CN106977547A - 亚磷酸三（1‑环己氧基‑4‑羟基‑2,2,6,6‑四甲基哌啶醇）酯的提纯方法 - Google Patents
亚磷酸三（1‑环己氧基‑4‑羟基‑2,2,6,6‑四甲基哌啶醇）酯的提纯方法 Download PDFInfo
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Abstract
以1‑环己氧基‑4‑羟基‑2,2,6,6‑四甲基哌啶醇和三氯化磷为原料，通过酯化合成的亚磷酸三(1‑环己氧基‑4‑羟基‑2,2,6,6‑四甲基哌啶醇)酯粗品中含亚磷酸二(1‑环己氧基‑4‑羟基‑2,2,6,6‑四甲基哌啶醇)酯和1‑环己氧基‑4‑羟基‑2,2,6,6‑四甲基哌啶醇亚磷酸单酯等杂质，致使提纯困难。本发明采用溶剂洗涤有效地从粗品中分离出亚磷酸二酯和单酯等杂质，获得了很高纯度的产品。该方法不仅分离效率高，而且和文献报道的减压蒸馏相比，设备简单，易于工业化。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种亚磷酸三(1-环己氧基-4-羟基-2,2,6,6-四甲基哌啶醇)酯的提纯方法，具体地说是通过溶剂洗涤提纯亚磷酸三(1-环己氧基-4-羟基-2,2,6,6-四甲基哌啶醇)酯的方法，属于化工及高分子材料助剂领域。
背景技术
受阻胺(HALS)光稳定剂因具有高效、耐抽出、耐高温、低毒或无毒等优异性能而广泛应用于聚烯烃农用薄膜、高分子涂料、人造地毯及皮革、工程塑料等领域[王仰东，刘涛，孙德江,等.聚烯烃用抗氧剂及光稳定剂的研究进展.中国塑料，2008，22(6)：5-11]。
受阻胺主要是指哌啶衍生物，化学结构通式如下：
式中X＝H，R或OR，R为烷基或环烷基，A为连接哌啶基的辅助基团。X为OR的受阻胺称为N-烷氧基受阻胺(或称为1-烷氧基受阻胺，简称NORs)。
受阻胺根据X的不同而显现出不同的碱性。传统的受阻胺X大多为H、烷基或环烷基，由于其具有很强的碱性，在应用于农用塑料薄膜和阻燃塑料时常常受到限制。因为农药和化肥中存在着大量的硫化物和卤化物，该类化合物在分解过程中会产生酸性物质，与具有强碱性的HALS发生反应使哌啶基团失去活性，进而降低了HALS的光稳定作用[SinturelC,Lemaire J,Gardette J L.Photooxidation of fire retarded polypropylene:III.Mechanism of HALS inactivation.Europ polym J,2000,36(7):1431-1443]。同样，阻燃塑料中的阻燃剂在使用过程中产生的酸性物质(如HBr)会与HALS发生反应，产生类似NH4 +Br-的铵盐而使HALS失去活性[Antos K,Sedlar J.Influence of brominated flameretardant thermal decomposition products on HALS.Polym Degr Stab,2005,90(1):188-194；Sinturel C,Lemaire J,Gardette J L.Photooxidation of fire retardedpolypropylene:III.Mechanism of HALS inactivation.Europ polym J,2000,36(7):1431-1443]。
NORs碱性最弱，不易与高分子材料中的酸性组分发生反应，保持了材料的稳定性，且将烷氧基引入受阻胺中，不仅降低了NORs中的活性氮原子周围的电子云密度，而且其正好参与捕捉自由基，提高了氮氧自由基(NO·)捕捉活性基团的能力。正是由于该原因，NORs逐渐受到科研工作者的重视，并且获得了快速发展。
