CN102531967A

CN102531967A - 六烷基胍氯化物的制备及提纯方法

Info

Publication number: CN102531967A
Application number: CN2011104246007A
Authority: CN
Inventors: 汤浩; 严留新; 杲婷; 张海娟; 陈年海
Original assignee: CHANGZHOU HUASHAN CHEMICALS Co Ltd
Current assignee: Jiangsu new Han Xin materials Limited by Share Ltd
Priority date: 2011-12-17
Filing date: 2011-12-17
Publication date: 2012-07-04
Anticipated expiration: 2031-12-17
Also published as: CN102531967B

Abstract

本发明公开了一种六烷基胍氯化物的制备及提纯方法，其包括四烷基脲先在催化剂作用下与三光气反应，然后加入二烷胺继续反应，反应后用碱液调节pH值后分液，最后用混合有机溶剂中进行重结晶等步骤。本发明采用分子筛型催化剂，提高了三光气的转化率，大幅度增加产物收率；所用的三光气没有毒性，使用安全可靠；采用混合溶剂重结晶，不仅提高了产物纯度，而且还得到了固态型离子相转移催化剂。本发明操作方便，不需要特殊设备，适于工业化大生产，产品纯度高，特别适用于高温聚合反应。

Description

六烷基胍氯化物的制备及提纯方法

技术领域

本发明涉及六烷基胍氯化物的制备方法，特别是涉及一种相转移催化剂六烷基胍氯化物的制备及提纯方法。

背景技术

胍化合物经常作为催化剂运用于各种化学反应中。其中，中性胍化合物具有一定的碱性，而离子性的胍化合物(也称为胍盐)则具有相转移催化特性。

相转移催化剂有很多种，例如季铵盐，磷盐和氨基吡啶盐等。但是由于一般的聚合反应需要相对的高温条件，很多催化剂在这样苛刻的条件下并不稳定，故很难起到催化作用。而六烷基胍盐作为相转移催化剂时，可以在高温条件下稳定存在，故在某些置换反应中不会大量分解，这样也使得催化剂有了较高的回收率，同时也降低了反应的成本。六烷基胍盐作为相转移催化剂，可用于高性能的共聚碳酸酯的制备；作为低极性的阻热物质，用于催化芳香聚醚的制备；不仅如此，它也作为反应物用于制备三胺基甲烷，抗瘤试剂，巯基烷氧硅烷等反应中。

由于具有很高的热稳定性，六烷基胍盐可以广泛用于聚合物的制备，特别是混合的烷基芳基聚醚聚合物的制备。例如含羟基的芳香族碱金属盐或者硫代类似物与一个活性的卤代或硝基取代的芳香族化合物间的亲核芳香取代反应，它们是以非极性有机溶剂(例如甲苯或二甲苯)作溶剂，在相转移催化剂六烷基胍盐的存在下发生的。这种方法特别适用于由双酚A或者4，4′-联苯二酚盐和4-硝基邻苯二甲酰亚胺制备二酰亚胺。美国专利文献US5229482中也公开了一种在热稳定的相转移催化剂如卤化六烷基胍盐的存在条件下使用低极性的溶剂如邻二氯苯，由二(氯代邻苯二甲酰亚胺)和二羟基取代的芳香烃的碱金属盐制备聚醚酰亚胺的置换方法。因此六烷基胍盐在合成中有重要作用，作为新型的催化剂，其制备有重要意义。

目前，六烷基胍卤盐的制备方法主要有以下几种：

1)利用四烷基胍与2倍量的卤代烷反应(Brunelle D.J.，et al.US5082968，1992)，但反应不完全，产物中既有五烷基胍又有六烷基胍，分离困难；同时反应中必须使用相转移催化剂和碱。

2)利用四烷基脲与光气的方法先制备五烷基胍，后制备六烷基胍盐(Barton D.H，，etal.J.Chem.Soc.，Perkin Trans，1982，9，2085～2090)。该方法中，虽然五烷基胍的收率较高，但是由于光气的毒性特别强，根本无法广泛应用。

