崔小琴 曾愛(ài)風(fēng) 郭朝暉 屈葉青

鄰羥基苯甲醛又名水楊醛，為無(wú)色透明油狀液體，有特殊氣味及苦杏仁味，化學(xué)性質(zhì)活潑，微溶于水，可發(fā)生取代、縮合、氧化、維提希（Wittig）等反應(yīng)，在化學(xué)工業(yè)中具有廣泛用途。此外，鄰羥基苯甲醛由于其獨(dú)特的香氣被大量用作制造香豆素和食用香料的原料，并且廣泛應(yīng)用于農(nóng)藥、醫(yī)藥、電鍍、石油化工和高分子添加劑、化學(xué)分析試劑等工業(yè)領(lǐng)域。

近年來(lái)鄰羥基苯甲醛的需求量遠(yuǎn)超其生產(chǎn)能力，資源非常緊張。另外，由于鄰羥基苯甲醛是與人類生活息息相關(guān)的食品、飲料、煙草、酒、牙膏、化妝品、香皂、洗滌劑等的重要配料，所以人們對(duì)其質(zhì)量提出了更高要求，特別是香料和醫(yī)藥工業(yè)對(duì)無(wú)氯鄰羥基苯甲醛的需求越來(lái)越精細(xì)，這使得研究和開(kāi)發(fā)生產(chǎn)鄰羥基苯甲醛的經(jīng)濟(jì)和綠色工藝具有重要工業(yè)價(jià)值，同時(shí)能夠促進(jìn)我國(guó)精細(xì)化工行業(yè)的發(fā)展。

1 鄰羥基苯甲醛的合成工藝

從原料的角度來(lái)看，鄰羥基苯甲醛的合成方法主要有以苯酚、鄰甲酚、鄰羥基苯甲醇、鄰羥基苯甲酸等4種物質(zhì)為原料的合成線路［1］。

1.1 以苯酚為原料的合成方法

1.1.1 Reimer－Tiemman法

以苯酚為原料，經(jīng)Reimer－Tiemann反應(yīng)獲得水楊醛是工業(yè)上最普遍且一直沿用的方法。Reimer－Tiemman反應(yīng)是以苯酚和氯仿為原料［2］，在NaOH水溶液中，氯仿首先轉(zhuǎn)化為二氯卡賓，與苯酚鈉發(fā)生加成反應(yīng)生成芐叉二氯，然后迅速水解為醛，再用鹽酸酸化得到鄰羥基苯甲醛和對(duì)羥基苯甲醛，通過(guò)水蒸氣蒸餾可將鄰羥基苯甲醛分離出來(lái)。反應(yīng)過(guò)程如下：

傳統(tǒng)的Reimer－Tiemma法在非均相體系中進(jìn)行，生成的醛與未反應(yīng)的苯酚鈉形成聚合物，焦油生成量多，反應(yīng)收率僅20%～35%。另外該法存在原料氯仿和NaOH消耗量大，未反應(yīng)的苯酚不易回收，含酚廢水不易處理，產(chǎn)品的分離提純困難等問(wèn)題。但該法合成路線簡(jiǎn)單，條件溫和，原料價(jià)廉易得，因此對(duì)該反應(yīng)的改進(jìn)研究一直在進(jìn)行，期盼能提高原料的轉(zhuǎn)化率及鄰羥基苯甲醛的收率［3］。

1.1.2 苯酚甲酰化法

苯酚甲?；ê铣舌徚u基苯甲醛主要分為直接甲?；ê烷g接甲?；ā?/p>

（1）直接甲?；?/p>

利用苯酚和一氧化碳的甲?；ǚ磻?yīng)條件苛刻，工業(yè)化生產(chǎn)困難、收率低，在經(jīng)濟(jì)上也不合算，未見(jiàn)有工業(yè)化的報(bào)道。有工業(yè)化價(jià)值的甲?；ㄊ窃诖呋瘎┳饔孟?，甲醛或聚甲醛與苯酚反應(yīng)，直接在酚羥基的鄰位選擇性引入醛基［4］。反應(yīng)溫度一般為90～150℃，常以吡啶、烷基吡啶、乙?；拎?、四乙基乙二胺、四甲基丙二胺、喹啉、苯胺等中的一種或多種為助催化劑，以無(wú)水化亞錫或無(wú)水氯化鋁為催化劑，但反應(yīng)收率低，助催化劑損失嚴(yán)重。

