CN103450105A - 一种苯并三氮唑类紫外线吸收剂的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种式（II）所示苯并三氮唑类紫外线吸收剂的制备方法：将式（I）所示偶氮中间体、氢氧化钠水溶液、甲苯和丁醇加到反应器中，搅拌使固体物分散均匀后，接着在搅拌下加入亚硫酸氢钠，然后分批加入铝粉，升温至50～75℃反应1～5小时，通过HPLC进行跟踪，反应结束后，经后处理得式（II）所示苯并三氮唑类紫外线吸收剂；发明的有益效果体现在：利用铝粉和亚硫酸氢钠作为还原剂，解决了保险粉在还原过程中易分解的缺陷，避免了使用锌粉等还原体系带来的环境污染，同时提高了产品纯度和收率，降低了生产成本。
Description
（一）技术领域
本发明涉及一种苯并三唑类紫外线吸收剂的制备方法。
（二）背景技术
苯并三唑化合物是紫外线吸收剂中产量最大和品种最多的一类产品，是一类能选择性地强烈吸收对聚合物有害的太阳光紫外线而自身具有高度耐光性的有机化合物。这类紫外线吸收剂在300～385nm内有较高的吸光指数，接近于理想吸收剂的要求。自从70年代以来，苯并三氮唑由瑞士汽巴嘉基公司上市，由于具有耐油、耐变色、低挥发、与聚合物相容性好等特点，广泛应用于各种合成材料和制品中，尤其是在汽车涂层中是最常用和最有效的紫外线吸收剂。随着工程与改性塑料的应用领域不断拓宽，给紫外线吸收剂带来了需求和希望。因此，作为改性的产品，扩大其应用范围，改进传统工艺，研究新型的合成技术具有重要的应用价值。
目前，苯并三唑类紫外吸收剂的合成工艺主要是采用两条合成路线：一、由2,4-二烷基-6-氨基苯酚经重氮化后与苯胺偶合，生成偶氮中间体，经氧化环合得2-（2′-羟基-3′,5′-二烷基苯基）5-氨基-1,2,3-苯并三唑，然后氨基再转换成氯或氢。该合成路线收率高，但是原料来源较难，操作复杂。二、芳胺经重氮化反应后与烷基酚偶合，生成中间体偶氮产物，再经还原和环合得产物。该合成路线原料易得，操作简便，但收率较低。
另外，根据还原剂的不同，苯并三唑类化合物的还原可分为一步还原法和两步还原法两种工艺技术。一步还原法包括（l）锌粉还原法，在碱性醇溶液中与锌粉反应而还原为产品。但是废水污染比较严重。（2）水合肼还原法，反应自身生成水和氮气，不会污染环境，但由于生产成本较高，在工业生产上受到了限制。（3）加氢还原法副产物是水，是一种理想的还原法。但是反应时间长，会发生脱卤等副反应，至今尚未实现工业化。（4）氢转移剂还原法以芳香酮作为催化剂进行还原反应，把这种催化剂称作“氢转移剂”。其缺点是反应时间长，氢转移剂用量大，又不能重复使用，成本较高，且醌刺激皮肤，会导致皮疹。（5）酵母-NaOH还原法，由于酵母和乙醇用量大，不适合工业化生产。（6）SmI2还原法以THF为溶剂，采用SmI2还原邻硝基偶氮苯合成苯并三唑类化合物的方法，由于还原剂Sml2与溶剂THF用量太大，且SmI2价格昂贵，成本太高。（7）电还原法需要一种特殊的电解装置，在规模化生产上不实用。
两步还原法即先用一种还原剂将偶氮中间体还原为氮氧化物，再用另一种还原剂还原为产品。包括（1）硫化钠-锌粉法，是先用硫化钠定量地将偶氮中间体还原为氮氧化物，再用锌粉将其还原为产品。缺点是生成较大量的含硫废水和锌泥废渣，污染环境。（2）水合肼-锌粉法是先用水合肼将偶氮中间体还原为氮氧化物，再用锌粉还原为产品。（3）水合肼-加氢还原法是将加氢催化剂用于水合肼的还原体系，制成氮氧化物，而后再用加氢还原法制成目标产物。（4）水合肼-连二亚硫酸钠法使用廉价醇醚类溶剂，降低了成本。（5）葡萄糖-锌粉法是先用葡萄糖将偶氮中间体在乙醇碱性溶液中还原为氮氧化物，再用锌粉还原为目标产物。总之，上述方法中用的还原剂不是成本高，就是环境污染较大。因此，对传统工艺进行改进是一个重要发展方向。
