CN102320946B

CN102320946B - 2-羟基芳酮类化合物的制备方法

Info

Publication number: CN102320946B
Application number: CN201110201151.XA
Authority: CN
Inventors: 徐保明; 程乾; 桂博艺; 罗岩; 陈坤; 陈彦国; 唐强; 胡传群
Original assignee: Hubei University of Technology
Current assignee: Hubei University of Technology
Priority date: 2011-07-19
Filing date: 2011-07-19
Publication date: 2013-10-02
Anticipated expiration: 2031-07-19
Also published as: CN102320946A

Abstract

本发明涉及2-羟基芳酮类化合物的制备方法，该方法分两步：第一步，芳烃或取代芳烃，2-乙酰氧基异丁酰氯，在催化剂和无水非水溶性溶剂中反应，生成中间产物1，1-二甲基-2-氧芳基或取代芳基乙基乙酸酯。第二步，中间产物在有机溶剂、相转移催化剂和碱性环境下，实现酯化物水解反应，经萃取剂萃取、水洗、减压浓缩、精馏或结晶等后处理过程，得到2-羟基芳酮类化合物的产品。本发明实现二步反应得到产品，含量可达98％，总收率可达70％以上，成本低，适于工业化生产。

Description

2-羟基芳酮类化合物的制备方法

技术领域

本发明属光固化技术领域，是关于2-羟基芳酮类化合物的制备方法。

背景技术

2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮(D-1173)，是一种高效的、不易产生黄变的固体光引发剂。主要应用于木材、金属及塑料表面的丙烯酸酯清漆涂料的紫外光固化，如罩光清漆、塑料涂料、木器涂料、粘合剂、平板印刷油墨、丝印油墨、柔印油墨和电子产品等方面。

1-[4-(2-羟乙氧基)苯基]-2-羟基-2-甲基丙酮(Irgacure 2959)，是唯一经FDA体系认证许可的水溶性光引发剂中的高端产品，由汽巴-嘉基公司独家生产。由于其极好的活性，具有引发效率高、热稳定性好、耐变黄、无异味等优点。广泛应用于油漆、涂料、光敏胶、印刷油墨、粘合剂、塑料制品、皮革、造纸及电子产品等。

对于2-羟基酮类光引发剂的合成，通常是采用将酮类中间体先卤代再碱性水解的制备工艺流程。这种合成方法分两步进行，操作较为繁琐，增加了反应成本，同时使用溴素或氯气作为卤代反应的原料也加大了反应中的危险性，同时产生溴化氢或氯化氢等有害气体，对环境造成了一定的损害。如果采用直接羟基化方法合成羟基酮类光引发剂，则可以有效避免此类问题的产生，提高反应的安全性，降低生产成本，同时具有良好的环境效益。

由于其合成难度较大，产品Irgacure 2959基本上依赖进口，国内的合成研究不多，目前还没有适用于生产的工艺路线。

山东师范大学测试中心孙镛等(水溶性光敏引发剂2-羟基-1-[4-(2-羟乙氧基)苯基]-2-甲基-1-丙酮，山东化工，1999年第3期)介绍了一种水溶性光引发剂1-[4-(2-羟乙氧基)苯基]-2-羟基-2-甲基-1-丙酮(Irgacure 2959)的合成路线。此方法反应步骤长，收率低，并且要用到危险腐蚀品溴素，每步反应均有大量废水需要处理，产品提纯困难，不能保证产品质量。孙镛等(光聚合引发剂1-苯基-2-甲基-2-羟基-1-丙酮的合成及其表征，山东化工，1999年第4期)还介绍了1-苯基-2-甲基-2-羟基-1-丙酮(D-1173)的合成路线。该工艺路线的难点是，采用相转移催化剂将α-H羟基化为α-OH时，转化率不高，副产物与主产物D-1173精馏分离困难，因而主产物D-1173含量不高，影响D-1173的光引发效率。

