CN101863782A - 紫外光引发剂对二甲氨基苯甲酸酯类化合物的合成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及紫外光引发剂对二甲氨基苯甲酸乙酯(EDB)、对二甲氨基苯甲酸异戊酯(IADB)和对二甲氨基苯甲酸异辛酯(EHA，商品名为507)类化合物的合成方法和生产工艺，本发明的方法是以对硝基苯腈为原料，经过硝基还原、氮甲基化反应，得到对二甲氨基苯腈，该苯腈与Vilsmeier试剂作用生成中间体，最后在烷基醇/水/HCl体系中水解得到相应的对二甲氨基苯甲酸酯类化合物，产品纯度大于98％，总收率80％以上。本发明的合成方法具有反应条件温和，操作简单，对环境友好，溶剂易回收套用的特点，适合应用于工业生产。
Description
发明领域
本发明涉及紫外光引发剂对二甲氨基苯甲酸乙酯(EDB)、对二甲氨基苯甲酸异戊酯(IADB)和对二甲氨基苯甲酸异辛酯(EHA，商品名为507)及类似化合物的合成方法和生产工艺。本发明的方法是以对硝基苯腈为原料，经过硝基还原、氨甲基化反应，得到对二甲氨基苯腈，该苯腈与Vilsmeier试剂作用生成中间体，最后在烷基醇/水/HCl体系中水解得到相应的对二甲氨基苯甲酸酯类化合物，产品纯度大于98％，总收率80％以上。本发明的合成方法具有无苛刻条件，操作简单，对环境友好，溶剂易回收套用的特点，适合应用于工业生产。
发明背景
对二甲氨基苯甲酸酯系列化合物是一类高效的胺促进剂，同自由基(II)型光引发剂一起使用，主要用于纸张、木材、金属及塑料表面的清漆涂料体系进行紫外固化，也可用于单一或多种单体的紫外光辐射聚合反应，还是性能优良的增感剂，常与硫杂蒽酮类光引发剂、苯乙酮类光引发剂联合使用，既能促进光引发作用，又可有效消除氧对光引发聚合的干扰作用。
对二甲氨基苯甲酸酯系列化合物可以做优良的抗紫外线添加剂，广泛应用于耐水防晒化妆品中，其中包括对二甲氨基苯甲酸乙酯(EDB)、对二甲氨基苯甲酸异戊酯(IADB)和对二甲氨基苯甲酸异辛酯(EHA，商品名为507)，后者是一种良好的UVB区的紫外线吸收剂，作为防晒剂，在国际上被大量的使用，美国FDA将其列为第一类推荐使用的防晒剂。
现有对二甲氨基苯甲酸酯制备方法：(I)对二甲氨基苯甲酸直接酯化(Journalof Organic Chemistry，70(7)，2476-2485；2005；)；(II)对氨基苯甲酸酯经甲醛催化氮甲基化(GB 2233975；CN1289764)。方法(I)存在对二甲氨基苯甲酸成本较贵，酯化收率低，酸性废水量大等缺点。方法(II)存在氮甲基化很难完全，所用甲基化试剂硫酸二甲酯毒性大，酸性废水量多；用氯甲烷、碘甲烷成本高，两者同时都存在甲基化过程中酯有部分水解，影响产率等缺点。
发明内容
本发明的目的是克服现有合成方法所存在的缺点，提供一种工艺路线长度适中、原料易得、条件相对温和、操作简便、三废少、高收率、高纯度的对二甲氨基苯甲酸酯类化合物的合成方法。该方法采用国内易得的对硝基苯腈、甲醛和烷基醇做原料，Pd/C和Vilsmeier试剂做催化剂，采用氢化还原、氮甲基化、氰基氯化、催化醇解等手段，高收率合成高含量的对二甲氨基苯甲酸酯类化合物，所有的步骤无苛刻条件，操作简单，对环境友好，符合绿色环保的要求，具有显著的社会效益和经济效益，适合工业化生产。
为实现上述目的，本发明提供一种对二甲氨基苯甲酸酯类化合物的合成方法，具体过程如下。
对二甲氨基苯甲酸酯类化合物的结构式如下：
其中，R代表1～8个碳原子的烷基
其合成步骤为：
第一步：硝基还原及氮甲基化
第二步：Vilsmeier试剂制备及氰基氯化
第三步：对二甲氨基苯甲酸酯制备
具体操作步骤如下：
