CN108250788B - 含磺酸酯基的吡啶酮类偶氮分散染料及其合成方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种含磺酸酯基的吡啶酮类偶氮分散染料及其合成方法,化学结构通式如下:
Figure DEST_PATH_IMAGE002
。该方法以3‑苯磺酰氧基苯胺为原料,经重氮化、与

Description

含磺酸酯基的吡啶酮类偶氮分散染料及其合成方法
技术领域
本发明涉及一种含磺酸酯基的吡啶酮类偶氮分散染料及其合成方法,属于染料化工领域。
背景技术
分散染料是一类主要用于涤纶及其混纺织物染色和印花,需借助各种助剂进行商品化加工而应用的不溶于水的染料。分散染料的结构主要有偶氮型、蒽醌型、喹酞酮型、苯乙烯型等,其中杂环分散染料由于具有发色强度高、色泽鲜艳、提升力好、上染率高、匀染性能优良、各项染色牢度优异等特点,成为近几十年来分散染料发展最快的方向之一。吡啶酮类杂环分散染料分散黄114就是一个典型的杂环偶氮结构的分散染料,其耐晒、耐升华、耐洗、耐摩擦等各项性能等级较高,匀染性和提升力较好,可以单独或拼色使用,应用较广。
Figure RE-GDA0001617104610000011
然而,分散黄114的重氮组分3-苯磺酰氧基苯胺,国内外均以间氨基苯酚为原料,经氨基的乙酰化保护、羟基的苯磺酸酯化和脱乙酰基三步反应合成,存在反应步骤多、三废污染严重、间氨基苯酚价格高等问题,制约了该染料品种的使用,所以寻找各项性能相近或更优的替代品种具有重要的意义。
Figure RE-GDA0001617104610000012
发明内容
为了进一步提高分散黄114的染色和应用性能,本发明提供了一种含磺酸酯基的吡啶酮类偶氮结构特点的分散染料及其合成方法。
为了达到上述目的,本发明采用的技术方案是:含磺酸酯基的吡啶酮类偶氮分散染料,该吡啶酮类偶氮分散染料的化学结构通式如以下式(Ⅰ)所示,其中,当n为2时,R 为1至6个碳的烷基或3至6个总碳数的烷氧基烷基;当n为3时,R为1至5个碳的烷基或3至5个总碳数的烷氧基烷基;当n为4时,R为1至4个碳的烷基或3至4个总碳数的烷氧基烷基;
Figure RE-GDA0001617104610000021
进一步地,在上述式(Ⅰ)的方案中,所述1至6个碳的烷基为CH3、CH2CH3、CH2CH2CH3、CH(CH3)2、CH2CH2CH2CH3、CH2CH(CH3)2、CH(CH3)CH2CH3、CH2CH2CH2CH2CH3、 CH2CH2CH(CH3)2以及CH2CH2CH2CH2CH2CH3中的一种;所述3至6个总碳数的烷氧基烷基为CH2CH2OCH3、CH2CH2OCH2CH3、CH2CH2OCH2CH2CH3、CH2CH2OCH(CH3)2、 CH2CH2OCH2CH2CH2CH3、CH2CH2OCH2CH(CH3)2、CH2CH2OCH(CH3)CH2CH3、 CH2CH2CH2OCH3、CH2CH2CH2OCH2CH3、CH2CH2CH2OCH2CH2CH3、CH2CH2CH2OCH(CH3)2、CH2CH2CH2CH2OCH3以及CH2CH2CH2CH2OCH2CH3中的一种。
所述1至5个碳的烷基为CH3、CH2CH3、CH2CH2CH3、CH(CH3)2、CH2CH2CH2CH3、 CH2CH(CH3)2、CH(CH3)CH2CH3、CH2CH2CH2CH2CH3以及CH2CH2CH(CH3)2中的一种;所述3至5个总碳数的烷氧基烷基为CH2CH2OCH3、CH2CH2OCH2CH3、CH2CH2OCH2CH2CH3、 CH2CH2OCH(CH3)2、CH2CH2CH2OCH3、CH2CH2CH2OCH2CH3以及CH2CH2CH2CH2OCH3中的一种。
