CN111057025A - 一种酚类衍生物及其制备方法、用途 - Google Patents
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Abstract
Description
技术领域
本发明涉及一种酚类衍生物,尤其涉及适宜用作抗氧剂的酚类衍生物。
背景技术
抗氧剂是润滑油、燃料油及塑料橡胶加工行业必不可少的添加剂,它的种类很多,主要包括酚型、胺型、酚酯型、硫代酯型、亚磷酸酯型等等,其中酚类抗氧剂因为其优良的抗氧化作用而被广泛应用。
目前广泛用于润滑油、燃料油等领域的受阻酚型抗氧剂是对称型受阻酚抗氧剂,相关专利也很多,如CN 1611563A了提供了一种对称型受阻酚抗氧剂,具有凝点低、抗氧化性能强的特点,但存在对称型受阻酚抗氧剂所普遍存在的分子结构中空间位阻效应较强的不足。
受阻酚抗氧剂一般都带有2,6-二叔丁基对甲酚(BHT)的结构,具有一定毒性,目前国外一些公司正在研发更加“绿色”的抗氧剂。
非对称型受阻酚羟基邻位是两个不同的取代基,削弱了酚羟基的空间位阻效应,空间位阻效应的降低提高了酚羟基的活性,有利于其抗氧性能的提高。
腰果酚是腰果壳液的主要成分,是一种天然酚类化合物,是腰果生产的重要农副产品,来源广泛,储量巨大。因此,采用该类丰富且低成本的天然化合物为原料合成非对称型受阻酚抗氧剂,符合绿色化学的定义以及国家可持续发展战略要求。
发明内容
本发明提出了一种酚类衍生物及其制备方法、用途。
本发明的酚类衍生物,其结构如通式(I)所示:
在通式(I)中,各基团R1、R2、R3、R4、R5彼此相同或不同,各自独立地选自氢、C1-300直链或支链烃基(优选C1-30直链或支链烷基或者数均分子量Mn为 300-3000的聚烯烃基)、通式(II)所示的基团,前提是各基团R1、R2、R3、R4、 R5中的至少一个基团是通式(II)所示的基团;
在通式(II)中,基团R1'选自单键、C1-20直链或支链的亚烷基(优选选自单键和C1-4直链或支链的亚烷基);n个重复单元中的基团R2'彼此相同或不同,各自独立地选自单键、C1-20直链或支链的亚烷基(优选各自独立地选自单键、C1-4直链或支链的亚烷基);n个重复单元中的基团R3'彼此相同或不同,各自独立地选自单键、C1-20直链或支链的亚烷基(优选各自独立地选自单键、C1-4直链或支链的亚烷基);基团R4'选自氢、C1-20直链或支链烷基(优选选自氢、C1-4直链或支链烷基);n个重复单元中的基团R5'彼此相同或不同,各自独立地选自氢、C1-20直链或支链烷基(优选各自独立地选自氢、C1-4直链或支链烷基);n个重复单元中的基团R6'彼此相同或不同,各自独立地选自氢、C1-20直链或支链烷基(优选各自独立地选自氢、C1-4直链或支链烷基);n为正整数(优选1~3之间的正整数)。
在本发明的上下文中,所述直链或支链烃基可以为直链或支链烷基,也可以为包含一个或多个(例如1~5个、1~4个、1~3个、1~2个)碳碳双键的直链或支链烯基,也可以为包含一个或多个(例如1~5个、1~4个、1~3个、1~2个) 碳碳叁键的直链或支链炔基,也可以为包含一个或多个(例如1~5个、1~4个、 1~3个、1~2个)碳碳双键和碳碳叁键的直链或支链烃基。
在通式(I)中,优选地,基团R1、R3、R5彼此相同或不同,各自独立地选自氢、C1-4直链或支链烷基,基团R1、R3、R5中的至少一个基团选自C1-4直链或支链烷基;基团R2、R4彼此相同或不同,各自独立地选自氢、C1-300直链或支链烷基(优选C1-30直链或支链烷基或者数均分子量Mn为300-3000的聚烯烃基)、通式(II)所示的基团,其中至少一个基团选自通式(II)所示的基团。