（2）間接甲?；?/p>

間接甲酰化法就是羥甲基化—氧化法，是在酚羥基的鄰位直接引入羥甲基的方法，即先合成相應(yīng)的醇，再進(jìn)行氧化得到水楊醛。苯酚與甲醛在堿性化合物的催化下縮合，生成鄰和對(duì)羥基苯甲醇，再經(jīng)鈀、鈉催化空氣得到混合的羥基苯甲醛，蒸餾分離可獲得純的鄰羥基苯甲醛，收率達(dá)85%［5］。反應(yīng)過(guò)程如下：

另有資料報(bào)道以苯酚、硼酸為初始原料進(jìn)行酯化反應(yīng)［6］，形成的三苯氧基偏硼酸酯以絡(luò)合效應(yīng)把甲醛固定在分子內(nèi)發(fā)生羥甲基化反應(yīng)生成α－羥基苯甲醇，然后常壓催化氧化，不用中間產(chǎn)物的分離直接從苯酚得到鄰羥基苯甲醛，通常以Pd、Pt為催化劑進(jìn)行催化氧化。反應(yīng)過(guò)程如下：

此法比苯酚和甲醛在堿催化且沒(méi)有硼酸存在的情況下要經(jīng)濟(jì)，20世紀(jì)70—80年代法國(guó)Rhone－Poulenc公司用此法生產(chǎn)鄰羥基苯甲醛，該法原料易得，操作方便，設(shè)備簡(jiǎn)單，但此法副產(chǎn)物多醛基苯酚要分離，氧化需要金屬催化劑。

1.2 以鄰甲酚為原料的合成方法

以鄰甲酚為原料制備鄰羥基苯甲醛是我國(guó)采用的主要方法，有氯化水解法和直接氧化法。

1.2.1 氯化水解法

氯化水解法制備鄰羥基苯甲醛多采用將側(cè)鏈氯化后水解得到產(chǎn)品的方法。有三氯氧磷法和光氣法。

（1）三氯氧磷法

以鄰甲酚為原料，三氯氧磷為羥基保護(hù)劑，二者經(jīng)酯化反應(yīng)得鄰甲酚酯化物，再將反應(yīng)生成物側(cè)羥甲基氯化，后經(jīng)水解而得到鄰羥基苯甲醛［7］，反應(yīng)過(guò)程如下：

這種方法在國(guó)內(nèi)較早采用，但存在的問(wèn)題是：甲基氯化難以選擇性地完全得到二氯代物，常常氯化不充分或氯化過(guò)頭，產(chǎn)生很多氯代物和三氯代物副產(chǎn)物，水解得到大量的水楊醇和水楊酸，既消耗大量的鄰甲酚，又使水楊醛分離工藝復(fù)雜化。

（2）光氣法

該法以鄰甲酚、光氣、氯氣為原料，經(jīng)過(guò)光化、氯化、水解三步，得到水楊醛。反應(yīng)過(guò)程如下：

此法在光化反應(yīng)中光氣需要過(guò)量，因光氣不足會(huì)生成碳酸酯，碳酸脂沸點(diǎn)高，難以分離，影響氯化產(chǎn)率。在氯化反應(yīng)中，要嚴(yán)格控制反應(yīng)時(shí)間和通入氯氣量。氯氣量不足，將生成一定量的一氯化物，水解生成水楊醇；氯氣過(guò)量，則生成一定量的三氯化物，水解生成水楊酸，既影響產(chǎn)品純度又影響產(chǎn)率。因此，用此法生產(chǎn)鄰羥基苯甲醛條件苛刻，而且危險(xiǎn)性大，不易控制，后處理工序較麻煩，故國(guó)內(nèi)無(wú)一廠家采用此法進(jìn)行生產(chǎn)。