（三）发明内容
本发明目的是对还原剂进行改进，提供一种利用铝粉和亚硫酸氢钠作为还原剂，由偶氮中间体合成苯并三唑紫外线吸收剂的方法。
为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：
一种式（II）所示苯并三氮唑类紫外线吸收剂的制备方法，所述制备方法为：将式（I）所示偶氮中间体、氢氧化钠水溶液、甲苯和丁醇加到反应器中，搅拌使固体物分散均匀后，接着在搅拌下加入亚硫酸氢钠，然后分批加入铝粉，在50～75℃温度反应1～5小时，通过HPLC进行跟踪，反应结束后，经后处理得式（II）所示苯并三氮唑类紫外线吸收剂；
所述式（I）和式（II）中，R1为H或Cl；R2为H、C(CH3)3、C(CH3)2CH2C(CH3)3、C(CH3)2C6H5或C(CH3)2C2H5;R3为CH3、C(CH3)3、C(CH3)2CH2C(CH3)3、C(CH3)2C6H5或C(CH3)2C2H5。
进一步，优选式（I）和式（II）中，R1为Cl；R2和R3为C(CH3)3。
所述偶氮中间体（I）与氢氧化钠、亚硫酸氢钠投料物质的量比为1:10～15:8～15，亚硫酸氢钠和铝粉的投料物质的量比为3～5：1，所述甲苯和丁醇的总投入重量为偶氮中间体重量的5～15倍；
进一步，所述偶氮中间体（I）与氢氧化钠、亚硫酸氢钠投料物质的量比优选为1:11～12:8～12，亚硫酸氢钠和铝粉的投料物质的量比为3～4：1，甲苯和丁醇的总投入重量为偶氮中间体重量的6～8倍，并且优选所述甲苯和丁醇的投料重量比为1:1。
本发明所述的氢氧化钠水溶液推荐为质量分数是10～20%的氢氧化钠水溶液。
本发明所述的制备方法在加入铝粉后，推荐在60～65℃反应2～3小时。
本发明所述的制备方法在搅拌下加入亚硫酸氢钠后，将铝粉分批加入，推荐铝粉均分成三次加入。
本发明所述的后处理为将反应液过滤，滤液用20%盐酸中和，过滤，静置分层，分去水层，有机层再用饱和食盐水洗涤，分去盐水层，余下部分冷却结晶，过滤，干燥得产物。
本发明所述的偶氮中间体为企业自制的产品，制备方法参照文献曹文仲等人发表的《UV-327合成新工艺的研究》，浙江工业大学学报，2006，34（2），137-140。
本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：1）避免了使用锌粉带来的环境污染；2）利用铝粉和亚硫酸氢钠作为还原剂，解决了保险粉作为还原剂在还原过程中易分解的缺陷；3）提高了产品纯度和收率，降低了生产成本，是一条创新性生产技术。
（四）具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此。
实施例1 2-（2'-羟基-3'，5'-二叔丁基苯基）-5-氯苯并三唑的合成
将2-硝基-4-氯-2'-羟基-3'，5'-二叔丁基偶氮苯39克（0.1摩尔），15%的氢氧化钠水溶液293克（含氢氧化钠1.1摩尔），甲苯100克，丁醇100克加入反应瓶中，搅拌使固体物分散均匀后，继续在不断搅拌下加入亚硫酸氢钠84克（0.8摩尔），然后分三批加入铝粉7.2克（0.27摩尔），在65℃通过HPLC进行跟踪反应5小时，反应结束后过滤，滤液用20%盐酸中和至中性，过滤，静置分层，分去水层，有机层再用饱和食盐水洗涤，分去盐水层，余下部分冷却结晶，过滤，滤饼干燥后得产物28克，收率78%，熔点152-155℃，MS m/z:357(M+)。
实施例2 2-（2'-羟基-3'，5'-二叔丁基苯基）-5-氯苯并三唑的合成
