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
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。