1.2.2 直接氧化法

Schnatterer等將鄰甲酚溶解在NaOH的甲醇溶液中，采用鐵或錳的螯合物或兩者混合物為催化劑，氧氣為氧化劑，直接氧化合成鄰羥基苯甲醛。其中以氯化四－2，4－二甲氧基苯基卟啉合鐵為催化劑，Cu（NO3）2·3H2O為助催化劑，在反應(yīng)溫度為70℃，1 L／h通氧約30 h的條件下，催化氧化生成78.3%的鄰羥基苯甲醛，通過(guò)液相色譜檢測(cè)，沒(méi)有相應(yīng)的醇生成［8］。其反應(yīng)過(guò)程如下：

1.3 以鄰羥基苯甲醇為原料的合成方法

我國(guó)鄰羥基苯甲醇以進(jìn)口為主，因此，在工業(yè)上以鄰羥基苯甲醇為原料生產(chǎn)鄰羥基苯甲醛多見(jiàn)于國(guó)外企業(yè)，其反應(yīng)過(guò)程如下：

鄰羥基苯甲醇催化氧化法的傳統(tǒng)催化劑為鈀系、鉑系催化劑，該系列催化劑催化效率高，副反應(yīng)少，但貴金屬催化劑用量大。因此，對(duì)該法的改進(jìn)主要集中于催化劑的優(yōu)選方面。

美國(guó)專利［9］報(bào)道，鈀鉑系列催化劑的催化氧化效率高，并指出在該催化劑體系中加入金屬釔作為助催化劑可以提高催化氧化反應(yīng)速度和產(chǎn)物收率（96%）。日本專利［10］報(bào)道用鉛、鉍、銀等金屬的無(wú)機(jī)鹽作催化劑，產(chǎn)率達(dá)76%，但重金屬催化劑的流失對(duì)環(huán)境污染很大。德國(guó)專利［11］報(bào)道在二甲基亞砜或二甲基甲酰胺溶劑中以釩作催化劑，產(chǎn)率89%，但反應(yīng)中需耗用大量的反應(yīng)溶劑。意大利C.Milon利用 HAuCl4／Fe2O3、ZnO、CaO、及Al2O3作為金屬催化劑液相催化氧化鄰羥基苯甲醇合成鄰羥基苯甲醛，產(chǎn)物選擇性高，且原料轉(zhuǎn)化率達(dá)到90%［12］。中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所［13］也曾報(bào)道以非貴重金屬錳、銅的有機(jī)化物作反應(yīng)過(guò)程的催化劑，產(chǎn)率93%，但由于種種原因，尚未工業(yè)化。謝維躍［14］利用研制的非貴金屬催化劑HLO－509進(jìn)行了鄰羥基苯甲醇的液相催化氧化制鄰羥基苯甲醛實(shí)驗(yàn)并取得了進(jìn)展，鄰羥基苯甲醛的產(chǎn)率（以苯酚計(jì)）達(dá)到73%～76%。

從以上報(bào)道來(lái)看，鈀鉑系列催化劑對(duì)該氧化體系的氧化效率高，反應(yīng)收率也高，較適合于該催化氧化反應(yīng)，Au／Fe2O3催化劑是一個(gè)較有發(fā)展前途的可替代鈀鉑系列的催化劑。

1.4 以鄰羥基苯甲酸為原料的合成方法

1.4.1 直接氫化法

采用氧化鋯為催化劑，以分子氫直接氫化芳香羧酸為芳香醛的工藝，是由日本三菱化成公司開(kāi)發(fā)成功的。首先將芳香羧酸熔化，并用氫氣噴霧氣化之后，在固體催化劑的存在下與氫氣反應(yīng)，高選擇性地轉(zhuǎn)化為芳香醛。芳香醛在冷卻回收后經(jīng)精餾得產(chǎn)品；而氫氣則循環(huán)返回反應(yīng)系統(tǒng)，此工藝的特點(diǎn)是收率高，產(chǎn)品種類多［15］。