3)利用四烷基脲与三氯氧磷反应制备的Vilsmeier盐与二烷基胺一步反应生成六烷基胍盐(Pruszynski P.，et al，Canadian Journal of Chemistry，1987，65，626～629)，该方法主要缺点是三氯氧磷参与反应，使产品含有磷根，导致产物无法分离，且导致将六烷基胍配成水溶液时PH不稳定。

此外，还有一些文献报道使用草酰氯来代替光气法，但是由于草酰氯与四烷基脲生成的Vilsmeier盐不稳定易分解，从而导致反应收率不高。

综合以上文献报道，六烷基胍卤盐的制备一般采用无水条件，其中需要用到毒性很大的光气，以及相对昂贵的有机溶剂。这样不仅增加了反应的成本而且反应的难度也大大地增加了。研究表明，六烷基胍的氯化物具有吸湿性，故很难控制反应在无水条件下进行。因此通常会先将其转化为其他的盐类如溴盐再进行相应的催化反应，这就增加了额外的反应步骤，同时增加了成本。

目前已有报道的制备得到的六烷基胍盐一般为液体型态，特别是油状，由于其液态中含有少量的水和磷酸盐或其他杂质，高温状态下难以操作，影响聚合物质量，使得液体很难用于高温聚合反应，这极大地限制了六烷基胍盐的应用。

发明内容

本发明的主要目的是为了克服上述问题，提供了一种操作简单、成本低廉、安全可靠的六烷基胍氯化物的制备方法。

本发明的另一目的是提供一种六烷基胍氯化物的提纯方法。

本发明的目的可以通过以下措施达到：

一种六烷基胍氯化物的制备及提纯方法，其包括如下步骤：

(a)在惰性气氛下将四烷基脲溶于有机溶剂中，然后加入催化剂并缓慢加入三光气或溶有三光气的有机溶液，搅拌下升温至50C～70C进行反应；

(b)反应后降温至-10℃～10℃，缓慢加入二烷胺，维持温度在35℃以下进行反应；

(c)反应后用碱液调节pH值至6～8，分液，用萃取剂多次萃取水相，合并萃取液后脱除溶剂，得到六烷基胍氯化物粗品；

(d)将六烷基胍氯化物粗品在混合有机溶剂中进行重结晶，分离六烷基胍氯化物晶体，干燥。

其中四烷基脲由通式I表示，六烷基胍氯化物由通式II表示，式中R1、R2、R3分别代表烷基，特别是C_1～2的烷基：R1、R2、R3可以是不同的基团也可以是相同的基团：

本发明中的四烷基脲特别是指四甲基脲或四乙基脲，六烷基胍氯化物特别是指六甲基胍氯化物或六乙基胍氯化物。本方法中的二烷胺特别是指二甲胺或二乙胺。

上述方法步骤a中的有机溶剂是甲基异丁基酮(MIBK)、乙酸乙酯、四氯化碳、甲苯或二甲苯等，其中甲苯和二甲苯较好，其中甲苯最好。

溶有三光气的有机溶液，是指将三光气溶解在有机溶剂中配制而成的溶液，其中的有机溶剂是甲基异丁基酮(MIBK)、乙酸乙酯、四氯化碳、甲苯或二甲苯等，其中甲苯和二甲苯较好，其中甲苯最好。溶有三光气的有机溶液的浓度可根据三光气的用量以及反应溶剂的用量进行调整，一般为0.1～10mol/L，进一步可以为0.5～5mol/L。

步骤a中的催化剂可以是Hβ沸石、HZSM-5型分子筛、HZSM-12型分子筛、固体超强酸等，其中Hβ沸石、HZSM-5型分子筛较好，特别是HZSM-5型分子筛最好；催化剂用量可在本领域内催化量的范围内进行调整，一般可以是0.5～10g/mol四烷基脲，特别是催化剂用量为2～5g/mol四烷基脲时最好。