发明内容

鉴于现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种能满足工业化生产的2-羟基芳酮类化合物的制备方法，利用该方法制备的产品收率和纯度高，环境污染小、成本低，具有巨大的经济效益和社会效益。

为了实现本发明的目的，发明人通过大量试验研究，获得了如下技术方案：

通式(III)化合物的制备方法，包括如下步骤：

(1)通式(I)化合物与2-乙酰氧基异丁酰氯在催化剂中反应，生成通式(II)化合物：

(2)通式(II)化合物在有机溶剂、相转移催化剂和碱性环境下水解，生成通式(III)化合物：

其中，R₁＝R₂＝H；或R₁＝CH₃COOCH₂CH₂O且R₂＝HOCH₂CH₂O。

优选地，所述的步骤(1)为：在反应容器中加入催化剂和苯，保持0～40℃，搅拌下滴加2-乙酰氧基异丁酰氯，滴加完毕后升温至75～80℃回流搅拌，待反应混合物颜色变深后静置冷却至室温，将反应混合物转入碎冰-浓盐酸溶液中水解，萃取，有机相依次用饱和碳酸钠溶液洗涤至中性，再用水洗涤，常压蒸出溶剂；其中所述的催化剂为无水三氯化铝或无水三氯化锑。

进一步优选地，所述的步骤(1)中所述的碎冰-浓盐酸溶液的体积比为2∶1。

进一步优选地，所述的步骤(1)中的通式(I)化合物与2-乙酰氧基异丁酰氯在催化剂和和无水非水溶性溶剂的环境下进行F-C反应，所述的无水非水溶性溶剂为选自CCl₄或/和1，2-二氯乙烷。

优选地，所述步骤(1)还可以为：在反应容器中加入催化剂、乙二醇苯醚醋酸酯和1， 2-二氯乙烷，搅拌下滴加2-乙酰氧基异丁酰氯，滴加完毕后升温至40℃回流搅拌，待反应混合物颜色变深后静置冷却至室温，将反应混合物转入碎冰-浓盐酸溶液中水解，萃取，有机相依次用10％氢氧化钠溶液和水洗涤至中性，常压蒸出溶剂；其中所述的催化剂为无水三氯化铝或无水三氯化锑，所述的碎冰-浓盐酸溶液的体积比为2∶1。

所述的步骤(1)中2-乙酰氧基异丁酰氯、通式(I)化合物与催化剂的摩尔比为1∶1.0～7.0∶1.0～1.5。

优选地，所述的步骤(2)为：在反应容器中加入步骤(1)制备的产物，并用有机溶剂稀释，加入碱使反应环境为碱性，投入相转移剂，搅拌升温到微沸，反应后得通式(III)化合物粗品。

进一步优选地，步骤(2)中所述的有机溶剂选自甲醇、1，2-二氯乙烷和异丙醇的一种或多种。

进一步优选地，步骤(2)中所述的碱选自甲醇钠、氢氧化钠和氢氧化钾的一种或多种，其用量与步骤(1)中2-乙酰氧基异丁酰氯的用量摩尔比为1∶0.8～1.2。

进一步优选地，步骤(2)中所述的相转移剂为PEG-400、4-(二甲氨基)-N-(2-乙基)己基吡啶(鎓)盐、苄基三乙基氯化铵。

与现有技术相比，本发明涉及的2-羟基芳酮类化合物的制备方法具有如下优点和进步：

采用全新合成路线，将文献的四步(酯化-傅克酰基化-取代-水解)法合成减为二步(傅克酰基化-水解)合成艳佳固2959。具有步骤少，操作简单，原料易得，所用溶剂均能回收套用，收率高，污染少等优点。更重要的是避开了危险、难运输的腐蚀品溴素，消除了安全隐患，改善了操作环境，符合绿色环保安全工艺技术，特别适于工业化大批量生产。

