CN103374025A - 三嗪类硼酸衍生物及其制备方法 - Google Patents

三嗪类硼酸衍生物及其制备方法 Download PDF

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本发明提供了三嗪类硼酸衍生物及其制备方法。所述衍生物是Tz-3B、BTAm-3Tz-6B和BTHo-3Tz-6B。Tz-3B是由三聚氯氰先与正丁基锂反应，再与硼酸酯发生亲核取代反应，最后用稀盐酸酸解得到；BTAm-3Tz-6B是由三聚氯氰与1,3,5-苯三胺反应，所得产物与正丁基锂反应，再与硼酸酯发生亲核取代反应，最后用稀盐酸酸解得到；BTHo-3Tz-6B是由三聚氯氰与1,3,5-苯三酚反应，所得产物与正丁基锂反应，再与硼酸酯发生亲核取代反应，最后用稀盐酸酸解得到；该发明所得到的产物有望成为优良的环保型有机阻燃剂。

Description

三嗪类硼酸衍生物及其制备方法
技术领域
本发明涉及有机高分子合成材料的阻燃技术领域，具体涉及三嗪类硼酸衍生物及其制备方法。
背景技术
随着现代科学技术的发展，高分子材料已经在国民经济和人民生活中发挥着巨大作用。由于高分子材料的易燃性，火灾事故已日益成为人们关心的社会问题，因此阻燃剂随着高分子材料的发展而不断发展。有机阻燃剂作为阻燃剂最活跃的领域，其种类繁多，包括卤系阻燃剂、有机磷系阻燃剂等，但因其存在着发烟量大、毒性大、热稳定性差等缺点，因此寻求新的阻燃剂势在必行。
鉴于硼酸衍生物是一类优异的凝固相阻燃材料，因此，扩大三嗪硼酸类衍生物的种类及应用领域显得尤为重要。
发明内容
为了解决现有有机阻燃剂环保性不足的缺陷，同时扩大硼酸类衍生物的种类及其应用领域，本发明提供三种三嗪类硼酸衍生物及其制备方法。
本发明所提供的三种三嗪类硼酸衍生物是2，4，6-三硼酸基-1，3，5-三嗪(Tz-3B)、N，N’，N″-三[(4’，6’-二硼酸基)-2’-三嗪基]-1，3，5-苯三胺(BTAm-3Tz-6B)和1，3，5-三[(4’，6’-二硼酸)-2’-三嗪基]-苯三酚(BTHo-3Tz-6B)，具有如下所示的分子结构：
本发明所述2，4，6-三硼酸基-1，3，5-三嗪(Tz-3B)的制备步骤如下：
第一步氮气保护下，向三聚氯氰的四氢呋喃溶液中滴加正丁基锂，控制反应温度-78℃，搅拌1-5小时，其后将温度升至室温搅拌45-60钟；
第二步将第一步得到的反应液降温至-78℃，并向其中滴加硼酸三甲酯，搅拌45-70分钟，然后升温至室温并搅拌8-10小时；
第三步用旋转蒸发仪除去第二步反应液中的四氢呋喃和未反应的硼酸三甲酯，得到固体产物。用二氯甲烷溶解该固体产物，然后加入饱和氯化铵水溶液进行萃取，收集有机相，用无水硫酸钠干燥并过滤，对滤液减压除去有机溶剂得到2，4，6-三硼酸酯-1，3，5-三嗪的粗产物。以石油醚和乙酸乙酯(优选体积比为20∶1)的混合溶剂作为冲洗液，用色谱柱进行分离得到纯的2，4，6-三硼酸酯-1，3，5-三嗪。
第四步用稀盐酸对2，4，6-三硼酸酯-1，3，5-三嗪进行酸解，调pH至3-4析出固体，并用冰水反复洗涤得到纯的Tz-3B。
本发明所述N，N’，N″-三[(4’，6’-二硼酸基)-2’-三嗪基]-1，3，5-苯三胺(BTAm-3Tz-6B)的制备步骤如下：
