[发明专利]一种球磨法氧化甲苯及其衍生物选择性制备苯甲酸及其衍生物的方法

说明书

一种球磨法氧化甲苯及其衍生物选择性制备苯甲酸及其衍生物的方法，将甲苯及其衍生物、钴(II)盐催化剂、氧化剂和分散剂置于玛瑙球磨罐中，密封球磨罐，室温下球磨，每隔1.0h停止球磨一次，放出球磨罐中气体；反应完毕，将所得反应混合物溶于无水乙醇，室温下搅拌30min，过滤，无水乙醇洗涤所得固体，并合并所得乙醇溶液，定容；以2‑萘甲酸为内标，进行液相色谱分析，或柱层析分离所得反应混合物，计算甲苯及其衍生物的转化率，苯甲酸及其衍生物的选择性。本发明催化剂用量少，不使用溶剂，无需加热，反应温度低，操作方便，苯甲酸选择性高，未检测到明显的过氧化物残留，安全系数高，可以实现多种甲苯及其衍生物的选择性氧化。

技术领域

本发明涉及一种甲苯及其衍生物选择性氧化制备苯甲酸及其衍生物的新方法，属于有机化工和精细有机合成领域。

背景技术

苯甲酸及其衍生物是一类重要的精细化工中间体，广泛应用在医药、农药、染料、香料等精细化工产品的合成(WO 2019028362；CN 108774228；CN108774218；Bioorganic&Medicinal Chemistry Letters 2019，29：115-118；Journal of Agricultural and FoodChemistry 2018，66：12898-12910)。目前，苯甲酸及其衍生物的合成主要是以甲苯、苯甲醇和苯甲醛及其衍生物为原料，通过氧化反应实现(CN 107805194；CN 108467342；ACSCatalysis 2017，7：2786-2790；ACS Sustainable Chemistry&Engineering 2018，6：4916-4921；ChemCatChem 2018，10：1253-1257；Green Chemistry 2007，9：1238-1245)。其中，以甲苯及其衍生物为原料，氧气为氧化剂，是工业上普遍采用的反应路线。但是，由于芳烃苄位伯C-H键具有较高的键能，甲苯及其衍生物的氧化往往需要较高的反应温度，能耗大，反应不易控制；同时反应过程还使用到有毒有害的有机溶剂，如乙腈或腐蚀性助剂，如乙酸或硝酸，使得目前工业上苯甲酸及其衍生物的合成路线环境兼容性差，不符合目前“绿色化工过程”的现实需求。因此，开发甲苯及其衍生物氧化新方法，在温和条件下，以简易的反应方式实现苯甲酸及其衍生物的选择性合成，是目前工业上甲苯及其衍生物氧化转化的迫切需求。

固相球磨反应是依靠相对运动的两个界面之间的剪切、磨擦、冲击、挤压等作用，促进界面物料之间的相互作用，进而实现化学反应(Green Chemistry 2018，20：1435-1443；Angewandte Chemie International Edition 2018，57：10718-10722)。固相球磨反应无需溶剂，室温即可进行反应，有效避免了有毒有害有机溶剂的使用，并且无需对物料进行热处理，能耗少，安全系数高。同时，由于固相球磨过程，机械力直接作用在反应物料上，往往可以产生不同于液相反应的产物分布。在开发环境，社会和人体兼容性化工过程的迫切社会需求下，将固相球磨用于甲苯及其衍生物的催化氧化，不仅可以在室温下实现甲苯及其衍生物的催化氧化，而且还可以减少有毒有害有机溶剂的使用，甚至可以改变氧化产物的分布，符合社会和生产实际需求。

本发明通过固相球磨的方法，以钴(II)盐为催化剂，以环境兼容性较好的t-丁基过氧化氢、过氧化氢、亚氯酸钠或次氯酸钠为氧化剂，开展甲苯及其衍生物的催化氧化，不仅实现了甲苯及其衍生物在温和条件下，简易的氧化转化，有效避免了有毒有害有机溶剂的使用，而且显著提高了苯甲酸及其衍生物的选择性，符合目前绿色化工过程，环境兼容性化工过程，生物兼容性化工过程的社会需求，具有重要的应用价值和理论研究意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种甲苯及其衍生物选择性氧化制备苯甲酸及其衍生物的新方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种球磨法氧化甲苯及其衍生物选择性制备苯甲酸及其衍生物的方法，所述方法的过程为：