1.4.2 電解還原法

以鄰羥基苯甲酸為原料電化學(xué)方法合成水楊醛在近年研究較多［16］。這是一個(gè)陰極還原過(guò)程，較早的是隔膜法，之后出現(xiàn)無(wú)隔膜法。吳育飛等［17］在苯胺、亞硫酸氫鈉和對(duì)甲氧基苯胺的存在下，用硼酸或鹽酸調(diào)節(jié)pH至5.8～6.2，電解還原水楊酸來(lái)生產(chǎn)水楊醛，收率可達(dá)60%左右。

該法因?qū)Νh(huán)境污染小、副反應(yīng)少、產(chǎn)品純度高、工藝簡(jiǎn)單等特點(diǎn)使其已用于工業(yè)生產(chǎn)，并有了一定規(guī)模，但是其缺點(diǎn)是投資大、能耗大、經(jīng)濟(jì)效益不佳。

1.4.3 苯并咪唑環(huán)還原法

羧酸先和鄰苯二胺脫水反應(yīng)生成2－取代的苯并咪唑，然后用金屬鈉和乙醇還原，水解后生成相應(yīng)的醛和鄰苯二胺。如反應(yīng)過(guò)程如下：

2 鄰羥基苯甲醛合成方法比較

在鄰羥基苯甲醛的合成中，苯酚法、鄰甲酚氯化法、鄰甲酚直接氯化法、鄰羥基苯甲醛法及鄰羥基苯甲醛法等各合成方法的優(yōu)缺點(diǎn)見(jiàn)表1。

表1 各種合成方法的比較

苯酚為原料的Reimer－Tieman法以其操作簡(jiǎn)單、原料廉價(jià)易得等優(yōu)點(diǎn)一直被使用；而鄰甲酚直接氧化法產(chǎn)品收率和純度高、環(huán)境污染小，是一種極具發(fā)展?jié)摿Φ暮铣煞椒?，但目前還處于基礎(chǔ)研究階段，在工業(yè)生產(chǎn)方面還需加大研究力度。

3 鄰羥基苯甲醛的應(yīng)用

鄰羥基苯甲醛是一種用途廣泛的精細(xì)化工產(chǎn)品，主要用于醫(yī)藥、農(nóng)藥、食品香料與香精、石油工業(yè)、電鍍等領(lǐng)域。

（1）醫(yī)藥工業(yè)

在醫(yī)藥工業(yè)中，鄰羥基苯甲醛可用于制備抗菌藥和抗咳喘藥。以水楊醛為原料合成的鹵代水楊醛具有很好的抑菌作用，對(duì)大腸桿菌、枯草桿菌、金黃色葡萄球菌等均具有很好的抑菌作用。鄰羥基苯甲醛與硫酸二甲酯甲基化反應(yīng)制得的鄰甲氧基苯甲醛，主要用于生產(chǎn)藥品擬腎上腺素、喘咳寧。此外，鄰羥基苯甲醛還是制備外消旋垂體促進(jìn)性腺激素的中間體。

（2）農(nóng)藥中間體

在農(nóng)藥方面，鄰羥基苯甲醛的苯腙可用于抑制谷物生斑，制造除草劑，也是非常有效的滅菌劑。以鄰羥基苯甲醛、精胺為原料合成的水楊醛縮精胺席夫堿及其銅、鎳、鋅配合物可以較好地消滅紅蜘蛛的生物活性。以鄰羥基苯甲醛為原料合成的嘧啶氧芐胺類化合物作為新型ALS抑制劑類除草劑，具有高效、低毒、低殘留、高選擇性等特點(diǎn)。

鄰羥基苯甲醛的N－甲基和N，N－二甲基氨基甲酸酯縮醛和縮硫醛也是非常有效的殺蟲(chóng)劑。如鄰羥基苯甲醛和乙二醇形成的鄰羥基苯甲醛環(huán)縮醛的N－甲基氨基甲酸酯廣泛用于歐洲和非洲國(guó)家土豆和可可的害蟲(chóng)防治。

