CN107635977B - 用于制备三嗪的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于制备其中的R1为C1‑C18烷基或C2‑C18烯基的式(I)的双‑间苯二酚基三嗪或其相应烷基取代的式(II)的双‑间苯二酚基衍生物的改进方法,其中R1为C1‑C18烷基或C2‑C18烯基且R2和R3彼此独立地为C1‑C18烷基或C2‑C18烯基。
Description
本发明涉及一种用于制备其中R1为C1-C18烷基或C2-C18烯基的式(I)的双-间苯二酚基三嗪或其相应烷基取代的式(II)的双-间苯二酚基衍生物的改进方法,其中R1为C1-C18烷基或C2-C18烯基且R2和R3彼此独立地为C1-C18烷基或C2-C18烯基。
式(I)的双-间苯二酚基三嗪是高效的紫外线吸收剂,其可以例如用作塑料中的光稳定剂或用作制备式(II)的烷基取代的双-间苯二酚三嗪衍生物的中间体,所述式(II)的烷基取代的双-间苯二酚三嗪衍生物例如为Tinosorb S[INCI名称:双-乙基己氧基苯酚甲氧基苯基三嗪],其特别适合作为化妆品中的遮光剂。
式(I)和(II)的双-间苯二酚基三嗪的制备是已知的,例如,在US 5,955,060中公开了。该制备包括三聚氰氯与苯基溴化镁化合物的格氏反应,以得到二氯三嗪。然后通过在路易斯酸(特别是卤化铝)存在下与间苯二酚的Friedel-Crafts酰基化引入两个间苯二酚基。第三步,通过烷基化而进行游离4-羟基的醚化。
由于对基于双-间苯二酚基三嗪遮光剂的需求不断增加,本发明的目的是提供一种制备双-间苯二酚基三嗪衍生物的方法,其容易实施并且由于高产量而具有经济优势。此外,Friedel-Crafts酰化常常产生难以除去并随后被带到式(II)的双-间苯二酚基三嗪中的不需要的副产物的缺点而应当被避免。
因此,本发明的目的是提供一种制备式(I)和(II)的双-间苯二酚基三嗪的方法,其由于较高的收率和较高的纯度,而易于实施并提供经济和监管优势。
因此,第一方面,本发明涉及一种用于制备式(I)的双间苯二酚基三嗪的方法(A),所述方法包括在路易斯酸和共溶剂的存在下使式(III)的二氯三嗪在甲苯中的溶液与间苯二酚反应的步骤(Friedel-Crafts酰化),
其中R1为C1-C18烷基或C2-C18烯基,
其特征在于,基于式(III)的二氯三嗪在甲苯中的溶液的总重量,式(III)的二氯三嗪在甲苯中的溶液的水含量小于0.04重量%。
在下文中,式(III)的二氯三嗪被称为“DCT”(DiChloroTriazine)并且其在甲苯中的溶液被称为“DCT-甲苯溶液”。
在一个优选实施方式中,DCT-甲苯溶液的水含量小于0.03重量%,更优选DCT-甲苯溶液的水含量小于0.025重量%,最优选等于或小于0.02重量%,基于DCT-甲苯溶液的总重量
C1-C18烷基或C2-C18烯基的实例分别为支链或无支链的烷基或烯基,如甲基、乙基、正丙基、1-甲基乙基、正丁基、1-甲基丙基、2-甲基丙基、1,1-二甲基乙基、正戊基、1-甲基丁基、2-甲基丁基、3-甲基丁基、2,2-二甲基丙基、1-乙基丙基、正己基、1,1-二甲基丙基、1,2-二甲基丙基、1-甲基戊基、2-甲基戊基、3-甲基戊基、4-甲基戊基、1,1-二甲基丁基、1,2-二甲基丁基、1,3-二甲基丁基、2,2-二甲基丁基、2,3-二甲基丁基、3,3-二甲基丁基、1-乙基丁基、2-乙基丁基、1,1,2-三甲基丙基、1,2,2-三甲基丙基、1-乙基-1-甲基丙基、1-乙基-2-甲基丙基、正庚基、2-乙基己基、正辛基、正壬基、正癸基、正十一烷基、正十二烷基、乙烯基、2-丙烯基和3-丁烯基。
在一个优选的实施方式中,R1为C1-C5烷基,更优选为C1-C2烷基,最优选为甲基。
本文使用的术语“共溶剂”是指以能够与甲苯混溶为特征的化学品。在本发明的所有实施方式中,特别合适的共溶剂包括环丁砜、苯甲腈、氯苯、硝基苯、乙腈和特戊腈以及它们的混合物。在本发明的所有实施方式中,优选仅使用一种共溶剂。优选地,所述一种共溶剂选自由硝基苯、特戊腈和苯甲腈。最优选的共溶剂是硝基苯或苯甲腈,因为这导致特别高的产率。
合适的路易斯酸包括卤化铝以及卤化镁。在本发明的所有实施方式中,优选的路易斯酸是三氯化铝(AlCl3)。
在特别有利的实施方式中,本发明包括方法(B),其是这样的方法(A),其中R1为甲基,共溶剂为苯甲腈,路易斯酸为三氯化铝。
