鄰羥基苯甲醛的合成及應用研究進展

崔小琴 曾愛風 郭朝暉 屈葉青

鄰羥基苯甲醛又名水楊醛，為無色透明油狀液體，有特殊氣味及苦杏仁味，化學性質活潑，微溶于水，可發生取代、縮合、氧化、維提希（Wittig）等反應，在化學工業中具有廣泛用途。此外，鄰羥基苯甲醛由于其獨特的香氣被大量用作制造香豆素和食用香料的原料，并且廣泛應用于農藥、醫藥、電鍍、石油化工和高分子添加劑、化學分析試劑等工業領域。

近年來鄰羥基苯甲醛的需求量遠超其生產能力，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，所以人們對其質量提出了更高要求，特別是香料和醫藥工業對無氯鄰羥基苯甲醛的需求越來越精細，這使得研究和開發生產鄰羥基苯甲醛的經濟和綠色工藝具有重要工業價值，同時能夠促進我國精細化工行業的發展。

1 鄰羥基苯甲醛的合成工藝

從原料的角度來看，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Reimer－Tiemann反應獲得水楊醛是工業上最普遍且一直沿用的方法。Reimer－Tiemman反應是以苯酚和氯仿為原料［2］，在NaOH水溶液中，氯仿首先轉化為二氯卡賓，與苯酚鈉發生加成反應生成芐叉二氯，然后迅速水解為醛，再用鹽酸酸化得到鄰羥基苯甲醛和對羥基苯甲醛，通過水蒸氣蒸餾可將鄰羥基苯甲醛分離出來。反應過程如下：

傳統的Reimer－Tiemma法在非均相體系中進行，生成的醛與未反應的苯酚鈉形成聚合物，焦油生成量多，反應收率僅20%～35%。另外該法存在原料氯仿和NaOH消耗量大，未反應的苯酚不易回收，含酚廢水不易處理，產品的分離提純困難等問題。但該法合成路線簡單，條件溫和，原料價廉易得，因此對該反應的改進研究一直在進行，期盼能提高原料的轉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接甲酰化法。

（1）直接甲?；?/p>

利用苯酚和一氧化碳的甲?；ǚ磻獥l件苛刻，工業化生產困難、收率低，在經濟上也不合算，未見有工業化的報道。有工業化價值的甲?；ㄊ窃诖呋瘎┳饔孟?，甲醛或聚甲醛與苯酚反應，直接在酚羥基的鄰位選擇性引入醛基［4］。反應溫度一般為90～150℃，常以吡啶、烷基吡啶、乙酰基吡啶、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，以無水化亞錫或無水氯化鋁為催化劑，但反應收率低，助催化劑損失嚴重。

（2）間接甲酰化法

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，即先合成相應的醇，再進行氧化得到水楊醛。苯酚與甲醛在堿性化合物的催化下縮合，生成鄰和對羥基苯甲醇，再經鈀、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85%［5］。反應過程如下：

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

此法比苯酚和甲醛在堿催化且沒有硼酸存在的情況下要經濟，20世紀70—80年代法國Rhone－Poulenc公司用此法生產鄰羥基苯甲醛，該法原料易得，操作方便，設備簡單，但此法副產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鏈氯化后水解得到產品的方法。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劑，二者經酯化反應得鄰甲酚酯化物，再將反應生成物側羥甲基氯化，后經水解而得到鄰羥基苯甲醛［7］，反應過程如下：

這種方法在國內較早采用，但存在的問題是：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頭，產生很多氯代物和三氯代物副產物，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雜化。

（2）光氣法

該法以鄰甲酚、光氣、氯氣為原料，經過光化、氯化、水解三步，得到水楊醛。反應過程如下：

此法在光化反應中光氣需要過量，因光氣不足會生成碳酸酯，碳酸脂沸點高，難以分離，影響氯化產率。在氯化反應中，要嚴格控制反應時間和通入氯氣量。氯氣量不足，將生成一定量的一氯化物，水解生成水楊醇；氯氣過量，則生成一定量的三氯化物，水解生成水楊酸，既影響產品純度又影響產率。因此，用此法生產鄰羥基苯甲醛條件苛刻，而且危險性大，不易控制，后處理工序較麻煩，故國內無一廠家采用此法進行生產。

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，通過液相色譜檢測，沒有相應的醇生成［8］。其反應過程如下：

