CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS 2008 年第 27 卷第 10 期 ·1650·化 工 进 展

2,4-二甲基苯甲酸的制备反应机理探讨及合成工艺改进

陈炳和，赵辉爽 （常州工程职业技术学院，江苏 常州 213164）

摘 要：合成了新型光引发剂酰基膦氧化物的中间体 2,4-二甲基苯甲酸，并对其合成反应机理进行了探讨，提出

了工艺革新，用次氯酸钠代替传统的氯气进行反应，并通过正交实验分别对两步反应的合成条件进行了优化，得

到了最优反应条件，即：物料配比 n(α-氯代-2，4-二甲基苯乙酮)∶n（次氯酸钠）为 1∶1.3，催化剂的苯扎溴铵的

用量为 15 mL，反应时间为 7 h，反应温度为 80 ℃。经重复实验验证，在该最优条件下 2,4-二甲基苯甲酸的合成

可达到平均收率 80%。

关键词：2,4-二甲基苯甲酸; 间二甲苯；次氯酸钠；光引发剂

中图分类号：TQ 245.1+2 文献标识码：A 文章编号：1000–6613（2008）10–1650–04

Reaction mechanism of preparing 2,4-dimethyl benzoic acid and improvement of its preparation technology

CHEN Binghe，ZHAO Huishuang

（Changzhou Institute of Engineering Technology，Changzhou 213164，Jiangsu，China）

Abstract：2,4-dimethyl benzoic acid, an intermediate of the acyl phosphine oxide photoinitiator with best performance was synthesized. The reaction mechanism was studied and sodium hypochlorite was used as the substitution of chlorine generally used in the chloroform reaction. The optimal synthesis conditions were found through orthogonal test as follows：the molar ratio of chlorinated acetophenone to sodium hypochlorite 1∶1.3，the amount of the catalyst (benzalkonium bromide solution) 15 mL，reaction time seven hours，reaction temperature 80 ℃. Repeated test showed that the average highest yield was 80%. Key words：2,4-dimethyl benzoic acid；meta-xylene；sodium hypochlorite；photoinitiator

光固化涂料以其环境污染小，固化效率高等特

点成为当今涂料发展的重点，而光引发剂是光固化

涂料的重要组成部分，是决定涂料固化程度和固化

速度的主要因素[1]。因此作为光固化涂料核心组分

的光引发剂的研制更是备受关注。 传统的光引发剂主要有二苯甲酮、安息香醚及

其衍生物等。这些光引发剂的引发效率很高，已经

在实际生产中大量应用，但它们存在一些难以克服

的缺点[2]。酰基膦氧化合物是目前已知的 好的光

引发剂之一[3]，具有固化效率高，涂膜无黄变，适

合于厚层白色涂料等优点，是目前研究的重点。2,4-二甲基苯甲酸是合成酰基膦氧化合物的中间体，本

文着重探讨 2，4-二甲基苯甲酸的合成反应机理，

改善合成工艺，同时通过正交实验对其合成工艺条

件进行优化。

1 合成路线 1.1 合成路线的初步确定

目前，2,4-二甲基苯甲酸的制备尚未商业化，

还在实验室阶段，其合成路线有如下几种：（1）间

二甲苯经溴化、格氏反应后再与 CO2加成而后水解

制得[4－6]；（2）间二甲苯与草酰氯在 AlCl3 催化下反

应而后水解制得[7]；（3）间二甲苯与氯乙酰氯发生

酰基化反应，再经卤仿反应而后酸化制得[8]。前两

收稿日期：2008–06–03；修改稿日期：2008–06–12。 基金项目：常州市科技局 2007 年度纵向项目（No.CE2007064）。 第一作者简介：陈炳和（1958—）男，硕士，副教授，高级工程师，