在本发明的所有实施方式中,相对于式(III)的二氯三嗪,间苯二酚的量为至少2摩尔当量。优选地,使用稍微过量的间苯二酚。最优选地,相对于式(III)的二氯三嗪,间苯二酚的量在2至2.5摩尔当量的范围内选择。
在本发明的所有实施方式中,相对于式(III)的二氯三嗪,优选地共溶剂的量在0.5至10摩尔当量的范围内选择,更优选在1至6摩尔当量的范围内选择,最优选在2至5摩尔当量的范围内选择。
在本发明的所有实施方式中,相对于式(III)的二氯三嗪,优选地路易斯酸的量在0.5至7摩尔当量的范围内选择,更优选在0.75至5摩尔当量的范围内选择,最优选在1至3摩尔当量的范围内选择。
在本发明的所有实施方式中,Friedel-Crafts酰化反应的反应温度优选在25℃至100℃的范围内选择,例如更优选在50℃至70℃的范围内,最优选在55℃至65℃的范围内(在大气压下)。众所周知,如果在根据本发明的方法中施加压力/真空,那么必须相应地调整反应温度,但是本领域技术人员可以很容易地调整反应温度并且也包括在本文中。
因此,在另一个特别有利的实施方式中,本发明包括方法(C),其是这样的方法(B),其中相对于式(III)的二氯三嗪共溶剂的量在2-5摩尔当量的范围内选择,相对于式(III)的二氯三嗪路易斯酸的量在1-3摩尔当量的范围内选择,反应温度选自55℃-65℃(在大气压下)。
进一步优选的是,用于本发明方法的DCT-甲苯溶液中的式(III)二氯三嗪的量选自5-25重量%,优选在10-20重量%的范围内,最优选在12-17重量%的范围,基于DCT-甲苯溶液的总重量。
因此,在一个非常有利的实施方式中,本发明包括方法(D),其是这样的方法(C),其中DCT-甲苯溶液的DCT含量在5-25重量%的范围内,优选在10-20重量%的范围内,基于DCT-甲苯溶液的总重量。
具有本文具体说明的水含量的DCT-甲苯溶液可以通过根据本领域技术人员熟知的程序将式(III)的二氯三嗪溶解在干甲苯(例如Toluene puriss.p.a.,ACS reagent,≥99.7%(GC),可商购自Sigma-Aldrich)中来制备。优选地,用于制备该溶液的式(III)的二氯三嗪具有≥90%,优选≥94%,最优选≥98%的纯度(GC)。如果需要,在溶解之前可以按照本领域标准方法通过真空干燥干燥式(III)的二氯三嗪。可用于制备根据本发明的DCT-甲苯溶液的特别合适的式(III)的二氯三嗪为2,4-二氯-6-(4-甲氧基苯基)-1,3,5-三嗪[CAS90723-86-7],其纯度(GC)≥94%,例如可以在Aldlab Chemical Building Blocks购得。
替代地并且优选地,式(III)的二氯三嗪在甲苯中的溶液(DCT-甲苯溶液)是通过包括下列后续步骤的方法(E)制备的:
(i)三聚氯氰与式(IV)的4-烷氧基苯基卤化镁在四氢呋喃(THF)的格氏反应,以产生式(III)的二氯三嗪,
其中R1为C1-C18烷基或C2-C18烯基,并且X为Cl、Br或I;然后
(ii)THF与甲苯的溶剂交换产生DCT-甲苯溶液;然后
(iii)用盐酸水溶液洗涤所述DCT-甲苯溶液;接着
(iv)相分离,并任选地用干燥剂预干燥所述DCT-甲苯溶液;然后
(v)将洗过且任选预干燥的DCT-甲苯溶液与甲苯共蒸发,直到所得水含量小于0.04重量%,优选小于0.03重量%,更优选小于0.025重量%,最优选小于等于0.02重量%,并且THF含量小于3重量%,优选小于2.5重量%,最优选小于2重量%,基于所述DCT-甲苯溶液的总重量。
在一个特别有利的实施方式中,根据本发明的方法中使用的DCT-甲苯溶液具有小于0.04重量%的水含量和小于3重量%的THF含量,更优选具有小于0.03重量%的水含量和小于2.5重量%的THF含量,最优选具有小于0.025重量%的水含量和小于2重量%的THF含量,例如具有小于0.02重量%的水含量和小于2重量%的THF含量,基于DCT-甲苯溶液的总重量。
步骤(iv)中的干燥剂可以选自常用于有机实验室的常规干燥剂,例如氯化钙(CaCl2)、硫酸钠(Na2SO4)、硫酸钙(CaSO4,作为Drierite)和硫酸镁(MgSO4)的无水形式以及它们的混合物。优选地干燥剂是硫酸钠(Na2SO4)或硫酸镁(MgSO4)。
在一个非常有利的实施方式中,本发明包括方法(F),其是这样的方法(D),其中DCT-甲苯溶液是根据方法(E)制备的。
