CN108358871B - 一种2-苄基-2-二甲基氨基-1-(4-吗啉苯基)丁酮的合成方法 - Google Patents

一种2-苄基-2-二甲基氨基-1-(4-吗啉苯基)丁酮的合成方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种2‑苄基‑2‑二甲基氨基‑1‑(4‑吗啉苯基)丁酮的合成方法，包括：(1)在三氯化铝的催化下，氯苯与正丁酰氯经傅‑克反应，制得化合物Ⅰ；(2)在催化氧化剂的作用下，化合物Ⅰ与溴素经溴化反应，制得化合物Ⅱ；(3)化合物Ⅱ与二甲胺进行取代反应，制得化合物Ⅲ；(4)化合物Ⅲ与氯化苄进行季铵化反应，制得化合物Ⅳ；(5)在复合催化剂的作用下，化合物Ⅳ与吗啉进行取代反应，制得化合物Ⅴ；(6)在碱的作用下，化合物Ⅴ发生重排反应，即得所述的2‑苄基‑2‑二甲基氨基‑1‑(4‑吗啉苯基)丁酮。本发明工艺条件温和，操作简单，选择性高，总收率高。

Description

一种2-苄基-2-二甲基氨基-1-(4-吗啉苯基)丁酮的合成方法
技术领域
本发明涉及光引发剂领域，具体涉及一种2-苄基-2-二甲基氨基-1-(4-吗啉苯基)丁酮的合成方法。
背景技术
光引发剂是紫外线固化型材料不可缺少的组分之一，在光固化体系中，包括UV胶，UV涂料，UV油墨等，接受或吸收外界能量后本身发生化学变化，分解为自由基或阳离子，从而引发聚合反应。凡经光照能产生自由基并进一步引发聚合的物质统称光引发剂。
辐射固化技术是一项节能环保新技术，紫外光(UV)和电子束(EB)、红外光、可见光、激光、化学荧光等辐射光照射固化，完全符合“5E”特点：Efficient(高效)、Enabling(实用)、Economical(经济)、Energy Saving(节能)、Environmental Friendly(环境友好)，因此被誉为“绿色技术”。光引发剂是光固化胶黏剂的重要组分之一，它对固化速率起着决定性作用。光引发剂受紫外光照射后，吸收光的能量，分裂成2个活性自由基，引发光敏树脂和活性稀释剂发生连锁聚合，使胶黏剂交联固化，其特点是快速、环保、节能。它对光固化体系灵敏度起决定作用。由于光固化材料在固化时无溶剂挥发，大大降低了对环境的污染，从而光固化技术作为一种环境友好的绿色技术，近年来得到蓬勃的发展。
目前合成光引发剂369的工艺路线主要有以下2种：
(1)该工艺是以氯苯为原料，经傅-克反应、溴化、二甲胺取代溴、季铵盐合成、重排、吗啉取代氯最后得到369产品。
Figure BDA0001566433550000021
该工艺看似生产成本较低，但吗啉取代氯这一过程中要使用高温高压危险工艺，副产物多且收率较低。
(2)该工艺以氟苯为原料，经傅-克反应、溴化、二甲胺取代溴、吗啉取代氟、季铵盐合成、重排最后得到369产品。
Figure BDA0001566433550000031
该工艺以价格较高的氟苯为原料，反应过程中选择性较高，收率也高。而且吗啉取代过程中也不需要高温高压，对设备和操作要求较低。但是由于做季铵盐这步收率不理理想还有氟苯的价格上涨，不得不寻求更加节省成本的合成工艺路线。
发明内容
针对现有技术中，吗啉取代过程中需要高温高压，原料价格高、收率低等缺陷，本发明提供了一种2-苄基-2-二甲基氨基-1-(4-吗啉苯基)丁酮的合成方法，该方法条件温和，操作简单，选择性高，总收率高。
本发明采用的技术方案如下：
一种2-苄基-2-二甲基氨基-1-(4-吗啉苯基)丁酮的合成方法，包括：
(1)在三氯化铝的催化下，氯苯与正丁酰氯经傅-克反应，制得如式(Ⅰ)所示的化合物Ⅰ；
Figure BDA0001566433550000041
