95-71-6 / 甲基氫醌主要應(yīng)用在哪些方面

背景及概述^【1】

三甲基氫醌是工業(yè)上合成維生素E的重要中間體，與異植物醇側(cè)鏈縮合反應(yīng)得維生素E。維生素E作為重要的抗氧化劑，主要應(yīng)用于醫(yī)藥、食品、飼料及化妝品的添加劑。目前德國巴斯夫、迪斯曼以及浙江新和成和浙江醫(yī)藥四大公司的維生素E占據(jù)全球95%的市場份額。

應(yīng)用^【1】

以三甲基氫醌為主環(huán)，與側(cè)鏈C異植物醇在硫酸作縮合劑條件下，經(jīng)過在乙酸乙醋中加熱縮合可制得維生素。近年來，由于維生素E在醫(yī)療、食品、飼料領(lǐng)域中的廣泛應(yīng)用，使世界范圍內(nèi)的維生素E產(chǎn)品持續(xù)走俏，特別是歐美市場上更是供不應(yīng)求、價格堅(jiān)挺。用于生產(chǎn)維生素E的三甲基氫醌需求量也將隨之。

1、醫(yī)藥業(yè)

維生素E是生育酚類化合物的總稱，又稱生育酚、生殖維生素、抗不孕維生素等，外觀呈金黃色或淡黃色粘稠油狀液，具有溫和、特殊的氣味和味道，相對密度0.947-0.955，遇空氣及光易發(fā)生氧化而變成暗紅色，可與丙酮、乙醚或植物曲混溶，易溶于乙醇，幾乎不溶于水，為脂溶性抗氧劑。商品可分為天然和合成兩類。維生素E最常用的是其醋化物，其制劑可分為油劑和粉劑。

近年來人們對VE的醫(yī)用功能和作用研究進(jìn)展非常迅速，VE作為細(xì)胞內(nèi)抗氧劑，能抑制在各種細(xì)胞和器官內(nèi)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)，特別能夠保護(hù)細(xì)胞膜，使之免受不飽和醋類化合物過氧化產(chǎn)生的自由基的侵襲。研究表明，人體缺乏VE會直接影響生殖、肌肉、循環(huán)、骨骼和神經(jīng)等系統(tǒng)的正常功能，VE還能夠減輕各種毒素對人體的侵害。在醫(yī)藥工業(yè)中，維生素E作為降低心臟病發(fā)生、減輕腸道慢性炎癥、抗衰老的藥物使用，同時還可避免人體肺大出血、肝壞死、腎病變和肌酸尿素等病癥，增強(qiáng)免疫力。醫(yī)藥對VE需求量近年來的增長較快。

2、食品

VE添加到食品中可以起到防腐保鮮的作用，作為食品抗氧化劑，VE具有很多優(yōu)點(diǎn)，如沸點(diǎn)高、熱穩(wěn)定好，因此特別適用于需要加熱保存的食品如方便面、人造奶油、奶粉等。VE更適合生產(chǎn)各種保健強(qiáng)化食品，特別是用作嬰幼兒、孕婦食品營養(yǎng)強(qiáng)化劑。

在食品工業(yè)中，維生素E主要用作脂肪和含油食品良好的抗氧化劑，能保持加工食品的新鮮風(fēng)味，并能使之穩(wěn)定持久。在魚肉加工中添加0.04%維生素E，可改善魚臭和產(chǎn)品風(fēng)味。加工香腸的原料肉中加入0.05%維生索E，可保持香腸新鮮防腐。維生素E也用于生產(chǎn)各種功能強(qiáng)化食品，特別是用作嬰幼兒食品營養(yǎng)強(qiáng)化劑。

最近國外新發(fā)現(xiàn)維生素E的重要工業(yè)用途是取代傳統(tǒng)的BHA和BHT等抗氧化劑，作為塑料制品的抗氧化添加劑。目前食品包裝袋大多為塑料薄膜，其中添加的工業(yè)抗氧化劑對人體都有不同程度的毒害，而利用維生素E作為塑料抗氧化劑的無毒代用品，已被證明是安全有效的穩(wěn)定體系，對食品的色香味均無影響，且能提供抗氧化保護(hù)，保持食品較長時間內(nèi)不腐敗變質(zhì)。