（3）食品香料和香精

在香料行業(yè)中，鄰羥基苯甲醛作為合成香豆素的原料，被廣泛應(yīng)用于肥皂、洗滌劑、調(diào)合香料、糖果和煙草工業(yè)中；低濃度的鄰羥基苯甲醛具有很強(qiáng)的抑制細(xì)菌活性的能力，常作為防腐劑用于香精和香料中。此外，鄰羥基苯甲醛還可合成6－芐化香豆素、3－甲基香豆素等用于香味劑以及化妝品和配制紫羅蘭等香料。

（4）石油工業(yè)

在石油工業(yè)中，鄰羥基苯甲醛的許多加成物可用作潤(rùn)滑劑和汽油的洗滌劑，燃料油、汽油的沉降劑，以及改善聚酯潤(rùn)滑劑、汽油、石油高溫穩(wěn)定性的抗氧劑。鄰羥基苯甲醛和胺的縮合物可用于除去或中和使石油氧化降解的金屬離子，如丙二胺和鄰羥基苯甲醛的反應(yīng)產(chǎn)物N，N－雙水楊醛縮丙二胺就是一種重要的螯合物，這是由它顯著的螯合特性以及它對(duì)油的溶解性決定的。

（5）電鍍

鄰羥基苯甲醛還廣泛地用于電鍍工業(yè)中鍍鎳的光亮劑和均勻劑，由鄰羥基苯甲醛和脂肪醇胺形成的亞胺是在鐵和鋼上面鍍鋅的有效光亮劑。在鍍鋅工藝中，在含聚氨砜的非氰堿性浴中，鄰羥基苯甲醛本身就有助于在鋼上鍍鋅過(guò)程中產(chǎn)生亮光。

（6）其他用途

鄰羥基苯甲醛和含活潑亞甲基的反應(yīng)物是良好的紫外吸收劑。用含這個(gè)化合物的膜作為紫外濾光器，可以保護(hù)對(duì)光敏感的食物、木制品、紙、染料、纖維、塑料。鄰羥基苯甲醛和羥胺的反應(yīng)產(chǎn)物鄰羥基苯甲醛肟在攝影上可有效防止在銅支持體上鹵化銀乳膠的霧化，它還可形成電子傳真記錄紙的基底并與陽(yáng)離子聚合物結(jié)合用于其他電子干燥記錄過(guò)程。

鄰羥基苯甲醛或其衍生物還可與多種金屬形成螯合劑，可以用于貴金屬的回收、工業(yè)廢水處理等。鄰羥基苯甲醛的銅螯合能力已用于從海水淡化車間廢水中的鹽中除去銅。此外，鄰羥基苯甲醛與鐵和銅的螯合能力還用于含無(wú)機(jī)過(guò)氧化物漂白粉的穩(wěn)定劑。

鄰羥基苯甲醛與硝酸反應(yīng)制得的3－硝基水楊醛、5－硝基水楊醛、3，5－二硝基水楊醛等硝基水楊醛類都是染料的中間體，還可用于制備芳基偶氮染料。

4 結(jié)論

（1）在鄰羥基苯甲醛的眾多合成方法中，Reimer－Tieman法以其操作簡(jiǎn)單、原料廉價(jià)易得等優(yōu)點(diǎn)一直被使用。而以鄰甲酚為原料的直接氧化法與其他方法相比，具有產(chǎn)品收率和純度高、三廢少、反應(yīng)緩和、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，在環(huán)保要求日趨嚴(yán)格的狀況下，更具有競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)；將廉價(jià)易得的鄰甲酚轉(zhuǎn)化為高附加值的鄰羥基苯甲醛，具有極大的經(jīng)濟(jì)效益，是一種極具發(fā)展前途的合成方法。

（2）鄰羥基苯甲醛作為一種重要的精細(xì)化工原料，其需求量不斷增加，尤其在香料和醫(yī)藥方面。因而，開(kāi)發(fā)高選擇性、高收率、經(jīng)濟(jì)合理的無(wú)氯鄰羥基苯甲醛綠色生產(chǎn)工藝是鄰羥基苯甲醛今后的主要發(fā)展方向。

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