所述1至4个碳的烷基为CH3、CH2CH3、CH2CH2CH3、CH(CH3)2、CH2CH2CH2CH3、CH2CH(CH3)2以及CH(CH3)CH2CH3中的一种;所述3至4个总碳数的烷氧基烷基为 CH2CH2OCH3、CH2CH2OCH2CH3以及CH2CH2CH2OCH3中的一种。
Figure RE-GDA0001617104610000031
n=2
R=Me,Et,nPr,iPr,nBu,iBu,sBu,CH2 nBu,CH2 iBu,CH2CH2 nBu
R=(CH2)2OMe,(CH2)2OEt,(CH2)2OnPr,(CH2)2OiPr, (CH2)2OnBu,(CH2)2OiBu,(CH2)2OsBu
R=(CH2)3OMe,(CH2)3OEt,(CH2)3OnPr,(CH2)3OiPr
R=(CH2)4OMe,(CH2)4OEt
n=3
R=Me,Et,nPr,iPr,nBu,iBu,sBu,CH2 nBu,CH2 iBu
R=(CH2)2OMe,(CH2)2OEt,(CH2)2OnPr,(CH2)2OiPr
R=(CH2)3OMe,(CH2)3OEt
R=(CH2)4OMe
n=4
R=Me,Et,nPr,iPr,nBu,iBu,sBu,
R=(CH2)2OMe,(CH2)2OEt
R=(CH2)3OMe
为了制备得到上述式(Ⅰ)的化合物,本发明还提出了一种含磺酸酯基的吡啶酮类偶氮分散染料的合成方法,即以3-苯磺酰氧基苯胺为原料,以亚硝酸钠和盐酸或亚硝酸钠和硫酸为重氮化剂,经过重氮化反应后,再与式(II)所示的化合物,
Figure RE-GDA0001617104610000032
经过偶合反应得到产物,其反应式如下所示:
Figure RE-GDA0001617104610000041
其中,式(II)所示的化合物选自n为2时的2-甲氧基乙基、2-乙氧基乙基、2-丙氧基乙基、2-异丙氧基乙基、2-丁氧基乙基、2-异丁氧基乙基、2-仲丁氧基乙基、2-戊氧基乙基、2-异戊氧基乙基、2-己氧基乙基、2-(2-甲氧乙氧基)乙基、2-(2-乙氧乙氧基)乙基、2-(2-丙氧乙氧基)乙基、2-(2-异丙氧乙氧基)乙基、2-(2-丁氧乙氧基)乙基、2-(2-异丁氧乙氧基)乙基、2-(2-仲丁氧乙氧基)乙基、2-(3-甲氧丙氧基)乙基、2-(3-乙氧丙氧基)乙基、2-(3-丙氧丙氧基)乙基、2-(3-异丙氧丙氧基)乙基、2-(4-甲氧丁氧基)乙基、2-(4-乙氧丁氧基)乙基;选自 n为3时的3-甲氧基丙基、3-乙氧基丙基、3-丙氧基丙基、3-异丙氧基丙基、3-丁氧基丙基、 3-异丁氧基丙基、3-仲丁氧基丙基、3-戊氧基丙基、3-异戊氧基丙基、3-(2-甲氧乙氧基)丙基、 3-(2-乙氧乙氧基)丙基、3-(2-丙氧乙氧基)丙基、3-(2-异丙氧乙氧基)丙基、3-(3-甲氧丙氧基) 丙基、3-(3-乙氧丙氧基)丙基、3-(4-甲氧丁氧基)丙基;选自n为4时的4-甲氧基丁基、4- 乙氧基丁基、4-丙氧基丁基、4-异丙氧基丁基、4-丁氧基丁基、4-异丁氧基丁基、4-仲丁氧基丁基、4-(2-甲氧乙氧基)丁基、4-(2-乙氧乙氧基)丁基、4-(3-甲氧丙氧基)丁基。
所述3-苯磺酰氧基苯胺与亚硝酸钠的摩尔比为1:1.01~1.10,3-苯磺酰氧基苯胺与盐酸或硫酸的质量比为1:0.8~3.0;所述重氮化反应的温度为-10~40℃,保温时间1~10h,过量的亚硝酸钠用尿素或氨基磺酸去除。
所述偶合反应中,式(II)所示化合物与3-苯磺酰氧基苯胺的摩尔比为1.01~1.10:1,偶合反应的温度为0~100℃,分2~5个阶段保温,总保温时间2~15h。