步骤一：向对硝基苯腈、甲醛(40％)、醇溶剂和催化量的硫酸的混合体系中加入Pd/C催化剂，封闭反应系统，先后用氮气、氢气各置换3次，搅拌，升温至60℃，通氢，维持氢气压力为0.1～1.0MPa反应，定期测定反应体系吸氢速度，当连续30min不吸氢时则反应结束。冷却至室温并卸压，反应液过滤，中和至中性，加入有机溶剂提取，静置分出有机层，减压蒸馏回收溶剂，所得粗品进一步精馏得到对二甲胺基苯腈。
本发明所述步骤一中，加入催化剂为1～10％Pd/C，优选5％Pd/C催化剂。醇溶剂为C1～C4醇，优选为甲醇。氢气压力为0.1～1.0MPa，优选为0.5MPa。提取有机溶剂为甲苯、环己烷、氯仿、二氯甲烷，优选甲苯。
采用的后处理方式为：反应液中和至中性，静置分出有机层，脱去溶剂后再进一步纯化得对二甲氨基苯腈，产品纯度可达98％以上，收率85～94％。
步骤二：在温度为-10～10℃的条件下，向DMF、有机碱的有机溶剂溶液中滴加固体光气的溶液，控温在-10～10℃以下并搅拌30分钟，有大量白色固体生成后，然后滴加对二甲氨基苯腈，反应放热，控温在5℃以下继续搅拌30分钟，自然升至室温搅拌反应2小时后停止反应即制得氰基氯化物。此反应液可直接用于下一步反应。
本发明所述步骤二中，优选Vilsmeier试剂中的活化氯离子与对二甲氨基苯腈反应生成中间体，反应条件较直接的HCl加成更为温和，原料转化更为完全。该反应液可直接用于下一步反应。
本发明所述步骤二中，有机碱为三乙胺、N，N-二甲基丙胺、N-甲基二异丙胺、N，N-二甲基苯胺、4-(N，N-二甲基)吡啶，优选三乙胺。
本发明所述步骤二中，有机溶剂为二氯甲烷、氯仿、1，2-二氯乙烷、环己烷、甲苯，优选二氯甲烷、氯仿。
步骤三：向步骤二所得的混合溶液中加入ROH以及0.5～15％的稀盐酸混合溶液，搅拌，升温至35～80℃继续反应3～4小时，取样中控反应至原料反应完全，将反应液冷却至室温，中和反应液至中性，静置分出有机层，减压蒸馏回收溶剂和剩余的原料ROH，所得粗品进一步精馏除杂得到对二甲氨基苯甲酸酯，产品纯度大于98％，两步收率85～99％。
本发明所述步骤三中，稀盐酸浓度为0.5～15％，优选2％浓度。反应升温反应温度范围35～80℃，优选35～50℃。
本发明的对二甲氨基苯甲酸酯类化合物的合成方法，合成路线长度适中，所用原料对硝基苯腈、甲醛、烷基醇以及DMF和固体光气均为常见的工业原料，成本较低，优选Vilsmeier试剂活化对二甲氨基苯腈，再进行醇解反应生成对二甲氨基苯甲酸酯类化合物。本发明可以提供80％以上的总收率，产品纯度大于98％，所有步骤无苛刻反应条件、操作简单、对环境友好、溶剂易回收套用，适合应用于工业生产。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明，下文中采用非限定性实施例作进一步说明。
实施例一：
步骤一：
(1)对二甲氨基苯腈的制备
在1L的高压釜中依次加入74.0g(0.5mol)对硝基苯腈，100ml甲醇，90g甲醛(wt 40％)和10g浓硫酸，再加入3.7g Pd/C(wt 5％)，封闭反应体系，先后用氮气、氢气各置换3次，搅拌15分钟后升温至60℃，通氢气，维持氢气压力为0.5MPa，定期测定吸氢速度，当连续30min不吸氢时则停止反应。冷却至室温并卸压，反应液过滤回收Pd/C，用20％的碳酸氢钠水溶液中和至中性，加入150ml甲苯提取，静置分出有机层，减压蒸馏回收溶剂，所得粗品进一步精馏除杂得到产品65.7g，HPLC纯度达到98.5％，收率90.0％，结构经1H-NMR、MS确证。
(2)对二甲氨基苯腈的制备
在1L的高压釜中依次加入74.0g(0.5mol)对硝基苯腈，100ml甲醇，90g甲醛(wt 40％)和5g浓硫酸，再加入3.7g Pd/C(wt 5％)，封闭反应体系，先后用氮气、氢气各置换3次，搅拌15分钟后升温至60℃，通氢气，维持氢气压力为0.5MPa，定期测定吸氢速度，当连续30min不吸氢时则停止反应。冷却至室温并卸压，反应液过滤回收Pd/C，用20％的碳酸氢钠水溶液中和至中性，加入150ml甲苯提取，静置分出有机层，减压蒸馏回收溶剂，所得粗品进一步精馏除杂得到产品64.3g，HPLC纯度达到98.8％，收率88.6％，结构经1H-NMR、MS确证。
