本发明涉及化工领域，特别是涉及3,3’,5,5’-四烷基-4,4’-联苯醌的合成方法。
背景技术：
3,3’,5,5’-四烷基-4,4’-联苯醌是一类重要的化工中间体，可用于合成耐热性能好、力学性能优良的阻燃材料。其次，还是液晶材料的重要中间体，可用于制作有机光导体、电子传输材料。另外，联苯醌还可以作为偶联剂以及聚苯醚再分配反应的引发剂。
现有制备3,3’,5,5’-四烷基-4,4’-联苯醌的方法主要通过使用催化剂或强氧化剂，以提高2,6-二烷基苯酚的转化率和联苯醌的选择性。现有技术中，合成3,3’,5,5’-四烷基-4,4’-联苯醌所使用的催化剂一般为金属盐或金属配合物。例如，陈卫东等（陈卫东，张鹏云，刘志铭.3,3’5,5’-四甲基联苯醌合成研究[J]，化学工程与装备，2010,(05):15-17.）通过CuSO4、FeCl3和VOCl3等金属盐催化双氧水氧化2,6-二甲酚，反应产率最高可达83.6%。但现有报道的催化剂多属于均相催化剂，反应结束后，催化剂不但不能回收和重复使用，而且制得的产品中会有大量金属离子残留，从而造成产品质量不达标。另外，2,6-二烷基苯酚分子间发生氧化反应时，存在碳-碳和碳-氧两种偶联方式。发生碳-碳偶联生成3,3’5,5’-四烷基-4,4’-联苯醌，而碳-氧偶联则会生成聚苯醚。目前报道的金属配合物类催化剂对于碳-碳偶联的选择性较差，会有聚苯醚产品的生成。例如，Li等（Li X-H, Meng X-G, Pang Q-H, et al. Metal complexes catalyzed oxidative coupling of 2,6-dimethylphenol in micellaer media[J]. Journal of Molecular Catalysis A: Chemical, 2010, 328 (1):88-92.）通过氯化铜与含吡啶基配体形成的络合物催化2,6-二甲酚氧化时，3,3’,5,5’-四甲基-4,4’-联苯醌的产率最高只能达到56%左右，而副产物主要为聚苯醚。
现有技术还报道了不使用催化剂而仅以金属高价盐以及具有氧化性的酸或有机物等为氧化剂，直接氧化2,6-二烷基苯酚制备3,3’,5,5’-四烷基-4,4’-联苯醌的方法。虽然这些报道中没有使用催化剂就能高产率的获得产品，但强氧化剂会被还原，生成的副产物需进一步脱除。例如，CN104529715A中，记载了直接用高卤酸氧化2,6-二烷基苯酚，3,3’,5,5’-四烷基-4,4’-联苯醌的产率可达90%，但高卤酸的氧化性和腐蚀性很强，对设备的选择和操作有更高的要求，而且该过程还会生成盐酸，使反应的后处理更加复杂。
另外，2,6-二烷基苯酚发生氧化偶联反应是一个有水生成的反应，水的存在会影响反应的进行，并造成反应速率和2,6-二烷基苯酚转化率的下降；其次，水会破坏催化剂上N原子与金属离子形成的配位键，造成活性中心金属离子流失，从而影响催化剂的催化活性和重复使用效率。虽然常规方法中通过引入分水装置会降低水对反应平衡的影响，但分水并不能充分将水排出，更不能解决活性中心附近生成水对催化剂活性影响的问题。
现有技术存在的这些问题，限制了3,3’5,5’-四烷基-4,4’-联苯醌的工业生产和应用。
技术实现要素：
