CN107698432A - 一种紫外线吸收剂3‑(4‑甲基苯亚甲基)‑樟脑的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种紫外线吸收剂3‑(4‑甲基苯亚甲基)‑樟脑的制备方法，以1,7,7‑三甲基二环[2,2,1]庚烷‑2‑酮和对甲基苯甲醛为原料，在溶剂、催化剂及保护性气体存在情况下进行反应，然后加水洗涤后分出有机相，蒸馏回收溶剂及过量的1,7,7‑三甲基二环[2,2,1]庚烷‑2‑酮原料，再进一步蒸馏得到粗品；最后对粗品采用混合溶剂重结晶精制得到反式异构体的3‑(4‑甲基苯亚甲基)‑樟脑。本发明提供的方法以1,7,7‑三甲基二环[2,2,1]庚烷‑2‑酮和对甲基苯甲醛为主要原料，经催化合成3‑(4‑甲基苯亚甲基)‑樟脑，然后精制得到反式异构体产物，是一种廉价、环保、易操作、适用于工业化生产的制备方法。
Description
技术领域
本发明属于紫外线吸收剂技术领域，具体涉及一种紫外线吸收剂3-(4-甲基苯亚甲基)-樟脑的制备方法。
背景技术
3-(4-甲基苯亚甲基)-樟脑(简称4-MBC)，USP名称：Enzacamene，CAS号：36861-47-9，分子式为C18H220，分子量254.3。常温下为白色粉末状晶体，作为良好的油溶性UV-B吸收剂，少量便可提高SPF值。因为有环外碳碳双键，所以4-MBC以顺式异构体或反式异构体两种形式存在，在防晒用品中，4-MBC以反式异构体的形式存在。其结构式如下：
发明内容
本发明的目的提供一种紫外线吸收剂3-(4-甲基苯亚甲基)-樟脑的制备方法，其以1,7,7-三甲基二环[2,2,1]庚烷-2-酮和对甲基苯甲醛为主要原料，经催化合成3-(4-甲基苯亚甲基)-樟脑，然后采用混合溶剂重结晶精制得到反式异构体产物，是一种廉价、环保、易操作、适用于工业化生产的制备方法。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种紫外线吸收剂3-(4-甲基苯亚甲基)-樟脑的制备方法，包括以下步骤：
以1,7,7-三甲基二环[2,2,1]庚烷-2-酮和对甲基苯甲醛为原料，在溶剂、催化剂及保护气体存在情况下进行反应，然后加水洗涤后分出有机相，蒸馏回收溶剂及过量的1,7,7-三甲基二环[2,2,1]庚烷-2-酮原料，再进一步蒸馏得到粗品；最后对粗品进行精制得到反式异构体的3-(4-甲基苯亚甲基)-樟脑。
进一步地，反应过程中，1,7,7-三甲基二环[2,2,1]庚烷-2-酮、溶剂、催化剂混合，然后通入保护气体，升温在回流状态下滴加对甲基苯甲醛，滴加完成后在40-100℃反应3-5小时。反应温度优选60-80℃。所述的保护气体为氮气或者惰性气体，优选氮气或者氩气。由于对甲基苯甲醛性质不稳定，高温下会发生康尼罗歧化反应生成对甲基苯甲酸和对甲基苯甲醇，使反应收率下降。故对甲基苯甲醛在回流状态下滴加。
进一步地，所述的溶剂为烃类溶剂，催化剂为强碱和表面活性剂组成的复合催化剂。
优选地，所述溶剂为已烷、庚烷、3-甲基戊烷或二甲基丁烷。优选已烷。复合催化剂中，强碱为氢氧化钠、氢氧化钾或甲醇钠，表面活性剂为季铵盐型阳离子表面活性剂，十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基三甲基溴化铵、四丁基溴化铵或十二烷基磺酸钠。优选氢氧化钠和十六烷基三甲基溴化铵。
溶剂的加入量以对甲基苯甲醛为基准，对甲基苯甲醛：溶剂重量比为1：2；以对甲基苯甲醛为基准，复合催化剂用量为5-20％，复合催化剂中强碱：表面活性剂重量比＝2：1。
进一步地，所述反应完成后加水洗涤后静置，分离出有机相，再多次加水洗涤分离有机相，直至水相为中性，合并有机相后蒸馏出溶剂，再进行减压蒸馏得到过量的1,7,7-三甲基二环[2,2,1]庚烷-2-酮原料，最后在180-200℃进行减压蒸馏，控制真空度100-300pa得到粗品。由于1,7,7-三甲基二环[2,2,1]庚烷-2-酮原料和产品具有不同的沸点，进行减压蒸馏容易馏出达到分离目的
