CN110128253A - 2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮的清洁化制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明种公开了一种2‑羟基‑4‑甲氧基二苯甲酮的清洁化制备方法，其以2,4‑二羟基二苯甲酮、碳酸二甲酯为原料，和催化剂及溶剂在带有精馏塔的中压反应釜中控制温度100‑200℃反应4‑6小时，得到粗品反应液；将粗品反应液趁热过滤，分别收集固态物质和过滤母液，过滤母液冷却结晶，离心，蒸馏精制，得到2‑羟基‑4‑甲氧基二苯甲酮精品。该方法采用绿色环保的碳酸二甲酯替代剧毒硫酸二甲酯进行甲基化合成反应，通过中压反应装置使用实现了对反应产生二氧化碳进行排放，降低设备安全风险。粗制反应结束2,4‑二羟基二苯甲酮转化率达到99%以上，主要副产物2，4‑二甲基二苯甲酮含量≤5.0%，精制2‑羟基‑4‑甲氧基二苯甲酮（BP‑3）成品收率≥85%，纯度符合USP质量要求。

Description

2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮的清洁化制备方法
技术领域
本发明属于化工合成技术领域，具体涉及一种紫外线吸收剂2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮的清洁化制备方法。
背景技术
2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮(BP-3)是一种良好的化妆品防晒添加剂，美国药典名称：Oxybenzone。CAS：131-57-7；分子式：C14H12O3，具有下述结构式：
CN101323564A公开了2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮生产方法，其生产过程主要包括BP-1粗品与硫酸二甲酯在正已烷溶液中，以碳酸钠为中和剂，反应制备BP-3。采用2，4-二羟基二苯甲酮同硫酸二甲酯进行甲基化反应，硫酸二甲酯具有良好的反应活，但是反应后生成大量的甲基硫酸钠高盐副产物需要水洗去除，存在回收利用价值低，环保处理成本过高的问题。
碳酸二甲酯(简称DMC)在欧洲列为无毒产品，作为烷基化试剂是一种符合现代“清洁工艺”要求的环保型化工原料，但是由于DMC的原料价格比硫酸二甲酯高，反应活性没有硫酸二甲酯强，在酸、碱条件下会分解产生甲醇，而且甲基化反应条件更加苛刻，对设备要求较高，所以在基础化工生产应用中受到限制。
发明内容
本发明提供一种2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮的清洁化制备方法，其以2,4-二羟基二苯甲酮、碳酸二甲酯、碱性复合催化剂和溶剂为原料，在中压反应设备中进行反应合成紫外线吸收剂2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮，该方法工艺流程简单，整个过程中不会产生废水，清洁环保。
本发明采取的技术方案是，一种2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮的清洁化制备方法，具体步骤为：
1)将2,4-二羟基二苯甲酮、碳酸二甲酯和催化剂及溶剂混合，在温度100-200℃，在中压反应容器中反应4-6小时，
2)将粗品反应液趁热过滤，分别收集固态物质及过滤母液，过滤母液冷却结晶，离心，收集晶体再蒸馏，蒸馏收集馏分采用甲醇或乙醇溶剂重结晶，得到2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮精品。
进一步地，所述2,4-二羟基二苯甲酮、碳酸二甲酯、催化剂及溶剂的重量比为1:0.60～1.5：0.05～0.15：0.5～2.0。优选1：0.65：0.05：1。
进一步地，所述的催化剂为碱性复合催化剂，其采用无机金属碱性化合物氢氧化钠、氢氧化钾、甲醇钠、碳酸钾、碳酸钠中的至少一种与有机碱氯化三乙基苄基胺、四丁基溴化胺、十六烷基三甲基溴化胺中的至少一种混合而成；无机碱和有机碱的重量比例为1-10:1，优选10：1。
进一步地，步骤1)反应开始前抽真空到-0.09MPa至-0.1MPa，然后关闭反应釜阀门开始升温反应，随着反应进行，压力升高为正压。控制反应容器压力3.0-4.0MPa。
进一步地，步骤1)的中压反应容器是由中压不锈钢反应釜和中压填料精馏塔构成。反应生成的二氧化碳及反应过程中的部分溶剂、碳酸二甲酯进入到中压填料精馏塔中，溶剂及碳酸二甲酯回流返回继续反应，二氧化碳气体通过中压填料精馏塔分离排出。反应过程中产生的二氧化碳富集导致压力增大，控制过程中可以采用连续式或间断式排除方式进行泄压。