在通式(I)中,进一步优选地,基团R1、R5中的一个基团选自C1-4直链或支链烷基,另一个基团选自氢;基团R3选自氢、C1-4直链或支链烷基;基团R2、 R4中的一个基团选自通式(II)所示的基团,另一个基团选自氢。
在通式(I)中,更优选地,基团R1选自C1-4直链或支链烷基,R5选自氢;基团R3选自氢、C1-4直链或支链烷基;基团R2选自氢,R4选自通式(II)所示的基团。
本发明的酚类衍生物可以为如通式(I)结构的单一化合物,也可以为如通式(I)结构的混合物;所述酚类衍生物为如通式(I)结构的混合物时,其中每一种化合物的每一个基团中n的值可以相同,也可以不同,每种化合物中n的总和可以相同,也可以不同。
本发明的酚类衍生物选自以下的具体化合物或其任意比例的混合物:
本发明的酚类衍生物的制备方法,包括使通式(X)所示的酚化合物发生环氧化反应的步骤,
通式(X)中,各基团R1”、R2”、R3”、R4”、R5”彼此相同或不同,各自独立地选自氢、C1-300直链或支链烃基(优选C1-30直链或支链烷基或者数均分子量Mn为 300-3000的聚烯烃基)、通式(Y)所示的基团,其中至少一个基团选自通式(Y) 所示的基团;
其中基团R1”'选自单键、C1-20直链或支链的亚烷基(优选选自单键和C1-4直链或支链的亚烷基);m个重复单元中的基团R2”'彼此相同或不同,各自独立地选自单键、 C1-20直链或支链的亚烷基(优选各自独立地选自单键、C1-4直链或支链的亚烷基);基团R3”'选自氢、C1-20直链或支链烷基(优选选自氢、C1-4直链或支链烷基);m 个重复单元中的基团R4”'彼此相同或不同,各自独立地选自氢、C1-20直链或支链烷基(优选各自独立地选自氢、C1-4直链或支链烷基);m个重复单元中的基团 R5”'彼此相同或不同,各自独立地选自氢、C1-20直链或支链烷基(优选各自独立地选自氢、C1-4直链或支链烷基);m为正整数(优选1~10之间的正整数,更优选 1~3之间的正整数)。
根据本发明的酚类衍生物的制备方法,在通式(X)中,优选地,基团R1”、 R3”、R5”彼此相同或不同,各自独立地选自氢、C1-4直链或支链烷基,基团R1”、 R3”、R5”中的至少一个基团选自C1-4直链或支链烷基;基团R2”、R4”彼此相同或不同,各自独立地选自氢、C1-300直链或支链烷基(优选C1-30直链或支链烷基或者数均分子量Mn为300-3000的聚烯烃基),其中至少一个基团选自C1-300直链或支链烷基(优选C1-30直链或支链烷基或者数均分子量Mn为300-3000的聚烯烃基)。
根据本发明的酚类衍生物的制备方法,在通式(X)中,进一步优选地,基团R1”、R5”中的一个基团选自C1-4直链或支链烷基,另一个基团选自氢;基团R3”选自氢、C1-4直链或支链烷基;基团R2”、R4”中的一个基团选自通式(II)所示的基团,另一个基团选自氢。
根据本发明的酚类衍生物的制备方法,在通式(X)中,更优选地,基团 R1”选自C1-4直链或支链烷基,R5”选自氢;基团R3”选自氢、C1-4直链或支链烷基;基团R2”选自氢,R4”选自通式(II)所示的基团。