将2-硝基-4-氯-2'-羟基-3'，5'-二叔丁基偶氮苯39克（0.1摩尔），20%的氢氧化钠水溶液240克（含氢氧化钠1.2摩尔），甲苯85克，丁醇85克加入反应瓶中，搅拌使固体物分散均匀后，继续在不断搅拌下加入亚硫酸氢钠124.8克（1.2摩尔），然后分三批加入铝粉10.8克（0.4摩尔），在60℃通过HPLC进行跟踪反应1小时，反应结束后过滤，滤液用20%盐酸中和至中性，过滤，静置分层，分去水层，有机层再用饱和食盐水洗涤，分去盐水层，余下部分冷却结晶，过滤，滤饼干燥后得产物28.9克，收率81%，熔点152-155℃。
实施例3 2-（2'-羟基-5'-甲基苯基）并三唑的合成
将2-硝基-2'-羟基-5'-甲基偶氮苯25.7克（0.1摩尔），10%的氢氧化钠水溶液480克（含氢氧化钠1.2摩尔），甲苯150克，丁醇150克加入反应瓶中，搅拌使固体物分散均匀后，继续在不断搅拌下加入亚硫酸氢钠124.8克（1.2摩尔），然后分三批加入铝粉8克（0.3摩尔），在70℃通过HPLC进行跟踪反应3小时，反应结束后过滤，滤液用20%盐酸中和至中性，过滤，静置分层，分去水层，有机层再用饱和食盐水洗涤，分去盐水层，余下部份冷却结晶，过滤，滤饼干燥后得产物18克，收率80%，熔点129-131℃。MS m/z:225(M+)。
实施例4 2-[2'-羟基-3'，5'-二(α,α-二甲基苄基)]苯并三唑的合成
将2-硝基-2'-羟基-3'，5'-二（α,α-二甲基苄基）偶氮苯47.9克（0.1摩尔），20%的氢氧化钠水溶液200克（含氢氧化钠1摩尔），甲苯230克，丁醇230克加入反应瓶中，搅拌使固体物分散均匀后，继续在不断搅拌下加入亚硫酸氢钠125克（1.2摩尔），然后分三批加入铝粉10.8克（0.4摩尔），在60℃通过HPLC进行跟踪反应2小时，反应结束后过滤，滤液用20%盐酸中和至中性，过滤，静置分层，分去水层，有机层再用饱和食盐水洗涤，分去盐水层，余下部份冷却结晶，过滤，滤饼干燥后得产物34.9克，收率78%，熔点138-140℃。
实施例5 2-（2'-羟基-5'-叔辛基）苯并三唑的合成
将2-硝基-2'-羟基-5'-叔辛基偶氮苯35.5克（0.1摩尔），15%的氢氧化钠水溶液293克（含氢氧化钠1.1摩尔），甲苯100克，丁醇100克加入反应瓶中，搅拌使固体物分散均匀后，继续在不断搅拌下加入亚硫酸氢钠104克（1摩尔），然后分三批加入铝粉9.5克（0.35摩尔），在75℃通过HPLC进行跟踪反应2小时，反应结束后过滤，滤液用20%盐酸中和至中性，过滤，静置分层，分去水层，有机层再用饱和食盐水洗涤，分去盐水层，余下部份冷却结晶，过滤，滤饼干燥后得产物25.8克，收率80%，熔点106-108℃。
实施例6 2-（2'-羟基-3'-叔丁基-5'-甲基）-5-氯苯并三唑的合成
将2-硝基-4-氯-2'-羟基-3'-叔丁基-5'-甲基偶氮苯34.8克（0.1摩尔），20%的氢氧化钠水溶液200克（含氢氧化钠1摩尔），甲苯230克，丁醇230克加入反应瓶中，搅拌使固体物分散均匀后，继续在不断搅拌下加入亚硫酸氢钠125克（1.2摩尔），然后分三批加入铝粉10.8克（0.4摩尔），在60℃通过HPLC进行跟踪反应2小时，反应结束后过滤，滤液用20%盐酸中和至中性，过滤，静置分层，分去水层，有机层再用饱和食盐水洗涤，分去盐水层，余下部份冷却结晶，过滤，滤饼干燥后得产物24.9克，收率79%，熔点137-139℃。
实施例7 2-[2'-羟基-3'，5'-二(α,α-二甲基丙基)]苯并三唑的合成