基于此，有必要针对传统的制备3,3’,5,5’-四烷基-4,4’-联苯醌的方法，催化剂无法回收利用，有副产物聚苯醚生成，反应后处理复杂等问题，提供一种催化剂可回收利用、无副产物聚苯醚生成且无需进一步处理的3,3’,5,5’-四烷基-4,4’-联苯醌的合成方法。
一种3,3’,5,5’-四烷基-4,4’-联苯醌的合成方法，包括以下步骤：
将2,6-二烷基苯酚溶于反应溶剂中，加入铜离子负载疏水改性树脂催化剂和氧化剂，搅拌，在40℃~80℃反应2~8小时，过滤得滤液，回收所述铜离子负载疏水改性树脂催化剂；
将所述滤液蒸馏，得到残留物，回收所述反应溶剂；及
将所述残留物用烷醇清洗，干燥后得到所述3,3’,5,5’-四烷基-4,4’-联苯醌。
在其中一个实施例中，所述铜离子负载疏水改性树脂催化剂由以下方法制备：
将质量比为1:0.8~1:0.02~0.05的弱碱树脂、单质碘和硝酸加入冰醋酸中，搅拌，在80℃~100℃反应至溶液褪色，用乙醇清洗至无碘离子流出，得到疏水改性载体树脂；
将质量比为1:0.5~1.5的金属铜盐与疏水改性载体树脂加入溶剂中，搅拌，在25℃~60℃反应至溶液褪色，过滤，用溶剂清洗至无铜离子流出，得到所述铜离子负载疏水改性树脂催化剂。
在其中一个实施例中，所述弱碱树脂为叔胺型聚苯乙烯树脂。
在其中一个实施例中，所述金属铜盐为氯化铜、硝酸铜或醋酸铜。
在其中一个实施例中，所述溶剂为水、甲醇或乙醇。
在其中一个实施例中，所述氧化剂为空气、氧气或双氧水。
在其中一个实施例中，所述2,6-二烷基苯酚中2位和6位上的烷基均为碳原子数≤6的烷烃基团。
在其中一个实施例中，所述反应溶剂选自卤代烃中的一种。
在其中一个实施例中，所述2,6-二烷基苯酚、氧化剂、铜离子负载疏水改性树脂催化剂和反应溶剂的质量比为：1:0.3~0.8:0.02~0.10:5~10。
在其中一个实施例中，所述烷醇为甲醇、乙醇或丙醇。
上述3,3’,5,5’-四烷基-4,4’-联苯醌的合成方法，以铜离子负载疏水改性树脂催化剂催化2,6-二烷基苯酚氧化偶联，催化剂回收后可重复利用，无副产物聚苯醚的生成，并降低了产品中金属铜离子残留，无需进一步处理即可达到行业标准。
附图说明
图1为原始树脂和疏水改性载体树脂的疏水活性对比图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
需要说明的是，本申请中3,3’,5,5’-四烷基-4,4’-联苯醌以及2,6-二烷基苯酚的命名均是为了定义方便，3,3’,5,5’-四烷基-4,4’-联苯醌中3,3’位和5,5’位上的烷基可以相同也可以不同，2,6-二烷基苯酚中2位和6位上的烷基可以相同也可以不同。
一种3,3’,5,5’-四烷基-4,4’-联苯醌的合成方法，包括以下步骤：
S110、将质量比为1:0.8~1:0.02~0.05的弱碱树脂、单质碘和硝酸加入冰醋酸中，搅拌，在80℃~100℃反应至溶液褪色，用乙醇清洗至无碘离子流出，得到疏水改性载体树脂。
其中，弱碱树脂为叔胺型聚苯乙烯树脂。例如，D301、D370、Amberlite IRA96RF。
叔胺型聚苯乙烯树脂与单质碘发生碘化反应，苯环引入疏水的碘取代基，使得制备的疏水改性载体树脂表现出一定的疏水活性，从而促进催化剂上活性中心附近水的脱离，减少水对催化剂的影响，进而提高了树脂催化剂的催化活性和重复利用效率。