进一步地，步骤2)中粗品反应液趁热过滤后收集的固态催化剂返回步骤1)中再利用。实现了催化剂的重复利用和反应转化中间态物质的回收应用。本工艺的催化剂在使用过程中同2，4-二羟基二苯甲酮的酚羟基生成过渡态的金属盐，在无水状态下难溶解于选择的溶剂体系，仅存在微量损耗，补加少量复合催化剂便可保持催化活性。
进一步地，步骤2)趁热过滤后的母液，进行冷却结晶，然后离心，离心过程收集的母液蒸馏回收碳酸二甲酯和溶剂一起返回步骤1)重复利用。采用气相色谱面积归一法检测回收溶剂碳酸二甲酯比例可控制在10％以内。当碳酸二甲酯在溶剂中的GC比例关系小于10％后，反应条件对副产物2，4-二甲氧基二苯甲酮的生成量影响明显降低。
进一步地，离心母液进行蒸馏处理时，蒸馏剩余物浓缩至母液总量10-20wt％，冷冻结晶析出产物为2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮和2,4-二甲氧基二苯甲酮的混合物，2,4-二甲氧基二苯甲酮可还原处理为2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮。
进一步地，所述步骤1)中溶剂为极性溶剂，具体为：甲醇、乙醇，N，N-二甲基甲酰胺，N，N-二甲基乙酰胺、乙腈或丙酮，优选甲醇、乙醇。
进一步地，所述2,4-二羟基二苯甲酮为粗品或精品。为保证2，4-二羟基二苯甲酮生成过渡态的金属盐和催化剂混合物的回收量，需要严格控制水份质量指标，最好要求小于0.2wt％。
本发明涉及的反应原理如下：
本发明具有以下有益效果：
1、本发明工艺反应采用的实现本发明最佳控制效果所需压力参数按《固定式压力容器安全技术监查规程》压力容器类别及压力等级、品种的划分可选用中压容器(1.6MPa≤P≤10.0MPa)。反应装置是由中压不锈钢反应釜和中压填料精馏塔构成。通过精馏分离排出反应生成的二氧化碳冷凝气体，控制压力接近反应溶剂的饱和蒸汽压力，解决了二氧化碳生成压力富集增加设备安全风险的因素，同时实现反应原料碳酸二甲酯和溶剂冷凝返回系统继续反应，实现了对反应配比准确性的有效控制。
2、本发明选用的碱性催化剂在使用过程中同2，4-二羟基二苯甲酮的酚羟基生成过渡态的金属盐，在无水状态下难溶解于选择的溶剂体系，仅存在微量损耗，补加少量复合催化剂便可保持催化活性。
3、本发明整个工艺流程中没有加入水的工序，解决了传统硫酸二甲酯制备工艺方法存在大量硫酸盐需要水洗去除，导致废水处理成本过高的工业化难题。
4、采用本发明方法制备得到的产品HPLC纯度≥99.9％，收率≥85％,产品质量符合USP标准要求。
附图说明
图1为实施例1制得的2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮同USP标准品红外光谱图对比，其中上部的谱图代表USP标准品红外光谱图，下部为实施例1中对应的谱图。
具体实施方式
下面结合实施例，进一步阐明本发明。
实施例1：
一种2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮的清洁化制备方法，具体步骤为：
1)将2,4-二羟基二苯甲酮600kg(2.8037kmol)、碳酸二甲酯378kg(4.1967kmol)和复合催化剂(碳酸钾35kg，四丁基溴化胺5kg)及甲醇600kg混合，加入不锈钢中压反应釜，反应开始前抽真空到-0.09MPa以上；然后关闭进料阀门，打开精馏塔同不锈钢中压反应釜的联通阀，在冷凝回流状态下升温反应，压力上升到3.0MPa后，排除反应生成的二氧化碳，压力下降达到设定要求后，然后关闭排空阀。通过反应温度控制压力维持最高压力为3.0-4.0MPa，继继反应直到在稳定温度170-175℃条件下，压力稳定不再上升，反应结束，排空得到粗品反应液；
2)将粗品反应液趁热过滤，收集固态催化剂62kg及过滤母液，母液取样HPLC检测，其中2，4-二甲基二苯甲酮含量为3.26％，母液冷却结晶，5-10℃离心，得到湿晶体598kg，湿晶体减压蒸馏，馏出产品加入2倍甲醇加热溶解，冷却结晶，5-10℃离心，烘干得到2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮精品548kg，产品HPLC纯度99.93％收率85.75％。
实施例2：一种2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮的清洁化制备方法，具体步骤为：