本发明的DCT-甲苯溶液的水含量≥0.1重量%以及THF含量应理解为由GC-TCD(即连接至热导检测器的GC)测定。水分含量≤0.1重量%是通过卡尔-费休库仑滴定法测定的,因为后一种方法具有定量下限。
根据本发明的格氏反应中使用的特别有利的4-C1-C18烷氧基-或C2-C18烯氧基苯基镁卤化物是4-甲氧基苯基溴化镁,其可以根据本领域的标准方法由4-溴苯甲醚和镁屑在THF中制备或者是例如可商购自Sigma-Aldrich(CAS 13139-86-1,0.5M,在THF中)。
作为盐酸水溶液,优选使用1N HCl。
在另一个实施方式中,根据本发明的方法包括式(I)的双-间苯二酚基三嗪与C1-C18烷基卤化物或C2-C18链烯基卤化物的后续烷基化步骤,以获得各自的烷基取代的式(II)的双间苯二酚基衍生物。优选使用C3-C10烷基卤化物,更优选C3-C10烷基卤化物,最优选使用乙基己基卤化物。在一个最优选的实施方式中,根据本发明的方法制备式(II)的双-间苯二酚基衍生物,其中R1是甲基,R2和R3是乙基己基。烷基化可根据本领域中的标准方法进行,例如在碱存在下通过用乙基己基卤化物如3-溴乙基己烷或3-氯乙基己烷醚化式(I)的双-间苯二酚基三嗪,例如如US 5,955,060实施例1和2中所概述的。
原则上,根据本发明的方法的每个反应可以在适合于各个反应类型的任何反应器中进行。在不受限制的情况下,以举例的方式提到:悬浮反应器、搅拌釜、搅拌釜级联、管式反应器、壳式反应器、壳管式反应器、固定床反应器、流化床反应器、反应性蒸馏塔。
实验部分
步骤1:2,4-二氯-6-(4-甲氧基苯基)-1,3,5-三嗪甲苯溶液的合成
在配备有氩气入口、机械搅拌器、回流冷凝器、温度计和加料漏斗的500mL四颈烧瓶中,将11.90g镁屑(0.488mol,1.20当量)和几个碘的颗粒悬浮于130mL无水THF中。在干燥保护气体(氮气或氩气)下,加入5%的92.2g 4-溴苯甲醚(61.7mL,0.488mol,1.20当量)在116mL无水THF中的溶液。放热反应表明格氏反应开始,之后缓慢加入剩余的4-溴苯甲醚溶液。在镁屑完全加入并溶解之后,将夹套反应器加热至70℃并搅拌2-4小时,直至所有镁屑溶解并观察到4-溴苯甲醚的完全转化(通过GC分析)。
所得的格氏试剂溶液在0-5℃下逐滴加入到74.9g三聚氰氯(0.407mol,1.0当量)在103mL无水THF中的悬浮液中。加完后,将反应器温热至25℃,再搅拌反应混合物30分钟。然后,施加真空(~300mbar),将反应器加热至50℃以蒸出约140ml的THF。随后,连续加入700mL甲苯,同时蒸馏掉THF/甲苯的混合物。然后缓慢加入500mL 1N HCl。分离各相,得到707g 2,4-二氯-6-(4-甲氧基苯基)-1,3,5-三嗪(DCT/M)在甲苯中的溶液(约14.7wt%DCT/M)。
通过与无水甲苯(Fluka,puriss.PA ACS试剂)进一步共蒸发来分别调节如上所述得到的DCT/M-甲苯溶液的水含量和THF含量,得到如表1的DCT/M-甲苯溶液,其在随后的反应步骤2中使用。
表1:2,4-二氯-6-(4-甲氧基苯基)-1,3,5-三嗪在甲苯中的溶液(DCT/M-甲苯溶液)
实施例 | DCT/M[wt.-%] | THF[wt.-%] | H<sub>2</sub>O[wt.-%] |
Ref1 | 14.7 | 5.7 | 0.07 |
Ref2 | 14.7 | 5.8 | 0.17 |
Ref3 | 14.7 | 6.0 | 0.17 |
Ref4 | 14.7 | 1.2 | 0.06 |
1 | 14.7 | 2.0 | 0.02 |
2 | 14.7 | 无 | 0.02 |
THF和H2O含量通过GC-TCD测定。另外通过库仑卡尔费休滴定法分析低于0.1重量%的H2O含量。
步骤2:4,4'-[6-(4-甲氧基苯基)-1,3,5-三嗪-2,4-二基]-双-1,3-苯二酚的合成
在具有氩气入口、机械搅拌器、回流冷凝器、温度计和对NaOH的废气连接的1.5L玻璃反应器中,将94g间苯二酚(0.857mol,相对于DCT/M为2.1当量)和3.2摩尔当量的苯甲腈(相对于DCT/M)加入到707g表1中概述的在甲苯中的DCT/M的相应溶液中。将所得溶液加热至60℃。然后分批加入112g AlCl3(0.842mol,2.07当量,相对于DCT/M)。完全加入后,将反应物保持在60℃约4小时。完全转换后,加热停止。然后逐滴加入55mL 1N HCl(55mmol),随后加入150mL甲苯,165mL 1N HCl(165mmol)和150mL水。过滤得到的悬浮液,随后用350毫升甲苯和1000毫升水洗涤。将滤饼抽吸干燥,然后在60℃真空(约100毫巴)下干燥过夜,得到所示产率的4,4'-[6-(4-甲氧基苯基)-1,3,5-三嗪-2,4-二基]-双-1,3-苯二酚(MTB)