此外，上述反应中加入硝酸，是因为硝酸可氧化碘单质生成具有更强亲核性的碘正离子，从而使树脂碘化反应顺利进行。
优选的，硝酸为30%~70%质量百分含量的硝酸。
可以理解，冰醋酸作为反应介质，不需要限定其具体的用量。
S120、将质量比为1:0.5~1.5的金属铜盐与上述疏水改性载体树脂加入溶剂中，搅拌，在25℃~60℃反应至溶液褪色，过滤，用溶剂清洗至无铜离子流出，得到该铜离子负载疏水改性树脂催化剂。
其中，金属铜盐为氯化铜、硝酸铜或醋酸铜。
溶剂为水、甲醇或乙醇。
可以理解，该溶剂仅作为反应介质，不需要限定其具体的用量。
由于上述叔胺型聚苯乙烯树脂存在含孤对电子的N原子，因此可与铜离子形成配位键，从而获得铜离子负载催化剂。
另外，由于配位键的存在，铜离子与树脂载体的结合更牢固，金属离子在反应过程中不易流失。
上述方法制备的铜离子负载疏水改性树脂催化剂，通过向叔胺型聚苯乙烯树脂中引入疏水基团，增强了催化剂的疏水活性，使得制备的催化剂性能优良，可重复使用。
S130、将2,6-二烷基苯酚溶于反应溶剂中，加入铜离子负载疏水改性树脂催化剂和氧化剂，搅拌，在40℃~80℃反应2~8小时，过滤得滤液，回收上述铜离子负载疏水改性树脂催化剂。
其中，2,6-二烷基苯酚中2位和6位上的烷基均为碳原子数≤6的烷烃基团。
可以理解，该烷烃基团可以是直链烷烃或含有支链的烷烃或含有环的烷烃。2位和6位上的烷烃基团可以一样也可以不一样。
反应溶剂选自卤代烃中的一种，例如二氯甲烷、氯仿、二氯乙烷、四氯化碳或氯苯。
2,6-二烷基苯酚、氧化剂、铜离子负载疏水改性树脂催化剂和反应溶剂的质量比为1:0.3~0.8:0.02~0.10:0.5~10。
需要说明的是，步骤S130中，也可以将2,6-二烷基苯酚和铜离子负载疏水改性树脂催化剂先加入反应溶剂中，再加入氧化剂。
可以理解，因为铜离子负载疏水改性树脂催化剂为固体催化剂，反应为多相催化，若反应溶剂加入量过多，会造成反应液中原料浓度的降低，不利于反应的进行，若反应溶剂加入过多，也会造成原料成本的增加。
此外，选用空气、氧气或双氧水为氧化剂，副产物仅为水，工艺绿色，无污染。且生成的水与卤代烃不互溶，更容易排出，进一步降低了水对催化剂活性的影响，促进了2,6-二烷基苯酚氧化偶联反应的进行。
S140、将上述滤液蒸馏，得到残留物，回收上述反应溶剂。
其中，蒸馏的条件为：在40℃~140℃加热。
S150、将上述残留物用烷醇清洗，干燥后得到3,3’,5,5’-四烷基-4,4’-联苯醌。
其中，烷醇为甲醇、乙醇或丙醇。
上述3,3’,5,5’-四烷基-4,4’-联苯醌的合成方法，以铜离子负载疏水改性的叔胺型聚苯乙烯树脂催化2,6-二烷基苯酚最终合成3,3’,5,5’-四烷基-4,4’-联苯醌，例如3,3’,5,5’-四甲基-4,4’-联苯醌、3,3’,5,5’-四乙基-4,4’-联苯醌、3,3’,5,5’-四异丙基-4,4’-联苯醌、3,3’,5,5’-四叔丁基-4,4’-联苯醌、3,3’,5,5’-四环己基-4,4’-联苯醌、3,3’-二乙基-5,5’-二甲基-4,4’-联苯醌或3,3’-二叔丁基-5,5’-二甲基-4,4’-联苯醌等。
上述3,3’,5,5’-四烷基-4,4’-联苯醌的合成方法，无副产物聚苯醚生成，并降低了产品中金属铜离子的残留，无需进一步处理即可达到行业标准。
以下为具体实施例。
