CN106699680A - 一种高纯度2‑烷基‑4‑异噻唑啉‑3‑酮的制备方法 - Google Patents

一种高纯度2‑烷基‑4‑异噻唑啉‑3‑酮的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高纯度2‑烷基‑4‑异噻唑啉‑3‑酮的制备方法，将酰胺悬浮在反应媒介惰性溶剂中，通入上一步生产的CMI和MIT混合物尾气或生产MIT的尾气，得到合适氯化氢含量的酰胺悬浮液，再加入氯化试剂。本发明以副产物氯化氢的存在对生成5‑氯‑2‑烷基‑4‑异噻唑啉‑3‑酮有抑制作用。通过用反应原料和溶剂对氯化氢含量的增加，最终获得高纯度的2‑烷基‑4‑异噻唑啉‑3‑酮。

Description

一种高纯度2-烷基-4-异噻唑啉-3-酮的制备方法
技术领域
本发明属于化工技术领域，更具体地说，尤其涉及一种高纯度2-烷基-4-异噻唑啉-3-酮的制备方法。
背景技术
异噻唑啉-3-酮是系列异噻唑啉酮衍生物的统称，目前工业中常用的衍生物有5-氯-2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮(简称CMI)和2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮(简称MI)的3:1(重量比)的混合物；单一的2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮以及2-正辛基-4-异噻唑啉-3-酮(简称OIT)；4,5-二氯-2-正辛基-4-异噻唑啉-3-酮(简称DCOIT)；苯并异噻唑啉酮(简称BIT)等。其中3:1的混合物因为性价比高，用量最大，但随着5-氯-2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮具有较强皮肤刺激性的报道增加，以及欧盟对其应用的限制，单一的2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮的应用尤其是在日化和涂料等领域日益增加。
目前为止，已有许多专利文献公开了2-烷基-4-异噻唑啉-3-酮的制备方法。中国专利CN101218216中采用无溶剂法制备N-取代的异噻唑啉-3-酮(主要是OIT和DCOIT)，必须用硫酰氯做氯化试剂，增加了二氧化硫的排放，同时产物也要经分离才能获得OIT。美国专利3849430和欧洲专利95907中采用N-烷基-3-巯基丙酰胺在乙酸乙酯溶剂中用氯气或硫酰氯氯化，得到2-烷基-4-异噻唑啉-3-酮和5-氯-2-烷基-4-异噻唑啉-3-酮的混合物，该方法没有提供高纯度的2-烷基-4-异噻唑啉-3-酮制备方法。
欧洲专利0437354和0678510都试图在已制备2-烷基-4-异噻唑啉-3-酮和5-氯-2-烷基-4-异噻唑啉-3-酮的混合物的基础上通过分离的方法制备单一的2-烷基-4-异噻唑啉-3-酮，但这些方法物料损失大，收率低，最终所得的2-烷基-4-异噻唑啉-3-酮中5-氯-2-烷基-4-异噻唑啉-3-酮的含量仍然较高，对产品的皮肤刺激性改善有限。
美国专利6740759中针对上述方案的缺陷，提出合成时就得到高纯度的2-烷基-4-异噻唑啉-3-酮。该方案经过试验发现，选用反应副产物氯化氢溶解度小的溶剂，例如卤代烃做溶剂，可以使氯化反应对生成2-烷基-4-异噻唑啉-3-酮的选择性大大提高，从而使去除5-氯-2-烷基-4-异噻唑啉-3-酮更为容易。但该方法选用的卤代烃溶剂挥发性大，回收率低，不利于环境保护，同时增加了工业生产的成本。然而该发明提供的一次性得到高纯度2-烷基-4-异噻唑啉-3-酮的工艺无疑是最经济的方法。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种高纯度2-烷基-4-异噻唑啉-3-酮的制备方法，使得产品中不含5-氯-2-烷基-4-异噻唑啉-3-酮或其含量极少而不会致敏。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种高纯度2-烷基-4-异噻唑啉-3-酮的制备方法，包括如下步骤：
S1、将二硫代二丙酰甲胺220-800份悬浮在15-3500份的溶剂中，用冷却盐水控制温度在15-25摄氏度；
S2、通入生产异噻唑啉酮时产生的氯化氢尾气，该尾气理论上释放36份，氯化氢的通入量以摩尔数计，为投入酰胺量的0.1％到400％，即酰胺与氯化氢的摩尔比为1:0.001到1:4；