表2:使用具有不同H2O/THF含量的DCT/M-甲苯溶液的产率和杂质的比较
*基于三聚氰氯
从表2可以看出,随着DCT/M-溶液中的水含量和THF含量的降低,2,4-二氯-6-(4-甲氧基苯基)-1,3,5-三嗪(其中R1为甲基的式(I)化合物)的产率显著增加。此外,分子量为311g/mol的杂质(杂质MW311)显著降低。
分别用二甲苯代替实施例1中的甲苯并用环丁砜代替实施例1的苯甲腈来重复上面概述的实施例4,即,Ref 9;用表3中列出的不同共溶剂(实施例5,7和8)代替苯甲腈,重复上面概述的实施例4。
表3:不同溶剂/共溶剂的比较
*基于三聚氰氯
从表3可以看出,使用甲苯导致整体分离产率增加。而且,分别使用苯甲腈、硝基苯和特戊腈作为共溶剂是特别有利的。
Claims (20)
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,基于所述DCT-甲苯的总重量,所述DCT-甲苯溶液的水含量小于0.03重量%。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述DCT-甲苯溶液的水含量小于0.025重量%。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述DCT-甲苯溶液的水含量等于或小于0.02重量%。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法,其特征在于,R1为C1-C2烷基。
6.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,R1为甲基。
7.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述路易斯酸为三氯化铝。
8.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,基于所述DCT-甲苯溶液的总重量,所述DCT-甲苯溶液中式(III)的二氯三嗪的量在5-25重量%的范围内选择。
10.根据权利要求1所述的方法,其中,所得水含量小于0.03重量%,基于所述DCT-甲苯溶液的总重量。
11.根据权利要求1所述的方法,其中,所得水含量小于0.025重量%,基于所述DCT-甲苯溶液的总重量。
12.根据权利要求1所述的方法,其中,所得水含量小于0.02重量%,基于所述DCT-甲苯溶液的总重量。
13.根据权利要求1所述的方法,其中,所得THF含量小于2.5重量%,基于所述DCT-甲苯溶液的总重量。
14.根据权利要求1所述的方法,其中,所得THF含量小于2重量%,基于所述DCT-甲苯溶液的总重量。
15.根据权利要求9所述的方法,其特征在于,式(III)的二氯三嗪在甲苯中的溶液具有小于0.03重量%的水含量和小于2重量%的THF含量。
16.根据权利要求9所述的方法,其特征在于,所述4-烷氧基苯基卤化镁是4-甲氧基苯基溴化镁。
17.根据权利要求9所述的方法,其特征在于,所述干燥剂选自由氯化钙、硫酸钠、硫酸钙和硫酸镁的无水形式以及它们的混合物组成的组。
18.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,式(I)的双-间苯二酚基三嗪在随后的步骤中在碱的存在下用C1-C18烷基卤化物醚化。
19.根据权利要求18所述的方法,其特征在于,所述烷基卤化物是3-溴乙基己烷或3-氯乙基己烷。
20.根据权利要求9所述的方法,其特征在于,步骤(iv)为相分离,并用干燥剂预干燥所述DCT-甲苯溶液。
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PB01 | Publication | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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