需要说明的是，本申请中所使用的叔胺型聚苯乙烯树脂D301、D370和Amberlite IRA96RF均为市售，所使用的其他化学试剂，如无特殊说明，均通过常规商业途径获得。
此外，实施例1~11中所使用的铜离子负载疏水改性D 301树脂催化剂、铜离子负载疏水改性D370树脂催化剂以及铜离子负载疏水改性Amberlite IRA96RF树脂催化剂均由以下方法制备：
（1）铜离子负载疏水改性D301树脂催化剂的制备
将10gD301树脂、8g单质碘和0.5g质量分数30%的硝酸加入冰醋酸中，搅拌，在100℃反应至溶液褪色，用乙醇清洗至无碘离子流出，得到疏水改性载体树脂。
将上述疏水改性载体树脂和20g氯化铜加入水中，搅拌，在25℃反应至溶液褪色，过滤，用水清洗至无铜离子流出，得到铜离子负载疏水改性D301树脂催化剂。
（2）铜离子负载疏水改性D370树脂催化剂的制备
将10gD370树脂、9g单质碘和0.3g质量分数50%的硝酸加入冰醋酸中，搅拌，在90℃反应至溶液褪色，用乙醇清洗至无碘离子流出，得到疏水改性载体树脂。
将上述疏水改性载体树脂和15g醋酸铜加入甲醇中，搅拌，在45℃反应至溶液褪色，过滤，用甲醇清洗至无铜离子流出，得到铜离子负载疏水改性D370树脂催化剂。
（3）铜离子负载疏水改性Amberlite IRA96RF树脂催化剂的制备
将10gAmberlite IRA96RF树脂、10g单质碘和0.2g质量分数70%的硝酸加入冰醋酸中，搅拌，在80℃反应至溶液褪色，用乙醇清洗至无碘离子流出，得到疏水改性载体树脂。
将上述疏水改性载体树脂和10g硝酸铜加入乙醇中，搅拌，在60℃反应至溶液褪色，过滤，用乙醇清洗至无铜离子流出，得到铜离子负载疏水改性Amberlite IRA96RF树脂催化剂。
通过TX 500H型旋转滴界面张力仪测定了水在D301、D370、Amberlite IRA96RF及上述（1）~（3）所得疏水改性载体树脂表面上的接触角，分别为15°、10°、12°、98°、86°和95°，如图1所示，光学照片的球形越往外突出说明接触角越大。接触角越大说明疏水性越好，对比结果显示，碘取代基的引入明显增加了催化剂载体的疏水活性。
实施例1
3,3’,5,5’-四甲基-4,4’-联苯醌的合成
将100g 2,6-二甲酚溶于700g氯仿中，加入10g上述铜离子负载疏水改性D301树脂催化剂，持续通入氧气30g，搅拌，在70℃反应6小时，过滤得滤液，回收上述铜离子负载疏水改性D301树脂催化剂。
将上述滤液蒸馏，得到残留物。将该残留物用甲醇清洗，干燥后得到3,3’,5,5’-四甲基-4,4’-联苯醌。
经计算，3,3’,5,5’-四甲基-4,4’-联苯醌的产率为97%，产品中铜离子含量为3.5μg/g，产品纯度为99.9%。
对比例1
对比例1的技术方案与实施例1的技术方案区别仅在于，将铜离子负载疏水改性D301树脂催化剂替换为铜离子负载疏水未改性的D301树脂，所得3,3’,5,5’-四甲基-4,4’-联苯醌的产率为60%
对比例2
对比例2的技术方案与实施例1的技术方案的区别仅在于，将铜离子负载疏水改性D301树脂催化剂替换为未负载疏水改性D301树脂，所得3,3’,5,5’-四甲基-4,4’-联苯醌的产率为35%。
对比例3
对比例3的技术方案与实施例1的技术方案的区别仅在于，将铜离子负载疏水改性D 301树脂催化剂替换为D301树脂，所得3,3’,5,5’-四甲基-4,4’-联苯醌的产率为10%