1)将2,4-二羟基二苯甲酮400kg(1.8692kmol)、碳酸二甲酯252kg(2.7978kmol)和复合催化剂(碳酸钠45kg，四丁基溴化胺5kg)及甲醇300kg混合，加入不锈钢中压反应釜，然后关闭进料阀门，打开精馏塔同不锈钢中压反应釜的联通阀，在冷凝回流状态下升温反应，压力上升到3.0MPa后，排除反应生成的二氧化碳，压力下降达到设定要求后，然后关闭排空阀。通过反应温度控制压力维持最高压力为3.0-4.0MPa，继继反应直到在稳定温度170-175℃条件下，压力稳定不再上升，反应5小时结束，排空得到粗品反应液；
2)将粗品反应液趁热过滤，收集固态催化剂83kg及过滤母液，母液取样HPLC检测，其中2，4-二甲基二苯甲酮含量为4.13％，过滤母液冷却结晶，5-10℃离心，得到湿晶体408kg，湿晶体减压蒸馏，馏出产品加入2倍甲醇加热溶解，冷却结晶，5-10℃离心，烘干得到2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮精品364kg，产品HPLC纯度99.95％收率85.44％。
实施例3：一种2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮的清洁化制备方法，具体步骤为：
1)将2,4-二羟基二苯甲酮400kg(1.8692kmol)、碳酸二甲酯245kg(2.7220kmol)和复合催化剂(碳酸钠45kg，四丁基溴化胺5kg)及甲醇600kg混合，加入不锈钢中压反应釜，；然后关闭进料阀门，打开精馏塔同不锈钢中压反应釜的联通阀，在冷凝回流状态下升温反应，压力上升到3.0MPa后，排除反应生成的二氧化碳，压力下降达到设定要求后，然后关闭排空阀。通过反应温度控制压力维持最高压力为3.0-4.0MPa，继继反应直到在稳定温度170-175℃条件下，压力稳定不再上升，反应4.5小时结束，排空得到粗品反应液；
2)将粗品反应液趁热过滤，收集固态催化剂98kg(下批反应用作催化剂使用)及过滤母液，过滤母液冷却结晶，5-10℃离心，得到湿晶体392kg，湿晶体减压蒸馏，馏出产品加入2倍甲醇加热溶解，冷却结晶，5-10℃离心，烘干得到2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮精品352kg，产品HPLC纯度99.95％收率82.63％。
实施例4：一种2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮的清洁化制备方法，具体步骤为：
1)将2,4-二羟基二苯甲酮650kg(3.3037kmol)、碳酸二甲酯410kg(4.5520kmol)和上批过滤固态催化剂98kg及回收甲醇650kg(GC检测碳酸二甲酯比例7.88％)混合，加入不锈钢中压反应釜；然后关闭进料阀门，打开精馏塔同不锈钢中压反应釜的联通阀，在冷凝回流状态下升温反应，压力上升到3.0MPa后，排除反应生成的二氧化碳，压力下降达到设定要求后，然后关闭排空阀。通过反应温度控制压力维持最高压力为3.0-4.0MPa，继继反应直到在稳定温度160-170℃条件下，压力稳定不再上升，反应4小时结束，排空得到粗品反应液；
2)将粗品反应液趁热过滤，收集固态催化剂76kg及过滤母液，过滤母液冷却结晶，5-10℃离心，得到湿晶体663kg，湿晶体减压蒸馏，馏出产品加入2倍甲醇加热溶解，冷却结晶，5-10℃离心，烘干得到2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮精品592kg，产品HPLC纯度99.94％收率85.52％。
实施例5：一种2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮的清洁化制备方法，具体步骤为：
1)将2,4-二羟基二苯甲酮650kg(3.3037kmol)、碳酸二甲酯410kg(4.5520kmol)和回收复合催化剂40kg，新投复合催化剂(碳酸钠20kg，四丁基溴化胺2kg)及回收甲醇650kg(GC检测碳酸二甲酯比例8.69％)混合，加入不锈钢中压反应釜；打开精馏塔同不锈钢中压反应釜的联通阀，在冷凝回流状态下升温反应，压力上升到3.0MPa后，排除反应生成的二氧化碳，压力下降至设定要求后，然后关闭排空阀。通过反应温度控制压力维持最高压力为3.0-4.0MPa，继继反应直到在稳定温度170-175℃条件下，压力稳定不再上升，反应结束，排空得到粗品反应液；