步骤a中的反应温度优选为55℃～65℃，最优选60℃。反应时间可根据具体的反应进度进行调整，一般为1～5小时，进一步可以为1.5～4小时。步骤a中的惰性气氛是指氮气气氛、氦气气氛或氖气气氛等由一种或多种惰性气体构成的气氛。

在步骤b中，加入二烷胺之前可以先降温至-5～5℃，进一步可降至0℃。加入二烷胺后的反应维持在35℃以下进行，进一步维持在30℃以下进行，较佳的温度为20℃～30℃，最佳的温度为20℃～26℃。

步骤c中，可用碱或碱液调节pH值，碱可以为氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠或碳酸钾，优选氢氧化钠。本发明中的碱液是指碱的水溶液，其中碱液的质量浓度可以是20～80wt％，优选碱液浓度40～50wt％。该步骤中优选调节pH值至7～8，最优选7.5左右。

步骤c中的分液是指将水相与油相(或与水不互溶的有机相)分离。萃取剂可选择甲基异丁基酮、石油醚、二氯甲烷、氯仿或二氯乙烷，优选二氯甲烷。多次萃取是指萃取两次以上(包含两次)，一般可萃取3～5次。合并萃取液后可先用硫酸镁等干燥，再减压蒸馏除去溶剂(即萃取剂)。得到六烷基胍氯化物粗品一般为油状物。

步骤d中的混合有机溶剂可选自甲基异丁基酮、二氯甲烷、氯仿、二氯乙烷、甲基叔丁基醚、乙醚中的两种以上，优选体积比为10∶1～100∶1的甲基异丁基酮与二氯甲烷混合溶剂、甲基异丁基酮与氯仿混合溶剂或甲基异丁基酮与二氯乙烷混合溶剂；尤其是甲基异丁基酮与二氯甲烷的混合溶剂最好，二者的最佳体积比是50∶1。对重结晶后的晶体进行干燥(如在60℃下真空烘干等)，即可得到高纯度的六烷基胍氯化物成品。本方法得到的高纯度六烷基胍氯化物，其纯度可达96％以上，进一步可达98.5％以上。

本发明中，各主要原料的用量可在完全反应量的基础上进行适当调整，四烷基脲、三光气与二烷胺的较适当的摩尔比可以为1∶0.2～0.8∶2.1～3.2；其中优选比例为1∶0.4～0.5∶2.4～2.6。

本发明的一种更为详细的六烷基胍氯化物制备及提纯方法如下：先将干燥的有机溶液加入到带有搅拌、温度计、冷凝装置和氮气导入管的反应容器中。在氮气保护下，向其中加入四烷基脲并搅拌至溶解，并加入催化剂。将配制好的三光气的有机溶液滴加到上述反应液中。滴加完毕后，升温至55℃～65℃(特别是60℃)并搅拌2h～3h，并通过中控分析检测反应是否完全。反应结束后，冷却反应物到-5℃～5℃(特别是0℃)。然后滴加二烷胺，温度控制在20℃～26℃之间，通过HPLC跟踪检测反应是否完全。反应结束后用碱溶液调节pH值至6～8。分液，水相用二氯甲烷萃取，合并有机相并干燥。脱溶，得到黄色的油状物。将甲基异丁基酮和二氯甲烷的混合液加入到该黄色油状物中，并加热搅拌。冷冻结晶，抽滤可得六烷基胍氯化物的粗品，再加入混合溶液进行多次重结晶，即可得其纯品。其中有机溶剂优选采用甲苯；二烷胺选采用二乙胺；碱溶液选采用50wt％的氢氧化钠水溶液。

本发明还公开了一种六烷基胍氯化物的高纯度提纯方法，其为：将油状六烷基胍氯化物粗品在混合有机溶剂中进行重结晶，分离六烷基胍氯化物晶体，干燥；所述混合有机溶剂选自甲基异丁基酮、二氯甲烷、氯仿、二氯乙烷、甲基叔丁基醚或乙醚中的两种以上；优选体积比为10∶1～100∶1的甲基异丁基酮与二氯甲烷混合溶剂、甲基异丁基酮与氯仿混合溶剂或甲基异丁基酮与二氯乙烷混合溶剂；尤其是甲基异丁基酮与二氯甲烷的混合溶剂最好，二者的最佳体积比是50∶1。上述油状六烷基胍氯化物粗品的纯度一般在93％以下，甚至低于88％，经过本提纯方法可将六烷基胍氯化物的纯度提高至98.5％以上的高纯度。