本发明的设计特点以及有益效果是:3-苯磺酰氧基苯胺作为重氮组分,与3-氰基-4- 甲基-6-羟基-1-甲基-2-吡啶酮偶合所得的分散黄114,综合性能较好,上染率和提升力也比较高,因此作为黄色分散染料得到了广泛的应用。然而,发明人经过大量的实验研究发现,如果以1位氮上含单醚键的3至8个总碳数的烷基或含双醚键的5至8个总碳数的烷基代替3-氰基-4-甲基-6-羟基-1-甲基-2-吡啶酮中的1位甲基,再与3-苯磺酰氧基苯胺的重氮盐偶合,所得化合物具有比分散黄114更为优越的综合性能,特别是水洗牢度、摩擦牢度和汗渍牢度全部优于分散黄114,达到5级及以上,尤其是水洗牢度的提高具有重要的意义。所得化合物中的大部分品种的升华牢度和日晒牢度也优于分散黄114,小部分品种的升华牢度和日晒牢度与分散黄114相当。这一方面归因于含单醚键的3至8个总碳数的碳氧链,或含双醚键的5至8个总碳数的碳氧链与纤维分子链之间的疏水性堆积作用,另一方面归因于醚官能团与涤纶纤维的酯官能团之间的偶极-偶极相互作用,因而大幅度提高了本发明分散染料产品的各项染色牢度、上染率和提升力等。由于分散黄114已是相当成熟的产品,对于本领域技术人员来说,要想得到一种染色综合性能比之分散黄114有明显提高的分散染料,需要付出极大的努力和创造性劳动。总之,本发明分散染料品种的综合性能相比分散黄114有明显的提高,具有良好的市场前景。
综上所述,本发明合成的含磺酸酯基的吡啶酮类偶氮分散染料,具有综合性能优异、结构新颖、合成简单等特点,具有较高的生产价值,可作为分散黄114的升级替代品。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步描述:
以下实施例所用原料等均为工业级产品,未经进一步纯化。含量测定使用高效液相色谱 (HPLC)归一化法。质谱(MS)分析和元素分析分别使用质谱仪和元素分析仪。
本发明化合物的结构见表1。
表1本发明化合物的结构式
化合物 n R
1 2 CH<sub>3</sub>
2 2 CH<sub>2</sub>CH<sub>3</sub>
3(实施例1) 2 CH<sub>2</sub>CH<sub>2</sub>CH<sub>3</sub>
4 2 CH<sub>2</sub>CH(CH<sub>3</sub>)<sub>2</sub>
5 2 CH<sub>2</sub>CH<sub>2</sub>CH(CH<sub>3</sub>)<sub>2</sub>
6 2 CH<sub>2</sub>CH<sub>2</sub>CH<sub>2</sub>CH<sub>2</sub>CH<sub>2</sub>CH<sub>3</sub>
7 2 CH<sub>2</sub>CH<sub>2</sub>OCH<sub>3</sub>
8(实施例2) 2 CH<sub>2</sub>CH<sub>2</sub>OCH<sub>2</sub>CH<sub>3</sub>
9 2 CH<sub>2</sub>CH<sub>2</sub>OCH(CH<sub>3</sub>)<sub>2</sub>
10 2 CH<sub>2</sub>CH<sub>2</sub>OCH(CH<sub>3</sub>)CH<sub>2</sub>CH<sub>3</sub>
11 2 CH<sub>2</sub>CH<sub>2</sub>CH<sub>2</sub>OCH<sub>2</sub>CH<sub>3</sub>
12(实施例3) 2 CH<sub>2</sub>CH<sub>2</sub>CH<sub>2</sub>OCH<sub>2</sub>CH<sub>2</sub>CH<sub>3</sub>
13 2 CH<sub>2</sub>CH<sub>2</sub>CH<sub>2</sub>CH<sub>2</sub>OCH<sub>3</sub>
14 3 CH<sub>2</sub>CH<sub>3</sub>
15 3 CH(CH<sub>3</sub>)<sub>2</sub>