第一步将三聚氯氰溶于四氢呋喃中，在搅拌情况滴加1，3，5-苯三胺的四氢呋喃溶液，滴毕继续搅拌1-3小时；除去溶剂得到固体产物，用乙酸乙酯对固体产物进行重结晶得到纯的N，N’，N″-三[(4’，6’-二氯)-2’-三嗪基]-1，3，5-苯三胺；
第二步在氮气保护下，向N，N’，N″-三[(4’，6’-二氯)-2’-三嗪基]-1，3，5-苯三胺的四氢呋喃溶液中滴加正丁基锂，控制反应温度-78℃，搅拌1-4小时；向其中滴加硼酸三甲酯，搅拌50-80分钟，然后升温至室温并搅拌12-15小时；
第三步用旋转蒸发仪除去第二步反应液中的四氢呋喃和未反应的硼酸三甲酯，得到固体产物。用二氯甲烷溶解该固体产物，然后加入饱和氯化铵水溶液进行萃取，收集有机相，用无水硫酸钠干燥并过滤，对滤液减压除去有机溶剂得到N，N’，N″-三[(4’，6’-二硼酸酯)-2’-三嗪基]-1，3，5-苯三胺的粗产物。以石油醚和乙酸乙酯(优选体积比为5∶1)的混合溶剂作为冲洗液，用色谱柱进行分离得到纯的N，N’，N″-三[(4’，6’-二硼酸酯)-2’-三嗪基]-1，3，5-苯三胺；
第四步用稀盐酸对N，N’，N″-三[(4’，6’-二硼酸酯)-2’-三嗪基]-1，3，5-苯三胺进行酸解，调pH至3-4析出固体，并用冰水反复洗涤得到纯的BTAm-3Tz-6B。3、本发明所述1，3，5-三[(4’，6’-二硼酸)-2’-三嗪基]-苯三酚(BTHo-3Tz-6B)的制备步骤如下：
第一步间将三聚氯氰溶于四氢呋喃中，在搅拌情况下滴加1，3，5-苯三酚的四氢呋喃溶液，滴毕继续搅拌1-3小时；除去溶剂得到固体产物，用乙酸乙酯对固体产物进行重结晶得到纯的1，3，5-三[(4’，6’-二氯)-2’-三嗪基]-苯三酚；
第二步在氮气保护下，向1，3，5-三[(4’，6’-二氯)-2’-三嗪基]-苯三酚的四氢呋喃溶液中滴加正丁基锂，控制反应温度-78℃，搅拌1-4小时；向其中滴加硼酸三甲酯，搅拌50-80分钟，然后升温至室温并搅拌11-15小时；
第三步用旋转蒸发仪除去第二步反应液中的四氢呋喃和未反应的硼酸三甲酯，得到固体产物。用二氯甲烷溶解该固体产物，然后加入饱和氯化铵水溶液进行萃取，收集有机相，用无水硫酸钠干燥并过滤，对滤液减压除去有机溶剂得到1，3，5-三[(4’，6’-二硼酸酯)-2’-三嗪基]-苯三酚的粗产物。以石油醚和乙酸乙酯(体积比为4∶1)的混合溶剂作为冲洗液，用色谱柱进行分离得到纯的1，3，5-三[(4’，6’-二硼酸酯)-2’-三嗪基]-苯三酚；
第四步用稀盐酸对1，3，5-三[(4’，6’-二硼酸酯)-2’-三嗪基]-苯三酚进行酸解，调pH至3-4析出固体，并用冰水反复洗涤得到纯的BTHo-3Tz-6B。
本发明所述2，4，6-三硼酸基-1，3，5-三嗪(Tz-3B)、N，N’，N″-三[(4’，6’-二硼酸基)-2’-三嗪基]-1，3，5-苯三胺(BTAm-3Tz-6B)和1，3，5-三[(4’，6’-二硼酸)-2’-三嗪基]-苯三酚(BTHo-3Tz-6B)的反应过程可表达如下：
Figure BDA00003452934500041
本发明与现有技术相比具有如下优点和有益效果：
