CN111153774B

CN111153774B - 一种同时合成四溴双酚a单甲基醚和二甲基醚的制备方法

Info

Publication number: CN111153774B
Application number: CN202010048103.0A
Authority: CN
Inventors: 陈娴; 马璇; 潘亚男; 包丽婧; 顾轩宁; 罗世鹏; 程洁红
Original assignee: Jiangsu University of Technology
Current assignee: Jiangsu University of Technology
Priority date: 2020-01-16
Filing date: 2020-01-16
Publication date: 2022-11-11
Anticipated expiration: 2040-01-16
Also published as: CN111153774A

Abstract

本发明涉及一种同时合成四溴双酚A单甲基醚和二甲基醚的制备方法，将TBBPA溶于乙腈中，并用氢氧化钠去质子化，然后加入碘甲烷，加热发生甲基化反应，反应结束后冰浴冷却、二氯甲烷溶解清洗、过滤、除水并浓缩得到浓缩液，采用中压制备色谱对浓缩液进行分离提纯，即同时得到四溴双酚A单甲基醚和四溴双酚A二甲基醚；本发明仅通过一步反应即能同时获得TBBPA的单和二甲基醚，特别是保证了单甲基醚的高产率；同时本发明简化了后处理步骤，避免了现有方法中因多次萃取引起的损失；本发明中的中压制备色谱采用硅胶柱层析，适用于常量样品的提纯，且通过实时控制可以准确分离产物中的各组分，保证了产品的纯度。

Description

一种同时合成四溴双酚A单甲基醚和二甲基醚的制备方法

技术领域

本发明涉及有机合成技术领域，具体涉及一种同时合成四溴双酚A单甲基醚和二甲基醚的制备方法。

背景技术

四溴双酚A(TBBPA)学名为4,4’-异丙叉双(2,6-二溴苯酚)，外观为灰白色粉末，无毒，微溶于水，可溶于甲醇、乙醇等有机溶剂，在室温条件下具有比较低的蒸汽压，熔点变化范围通常在178℃～181℃之间，沸点约为316℃，它主要作为反应型阻燃剂被用于印刷线路板的阻燃，也可以作为添加型的阻燃剂用于ABS、HIPS等多种材料的阻燃中，是目前全球范围内产量最大、使用最广泛的溴代阻燃剂。

然而不论是反应型还是添加型产品，其中的TBBPA都可能释放到环境中去，目前在土壤、水体、大气和沉积物等环境介质中都检测到了TBBPA的存在。TBBPA主要的生物转化途径是在好氧条件下的甲基化代谢，其代谢产物主要有单甲基醚类化合物和二甲基醚类化合物等。

代谢生成的甲基醚具有比母体化合物更高的疏水性，增加了其在食物链中生物富集的可能性，从而受到了广泛关注。目前，已在土壤、水体和底泥以及生物(如鱼类、微藻、贻贝、蚯蚓等)体内均检测到了TBBPA甲基醚。相关环境检测和环境毒理学研究需要高纯度的TBBPA甲基醚，但是市场上仅有进口的TBBPA二甲基醚标准品，其制备方法复杂、产物产率低且价格高昂，目前TBBPA单甲基醚暂无市售。因此，有待开发一种操作简单且成本低的TBBPA甲基醚的制备方法。

发明内容

为了填补TBBPA单甲基醚的市场空白，又解决市售进口二甲基醚标准品制备方法复杂、产率低、价格高的技术问题，而提供一种同时合成四溴双酚 A单甲基醚和二甲基醚的制备方法，本发明方法通过控制TBBPA的甲基化过程，使之既能保证原料的高转化效率，又能减少TBBPA单甲基醚向TBBPA二甲基醚转化。