16 3 CH<sub>2</sub>CH<sub>2</sub>CH<sub>2</sub>CH<sub>3</sub>
17 3 CH(CH<sub>3</sub>)CH<sub>2</sub>CH<sub>3</sub>
18 3 CH<sub>2</sub>CH<sub>2</sub>CH<sub>2</sub>CH<sub>2</sub>CH<sub>3</sub>
19 3 CH<sub>2</sub>CH<sub>2</sub>OCH<sub>3</sub>
20(实施例4) 3 CH<sub>2</sub>CH<sub>2</sub>OCH<sub>2</sub>CH<sub>2</sub>CH<sub>3</sub>
21 3 CH<sub>2</sub>CH<sub>2</sub>CH<sub>2</sub>OCH<sub>3</sub>
22 3 CH<sub>2</sub>CH<sub>2</sub>CH<sub>2</sub>OCH<sub>2</sub>CH<sub>3</sub>
23(实施例5) 3 CH<sub>2</sub>CH<sub>2</sub>CH<sub>2</sub>CH<sub>2</sub>OCH<sub>3</sub>
24 4 CH<sub>3</sub>
25(实施例6) 4 CH<sub>2</sub>CH<sub>3</sub>
26 4 CH(CH<sub>3</sub>)<sub>2</sub>
27 4 CH(CH<sub>3</sub>)CH<sub>2</sub>CH<sub>3</sub>
28 4 CH<sub>2</sub>CH<sub>2</sub>OCH<sub>3</sub>
29 4 CH<sub>2</sub>CH<sub>2</sub>OCH<sub>2</sub>CH<sub>3</sub>
30 4 CH<sub>2</sub>CH<sub>2</sub>CH<sub>2</sub>OCH<sub>3</sub>
实施例1化合物3的合成
3-苯磺酰氧基苯胺与3-氰基-4-甲基-6-羟基-1-(2-丙氧基乙基)-2-吡啶酮偶合
1000mL四口瓶中加入180mL盐酸、99.6g(0.4mol)3-苯磺酰氧基苯胺,搅拌30min,冷却至8℃以下,保持在该温度下滴加亚硝酸钠溶液,滴完保温反应3h,检测终点,过滤,备用。另将96.8g(0.41mol)3-氰基-4-甲基-6-羟基-1-(2-丙氧基乙基)-2-吡啶酮加入水中,加入液碱搅拌使完全溶解,10℃以下滴加重氮液,控制pH 5左右。5℃保温1h,10℃保温1h,再60℃保温2h,过滤,热水洗涤,抽干,得染料滤饼化合物3。重结晶所得精品的分析结果如下:MS(m/z):497[M+H]+,元素分析C24H24N4O6S:实测值C 58.29,H 4.78,N 11.44,S 6.63,计算值C 58.06,H 4.84,N 11.29,S 6.45。
实施例2化合物8的合成
3-苯磺酰氧基苯胺与3-氰基-4-甲基-6-羟基-1-[2-(2-乙氧乙氧基)乙基]-2-吡啶酮偶合
1000mL四口瓶中加入160mL盐酸、99.6g(0.4mol)3-苯磺酰氧基苯胺,搅拌30min,冷却至6℃以下,保持在该温度下滴加亚硝酸钠溶液,滴完保温反应4h,检测终点,过滤,备用。另将109.1g(0.41mol)3-氰基-4-甲基-6-羟基-1-[2-(2-乙氧乙氧基)乙基]-2-吡啶酮加入水中,加入液碱搅拌使完全溶解,10℃以下滴加重氮液,控制pH 5左右。6℃保温2h,再80℃保温1h,过滤,热水洗涤,抽干,得染料滤饼化合物8。重结晶所得精品的分析结果如下:MS(m/z):527[M+H]+,元素分析C25H26N4O7S:实测值C 57.22,H 5.15,N 10.85,S 6.29,计算值C 57.03,H 4.94,N 10.65,S 6.08。
