一种基于微通道反应器和批次反应器结合的新型氧化还原方法，用于高效合成叔丁基氢醌

《Canadian Journal of Chemical Engineering》：A novel oxidation–reduction method for efficient synthesizing tert-butylhydroquinone based on the combination of microchannel reactors and batch reactors

　　摘要

叔丁基对苯二酚（TBHQ）是一种高效且稳定的食品添加剂，市场需求量很大。然而，传统的合成方法存在环境污染和产品选择性低等问题。本文提出了一种通过氧化还原法从2-叔丁基苯酚（2-TBP）高选择性合成TBHQ的新工艺。在微通道反应器中，2-叔丁基-1,4-苯醌（2-TBQ）的产率约为61.7%，反应时间为11.02分钟。在随后的氢化步骤中，TBHQ的产率达到98.0%，选择性为98.4%，而使用传统工艺时选择性仅为77.0%。此外，通过引入分子间氢键的理论，发现氢键的强度与溶液的颜色深度呈正相关。CFD模拟结果表明，600转/分钟的搅拌速率可以提供足够的垂直动量，以实现有效的气-液-固混合，并确保催化剂的均匀分散。

为了保证透明度，与本文相关的同行评审文件可在以下链接获取：https://doi.org/10.1002/cjce.70367。评审轮次：第三轮

编辑决定函
2026/02/07

评审员2报告
2026/02/07

评审员1报告
2026/02/05

作者回复附件1
2026/01/27

评审轮次：第二轮
编辑决定函
2026/01/26

评审员3报告
2026/01/25

评审员2报告
2026/01/25

评审员1报告
2026/01/23

作者回复附件1
2026/01/11

评审轮次：第一轮
编辑决定函
2025/11/03

评审员2报告
2025/10/08

评审员1报告
2025/10/04

数据可用性声明

支持本研究结果的数据可在本文的补充材料中找到。

文件名 描述
cjce70367-sup-0001-DataS1.xlsx Excel 2007电子表格，大小17.1 KB 数据S1：补充信息
cjce70367-sup-0002-FigureS1-S2.docx Word 2007文档，大小1.6 MB 图S1：2-TBP微流控氧化产物的气相色谱图（反应条件：30°C，2 MPa，线速度0.021 m/s，微通道长度=4 m）
图S2：在2.5%和5.0%催化剂负载下获得的氢化产物的13C NMR光谱。随着催化剂用量的增加，芳香区代表苯环结构的特征碳信号（δ=110–160 ppm）显著减弱甚至完全消失，表明芳香结构部分受损。同时，在饱和碳区（δ=20–50 ppm）出现了新的碳峰，这些峰与标准样品中1,4-环己二醇的光谱特征高度一致。这一变化清楚地证实了在较高催化剂负载下芳香环发生了氢化，产生了副产物，这与实验结果一致。图S3：在2.5%和5.0%催化剂负载下获得的氢化产物的13C NMR光谱。请注意：出版商不对作者提供的任何补充信息的内容或功能负责。如有任何疑问（除内容缺失外），请联系该文章的通讯作者。