进一步地，粗品进行精制时，采用混合溶剂并加热进行溶解，然后自然冷却结晶，降温至40℃以下后放入冰水中降温至10℃，过滤分离后的产品按照前面的方法再溶解、冷却、过滤，最后干燥，得到反式异构体的3-(4-甲基苯亚甲基)-樟脑。开始降温缓慢可以形成更好的晶形，分离效果更好，产品纯度可以得到保障。后期冷却降温可以提高单批次收率。
进一步地，所述的混合溶剂为C1-C 4醇及水，两者的重量比为1:0.1-0.6。
进一步优选地，所述混合溶剂中的醇为乙醇。
进一步地，醇与水的重量比为1:0.3-0.5。
优选地，蒸馏回收的溶剂及过量的1,7,7-三甲基二环[2,2,1]庚烷-2-酮原料返回至粗品制备工艺中再次使用。
本发明的反应方程式为：
本发明具有以下有益效果：
1、采用气体保护和低沸点烃类溶剂进行反应，可以有效控制对甲基苯甲醛发生尼罗歧化反应，生成对甲基苯甲酸和对甲基苯甲醇。
2本产物合成可能存在的副反应为1,7,7-三甲基二环[2，2，1]庚烷-2-酮缩合生成粘稠状的高聚物分子。通过复合催化剂的协同催化作用，有效控制了副反应的发生，而且选用的催化剂原料价格便宜易得，
3、因为有环外碳碳双键，所以4-MBC以顺式异构体或反式异构体两种形式存在，在防晒用品中，4-MBC以反式异构体的形式存在。精制混合溶剂选用低级醇与水的混合溶剂，可以有效的进行分离提纯得到反式异构体结晶体；通过结晶溶剂的选择验证，意外的发现顺式和反式结构在所选用的混合溶剂中，提高温度都具有良好的溶解性，降低温度析出的物质经检测鉴定为反式异构体，顺式异构体在低温下依然具有良好溶解性，因此，达到有效分离的目的。
4、本发明提供了一种紫外线吸收剂3-(4-甲基苯亚甲基)-樟脑的制备方法。具有原料廉价、易操作、高收率，产品质量稳定，适合工业化制备的特点。
具体实施方式
下面结合实施例来进一步说明本发明，但本发明要求保护的范围并不局限于实施例表述的范围。
实施例1
加入80.00g1,7,7-三甲基二环[2,2,1]庚烷-2-酮)和100ml正已烷到带有搅拌棒和温度计回流冷凝器的四口烧瓶中。称取催化剂氢氧化钠2.00g和十六烷基三甲基溴化铵1.00g，通入氮气进行置换，调整氮气流量至微量，将混合物加热至回流。通过滴液漏斗加入对甲基苯甲醛53.20g到此剧烈搅拌的混合物中，以保持回流的速度加入。
滴加完毕正常保持4小时之后，缓慢加入水200ML保持50-55℃温度下搅拌15分钟，分离有机相，再用200ML的水清洗，在50-55℃用力搅拌后静置，分离有机相，直到水洗后检测水相为中性。分离收集有机相。常温下蒸馏收集溶剂，溶剂回收用于下批反应。水泵减压在160-180℃收集过量1,7,7-三甲基二环[2,2,1]庚烷-2-酮，用于下批反应。再在180℃以上油泵收集淡黄色油状物产品108.31g，收率96.16％。
称取200.00g无水乙醇加入蒸馏收集的产品中，微加热全溶后，再加入100.00g纯化水，加热到回流，观察到物料全溶，自然降温冷却结晶，40℃后放入冰水中降温，冷却到10℃，真空抽滤，称重湿重159.78g，再加入200.00g无水乙醇，100.00g纯化水进行二次精制操作，抽滤产品129.35g,鼓风烘箱50℃烘干到恒重，称重91.23g。GC含量为99.82％。计算收率为80.99％。
实施例2：
按配比加入80.00g1,7,7-三甲基二环[2,2,1]庚烷-2-酮和120.00g正庚烷加入到带有搅拌棒和温度计回流冷凝器的四口烧瓶中。称取催化剂氢氧化钠2.20g和十六烷基三甲基溴化铵1.00g，通入氮气进行置换，调整氮气流量至微量，将混合物加热至回流。通过滴液漏斗加入配比量对甲基苯甲醛53.20g到此剧烈搅拌的混合物中，以保持回流的速度加入。