3、化妝品

環(huán)境污染及紫外線照射會產(chǎn)生自由基，造成皮膚、細(xì)胞及組織的損傷，加速老化過程，研究證實(shí)VE對皮膚免受自由基損害有決定性作用。同時VE作抗氧劑可以延長化妝品使用時間。VE能促進(jìn)皮膚的新陳代謝和防止色素沉積，改善皮膚彈性，具有美容、護(hù)膚、防衰老等性能，已成為國際市場營養(yǎng)性系列化妝品的主流。

維生素E是人類皮膚細(xì)胞需要的物質(zhì)，同時具有抗氧化、抗衰老的作用，但常態(tài)的維生素E很難透過皮膚被細(xì)胞吸收;但當(dāng)維生素E被納米技術(shù)處理后，在數(shù)分鐘內(nèi)就可以透過真皮層，迅速被皮膚細(xì)胞吸收，且具有祛斑功能，這種納米維生素E化妝品比一般含氫釀類化合物的祛斑產(chǎn)品效果還好、還快，而且安全、無毒副作用。這樣，納米化妝品在解決祛斑頑癥的道路上邁出了一大步。用一個全新的方法解決了一般祛斑成分難于被皮膚吸收的問題。

甲基氫醌的制備^【2】

1均三甲酚法

均三甲酚法是以NaOH為催化劑，均三甲酚(1)在高壓氧氣中氧化為4-羥基-2，4，6-三甲基-2，5環(huán)己二烯酮（2）; 2于250℃經(jīng)甲基轉(zhuǎn)位后再經(jīng)還原合成TMHQ ( Scheme 1)，總收率47 % 。 l可由苯酚甲基化合成，也可從合成2，6-二甲基苯酚的副產(chǎn)物中進(jìn)行提取，故均三甲酚法具有較大的實(shí)用價值。

該方法工藝流程短，但1價格較高，且僅依靠對2，6-甲基苯酚副產(chǎn)物的提取難以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。目前，美國和日本多采用該生產(chǎn)路線。

2、苯酚法

苯酚(3)和甲醇[n(苯酚):n(甲醇)=1 ：5]分別氣化并混合后，進(jìn)入二段固定床等溫反應(yīng)器，于450℃一500℃進(jìn)行氣固相催化反應(yīng)，經(jīng)冷凝·蒸餾得1; 1在碳酸鈉和氫氧化鈉溶液中通入蒸汽發(fā)生Bamherger轉(zhuǎn)位反應(yīng)得2;最后用堿處理得TMHQ (Scheme 2)，總收率60% 。

該方法實(shí)際是對生產(chǎn)2，6-二甲基苯酚(合成PPO耐熱樹脂的單體)工藝的副產(chǎn)物1的回收利用。目前美國、日本等國采用該工藝生產(chǎn)TMHQ。

3、異佛爾酮氧化法

異佛爾酮氧化法是丙酮(13)首先聚合為異佛爾酮(14) ; 14經(jīng)重排氧化得氧代異佛爾酮(16) ; 16經(jīng)酞化、重排反應(yīng)得三甲基氫醒二乙酸脂（17）;17經(jīng)皂化、水解得TMHQ( Scheme 8)。

該法原料廉價易得、工藝簡單、環(huán)境污染較小、便于規(guī)?；a(chǎn)，是一種綠色環(huán)保的生產(chǎn)工藝。但反應(yīng)路線較長、操作繁瑣、綜合成本較高。且德國和荷蘭等國的研究者在中國申請了大量專利，也會增加國內(nèi)維生素E的生產(chǎn)成本。