2)将粗品反应液趁热过滤，收集固态催化剂104kg及过滤母液，过滤母液冷却结晶，5-10℃离心，得到湿晶体661kg，湿晶体减压蒸馏，馏出产品加入2倍甲醇加热溶解，冷却结晶，5-10℃离心，烘干得到2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮精品596kg，产品HPLC纯度99.92％收率86.10％。
实施例6：
一种2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮的清洁化制备方法，具体步骤为：
1)将2,4-二羟基二苯甲酮300g(1.4019mol)和复合催化剂(碳酸钠30g，三乙基苄基胺3g)混合，加入1000ml四口烧瓶中，安装冷凝回流装置回收馏出液，搅拌升温到180℃，插入式滴加碳酸二甲酯500g(5.5512mol)；馏出液返回系统继续滴加，重复滴加反应共8小时，冷却得到到粗品反应液；
2)将粗品反应液加入400g甲醇，加热至回流状态，趁热过滤，收集固态催化剂共148g及过滤母液，母液取样HPLC检测，其中2，4-二甲基二苯甲酮含量为6.38％，过滤母液冷却结晶，5-10℃离心，得到湿晶体186g，湿晶体产品HPLC纯度98.7％，失重5.7％，拆干收率54.90％。复合催化剂的选用在常压下反应可以进行，但相比压力条件下反应时间延长，转化效率明显降低，2，4-二甲基二苯甲酮生成量明显增加。

Claims (10)

1.一种2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮的清洁化制备方法，其特征在于，具体步骤为：
1）将2,4-二羟基二苯甲酮、碳酸二甲酯和催化剂及溶剂混合，在温度100-200℃，在中压反应容器中反应4-6小时，得到粗品反应液；
2）将粗品反应液趁热过滤，分别收集固态物质及过滤母液，过滤母液冷却结晶，离心，收集晶体再蒸馏，蒸馏收集馏分采用甲醇或乙醇溶剂重结晶，得到2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮精品。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述2,4-二羟基二苯甲酮、碳酸二甲酯、催化剂及溶剂的重量比为1:0.60~1.5：0.05~0.15：0.5~2.0。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的催化剂为碱性复合催化剂，其采用无机金属碱性化合物氢氧化钠、氢氧化钾、甲醇钠、碳酸钾、碳酸钠中的至少一种与有机碱氯化三乙基苄基胺、四丁基溴化胺、十六烷基三甲基溴化胺中的至少一种混合而成；无机碱和有机碱的重量比例为1-10:1。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤1）反应开始前抽真空到-0.09MPa至-0.1MPa，然后关闭中压反应容器阀门开始升温反应。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤1）中压反应容器由中压不锈钢反应釜和中压填料精馏塔构成，通过精馏分离排出反应生成的二氧化碳冷凝气体。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤2）中粗品反应液趁热过滤后收集的固态物质为中间体2,4-二羟基二苯甲酮盐和催化剂的混合物，返回步骤1）中再利用。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤2）中趁热过滤后的母液进行冷却结晶，然后离心，离心过程收集的母液蒸馏回收碳酸二甲酯和溶剂一起返回步骤1）重复利用。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：离心母液进行蒸馏处理时，蒸馏剩余物浓缩至母液总量10-20wt%，冷冻结晶析出产物为2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮和2,4-二甲氧基二苯甲酮的混合物。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤1）中溶剂为极性溶剂，具体为：甲醇、乙醇，N，N-二甲基甲酰胺，N，N-二甲基乙酰胺、乙腈或丙酮。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述2,4-二羟基二苯甲酮为粗品或精品。
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