氢化双酚A的应用与合成研究

介绍

氢化双酚A(HBPA)是一种脂肪族二元醇，通过对BPA分子中2个苯环进行双键饱和反应得到。氢化过程提升了绝缘性、热稳定性和耐老化性能，且所得到的氢化产品对人体健康无不良影响[1-3]。它的分子式为C15H28O2。外观为白色晶体。

图一 氢化双酚A

应用

氢化双酚A是以BPA为原料通过加氢反应合成的新型材料，因其自身结构的稳定性使其具有更强的光热稳定性、耐气候性和无毒的优点，广泛应用于精密电子元器件绝缘封装、医疗器械部件等高端领域。HBPA是某些不饱和聚酯树脂和环氧树脂制备中至关重要的原料，可用于合成热稳定剂、阻燃剂、增塑剂、抗氧化剂等精细化工产品，并广泛应用于涂料、沥青以及发光二极管封装材料等领域[4-6]。目前，利用HBPA来提升环氧树脂性能已成为环氧树脂领域中备受关注且具有广阔发展潜力的重要途径。

合成

双酚A催化加氢制备HBPA的难点是BPA结构中存在2个羟基，在催化加氢的过程中，由于位阻效应，苯环加氢难度很大，通常需要在高温高压下才能进行，更为困难的是HBPA三种同分异构体的含量不易控制。Terada等[7]在210～260℃和9.2 MPa压力下，利用Raney镍、Urushibara镍A和Urushibara镍B催化剂研究了BPA氢化产物异构体的构型和优选构象。Su等[8]以异丙醇为介质，在180℃和6.9 MPa压力下，采用一维镍钯催化剂实现了对BPA的完全转化，并使产品中反/反式异构体比值超过75%。随着氢气压力升高和反应温度降低，反/反式异构体比值略有增加。Hillion等[9]使用过渡金属均相催化剂，在210℃和3 MPa氢气条件下进行4 h的加水乙醇处理后得到质量分数为99%的HBPA产品。Takehiro等[10]研究了负载Ni催化剂对BPA选择性加氢，并发现与单羟基苯环相比，含有2个羟基芳香环的加氢更具挑战性；而碱土金属修饰催化剂可以显著提高活性并实现更高选择性[11]。

氢化双酚A的合成主要分为两步，第一步为催化剂的合成，第二步为目标化合物的合成。

催化剂的合成

称取2.50 g的RuCl3·3H2O溶解于10.6 mL的去离子水，在烧杯中称取17.58 g烘干后的纳米氧化铝载体，接着用等体积浸渍法将上述溶液均匀地喷洒到载体表面，搅拌2 h使其浸渍均匀，在真空干燥箱中进行烘干后，将样品经粉碎机加工成粉末，将粉末在200℃下煅烧5 h, 100℃下还原1 h, 得到5% Ru/Al2O3催化剂。

BPA的加氢过程

高压反应釜中加入55 mL异丙醇、10.79 g双酚A和0.32 g 5% Ru/Al2O3催化剂，利用氢气对高压反应釜进行严密性检验，并排除其中空气，连续进行3次置换。在真空度为0.2 MPa、搅拌转速100 r/min条件下加热，在达到所需的反应温度后，提高搅拌转速并通过调整压力控制阀使釜内压力达到反应压力，并持续注入适量的氢气以保持所需的反应氢压。最佳反应条件为：反应温度为145℃，反应压力为6 MPa，反应时间为5 h，催化剂质量分数为3%[12,13]。

图二 氢化双酚A的合成

参考文献

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