附图说明

图1 1，1-二甲基-2-氧-苯基乙基乙酸酯红外谱图

图2 1，1-二甲基-2-氧-苯基乙基乙酸酯核磁谱图

图3 1，1-二甲基-2-氧-苯基乙基乙酸酯质谱图

图4 2-[4-(2-乙酰氧基乙氧基苯基)]-1，1-二甲基-2-氧乙基乙酸酯红外谱图

图5 2-[4-(2-乙酰氧基乙氧基苯基)]-1，1-二甲基-2-氧乙基乙酸酯核磁谱图

图6 2-[4-(2-乙酰氧基乙氧基苯基)]-1，1-二甲基-2-氧乙基乙酸酯质谱图

具体实施方式

本发明的反应分两步进行：

第一步，芳烃或取代芳烃，2-乙酰氧基异丁酰氯，在催化剂和无水非水溶性溶剂的环境下，进行F-C反应。反应完毕，混合物颜色变深，静置冷却到室温，倒入体积比2∶1的碎冰-浓盐酸溶液中水解，用反应溶剂萃取分层，萃取的有机相依次用饱和的碳酸钠溶液洗涤，水洗涤直到中性，有机相干燥后，先常压、后减压蒸出溶剂，得中间产物1，1-二甲基-2-氧芳基或取代芳基乙基乙酸酯，不必精制。

第二步，中间产物在有机溶剂、相转移催化剂和碱性环境下，搅拌升温到微沸，实现两相水解反应后，降至室温，用对中间产物和最终产物都有一定溶解度的非水溶性有机物萃取，分出有机相，水洗至中性。有机相干燥后常压蒸出溶剂，再减压浓缩，精馏或重结晶得到2-羟基芳酮类化合物。

以下是本发明的具体实施例，对本发明的技术方案做进一步作描述，但是本发明的保护范围并不限于这些实施例。凡是不背离本发明构思的改变或等同替代均包括在本发明的保护范围之内。

实施例1：2-羟基-2-甲基苯丙酮(D-1173)的生产

往200升搪瓷反应釜中，加入19kg(0.14kmol)的无水三氯化铝，60升(0.68kmol)无水苯，用冰-水浴冷却至0～5℃，搅拌下滴加16.5Kg(0.1kmol)的2-乙酰氧基异丁酰氯。滴加完后，再升温至80℃回流搅拌1h，反应混合物颜色变深。静置冷却到室温，将反应混合物转入盛有500Kg碎冰-浓盐酸溶液(体积比2∶1)的1000升搪瓷反应釜中水解，萃取分层。有机相依次用饱和的碳酸钠溶液洗涤至中性，再用水洗涤。常压蒸出溶剂，即得1，1-二甲基-2-氧-苯基乙基乙酸酯粗品。经重结晶，得1，1-二甲基-2-氧-苯基乙基乙酸酯纯品，无色针状结晶，熔点59.7～60.7℃。收率90％。

元素分析C₁₂H₁₄O₃：理论值C，69.88％；H，6.84％.

实测值C，69.43％；H，7.02％.

红外光谱IR仪器型号Perkin-Elmer Spectrum(KBr，cm^-1)：1734(m)，1687(s)，1376(s)，1312(s)，1060(s)。见图1。

核磁共振NMR仪器型号Varian Mercury 600，¹H-NMR(CDCl₃)：1.72(6H，s，-CH₃)，1.94(3H，s，-OCCH₃)，7.26～7.43(2H，d，o-penyl)，7.48～7.50(2H，m，m-penyl)，8.0(1H，s， p-penyl)。见图2。

质谱分析仪器Xevo TQ。MS：m/z 43(34.5)，59(14.5)，77(32.2)，105(100)，163(24.6)，206(M+H)。见图3。

往200升的搪瓷反应釜中，加入上步产品1，1-二甲基-2-氧-苯基乙基乙酸酯，80升甲醇，加入5.4Kg(0.1Kmol)的甲醇钠，投入1.5Kg相转移剂PEG-400。搅拌升温到微沸，液相色谱跟踪反应至原料消失。常压蒸出甲醇，降至室温。将反应液转入盛有200升水的500升搪瓷反应釜中分解，加入50升1，2-二氯乙烷萃取，分出有机相，水洗至中性。有机相转入100升搪瓷精馏釜中精馏，减压蒸馏收集112～115℃/0.667kPa馏份，即为产品2-羟基-2-甲基苯丙酮(D-1173)。重量13.5Kg，总收率82％。