本发明所提供的三种三嗪类硼酸衍生物，因其分子结构中含有硼酸基团，其在燃烧过程中可脱水成炭，在可燃物表面形成成炭覆盖层，阻止可燃物的燃烧。因此这三种三嗪类硼酸衍生物有望成为优良的环保型有机阻燃剂。本发明还有可能解决现有阻燃剂存在的毒性大、发烟量大、易滴落、热稳定性差等缺点。
具体实施方式
下面结合实例，对本发明做进一步的详细说明
实施例12，4，6-三硼酸基-1，3，5-三嗪(Tz-3B)的制备：
第一步氮气保护下，向三聚氯氰的四氢呋喃溶液中滴加正丁基锂，控制反应温度-78℃，搅拌1小时，其后将温度升至室温搅拌60分钟；
第二步将第一步得到的反应液降温至-78℃，并向其中滴加硼酸三甲酯，搅拌70分钟，然后升温至室温并搅拌8小时；
第三步用旋转蒸发仪除去第二步反应液中的四氢呋喃和未反应的硼酸三甲酯，得到固体产物。用二氯甲烷溶解该固体产物，然后加入饱和氯化铵水溶液进行萃取，收集有机相，用无水硫酸钠干燥并过滤，对滤液减压除去有机溶剂得到2，4，6-三硼酸酯-1，3，5-三嗪的粗产物。以石油醚和乙酸乙酯(体积比为20∶1)的混合溶剂作为冲洗液，用色谱柱进行分离得到纯的2，4，6-三硼酸酯-1，3，5-三嗪。
第四步用稀盐酸对2，4，6-三硼酸酯-1，3，5-三嗪进行酸解，调pH至3.2析出固体，并用冰水反复洗涤得到纯的Tz-3B。
利用质谱、核磁氢谱表征所得到的产物，结构表征数据如下：
质谱：m/z212.6(M+)
氢谱1H-NMR(400MHz，DMSO，ppm)：1.9(s，6H，OH)
根据热重分析法，测得产物在加热到800℃时的残炭率为35％。
实施例22，4，6-三硼酸基-1，3，5-三嗪(Tz-3B)的制备：
第一步氮气保护下，向三聚氯氰的四氢呋喃溶液中滴加正丁基锂，控制反应温度-78℃，搅拌5小时，其后将温度升至室温搅拌45分钟；
第二步将第一步得到的反应液降温至-78℃，并向其中滴加硼酸三甲酯，搅拌45分钟，然后升温至室温并搅拌8小时；
第三步用旋转蒸发仪除去第二步反应液中的四氢呋喃和未反应的硼酸三甲酯，得到固体产物。用二氯甲烷溶解该固体产物，然后加入饱和氯化铵水溶液进行萃取，收集有机相，用无水硫酸钠干燥并过滤，对滤液减压除去有机溶剂得到2，4，6-三硼酸酯-1，3，5-三嗪的粗产物。以石油醚和乙酸乙酯(体积比为20∶1)的混合溶剂作为冲洗液，用色谱柱进行分离得到纯的2，4，6-三硼酸酯-1，3，5-三嗪。
第四步用稀盐酸对2，4，6-三硼酸酯-1，3，5-三嗪进行酸解，调pH至3.9析出固体，并用冰水反复洗涤得到纯的Tz-3B。
实施例3N，N’，N″-三[(4’，6’-二硼酸基)-2’-三嗪基]-1，3，5-苯三胺(BTAm-3Tz-6B)的制备：
第一步将三聚氯氰溶于四氢呋喃中，在搅拌情况下滴加1，3，5-苯三胺的四氢呋喃溶液，滴毕继续搅拌1小时；除去溶剂得到固体产物，用乙酸乙酯对固体产物进行重结晶得到纯的N，N’，N″-三[(4’，6’-二氯)-2’-三嗪基]-1，3，5-苯三胺；
第二步在氮气保护下，向N，N’，N″-三[(4’，6’-二氯)-2’-三嗪基]-1，3，5-苯三胺的四氢呋喃溶液中滴加正丁基锂，控制反应温度-78℃，搅拌1小时；向其中滴加硼酸三甲酯，搅拌80分钟，然后升温至室温并搅拌12小时；