尽管如此，目前报道的NORs品种仍较少，实现工业应用的仅有汽巴精化公司的Flamestab NOR 116和Tinuvin NOR 371[曹堃,吴水良,李彦,等.N-取代烷氧基受阻胺类阻燃剂及其在聚烯烃中的应用.化学进展,2011,23(6):1189-1195；王仰东，刘涛，孙德江,等.聚烯烃用抗氧剂及光稳定剂的研究进展.中国塑料，2008，22(6)：5-11]。这些品种的结构和合成工艺非常复杂，影响了NORs的推广使用。
亚磷酸三(1-环己氧基-4-羟基-2,2,6,6-四甲基哌啶醇)酯是报道较早的NORs[Galbo J P,Seltzer R.N-hydrocarbyloxy hindered amine light stabilizerssubstituted with phosphorus moieties.EP 0389430,1990-09-26]，其化学结构和合成工艺比较简单，一般通过1-环己氧基-4-羟基-2,2,6,6-四甲基哌啶醇和三氯化磷酯化而制得，反应式如下：
以上酯化过程除形成亚磷酸三(1-环己氧基-4-羟基-2,2,6,6-四甲基哌啶醇)酯外，还可形成亚磷酸二(1-环己氧基-4-羟基-2,2,6,6-四甲基哌啶醇)酯和1-环己氧基-4-羟基-2,2,6,6-四甲基哌啶醇亚磷酸单酯。专利[Galbo J P,Seltzer R.N-hydrocarbyloxyhindered amine light stabilizers substituted with phosphorus moieties.EP0389430,1990-09-26]是通过减压蒸馏脱出以上亚磷酸二酯和单酯，但二酯和单酯的沸点很高，热稳定性又不是很好，因此，减压蒸馏的真空度要求很高，为0.2mmHg左右。该真空度在实验室和工业上很难实现。
发明内容
针对亚磷酸三(1-环己氧基-4-羟基-2,2,6,6-四甲基哌啶醇)酯提纯存在的问题，本发明的发明者对其提纯工艺进行了深入的研究，发现采用合适的溶剂洗涤能有效地从亚磷酸三(1-环己氧基-4-羟基-2,2,6,6-四甲基哌啶醇)酯中脱除亚磷酸二酯和单酯。
一种亚磷酸三(1-环己氧基-4-羟基-2,2,6,6-四甲基哌啶醇)酯的提纯方法，其工艺步骤如下：
将洗涤溶剂加入亚磷酸三(1-环己氧基-4-羟基-2,2,6,6-四甲基哌啶醇)酯的粗品中，于常温下搅拌5～10min后静置0.5～1h，分出溶剂相，再重复洗涤两次，洗涤后的产品常压蒸出残余的溶剂得纯度较高的亚磷酸三(1-环己氧基-4-羟基-2,2,6,6-四甲基哌啶醇)酯。
所述的洗涤溶剂为甲醇、乙醇等水溶性溶剂，优选为甲醇和乙醇；
所述的溶剂与粗品的质量比为2～10:1，优选为4～7:1。
本发明的亚磷酸三(1-环己氧基-4-羟基-2,2,6,6-四甲基哌啶醇)酯提纯方法的优点在于：分离效率高，和文献报道的减压蒸馏相比，设备简单，易于工业化。
附图说明
图1为本发明实施例1得到的亚磷酸三(1-环己氧基-4-羟基-2,2,6,6-四甲基哌啶醇)酯的红外光谱图；
图2为本发明实施例1得到的亚磷酸三(1-环己氧基-4-羟基-2,2,6,6-四甲基哌啶醇)酯的核磁共振氢谱图；
图3为本发明实施例1得到的亚磷酸三(1-环己氧基-4-羟基-2,2,6,6-四甲基哌啶醇)酯的核磁共振碳谱图；
图4为本发明实施例1得到的亚磷酸三(1-环己氧基-4-羟基-2,2,6,6-四甲基哌啶醇)酯的核磁共振磷谱图。
具体实施方式
以下对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
