高豐琴，王珊，范廣，高奕紅

(咸陽(yáng)師范學(xué)院 化學(xué)與化工學(xué)院，陜西 咸陽(yáng) 712000)

順式對(duì)叔丁基環(huán)己醇是醫(yī)藥﹑農(nóng)藥、液晶及香料合成的重要中間體［1-3］，特別是在香料的合成及配方過(guò)程中，其應(yīng)用日益廣泛［4-6］。順式對(duì)叔丁基環(huán)己醇的醋酸酯衍生物是高檔香料、香皂和洗發(fā)液生產(chǎn)的主要原料，而若有反式對(duì)叔丁基環(huán)己醇醋酸酯衍生物的存在，則會(huì)大幅度地降低產(chǎn)品的香味［7-8］，而當(dāng)前文獻(xiàn)［9-12］報(bào)道通過(guò)反應(yīng)合成出的均是順/反對(duì)叔丁基環(huán)己醇的混合物，因此，如何提高所合成出來(lái)的順/反對(duì)叔丁基環(huán)己醇混合物中順式異構(gòu)體的含量，或者如何采用最低廉的方法從順/反對(duì)叔丁基環(huán)己醇混合物中提煉出高純度的順式對(duì)叔丁基環(huán)己醇已成為當(dāng)前眾多研究者關(guān)注的熱點(diǎn)。

1 順式對(duì)叔丁基環(huán)己醇的合成研究現(xiàn)狀

1.1 以對(duì)叔丁基苯酚為起始原料來(lái)合成順式對(duì)叔丁基環(huán)己醇

1.1.1 以對(duì)叔丁基苯酚為起始原料來(lái)合成順式對(duì)叔丁基環(huán)己醇的機(jī)理分析對(duì)叔丁基苯酚加氫分兩個(gè)階段完成［13-15］:第1 階段首先生成對(duì)叔丁基環(huán)己酮中間體;第2 階段對(duì)叔丁基環(huán)己酮中間體的加氫還原。由于加氫還原過(guò)程中氫原子進(jìn)攻環(huán)己酮的方向不同，無(wú)明確的選擇性，因而通過(guò)加氫反應(yīng)所合成出來(lái)的均為順/反對(duì)叔丁基環(huán)己醇的混合物，其反應(yīng)機(jī)理示意圖如下:

圖1 對(duì)叔丁基苯酚加氫合成順式對(duì)叔丁基環(huán)己醇的反應(yīng)機(jī)理Fig.1 The reaction mechanism of synthesis of cis-4-tert-butylcyclohexanol with 4-tert-butylphenol via hydrogenation

1.1.2 以對(duì)叔丁基苯酚為起始原料來(lái)合成順式對(duì)叔丁基環(huán)己醇的研究現(xiàn)狀以對(duì)叔丁基苯酚為起始原料經(jīng)催化加氫來(lái)合成順式對(duì)叔丁基環(huán)己醇，在國(guó)內(nèi)研究者并不多，熊前政等［8］曾嘗試篩選了Raney-Ni、Pd/C、Pd/Al2O3及Pt/C 等催化劑對(duì)對(duì)叔丁基苯酚進(jìn)行液相催化加氫合成順式對(duì)叔丁基環(huán)己醇，從其不同催化劑的加氫結(jié)果數(shù)據(jù)來(lái)看，順式的選擇性并不理想，加氫反應(yīng)效果最佳時(shí)，順式對(duì)叔丁基環(huán)己醇的含量為76.2%，其結(jié)果對(duì)比見(jiàn)表1。

表1 不同催化劑的反應(yīng)效果對(duì)比Table 1 Comparison of the reaction effects of different catalysts

同樣是以對(duì)叔丁基苯酚為起始原料經(jīng)催化加氫來(lái)合成順式對(duì)叔丁基環(huán)己醇，在國(guó)外研究者較多［16-17］，其中Masahito Sekiguchi 等［13］在此方面做了大量的研究工作，并取得了較為理想的加氫反應(yīng)效果，其研究發(fā)現(xiàn)，以對(duì)叔丁基苯酚為起始原料，圍繞Rh/C 催化劑做了大量的研究工作，取得了比較理想的加氫反應(yīng)效果。其研究發(fā)現(xiàn)，以Rh/C 為催化劑，環(huán)己烷為反應(yīng)溶劑，當(dāng)反應(yīng)溫度40 ℃，壓力為2.1 MPa，反應(yīng)時(shí)間為0.5 h，反應(yīng)體系中加入0.60 g 36% 的濃鹽酸時(shí)，加氫反應(yīng)完后能得到含量為91.2%的順式對(duì)叔丁基環(huán)己醇，其結(jié)果對(duì)比見(jiàn)表2。分析其加氫過(guò)程中，適量酸(36% HCl 和98%H2SO4)的加入對(duì)順式對(duì)叔丁基環(huán)己醇含量的提高起著極為重要的作用，有文獻(xiàn)［7］專門(mén)對(duì)該加氫過(guò)程中加入適量的酸的作用進(jìn)行了分析，認(rèn)為加氫反應(yīng)過(guò)程中加入適量的酸主要用來(lái)提高反應(yīng)體系的酸性，在酸性體系中，對(duì)叔丁基苯酚不易電離出酚質(zhì)子，這樣，酚質(zhì)子易與溶劑異丙醇的氧原子或者另一分子對(duì)叔丁基苯酚的氧原子孤對(duì)電子形成絡(luò)合物，造成較大的空間位阻，因而加氫順式選擇性好。但加氫反應(yīng)過(guò)程中，加入適量的酸，將會(huì)對(duì)設(shè)備造成一定的腐蝕［18-19］，特別是在高壓的加氫條件下，存在一定的安全隱患［20-22］。

