CN101817755B - 4-氯丁基三甲基卤化铵的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种4-氯丁基三甲基卤化铵及其制备方法，该卤化铵的结构通式为：

Description

4-氯丁基三甲基卤化铵的制备方法
技术领域
本发明涉及一种应用于离子交换树脂、功能高分子单体的合成、精细化学品、化学试剂等领域的中间体——4-氯丁基三甲基卤化铵的制备方法。
背景技术
随着对离子交换树脂和功能高分子的深入研究，大孔树脂吸附层析分离技术已广泛应用于中草药有效成分、生化产品、医药产品的大规模分离，离子交换树脂在工业催化、高纯水处理、污水治理等领域的优势也日益明显。
目前离子交换树脂以及功能高分子单体的合成中通常使用4-溴丁基三甲基溴化铵。然而，4-溴丁基三甲基溴化铵合成方法虽明晰，但后处理过程极为复杂。通常采用大过量的1,4-二溴丁烷为原料，在有机相或水相中与三甲胺进行单取代反应，但其反应条件难以控制，双取代的副反应严重；后处理涉及剩余原料的分离、副产物的分离、除水、除溶剂等诸多步骤，极为繁琐，因而限制了其大规模工业化合成。因此开发一种可代替4-溴丁基三甲基溴化铵用于离子交换树脂和功能高分子单体合成的4-氯丁基三甲基卤化铵，及其简便、高效、节能、环保的制备方法有着重要的现实意义。
发明内容
本发明的目的在于弥补上述现有技术之不足，提供一种4-氯丁基三甲基卤化铵及其制备方法，该卤化铵可用于离子交换树脂以及功能高分子单体的合成，且制备方法简单，反应条件易于控制，产率高。
实现本发明目的的技术方案是：一种4-氯丁基三甲基卤化铵，其结构通式为
Figure GDA0000224805051
其中X为Cl或Br。
本发明还提供了上述4-氯丁基三甲基卤化铵的制备方法，包括以下步骤：
(1)将4-卤丁醇置于反应容器中，在室温下向其中通入三甲胺，4-卤丁醇与三甲胺的重量比为1.0:0.5~1.5，通气完毕后，于密封状态下升温至40℃~120℃，搅拌使其充分反应后，缓慢放出未反应的三甲胺，得到4-羟丁基三甲基卤化铵；所述4-卤丁醇为4-氯丁醇或4-溴丁醇；
(2)于40℃~80℃搅拌下，向步骤(1)得到的4-羟丁基三甲基卤化铵中缓慢加入氯化亚砜，氯化亚砜与上述4-卤丁醇的重量比为1.0~2.5:1.0，然后保持40℃~80℃继续搅拌使其充分反应，反应结束后抽真空除去低沸物，得到4-氯丁基三甲基卤化铵。
由上述技术方案可知，本发明是以三甲胺气体对4-氯丁醇或4-溴丁醇进行取代，生成4-羟丁基三甲基氯化铵或4-羟丁基三甲基溴化铵，再由氯化亚砜的氯原子取代4-羟丁基上的羟基，得到4-氯丁基三甲基氯化铵或4-氯丁基三甲基溴化铵。整个反应过程无需有机相或水相作为介质，且每一步的取代反应均具有专一性，与采用大过量的1,4-二溴丁烷为原料的传统方法相比，本发明方法的反应条件更容易控制，避免了副反应的发生以及剩余原料的分离、副产物的分离、除水、除溶剂等诸多极为繁琐的后处理步骤，产率更高，且降低了生产成本，更有利于大规模工业化合成。因此，与现有技术相比，本发明的优点如下：
本发明的4-氯丁基三甲基卤化铵（即4-氯丁基三甲基氯化铵或4-氯丁基三甲基溴化铵）可用于离子交换树脂和功能高分子单体的合成，制备过程中无需消耗溶剂，反应条件易于控制，工艺简单，所需设备少，产率高，成本低，该方法简便、高效、节能、环保，具有更好的实用性、经济性和广阔的市场前景。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护内容不局限于以下实施例。
实施例1