实施例3化合物12的合成
3-苯磺酰氧基苯胺与3-氰基-4-甲基-6-羟基-1-[2-(3-丙氧丙氧基)乙基]-2-吡啶酮偶合
1000mL四口瓶中加入60mL硫酸、140mL水、99.6g(0.4mol)3-苯磺酰氧基苯胺,搅拌30min,冷却至5℃以下,保持在该温度下滴加亚硝酸钠溶液,滴完保温反应2h,检测终点,过滤,备用。另将120.5g(0.41mol)3-氰基-4-甲基-6-羟基-1-[2-(3-丙氧丙氧基)乙基]-2-吡啶酮加入水中,加入液碱搅拌使完全溶解,12℃以下滴加重氮液,控制pH 5左右。5℃保温1h,10℃保温1h,再80℃保温1h,过滤,热水洗涤,抽干,得染料滤饼化合物12。重结晶所得精品的分析结果如下:MS(m/z):555[M+H]+,元素分析C27H30N4O7S:实测值C 58.68,H 5.56, N10.27,S 5.89,计算值C 58.48,H 5.42,N 10.11,S 5.78。
实施例4化合物20的合成
3-苯磺酰氧基苯胺与3-氰基-4-甲基-6-羟基-1-[3-(2-丙氧乙氧基)丙基]-2-吡啶酮偶合
1000mL四口瓶中加入150mL盐酸、99.6g(0.4mol)3-苯磺酰氧基苯胺,搅拌30min,冷却至5℃以下,保持在该温度下滴加亚硝酸钠溶液,滴完保温反应2h,检测终点,过滤,备用。另将120.5g(0.41mol)3-氰基-4-甲基-6-羟基-1-[3-(2-丙氧乙氧基)丙基]-2-吡啶酮加入水中,加入液碱搅拌使完全溶解,10℃以下滴加重氮液,控制pH 5左右。5℃保温2h,再80℃保温1h,过滤,热水洗涤,抽干,得染料滤饼化合物20。重结晶所得精品的分析结果如下: MS(m/z):555[M+H]+,元素分析C27H30N4O7S:实测值C 58.69,H 5.61,N 10.28,S 5.98,计算值C 58.48,H 5.42,N 10.11,S 5.78。
实施例5化合物23的合成
3-苯磺酰氧基苯胺与3-氰基-4-甲基-6-羟基-1-[3-(4-甲氧丁氧基)丙基]-2-吡啶酮偶合
1000mL四口瓶中加入50mL硫酸、150mL水、99.6g(0.4mol)3-苯磺酰氧基苯胺,搅拌30min,冷却至5℃以下,保持在该温度下滴加亚硝酸钠溶液,滴完保温反应2h,检测终点,过滤,备用。另将120.6g(0.41mol)3-氰基-4-甲基-6-羟基-1-[3-(4-甲氧丁氧基)丙基]-2-吡啶酮加入水中,加入液碱搅拌使完全溶解,8℃以下滴加重氮液,控制pH 5左右。5℃保温1h,再 70℃保温3h,过滤,热水洗涤,抽干,得染料滤饼化合物23。重结晶所得精品的分析结果如下:MS(m/z):555[M+H]+,元素分析C27H30N4O7S:实测值C 58.73,H 5.62,N 10.30,S 5.93,计算值C 58.48,H 5.42,N 10.11,S 5.78。
实施例6化合物25的合成
3-苯磺酰氧基苯胺与3-氰基-4-甲基-6-羟基-1-(4-乙氧基丁基)-2-吡啶酮偶合
1000mL四口瓶中加入50mL硫酸、150mL水、99.6g(0.4mol)3-苯磺酰氧基苯胺,搅拌30min,冷却至5℃以下,保持在该温度下滴加亚硝酸钠溶液,滴完保温反应2h,检测终点,过滤,备用。另将102.5g(0.41mol)3-氰基-4-甲基-6-羟基-1-(4-乙氧基丁基)-2-吡啶酮加入水中,加入液碱搅拌使完全溶解,8℃以下滴加重氮液,控制pH 5左右。5℃保温1h,再70℃保温3h,过滤,热水洗涤,抽干,得染料滤饼化合物25。重结晶所得精品的分析结果如下: MS(m/z):511[M+H]+,元素分析C25H26N4O6S:实测值C 59.04,H 5.28,N 11.11,S 6.35,计算值C58.82,H 5.10,N 10.98,S 6.27。
