99-87-6 / 對異丙基甲苯的應用和制備

背景及概述^[1][2]

對異丙基甲苯(俗稱對傘花烴)是一種十分重要的化工產品和用途廣泛的有機合成中間體。隨著近年來市場對對甲酚尤其是高純度對甲酚需求量的不斷增長，可以預計對傘花烴的主要用途將是用來合成對甲酚，這一研究領域也因此有著廣泛的應用背景，蘊藏著巨大的市場潛力。傳統上，異丙基甲苯(即傘花烴)是由甲苯和丙烯(或丙醇)通過Frield-Craf t s烷基化反應制得。這是一個選擇性很差的反應，實際上得到的是鄰、間、對異丙基甲苯的混合物，由它制得的甲酚也是混合甲酚。近年來，不斷有高選擇性合成對異丙基甲苯的報道，制得的對異丙基甲苯可以用來合成高純度對甲酚。對異丙基甲苯的合成方法從料來看可以歸納為兩條路線，一是以甲苯為原料(即甲苯的異丙基化) ，二是以松節油為原料(即松節油中萜烯的異構化及脫氫反應)。

應用^[1-3]

對異丙基甲苯(俗稱對傘花烴)是一種十分重要的化工產品和用途廣泛的有機合成中間體，它可用于軟飲料、冰制食品、糖果、口香糖、調味料中；也可用來合成多種多環麝香型香料如傘花麝香、粉檀麝香、吐納麝香等、藥物、除草劑、殺菌劑等； 由其制成的對苯二甲酸可用于制造合成樹脂、合成纖維和增塑劑；對傘花烴經氧化、酸解得到對甲酚及聯產品丙酮，而對甲酚是合成農藥、醫藥、合成材料、香料等精細化工產品的重要原料。其應用舉例如下：

1. 合成吐納麝香。吐納麝香(tonalide)是一種具有萘滿結構的人工合成麝香，其香質優良，香氣優雅，留香持久，耐酸、堿，自然光照下不變色，擴散力強，對人體肌膚無刺激，與其它香料調和性好，是一種理想的香原料，廣泛適用于化妝品、香水、煙草、香精和醫藥等領域，已成為最有發展前途的合成麝香產品之一。合成方法對異丙基甲苯為原料，在混合路易斯酸的催化作用下與烯烴環化，再在醚類溶劑中經過傅克酰基化反應，以接近85%的總產率得到純度≥98%的吐納麝香。通過改進催化劑組成提高了環化的選擇性和收率，通過篩選溶劑優化了傅克反應的條件。本方法與已有技術相比，具有條件溫和，操作簡單，所獲產物純度及收率高等特點。

2. 制備六甲基萘滿的方法，六甲基萘滿為1，1，3，4，4，6-六甲基-1，2，3，4-四氫化萘，簡稱HMT，是合成吐納麝香香料的重要中間體，吐納麝香是麝香香料的一種，具有強烈的麝香香氣，其留香持久，香氣擴散能力強，加之其耐酸、堿，光穩定性好，對人體肌膚無刺激，與其他香料調和性好，是一種理想很有發展潛力的合成麝香產品，已廣泛用于香水、化妝品和洗滌類香精配方中。制備方法為：以酸性室溫離子液體為催化劑，環烴為溶劑，對異丙基甲苯與烯烴為原料，在氫轉移試劑存在下進行烷基化反應；所述酸性室溫離子液體催化劑為金屬鹵化物與含烷基的吡啶鹵化胺、含烷基的胺的氫鹵化物或含烷基的咪唑鹵化胺反應制備而成。上述工藝過程簡單，具有較高的產品選擇性，和較為可觀的收率，反應中采用的離子液體催化劑與反應液易于分離，可循環利用，工藝過程不產生工業三廢，是一種綠色環保的工藝。

制備 ^[1]

1.以甲苯為原料合成對異丙基甲苯

到目前為止，工業上大都采用這條合成路線來制取異丙基甲苯，它是由甲苯與丙烯(或異丙醇)通過Frield-Craf t s烷基化反應來實現的，通常采用AlCl3 作催化劑。由于甲苯分子中甲基弱的鄰、對位定位效應和反應的可逆性以及間位烷基苯與鄰、對位烷基苯相比相對的熱力學穩定性，因此反應產物中除含有對異丙基甲苯及少量(位阻效應使然)的鄰異丙基甲苯外，還含有相當量的間異丙基甲苯，實際上間位與對位異丙基甲苯之比約為60∶ 40，反應式如圖所示。

工業上由此得到的混合產物進一步經氧化、酸解以制取甲酚，由此法制得的甲酚也是間、對混合甲酚(鄰異丙基甲苯很難被氧化)。

2.以松節油為原料合成對異丙基甲苯

由甲苯合成對異丙基甲苯的選擇性差，而高選擇性的合成方法條件較為苛刻，因此，研究者一直在尋找原料豐富、方法簡便的合成路線。以松節油為原料制取對傘花烴是近年來研究的焦點和熱點。松節油是一種豐富的可再生資源，其主要成分為蒎烯。在以松節油為原料合成樟腦和松油醇的生產過程中會產生大量的副產品工業雙戊烯，其主要成分為幾種具有對二烯結構的單環萜烯。蒎烯和單環萜烯具有與對傘花烴相同或近似的碳架結構，蒎烯通過氫轉移反應可異構化為單環萜烯，單環萜烯再進行催化脫氫即可轉化為對傘花烴。下面分別對以蒎烯和單環萜烯為起始原料制取對傘花烴進行分述。

1）以單環萜烯類化合物為原料

研究最多的是以T-檸檬烯為原料通過催化脫氫制取對傘花烴。早在上世紀20年代就對此進行了研究，他使用了鈀系催化體系。研究表明，T-檸檬烯歧化為對烷和對傘花烴。20世紀50年代以金屬鈉作催化劑，芐基鈉作助催化劑催化T-檸檬烯等單環萜烯脫氫制取對傘花烴，以T-檸檬烯為例，反應歷程如圖所示。

2）以雙環萜烯類化合物為原料

主要是以T-蒎烯(T-pinene)為起始原料，T-蒎烯先開環異構化為單環萜烯類化合物，再經催化脫氫制得對傘花烴。研究了酸催化T-蒎烯的開環異構反應，在酸性條件下，T-蒎烯雙鍵中π鍵斷裂，先形成穩定的叔碳正離子，形成的叔碳正離子由于張力，進一步異構重排，若在低極性溶劑中以有機酸為催化劑，主要發生a過程；若在極性溶劑中采用無機酸作催化劑，則發生b過程，如圖所示。接下來的脫氫反應使用了甲酸銅-甲酸鎳( Cu∶ Ni= 1∶ 1)及W-5型Raney-Ni催化劑。

主要參考資料

[1] 對異丙基甲苯的合成研究進展

[2] CN200710170780.4一種合成吐納麝香的方法

[3] CN201110028569.5一種離子液體催化下連續反應制備六甲基萘滿的方法