(1)将4-氯丁醇20g置于热压釜中（反应装置不限于热压釜，通常能实现密封状态、适合本发明温度条件的加热装置即可），在室温下向热压釜中通入三甲胺12g，通气完毕后，于密封状态下升温至120℃，并搅拌使其充分反应（一般搅拌反应3~10h即可）；反应结束后，停止搅拌并冷却至室温，缓慢放出未反应的三甲胺气体，即得到中间体4-羟丁基三甲基氯化铵；
(2)将步骤(1)得到的4-羟丁基三甲基氯化铵置于装有回流冷凝装置的反应容器中，加热至40℃，于搅拌下缓慢加入氯化亚砜50g，加毕，保持温度继续搅拌反应3h使反应充分，冷却后水泵抽真空除去低沸物，得到无色结晶态产品35g。
采用核磁、红外对产品进行表征，证实该无色结晶态产品为4-氯丁基三甲基氯化铵。其熔点为83~87℃，产率97%，纯度95%。
1HNMR(CDCl3): 1.91(m, 4H, -CH2CH2- ); 3.44(s, 9H, 3-CH3); 3.53(t, 2H, -CH2-N ); 3.93(m, 2H, Br-CH2--).
IR(KBr), ν, cm-1: 2997, 2942, 1488, 1480, 1237, 1422(ClCH2-), 977, 965, 951 (C-Cl).
实施例2
(1)将4-溴丁醇140g置于热压釜中，在室温下向热压釜中通入三甲胺84g，通气完毕后，于密封状态下升温至40℃，并搅拌反应7h；停止搅拌并冷却至室温，缓慢放出未反应的三甲胺气体，即得到中间体4-羟丁基三甲基溴化铵；
(2)将步骤(1)得到的4-羟丁基三甲基溴化铵置于装有回流冷凝装置的反应容器中，加热至60℃，于搅拌下缓慢加入氯化亚砜250g，加毕，保持温度继续搅拌反应7h，冷却后抽真空除去低沸物，得到无色结晶态产品198g。
采用与实施例1相同的方法对产品进行表征，证实该产品为4-氯丁基三甲基溴化铵。其熔点为95~97℃，产率98%，纯度96%。
实施例3
(1)将4-氯丁醇300g置于反应容器中，在室温下向反应容器中通入三甲胺450g，通气完毕后，于密封状态下升温至80℃，并搅拌反应10h；停止搅拌，缓慢放出未反应的三甲胺气体，即得到中间体4-羟丁基三甲基氯化铵；
(2)于80℃搅拌下，向上述4-羟丁基三甲基氯化铵中缓慢加入氯化亚砜300g，加毕，保持温度继续搅拌反应5h，然后抽真空除去低沸物，得到无色结晶态产品533g。
采用与实施例1相同的方法对产品进行表征，证实该产品为4-氯丁基三甲基氯化铵。其熔点为83~87℃，产率98.5%，纯度95%。
本发明的4-氯丁基三甲基卤化铵（即4-氯丁基三甲基氯化铵或4-氯丁基三甲基溴化铵），可用于与聚丙烯酰乙二胺树脂反应制备季铵型聚丙烯酰乙二胺强碱性阴离子交换树脂：
Figure GDA0000224805052

Claims (1)

1.一种4-氯丁基三甲基卤化铵的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)将4-卤丁醇置于反应容器中，在室温下向其中通入三甲胺，4-卤丁醇与三甲胺的重量比为1.0:0.5~1.5，通气完毕后，于密封状态下升温至40℃~120℃，搅拌使其充分反应后，缓慢放出未反应的三甲胺，得到4-羟丁基三甲基卤化铵；所述4-卤丁醇为4-氯丁醇或4-溴丁醇；
(2)于40℃~80℃搅拌下，向步骤(1)得到的4-羟丁基三甲基卤化铵中缓慢加入氯化亚砜，氯化亚砜与上述4-卤丁醇的重量比为1.0~2.5:1.0，然后保持40℃~80℃继续搅拌使其充分反应，反应结束后抽真空除去低沸物，得到4-氯丁基三甲基卤化铵，该4-氯丁基三甲基卤化铵的结构通式为：
Figure FDA0000224805041
，其中X为Cl或Br。
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