CN104072752B - 一种硼酸酯交换法合成聚乙二醇-12-羟基硬脂酸酯的方法 - Google Patents

一种硼酸酯交换法合成聚乙二醇-12-羟基硬脂酸酯的方法 Download PDF

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本发明公开了一种硼酸酯交换法合成聚乙二醇-12-羟基硬脂酸酯的方法，具体的是先将硼酸三乙酯和聚乙二醇400在碱性催化剂条件下发生酯交换反应获得硼酸单聚乙二醇酯，再将硼酸单聚乙二醇酯和12-羟基硬脂酸在酸性条件下发生酯交换反应生成聚乙二醇-12-羟基硬脂酸酯，本发明方案的优势在于，工艺条件温和，反应时间短，产品无环氧乙烷残留。

Description

一种硼酸酯交换法合成聚乙二醇-12-羟基硬脂酸酯的方法
技术领域
本发明公开了一种硼酸酯交换法合成聚乙二醇-12-羟基硬脂酸酯的方法，属于高分子合成化学领域。
背景技术
聚乙二醇-12-羟基硬脂酸酯，在药物制剂中能够作为增溶剂、乳化剂使用。目前市面上仅有BASF产品，其产品描述为：“本品主要为12-羟基硬脂酸经乙氧基化作用得到的聚乙二醇和12-羟基硬脂酸单酯、双酯混合物。每摩尔12-羟基硬脂酸与15摩尔环氧乙烷（标称值）发生反应。本品还含有游离聚乙二醇”。但BASF并未公开本品的合成工艺方法。
与之类似的技术中，关于聚乙二醇脂肪酸酯的合成方法有较多的报道，总体归为三大类反应：乙氧基化法、直接酯化法。环氧乙烷乙氧基化法是聚乙二醇脂肪酸酯的工业合成方法，优势在于反应快，产品外观好，缺陷在于分子量分布控制困难大，反应剧烈，对设备有较高要求；直接酯化法是将聚乙二醇与脂肪酸在催化剂的作用下发生酯化反应，但该方法存在较严重的缺陷：产品色泽较深且难以控制，产物通常为单酯和双酯混合，对于要求纯单酯产品来说，单双酯分离困难。
李行等报道了一种硼酸酯法合成聚乙二醇（400）单蓖麻油酸酯的方法（李行，陈永杰，巴红亮，张文秀。硼酸酯法合成 聚乙二醇 (400) 单蓖麻油酸酯[J]。精细石油化工，2013，04：29-33。）该文献报道称，将0.03mol聚乙二醇400与0.01mol硼酸混合，于120℃反应2h，再冷却到60℃，滴加0.03mol蓖麻油酸，1%的对甲苯磺酸，继续加热至140℃反应2h，每0.5h取样检测酸值以监控反应进程。待反应结束，加入10ml蒸馏水，控温100℃，搅拌水解2h，每0.5h取样检测酸值和羟值监控反应进程。反应结束将料液冷却至室温，经萃取、移除溶剂、真空干燥得淡黄色透明油状聚乙二醇（400）单蓖麻油酸酯产品。
陈红则报道了一种硼酸酯化法合成聚乙二醇(6000)单硬脂酸酯的方法。（陈红。硼酸酯化法合成聚乙二醇 (6000) 单硬脂酸酯[J]。精细石油化工进展，2002，06：37-38.）该文献报道称，将一定量的聚乙二醇6000和硼酸混合加热至120-130℃，保持反应真空度为2.67kPa，搅拌反应4-5h。冷却至室温后，加入适量硬脂酸和聚乙二醇质量1.2%的酸性催化剂，继续于120-130℃回流反应15h，之后用无水醋酸钠中和催化剂，再加入蒸馏水，于100℃搅拌水解2-3h，最后减压脱水的产品聚乙二醇6000单硬脂酸酯。
上述两个方案的缺陷在于：反应时间长、加热温度过高，同时聚乙二醇和硼酸的酯化收率不高，进而造成总收率低。同时，这两个方案均不适用于12-羟基硬脂酸，因为同时具备羟基和羧基的12-羟基硬脂酸在上述两个方案的工艺条件下会导致反应过程不可控，产品杂质多。
发明内容
本发明公开了一种硼酸酯交换法合成聚乙二醇-12-羟基硬脂酸酯的方法，目的在于克服前述现有技术中存在的硼酸酯化收率不高、总收率低的缺陷，以及提供了一种适合聚乙二醇-12-羟基硬脂酸酯合成的方法。
本发明由以下方案实现。
步骤A、硼酸三乙酯与聚乙二醇400在碱催化剂的作用下于80-85℃发生酯交换反应，得到聚乙二醇硼酸酯。其中硼酸三乙酯与聚乙二醇400的投料摩尔比为（1-1.2）：1。碱催化剂为CaO-SrO/BaSO4复合物，添加量为硼酸三乙酯与聚乙二醇400投料总质量的5%，反应时间为1h。
CaO-SrO/BaSO4复合物的作用在于，提高了生成硼酸单聚乙二醇酯的反应选择性，其可以通过以下方法制备得到：
将氢氧化钙、氢氧化锶以1：1摩尔比投入纯水，配成总浓度为10%的水溶液，加热搅拌下投入2倍摩尔量的碳酸氢铵，加热至沉淀完全，过滤，水洗2-3次，固体物与50%质量的BaSO4固体混合，送入高温马弗炉，先300℃烘烤1h，再以10℃/min的速度升至1140℃并焙烧20 min，之后随炉冷却，得到固体物质为所述CaO-SrO/BaSO4复合物碱催化剂
步骤B、聚乙二醇硼酸酯和12-羟基硬脂酸于80-85℃在酸催化剂的作用下发生酯交换反应，保温搅拌1h，之后加入聚乙二醇硼酸酯等质量的纯水，继续保温搅拌0.5h，得到的反应产物经萃取、干燥、旋蒸得到产品；
聚乙二醇硼酸酯与12-羟基硬脂酸的投料质量比为1：（0.5-2），所述酸催化剂为全氟磺酸树脂微球，为市售产品NAFION® NR50 1100 EW Polymer Beads，其用量聚乙二醇硼酸酯和12-羟基硬脂酸投料总质量的2%-3%。
全氟磺酸树脂作为酯交换反应的酸催化剂，能够克服传统酸催化剂因腐蚀性强导致设备损耗、氧化性强导致产品变性的缺陷，同时还带来了更高的酯交换反应效率。
本发明的有益之处在于：
①提供了一种酯交换制备聚乙二醇-12-羟基硬脂酸酯的方法。本方案得到的产品优势在于酯化反应不使用环氧乙烷作为原料，不会产生环氧乙烷残留；
②所用的催化剂极易与反应体系分离，无残留；
③工艺条件温和，产品产率高，色泽好。
具体实施方式
以下实施例仅作为更好理解本发明方案之用，并非任何形式的对本发明的进一步限定。
实施例1 CaO-SrO/BaSO4复合物的制备
称取氢氧化钙7.41g（0.1 mol）、12.16g氢氧化锶（0.1 mol）投入纯水，配成总质量浓度为10%的水溶液，加热搅拌下投入15.81g的碳酸氢铵，加热至沉淀完全，过滤，水洗2-3次，得到固体混合物固体物24.0g看，再与12.0g BaSO4固体混合，送入高温马弗炉，先300℃烘烤1h，再以10℃/min的速度升至1140℃并焙烧20 min，之后随炉冷却，得到固体物质为所述CaO-SrO/BaSO4复合物碱催化剂。
实施例 2 聚乙二醇-12-羟基硬脂酸酯的合成
原料和试剂来源：
全氟磺酸树脂微球：市售产品，型号为NAFION® NR50 1100 EW Polymer Beads。
聚乙二醇400、12-羟基硬脂酸、硼酸三乙酯均为市售分析纯试剂。
除特别说明外，所有试剂均未进行前处理，直接使用。
步骤：
（1）取硼酸三乙酯14.6g（0.1mol），聚乙二醇400 40g（0.1mol），碱催化剂2.73g，投入反应釜，加热至80℃，搅拌反应1h，反应结束后，过滤，用饱和氯化钠溶液洗涤，合并有机层得到聚乙二醇硼酸酯49.5g，产率99%。
（2）取步骤（1）得到聚乙二醇硼酸酯10g，12-羟基硬脂酸20g，全氟磺酸树脂微球0.6g，投入反应釜，加热至80℃搅拌混合，保温反应1h，之后加入10g纯水，继续保温搅拌0.5h，得到的反应产物依次用饱和氯化钠溶液、乙酸乙酯萃取、之后干燥、旋蒸除去溶剂得到产品聚乙二醇-12-羟基硬脂酸酯13.5g，产率98.9%，色泽为淡黄色。
对比实施例1
除了将碱性催化剂种类改为固体NaOH外，其余同实施例2。步骤（1）产率为85%。
对比实施例2
除了将酸性催化剂种类改为对甲基苯磺酸，其余同实施例2。步骤（2）产率为87.5%，色泽为黄色。

