CN101589020A - 一种被取代的2-氰基肉桂酸酯的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于制造被取代的2－氰基肉桂酸酯的改进方法。由这种新型的经济方法获得纯度较高、产率较高的产物。
Description
本发明涉及一种用于制造被取代的2-氰基肉桂酸酯的改进方法。由这种新型的经济方法获得纯度较高、产率较高的产物。
被取代的2-氰基肉桂酸酯(诸如2-氰基-3，3-二芳基丙烯酸酯)是一种高效的UV吸收剂，其例如被用作塑料中的光稳定剂或被用作化妆品中的遮光剂。
被取代的2-氰基肉桂酸酯可以通过如例如在EP 430 023、US 2623060、US 4178 303或JP 1293 982中所公开的使氰基乙酸酯与羰基化合物进行Knoevenagel缩合来制备。催化剂优选为冰醋酸和乙酸铵的混合物，所形成的反应水以与诸如环己烷、己烷、庚烷、苯、甲苯或二甲苯的有机溶剂的共沸混合物形式被除去。然而，为了实现高产率，现有技术的方法需要很长的反应时间，这对不希望副产物的形成有利。
US 5451694公开了在存在铵离子、而不含有机溶剂的情况下，使用C3-C6一元羧酸以将反应时间缩短至约5小时，同时实现良好的产率。然而，根据所用氰基乙酸酯与羰基化合物的摩尔比，这个方法使得基于羰基化合物的转化率较低或者基于氰基乙酸酯的转化率较低。
因此，本发明的目的在于提供一种用于制造被取代的2-氰基肉桂酸酯的经济方法，该方法尽管使用有机溶剂但反应时间与现有技术相比缩短了并且基于羰基化合物以及氰基乙酸酯的产率良好。
现在令人惊讶地发现，通过如下可以实现这个目的：在存在铵离子和有机溶剂的情况下，采用C3-C6一元羧酸使具有特定摩尔比的氰基乙酸酯与羰基化合物进行反应。而且，发现催化剂(即铵离子)的用量对转化率至关重要。
因此，在第一实施方式中，本发明涉及一种用于制造式I的被取代2-氰基肉桂酸酯的方法：
式I中，
R1是氢、C1-C4烷基、C1-C4烷氧基；
R2是氢、C1-C4烷基或苯基；并且
R3是C1-C12烷基，
所述方法中，
在(i)有机溶剂、(ii)C3-C6一元羧酸、和(iii)铵化合物的存在下，使式II的氰基乙酸酯与式III的羰基化合物进行反应，
附加条件是，所述式II的氰基乙酸酯与所述式III的羰基化合物的摩尔比在约0.65至0.9的范围内，优选在0.7至0.8的范围内，甚至更优选为约0.7。
在进一步的实施方式中，本发明涉及如上所述的方法，其中，所述铵化合物与所述羰基化合物的摩尔比被选定在约0.6至1.5的范围内，优选在约0.7至1.3的范围内，甚至更优选在约0.7至1.2的范围内，诸如在0.7至0.85的范围内(一次性添加)或在约1.0至1.2的范围内(分步添加)。
在特别优选的实施方式中，本发明涉及一种用于制备2-氰基-3，3-二苯基丙烯酸2-乙基己酯(INCI：奥克立林octocrylene)的方法，
所述方法中，
在(i)有机溶剂、(ii)C3-C6一元羧酸、和(iii)铵化合物的存在下，使氰基乙酸2-乙基己酯与二苯甲酮进行反应，
附加条件是，所述氰基乙酸2-乙基己酯与所述二苯甲酮的摩尔比在约0.65至0.9的范围内，优选在0.7至0.8的范围内，甚至更优选为约0.7。在甚至更优选的实施方式中，所述铵化合物与所述羰基化合物的摩尔比被选定在约0.6至1.5的范围内，优选在约0.7至1.3的范围内，甚至更优选在约0.7至1.2的范围内，诸如在0.7至0.85的范围内(一次性添加)或在约1.0至1.2的范围内(分步添加)。
