CN103242197B - 一种紫外吸收剂中间体依托立林的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种紫外吸收剂中间体依托立林（ETO）的制备方法，包括以下步骤：1、在缩合反应釜中加入二苯甲酮、氰乙酸乙酯、催化剂和水不溶性溶剂，回流分水反应12～15h后，降温至50～55℃，其中氰乙酸乙酯相对于二苯甲酮的过量当量为0.2～5；2、用水洗涤反应液，分液分别得到水层和有机层；水层常压蒸馏回收水，套用于该步骤中，蒸馏馏底用步骤1中使用的相同溶剂溶解后补加适量的催化剂，套用于步骤1中；有机层常压蒸馏回收溶剂，减压蒸馏回收过量的氰乙酸乙酯，所回收的溶剂和氰乙酸乙酯套用于步骤1中；3、减压蒸馏所得馏底，加入75-100%的乙醇进行结晶，过滤，得依托立林；4、过滤步骤3所得的母液，常压回收乙醇，减压回收二苯甲酮和依托立林，所回收的乙醇套用于步骤3中，所回收的二苯甲酮和依托立林套用于步骤1中。本发明具有操作简单、生产周期短、环境污染小、能耗低、物料可以循环使用等优点。

Description

一种紫外吸收剂中间体依托立林的制备方法

技术领域

本发明涉及一种有机中间体的制备方法，具体而言涉及防晒剂中间体依托立林的制备方法，属于日用化工技术领域。

背景技术

紫外线吸收剂奥克立林，化学名称为2-氰基-3,3-二苯基丙烯酸-2-乙基己酯，商品名为UV-3039，C A S号为6197-30-4。英文名称为Octocrilene，英文别名为2-Ethylhexyl2-cyano-3,3-diphenylpropenoate;2-Cyano-3,3-diphenyl-2-propanoic acid2-ethylhexyl ester。其结构式如下所示：

奥克立林为浅黄色液体，沸点200℃(13.33Pa)，相对分子质量为361，相对密度为1.0478g／cm(25℃)，对紫外线的最大吸收波长为308nm。它与树脂的相容性好，不着色，广泛应用于软质、硬质聚氯乙烯等塑料和硝酸纤维素、丙烯酸树脂及聚氨酯等涂料中作为光稳定剂；它对皮肤刺激性很小，可加到高档化妆品中作遮光剂，国家卫生部规定其在防晒化妆品中的最高添加量为10％。因此，近年来，奥克立林的市场需求量越来越大。

合成奥克立林的文献国内外报道的并不多，主要有以下几种。

DE1954894公开了由二苯甲酮亚胺与氰基乙酸2-乙基己酯反应一步制得奥克立林，收率为94％。但由于反应过程中不断有副产氨气产生，将使生成的奥克立林发生氨解形成酰胺副产物，为减少酰胺副产物的形成，需要边反应，边减压蒸馏或鼓氮气蒸馏将氨气移除，因此增加了反应操作的难度并且增加了设备投入。同时，二苯甲酮亚胺无生产商，难以采购，需自行制备，导致总的反应步骤长，收率低，三废多。

由二苯甲酮直接与氰基乙酸2-乙基己酯进行Knoevenagel缩合反应制备奥克立林，所用的催化剂为乙酸铵与有机酸或酸酐的组合，例如参见US3215724、US5451694和WO2008/089920等。尽管这些专利公布的制备奥克立林的收率高达79～95%，但仍具有诸多弊病，如采用大量的乙酸铵做催化剂，不仅增加成本，而且氨解副反应仍无法避免，给分离带来困难；采用大量的有机酸，反应后这些有机酸因成分复杂，无法回收而污染环境，同时增加了生产成本；分水产生的含水废酸更是令人束手无策；反应时间长，能耗高，产品的色泽差，不能达到化妆品级的要求，等等。

US5047571公开了一种采用酯交换法制备奥克立林的方法，即依托立林（ETO）和异辛醇在碱性催化剂作用下得到，然而，该专利没有公布ETO的制备方法。

依托立林的化学名称为2-氰基-3,3-二苯基丙烯酸乙酯，英文名称为Etocrilene，Ethyl2-cyano-3,3-diphenylpropenoate，其CAS为5232-99-5。依托立林的结构式如下所示：