(2)在催化氧化剂的作用下，化合物Ⅰ与溴素经溴化反应，制得如式(Ⅱ)所示的化合物Ⅱ；
Figure BDA0001566433550000042
(3)化合物Ⅱ与二甲胺进行取代反应，制得如式(Ⅲ)所示的化合物Ⅲ；
Figure BDA0001566433550000043
(4)化合物Ⅲ与氯化苄进行季铵化反应，制得如式(Ⅳ)所示的化合物Ⅳ；
Figure BDA0001566433550000044
(5)在复合催化剂的作用下，化合物Ⅳ与吗啉进行取代反应，制得如式(Ⅴ)所示的化合物Ⅴ；
Figure BDA0001566433550000045
(6)在碱的作用下，化合物Ⅴ发生重排反应，即得所述的2-苄基-2-二甲基氨基-1-(4-吗啉苯基)丁酮。
本发明2-苄基-2-二甲基氨基-1-(4-吗啉苯基)丁酮的合成路线如下：
Figure BDA0001566433550000051
步骤(1)中，氯苯与正丁酰氯的投加摩尔比为5～10：1；所述三氯化铝与正丁酰氯的投加摩尔比为1～2：1。
步骤(1)中，在0～15℃下，将正丁酰氯滴加至氯苯与三氯化铝的混合物中，正丁酰氯的滴加速度为0.2～5mL/min，滴毕，保温反应2～5小时，然后升温至15～35℃保温5～35小时。
所述傅-克反应利用气相色谱(GC)进行跟踪，反应进行至正丁酰氯完全消耗为止。
傅-克反应结束后，使用质量分数为5～15％的盐酸对傅-克反应的产物进行分解洗涤，分解洗涤完毕后，将所得油相(所述油相中包含化合物I)直接用于溴化反应。
可以使用质量分数为5～15％的盐酸进行多次洗涤，以尽可能地去除傅-克反应的副产物，将多次洗涤得到的油相合并后，进行溴代反应；多次洗涤得到的水相合并后，可用于制备聚三氯化铝，实现循环利用，提高化工物料的使用率。
步骤(2)中，所述催化氧化剂为双氧水、过氧乙酸和过氧叔丁醇中的至少一种，通过催化氧化剂的运用使溴素的用量减少30％～50％，提高溴素的原子利用率。
所述催化氧化剂与化合物Ⅰ的投加摩尔比为1～2：1；所述溴素与化合物Ⅰ的投加摩尔比为0.5～1.5：1。
步骤(2)中，在步骤(1)所得油相中加入催化氧化剂，室温下滴加溴素，所述溴化反应的温度为15～30℃，溴化反应的时间为0.5～8小时，利用气相色谱(GC)进行跟踪，反应进行至化合物Ⅰ完全消耗为止。
步骤(2)中，溴化反应完全后，加入水进行洗涤，搅拌静置后分去水相，至少重复两次，合并有机相，将所得有机相(所述有机相中包含化合物Ⅱ)直接用于二甲胺的取代反应。
步骤(3)中，向步骤(2)得到的有机相通入二甲胺气体，温度保持在5～45℃之间，保温1～3小时，利用气相色谱(GC)进行跟踪，反应进行至化合物Ⅱ完全消耗后，停止通入二甲胺气体。
步骤(4)中，所得化合物Ⅲ与氯化苄在溶剂中混合后，升温至40～85℃，保温反应24～36小时，利用液相色谱(LC)进行跟踪，反应进行至化合物Ⅲ完全消耗为止，反应结束后，降温至5℃以下时离心、干燥即得化合物Ⅳ。
化合物Ⅲ与氯化苄的投加摩尔比为1：1～2.5。
所述溶剂为甲醇、乙醇、水和甲苯中的至少一种。
步骤(5)中，所述复合催化剂由催化剂和配位体以质量比为0.5～5：1复合得到，其中，所述催化剂为铜、氯化亚铜和溴化亚铜中的至少一种，所述配位体为乙二胺四乙酸、乙二胺四乙酸二钠和乙二胺中的至少一种。
所述复合催化剂的投加量为化合物Ⅳ质量的0.5～5％；化合物Ⅳ与吗啉的投加摩尔比为1：3～10。
步骤(5)中，所述取代反应的温度为80～130℃，取代反应的时间为15～48小时。
步骤(5)中，利用液相色谱(LC)进行跟踪，反应进行至化合物Ⅳ完全消耗为止，得到的反应液(所述反应液中包含化合物Ⅴ)无需进行处理直接用于重排反应。