1.3 以鄰羥基苯甲醇為原料的合成方法

我國鄰羥基苯甲醇以進口為主，因此，在工業上以鄰羥基苯甲醇為原料生產鄰羥基苯甲醛多見于國外企業，其反應過程如下：

鄰羥基苯甲醇催化氧化法的傳統催化劑為鈀系、鉑系催化劑，該系列催化劑催化效率高，副反應少，但貴金屬催化劑用量大。因此，對該法的改進主要集中于催化劑的優選方面。

美國專利［9］報道，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速度和產物收率（96%）。日本專利［10］報道用鉛、鉍、銀等金屬的無機鹽作催化劑，產率達76%，但重金屬催化劑的流失對環境污染很大。德國專利［11］報道在二甲基亞砜或二甲基甲酰胺溶劑中以釩作催化劑，產率89%，但反應中需耗用大量的反應溶劑。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，產物選擇性高，且原料轉化率達到90%［12］。中國科學院大連化學物理研究所［13］也曾報道以非貴重金屬錳、銅的有機化物作反應過程的催化劑，產率93%，但由于種種原因，尚未工業化。謝維躍［14］利用研制的非貴金屬催化劑HLO－509進行了鄰羥基苯甲醇的液相催化氧化制鄰羥基苯甲醛實驗并取得了進展，鄰羥基苯甲醛的產率（以苯酚計）達到73%～76%。

從以上報道來看，鈀鉑系列催化劑對該氧化體系的氧化效率高，反應收率也高，較適合于該催化氧化反應，Au／Fe2O3催化劑是一個較有發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發成功的。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，高選擇性地轉化為芳香醛。芳香醛在冷卻回收后經精餾得產品；而氫氣則循環返回反應系統，此工藝的特點是收率高，產品種類多［15］。

1.4.2 電解還原法

以鄰羥基苯甲酸為原料電化學方法合成水楊醛在近年研究較多［16］。這是一個陰極還原過程，較早的是隔膜法，之后出現無隔膜法。吳育飛等［17］在苯胺、亞硫酸氫鈉和對甲氧基苯胺的存在下，用硼酸或鹽酸調節pH至5.8～6.2，電解還原水楊酸來生產水楊醛，收率可達60%左右。

該法因對環境污染小、副反應少、產品純度高、工藝簡單等特點使其已用于工業生產，并有了一定規模，但是其缺點是投資大、能耗大、經濟效益不佳。

1.4.3 苯并咪唑環還原法

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

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缺點見表1。

表1 各種合成方法的比較

苯酚為原料的Reimer－Tieman法以其操作簡單、原料廉價易得等優點一直被使用；而鄰甲酚直接氧化法產品收率和純度高、環境污染小，是一種極具發展潛力的合成方法，但目前還處于基礎研究階段，在工業生產方面還需加大研究力度。

3 鄰羥基苯甲醛的應用

鄰羥基苯甲醛是一種用途廣泛的精細化工產品，主要用于醫藥、農藥、食品香料與香精、石油工業、電鍍等領域。

（1）醫藥工業

在醫藥工業中，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制得的鄰甲氧基苯甲醛，主要用于生產藥品擬腎上腺素、喘咳寧。此外，鄰羥基苯甲醛還是制備外消旋垂體促進性腺激素的中間體。

（2）農藥中間體

在農藥方面，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。

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劑。如鄰羥基苯甲醛和乙二醇形成的鄰羥基苯甲醛環縮醛的N－甲基氨基甲酸酯廣泛用于歐洲和非洲國家土豆和可可的害蟲防治。

（3）食品香料和香精

在香料行業中，鄰羥基苯甲醛作為合成香豆素的原料，被廣泛應用于肥皂、洗滌劑、調合香料、糖果和煙草工業中；低濃度的鄰羥基苯甲醛具有很強的抑制細菌活性的能力，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

在石油工業中，鄰羥基苯甲醛的許多加成物可用作潤滑劑和汽油的洗滌劑，燃料油、汽油的沉降劑，以及改善聚酯潤滑劑、汽油、石油高溫穩定性的抗氧劑。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產物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程中產生亮光。

（6）其他用途

鄰羥基苯甲醛和含活潑亞甲基的反應物是良好的紫外吸收劑。用含這個化合物的膜作為紫外濾光器，可以保護對光敏感的食物、木制品、紙、染料、纖維、塑料。鄰羥基苯甲醛和羥胺的反應產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離子聚合物結合用于其他電子干燥記錄過程。

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機過氧化物漂白粉的穩定劑。

鄰羥基苯甲醛與硝酸反應制得的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法以其操作簡單、原料廉價易得等優點一直被使用。而以鄰甲酚為原料的直接氧化法與其他方法相比，具有產品收率和純度高、三廢少、反應緩和、操作簡單等優點，在環保要求日趨嚴格的狀況下，更具有競爭優勢；將廉價易得的鄰甲酚轉化為高附加值的鄰羥基苯甲醛，具有極大的經濟效益，是一種極具發展前途的合成方法。

（2）鄰羥基苯甲醛作為一種重要的精細化工原料，其需求量不斷增加，尤其在香料和醫藥方面。因而，開發高選擇性、高收率、經濟合理的無氯鄰羥基苯甲醛綠色生產工藝是鄰羥基苯甲醛今后的主要發展方向。

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