ETO的制备虽然可以采用制备奥克立林的Knoevenagel缩合方法，但迄今为止，鲜见有文献和专利公开报道，而且其潜在的缺憾仍不可避免，理由如上，不再赘述。

在Synth.commun.,2008,38:P2967和J.Org.Chem.1950,15:P381中公开了采用氨基酸如β-丙氨酸、ε-氨基己酸等与乙酸组合来催化二苯甲酮与氰乙酸乙酯缩合来制备ETO，不过该方法虽然可以避免杂质酰胺的产生，但反应时间长达90h，且ETO的产率很低，仅为28～64%，而且纯度也不高，此外，氨基酸价格较贵，难以回收，因此，以氨基酸为催化剂制备ETO并不是好的选择。

在Tetrahedron Lett.1991,32:P2755中报道了以3-甲氧基-3-三甲基硅氧基丙烯腈和二苯重氮甲烷为原料，以三氯化砷和三乙烯二胺为催化剂，以乙醚为溶剂来制备ETO。然而，该方法由于使用昂贵不易得到的原料、有毒的催化剂和溶剂乙醚而不具有太大的工业化生产价值。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺陷，本发明的目的在于提供一种能够制备高品质防晒剂中间体依托立林(ETO)的方法。本发明具有操作简单、生产周期短、环境污染小、能耗低、物料可以循环使用、产品纯度高等优点。

本发明人研究发现，通过包括如下步骤的合成工艺，能够获得高品质的ETO，反应方程式为：

步骤1），在缩合反应釜中加入二苯甲酮、氰乙酸乙酯、催化剂和水不溶性溶剂，回流分水反应12～15h后，降温至50～55℃。

所述催化剂包含有机胺和有机酸，所述有机胺为伯胺或仲胺，优选选自吗啉、哌啶、四氢吡咯的仲胺或直链脂肪族仲胺，所述直链脂肪族仲胺优选低级脂肪族仲胺，例如二（C₁-C₈烷基）胺，优选二（C₂-C₆烷基）胺，特别优选二丁胺，例如二正丁胺；所述有机酸为芳香族酸或脂肪族酸，优选C₁-C₈脂肪族酸，如乙酸、丙酸、丁酸、正辛酸等，特别优选丙酸，

其中氰乙酸乙酯相对于二苯甲酮的过量当量为0.2～5；

步骤2），用水洗涤反应液，分液分别得到水层和有机层；水层常压蒸馏回收水，套用于该步骤中，蒸馏馏底用步骤1中使用的相同溶剂溶解后补加适量的催化剂，套用于步骤1中；有机层常压蒸馏回收溶剂，减压蒸馏回收过量的氰乙酸乙酯，所回收的溶剂和氰乙酸乙酯套用于步骤1中；

步骤3），减压蒸馏所得馏底，加入75-100%的乙醇进行结晶，过滤，得依托立林；

步骤4），过滤步骤3所得的母液，常压回收乙醇，减压回收二苯甲酮和依托立林，所回收的乙醇套用于步骤3中，所回收的二苯甲酮和依托立林套用于步骤1中。

以下具体描述本发明。

步骤1中，在缩合反应釜中加入二苯甲酮、氰乙酸乙酯、催化剂和水不溶性溶剂。二苯甲酮和氰乙酸乙酯在催化剂的作用下发生Knoevenagel缩合反应，生成依托立林。

其中氰乙酸乙酯相对于二苯甲酮的过量当量为0.2～5，优选0.5～2，特别优选1。

所述催化剂包含有机胺和有机酸，还可以含有其他碱性和/或酸性物质，但优选该催化剂由有机胺和有机酸组成。

所述有机胺为伯胺（即一级胺）或仲胺（即和二级胺），优选选自吗啉、哌啶、四氢吡咯的仲胺或直链脂肪族仲胺，所述直链脂肪族仲胺优选低级脂肪族仲胺，例如二（C₁-C₈烷基）胺，优选二（C₂-C₆烷基）胺，特别优选二丁胺，例如二正丁胺。