根据本发明的酚类衍生物的制备方法,所述环氧化反应是将通式(X)所示的酚化合物与环氧化剂发生反应。所述环氧化剂优选过氧化物,例如可以选用双氧水、过氧化甲酸、过氧乙酸、过氧磺酸、间氯过氧苯甲酸、叔丁基过氧化氢、过氧乙酸叔丁酯、过氧化甲基乙基酮、过氧化二苯甲酰和过氧化环己酮中的一种或多种。所述通式(X)所示的酚化合物与环氧化剂的摩尔比优选1:1~10,更优选1:2~5。所述环氧化反应的温度为0℃~100℃,优选10℃~80℃;通常来说,反应时间越长,转化率越高,综合反应的转化率与反应的经济性,反应的时间一般为0.5~10h,优选3~5h。
根据本发明的酚类衍生物的制备方法,在所述环氧化反应中可以加入催化剂,也可以不加入催化剂,优选加入催化剂。所述催化剂优选无机酸,例如可以选用硫酸、盐酸、磷酸、硝酸、杂多酸和固体酸中的一种或多种。所述催化剂的质量为通式(X)所示的酚化合物质量的0.01%~3%,优选0.2%~0.6%。
根据本发明的酚类衍生物的制备方法,在所述环氧化反应结束后,可以对反应产物进行提纯处理,提纯处理的方法包括水洗、蒸馏、过滤、干燥和重结晶方法中的一种或多种,并没有特别的限定;当在环氧化反应中加入了无机酸催化剂后,提纯处理的方法包括碱洗、水洗、蒸馏、过滤、干燥和重结晶方法中的一种或多种。
根据本发明的酚类衍生物的制备方法,优选地,当通式(X)所示的酚化合物中的基团R1”、R3”、R5”中的至少一个基团为氢时,可以使通式(X)所示的酚化合物发生环氧化反应、再发生烷基化反应(优选叔丁基化反应),收集产物。使通式(X)所示的酚化合物发生环氧化反应的反应条件同前所述。所述烷基化反应(优选叔丁基化反应)是将通式(X)所示的酚化合物发生环氧化反应的反应产物与烷基化剂(叔丁基化剂)发生反应。所述烷基化剂选自卤代烃、脂肪醇和烯烃,优选选自C1-4的卤代烷和C2-4的烯烃,例如可以选用叔丁基氯、叔丁基溴、异丙烯和异丁烯中的一种或多种(所述叔丁基化剂优选叔丁基氯、叔丁基溴和异丁烯中的一种或多种)。所述通式(X)所示的酚化合物发生环氧化反应的反应产物与所述的烷基化剂之间的摩尔比优选1:1~5,更优选1:1~2.5;反应的温度为优选20℃~100℃,更优选40℃~80℃;通常来说,反应时间越长,转化率越高,综合反应的转化率与反应的经济性,反应的时间优选0.5h~10h,更优选3h~5h。在所述烷基化反应中可以加入催化剂,也可以不加入催化剂,优选加入催化剂;所述催化剂包括金属氯化物、无机酸、有机酸和路易斯酸中的一种或多种,优选选用金属氯化物、无机酸,例如可以选用氯化锌、氯化铝、氯化锡、浓硫酸、浓盐酸、浓硝酸、三氟化硼和杂多酸中的一种或多种。所述催化剂的质量优选为通式(X)所示的酚化合物质量的0.1%~10%,更优选1%~6%。在所述烷基化反应结束后,可以对反应产物进行提纯处理,提纯处理的方法包括水洗、蒸馏、过滤、干燥和重结晶方法中的一种或多种,并没有特别的限定;当在环氧化反应中加入了金属氯化物催化剂后,提纯处理的方法包括碱洗、水洗、蒸馏、过滤、干燥和重结晶方法中的一种或多种。
本发明通式(X)所示的酚化合物优选来源于天然植物腰果,在腰果壳中含有大量的腰果壳油,其主要成分为间位酚,通常称其为腰果酚,其结构为:
其中,R为C15H31+x,x为0,-2,-4或-6。
本发明的酚类衍生物的制备方法简单、绿色,产物收率高、纯度高。
本发明的酚类衍生物具有优异的抗氧化性能,可以用作抗氧剂,能够应用于润滑油、润滑脂、燃料油及塑料橡胶中。
附图说明
图1为实施例3产物的红外谱图。
具体实施方式
下面结合实施例,对本发明作进一步说明,但不构成对本发明的限制。
所用原料如下:
腰果酚,上海物竞化工科技有限公司,工业品
浓硫酸,国药集团化学试剂有限公司,分析纯
双氧水(30%),国药集团化学试剂有限公司,分析纯
氯化锌,国药集团化学试剂有限公司,分析纯