本发明具有以下优点：

(1)本发明采用无毒的三光气来替代剧毒的光气，使整个反应过程更加安全环保，而且三光气参与的化学反应所需条件均比较温和，方便操作。

(2)本发明所采用的催化剂具有良好的吸附性，选择性高，大大提高了反应收率；该催化剂价廉易得，且反应条件温和，无需特殊设备。

(3)本发明采用了混合溶剂进行重结晶，对于易溶于大部分溶剂和水的物质来讲，这大大提高了产品的纯度。

(4)所得到的产物通过重结晶以固态的形式结晶出来，而目前已有报道的通过类似反应得到的六烷基胍盐一般均为液体型态，相比之下本发明所得的固态产品更易于运输和保存，而且液体很难用于高温聚合反应，这是由于其液体中含有少量的水和磷酸盐，高温状态下根本无法操作，影响聚合物质量，这极大地限制了六烷基胍盐的应用。本发明所得到的产物是固态型离子相转移催化剂，完全可以满足高温聚合反应要求。

附图说明

图1是实施例1得到的六乙基胍氯化物的HPLC谱图。

具体实施方式

实施例1：

在氮气保护下，向一个装有搅拌桨、温度计、冷凝管和氮气导入管的500ml四口烧瓶中加入四乙基脲(43g，0.25mol)，干燥甲苯(25ml)，搅拌使其溶解，并加入HZSM-5型分子筛(1.25g)。然后滴加三光气(29.7g，0.10mol)的甲苯(125ml)溶液，滴加结束后升温至60℃，继续搅拌反应2h。反应结束后，降温至0℃。在氮气保护下滴加二乙胺(43.8g，0.6mol)，控制反应温度于20℃～26℃，HPLC监测，反应结束后用50wt％氢氧化钠水溶液(100ml)调节pH值至7.5左右，分液，水相用CH₂Cl₂(50ml×5)萃取，合并CH₂Cl₂相，无水硫酸镁干燥，减压蒸除溶剂，得到黄色油状物。用体积比50∶1的甲基异丁基酮与二氯甲烷混合液(160ml)对其重结晶，过滤得六乙基胍氯化物粗品63.7g，再加入100ml的混合溶液进行二次重结晶，60℃下真空烘干得58.2g纯品，含量为99.2％，收率为88.3％。(m.p.：132～135℃)

HPLC测试条件：色谱柱：C18色谱柱，柱长：150mm，检测器：UV 215nm，流动相：乙腈∶水∶磷酸二氢胺∶磷酸＝200∶300∶3∶1，流量：1.0ml/min，柱温：25～40℃，进样量：20～40μL，检测结果：含量为99.2％。HPLC分析结果见图1和下表：

实施例2：

在氮气保护下，向一个装有搅拌桨、温度计、冷凝管和氮气导入管的1L四口烧瓶中加入四甲基脲(75.4g，0.65mol)，干燥甲苯(110ml)，搅拌使其溶解，并加入HZSM-5型分子筛(3.25g)。然后滴加三光气(80g，0.27mol)的甲苯(300ml)溶液，滴加结束后升温至60℃，继续搅拌反应2.7h。反应结束后，降温至0℃。在氮气保护下滴加二甲胺(73g，1.62mol)，控制反应温度于20℃～26℃，HPLC监测，反应结束后用50wt％氢氧化钠水溶液(280ml)调节pH值至7.5左右，分液，水相用CH₂Cl₂(135ml×5)萃取，合并CH₂Cl₂相，无水硫酸镁干燥，减压蒸除溶剂，得到黄色油状物。用体积比50∶1的甲基异丁基酮与二氯甲烷混合液(380ml)对其重结晶。冷冻结晶，抽滤得六甲基胍氯化物粗品103g，再分别加入300ml的混合溶液进行两次重结晶，60℃下真空干燥得93g纯品，含量为98.9％，收率为87.6％。