由实施例1与对比例1~3可知，铜离子负载疏水改性树脂催化合成3,3’,5,5’-四甲基-4,4’-联苯醌的产率可达95%以上，具有较好的催化效果；而未负载铜离子疏水改性树脂或未负载铜离子未改性的树脂催化合成3,3’,5,5’-四甲基-4,4’-联苯醌的效果较差，最高只有35%。因此，铜离子负载疏水改性树脂催化剂对3,3’,5,5’-四甲基-4,4’-联苯醌的催化活性明显加强。
实施例2
3,3’,5,5’-四甲基-4,4’-联苯醌的合成
将100g-二甲基苯酚溶于700g氯仿中，加入10g上述铜离子负载疏水改性D370树脂催化剂，持续通入氧气30g，搅拌，在70℃反应6小时，过滤得滤液，回收上述铜离子负载疏水改性D370树脂催化剂。
将上述滤液蒸馏，得到残留物。将该残留物用甲醇清洗，干燥后得到3,3’,5,5’-四甲基-4,4’-联苯醌。
经计算，3,3’,5,5’-四甲基-4,4’-联苯醌的产率为95%，产品中铜离子含量为4.5μg/g，产品纯度为99.5%。
实施例3
3,3’,5,5’-四甲基-4,4’-联苯醌的合成
将100g-二甲基苯酚溶于700g氯仿中，加入10g上述铜离子负载疏水改性Amberlite IRA96RF树脂催化剂，持续通入氧气30g，搅拌，在70℃反应6小时，过滤得滤液，回收上述铜离子负载疏水改性Amberlite IRA96RF树脂催化剂。
将上述滤液蒸馏，得到残留物。将该残留物用甲醇清洗，干燥后得到3,3’,5,5’-四甲基-4,4’-联苯醌。
经计算，3,3’,5,5’-四甲基-4,4’-联苯醌的产率为96%，产品中铜离子含量为4.0μg/g，产品纯度为99.6%。
实施例4
3,3’,5,5’-四甲基-4,4’-联苯醌的合成
将100g 2,6-二甲酚溶于700g氯仿中，加入10g上述铜离子负载疏水改性D301树脂催化剂，持续通入空气80g，搅拌，在70℃反应6小时，过滤得滤液，回收上述铜离子负载疏水改性D301树脂催化剂。
将上述滤液蒸馏，得到残留物。将该残留物用甲醇清洗，干燥后得到3,3’,5,5’-四甲基-4,4’-联苯醌。
经计算，3,3’,5,5’-四甲基-4,4’-联苯醌的产率为96%，产品中铜离子含量为3.9μg/g，产品纯度为99.6%。
实施例5
3,3’,5,5’-四甲基-4,4’-联苯醌的合成
将100g 2,6-二甲酚溶于700g氯仿中，加入10g上述铜离子负载疏水改性D301树脂催化剂和80g双氧水，搅拌，在70℃反应6小时，过滤得滤液，回收上述铜离子负载疏水改性D301树脂催化剂。
将上述滤液蒸馏，得到残留物。将该残留物用甲醇清洗，干燥后得到3,3’,5,5’-四甲基-4,4’-联苯醌。
经计算，3,3’,5,5’-四甲基-4,4’-联苯醌的产率为95%，产品中铜离子含量为4.5μg/g，产品纯度为99.6%。
实施例6
3,3’,5,5’-四乙基-4,4’-联苯醌的合成
将100g 2,6-二乙基苯酚溶于700g氯仿中，加入8g上述铜离子负载疏水改性D301树脂催化剂，持续通入空气30g，搅拌，在70℃反应5小时，过滤得滤液，回收上述铜离子负载疏水改性D301树脂催化剂。
将上述滤液蒸馏，得到残留物。将该残留物用甲醇清洗，干燥后得到3,3’,5,5’-四乙基-4,4’-联苯醌。