S3、待通入氯化氢完成后，开启电动搅拌器，控制反应釜内反应温度范围在10-50摄氏度，均匀通入氯化剂240-900份，得到2-甲基4-异噻唑啉-3-酮的盐酸盐；
S4、过滤得到固体盐酸盐，将该盐酸盐用新乙酸乙酯洗涤后，溶解在150-600份水中，用碳酸钠中和到pH为5-7；
S5、经过高压液相色谱分析后，得到2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮含量为40％,5-氯-2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮的含量为0.08％，即得到2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮的回收率为75％。
优选的，所述溶剂为酯类或者苯或者芳香族或者卤代烃类溶剂中的任意一种，尤其酯类为乙酸乙酯或者乙酸丁酯或者乙酸异戊酯；尤其卤代烃为二氯甲烷或者二氯乙烷或者氯仿或者氯苯。
优选的，所述酰胺与氯化氢的摩尔比为1：0.6到1:2。
优选的，在S3中，控制反应釜内反应温度范围在10-30摄氏度。
优选的，在S3中，所述氯化剂为氯气或者硫酰氯的一种。
优选的，在S3中，所述氯化剂为氯气。
本发明通过理论分析和实验发现，副产物氯化氢的存在对生成5-氯-2-烷基-4-异噻唑啉-3-酮有抑制作用，这一点同美国专利6740759恰好相反。通过用反应原料和溶剂对氯化氢含量的增加，最终获得高纯度的2-烷基-4-异噻唑啉-3-酮。
本发明所述的2-烷基-4-异噻唑啉-3-酮可以写作如下分子通式：
分子通式(I)
其中R代表C1-C8的烷基或环烷基。所采用的起始原料分子通式为：
分子通式(II)，其中R的含义同(I)，或者起始原料为：
分子通式(III)，其中R的含义同(I)。
上述通式中的R代表C1-C8的烷基或环烷基，工业中应用广泛的是甲基(产品为2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮，以下简称MIT)和正辛基(产品为2-正辛基-4-异噻唑啉-3-酮，以下简称OIT)。
通式(II)常用的是巯基丙酰甲胺或正辛胺，通式(III)常用的是3,3-二硫代二丙酰甲胺或正辛胺。以MIT和CMIT反应为例，我们可以看到氯化氢的存在对产物选择性影响的可能性，两种反应方程式如下：
通过反应方程式可以看到，1摩尔的酰胺需要与5摩尔的氯气反应生成2摩尔的CMI盐酸盐和6个摩尔的氯化氢，而生成两摩尔的MI盐酸盐只需要3摩尔氯气，生成4摩尔的氯化氢。氯化氢的存在可能会对生成CMI的抑制高于对MIT的抑制。这一点，我们通过实验得到了验证。此外氯气的通入量应该尽量减少到与生成MI的反应需要量接近。
有鉴于此，本发明选用的溶剂应该具有以下两个要求：1)所选用的溶剂对产品和反应原料是惰性的，即不与原料酰胺、氯化试剂以及产品起化学反应；2)对氯化氢有适宜的溶解度；3)溶剂挥发性小，易于回收。可选用的溶剂包括酯类、苯及芳香族的溶剂及卤代烃类等。更为合适的酯是乙酸乙酯、乙酸丁酯、乙酸异戊酯；更为合适的卤代烃是二氯甲烷、二氯乙烷、氯仿等。美国专利6740759中的专利保护点就是使用卤代烃，但强调的是对氯化氢溶解度尽可能的低，并且在反应中要及时排出，而本发明却恰恰相反，要使用更为合适的途径增加氯化氢在反应体系中的含量，从而抑制CMIT的反应选择性。
本发明通过酰胺与氯化氢的结合来实现。酰胺上的N原子可以和氯化氢形成共价键：
更为独特的是氯化氢可以来源于制备CMI和MIT混合物，也可以来源于本发明反应所溢出的反应副产物。即在生产CMI和MIT的3:1混合物时，将反应尾气通入酰胺悬浮在惰性溶剂的另外反应釜中，吸收氯化氢，既减少了氯化氢的排放，又利用副产物进行高纯度MIT的生产。
本发明的技术效果和优点：本发明提供的一种高纯度2-烷基-4-异噻唑啉-3-酮的制备方法，与传统技术相比，本发明以副产物氯化氢的存在对生成5-氯-2-烷基-4-异噻唑啉-3-酮有抑制作用，这一点同美国专利6740759恰好相反。通过用反应原料和溶剂对氯化氢含量的增加，最终获得高纯度的2-烷基-4-异噻唑啉-3-酮，2-烷基-4-异噻唑啉-3-酮系列衍生物是工业杀菌防霉防腐剂，广泛应用于涂料、化妆品、油墨、颜料、乳胶等工业产品中，可以保护材料受到微生物的降解，延长这些工业品的保质期和使用寿命。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