参考文献

1. J. X. Chen, X. Li, B. H. Kong, J. L. Ma, M. Y. Liu, C. G. Liu, Q. Liu, Eur. J. Lipid Sci. Technol. 2021, 123, 2,000,385.
2. H. Y. Pu, Q. M. Sun, P. X. Tang, L. D. Zhao, Q. Li, Y. Y. Liu, H. Li, Food Chem. 2018, 260, 183.
3. N. Ooi, I. Chopra, A. Eady, J. Cove, R. Bojar, A. J. Oneill, J. Antimicrob. Chemother. 2013, 68, 1297.
4. A. Khezerlou, A. P. Akhlaghi, A. M. Alizadeh, P. Dehghan, P. Maleki, Toxicol. Rep. 2022, 9, 1066.
5. D. J. Engel, T. P. Malloy, US 4323715 A, 1982.
6. W. D. S. Young, G. F. Rodgers, US 2272556 A, 1955.
7. G. D. Yadav, N. S. Doshi, Catal. Today 2000, 60, 263.
8. A. Zheng, S. Li, S. B. Liu, F. Deng, Acc. Chem. Res. 2016, 49, 655.
9. M. Zheng, Y. Liu, G. Zhang, Z. Yang, W. Xu, Q. Chen, Antioxidants 2024, 13, 853.
10. J. Clohessy, W. Kwapinski, Appl. Sci. 2020, 10, 918.
11. Z. M. Luo, X. Wang, S. Zhang, T. Wang, H. Liang, J. Liu, J. Deng, J. Loss Prev. Process Ind. 2022, 80, 104,856.
12. Z. Y. Yu, T. Y. Huang, S. Ullah, Y. J. Wang, G. S. Luo, Ind. Eng. Chem. Res. 2024, 63, 15,113.
13. Y. Xing, Z. F. Yan, J. Deng, K. Wang, G. S. Luo, Ind. Eng. Chem. Res. 2025, 64, 1983.
14. K. Subramaniam, K. Y. Wong, K. H. Wong, C. T. Chong, J. H. Ng, Energies 2024, 17, 1652.
15. A. Tanimu, S. Jaenicke, K. Alhooshani, Chem. Eng. J. 2017, 327, 792.
16. R. Munirathinam, J. Huskens, W. Verboom, Adv. Synth. Catal. 2015, 357, 1099.
17. S. Wang, L. D. Yang, T. H. Zhu, N. Jiang, F. Li, H. Wang, C. L. Zhang, H. Song, React. Chem. Eng. 2022, 7, 170.
18. S. Mukhopadhyay, K. H. Chandnani, S. B. Chandalia, Org. Process Res. Dev. 1999, 3, 307.
19. A. B. Fasman, S. D. Mikhailenko, N. A. Maksimova, T. I. Ostrovskaya, V. S. Smirnov, Appl. Catal. 1983, 6, 1.
20. E. I. Klabunovskii, A. A. Balandin, L. V. Antik, Russ. Chem. Bull. 1964, 13, 1694.
21. P. Liu, J. W. Zhang, K. F. Liu, X. S. Hu, F. Gao, L. Du, J. Q. Zhu, AIChE J. 2023, 69, e18057.
22. P. Liu, H. W. Ge, Y. H. Lu, Y. J. Wang, L. Du, J. Q. Zhu, Chem. Eng. Sci. 2022, 248, 117,166.
23. S. Kuhaudomlap, A. Srifa, W. Koo-Amornpattana, C. Fukuhara, S. Ratchahat, Sci. Rep. 2024, 14, 23,149.
24. H. Chen, M. W. Xue, S. H. Hu, J. Y. Shen, Chem. Eng. J. 2012, 181, 677.
25. M. H. Peyrovi, T. Rostamikia, N. Parsafard, Energy Fuels 2018, 32, 432.
26. S. L. Lu, J. J. Wu, H. Peng, Y. Chen, Molecules 2020, 25, 803.
27. C. Q. Wang, Z. K. Jia, B. Zhen, M. H. Han, Molecules 2018, 23, 92.
28. F. Devred, B. W. Hoffer, W. G. Sloof, P. J. Kooyman, A. D. van Langeveld, H. W. Zandbergen, Appl. Catal. A. 2003, 244, 291.
29. C. Li, Y. W. Chen, Thermochim. Acta 1995, 256, 457.