(3)对二甲氨基苯腈的制备
在1L的高压釜中依次加入74.0g(0.5mol)对硝基苯腈，100ml甲醇，90g甲醛(wt 40％)和10g浓硫酸，再加入3.7g Pd/C(wt 10％)，封闭反应体系，先后用氮气、氢气各置换3次，搅拌15分钟后升温至60℃，通氢气，维持氢气压力为0.5MPa，定期测定吸氢速度，当连续30min不吸氢时则停止反应。冷却至室温并卸压，反应液过滤回收Pd/C，用20％的碳酸氢钠水溶液中和至中性，加入150ml甲苯提取，静置分出有机层，减压蒸馏回收溶剂，所得粗品进一步精馏除杂得到产品61.2g，HPLC纯度达到98.5％，收率82.3％，结构经1H-NMR、MS确证。
(4)对二甲氨基苯腈的制备
在1L的高压釜中依次加入74.0g(0.5mol)对硝基苯腈，100ml甲醇，90g甲醛(wt 40％)和10g浓硫酸，再加入3.7g Pd/C(wt 2％)，封闭反应体系，先后用氮气、氢气各置换3次，搅拌15分钟后升温至60℃，通氢气，维持氢气压力为0.3MPa，定期测定吸氢速度，当连续30min不吸氢时则停止反应。冷却至室温并卸压，反应液过滤回收Pd/C，用20％的碳酸氢钠水溶液中和至中性，加入150ml甲苯提取，静置分出有机层，减压蒸馏回收溶剂，所得粗品进一步精馏除杂得到产品62.1g，HPLC纯度达到98.7％，收率85.0％，结构经1H-NMR、MS确证。
步骤二和三：
(1)对二甲氨基苯甲酸乙酯(EDB)制备
在1000ml的四口烧瓶中加入DMF 44.8g(0.58mol)，三乙胺58.9g(0.58mol)及二氯甲烷100ml，搅拌，冰盐浴冷却至0℃以下，滴加68.2g(0.23mol)固体光气的125ml二氯甲烷溶液，反应放热，过程控温于5℃以下，滴加完毕后，反应液保温5℃以下搅拌30分钟，有大量白色固体生成后，滴加对二甲氨基苯腈73.1g(0.5mol)，反应放热，过程控温于5℃以下，滴加完毕后5℃以下搅拌30分钟，自然升至室温继续搅拌1小时后停止反应。反应液直接用于下步反应。
向上步反应液中加入36.8g(0.8mol)乙醇以及2％的稀盐酸10ml混合溶液，搅拌，升温至50～55℃继续反应3～4小时，取样中控至原料反应完全，将反应液冷却至室温，用10％的碳酸氢钠水溶液中和至中性，静置分出有机层，减压蒸馏回收溶剂，所得粗品进一步精馏除杂得对二甲氨基苯甲酸乙酯，冷却后得白色固体91.9g，熔点63.0-64.0℃，收率95.2％，HPLC纯度99.2％，结构经1H-NMR、MS确证。
(2)对二甲氨基苯甲酸异戊酯(IADB)制备
在1000ml的四口烧瓶中加入DMF 44.8g(0.58mol)，三乙胺58.9g(0.58mol)及二氯甲烷100ml，搅拌，冰盐浴冷却至0℃以下，滴加68.2g(0.23mol)固体光气的125ml二氯甲烷溶液，反应放热，过程控温于5℃以下，滴加完毕后，反应液保温5℃以下搅拌30分钟，有大量白色固体生成。滴加对二甲氨基苯腈73.1g(0.5mol)，反应放热，过程控温于5℃以下，滴加完毕后5℃以下搅拌30分钟，自然升至室温继续搅拌1小时后停止反应。反应液直接用于下步反应。
向上步反应液中加入70.5g(0.8mol)异戊醇以及2％的稀盐酸10ml混合溶液，搅拌，升温至40～45℃继续反应3～4小时，取样中控至原料反应完全，将反应液冷却至室温，用5％的碳酸氢钠水溶液中和至中性，静置分出有机层，减压蒸馏回收溶剂，所得粗品进一步精馏除杂得对二甲氨基苯甲酸异戊酯109.6g，收率93.2％，HPLC纯度99.5％，结构经1H-NMR、MS确证。