将本发明所合成的染料滤饼和分散剂或木质素按1:1.5比例进行砂磨,扩散性达到 4级以上,干燥。称取1g样品,加水溶解并稀释到500mL的容量瓶中,移取20mL与60mL 水混合,用醋酸调染浴pH为5,升温至70℃同时放入2g涤纶布进行染色,于30min内由 70℃升温到130℃,保温45min,冷却至90℃时取出布样。布样经还原清冼后,采用国标 GB/T 3921-2008、GB/T 3920-2008、GB/T 3922-2013及GB/T 8427-2008所规定的方法分别测试其耐洗、耐摩擦、耐汗渍、耐升华和耐日晒牢度,结果见表2。
表2本发明化合物的染色性能
Figure RE-GDA0001617104610000101
等同条件下,分散黄114的水洗牢度、摩擦牢度、汗渍牢度、升华牢度和日晒牢度分别为 4-5级、4-5级、4-5级、5级和6级。由表中数据可见,本发明分散染料品种的水洗牢度、摩擦牢度和汗渍牢度全部优于分散黄114,达到5级及以上,尤其是水洗牢度的提高具有重要的应用价值。本发明分散染料的大部分品种的升华牢度和日晒牢度优于分散黄114,日晒牢度达到6-7级甚至7级,小部分品种的升华牢度和日晒牢度与分散黄114相当。因此,总体而言,本发明分散染料品种的综合性能相比分散黄114有明显的提高,具有良好的市场前景。
本发明提出并合成的含磺酸酯基的吡啶酮类偶氮分散染料,具有性能优异、结构新颖、合成简单等特点,具有较高的工业化价值。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点,其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施,并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰,都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.含磺酸酯基的吡啶酮类偶氮分散染料,其特征在于:所述吡啶酮类偶氮分散染料的化学结构通式如以下式(Ⅰ)所示,其中,当n为2时,R为3至6个总碳数的烷氧基烷基;当n为3时,R为3至5个总碳数的烷氧基烷基;当n为4时,R为3至4个总碳数的烷氧基烷基;
Figure FDA0002109589210000011
2.根据权利要求1所述的含磺酸酯基的吡啶酮类偶氮分散染料,其特征在于:所述3至6个总碳数的烷氧基烷基为CH2CH2OCH3、CH2CH2OCH2CH3、CH2CH2OCH2CH2CH3、CH2CH2OCH(CH3)2、CH2CH2OCH2CH2CH2CH3、CH2CH2OCH2CH(CH3)2、CH2CH2OCH(CH3)CH2CH3、CH2CH2CH2OCH3、CH2CH2CH2OCH2CH3、CH2CH2CH2OCH2CH2CH3、CH2CH2CH2OCH(CH3)2、CH2CH2CH2CH2OCH3以及CH2CH2CH2CH2OCH2CH3中的一种。
3.根据权利要求1所述的含磺酸酯基的吡啶酮类偶氮分散染料,其特征在于:所述3至5个总碳数的烷氧基烷基为CH2CH2OCH3、CH2CH2OCH2CH3、CH2CH2OCH2CH2CH3、CH2CH2OCH(CH3)2、CH2CH2CH2OCH3、CH2CH2CH2OCH2CH3以及CH2CH2CH2CH2OCH3中的一种。
4.根据权利要求1所述的含磺酸酯基的吡啶酮类偶氮分散染料,其特征在于:所述3至4个总碳数的烷氧基烷基为CH2CH2OCH3、CH2CH2OCH2CH3以及CH2CH2CH2OCH3中的一种。
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