該工藝的技術(shù)關(guān)鍵在于14的氧化及16的重排和酞化。目前月屏佛爾酮的氧化主要以過渡金屬的有機(jī)配位化合物和無金屬催化體系為催化劑，以分子氧或空氣氧化，并加入適量添加劑(比如助溶劑等)。所采用的催化劑主要有:過渡金屬鹽催化劑、過渡金屬席夫堿催化劑、過渡金屬的乙酞丙酮配合物催化劑、離子液體支載的乙酞丙酮金屬復(fù)合物催化劑、過渡金屬的葉啦或酞蓄配合物催化劑、全金屬催化劑和無金屬催化體系催化劑等。Martin Jochen Klatt等使用席夫堿及乙酸鏗或乙酸鉸催化，該方法容易產(chǎn)生3，5，5-三甲基-環(huán)己-2-稀-1-酮和2，2，6-三甲基環(huán)己烷-1，4二酮等副產(chǎn)物，大大降低了反應(yīng)的選擇性和氧代異佛爾酮收率，而且這些副產(chǎn)物性質(zhì)與產(chǎn)物相似，與產(chǎn)物分離相當(dāng)困難;Nohuhiko Ito等使用鐵、鉆、銅、錳的葉啦或酞蓄配合物為催化劑。該方法收率很高，但是催化劑相當(dāng)昂貴，且在反應(yīng)中易毒失活，導(dǎo)致該工藝成本較高。

與β-異佛爾酮相比較，a-異佛爾酮結(jié)構(gòu)中存在烯醇共扼體系，穩(wěn)定性高，反應(yīng)活性低，直接催化氧化合成16比較困難。到目前為止，a-異佛爾酮的催化氧化按催化體系不同可分為兩大類:均相催化體系和多相催化體系。均相催化系有:磷鉑酸或硅鉑酸CuSO₄、催化體系，磷鉑酸/二甲亞颯/叔丁醇鉀催化體系，金屬冷腸輕基苯甲醛絡(luò)合物，乙酞丙酮釩，釩酸鈉，四苯基葉啦錳氯和N-羥基鄰苯二甲酞亞胺//CuCl₂等。多相催化體系有:負(fù)載的金屬配體，釘負(fù)載的鎂鋁水滑石，Cu/Co/Fe負(fù)載的鎂鋁水滑石和鉑釩磷酸鹽負(fù)載的活性炭等。在催化劑存在下，16與酞化劑(如酞配、酞鹵或烯醇酷)經(jīng)酞化反應(yīng)生成TMHQA，再經(jīng)皂化反應(yīng)得三甲基氫醒醋酸酷(TMHQ 1 VIA)或者TMHQ.TMHQ-VIA可直接與異植物醇反應(yīng)生成維生素E的主要成分a推他命E。重排和酞化的傳統(tǒng)催化劑是路易斯酸和布氏酸，如HF,三氟甲基磺酸、氯磺酸、多磷酸、發(fā)煙硫酸以及這些酸的混合物。該類催化劑反應(yīng)活性很高，但腐蝕性太強(qiáng)，易形成酸氣流，且在中和反應(yīng)后生成大量鹽，不利于產(chǎn)品提純和凈化。因固體酸不易腐蝕設(shè)備，反應(yīng)后容易分離回收，受到廣泛關(guān)注。研究較多的固體酸催化劑是錮鹽，優(yōu)選三價錮鹽，如InC1₃及全氟化的磺酸樹脂。該類催化劑具有和硫酸一樣高的活性，可使原料轉(zhuǎn)化率達(dá)100 %，但不耐高溫，穩(wěn)定性較弱，不便于重復(fù)利用。目前研究的熱點(diǎn)是具有優(yōu)異催化性能的高氟離子交換樹脂，如Nafion NR 50(由四氟乙烯和CFZCF-S03 H聚合而成)，其酸含量為0. 95 mmol·g^-1，化學(xué)表面積僅為0. 02 m2·g^-1，催化性能穩(wěn)定，但在氣相和非溶脹溶劑中反應(yīng)活性較低。目前出現(xiàn)了Nafion與可溶性Si0₂:相結(jié)合的催化劑，耐溫性可達(dá)320℃，且減少了對環(huán)境的污染，便于大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)，有很好的應(yīng)用前景。

主要參考文獻(xiàn)

[1]汪文.三甲基氫醌的開發(fā)與應(yīng)用[J].精細(xì)化工原料及中間體,2004(12):16-18.

[2]白元盛,李子成,王立新,彭林,徐小英.2,3,5-三甲基氫醌的合成研究進(jìn)展[J].合成化學(xué),2014,22(03):423-428.