在本发明的所有实施方式中，优选的氰基乙酸酯II包括例如氰基乙酸甲酯、氰基乙酸乙酯、氰基乙酸异戊酯和氰基乙酸2-乙基己酯，尤其是氰基乙酸2-乙基己酯。
在本发明的所有实施方式中，优选的羰基化合物III包括例如苯甲醛、茴香醛和二苯甲酮，尤其是二苯甲酮。
在本发明的所有实施方式中，优选的C3-C6一元羧酸包括例如丙酸、正丁酸、异丁酸、正戊酸、异戊酸和正己酸，尤其是正丙酸。一元羧酸的用量并不重要，其相对于每摩尔氰基乙酸酯II可以在0.1至10mol之间变化，优选在0.5至3.5mol之间变化。
在本发明的所有实施方式中，铵化合物包括能够形成铵离子的化合物，诸如氨和铵盐。优选地，在本发明的方法中使用一元羧酸的铵盐诸如乙酸铵、苯甲酸铵、甲酸铵，最优选乙酸铵和苯甲酸铵，尤其是乙酸铵。在氨被用于产生铵离子的情况下，可以例如以水溶液形式使用氨，或者可以通过将气态氨加入反应的溶剂/酸介质中来引入氨，或者可以通过使氨的水溶液在溶剂/酸介质中脱水来引入氨。因而，本发明还涉及根据如下发明的方法，其中铵盐通过将氨加入反应中使用的相应C3-C6一元羧酸中而形成。
在本发明的所有实施方式中，有机溶剂优选选自脂族溶剂、芳族溶剂或其混合物，最优选选自脂族溶剂。术语“脂族溶剂”包括可以是线性的或支化的并且/或者是可选被取代的脂族烃溶剂或脂环族烃溶剂，诸如为戊烷、己烷、环己烷、庚烷、辛烷、异辛烷、甲基环己烷、十氢化萘或其混合物。术语“芳族溶剂”包括诸如苯、甲苯、二甲苯、四氢化萘或其混合物的溶剂。在本发明的所有实施方式中，优选使用脂族溶剂(或其混合物)，甚至更优选使用己烷、环己烷、庚烷、异辛烷、甲基环己烷或其混合物，具体使用庚烷、环己烷或其混合物。
在根据本发明用于制备被取代的2-氰基肉桂酸酯的所有方法中，反应温度可以在约70℃至约130℃之间变化。优选地，反应温度在约90℃至120℃的范围内。优选地，温度被选定为使反应保持回流。该反应可以在高于环境压力下进行或者为了实现所需反应条件在部分真空下进行。可以在环境压力下或者在减压(例如约20至400mbar)下例如使用Dean-Stark分水器蒸馏除去一元羧酸/溶剂/水的混合物。只要不再分离出水，就可以认为反应终止了。这通常需要约3至8小时。通过如下常规方式对反应产物进行后处理：分离有机相和水相、可选洗涤、最终蒸馏以进一步纯化。可以通过诸如蒸馏或结晶的常规方法回收未转化的原料，诸如羰基化合物和/或氰基乙酸酯以及溶剂和C3-C6一元羧酸。根据本发明的优选方法包括回收未反应的原料。
令人惊讶地发现，将温度保持在低于100℃，尤其是保持在约95℃(同时通过调节压力使反应保持回流)会明显减少相应的2-氰基-3，3-二苯基-2-丙烯酰胺衍生物的形成。这点很重要，因为酰胺衍生物与被取代的2-氰基肉桂酸酯相比具有类似的沸点，因而不易通过蒸馏除去。因此，在根据本发明用于制造被取代的2-氰基肉桂酸酯的所有方法中，优选将反应温度保持在100℃以下，其中为了使该反应保持回流施加部分真空。因而，本发明还涉及一种根据本发明用于制造被取代的2-氰基肉桂酸酯的方法，其中，反应温度被选定在约90-100℃的范围内，尤其是约95℃，压力被选定为足以保持该反应回流。而且，还发现如果温度被保持在100℃以下，那么优选将氨化合物分步加入反应中，而不是将其一次性加入反应中。优选地，将初始剂量的氨化合物(用量是后续剂量的2-3倍，以克计)加入反应中，然后在一段时间内添加若干份(例如1、2、3、4、5、6、7、8、9或10份)后续剂量，诸如每小时添加一次，添加5次。如果分步添加铵化合物，那么铵化合物与羰基化合物的摩尔比优选被选定在约0.9至1.3的范围内，更优选在约1.0至1.2的范围内，诸如约1.1。