所述有机酸为芳香族酸或脂肪族酸，优选C₁-C₈脂肪族酸，如乙酸、丙酸、丁酸、正辛酸等，特别优选丙酸。

所述催化剂中有机胺与有机酸的摩尔比为1:4至4:1，优选1:2至2:1，更优选有机胺和有机酸等摩尔量使用。

所述有机胺和有机酸各自与二苯甲酮用量摩尔比为0.01～0.5，优选0.05～0.3，更优选0.1～0.2。

所述水不溶性溶剂可以为卤代烃类、芳烃类、脂肪烃类等溶剂，卤代烃类溶剂如氯仿、二氯乙烷等，芳烃类溶剂如苯、甲苯、二甲苯等，脂肪烃类溶剂可以是环烷烃或链烷烃，环烷烃如环戊烷、环己烷等，链烷烃如正戊烷、正己烷、正庚烷、石油醚等，优选环己烷、正戊烷、正己烷、正庚烷、石油醚，更优选环己烷。

所用溶剂的用量可以适当选择，可以是二苯甲酮重量的0.5～10倍，优选0.8～5倍，更优选1～3倍。例如，当溶剂为环己烷时，其用量为：二苯甲酮：环己烷=1～3（重量比）,优选1.5。

步骤1的缩合反应在回流分水下进行12～15h，回流反应温度为85-88℃，例如可以为85-87℃或者86-88℃，至反应分出的水量很少时，结束反应，反应后降温至50～55℃。

根据本发明，由于采用特定的有机胺，因此在反应过程中没有副产的氨生成，因此避免了依托立林发生氨解形成酰胺副产物，因而无需在反应的同时采用减压蒸馏或鼓氮气蒸馏的方式移除氨气以减少酰胺副产物，降低了反应操作的难度和设备投入。

步骤2中，缩合反应结束并将反应液冷至50～55℃后，用水洗涤反应液，分液分别得到水层和有机层。

洗涤缩合反应液的目的是将有机相中的催化剂转移到水相中。洗涤反应液的水可以是回流分得的水或外加的水或者二者。其中水的总量为：水：二苯甲酮=0.1～1（重量比）,优选0.2～0.8，更优选0.5。

对于水层可以采用常压蒸馏来回收水，并套用于该步骤中。对于蒸馏馏底可以用溶剂进行溶解，优选采用步骤1中使用的相同溶剂溶解，补加适量的催化剂后可以套用于步骤1中，新鲜的催化剂补加量为首次用量的5～50%，优选10～20%，以弥补催化剂之损失。

有机层常压蒸馏回收溶剂，减压蒸馏回收过量的氰乙酸乙酯，所回收的溶剂和氰乙酸乙酯返回套用于步骤1中。

回收的溶剂和氰乙酸乙酯在返回步骤1套用时，应根据实际情况，保证其用量与其首次投料量一致，误差不超过5%。

根据本发明，由于步骤1中采用了水不溶性溶剂，因此能够实现与水的良好分离。另外，由于洗涤反应液时可以采用回流分得的水，而且从水层回收的水可以在步骤2中套用，因此大大降低了废水的产生。本发明表明，每生产1吨ETO产生的废水量不到0.3吨，从而减轻了环保压力。

此外，通过以上所述的回收套用，未反应完全的物料、催化剂、溶剂等都可以在反应过程中循环使用，从而大大降低了生产成本，也减小了对人和环境的危害。

步骤3中，对步骤2所得的馏底进行减压蒸馏，加入70-100%的乙醇进行结晶，过滤，得到产物依托立林。

结晶所用的乙醇优选为高纯度乙醇水溶液或无水乙醇，其乙醇含量优选为80～100%，更优选95%乙醇。以95%乙醇为例，其用量为：95%乙醇：二苯甲酮=5～1（重量比）,优选2。

结晶温度为0～20℃，优选10～15℃，结晶时间为0.5～5h，优选1～3h，更优选2h。

步骤4中，过滤步骤3所得的母液，常压回收乙醇，减压回收二苯甲酮和依托立林，所回收的乙醇套用于步骤3中用于结晶，所回收的二苯甲酮和依托立林返回步骤1进行套用。

根据实际情况，回收用于结晶步骤3的乙醇和回收用于步骤1套用的二苯甲酮，应保证其用量与各自首次投料量一致，误差不超过5～10%。

根据本发明，通过以上所述步骤4的回收套用，结晶溶剂乙醇、未反应完全的物料如二苯甲酮以及残留在母液中的依托立林等都可以在反应过程中循环使用，从而大大降低了生产成本，也减小了对人和环境的危害。