实施例2：2-羟基-2-甲基苯丙酮(D-1173)的生产

将136.8Kg(0.6Kmol)的无水三氯化锑投入到盛有300升(3.39kmol)无水苯，200升CCl₄的1000升搪瓷反应釜中，用冰-水浴冷却至室温，搅拌下滴加82.5Kg(0.5Kmol)的2-乙酰氧基异丁酰氯。滴加完后，再升温至78℃回流搅拌1h，反应混合物颜色变深。静置冷却到室温，将反应混合物转入盛有1500Kg碎冰-浓盐酸溶液(体积比2∶1)的2000升搪瓷反应釜中水解，静置分层。水相再用100升CCl₄萃取，合并有机层。有机相依次用饱和的碳酸钠溶液洗涤至中性，再用水洗涤。有机相干燥后常压蒸出溶剂，即得1，1-二甲基-2-氧-苯基乙基乙酸酯粗品。经重结晶，得1，1-二甲基-2-氧-苯基乙基乙酸酯纯品，无色针状结晶，熔点59.1～60.3℃。收率90％。

往1000升的搪瓷反应釜中，加入上步制得的1，1-二甲基-2-氧-苯基乙基乙酸酯，并用100升1，2-二氯乙烷稀释，加入28Kg(0.5Kmol)的氢氧化钾和300升水的溶液，投入2.5Kg相转移剂4-(二甲氨基)-N-(2-乙基)己基吡啶(鎓)盐。搅拌升温到微沸，液相色谱跟踪反应至原料消失。分出有机相，碱洗、水洗至中性。有机相减压蒸馏收集112～115℃/0.667kPa馏份，即为产品2-羟基-2-甲基苯丙酮(D-1173)。重量62Kg，收率75％。

实施例3：1-[4-(2-羟乙氧基)苯基]-2-羟基-2-甲基-1-丙酮(Irgacure 2959)的生产

向配有搅拌器的200升搪瓷反应釜中，加入100升1，2-二氯乙烷，19Kg(105mol)经干燥的乙二醇苯醚醋酸酯，再加入17Kg(125mol)无水三氯化铝。在激烈搅拌下，滴加16.5g(100mol)2-乙酰氧基异丁酰氯。滴加完后，室温搅拌后，再升温至40℃搅拌6小时，反应混合物颜色变深为止。冷至室温后，在搅拌下，慢慢转入盛有500Kg碎冰-浓盐酸溶液 (体积比2∶1)的1000升搪瓷反应釜中水解，静置1小时后分出油层，油层依次用10％氢氧化钠溶液和水洗涤至中性。有机相常压蒸出溶剂，即得2-[4-(2-乙酰氧基乙氧基苯基)]-1，1-二甲基-2-氧乙基乙酸酯粗品。经高真空精馏，得2-[4-(2-乙酰氧基乙氧基苯基)]-1，1-二甲基-2-氧乙基乙酸酯纯品(b.p 150-160℃/0.1mmHg)，无色液体。收率89％。

元素分析C₁₆H₂₀O₆：理论值C，62.33％；H，6.54％.

实测值C，62.43％；H，6.48％.

红外光谱IR仪器型号Perkin-Elmer Spectrum(KBr，cm^-1)：1734(m)，1687(s)，1376(s)，1312(s)，1060(s)见图4。

核磁共振NMR仪器型号Varian Mercury 600，¹H-NMR(CDCl₃)：1.72(6H，s，-CH₃)，1.94(6H，s，-OCCH₃)，4.41(2H，t，-CH₂O-)，5.00(2H，t，-COOCH₂-)，7.26～7.43(2H，d，o-penyl)，7.48～7.50(2H，m，m-penyl)，8.0(1H，s，p-penyl)。见图5。