在另一实施方式中，本发明涉及一种组合物，所述组合物含有式I的被取代2-氰基肉桂酸酯和约0.01至0.5wt％、优选约0.05至0.4wt％、尤其是约0.1至0.38wt％的相应2-氰基-3，3-二苯基-2-丙烯酰胺衍生物，
式I中：
R1是氢、C1-C4烷基、C1-C4烷氧基；
R2是氢、C1-C4烷基或苯基；并且
R3是C1-C12烷基。
式I的被取代2-氰基肉桂酸酯在本发明的组合物中的用量优选在约97至99.99wt％的范围内，更优选在约99至99.50wt％的范围内。具体地，本发明涉及根据如下发明的组合物，其中式I的被取代2-氰基肉桂酸酯是2-氰基-3，3-二苯基丙烯酸2-乙基己酯(INCI：奥克立林)，2-氰基-3，3-二苯基-2-丙烯酰胺衍生物是2-氰基-3，3-二苯基-2-丙烯酰胺[731-48-6]。
氰基乙酸酯通常在甲磺酸作为催化剂的存在下采用固态氰基乙酸制备(如美国专利6271410中公开的)。令人惊讶地，现在发现以上定义的氰基乙酸酯还可以通过使用氰基乙酸的水溶液(含有约70至85wt％的氰基乙酸)来制备，同时获得类似的产率和品质。从成本效益观点出发，这种方法是非常有益的，因为这种溶液容易获得。而且，发现还可以使用腐蚀性更低且廉价的对甲苯磺酸作为催化剂。
因此，在进一步的实施方式中，本发明涉及一种根据本发明制备被取代的2-氰基肉桂酸酯的方法，其中，氰基乙酸酯经由包含如下的方法制备：使氰基乙酸的70至85wt％的水溶液与C1-C12醇在对甲苯磺酸催化剂的存在下进行反应。优选地，该方法中未使用额外的溶剂。在进一步的实施方式中，氰基乙酸与C1-C12醇的摩尔比被选定在约0.5至0.8的范围内，具体在约0.6至0.7的范围内。在另一实施方式中，对甲苯磺酸的用量基于氰基乙酸[mol]被额外选定在0.2至0.3mol％的浓度范围内。在具体的实施方式中，氰基乙酸∶C1-C12醇∶对甲苯磺酸的摩尔比在约1∶1.5∶0.0028的范围内。
在本发明的所有实施方式中，适当的C1-C12醇例如为甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇、异丁醇、戊醇、己醇和2-乙基己醇，尤其是2-乙基己醇。
术语“对甲苯磺酸”指，纯对甲苯磺酸及其一水合物。
在根据本发明用于制造氰基乙酸酯的方法中，反应温度可以在约70℃至130℃之间变化。优选地，反应温度在约90℃至120℃的范围内，甚至更优选在约100℃至120℃的范围内。该反应可以在高于环境压力下进行或者为了实现所需反应条件可以在部分真空下进行。可以在环境压力下或者在减压(例如约20至400mbar)下例如使用Dean-Stark分水器蒸馏除去C1-C12醇/水的混合物。只要不再分离出水，就可以认为反应终止了。这通常需要约3至8小时。通过如下常规方式对反应产物进行后处理：分离有机相和水相、可选洗涤、最终蒸馏以进一步纯化。可以通过诸如蒸馏或结晶的常规方法回收未转化的原料，诸如C1-C12醇。根据本发明的优选方法包括回收未反应的原料。
提供如下实施例以进一步阐述本发明的方法。这些实施例仅仅起到说明目的，并非意欲以任何方式限制本发明的范围。
实施例1：氰基乙酸的酯化