步骤(6)中，在步骤(5)得到的反应液中分批加入碱，室温下反应2～6小时，然后升温至40～90℃反应2～10小时，利用液相色谱(LC)进行跟踪，反应进行至化合物Ⅴ完全消耗为止。
所述的碱为碳酸钾、氢氧化钠、甲醇钠和碳酸钠中的至少一种，碱与化合物Ⅴ的投加摩尔比为1～3：1。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)通过催化氧化剂的运用使溴素的用量减少30％～50％，溴素原子利用率高。
(2)以氯苯为原料的传统工艺中先做季铵盐重排再进行吗啉取代反应，存在吗啉取代这步反应需要在高温高压下反应而且收率低的缺点；而以氟苯为原料的工艺，先进行吗啉取代，然后做季铵盐再重排，虽然该吗啉取代过程中不需要高温高压，但重排反应收率低，只有70％左右。本发明先做季铵盐，对季铵盐中间体进行吗啉取代后再进行重排，不仅条件温和，而且收率高，产品品质好。
(3)吗啉取代中复合催化剂的使用提高选择性，有效提高反应效率，而且不需要高温高压，产品收率和质量有所提高。
具体实施方式
实施例1
(1)傅-克反应
向三口烧瓶中加入500ml氯苯，1.0mol三氯化铝，降温至0℃，开始缓慢滴加1mol正丁酰氯，滴加速度为1.5mL/min，滴加完毕后保温反应3小时，然后升温至25℃保温30小时，待GC检测反应完全后，进行水解，水解时将反应液缓慢倒入300ml10％的稀盐酸冰水混合物中，保持水解温度不超过60℃，搅拌30min，然后静置60min分层，取油相再用200ml水水洗2遍，搅拌时间30min，静置时间60min分层，所得油相(所述油相中包含化合物I)进入下步操作。
(2)溴化反应
在上述油相中加入1mol双氧水，室温下滴加0.5mol溴素，保温反应0.5小时，GC检测，待化合物I完全反应后，进行水解，水解时将反应液缓慢倒入300ml水中，保持水解温度不超过60℃，搅拌30min，然后静置60min分层，取油相再用200ml水水洗2遍，搅拌时间30min，静置时间60min分层，所得有机相(所述有机相中包含化合物Ⅱ)进入下步工序。
(3)二甲胺取代
向上述有机相中通入二甲胺气体，温度保持在40～45℃之间，待反应一定程度后GC跟踪检测，反应液中化合物Ⅱ消失即判断反应终点，然后水解，水解时将反应液缓慢倒入300ml水中，保持水解温度不超过60℃，搅拌30min，然后静置60min分层，取油相再用200ml水水洗2遍，搅拌时间30min，静置时间60min分层。取油相加入100ml水进行共沸脱溶，当温度升至100℃时保温30min，然后降温分层，所得有机相即化合物Ⅲ，得化合物Ⅲ213.8g，含量97.5％，上述三步总收率94.8％。
(4)季铵盐合成
向三口烧瓶中加入300mL甲醇、1mol化合物Ⅲ和1.5mol氯化苄，开始升温，当温度在80～85℃时保温反应30小时，LC跟踪分析，待化合物Ⅲ全部反应完全时反应结束，降温至5℃以下时离心，烘干后得到化合物Ⅳ330.9g，LC含量98.5％，收率94.0％。
(5)吗啉取代
向三口烧瓶中加入800mL吗啉、3g铜、3ml EDTA和1mol化合物Ⅳ，升温至120～130℃，保温时间为20小时。LC跟踪，待化合物Ⅳ反应完全即为反应终点，所得反应液(所述反应液中包含化合物Ⅴ)直接进行下步重排操作。
(6)季铵盐重排
将上述反应液降至室温，分批加入1.0mol碳酸钾，室温下反应2小时，然后升温至40℃反应2小时，LC检测，待化合物Ⅴ反应完全时结束反应。然后减压脱除吗啉，当温度升至120℃时保温60min，溶剂脱除完毕，然后降温至90℃加入1000ml甲苯和400ml水水洗3遍，分层取油相进行减压脱溶，当温度升至120℃时脱溶结束，降温至80℃加入1500ml甲苯和甲醇的混合溶剂(甲苯含25％)进行结晶，离心烘干后得到产品314.7g，含量99.4％，上述两步收率86.0％。