除非另有说明，本发明中所采用的百分数均为质量百分数。
产品的核磁共振氢谱、碳谱和磷谱采用德国布鲁克公司的AVANCE-500型核磁共振仪测定，均以氘代氯仿为溶剂，磷谱以封装在毛细管中的85％的磷酸为外标。红外光谱采用德国布鲁克公司的TENSOR-27红外光谱仪测定。
产品的含量根据磷谱结果采用面积归一法计算。
实施例1
一种亚磷酸三(1-环己氧基-4-羟基-2,2,6,6-四甲基哌啶醇)酯的提纯方法，包括如下步骤：
1)亚磷酸三(1-环己氧基-4-羟基-2,2,6,6-四甲基哌啶醇)酯粗品的合成
将0.3mol(76.6g)1-环己氧基-4-羟基-2,2,6,6-四甲基哌啶醇、0.9mol(91.1g)三乙胺(用氢氧化钠干燥)和500mL氯仿加入到带有机械搅拌、温度计和回流冷凝管的1000mL三口烧瓶中，于15℃下缓慢加入0.1mol(13.8g)PCl3，随后加热至32℃反应8h。反应结束后用500mL×3的去离子水洗涤3次，静置分相，油相蒸出氯仿得粗品80.1g。磷谱分析表明，粗品中亚磷酸三(1-环己氧基-4-羟基-2,2,6,6-四甲基哌啶醇)酯的摩尔含量为76.7％(δ：139.59ppm)，亚磷酸二(1-环己氧基-4-羟基-2,2,6,6-四甲基哌啶醇)酯的摩尔含量为19.9％(δ：5.65ppm)，1-环己氧基-4-羟基-2,2,6,6-四甲基哌啶醇亚磷酸单酯的摩尔含量为3.4％(δ：-2.28ppm)。产品产率77.36％(理论产量79.42g)。
2)亚磷酸三(1-环己氧基-4-羟基-2,2,6,6-四甲基哌啶醇)酯的提纯
将500mL无水乙醇加入以上粗品中，于常温下搅拌5～10min后静置0.5～1h，分出乙醇相，再重复洗涤两次，洗涤后的产品常压蒸出残余的乙醇得产品57.8g。磷谱分析表明，亚磷酸三(1-环己氧基-4-羟基-2,2,6,6-四甲基哌啶醇)酯的摩尔含量为98.04％，亚磷酸二酯的摩尔含量为1.96％，未检测出单酯。产品的洗涤收率为92.24％。
本发明还通过红外光谱、核磁共振谱分析对本实施例得到的产物结构进行了表征。图1为本实施例得到的亚磷酸三(1-环己氧基-4-羟基-2,2,6,6-四甲基哌啶醇)酯的红外光谱图(σ,cm-1)；图2为本实施例得到的亚磷酸三(1-环己氧基-4-羟基-2,2,6,6-四甲基哌啶醇)酯的核磁共振氢谱图(1H-NMR，500MHz,CDCl3)；图3为本实施例得到的亚磷酸三(1-环己氧基-4-羟基-2,2,6,6-四甲基哌啶醇)酯的核磁共振碳谱图(13C-NMR，500MHz,CDCl3)；图4为本实施例得到的亚磷酸三(1-环己氧基-4-羟基-2,2,6,6-四甲基哌啶醇)酯的磷谱图。
图1中，2974cm-1为-CH3中C-H的反对称伸缩振动峰；2935cm-1为-CH2中C-H的反对称伸缩振动峰；2880cm-1为-CH3中C-H的对称伸缩振动峰；1467cm-1为-CH3的反对称变形振动峰；1374cm-1和1361cm-1为-CH3的对称变形振动峰；1249cm-1为不含H的C-N伸缩振动峰；1196cm-1和1173cm-1为不含H的P-O伸缩振动峰；1043cm-1为C-O的伸缩振动峰；802cm-1为环己烷环的-CH2的面内摇摆振动峰。可见，合成样品的红外光谱与目标产物的吻合。
图2中，δ＝1.15ppm处的峰为4号位置甲基上的氢质子峰，δ＝1.18ppm处的峰为3号位置的氢质子峰，δ＝1.21ppm和δ＝1.23ppm处的峰为2号位置的氢质子峰，δ＝1.52ppm和δ＝1.61ppm处的峰为6号位置的氢质子峰，δ＝1.74ppm和δ＝1.79ppm处的峰为7号位置的氢质子峰，δ＝2.03ppm处的峰为8号位置的氢质子峰，δ＝3.59ppm处的峰为5号位置的氢质子峰，δ＝4.34ppm处的峰为1号位置的氢质子峰。可见，样品的1H-NMR与目标产物的吻合。