第三步用旋转蒸发仪除去第二步反应液中的四氢呋喃和未反应的硼酸三甲酯，得到固体产物。用二氯甲烷溶解该固体产物，然后加入饱和氯化铵水溶液进行萃取，收集有机相，用无水硫酸钠干燥并过滤，对滤液减压除去有机溶剂得到N，N’，N″-三[(4’，6’-二硼酸酯)-2’-三嗪基]-1，3，5-苯三胺的粗产物。以石油醚和乙酸乙酯(体积比为5∶1)的混合溶剂作为冲洗液，用色谱柱进行分离得到纯的N，N’，N″-三[(4’，6’-二硼酸酯)-2’-三嗪基]-1，3，5-苯三胺；
第四步用稀盐酸对N，N’，N″-三[(4’，6’-二硼酸酯)-2’-三嗪基]-1，3，5-苯三胺进行酸解，调pH至3.5析出固体，并用冰水反复洗涤得到纯的BTAm-3Tz-6B。
利用质谱、核磁氢谱表征所得到的产物，结构表征数据如下：
质谱：m/z623.3(M+)
氢谱1H-NMR(400MHz，DMSO，ppm)：1.8(s，6H，OH)，4.0(s，3H，NH)，5.1(s，3H)
根据热重分析法，测得产物在加热到800℃时的残炭率为47％。
实施例4N，N’，N″-三[(4’，6’-二硼酸基)-2’-三嗪基]-1，3，5-苯三胺(BTAm-3Tz-6B)的制备：
第一步将三聚氯氰溶于四氢呋喃中，在搅拌情况下滴加1，3，5-苯三胺的四氢呋喃溶液，滴毕继续搅拌3小时；除去溶剂得到固体产物，用乙酸乙酯对固体产物进行重结晶得到纯的N，N’，N″-三[(4’，6’-二氯)-2’-三嗪基]-1，3，5-苯三胺；
第二步在氮气保护下，向N，N’，N″-三[(4’，6’-二氯)-2’-三嗪基]-1，3，5-苯三胺的四氢呋喃溶液中滴加正丁基锂，控制反应温度-78℃，搅拌4小时；向其中滴加硼酸三甲酯，搅拌50分钟，然后升温至室温并搅拌13小时；
第三步用旋转蒸发仪除去第二步反应液中的四氢呋喃和未反应的硼酸三甲酯，得到固体产物。用二氯甲烷溶解该固体产物，然后加入饱和氯化铵水溶液进行萃取，收集有机相，用无水硫酸钠干燥并过滤，对滤液减压除去有机溶剂得到N，N’，N″-三[(4’，6’-二硼酸酯)-2’-三嗪基]-1，3，5-苯三胺的粗产物。以石油醚和乙酸乙酯(体积比为5∶1)的混合溶剂作为冲洗液，用色谱柱进行分离得到纯的N，N’，N″-三[(4’，6’-二硼酸酯)-2’-三嗪基]-1，3，5-苯三胺；
第四步用稀盐酸对N，N’，N″-三[(4’，6’-二硼酸酯)-2’-三嗪基]-1，3，5-苯三胺进行酸解，调pH至3.6析出固体，并用冰水反复洗涤得到纯的BTAm-3Tz-6B。
实施例51，3，5-三[(4’，6’-二硼酸)-2’-三嗪基]-苯三酚(BTHo-3Tz-6B)的制备：
第一步将三聚氯氰溶于四氢呋喃中，在搅拌情况下滴加1，3，5-苯三酚的四氢呋喃溶液，滴毕继续搅拌1小时；除去溶剂得到固体产物，用乙酸乙酯对固体产物进行重结晶得到纯的1，3，5-三[(4’，6’-二氯)-2’-三嗪基]-苯三酚；
第二步在氮气保护下，向1，3，5-三[(4’，6’-二氯)-2’-三嗪基]-苯三酚的四氢呋喃溶液中滴加正丁基锂，控制反应温度-78℃，搅拌1小时；向其中滴加硼酸三甲酯，搅拌80分钟，然后升温至室温并搅拌12小时；