实施例3：

在氮气保护下，向一个装有搅拌桨、温度计、冷凝管和氮气导入管的5L四口烧瓶中加入四乙基脲(250g，1.45mol)，干燥甲苯(900ml)，搅拌使其溶解，加入Hβ沸石(7.25g)。然后滴加三光气(180g，0.61mol)的甲苯(750ml)溶液，滴加结束后升温至60℃，继续搅拌反应3h。反应结束后，降温至0℃。在氮气保护下滴加二乙胺(270g，3.70mol)，控制反应温度于20℃～26℃，HPLC监测，反应结束后用50wt％氢氧化钠水溶液(660ml)调节pH值至7.5左右，分液，水相用CH₂Cl₂(300ml×5)萃取，合并CH₂Cl₂相，无水硫酸镁干燥，减压蒸除溶剂，得到黄色油状物。用体积比50∶1的甲基异丁基酮与二氯甲烷混合液(1000ml)对其重结晶。冷冻结晶，抽滤得六乙基胍氯化物粗品337g，再分别加入750ml的混合溶液进行两次重结晶，60℃下真空干燥得311g纯品，含量为98.5％，收率为81.2％。

比较例1：

制备方法同实例1，以二甲苯代替甲苯，所得到的六乙基胍氯化物HPLC纯度为96.7％，收率为78.6％。

比较例2：

制备方法同实例1，反应体系中不加入HZSM-5型分子筛，所得到的六乙基胍氯化物HPLC纯度为87.5％，收率为48.2％。

比较例3：

制备方法同实例1，以甲基叔丁基醚代替甲基异丁基酮与二氯甲烷的混合溶剂，所得到的六乙基胍氯化物HPLC纯度为92.3％，收率为61.3％。

Claims

1.一种六烷基胍氯化物的制备及提纯方法，其特征在于包括如下步骤：

(a)在惰性气氛下将四烷基脲溶于有机溶剂中，然后加入催化剂并缓慢加入三光气或溶有三光气的有机溶液，搅拌下升温至50℃～70℃进行反应；

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述四烷基脲为四甲基脲或四乙基脲，二烷胺为二甲胺或二乙胺。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤a中的有机溶剂是甲基异丁基酮、乙酸乙酯、四氯化碳、甲苯或二甲苯；溶有三光气的有机溶液中的有机溶剂是甲基异丁基酮、乙酸乙酯、四氯化碳、甲苯或二甲苯。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述催化剂是Hβ沸石、HZSM-5型分子筛、HZSM-12型分子筛或固体超强酸；所述催化剂用量是0.5～10g/mol四烷基脲。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤b中先降温至-5～5℃；加入二烷胺后的反应温度为20℃～30℃。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤c中碱液中的碱为氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠或碳酸钾；碱液的质量浓度为20～80wt％。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述萃取剂为甲基异丁基酮、石油醚、二氯甲烷、氯仿或二氯乙烷；所述混合有机溶剂选自甲基异丁基酮、二氯甲烷、氯仿、二氯乙烷、甲基叔丁基醚或乙醚中的两种以上。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于所述混合有机溶剂选自体积比为10～100∶1的甲基异丁基酮与二氯甲烷混合溶剂、甲基异丁基酮与氯仿混合溶剂或甲基异丁基酮与二氯乙烷混合溶剂。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述四烷基脲、三光气与二烷胺的摩尔比为1∶0.2～0.8∶2.1～3.2。

10.一种六烷基胍氯化物的高纯度提纯方法，其特征在于：将油状六烷基胍氯化物粗品在混合有机溶剂中进行重结晶，分离六烷基胍氯化物晶体，干燥；所述混合有机溶剂选自甲基异丁基酮、二氯甲烷、氯仿、二氯乙烷、甲基叔丁基醚或乙醚中的两种以上。