综上，以氯苯为原料合成2-苄基-2-二甲基氨基-1-(4-吗啉苯基)丁酮的总收率为76.6％。
实施例2
步骤(1)～(4)与实施例1相同，区别仅在于：
(5)吗啉取代
向三口烧瓶中加入800mL吗啉、3g氯化亚铜、3ml EDTA和1mol化合物Ⅳ，升温至120～130℃，保温时间为20小时。LC跟踪，待化合物Ⅳ反应完全即为反应终点，所得反应液(所述反应液中包含化合物Ⅴ)直接进行下步重排操作。
(6)季铵盐重排
将上述反应液降至室温，分批加入1.0mol碳酸钾，室温下反应2小时，然后升温至40℃反应2小时，LC检测，待化合物Ⅴ反应完全时结束反应。然后减压脱除吗啉，当温度升至120℃时保温60min，溶剂脱除完毕，然后降温至90℃加入1000ml甲苯和400ml水水洗3遍，分层取油相进行减压脱溶，当温度升至120℃时脱溶结束，降温至80℃加入1500ml甲苯和甲醇的混合溶剂(甲苯含25％)进行结晶，，离心烘干后得到产品314.7g，含量99.6％，上述两步收率85.5％。
综上，以氯苯为原料合成2-苄基-2-二甲基氨基-1-(4-吗啉苯基)丁酮的总收率为76.3％。
实施例3
步骤(1)～(4)与实施例1相同，区别仅在于：
(5)吗啉取代
向三口烧瓶中加入800mL吗啉、2g铜、1g氯化亚铜、3ml EDTA和1mol化合物Ⅳ，升温至120～130℃，保温时间为20小时。LC跟踪，待化合物Ⅳ反应完全即为反应终点，所得反应液(所述反应液中包含化合物Ⅴ)直接进行下步重排操作。
(6)季铵盐重排
将上述反应液降至室温，分批加入1.0mol碳酸钾，室温下反应2小时，然后升温至40℃反应2小时，LC检测，待化合物Ⅴ反应完全时结束反应。然后减压脱除吗啉，当温度升至120℃时保温60min，溶剂脱除完毕，然后降温至90℃加入1000ml甲苯和400ml水水洗3遍，分层取油相进行减压脱溶，当温度升至120℃时脱溶结束，降温至80℃加入1500ml甲苯和甲醇的混合溶剂(甲苯含25％)进行结晶，离心烘干后得到产品314.7g，含量99.6％，上述两步收率85.0％。
综上，以氯苯为原料合成2-苄基-2-二甲基氨基-1-(4-吗啉苯基)丁酮的总收率为75.7％。
对比例1
(1)傅-克反应
向三口烧瓶中加入500ml氯苯，1.0mol三氯化铝，降温至0℃，开始缓慢滴加1mol正丁酰氯，滴加速度为1.5mL/min，滴加完毕后保温反应3小时，然后升温至25℃保温30小时，待GC检测反应完全后，进行水解，水解时将反应液缓慢倒入300ml10％的稀盐酸冰水混合物中，保持水解温度不超过60℃，搅拌30min，然后静置60min分层，取油相再用200ml水水洗2遍，搅拌时间30min，静置时间60min分层，所得油相(所述油相中包含化合物I)进入下步操作。
(2)溴化反应
在上述油相中加入1mol双氧水，室温下滴加0.5mol溴素，保温反应0.5小时，GC检测，待化合物I完全反应后，进行水解，水解时将反应液缓慢倒入300ml水中，保持水解温度不超过60℃，搅拌30min，然后静置60min分层，取油相再用200ml水水洗2遍，搅拌时间30min，静置时间60min分层，所得有机相(所述有机相中包含化合物Ⅱ)进入下步工序。
(3)二甲胺取代
向上述有机相中通入二甲胺气体，温度保持在40～45℃之间，待反应一定程度后GC跟踪检测，反应液中化合物Ⅱ消失即判断反应终点，然后水解，水解时将反应液缓慢倒入300ml水中，保持水解温度不超过60℃，搅拌30min，然后静置60min分层，取油相再用200ml水水洗2遍，搅拌时间30min，静置时间60min分层。取油相加入100ml水进行共沸脱溶，当温度升至100℃时保温30min，然后降温分层，所得有机相即化合物Ⅲ，得化合物Ⅲ213.8g，含量97.5％，上述三步总收率94.8％。