滴加完毕正常保持4小时之后，缓慢加入200ML水保持50-55℃温度下搅拌15分钟，分离有机相，再用200ML水清洗50-55℃用力搅拌，有机相分离，直到水洗后检测水相为中性。分离收集有机相。常温下蒸馏收集溶剂，溶剂回收用于下批反应。水泵减压在160-180℃收集过量樟脑，1,7,7-三甲基二环[2,2,1]庚烷-2-酮用于下批反应。
180℃以上油泵收集淡黄色油状物产品109.44g,收率97.17％.。
称取200.00g无水乙醇加入蒸馏收集的产品中，微加热全溶后，再加入100.00g纯化水，加热到回流，观察到物料全溶，自然降温冷却结晶，40℃后放入冰水中降温，冷却到10℃，真空抽滤，称重湿重151.78g，再加入200.00g无水乙醇，100.00g纯化水进行二次精制操作，抽滤产品134.35g,鼓风烘箱50℃烘干到恒重，称重92.33g。GC含量为99.55％。计算收率为81.98％。
实施例3：
按配比加入54.00g回收1,7,7-三甲基二环[2,2,1]庚烷-2-酮，26.00g1,7,7-三甲基二环[2,2,1]庚烷-2-酮和庚烷溶液120ml到带有搅拌棒和温度计回流冷凝器的四口烧瓶中。称取催化剂氢氧化钠2.00g和十六烷基三甲基溴化铵1.00g，通入氮气进行置换，调整氮气流量至微量，将混合物加热至回流。通过滴液漏斗加入配比量对甲基苯甲醛53.20g到此剧烈搅拌的混合物中，以保持回流的速度加入。
滴加完毕正常保持4小时之后，缓慢加入200ML水保持50-55℃温度下搅拌15分钟，分离有机相，再用200ML水50-55℃用力搅拌，有机相分离，直到水洗后检测水相为中性。分离收集有机相。常温下蒸馏收集溶剂，溶剂回收用于下批反应。水泵减压在160-180℃收集过量1,7,7-三甲基二环[2,2,1]庚烷-2-酮用于下批反应。
180℃以上油泵收集淡黄色油状物产品107.15g,收率95.13％.。
称取200.00g无水乙醇加入蒸馏收集的产品中，微加热全溶后，再加入100.00g纯化水，加热到回流，观察到物料全溶，自然降温冷却结晶，40℃后放入冰水中降温，冷却到10℃，真空抽滤，称重湿重157.36g，再加入200.00g无水乙醇，100.00g纯化水进行二次精制操作，抽滤产品127.35g,鼓风烘箱50℃烘干到恒重，称重90.68g。GC含量为99.62％。计算收率为80.51％。
实施例4：
按配比加入160.00g回收1,7,7-三甲基二环[2,2,1]庚烷-2-酮和环已烷溶液250ml到带有搅拌棒和温度计回流冷凝器的四口烧瓶中。称取催化剂氢氧化钠4.00g和十六烷基三甲基溴化铵2.00g，通入氮气进行置换，调整氮气流量至微量，将混合物加热至回流。通过滴液漏斗加入配比量对甲基苯甲醛106.40g到此剧烈搅拌的混合物中，以保持回流的速度加入。
滴加完毕正常保持2小时之后，缓慢加入400ml水保持50-55℃温度下搅拌15分钟，分离有机相，再用入400ml水50-55℃用力搅拌，有机相分离，直到水洗后检测水相为中性。分离收集有机相。常温下蒸馏收集溶剂，溶剂回收用于下批反应。水泵减压在160-180℃收集过量1,7,7-三甲基二环[2,2,1]庚烷-2-酮用于下批反应。
180℃以上油泵收集淡黄色油状物产品218.80g,收率97.13％.。
称取400.00g无水乙醇加入蒸馏收集的产品中，微加热全溶后，再加入200.00g纯化水，加热到回流，观察到物料全溶，自然降温冷却结晶，40℃后放入冰水中降温，冷却到10℃，真空抽滤，称重湿重318.458g，再加入400.00g无水乙醇，200.00g纯化水进行二次精制操作，抽滤产品258.27.35g,鼓风烘箱50℃烘干到恒重，称重184.23g。GC含量99.72％。计算收率为81.78％。
Claims (10)