经计算，3,3’,5,5’-四乙基-4,4’-联苯醌的产率为95%，产品中铜离子含量为4.2μg/g，产品纯度为99.7%。
实施例7
3,3’,5,5’-四异丙基-4,4’-联苯醌的合成
将100g 2,6-二异丙基苯酚溶于500g二氯甲烷中，加入6g上述铜离子负载疏水改性D301树脂催化剂，持续通入空气30g，搅拌，在40℃反应8小时，过滤得滤液，回收上述铜离子负载疏水改性D301树脂催化剂。
将上述滤液蒸馏，得到残留物。将该残留物用乙醇醇清洗，干燥后得到3,3’,5,5’-四异丙基-4,4’-联苯醌。
经计算，3,3’,5,5’-四异丙基-4,4’-联苯醌的产率为96%，产品中铜离子含量为3.8μg/g，产品纯度为99.8%。
实施例8
3,3’,5,5’-四叔丁基-4,4’-联苯醌的合成
将100g 2,6-二叔丁基苯酚溶于800g二氯乙烷中，加入4g上述铜离子负载疏水改性D301树脂催化剂，持续通入空气80g，搅拌，在80℃反应3小时，过滤得滤液，回收上述铜离子负载疏水改性D301树脂催化剂。
将上述滤液蒸馏，得到残留物。将该残留物用乙醇清洗，干燥后得到3,3’,5,5’-四叔丁基-4,4’-联苯醌。
经计算，3,3’,5,5’-四叔丁基-4,4’-联苯醌的产率为98%，产品中铜离子含量为3.0μg/g，产品纯度为99.9%。
实施例9
3,3’,5,5’-四环己基-4,4’-联苯醌的合成
将100g 2,6-二环己基苯酚溶于1000g四氯化碳中，加入2g上述铜离子负载疏水改性D301树脂催化剂，持续通入空气60g，搅拌，在60℃反应8小时，过滤得滤液，回收上述铜离子负载疏水改性D301树脂催化剂。
将上述滤液蒸馏，得到残留物。将该残留物用丙醇清洗，干燥后得到3,3’,5,5’-四环己基-4,4’-联苯醌。
经计算，3,3’,5,5’-四环己基-4,4’-联苯醌的产率为95%，产品中铜离子含量为4.6μg/g，产品纯度为99.6%。
实施例10
3,3’-二乙基-5,5’-二甲基-4,4’-联苯醌的合成
将100g 2-乙基-6-甲基苯酚溶于600g氯苯中，加入8g铜离子负载疏水改性D301树脂催化剂和80g双氧水，搅拌，在60℃反应4小时，过滤得滤液，回收上述铜离子负载疏水改性D301树脂催化剂。
将上述滤液蒸馏，得到残留物。将该残留物用丙醇醇清洗，干燥后得到3,3’-二乙基-5,5’-二甲基-4,4’-联苯醌。
经计算，3,3’,5,5’-四甲基-4,4’-联苯醌的产率为95%，产品中铜离子含量为4.9μg/g，产品纯度为99.5%。
实施例11
3,3’-二叔丁基-5,5’-二甲基-4,4’-联苯醌的合成
将100g 2-叔丁基-6-甲基苯酚溶于600g氯苯中，加入6g上述铜离子负载疏水改性D301树脂催化剂和60g双氧水，搅拌，在80℃反应2小时，过滤得滤液，回收上述铜离子负载疏水改性D301树脂催化剂。
将上述滤液蒸馏，得到残留物。将该残留物用丙醇清洗，干燥后得到3,3’-二叔丁基-5,5’-二甲基-4,4’-联苯醌。
经计算，3,3’,5,5’-四甲基-4,4’-联苯醌的产率为97%，产品中铜离子含量为3.1μg/g，产品纯度为99.7%。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。