将上述通式(III)中的二硫代二丙酰甲胺500公斤悬浮在2000公斤的乙酸乙酯中，用冷却盐水控制温度在15-25摄氏度，通入生产异噻唑啉酮时产生的氯化氢尾气，该尾气理论上释放36公斤，得到的酰胺与氯化氢的摩尔比为1：0.62，待通入氯化氢完成后，搅拌下控制釜内反应温度在19-25摄氏度，均匀通入氯气600公斤，得到2-甲基4-异噻唑啉-3-酮的盐酸盐，过滤得到固体盐酸盐，将该盐酸盐用新乙酸乙酯洗涤后，溶解在400公斤水中，用碳酸钠中和到pH为5-7，经过高压液相色谱分析后，得到2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮含量为40％,5-氯-2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮的含量为0.08％。2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮的收率为75％。
实施例二
依照实施例一，将加料顺序做如下调整，将氯化氢通入2000公斤乙酸乙酯后，再加入500公斤酰胺搅拌，然后通入600公斤氯气，将得到的盐酸盐溶于400公斤水中，用碳酸钠中和到溶液pH值为5-7，经高压液相色谱分析后得到2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮含量为39％,5-氯-2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮含量为0.16％。2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮的收率为72％。
上述实施例说明，在溶剂中先通入氯化氢再加入酰胺，比用酰胺吸收得到的最终产品中2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮纯度稍低，但两者都可以得到较高收率和较高纯度的2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮产品。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种高纯度2-烷基-4-异噻唑啉-3-酮的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、将二硫代二丙酰甲胺220-800份悬浮在15-3500份的溶剂中，用冷却盐水控制温度在15-25摄氏度；
S2、通入生产异噻唑啉酮时产生的氯化氢尾气或新制得的氯化氢气体，氯化氢的通入量以摩尔数计，为投入酰胺量的0.1%到400%，即酰胺与氯化氢的摩尔比为1:0.001到1:4；
S3、待通入氯化氢完成后，开启电动搅拌器，控制反应釜内反应温度范围在10-50摄氏度，均匀通入氯化剂240-900份，得到2-甲基4-异噻唑啉-3-酮的盐酸盐；
S4、过滤得到固体盐酸盐，将该盐酸盐用新乙酸乙酯洗涤后，溶解在150-600份水中，用碳酸钠中和到pH为5-7；
S5、经过高压液相色谱分析后，可得到2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮含量为40%-50%, 5-氯-2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮的含量小于0.08%的产品,得到2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮的收率可高达75%。
2.根据权利要求1所述的一种高纯度2-烷基-4-异噻唑啉-3-酮的制备方法，其特征在于：所述溶剂为酯类或者苯或者芳香族或者卤代烃类溶剂中的任意一种，尤其酯类为乙酸乙酯或者乙酸丁酯或者乙酸异戊酯；尤其卤代烃为二氯甲烷或者二氯乙烷或者氯仿或者氯苯。
3.根据权利要求1所述的一种高纯度2-烷基-4-异噻唑啉-3-酮的制备方法，其特征在于：所述酰胺与氯化氢的摩尔比为1：0.6到1:2。
4.根据权利要求1所述的一种高纯度2-烷基-4-异噻唑啉-3-酮的制备方法，其特征在于：在S3中，控制反应釜内反应温度范围在10-30摄氏度。
5.根据权利要求1所述的一种高纯度2-烷基-4-异噻唑啉-3-酮的制备方法，其特征在于：在S3中，所述氯化剂为氯气或者硫酰氯的一种。
6.根据权利要求1所述的一种高纯度2-烷基-4-异噻唑啉-3-酮的制备方法，其特征在于：在S3中，所述氯化剂为氯气。
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