Claims (6)

1.一种硼酸酯交换法合成聚乙二醇-12-羟基硬脂酸酯的方法，其特征在于，由以下步骤实现：
A、硼酸三乙酯与聚乙二醇在碱催化剂的作用下于80-85℃发生酯交换反应，得到聚乙二醇硼酸酯；
B、聚乙二醇硼酸酯和12-羟基硬脂酸于于80-85℃在酸催化剂的作用下发生酯交换反应，得到的反应产物经水解、萃取、干燥、旋蒸得到产品；
所述聚乙二醇为聚乙二醇400，所述碱催化剂为CaO-SrO/BaSO4复合物，所述酸催化剂为全氟磺酸树脂微球，市售产品NR50 1100 EW Polymer Beads；
所述碱催化剂CaO-SrO/BaSO4复合物由以下方法制备：将氢氧化钙、氢氧化锶以1：1摩尔比投入纯水，配成总浓度为10％的水溶液，加热搅拌下投入2倍摩尔量的碳酸氢铵，加热至沉淀完全，过滤，水洗2-3次，固体物与50％质量的BaSO4固体混合，送入高温马弗炉，先300℃烘烤1h，再以10℃/min的速度升至1140℃并焙烧20min，之后随炉冷却，即得。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，硼酸三乙酯与聚乙二醇的投料摩尔比为(1-1.2)：1。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，碱性催化剂用量以质量计，为硼酸三乙酯与聚乙二醇投料总质量的5％。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，聚乙二醇硼酸酯与12-羟基硬脂酸的投料质量比为1：(0.5-2)。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所用的酸催化剂投料以质量计，为聚乙二醇硼酸酯和12-羟基硬脂酸投料总质量的2％-3％。
6.根据权利要求1所述的方法合成的聚乙二醇-12-羟基硬脂酸酯在高分子合成化学领域中的用途。
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