(4)季铵盐合成
向三口烧瓶中加入300mL甲醇、1mol化合物Ⅲ和1.5mol氯化苄，开始升温，当温度在80～85℃时保温反应30小时，LC跟踪分析，待化合物Ⅲ全部反应完全时反应结束，得到产物Ⅳ。
(5)季铵盐重排
将1.0mol NaOH溶于300ml甲醇，滴加至反应瓶中，升温至40℃反应4小时，LC检测，待化合物Ⅳ反应完全时结束反应。降温至5℃以下时离心，烘干后得到化合物Ⅴ-1 283g，LC含量96％，收率90％。
Figure BDA0001566433550000111
(6)吗啉取代
向三口烧瓶中加入800mL吗啉、3g铜、3ml EDTA和1mol化合物Ⅴ-1，采用高压1.1MPa，温度180℃，保温时间为20小时。LC跟踪，待化合物Ⅴ-1反应完全即为反应终点，然后减压脱除吗啉，当温度升至120℃时保温60min，溶剂脱除完毕，然后降温至90℃加入1000ml甲苯和400ml水水洗3遍，分层取油相进行减压脱溶，当温度升至120℃时脱溶结束，降温至80℃加入1500ml甲苯和甲醇的混合溶剂(甲苯含25％)进行结晶，离心烘干后得到产品278.2g，含量99.4％，收率76.0％。
综上，以氯苯为原料经傅-克反应、溴化、二甲胺取代溴、季铵盐合成、重排、吗啉取代氯，合成2-苄基-2-二甲基氨基-1-(4-吗啉苯基)丁酮的总收率为64.8％。
对比例2
(1)傅-克反应
向三口烧瓶中加入500ml氟苯，1.0mol三氯化铝，降温至0℃，开始缓慢滴加1mol正丁酰氯，滴加速度为1.5mL/min，滴加完毕后保温反应3小时，然后升温至25℃保温30小时，待GC检测反应完全后，进行水解，水解时将反应液缓慢倒入300ml10％的稀盐酸冰水混合物中，保持水解温度不超过60℃，搅拌30min，然后静置60min分层，取油相再用200ml水水洗2遍，搅拌时间30min，静置时间60min分层，所得油相(所述油相中包含化合物I-2)进入下步操作。
Figure BDA0001566433550000121
(2)溴化反应
在上述油相中加入1mol双氧水，室温下滴加0.5mol溴素，保温反应0.5小时，GC检测，待化合物I-2完全反应后，进行水解，水解时将反应液缓慢倒入300ml水中，保持水解温度不超过60℃，搅拌30min，然后静置60min分层，取油相再用200ml水水洗2遍，搅拌时间30min，静置时间60min分层，所得有机相(所述有机相中包含化合物Ⅱ-2)进入下步工序。
Figure BDA0001566433550000122
(3)二甲胺取代
向上述有机相中通入二甲胺气体，温度保持在40～45℃之间，待反应一定程度后GC跟踪检测，反应液中化合物Ⅱ-2消失即判断反应终点，然后水解，水解时将反应液缓慢倒入300ml水中，保持水解温度不超过60℃，搅拌30min，然后静置60min分层，取油相再用200ml水水洗2遍，搅拌时间30min，静置时间60min分层。取油相加入100ml水进行共沸脱溶，当温度升至100℃时保温30min，然后降温分层，所得有机相即化合物Ⅲ-2，得化合物Ⅲ-2198.6g，含量97％，上述三步总收率95％。
Figure BDA0001566433550000131
(4)吗啉取代
向三口烧瓶中加入600ml吗啉、200ml水、102gNa2CO3和1mol化合物Ⅲ-2，加热回流10小时，GC跟踪，待化合物Ⅲ-2反应完全即为反应终点，然后减压脱除吗啉，当温度升至120℃时保温60min，溶剂脱除完毕，然后降温至90℃加入1000ml甲苯和400ml水水洗3遍，分层取油相经行减压脱溶，当温度升至120℃时脱溶结束，得到产物Ⅳ-2 267.7g，含量95％，收率97％。