第三步用旋转蒸发仪除去第二步反应液中的四氢呋喃和未反应的硼酸三甲酯，得到固体产物。用二氯甲烷溶解该固体产物，然后加入饱和氯化铵水溶液进行萃取，收集有机相，用无水硫酸钠干燥并过滤，对滤液减压除去有机溶剂得到1，3，5-三[(4’，6’-二硼酸酯)-2’-三嗪基]-苯三酚的粗产物。以石油醚和乙酸乙酯(体积比为4∶1)的混合溶剂作为冲洗液，用色谱柱进行分离得到纯的1，3，5-三[(4’，6’-二硼酸酯)-2’-三嗪基]-苯三酚；
第四步用稀盐酸对1，3，5-三[(4’，6’-二硼酸酯)-2’-三嗪基]-苯三酚进行酸解，调pH至3.1析出固体，并用冰水反复洗涤得到纯的BTHo-3Tz-6B。
利用质谱、核磁氢谱表征所得到的产物，结构表征数据如下：
质谱：m/z626.2(M+)
氢谱1H-NMR(400MHz，DMSO，ppm)：1.8(s，6H，OH)，5.8(s，3H)
根据热重分析法，测得产物在加热到800℃时的残炭率为51％。
实施例61，3，5-三[(4’，6’-二硼酸)-2’-三嗪基]-苯三酚(BTHo-3Tz-6B)的制备：
第一步将三聚氯氰溶于四氢呋喃中，在搅拌情况下滴加1，3，5-苯三酚的四氢呋喃溶液，滴毕继续搅拌3小时；除去溶剂得到固体产物，用乙酸乙酯对固体产物进行重结晶得到纯的1，3，5-三[(4’，6’-二氯)-2’-三嗪基]-苯三酚；
第二步在氮气保护下，向1，3，5-三[(4’，6’-二氯)-2’-三嗪基]-苯三酚的四氢呋喃溶液中滴加正丁基锂，控制反应温度-78℃，搅拌4小时；向其中滴加硼酸三甲酯，搅拌50分钟，然后升温至室温并搅拌14小时；
第三步用旋转蒸发仪除去第二步反应液中的四氢呋喃和未反应的硼酸三甲酯，得到固体产物。用二氯甲烷溶解该固体产物，然后加入饱和氯化铵水溶液进行萃取，收集有机相，用无水硫酸钠干燥并过滤，对滤液减压除去有机溶剂得到1，3，5-三[(4’，6’-二硼酸酯)-2’-三嗪基]-苯三酚的粗产物。以石油醚和乙酸乙酯(体积比为4∶1)的混合溶剂作为冲洗液，用色谱柱进行分离得到纯的1，3，5-三[(4’，6’-二硼酸酯)-2’-三嗪基]-苯三酚；
第四步用稀盐酸对1，3，5-三[(4’，6’-二硼酸酯)-2’-三嗪基]-苯三酚进行酸解，调pH至3.7析出固体，并用冰水反复洗涤得到纯的BTHo-3Tz-6B。

Claims (4)

1.三嗪类硼酸衍生物，其特征在于是2，4，6-三硼酸基-1，3，5-三嗪(Tz-3B)、N，N’，N″-三[(4’，6’-二硼酸基)-2’-三嗪基]-1，3，5-苯三胺(BTAm-3Tz-6B)或1，3，5-三[(4’，6’-二硼酸)-2’-三嗪基]-苯三酚(BTHo-3Tz-6B)，具有如下的分子结构：
2.制备权利要求1所述Tz-3B的制备方法，其特征在于包括如下的步骤：
第一步氮气保护下，向三聚氯氰的四氢呋喃溶液中滴加正丁基锂，控制反应温度-78℃，搅拌1-5小时，其后将温度升至室温搅拌45-60钟；
第二步将第一步得到的反应液降温至-78℃，并向其中滴加硼酸三甲酯，搅拌45-70分钟，然后升温至室温并搅拌8-10小时；