向安装有机械搅拌器、温度计、Dean Stark装置和水冷凝器的1000ml四口烧瓶中添加237.5g(以纯物质计为2.23mol)的80wt％氰基乙酸的水溶液、440g(3.38mol)的2-乙基己醇和1.2g(6.3mmol)的对甲苯磺酸一水合物。此后，将混合物在环境压力下加热回流(110℃)1小时，并且利用Dean Stark装置共沸蒸馏除水(初始添加的和形成的)，其中将上部有机层返回反应器中。1小时后，在130℃的温度下采用分水器(waterrespirator)逐步施加400mbar的真空。保持共沸蒸馏额外6小时，同时将真空度从400mbar逐渐增加至30mbar以保持130℃的温度，直到没有额外的水被除去。释放真空后，将反应混合物冷却至90℃。添加约100ml的水(被预热至90℃)后，将混合物在85-90℃下搅拌10分钟，然后分离各相。将上层有机层转移到安装有机械搅拌、温度计、填料塔(ID＝30mm、H＝1200mm，装填D＝7mm的金属拉西环)、水冷凝器和蒸馏瓶的1000ml四口烧瓶中。在130-140℃、10-30mbar的真空下蒸馏除去过量的2-乙基己醇。完成后，将真空度增加至1.5mbar并在130-140℃下蒸馏出氰基乙酸2-乙基己酯。得到无色液体状的氰基乙酸2-乙基己酯。反应产率为92％(基于氰基乙酸)。
实施例2：确定氰基乙酸2-乙基己酯与二苯甲酮的最佳摩尔比
向安装有机械搅拌器、温度计和冷凝器的500ml四口圆底烧瓶中添加62.2g(0.32mol)的氰基乙酸2-乙基己酯(EHCA)、81.0g(0.45mol)的二苯甲酮(BP)(EHCA∶BP的摩尔比＝0.71∶1)、27.7g(0.36mol)的乙酸铵、81.0g(1.1mol)的丙酸和81.0g的庚烷。将混合物在搅拌的同时进行加热。当温度达到110℃时，在常压下蒸馏除去丙酸、水、庚烷的混合物，耗时5小时。使庚烷相重新返回烧瓶中。然后，将反应物冷却至90℃，并将100ml热水加入反应混合物中。将混合物保持在85℃下10分钟，然后转移到分液漏斗中。向安装有柱子的烧瓶中添加256.0g的粗制2-氰基-3，3-二苯基丙烯酸2-乙基己酯溶液。在1mbar下进行精馏。在210℃(蒸汽)下蒸馏出2-氰基-3，3-二苯基丙烯酸2-乙基己酯。蒸馏后，得到浅黄色2-氰基-3，3-二苯基丙烯酸2-乙基己酯。反应产率列在表1中，并且回收未反应的二苯甲酮和2-EHCA。
重复实验，其中为了得到下表1中所列举的摩尔比调节2-EHCA的用量。
表1
| 2-EHCA∶BP | 2∶1 | 1∶1 | 0.9∶1 | 0.8∶1 | 0.71∶1 | 0.6∶1 |
| 基于2-EHCA的产率(％) | 66.18 | 85.60 | 88.24 | 90.34 | 93.09 | 84.41 |
| 基于BP的产率(％) | 94.02 | 94.05 | 94.28 | 95.30 | 98.38 | 88.30 |
由上表可以看出，2-EHCA与BP的最佳比率在约0.7∶1的范围内。
实施例3：确定铵化合物与二苯甲酮的最佳摩尔比
将20.6g氰基乙酸甲酯(MCA，0.2mol)、18.2g二苯甲酮(BP，0.1mol)、6.2g乙酸铵(0.08mol)、40g丙酸和40g庚烷混合在一起并加热到100℃。在常压下蒸馏除去水/庚烷/丙酸的混合物，耗时5小时。然后，在100-200mbar真空下蒸馏出庚烷和丙酸。在130℃、50mbar下蒸馏出大部分未反应的MCA。使残余物冷却下来，然后沉淀并过滤2-氰基-3，3-二苯基丙烯酸甲酯(MCDA)和部分未反应的BP。所得固体用100ml的水洗涤两次。然后，得到粗制MCDA并使其干燥。
重复实验，其中为了得到下表2中所列举的催化剂与BP的摩尔比调节乙酸铵催化剂的用量。
表2
| 催化剂：BP | 0.4 | 0.6 | 0.8 | 0.85 |
| BP转化率(％) | 80.07 | 73.15 | 75.56 | 77.24 |
| MCDA产率(％) | 28.05 | 92.42 | 95.28 | 92.4 |
实施例4：2-氰基-3，3-二苯基丙烯酸2-乙基己酯(其中2-氰基-3，3-二苯基-