碳酸氢钠,国药集团化学试剂有限公司,分析纯
氢氧化钾,国药集团化学试剂有限公司,分析纯
甲酸,国药集团化学试剂有限公司,分析纯
叔丁基氯,国药集团化学试剂有限公司,分析纯
异丁烯,中国石化燕山分公司,工业品
2-辛基十二烷醇醇,百灵威化学试剂公司,化学纯
(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸甲酯,石油化工科院研究院兴普公司,工业品
对比抗氧剂T501,石油化工科院研究院兴普公司,工业品
对比抗氧剂T511,石油化工科院研究院兴普公司,工业品
对比抗氧剂T512,石油化工科院研究院兴普公司,工业品
丙酮,国药集团化学试剂有限公司,分析纯
无水乙醇,国药集团化学试剂有限公司,分析纯
石油醚,国药集团化学试剂有限公司,分析纯
实施例1环氧化腰果酚的制备
取100g腰果酚、8g甲酸、0.3g硫酸、200g双氧水,加入带有机械搅拌、回流冷凝器及温控的三口烧瓶中,开启搅拌、加热。维持反应温度为70℃,反应3小时。反应结束后降温,得到棕红色透明液体。将反应产物过滤后用5%KOH 溶液进行碱洗,然后用蒸馏水水洗至中性,将有机相在100Pa、150℃条件下减压蒸馏1h,除去水分及没反应的原料,得到橙红色透明液体。产物转化率为 96.2%,环氧化腰果酚纯度大于98%。
实施例2环氧化腰果酚的制备
取100g腰果酚加入带有机械搅拌、回流冷凝器及温控的三口烧瓶中,开启搅拌、加热。维持反应温度为12℃,缓慢加入150g间氯过氧苯甲酸,反应5小时。反应结束后降温,得到棕红色透明液体。将反应产物过滤后用5%KOH溶液进行碱洗,然后用蒸馏水水洗至中性,将有机相在100Pa、150℃条件下减压蒸馏1h,除去水分及没反应的原料,得到橙红色透明液体。产物转化率为97.6%,环氧化腰果酚纯度大于98%。
实施例3 2-叔丁基-4-环氧十五烷基酚的制备
将35g实施例1制备的环氧化腰果酚溶入100ml丙酮中,溶好后放入250ml 三口反应烧瓶中,加入0.9g氯化锌催化剂,开启搅拌、加热,维持反应温度为 60℃。将9.5g叔丁基氯缓慢滴加入反应烧瓶,滴加完毕后继续反应3小时。反应结束后降温,得到棕红色透明液体。将反应产物过滤后用5%KOH溶液进行碱洗,然后用蒸馏水水洗至中性,在1000Pa、120℃条件下减压蒸馏1h,除去溶剂、水分及没反应的原料,得到深棕红色粘稠液体。产物转化率为81.6%。
实施例4 2-叔丁基-4-环氧十五烷基酚的制备
将35g实施例2制备的环氧化腰果酚溶入100ml丙酮中,溶好后放入250ml 三口反应烧瓶中,加入0.4g浓硫酸催化剂,开启搅拌、加热,维持反应温度为 50℃。将12g叔丁基氯缓慢滴加入反应烧瓶,滴加完毕后继续反应4小时。反应结束后降温,得到棕红色透明液体。将反应产物过滤后用5%碳酸氢钠溶液进行碱洗,然后用蒸馏水水洗至中性,在1000Pa、120℃条件下减压蒸馏1h,除去溶剂、水分及没反应的原料,得到深棕红色粘稠液体。产物转化率为82.1%。
实施例5 2-叔丁基-4-环氧十五烷基酚的制备
将35g实施例1制备的环氧化腰果酚溶入100ml丙酮中,溶好后放入250ml 三口反应烧瓶中,加入2g浓硫酸催化剂,开启搅拌、加热,维持反应温度为70℃。将14g异丁烯缓慢通入反应烧瓶,通入完毕后继续反应5小时。反应结束后降温,得到棕红色透明液体。将反应产物过滤后用5%KOH溶液进行碱洗,然后用蒸馏水水洗至中性,在1000Pa、120℃条件下减压蒸馏1h,除去溶剂、水分及没反应的原料,得到深棕红色粘稠液体。产物转化率为90.5%。
比较例1