本发明的有益效果主要体现在以下几个方面：

1、本发明采用的原料便宜易得，如用作催化剂的二正丁胺等有机胺和丙酸等有机酸、用作溶剂的环己烷以及原料二苯甲酮都是化工生产的常用材料；

2、本发明反应过程中没有副产的氨生成，因此避免了依托立林发生氨解形成酰胺酰胺副产物，因而无需在反应的同时采用减压蒸馏或鼓氮气蒸馏的方式移除氨气以减少酰胺副产物，降低了反应操作的难度和设备投入；

3、未反应完全的物料、催化剂、溶剂等可回收套用，大大降低了生产成本，并减小了对人和环境的危害；

4、本发明采用了水不溶性溶剂，能够实现与水的良好分离。另外，由于洗涤反应液时可以采用回流分得的水，而且从水层回收的水可以套用，因此极大降低了废水的产生，每生产1吨ETO产生的废水量不到0.3吨，减轻了环保压力。

本发明从根本上改变了防晒剂中间体ETO合成工艺复杂、产率低的现状，解决了其面临的品质不高难题。依据本发明方法制得的ETO，其为类白色晶体，GC含量(面积归一法)：≥99.0%；单个杂质(GC)≤0.1%，总杂质(GC)≤0.5%。

附图说明

图1：根据本发明的工艺流程图。

具体实施方式

以下通过具体实施方式进一步解释或说明本发明内容，但实施例不应被理解为对本发明保护范围的限制。

本发明的工艺流程图如图1所示，其中，在缩合反应釜中分别加入一定量的二苯甲酮、氰乙酸乙酯、溶剂和催化剂，升温至回流，不断分出反应产生的水，至反应分出的水量很少时，结束反应。降温后，可以将分得的水部分转入釜中，可以同时再加入预先预热的新鲜水，经搅拌、静置、分液，得到水层和油层。所得水层可在真空下简单蒸馏至无水蒸出时为止，得到的水可以进行套用；馏底为回收的催化剂，也可以进行套用。所得油层可在常压下蒸馏至断流，得到环己烷；在真空下回收氰乙酸乙酯至断流，得到氰乙酸乙酯，得到馏底。所回收的原料可以进行套用。向所得馏底中加入一定浓度的乙醇，升温回流后缓慢降温，保温，过滤，得到母液，其中含有ETO，可检测其纯度。所得母液常压回收乙醇，至釜温达到一定温度后切换卡段，得回收乙醇，可以直接进行套用；继续回收至无馏分产出时为止，得中间卡段，可交由环保处理或集中回收其中的乙醇。高真空回收二苯甲酮和ETO混合物，也可以直接进行套用。

实施例1

在反应釜中加入182kg二苯甲酮、226kg氰乙酸乙酯、10Kg二正丁胺、5.7Kg丙酸和273Kg环己烷，升温至回流(反应温度在85-87℃)，不断分出反应产生的水，至反应分出的水量很少时，结束反应，大约需要14h，共分得水16Kg。直接降温至50-55℃，将分得的16Kg水转入釜中，再加入预先预热的新鲜水75Kg，搅拌15min后，静置30min，分液，得水层105Kg，油层661.2Kg。

所得水层105Kg在-700mmHg真空下简单蒸馏至无水蒸出时为止，得水73Kg，该水可以用于实施例2套用；馏底13.4Kg，为回收之催化剂，可以用于实施例2套用。

所得油层661.2Kg，常压蒸馏至断流，得环己烷239Kg；在-750mmHg真空下，回收氰乙酸乙酯至断流，得氰乙酸乙酯138Kg；馏底251Kg。所回收的原料可以用于实施例2套用。

向所得馏底251Kg中加入95%的乙醇264Kg，升温回流10min后，缓慢降温至10-15℃，保温2h，过滤，得母液340.6Kg，ETO168.8Kg，GC检测纯度99.94%，类白色晶体，熔点98.2-98.5℃。