(3)对二甲氨基苯甲酸异辛酯(EHA)制备
在1000ml的四口烧瓶中加入DMF 44.8g(0.58mol)，三乙胺58.9g(0.58mol)及1，2-二氯乙烷100ml，搅拌，冰盐浴冷却至0℃以下，滴加68.2g(0.23mol)固体光气的125ml二氯甲烷溶液，反应放热，过程控温于5℃以下，滴加完毕后，反应液保温5℃以下搅拌30分钟，有大量白色固体生成。滴加对二甲氨基苯腈73.1g(0.5mol)，反应放热，过程控温于5℃以下，滴加完毕后5℃以下搅拌30分钟，自然升至室温继续搅拌1小时后停止反应。反应液直接用于下步反应。
向上步反应液中加入104.0g(0.8mol)异辛醇以及2％的稀盐酸15ml混合溶液，搅拌，升温至40～45℃继续反应3～4小时，取样中控至原料反应完全，将反应液冷却至室温，用5％的碳酸氢钠水溶液中和至中性，静置分出有机层，减压蒸馏回收溶剂，所得粗品进一步精馏除杂得对二甲氨基苯甲酸异辛酯126.3g，收率91.2％，HPLC纯度98.7％，结构经1H-NMR、MS确证。
Claims (6)
1.一种对二甲氨基苯甲酸酯类化合物的合成方法，包括以下三个步骤：
步骤一：向对硝基苯腈、甲醛(40％)、醇溶剂和催化量的硫酸的混合体系中加入Pd/C催化剂，封闭反应系统，先后用氮气、氢气各置换3次，搅拌，升温至60℃，通氢，维持氢气压力为0.1～1.0MPa反应，定期测定吸氢速度，当连续30min不吸氢时则反应结束。冷却至室温并卸压，反应液过滤，中和至中性，加入有机溶剂提取，静置分出有机层，减压蒸馏回收溶剂，所得粗品进一步精馏得到对二甲胺基苯腈，单步收率85～94％。
步骤二：在温度为-10～10℃的条件下，向DMF、有机碱的有机溶剂溶液中滴加固体光气的溶液，控温在-10～10℃以下并搅拌30分钟，有大量白色固体生成，然后滴加对二甲氨基苯腈，反应放热，控温在5℃以下继续搅拌30分钟，自然升至室温搅拌反应2小时后停止反应即制得氰基氯化物。反应液可直接用于下一步反应。
步骤三：向步骤二所得的混合体系中加入ROH以及0.5～15％的稀盐酸水溶液，搅拌，升温至35～80℃继续反应3～4小时，取样中控至原料反应完全，将反应液冷却至室温，中和反应液至中性，静置分出有机层，减压蒸馏回收溶剂和剩余的原料ROH，所得粗品进一步精馏除杂得到对二甲氨基苯甲酸酯，产品纯度大于98％，两步收率85～99％。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于所述步骤一中，加入催化剂为1～10％Pd/C，优选5％Pd/C催化剂；醇溶剂为C1～C4醇，优选为甲醇；氢气压力为0.1～1.0MPa，优选为0.5MPa；提取有机溶剂为甲苯、环己烷、氯仿、二氯甲烷，优选甲苯。
3.根据权利要求1的方法，其特征在于所述步骤二中，优选Vilsmeier试剂中的活化氯离子与对二甲氨基苯腈反应生成中间体，反应条件较直接的HCl加成更为温和，原料转化更为完全。该反应液可直接用于下一步反应。
4.根据权利要求1的方法，本发明所述步骤二中，有机碱为三乙胺、N，N-二甲基丙胺、N-甲基二异丙胺、N，N-二甲基苯胺、4-(N，N-二甲基)吡啶，优选三乙胺。
5.根据权利要求1的方法，本发明所述步骤二中，有机溶剂为二氯甲烷、氯仿、1，2-二氯乙烷、环己烷、甲苯，优选二氯甲烷、氯仿。
6.根据权利要求1的方法，其特征在于所述步骤三中，优选相应的烷基醇与活泼的中间体发生醇解反应得到目标产物，反应条件温和，原料转化率高；稀盐酸浓度为0.5～15％，优选2％浓度；反应升温反应温度范围35～80℃，优选35～50℃。
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