图3中，δ＝21.08ppm处的峰为4号位置甲基上的碳原子峰，δ＝25.00ppm处的峰为5号位置甲基上的碳原子峰，δ＝25.81ppm处的峰为9号位置的碳原子峰，δ＝32.69ppm处的峰为8号位置的碳原子峰，δ＝34.38ppm处的峰为7号位置的碳原子峰，δ＝47.52ppm处的峰为2号位置的碳原子峰，δ＝59.97ppm处的峰为3号位置的碳原子峰，δ＝64.93ppm处的峰为1号位置的碳原子峰，δ＝81.72ppm处的峰为6号位置的碳原子峰，δ＝76.75ppm、77.00ppm、77.25ppm处的峰为溶剂CDCl3中碳原子的三重峰。可见，样品的13C-NMR与目标产物的吻合。
图4中，δ＝139.59ppm处的峰为目标产物中的磷原子峰，δ＝5.65ppm处的峰为杂质亚磷酸二酯中的磷原子峰，δ＝0.23ppm处的峰对应的是外标物磷酸中的磷原子峰。按面积归一计算，目标产物的摩尔含量为98.04％。
以上红外光谱、核磁共振氢谱、核磁共振碳谱及磷谱证明合成出的样品就是目标产物。
实施例2
一种亚磷酸三(1-环己氧基-4-羟基-2,2,6,6-四甲基哌啶醇)酯的提纯方法，包括如下步骤：
将500mL甲醇加入按实施例1制得的粗品中，于常温下搅拌5～10min后静置0.5～1h，分出甲醇相，再重复洗涤两次，洗涤后的产品常压蒸出残余的甲醇得产品58.3g。磷谱分析表明，亚磷酸三(1-环己氧基-4-羟基-2,2,6,6-四甲基哌啶醇)酯的摩尔含量为98.02％，亚磷酸二酯的摩尔含量为1.98％，未检测出单酯。产品的洗涤收率为93.02％。
按照实施例1中的表征方式对本实施例的产品进行检测，证明本实施例得到的产物为目标产物。
实施例3
一种亚磷酸三(1-环己氧基-4-羟基-2,2,6,6-四甲基哌啶醇)酯的提纯方法，包括如下步骤：
将500mL 95％乙醇加入按实施例1制得的粗品中，于常温下搅拌5～10min后静置0.5～1h，分出甲醇相，再重复洗涤两次，洗涤后的产品常压蒸出残余的乙醇得产品59.1g。磷谱分析表明，亚磷酸三(1-环己氧基-4-羟基-2,2,6,6-四甲基哌啶醇)酯的摩尔含量为95.2％，亚磷酸二酯的摩尔含量为4.8％，未检测出单酯。产品的洗涤收率为91.58％。
按照实施例1中的表征方式对本实施例的产品进行检测，证明本实施例得到的产物为目标产物。
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 (3)
1.一种亚磷酸三(1-环己氧基-4-羟基-2,2,6,6-四甲基哌啶醇)酯的提纯方法，具体地说是通过溶剂洗涤从含亚磷酸二(1-环己氧基-4-羟基-2,2,6,6-四甲基哌啶醇)酯和1-环己氧基-4-羟基-2,2,6,6-四甲基哌啶醇亚磷酸单酯等杂质的粗品中提纯亚磷酸三(1-环己氧基-4-羟基-2,2,6,6-四甲基哌啶醇)酯的方法，其过程是：将洗涤溶剂加入亚磷酸三(1-环己氧基-4-羟基-2,2,6,6-四甲基哌啶醇)酯的粗品中，于常温下搅拌5～10min后静置0.5～1h，分出溶剂相，再重复洗涤两次，洗涤后的产品常压蒸出残余的溶剂得产品。
2.根据权利要求1所述的提纯方法，其特征在于，所述的洗涤溶剂为甲醇、乙醇等水溶性溶剂。
3.根据权利要求1所述的提纯方法，其特征在于，所述的溶剂与粗品的质量比为2～10:1，优选为4～7:1。
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