将2-硝基-2'-羟基-3'，5'-二（α,α-二甲基丙基）偶氮苯38.3克（0.1摩尔），20%的氢氧化钠水溶液200克（含氢氧化钠1摩尔），甲苯230克，丁醇230克加入反应瓶中，搅拌使固体物分散均匀后，继续在不断搅拌下加入亚硫酸氢钠125克（1.2摩尔），然后分批加入铝粉10.8克（0.4摩尔），在60℃通过HPLC进行跟踪反应2小时，反应结束后过滤，滤液用20%盐酸中和至中性，过滤，静置分层，分去水层，有机层再用饱和食盐水洗涤，分去盐水层，余下部份冷却结晶，过滤，滤饼干燥后得产物28.2克，收率80%，熔点80-83℃。
实施例8 偶氮中间体的制备
本发明所用的2-硝基-4-氯-2'-羟基-3'，5'-二叔丁基偶氮苯的制备方法如下：反应釜中加入800L浓硫酸，再加入1275kg对氯邻硝基苯胺，升温至55-60℃溶解，放入重氮釜中，加入2000L水，加冰冷却至-5-0℃，缓慢加入质量浓度为20%的亚硝酸钠水溶液2700kg，保持温度在0-5℃备用。将1525kg二特丁基酚加入1000L甲苯溶解，再加入300kg RS-2。将1600L30%液碱加入3000L水中稀释，再加入配制好的二枯基酚甲苯溶液，搅拌配制成乳液。然后将乳液缓慢滴加至重氮液中，保持温度在5-10℃，反应8-10小时，渗圈试验确保重氮离子完全反应，保温。在10℃以下压滤，滤饼用水洗涤至中性干燥后用于实施例1，实施例2的还原反应中。
Claims (8)
1.一种式（II）所示苯并三氮唑类紫外线吸收剂的制备方法，其特征在于所述制备方法为：将式（I）所示偶氮中间体、氢氧化钠水溶液、甲苯和丁醇加到反应器中，搅拌使固体物分散均匀后，接着在搅拌下加入亚硫酸氢钠，然后分批加入铝粉，升温至50～75℃反应1～5小时，通过HPLC进行跟踪，反应结束后，经后处理得式（II）所示苯并三氮唑类紫外线吸收剂；
所述偶氮中间体（I）与氢氧化钠水溶液中的氢氧化钠、亚硫酸氢钠的投料物质的量比为1:10～15:8～15；亚硫酸氢钠和铝粉的投料物质的量比为3～5:1；所述甲苯和丁醇的总投入重量为偶氮中间体重量的5～15倍；
所述式（I）和式（II）中，R1为H或Cl；R2为H、C(CH3)3、C(CH3)2CH2C(CH3)3、C(CH3)2C6H5或C(CH3)2C2H5;R3为CH3、C(CH3)3、C(CH3)2CH2C(CH3)3、C(CH3)2C6H5或C(CH3)2C2H5。
2.如权利要求1所述苯并三氮唑类紫外线吸收剂的制备方法，其特征在于所述氢氧化钠水溶液的质量分数为10～20%。
3.如权利要求1所述苯并三氮唑类紫外线吸收剂的制备方法，其特征在于所述的反应结束后，所述的后处理为将反应液过滤，滤液用20%盐酸中和，过滤，静置分层，分去水层，有机层再用饱和食盐水洗涤，分去盐水层，余下部分冷却结晶，过滤，干燥得产物。
4.如权利要求1所述的苯并三氮唑类紫外线吸收剂的制备方法，其特征在于所述式（I）和式（II）中，R1为Cl；R2和R3为C(CH3)3。
5.如权利要求1所述的苯并三氮唑类紫外线吸收剂的制备方法，其特征在于所述偶氮中间体（I）与氢氧化钠、亚硫酸氢钠的投料物质的量比为1:11～12:8～12；亚硫酸氢钠和铝粉的投料物质的量比为3～4:1；所述甲苯和丁醇的总投入重量为偶氮中间体重量的6～8倍。
6.如权利要求1所述的苯并三氮唑类紫外线吸收剂的制备方法，其特征在于所述甲苯和丁醇的投料重量比为1:1。
7.如权利要求1所述的苯并三氮唑类紫外线吸收剂的制备方法，其特征在于所述的制备方法在加入铝粉后，升温至60-65℃反应2-3小时。
8.如权利要求1所述的苯并三氮唑类紫外线吸收剂的制备方法，其特征在于所述的制备方法在搅拌下加入亚硫酸氢钠后，铝粉分成三批加入。
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