Figure BDA0001566433550000132
(5)季铵盐合成
向三口烧瓶中加入300mL甲醇、1mol化合物Ⅳ-2和1.5mol氯化苄，开始升温，当温度在80～85℃时保温反应30小时，LC跟踪分析，待化合物Ⅳ-2全部反应完全时反应结束，得到产物Ⅴ-2。
Figure BDA0001566433550000133
(6)季铵盐重排
将1.0mol NaOH溶于300ml甲醇，滴加至反应瓶中，升温至40℃反应4小时，LC检测，待化合物Ⅴ-2反应完全时结束反应。降温至5℃以下时离心，将离心得到的粗品加入1000ml甲苯和400ml水水洗3遍，分层取油相进行减压脱溶，当温度升至120℃时脱溶结束，降温至80℃加入1500ml甲苯和甲醇的混合溶剂(甲苯含25％)进行结晶，离心，烘干后得到产品256.2g，含量99.4％，收率70.0％。
综上，以氟苯为原料合成2-苄基-2-二甲基氨基-1-(4-吗啉苯基)丁酮的总收率为64.5％。

Claims (6)

1.一种2-苄基-2-二甲基氨基-1-(4-吗啉苯基)丁酮的合成方法，其特征在于，包括：
(1)在三氯化铝的催化下，氯苯与正丁酰氯经傅-克反应，制得如式(Ⅰ)所示的化合物Ⅰ；
Figure FDA0002404588480000011
(2)在催化氧化剂的作用下，化合物Ⅰ与溴素经溴化反应，制得如式(Ⅱ)所示的化合物Ⅱ；
所述催化氧化剂为双氧水、过氧乙酸和过氧叔丁醇中的至少一种；
Figure FDA0002404588480000012
(3)化合物Ⅱ与二甲胺进行取代反应，制得如式(Ⅲ)所示的化合物Ⅲ；
Figure FDA0002404588480000013
(4)化合物Ⅲ与氯化苄进行季铵化反应，制得如式(Ⅳ)所示的化合物Ⅳ；
Figure FDA0002404588480000014
(5)在复合催化剂的作用下，化合物Ⅳ与吗啉进行取代反应，制得如式(Ⅴ)所示的化合物Ⅴ；
所述复合催化剂由催化剂和配位体以质量比为0.5～5：1复合得到，其中，所述催化剂为铜、氯化亚铜和溴化亚铜中的至少一种，所述配位体为乙二胺四乙酸和乙二胺四乙酸二钠中的至少一种；
Figure FDA0002404588480000021
(6)在碱的作用下，化合物Ⅴ发生重排反应，即得所述的2-苄基-2-二甲基氨基-1-(4-吗啉苯基)丁酮。
2.根据权利要求1所述的2-苄基-2-二甲基氨基-1-(4-吗啉苯基)丁酮的合成方法，其特征在于，步骤(1)中，氯苯与正丁酰氯的投加摩尔比为5～10：1；所述三氯化铝与正丁酰氯的投加摩尔比为1～2：1。
3.根据权利要求1所述的2-苄基-2-二甲基氨基-1-(4-吗啉苯基)丁酮的合成方法，其特征在于，所述催化氧化剂与化合物Ⅰ的投加摩尔比为1～2：1；所述溴素与化合物Ⅰ的投加摩尔比为0.5～1.5：1。
4.根据权利要求1所述的2-苄基-2-二甲基氨基-1-(4-吗啉苯基)丁酮的合成方法，其特征在于，所述溴化反应的温度为15～30℃，溴化反应的时间为0.5～8小时。
5.根据权利要求1所述的2-苄基-2-二甲基氨基-1-(4-吗啉苯基)丁酮的合成方法，其特征在于，所述复合催化剂的投加量为化合物Ⅳ质量的0.5～5％；化合物Ⅳ与吗啉的投加摩尔比为1：3～10。
6.根据权利要求1所述的2-苄基-2-二甲基氨基-1-(4-吗啉苯基)丁酮的合成方法，其特征在于，步骤(5)中，所述取代反应的温度为80～130℃，取代反应的时间为15～48小时。
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