将0.5mol(149g)2-辛基十二烷醇和0.5mol(143g)的(3,5-二叔丁基-4- 羟基苯基)丙酸甲酯放入500ml三口反应烧瓶中,加入1.25gLiOH催化剂,搅拌、加热。减压至0.085Mpa、160℃,反应4.2小时。得到浅黄色液体,升温260℃,减压蒸馏除去没反应的原料,得到黄色透明液体。反应转化率为92.3%。
实施例6
分别将实施例3、4、5的2-叔丁基-4-环氧十五烷基酚以及比较例1产物、对比抗氧剂溶入矿物油S6中,配成0.5%(质量分数)的组合物,并分别对这些组合物进行抗氧化性能测试,测试仪器为美国TA公司的DSC测试仪,其型号为TA5000,测试条件为:190℃,氧压0.5MPa,升温速度10℃/min。测得的氧化诱导期结果见表1。
表1
由表1可知,本发明提供的酚类衍生物能够显著提高氧化诱导期,优于常规酚型抗氧剂。
实施例7
将实施例3制备的产物进行红外谱图分析,谱图见图1,分析结果见表2。
表2实施例3产物的红外分析结果
Claims (16)
1.一种酚类衍生物,其结构如通式(I)所示:
在通式(I)中,各基团R1、R2、R3、R4、R5彼此相同或不同,各自独立地选自氢、C1-300直链或支链烃基(优选C1-30直链或支链烷基或者数均分子量Mn为300-3000的聚烯烃基)、通式(II)所示的基团,前提是各基团R1、R2、R3、R4、R5中的至少一个基团是通式(II)所示的基团;
在通式(II)中,基团R1'选自单键、C1-20直链或支链的亚烷基(优选选自单键和C1-4直链或支链的亚烷基);n个重复单元中的基团R2'彼此相同或不同,各自独立地选自单键、C1-20直链或支链的亚烷基(优选各自独立地选自单键、C1-4直链或支链的亚烷基);n个重复单元中的基团R3'彼此相同或不同,各自独立地选自单键、C1-20直链或支链的亚烷基(优选各自独立地选自单键、C1-4直链或支链的亚烷基);基团R4'选自氢、C1-20直链或支链烷基(优选选自氢、C1-4直链或支链烷基);n个重复单元中的基团R5'彼此相同或不同,各自独立地选自氢、C1-20直链或支链烷基(优选各自独立地选自氢、C1-4直链或支链烷基);n个重复单元中的基团R6'彼此相同或不同,各自独立地选自氢、C1-20直链或支链烷基(优选各自独立地选自氢、C1-4直链或支链烷基);n为正整数(优选1~3之间的正整数)。
2.按照权利要求1所述的酚类衍生物,其特征在于,在通式(I)中,基团R1、R3、R5彼此相同或不同,各自独立地选自氢、C1-4直链或支链烷基,基团R1、R3、R5中的至少一个基团选自C1-4直链或支链烷基;基团R2、R4彼此相同或不同,各自独立地选自氢、C1-300直链或支链烷基(优选C1-30直链或支链烷基或者数均分子量Mn为300-3000的聚烯烃基)、通式(II)所示的基团,其中至少一个基团选自通式(II)所示的基团。
3.按照权利要求1所述的酚类衍生物,其特征在于,在通式(I)中,基团R1、R5中的一个基团选自C1-4直链或支链烷基,另一个基团选自氢;基团R3选自氢、C1-4直链或支链烷基;基团R2、R4中的一个基团选自通式(II)所示的基团,另一个基团选自氢。
4.按照权利要求1所述的酚类衍生物,其特征在于,在通式(I)中,基团R1选自C1-4直链或支链烷基,R5选自氢;基团R3选自氢、C1-4直链或支链烷基;基团R2选自氢,R4选自通式(II)所示的基团。
6.一种酚类衍生物的制备方法,包括使通式(X)所示的酚化合物发生环氧化反应的步骤,