30. F. Mijangos, F. Varona, N. Villota, Environ. Sci. Technol. 2006, 40, 5538.
31. P. Chen, J. Q. Lu, G. Q. Xie, L. Zhu, M. F. Luo, React. Kinet., Mech. Catal. 2012, 106, 419.
32. J. Varghese, S. H. Mushrif, React. Chem. Eng. 2019, 4, 165.
33. D. S. Potts, D. T. Bregante, J. S. Adams, C. Torres, D. W. Flaherty, Chem. Soc. Rev. 2021, 50, 12,308.
34. D. F. Su, Z. Z. Wei, S. J. Mao, J. Wang, Y. Li, H. R. Li, Z. R. Chen, Y. Wang, Catal. Sci. Technol. 2016, 6, 4503.
35. B. Ren, M. H. Zhao, L. C. Dong, G. X. Li, Catal. Commun. 2014, 50, 92.
36. C. Liu, Y. Q. Wu, T. T. Cai, Y. W. Chen, S. Jia, X. L. Zhang, Z. S. Li, Z. P. Wu, Y. Qing, J. C. Jiang, K. Wang, Green Chem. 2024, 26, 3356.
37. M. Martínez-Cifuentes, B. E. Weiss-López, L. S. Santos, R. Araya-Maturana, Molecules 2014, 19, 9354.
38. H. J. Wan, A. Vitter, R. V. Chaudhari, B. Subramaniam, J. Catal. 2014, 309, 174.
39. A. Ramirez-Lopez, Fluids 2023, 8, 268.
40. C. E. Ofoedu, L. J. You, C. M. Osuji, J. O. Iwouno, N. O. Kabuo, M. Ojukwu, I. M. Agunwah, I. S. Chacha, O. P. Muobike, A. O. Agunbiade, G. Sardo, G. Bono, C. O. R. Okpala, Foods 2021, 10, 699.
41. R. Yu, T. H. Tan, A. N. Kong, J. Biol. Chem. 1997, 272, 28,962.
42. L. Gulcin, Arch. Toxicol. 2025, 99, 2353.
43. L. Baudonnet, J. L. Grossiord, F. Rodriguez, J. Dispersion Sci. Technol. 2004, 25, 183.
44. Q. Abbas, B. Golman, P. Skrzypacz, Chem. Eng. Sci. 2024, 297, 120,283.
45. Z. B. Zhang, F. Zhou, J. Nie, Catal. Lett. 2007, 119, 271.
46. B. J. Xu, W. M. Hua, Y. H. Yue, Y. Tang, Z. Gao, Catal. Lett. 2005, 100, 95.
47. C. Li, Y. W. Chen, Thermochim. Acta 1995, 256, 457.
48. F. Mijangos, F. Varona, N. Villota, Environ. Sci. Technol. 2006, 40, 5538.
49. P. Chen, J. Q. Lu, G. Q. Xie, L. Zhu, M. F. Luo, React. Kinet., Mech. Catal. 2012, 106, 419.
50. J. J. Varghese, S. H. Mushrif, React. Chem. Eng. 2019, 4, 165.
51. D. S. Potts, D. T. Bregante, J. S. Adams, C. Torres, D. W. Flaherty, Chem. Soc. Rev. 2021, 50, 12,308.
52. D. F. Su, Z. Z. Wei, S. J. Mao, J. Wang, Y. Li, H. R. Li, Z. R. Chen, Y. Wang, Catal. Sci. Technol. 2016, 6, 4503.
53. B. Ren, M. H. Zhao, L. C. Dong, G. X. Li, Catal. Commun. 2014, 50, 92.
54. C. Liu, Y. Q. Wu, T. T. Cai, Y. W. Chen, S. Jia, X. L. Zhang, Z. S. Li, Z. P. Wu, Y. Qing, J. C. Jiang, K. Wang, Green Chem. 2024, 26, 3356.
55. M. Martínez-Cifuentes, B. E. Weiss-López, L. S. Santos, R. Araya-Maturana, Molecules 2014, 19, 9354.
56. H. J. Wan, A. Vitter, R. V. Chaudhari, B. Subramaniam, J. Catal. 2014, 309, 174.