质谱分析仪器Xevo TQ。MS：m/z 307.3(M-H)。见图6。

往500升的搪瓷反应釜中，加入上步粗产品2-[4-(2-乙酰氧基乙氧基苯基)]-1，1-二甲基-2-氧乙基乙酸酯，100升异丙醇，150升水，5.6Kg(100mol)氢氧化钾，5Kg苄基三乙基氯化铵相转移剂。搅拌升温到微沸，液相色谱跟踪反应至中间体全部水解完全为止。常压蒸出异丙醇，降至室温。充分水解后，加100升1，2-二氯乙烷分二次萃取，分出有机相，水洗至中性。先常压蒸馏出部分溶剂，再冷冻至0～5℃结晶，得到粗产品。再加入重量比1∶3的甲醇进行重结晶，即为Irgacure 2959。重量19.5Kg，收率87％。

Claims

1.通式（III）化合物的制备方法，包括如下步骤：

（1）通式（Ⅰ）化合物与2-乙酰氧基异丁酰氯在催化剂中反应，生成通式（Ⅱ）化合物：

Figure 201110201151X100001DEST_PATH_IMAGE001

（2）通式（Ⅱ）化合物在有机溶剂、相转移催化剂和碱性环境下水解，生成通式（III）化合物：

其中，R₁=R₂=H；或R₁=CH₃COOCH₂CH₂O且R₂=HOCH₂CH₂O。

2.根据权利要求1的制备方法，其特征在于：通过下述结构中间体的化合物，进行简单反应，得到目标产品的：

Figure 201110201151X100001DEST_PATH_IMAGE003

具体命名为： 1,1-二甲基-2-氧-苯基乙基乙酸酯。

3.根据权利要求1的制备方法，其特征在于：通过下述结构中间体的化合物，进行简单反应，得到目标产品的：

具体命名为：2-[4-(2-乙酰氧基乙氧基苯基)]-1,1-二甲基-2-氧乙基乙酸酯。

4.根据权利要求1的制备方法，其特征在于：步骤（1）为：在反应容器中加入催化剂和苯，保持0～40℃，搅拌下滴加2-乙酰氧基异丁酰氯，滴加完毕后升温至75～80℃回流搅拌，待反应混合物颜色变深后静置冷却至室温，将反应混合物转入碎冰-浓盐酸溶液中水解，萃取，有机相依次用饱和碳酸钠溶液洗涤至中性，再用水洗涤，常压蒸出溶剂；其中所述的催化剂为无水三氯化铝或无水三氯化锑。

5.根据权利要求1的制备方法，其特征在于：步骤（2）为：在反应容器中加入步骤（1）制备的产物，并用有机溶剂稀释，加入碱使反应环境为碱性，投入相转移剂，搅拌升温到微沸，反应后得通式（III）化合物粗品。

6.根据权利要求4的制备方法，其特征在于：步骤（1）中的通式（Ⅰ）化合物与2-乙酰氧基异丁酰氯在催化剂和无水非水溶性溶剂的环境下进行F-C反应，所述的无水非水溶性溶剂为选自CCl₄或/和1，2-二氯乙烷。

7.根据权利要求4的制备方法，其特征在于：步骤（1）中2-乙酰氧基异丁酰氯、通式（Ⅰ）化合物与催化剂的摩尔比为1：1.0～7.0：1.0～1.5。

8.根据权利要求5的制备方法，其特征在于：所述的有机溶剂选自甲醇、1，2-二氯乙烷和异丙醇的一种或多种。

9.根据权利要求5的制备方法，其特征在于：所述的碱选自甲醇钠、氢氧化钠和氢氧化钾的一种或多种，其用量与步骤（1）中2-乙酰氧基异丁酰氯的用量摩尔比为1：0.8～1.2。

10.根据权利要求5的制备方法，其特征在于：所述的相转移剂为PEG-400、4-(二甲氨基)-N-(2-乙基)己基吡啶(鎓)盐、苄基三乙基氯化铵。