通式(X)中,各基团R1”、R2”、R3”、R4”、R5”彼此相同或不同,各自独立地选自氢、C1-300直链或支链烃基(优选C1-30直链或支链烷基或者数均分子量Mn为300-3000的聚烯烃基)、通式(Y)所示的基团,其中至少一个基团选自通式(Y)所示的基团;
其中基团R1”'选自单键、C1-20直链或支链的亚烷基(优选选自单键和C1-4直链或支链的亚烷基);m个重复单元中的基团R2”'彼此相同或不同,各自独立地选自单键、C1-20直链或支链的亚烷基(优选各自独立地选自单键、C1-4直链或支链的亚烷基);基团R3”'选自氢、C1-20直链或支链烷基(优选选自氢、C1-4直链或支链烷基);m个重复单元中的基团R4”'彼此相同或不同,各自独立地选自氢、C1-20直链或支链烷基(优选各自独立地选自氢、C1-4直链或支链烷基);m个重复单元中的基团R5”'彼此相同或不同,各自独立地选自氢、C1-20直链或支链烷基(优选各自独立地选自氢、C1-4直链或支链烷基);m为正整数(优选1~10之间的正整数,更优选1~3之间的正整数)。
7.按照权利要求6所述的制备方法,其特征在于,在通式(X)中,基团R1”、R3”、R5”彼此相同或不同,各自独立地选自氢、C1-4直链或支链烷基,基团R1”、R3”、R5”中的至少一个基团选自C1-4直链或支链烷基;基团R2”、R4”彼此相同或不同,各自独立地选自氢、C1-300直链或支链烷基(优选C1-30直链或支链烷基或者数均分子量Mn为300-3000的聚烯烃基),其中至少一个基团选自C1-300直链或支链烷基(优选C1-30直链或支链烷基或者数均分子量Mn为300-3000的聚烯烃基)。
8.按照权利要求6所述的制备方法,其特征在于,在通式(X)中,基团R1”、R5”中的一个基团选自C1-4直链或支链烷基,另一个基团选自氢;基团R3”选自氢、C1-4直链或支链烷基;基团R2”、R4”中的一个基团选自通式(II)所示的基团,另一个基团选自氢。
9.按照权利要求6所述的制备方法,其特征在于,在通式(X)中,基团R1”选自C1-4直链或支链烷基,R5”选自氢;基团R3”选自氢、C1-4直链或支链烷基;基团R2”选自氢,R4”选自通式(II)所示的基团。
10.按照权利要求6所述的制备方法,其特征在于,所述环氧化反应是将通式(X)所示的酚化合物与环氧化剂发生反应。
11.按照权利要求10所述的制备方法,其特征在于,所述环氧化剂选自双氧水、过氧化甲酸、过氧乙酸、过氧磺酸、间氯过氧苯甲酸、叔丁基过氧化氢、过氧乙酸叔丁酯、过氧化甲基乙基酮、过氧化二苯甲酰和过氧化环己酮中的一种或多种。
12.按照权利要求10所述的制备方法,其特征在于,所述通式(X)所示的酚化合物与环氧化剂的摩尔比为1:1~10(优选1:2~5);所述环氧化反应的温度为0℃~100℃(优选10℃~80℃)。
13.按照权利要求10所述的制备方法,其特征在于,在所述环氧化反应中加入催化剂;所述催化剂选自无机酸(优选选用硫酸、盐酸、磷酸、硝酸、杂多酸和固体酸中的一种或多种)。
14.按照权利要求6所述的制备方法,其特征在于,当通式(X)所示的酚化合物中的基团R1”、R3”、R5”中的至少一个基团为氢时,使通式(X)所示的酚化合物发生环氧化反应、再发生烷基化反应(优选叔丁基化反应),收集产物。
15.按照权利要求6所述的制备方法,其特征在于,通式(X)所示的酚化合物来源于天然植物腰果。
16.权利要求1~5之一的酚类衍生物和由权利要求6~15之一所述方法制得的酚类衍生物作为抗氧剂的用途。
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