生产步骤是：
(1)制备对叔丁基苯甲醛
反应温度控制在60℃左右，硫酸存在下，将叔丁基苯、甲醛和浓盐酸混合反应得到对叔丁基氯化苄，然后在稀醋酸中同六次甲基四胺反应，经加热水解就得到。

制备对叔丁基苯甲醛的化学反应过程见图l。

图1
(2)制备铃兰醛
以乙醇为溶剂，氢氧化钠为催化剂，对叔丁基苯甲醛与正丙醛缩合制取甲基对叔丁基苯丙烯醛，再以钯碳作催化剂，催化氢化即得产品。

制备铃兰醛的化学反应过程见图2。

图2
2.2制备4-叔丁基邻苯二甲睛
4-叔丁基邻苯二甲睛是合成四叔丁基金属酞菁的中间体。

金属酞菁化合物不仅可作为颜料、染料、有机半导体、光学分子材料、化学药物，还可用于催化多种化学反应。

生产步骤[13]：以叔丁基苯经溴化后再被腈代，得到叔丁基二甲腈。

制备4-叔丁基邻苯二甲睛的化学反应过程见图3。

图3
2.3制备4-叔丁基碘苯
2001年牛津大学Burn研究组最先报道高效率的树枝状共轭芳基铂-卟啉配合物新型电致磷光材料，其中所用的4-叔丁基碘苯是合成获得发光性能优良的新型电致磷光材料的重要中间体。

生产步骤[14]：叔丁基苯经混酸处理，得到硝基叔丁基苯，再经氢化还原和重氮化反应得到产物，化学过程见图4。

图4
2.4制备对叔丁基苯乙腈
对叔丁基苯乙腈既是合成药物及农药的中间体，也用作调配香料的组分。

对叔丁基苯乙腈的制备方法是以对叔丁基氯化苄或溴化苄为原料，与氰化钠或氰化钾在水或有机溶剂中反应，粗品经过减压蒸馏而得。

生产步骤[15]：在相转移催化剂和乙醇与水为反应的介质中,对叔丁基氯化苄和氰化钠进行取代反应得到产物。

制备对叔丁基苯乙腈的化学反应见图5。

图5
3.小结
我国叔丁基苯的应用领域领与国外相比还有一定差距，而且作为短缺的一种化工原料，我国应加强新产品、新用途、新品种的开发研制。

除了加强在农药、香料、医药中的开发研究外，还应开发在高效抗氧化剂、有机闪烁剂、紫外线吸收剂、新型电致磷光材料等产品中的应用,开发多品种延伸产品。

通过以上总结,我们确认叔丁基苯作为一种重要的化工原料,具有较好的应用前景,在生产过程中,以无水三氯化铝为代表的催化剂的是生产过程的决定性环节,对叔丁基苯应用方向进行了全面总结，对主要产品的生产工艺进行了详细的描述。

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