第三步用旋转蒸发仪除去第二步反应液中的四氢呋喃和未反应的硼酸三甲酯，得到固体产物；用二氯甲烷溶解该固体产物，然后加入饱和氯化铵水溶液进行萃取，收集有机相，用无水硫酸钠干燥并过滤，对滤液减压除去有机溶剂得到2，4，6-三硼酸酯-1，3，5-三嗪的粗产物；以石油醚和乙酸乙酯的混合溶剂作为冲洗液，用色谱柱进行分离得到纯的2，4，6-三硼酸酯-1，3，5-三嗪；
第四步用稀盐酸对2，4，6-三硼酸酯-1，3，5-三嗪进行酸解，调pH至3-4析出固体，并用冰水反复洗涤得到纯的Tz-3B。
3.根据权利要求1所述BTAm-3Tz-6B的制备方法，其特征在于包括如下的步骤：
第一步将三聚氯氰溶于四氢呋喃中，在搅拌情况下滴加1，3，5-苯三胺的四氢呋喃溶液，滴毕继续搅拌1-3小时；除去溶剂得到固体产物，用乙酸乙酯对固体产物进行重结晶得到纯的N，N’，N″-三[(4’，6’-二氯)-2’-三嗪基]-1，3，5-苯三胺；
第二步在氮气保护下，向N，N’，N″-三[(4’，6’-二氯)-2’-三嗪基]-1，3，5-苯三胺的四氢呋喃溶液中滴加正丁基锂，控制反应温度-78℃，搅拌1-4小时；向其中滴加硼酸三甲酯，搅拌50-80分钟，然后升温至室温并搅拌12-15小时；
第三步用旋转蒸发仪除去第二步反应液中的四氢呋喃和未反应的硼酸三甲酯，得到固体产物；用二氯甲烷溶解该固体产物，然后加入饱和氯化铵水溶液进行萃取，收集有机相，用无水硫酸钠干燥并过滤，对滤液减压除去有机溶剂得到N，N’，N″-三[(4’，6’-二硼酸酯)-2’-三嗪基]-1，3，5-苯三胺的粗产物；以石油醚和乙酸乙酯(体积比为5∶1)的混合溶剂作为冲洗液，用色谱柱进行分离得到纯的N，N’，N″-三[(4’，6’-二硼酸酯)-2’-三嗪基]-1，3，5-苯三胺；
第四步用稀盐酸对N，N’，N″-三[(4’，6’-二硼酸酯)-2’-三嗪基]-1，3，5-苯三胺进行酸解，调pH至3-4析出固体，并用冰水反复洗涤得到纯的BTAm-3Tz-6B。
4.根据权利要求1所述BTHo-3Tz-6B的制备方法，其特征在于包括如下的步骤：
第一步将三聚氯氰溶于四氢呋喃中，在搅拌情况下滴加1，3，5-苯三酚的四氢呋喃溶液，滴毕继续搅拌1-3小时；除去溶剂得到固体产物，用乙酸乙酯对固体产物进行重结晶得到纯的1，3，5-三[(4’，6’-二氯)-2’-三嗪基]-苯三酚；
第二步在氮气保护下，向1，3，5-三[(4’，6’-二氯)-2’-三嗪基]-苯三酚的四氢呋喃溶液中滴加正丁基锂，控制反应温度-78℃，搅拌1-4小时；向其中滴加硼酸三甲酯，搅拌50-80分钟，然后升温至室温并搅拌11-15小时；
第三步用旋转蒸发仪除去第二步反应液中的四氢呋喃和未反应的硼酸三甲酯，得到固体产物；用二氯甲烷溶解该固体产物，然后加入饱和氯化铵水溶液进行萃取，收集有机相，用无水硫酸钠干燥并过滤，对滤液减压除去有机溶剂得到1，3，5-三[(4’，6’-二硼酸酯)-2’-三嗪基]-苯三酚的粗产物；以石油醚和乙酸乙酯的混合溶剂作为冲洗液，用色谱柱进行分离得到纯的1，3，5-三[(4’，6’-二硼酸酯)-2’-三嗪基]-苯三酚；
第四步用稀盐酸对1，3，5-三[(4’，6’-二硼酸酯)-2’-三嗪基]-苯三酚进行酸解，调pH至3-4析出固体，并用冰水反复洗涤得到纯的BTHo-3Tz-6B。
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