所得母液340.6Kg常压回收乙醇，至釜温达100℃后切换卡段，得回收乙醇236Kg，可以直接用于实施例2套用；继续回收至无馏分产出时为止，得中间卡段32Kg，可交由环保处理或集中回收其中的乙醇。高真空回收二苯甲酮和ETO混合物80Kg，可以直接用于实施例2套用。

实施例2

实施例2考察了各回收物料的套用情况，以说明本发明的适用性。

在反应釜中加入实施例1中回收的二苯甲酮和ETO混合物80Kg，新二苯甲酮132Kg；加入实施例1中回收氰乙酸乙酯138Kg，新氰乙酸乙酯95Kg；加入回收的催化剂13.4Kg，补加新1.5Kg二正丁胺和0.8Kg丙酸，加入回收的环己烷239Kg和新环己烷25Kg，升温至回流(反应温度在86-88℃)，不断分出反应产生的水，至反应分出的水量很少时，结束反应，大约需要12h，共分得水21Kg。直接降温至50-55℃，将分得的21Kg水转入釜中，再加入预先预热的回收水73Kg，搅拌15min后，静置30min，分液，得水层106.4Kg，油层685.3Kg。

所得水层106.4Kg在-700mmHg真空下简单蒸馏至无水蒸出时为止，得水75Kg，用于套用；馏底13.3Kg，为回收之催化剂，用于套用。

所得油层685.3Kg，常压蒸馏至断流，得环己烷242Kg；在-750mmHg真空下，回收氰乙酸乙酯至断流，得氰乙酸乙酯143Kg；馏底285Kg。所回收的原料用于套用。

向所得馏底285Kg中加入回收的95%乙醇236Kg和新95%乙醇28Kg，升温回流10min后，缓慢降温至10-15℃，保温2h，过滤，得母液340Kg，ETO201Kg，GC检测纯度99.91%，类白色晶体，熔点97.6-98.1℃。

所得母液340Kg常压回收乙醇，至釜温达100℃后切换卡段，得回收乙醇232Kg，可直接用于套用；继续回收至无馏分产出时为止，得中间卡段29Kg，可交由环保处理或集中回收其中的乙醇。高真空回收二苯甲酮和ETO混合物78Kg，可直接用于套用。

实施例3

在反应釜中加入182kg二苯甲酮、226kg氰乙酸乙酯、6.6kg哌啶、11.2kg正辛酸和275kg正庚烷，升温至回流(反应温度在99-102℃)，不断分出反应产生的水，至反应分出的水量很少时，结束反应，大约需要13h，共分得水15.9kg。直接降温至52-55℃，将分得的15.9kg水转入釜中，再加入预先预热的自来水75kg，搅拌20min后，静置40min，分液，得水层107kg，油层658kg。

所得水层在-700mmHg真空下简单蒸馏至无水蒸出时为止，得水75kg，该水可以循环套用；馏底17.2kg，为回收之催化剂，可以循环套用。

所得油层常压蒸馏至断流，得正庚烷265kg；在-750mmHg真空下，回收氰乙酸乙酯至断流，得氰乙酸乙酯134kg；馏底257kg。所回收的原料可以循环套用。

向所得馏底中加入75%的乙醇360kg，升温回流20min后，缓慢降温至5-12℃，保温3h，过滤，得母液405kg，ETO195kg，GC检测纯度99.45%，类白色晶体，熔点98.5-98.8℃。

所得母液常压回收乙醇，至釜温达100℃后切换卡段，得回收乙醇256kg，可以直接循环套用；继续回收至无馏分产出时为止，得中间卡段62kg，交由环保处理或集中回收其中的乙醇。高真空回收二苯甲酮和ETO混合物85kg，可以直接循环套用。

应该理解，虽然本发明结合实例进行了详细的说明，但上述说明旨在举例说明，而不以任何方式限制其发明内容。对本领域技术人来说，基于本文的说明可以最大程度地利用本发明，并可在没有脱离本发明的权利要求范围或精神内进行多种修改或修饰。本申请所引用的各个参考文献，在此全文引入作为参考。

Claims (14)