主要从事有机合成方面研究。E–mail hbchen@email.czie.net。

第 10 期 陈炳和等：2,4-二甲基苯甲酸的制备反应机理探讨及合成工艺改进 ·1651·

种路线反应成本高，条件较为苛刻，而且中间体不

易储存。本研究选用第 3 种合成路线。 该合成路线的反应主要有以下 3 步：（1）间二

甲苯与氯乙酰氯的酰基化；（2）酰基化产物与次氯

酸钠溶液的反应（卤仿反应）；（3）酸化。具体反应

方程式如下：

+ Cl—C—CH2—Cl CH3 CH3

O Fe2O3 100℃

—C—CH2—Cl

CH3 CH3

O

+ HCl

—C—CH2—Cl

CH3 CH3

O

+ 2NaClO —C—ONa

CH3 CH3

O

+ CHCl3

—C—OH

CH3 CH3

O

+ NaCl—C—ONa

CH3 CH3

O

+ HCl

1.2 工艺改进

首先以间二甲苯和氯乙酰氯为原料经由

Fridel-Crafts 反应制备得到 α-氯-2,4-二甲基苯乙酮，

通过正交实验对合成反应的各影响因素进行了优

化，得到了该步反应的 优条件。然后经卤仿反应

制备 2,4-二甲基苯甲酸，在该步骤中，根据改革传

统方案中所提到的用氯气在氢氧化钠催化下反应的

方法，直接用次氯酸钠代替，成功合成了 2,4-二甲

基苯甲酸，用该方法毒性较小的次氯酸钠液体代替

剧毒氯气，不但环境污染小，而且反应易于控制，

反应收率较高，是一条更适宜于工业化的路线，该

方法证明了卤仿反应的实质是次氯酸钠中的氯在起

作用。

2 实 验 2.1 仪器与试剂

Magna560 型红外光谱测定仪；美国 Nicolet 公司；DMx-300 型核磁共振仪，美国 Bruker 公司；电

动搅拌机，杭州仪表电机厂。 氢氧化钠，化学纯，丹阳永丰化学制剂厂；三

氯甲烷，化学纯，成都科龙化工制剂厂；间二甲苯，

分析纯，上海远帆助剂厂；氯乙酰氯，分析纯，上

海亭新化工制剂厂；三氧化二铁，分析纯，成都科

龙化工制剂厂；无水乙醇，分析纯，丹阳永丰化学

制剂厂；盐酸，分析纯，丹阳永丰化学制剂厂；5%

苯扎溴铵，的水溶液，河北京京制药厂；次氯酸钠，

分析纯，成都科龙化工制剂厂。 2.2 实验方法 2.2.1 α-氯-2,4-二甲基苯乙酮的合成（酰基化反应）

在装有电动搅拌装置、恒压滴液漏斗和球形冷

凝管（上装有氯化钙干燥管）的 500 mL 干燥的四

口烧瓶内放入 160 mg 三氧化二铁和 106 g（约 1 mol）间二甲苯，加热到 100 ℃时滴加 110 mL 氯

乙酰氯（约 1.2 mol），1 h 内滴完，保持温度不变

继续反应约 7 h，经测定无氯化氢气体放出后，结

束反应。 将上述生成物倒入热的盐酸溶液 [V(浓盐

酸)∶V(水)=1 4]∶ 中，放入冰水中急冷同时迅速搅

拌，生成物呈粒状析出，得到粗产品，用 80%乙醇

溶液重结晶可得到白色针状晶体——α-氯-2,4-二甲

基苯乙酮。 2.2.2 2,4-二甲基苯甲酸的合成

在装有电动搅拌装置、温度计和球型冷凝管的

500 mL 四口烧瓶中加入 5.5%的次氯酸钠溶液 97 mL（0.09 mol），苯扎溴铵 15 mL，加热到 50℃后

在溶液中加入 10 g（0.07 mol）α-氯-2,4-二甲基苯

乙酮，搅拌，同时保持温度稳定在 80 ℃左右。溶

液颜色开始变红，氯仿反应开始。加热回流 7 h 后，

反应液变成浅黄色，且颜色不再改变时，反应停止。

将生成物倒入冰水浴中急冷，抽滤除去凝固油，向

滤液中加入 20 mL 浓盐酸酸化，使溶液呈中性或

酸性，出现白色沉淀，抽滤得粗产品。粗产品经石

油醚重结晶得到纯品。

3 结果与讨论 3.1 产品鉴定

重结晶后产品经薄层色谱法检验为单斑点，证

明产物为纯品。 经熔点测定测得产物熔点为 126 ℃（文献值为

126～127℃），产品经核磁鉴定为 2,4-二甲基苯甲

酸。核磁共振波谱的数据如下。 1H NMR(CDCl3)：2.37（单峰，3H），2.63（单

峰，3H），7.080～7.992（一个单峰，两个双峰，

3H）。 3.2 酰基化反应条件的优化 3.2.1 正交实验表

通过正交实验考察了各反应条件对 α-氯-2,4-二甲基苯乙酮合成收率的影响，各因素水平及实验结

果见表 1、表 2。

化 工 进 展 2008 年第 27 卷 ·1652·

表 1 合成 α-氯-2,4-二甲基苯乙酮的因素水平表 因素水平 A 催化剂用量/‰ B 反应温度/℃ C 反应时间/h

1 1.2 110 5

2 1.0 100 6

3 0.8 90 7

4 0.6 80 8

注：正交实验过程中间二甲苯用量为 31 mL。

表 2 合成 α-氯-2,4-二甲基苯乙酮的正交实验表 L16(34)