表2 Rh/C 催化時(shí)不同反應(yīng)條件下的反應(yīng)效果對(duì)比Table 2 Comparison of the reaction effects of different reaction conditions with Rh/C catalysis

1.2 以對(duì)叔丁基環(huán)己酮為起始原料來(lái)合成順式對(duì)叔丁基環(huán)己醇

1.2.1 以對(duì)叔丁基環(huán)己酮為起始原料加氫來(lái)合成順式對(duì)叔丁基環(huán)己醇以對(duì)叔丁基環(huán)己酮為起始原料，經(jīng)加氫還原合成順式對(duì)叔丁基環(huán)己醇，其反應(yīng)相當(dāng)于以對(duì)叔丁基苯酚為起始原料加氫合成順式對(duì)叔丁基環(huán)己醇反應(yīng)的第2 個(gè)階段［23］。文獻(xiàn)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，Robert M Weinstein 等［24］以對(duì)叔丁基環(huán)己酮為起始原料，圍繞著Rh/Al2O3催化劑并對(duì)其用不同的有機(jī)及無(wú)機(jī)酸進(jìn)行改性后再進(jìn)行加氫研究，發(fā)現(xiàn)加氫反應(yīng)效果最佳時(shí)順式對(duì)叔丁基環(huán)己醇含量為87.7%。Makoto Emura 等［25］同樣以對(duì)叔丁基環(huán)己酮為起始原料，以RuCl2(Ph3P)3催化劑，通過(guò)改變各輔料料比，反應(yīng)壓力及時(shí)間，發(fā)現(xiàn)以異丙醇為反應(yīng)溶劑，當(dāng)叔丁基環(huán)己酮/RuCl2(Ph3P)3/KOH/三甲撐二胺=10 000 ∶1∶2.2 ∶1，反應(yīng)壓力為0.4 MPa，室溫下反應(yīng)80 h 時(shí)，順式對(duì)叔丁基環(huán)己醇含量能達(dá)到98.3%，其結(jié)果對(duì)比見(jiàn)表3，但該方法的唯一缺點(diǎn)在于反應(yīng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，產(chǎn)能較低，產(chǎn)業(yè)化難以取得一定的效益。

表3 RuCl2(Ph3P)3 催化下不同反應(yīng)條件下的反應(yīng)效果對(duì)比Table 3 Comparison of the reaction effects of different reaction conditions with RuCl2(Ph3P)3 catalysis

1.2.2 以對(duì)叔丁基環(huán)己酮為起始原料通過(guò)強(qiáng)還原劑還原合成順式對(duì)叔丁基環(huán)己醇以對(duì)叔丁基環(huán)己酮為起始原料通過(guò)強(qiáng)還原劑還原也是合成順式對(duì)叔丁基環(huán)己醇的一種思路，但從所調(diào)研的文獻(xiàn)來(lái)看，依靠強(qiáng)還原劑還原對(duì)叔丁基環(huán)己酮合成出來(lái)的順式對(duì)叔丁基環(huán)己醇含量均較低，主要得到的是反式對(duì)叔丁基環(huán)己醇。國(guó)外有研究者曾經(jīng)嘗試用NaBH4［26-28］和KBH4［29-30］還原對(duì)叔丁基環(huán)己酮，最終得到了含量約75%以上的反式對(duì)叔丁基環(huán)己醇，順式對(duì)叔丁基環(huán)己醇的含量約20%左右。還有研究者嘗試用Li(MeBH3)［31］和Li(n-Pr2)NBH3［32］還原劑在0 ℃左右還原對(duì)叔丁基環(huán)己酮，僅得到了含量95%以上的反式對(duì)叔丁基環(huán)己醇。同樣也有大量的研究者嘗試用LiAlH4還原劑還原對(duì)叔丁基環(huán)己酮［33-35］，也同樣得到了約90%以上的反式對(duì)叔丁基環(huán)己醇，之所以強(qiáng)還原劑還原對(duì)叔丁基環(huán)己酮主要得到反式對(duì)叔丁基環(huán)己醇，推測(cè)其主要原因［36-37］在于:還原劑還原對(duì)叔丁基環(huán)己酮，屬于親核加成反應(yīng)，由于叔丁基的較大空間位阻，還原劑會(huì)優(yōu)先從叔丁基的另外一側(cè)進(jìn)攻羰基形成對(duì)叔丁基環(huán)己醇鹽的形式，然后醇鹽經(jīng)水解或者酸化生成相應(yīng)的醇，因而還原反應(yīng)完主要生成產(chǎn)物為反式對(duì)叔丁基環(huán)己醇。