1.一种紫外吸收剂中间体依托立林的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1），在缩合反应釜中加入二苯甲酮、氰乙酸乙酯、催化剂和水不溶性溶剂，回流分水反应12～15h后，降温至50～55℃，所述水不溶性溶剂为卤代烃类溶剂，芳烃类溶剂，环烷烃或链烷烃，

所述催化剂由有机胺和有机酸组成，所述有机胺为选自吗啉、哌啶、四氢吡咯的仲胺或直链脂肪族仲胺，所述直链脂肪族仲胺为低级脂肪族仲胺，所述低级脂肪族仲胺为二（C₁-C₈烷基）胺；所述有机酸为芳香族酸或C₁-C₈脂肪族酸，所述催化剂中有机胺与有机酸的摩尔比为1:4至4:1，

其中氰乙酸乙酯相对于二苯甲酮的过量当量为0.2～5；

步骤2），用水洗涤反应液，分液分别得到水层和有机层；水层常压蒸馏回收水，套用于该步骤中，蒸馏馏底用步骤1中使用的相同溶剂溶解后补加适量的催化剂，套用于步骤1中；有机层常压蒸馏回收溶剂，减压蒸馏回收过量的氰乙酸乙酯，所回收的溶剂和氰乙酸乙酯套用于步骤1中；

步骤3），减压蒸馏所得馏底，加入75-100%的乙醇进行结晶，过滤，得依托立林；

步骤4），过滤步骤3所得的母液，常压回收乙醇，减压回收二苯甲酮和依托立林，所回收的乙醇套用于步骤3中，所回收的二苯甲酮和依托立林套用于步骤1中。

2.根据权利要求1的依托立林的制备方法，其特征在于，步骤1中，氰乙酸乙酯相对于二苯甲酮的过量当量为0.5～2。

3.根据权利要求1的依托立林的制备方法，其特征在于，步骤1中，所述低级脂肪族仲胺为二（C₂-C₆烷基）胺，所述C₁-C₈脂肪族酸为乙酸、丙酸、丁酸或正辛酸。

4.根据权利要求3的依托立林的制备方法，其特征在于，步骤1中，所述低级脂肪族仲胺为二丁胺，所述C₁-C₈脂肪族酸为丙酸。

5.根据权利要求1至4之一的依托立林的制备方法，其特征在于，步骤1中，所述催化剂中有机胺与有机酸的摩尔比为1:2至2:1；所述有机胺和有机酸各自与二苯甲酮用量摩尔比为0.05～0.3。

6.根据权利要求5的依托立林的制备方法，其特征在于，步骤1中，所述催化剂中有机胺和有机酸等摩尔量使用；所述有机胺和有机酸各自与二苯甲酮用量摩尔比为0.1～0.2。

7.根据权利要求1至4之一的依托立林的制备方法，其特征在于，步骤1中，所述水不溶性溶剂为氯仿、二氯乙烷、苯、甲苯、二甲苯、环戊烷、环己烷，正戊烷、正己烷、正庚烷或石油醚。

8.根据权利要求7的依托立林的制备方法，其特征在于，步骤1中，所述水不溶性溶剂为环己烷、正戊烷、正己烷、正庚烷或石油醚。

9.根据权利要求1至4之一的依托立林的制备方法，其特征在于，步骤1中，缩合反应在回流分水下进行12～15h，回流反应温度为85-88℃，至反应分出的水量很少时结束反应。

10.根据权利要求1至4之一的依托立林的制备方法，其特征在于，步骤2中，洗涤反应液的水是回流分得的水或外加的水或者二者，其中水的总量为：水：二苯甲酮的重量比=0.1～1。

11.根据权利要求10的依托立林的制备方法，其特征在于，水的总量为：水：二苯甲酮的重量比=0.2～0.8。

12.根据权利要求1至4之一的依托立林的制备方法，其特征在于，步骤2中，回收的催化剂套用于步骤1中时，催化剂补加量为首次用量的5～50%。

13.根据权利要求1至4之一的依托立林的制备方法，其特征在于，步骤3中，乙醇为80～100%乙醇。

14.根据权利要求13的依托立林的制备方法，其特征在于，步骤3中，乙醇为95%乙醇，其用量为：95%乙醇：二苯甲酮的重量比=5～1。

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