A B C 产率/%

1 1（1.2） 1（110 ℃） 1（5 h） 46.1

2 2（1.0） 2（100 ℃） 2（6 h） 49.7

3 3（0.8） 3（90 ℃） 3（7 h） 46.7

4 4（0.6） 4（80 ℃） 4（8 h） 15.3

5 1 2 3 51.6

6 2 1 4 47.1

7 3 4 1 10.2

8 4 3 2 35.4

9 1 3 4 31

10 2 4 3 52.6

11 3 1 2 52.5

12 4 2 1 35.1

13 1 4 2 49.7

14 2 3 1 49.3

15 3 2 4 45.7

16 4 1 3 46

K1 178.4 140.7 140.7

K2 198.7 187.3 187.3

K3 155.1 196.9 196.9

K4 131.8 139.1 139.1

k1 44.6 35.2 35.2

k2 49.7 46.8 46.8

k3 38.8 49.2 49.2

k4 33.0 34.8 34.8

极差 R 16.7 14.5 14.5

由极差可知在所选数据范围内，对反应收率影

响 大的是反应催化剂的用量，其次是反应温度和

反应时间。在此步反应中，反应原理是以苯和氯乙

酰氯为原料经由 Friedel-Crats 酰基化反应生成 2,4-二甲基苯乙酮，经正交实验分析， 佳的反应温度

控制为 100 ℃，n(C8H10)∶n(ClCH2COCl)∶ n(Fe2O3)= 1∶1.2 0.001∶ ，产率为 65%。

3.2.2 催化剂的选择 此反应选用 Fe2O3 而没有使用常用的三氯化铝

作催化剂，这主要是因为采用氯乙酰氯为原料时，

其反应活性较高，为避免发生 Friede-Carfts 烷基化

反应等副反应，采用活性较低的三氧化二铁代替。

Fe2O3 不与羰基化合物络合，使用微量催化剂（间

二甲苯用量的千分之一）即可，分离、提纯都比较

容易。若 Fe2O3 的用量过大，则较难分离提纯，且

影响产品的颜色。 3.2.3 酰基化试剂的选择

反应中选用氯乙酰氯而没有用乙酰氯作为酰基

化试剂，其原因是：（1）由于 α-氯的吸电子诱导效应，

使羰基碳上的正电荷密度增加，因而增强了酰基化试

剂的活性，有利于酰基化反应；（2）α-氯的存在，使

下一步的 α-氢的氯代反应更易进行。使用乙酰氯作为

酰基化试剂不仅没有上述优点，而且成本高。 3.3 卤仿反应 3.3.1 反应机理

三氯代物的碱催化水解反应历程如下：反应中

—OH 作为亲核试剂进攻羰基碳原子，为保证反应

顺利进行，必须有足够的碱的强度以及大的接触表

面，所以必须提高碱浓度和加入相转移催化剂（季

铵盐）。α-氯-2,4-二甲基苯乙酮分子中苯环上电子云

密度比较大，p-π 共轭的结果，使羰基碳上正电荷

减少，所以不易为碱进攻生成羧酸盐和卤仿。 在该反应中，真正起反应的是氯气和氢氧化钠

反应所生成的次氯酸钠，因此将通常所用的氯气和

氢氧化钠为原料的氯仿反应，改成用次氯酸钠溶液

代替，试验证明同样可以发生氯仿反应，且该实验

过程中减小了污染，降低了毒性，使得实验过程更

加安全且简单化。在研究 2,4-二甲基苯甲酸的合成

中，发现用次氯酸钠作反应物时，卤代反应生成三

卤代乙酰基化合物后不需要再加浓碱即可以水解生

成卤仿和羧酸盐。这与用氯气作反应物时严重依赖

强碱溶液不同，这主要是因为溶液的 pH 值较稳定，

不会随着氯气的加入而改变 pH 值，从而有利于三卤

代乙酰基化合物水解[9]。反应步骤如下：

—C—CCl3

CH3CH3

O

—C—CCl3

CH3 CH3

O－

OH－

OH

—C—OH

CH3CH3

O

—C—O－

CH3 CH3

O