57. R. Yu, T. H. Tan, A. N. Kong, J. Biol. Chem. 1997, 272, 28,962.
58. L. Gulcin, Arch. Toxicol. 2025, 99, 2353.
59. L. Baudonnet, J. L. Grossiord, F. Rodriguez, J. Dispersion Sci. Technol. 2004, 25, 183.
60. Q. Abbas, B. Golman, P. Skrzypacz, Chem. Eng. Sci. 2024, 297, 120,283.
61. Z. B. Zhang, F. Zhou, J. Nie, Catal. Lett. 2007, 119, 271.
62. B. J. Xu, W. M. Hua, Y. H. Yue, Y. Tang, Z. Gao, Catal. Lett. 2005, 100, 95.
63. S. Kuhaudomlap, A. Srifa, W. Koo-Amornpattana, C. Fukuhara, S. Ratchahat, Sci. Rep. 2024, 14, 23,149.
64. H. Chen, M. W. Xue, S. H. Hu, J. Y. Shen, Chem. Eng. J. 2012, 181, 677.
65. M. H. Peyrovi, T. Rostamikia, N. Parsafard, Energy Fuels 2018, 32, 432.
66. S. L. Lu, J. J. Wu, H. Peng, Y. Chen, Molecules 2020, 25, 803.
67. C. Q. Wang, Z. K. Jia, B. Zhen, M. H. Han, Molecules 2018, 23, 92.
68. F. Devred, B. W. Hoffer, W. G. Sloof, P. J. Kooyman, A. D. van Langeveld, H. W. Zandbergen, Appl. Catal. A. 2003, 244, 291.
69. C. Li, Y. W. Chen, Thermochim. Acta 1995, 256, 457.
70. F. Mijangos, F. Varona, N. Villota, Environ. Sci. Technol. 2006, 40, 5538.
71. P. Chen, J. Q. Lu, G. Q. Xie, L. Zhu, M. F. Luo, React. Kinet., Mech. Catal. 2012, 106, 419.
72. J. Varghese, S. H. Mushrif, React. Chem. Eng. 2019, 4, 165.
73. D. S. Potts, D. T. Bregante, J. S. Adams, C. Torres, D. W. Flaherty, Chem. Soc. Rev. 2021, 50, 12,308.
74. D. F. Su, Z. Z. Wei, S. J. Mao, J. Wang, Y. Li, H. R. Li, Z. R. Chen, Y. Wang, Catal. Sci. Technol. 2016, 6, 4503.
75. B. Ren, M. H. Zhao, L. C. Dong, G. X. Li, Catal. Commun. 2014, 50, 92.
76. C. Liu, Y. Q. Wu, T. T. Cai, Y. W. Chen, S. Jia, X. L. Zhang, Z. S. Li, Z. P. Wu, Y. Qing, J. C. Jiang, K. Wang, Green Chem. 2024, 26, 3356.
77. M. Martínez-Cifuentes, B. E. Weiss-López, L. S. Santos, R. Araya-Maturana, Molecules 2014, 19, 9354.
78. H. J. Wan, A. Vitter, R. V. Chaudhari, B. Subramaniam, J. Catal. 2014, 309, 174.
79. A. Ramirez-Lopez, Fluids 2023, 8, 268.
80. C. E. Ofoedu, L. J. You, C. M. Osuji, J. O. Iwouno, N. O. Kabuo, M. Ojukwu, I. M. Agunwah, I. S. Chacha, O. P. Muobike, A. O. Agunbiade, G. Sardo, G. Bono, C. O. R. Okpala, Foods 2021, 10, 699.
81. R. Yu, T. H. Tan, A. N. Kong, J. Biol. Chem. 1997, 272, 28,962.
82. L. Gulcin, Arch. Toxicol. 2025, 99, 2353.
83. L. Baudonnet, J. L. Grossiord, F. Rodriguez, J. Dispersion Sci. Technol. 2004, 25, 183.
84. Q. Abbas, B. Golman, P. Skrzypacz, Chem. Eng. Sci. 2024, 297, 120,283.
85. Z. B. Zhang, F. Zhou, J. Nie, Catal. Lett. 2007, 119, 271.
86. B. J. Xu, W. M. Hua, Y. H. Yue, Y. Tang, Z. Gao, Catal. Lett. 2005, 100, 95.