1.3 順式對(duì)叔丁基環(huán)己醇的其它合成方法

除以對(duì)叔丁基苯酚和對(duì)叔丁基環(huán)己酮為原料合成順式對(duì)叔丁基環(huán)己醇外，還有少量的文獻(xiàn)報(bào)道用對(duì)叔丁基環(huán)己基甲酸［38］、對(duì)叔丁基環(huán)己烯［39］及對(duì)叔丁基環(huán)己胺［40］為起始原料來(lái)合成順式對(duì)叔丁基環(huán)己醇的報(bào)道，但此類反應(yīng)普遍副產(chǎn)物較多，收率偏低，合成成本高昂，難以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。

2 順式對(duì)叔丁基環(huán)己醇的分離研究現(xiàn)狀

無(wú)論是以對(duì)叔丁基苯酚為起始原料，還是以對(duì)叔丁基環(huán)己酮為起始原料來(lái)合成順式對(duì)叔丁基環(huán)己醇，盡管有文獻(xiàn)報(bào)道通過(guò)控制反應(yīng)條件順式選擇性能達(dá)到95%及以上，但這種純度遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到當(dāng)今香料配方的要求。故順/反對(duì)叔丁基環(huán)己醇混合物的分離的方法探索也顯得尤為重要。國(guó)內(nèi)有研究者［7］曾嘗試通過(guò)順/反對(duì)叔丁基環(huán)己醇空間位阻的差異，用衍生化反應(yīng)的方法對(duì)順/反對(duì)叔丁基環(huán)己醇混合物進(jìn)行分離，其衍生化反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表4所示，從表4 中數(shù)據(jù)來(lái)看，要把1 mol 順/反對(duì)叔丁基環(huán)己醇(順/反為81.89/11.84)中的反式對(duì)叔丁基環(huán)己醇通過(guò)衍生化反應(yīng)至1% 以下，需要消耗0.35 mol的叔丁基二甲基氯硅烷(TBDMSCl)，幾乎要損失掉10%左右的順式對(duì)叔丁基環(huán)己醇，再經(jīng)重結(jié)晶至順式對(duì)叔丁基環(huán)己醇含量為99.56%時(shí)，總收率僅為51.9%。該方法雖然對(duì)順/反對(duì)叔丁基環(huán)己醇的分離效果比較明顯，但收率還是偏低，導(dǎo)致實(shí)際成本較高，較高的成本極大地限制了該方法的使用及推廣。

表4 順/反對(duì)叔丁基環(huán)己醇與TBDMSCl 衍生化反應(yīng)數(shù)據(jù)Table 4 The derivatization reaction data of cis/trans-4-tert-butylcyclohexanols with TBDMSCl

3 結(jié)束語(yǔ)

近年來(lái)，香料工業(yè)、農(nóng)藥及醫(yī)藥領(lǐng)域?qū)樖綄?duì)叔丁基環(huán)己醇中間體的需求量逐年增大，而商家們期望其合成成本越來(lái)越低廉，縱觀順式對(duì)叔丁基環(huán)己醇的合成，無(wú)論是以對(duì)叔丁基苯酚為起始原料，還是以對(duì)叔丁基環(huán)己酮為起始原料，想通過(guò)選擇性反應(yīng)直接得到高純度的順式對(duì)叔丁基環(huán)己醇，目前技術(shù)上還不能實(shí)現(xiàn)。盡管已經(jīng)研究出僅通過(guò)反應(yīng)就能得到95%以上順式對(duì)叔丁基環(huán)己醇的合成方法，但各種方法都有自身的缺陷，有的合成方法存在潛在的安全隱患，有的合成方法產(chǎn)能較低，這兩點(diǎn)在很大程度上均限制了順式對(duì)叔丁基環(huán)己醇的產(chǎn)業(yè)化及合成成本的降低。針對(duì)順式對(duì)叔丁基環(huán)己醇國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀，要想降低順式對(duì)叔丁基環(huán)己醇的成本，必須從以下兩點(diǎn)入手:①尋找更加溫和，更加廉價(jià)的順式對(duì)叔丁基環(huán)己醇的合成方法;②尋找順/反對(duì)叔丁基環(huán)己醇混合物更為有效的分離方法。上述兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)中，只要任何一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)能取得突破，均會(huì)對(duì)順式對(duì)叔丁基環(huán)己醇成本的降低產(chǎn)生較為深遠(yuǎn)的影響。

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