+ CCl3 +CHCl3

第 10 期 陈炳和等：2,4-二甲基苯甲酸的制备反应机理探讨及合成工艺改进 ·1653·

3.3.2 正交实验 对 2,4-二甲基苯甲酸的制备过程中的各个影响

因素如物料配比，催化剂苯扎溴铵的用量，反应温

度，反应时间等通过正交实验进行了综合，得到了

优的反应条件，其因素水平表如表 3、表 4 所示。 表 3 合成 2,4-二甲基苯甲酸正交反应因素表

序

号

A 物料配比 n(氯代苯乙

酮)︰n（次氯酸钠）

B 苯扎溴铵的

用量/mL

C 反应

温度/℃

D 反应

时间/h

1 1︰1.5 5 90 3

2 1︰1.4 10 80 5

3 1︰1.3 15 70 7

4 1︰1.2 20 60 9

表 4 合成 2,4-二甲基苯甲酸的正交实验表 L16（44） 因素水平 A B C D 产率/%

1 1 1 1 1 23.4

2 1 2 2 2 58.5

3 1 3 3 3 71.2

4 1 4 4 4 40.3

5 2 1 2 3 66.3

6 2 2 1 4 55.0

7 2 3 4 1 59.5

8 2 4 3 2 60.5

9 3 1 3 4 56.6

10 3 2 4 3 56.6

11 3 3 1 2 64.1

12 3 4 2 1 69.9

13 4 1 4 2 61.8

14 4 2 3 1 61.1

15 4 3 2 4 65.4

16 4 4 1 3 52.0

K1 193.5 208.1 194.5 214.0

K2 241.3 231.2 260.2 244.9

K3 247.2 260.2 249.4 246.2

K4 240.3 222.8 218.2 217.2

k1 48.37 52.03 48.62 53.50

k2 60.33 57.80 65.04 61.22

k3 61.79 65.04 62.36 61.54

k4 60.08 55.69 54.55 54.31

极差 R 13.41 13.01 16.42 8.05

由正交实验表可知， 优的反应条件为：

A3B3C2D3，即物料配比 n(α-氯代-2,4-二甲基苯乙

酮)：n(次氯酸钠)为 1︰1.3，催化剂的苯扎溴铵的用

量为 15 mL，反应时间为 7 h，反应温度为 80 ℃。

经重复实验验证在该 优条件下 2,4-二甲基苯甲酸

的合成可达到 高平均收率，为 80%。由极差分析

可知在该正交实验条件下对反应收率影响 大的是

反应温度，其次为反应物料配比，对反应影响 小

的是反应时间。

4 结 语 2,4-二甲基苯甲酸的合成主要分两步完成：

Friedel-Crafts 酰基化反应和氯仿反应。第一步是以

间二甲苯和氯乙酰氯为主要原料，经由酰基化反应

合成中间体 α-氯-2,4-二甲基苯乙酮，在该步反应中

优的反应条件为：n(C8H10 )∶n(ClCH2COCl)∶n(Fe2O3)=1∶1.2∶0.001，反应温度 100 ℃，反应时

间 7 h，单步反应的产率 65%。第二步反应是用次

氯酸钠溶液代替传统的氯气进行氯仿反应， 优的

条件为：物料配比 n(α-氯-2,4-二甲基苯乙酮)︰n(次氯酸钠)为 1︰1.3，催化剂的苯扎溴铵的用量为 15 mL，反应时间为 7 h，反应温度为 80 ℃。经重复实

验验证在该 优条件下 2,4-二甲基苯甲酸的合成可

达到 高平均收率，为 80%。 另外，实验过程中发现：反应终止时会和碘仿

反应一样生成黄色物质，该物质增多时，2,4-二甲

基苯甲酸的收率反而下降，要确定该物质的分子结

构，还需进一步的探索。

参 考 文 献

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