1.一种紫外线吸收剂3-(4-甲基苯亚甲基)-樟脑的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
以1,7,7-三甲基二环[2,2,1]庚烷-2-酮和对甲基苯甲醛为原料，在溶剂、催化剂及保护气体存在情况下进行反应，然后加水洗涤后分出有机相，蒸馏回收溶剂及过量的1,7,7-三甲基二环[2,2,1]庚烷-2-酮原料，再进一步蒸馏得到粗品；最后对粗品进行精制得到反式异构体的3-(4-甲基苯亚甲基)-樟脑。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：反应过程中，1,7,7-三甲基二环[2,2,1]庚烷-2-酮、溶剂、催化剂混合，然后通入保护气体，升温在回流状态下滴加对甲基苯甲醛，滴加完成后在40-100℃反应3-5小时。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述的溶剂为烃类溶剂，催化剂为强碱和表面活性剂组成的复合催化剂。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述溶剂为已烷、庚烷、3-甲基戊烷或二甲基丁烷；复合催化剂中，强碱为氢氧化钠、氢氧化钾或甲醇钠，表面活性剂为季铵盐型阳离子表面活性剂，十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基三甲基溴化铵、四丁基溴化铵或十二烷基磺酸钠。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述反应完成后加水洗涤后静置，分离出有机相，再多次加水洗涤分离有机相，直至水相为中性，合并有机相后蒸馏出溶剂，再进行减压蒸馏得到过量的1,7,7-三甲基二环[2,2,1]庚烷-2-酮原料，最后在180-200℃进行减压蒸馏，控制真空度100-300pa得到粗品。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：粗品进行精制时，采用混合溶剂并加热进行溶解，然后自然冷却结晶，降温至40℃以下后放入冰水中降温至10℃，过滤分离后的产品按照前面的方法再溶解、冷却、过滤，最后干燥，得到反式异构体的3-(4-甲基苯亚甲基)-樟脑。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述的混合溶剂为C1-C４醇及水，两者的重量比为1:0.1-0.6。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述混合溶剂中的醇为乙醇。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：醇与水的重量比为1:0.3-0.5。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：蒸馏回收的溶剂及1,7,7-三甲基二环[2,2,1]庚烷-2-酮原料返回至粗品制备工艺中再次使用。
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| CN114507122A (zh) * | 2022-01-28 | 2022-05-17 | 宜都市华阳化工有限责任公司 | 3-(4-甲基苯亚甲基)-樟脑合成副产物的回收利用方法 |
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| CN105985228A (zh) * | 2015-03-03 | 2016-10-05 | 南京理工大学 | 一种合成3-(4-甲基苯亚甲基)樟脑的方法 |
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