2-丙烯酰胺的含量较低)的制备方法
向2000ml的反应器中添加311g的氰基乙酸2-乙基己酯、70g的乙酸铵、404g的二苯甲酮、405g的丙酸和405g的正庚烷。搅拌的同时，将混合物在减压(为了保持反应回流为约700mbar)下加热至约95℃。当温度达到95℃时，共沸蒸馏出庚烷、水和丙酸的混合物，耗时6小时，其中将有机相返回到反应器中。该时间段内，每小时分批添加25g的额外乙酸铵(5批次，每小时一次)。反应完成后，在减压真空(真空度高达20mbar同时保持温度低于约95℃)下蒸馏出庚烷和丙酸。当观察到不再出现蒸馏物时，添加500g水，然后将混合物在75℃下搅拌10分钟。添加340g正庚烷以后，收集有机相，然后重复洗涤过程。在减压(温度被保持在低于95℃)下蒸发溶剂以后，收集粗产物(含有约0.04％的2-氰基-3，3-二苯基-2-丙烯酰胺)，接着采用刮膜薄膜蒸发器进行蒸馏。第二次蒸馏得到388g的浅黄色奥克立林，其中包含约0.38％的2-氰基-3，3-二苯基-2-丙烯酰胺(通过HPLC测定)。在常压、约110℃的温度(回流温度)下重复该反应，2-氰基-3，3-二苯基-2-丙烯酰胺的含量在纯化后为0.7％。
Claims (12)
1.一种用于制造式I化合物的方法：
式I中，
R1是氢、C1-C4烷基、C1-C4烷氧基；
R2是氢、C1-C4烷基或苯基；并且
R3是C1-C12烷基，
在所述方法中，
在(i)有机溶剂、(ii)C3-C6一元羧酸和(iii)铵化合物的存在下，使式II的氰基乙酸酯与式III的羰基化合物进行反应，
附加条件是，所述式II的氰基乙酸酯与所述式III的羰基化合物的摩尔比在约0.65至0.9的范围内。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述式II的氰基乙酸酯与所述式III的羰基化合物的摩尔比在约0.7至0.8的范围内。
3.如权利要求1或2所述的方法，其中，所述有机溶剂是脂族溶剂。
4.如权利要求3所述的方法，其中，所述脂族溶剂选自己烷、环己烷、庚烷、异辛烷、辛烷、甲基环己烷或其混合物。
5.如权利要求3所述的方法，其中，所述脂族溶剂是庚烷、环己烷或其混合物。
6.如权利要求1至5中任意一项所述的方法，其中，所述铵化合物与所述式III羰基化合物的摩尔比在0.6至1.5的范围内。
7.如权利要求1至6中任意一项所述的方法，其中，所述C3-C6一元羧酸是丙酸、丁酸、异丁酸、戊酸、异戊酸。
8.如权利要求1至7中任意一项所述的方法，其中，所述铵化合物是乙酸铵、苯甲酸铵或通过将氨加入在所述反应中使用的相应的所述C3-C6一元羧酸所形成的铵盐。
9.如权利要求1至8中任意一项所述的方法，其中，所述氰基乙酸酯是氰基乙酸2-乙基己酯，所述羰基化合物是二苯甲酮。
10.如权利要求1至9中任意一项所述的方法，其中，反应温度在90至100℃的范围内，压力被选定为足以保持所述反应处于回流状态。
11.如权利要求1至10中任意一项所述的方法，其中，所述氰基乙酸酯经由包含如下步骤的方法制成：使氰基乙酸的70至85wt％的水溶液与C1-C12醇在对甲苯磺酸催化剂的存在下进行反应。
12.一种组合物，所述组合物包含式I的被取代2-氰基肉桂酸酯和约0.01至0.5wt％的相应2-氰基-3，3-二苯基-2-丙烯酰胺衍生物，
式I中，
R1是氢、C1-C4烷基、C1-C4烷氧基；
R2是氢、C1-C4烷基或苯基；并且
R3是C1-C12烷基。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20091125 |