一种同时合成四溴双酚A单甲基醚和二甲基醚的制备方法，包括如下步骤：

将TBBPA用乙腈充分溶解，然后加入氢氧化钠混合均匀以去质子化，再加入碘甲烷，在密闭、搅拌状态下，加热发生甲基化反应，加热至60℃回流反应2h～4h后，冰浴冷却终止反应，用二氯甲烷溶解多次清洗，过滤除去氢氧化钠，除水，然后进行旋蒸浓缩得到浓缩液，所述浓缩液中存在未反应的 TBBPA、四溴双酚A单甲基醚和四溴双酚A二甲基醚，采用中压制备色谱对浓缩液进行分离提纯，根据中压制备色谱检测器的紫外吸收信号收集各组分，经旋蒸氮吹、干燥后分别同时制得四溴双酚A单甲基醚和四溴双酚A二甲基醚。

涉及的有机反应如下：

原料投加顺序为先加入TBBPA并充分溶解，然后加入氢氧化钠混合均匀，最后于通风橱中迅速加入碘甲烷，加入碘甲烷后需在室温下搅拌15min，碘甲烷具有强挥发性，为了减少加料过程的损失，需要把碘甲烷放在最后加入且要快；因为该反应体系有固体和液体，搅拌是为了让原材料充分混合。

氢氧化钠的作用是去质子化，其效果较碳酸钾好，有利于TBBPA单甲基醚的合成，成本比甲醇钠低，且加入时较安全。

溶剂为乙腈，现有技术中常用丙酮作为非质子溶剂，但丙酮沸点低，在反应过程中容易蒸干，TBBPA及其醚在丙酮中的溶解度均较高，后期分离纯化难度较高；然而乙腈沸点高，在反应过程中不易挥发，TBBPA在乙腈中的溶解性较好，而生成TBBPA的甲基醚产物在乙腈中的溶解度较小，有利于反应的进行及后续的分离纯化。

由于高温和更长时间的反应会造成该反应体系更有利于TBBPA二甲基醚的合成，所以加热回流反应后用冰浴冷却是为了防止生成的TBBPA单甲基醚继续向TBBPA二甲基醚转化。

反应结束后用二氯甲烷少量多次溶解沉淀和洗涤滤渣，过滤除去氢氧化钠，采用无水硫酸钠除水后过滤。沉淀和滤渣除氢氧化钠外可能有析出的 TBBPA单甲基醚和/或二甲基醚，所以需要用二氯甲烷进行洗涤，少量多次是为了节约溶剂和提高回收率。

浓缩液中存在未反应的TBBPA及其单甲基醚、二甲基醚，这三种化合物性质相近，需要采用合适的分离纯化方法才能对其进行分离和提纯，本发明采用中压制备色谱MPLC，该系统是基于在同一推动力作用下，以上三种不同组分在固定相(硅胶柱)中的滞留时间的各不相同(由于各组分性质结构不同，与固定相作用的强弱有差异)，从而按不同次序从固定相(硅胶柱)流出，实现以上三种化合物的分离和纯化。

进一步地，所述TBBPA、氢氧化钠、碘甲烷的摩尔比为1:2:(1～3)，所述 TBBPA与乙腈的质量体积比为(0.1-1)g:(5-20)mL。

进一步地，加入碘甲烷后需在室温下搅拌15min，然后进行加热。

进一步地，所述中压制备色谱采用硅胶色谱柱，将所述浓缩液与少量硅胶混合均匀后装入所述中压制备色谱的硅胶色谱柱，所述浓缩液与所述硅胶色谱柱中硅胶的质量比为1:(20-40)，以石油醚和二氯甲烷按体积比(100～50): (0～50)配制为洗脱剂进行梯度淋洗，根据中压制备色谱检测器的紫外吸收信号所显示的浓缩液中各组分的吸收峰，分别收集各洗脱液，然后将收集的各洗脱液以硅胶板点样的方法进行初步确认成分，将含有相同成分的洗脱液合并，经旋蒸氮吹、干燥后分别同时获得纯度均大于99％的四溴双酚A单甲基醚和四溴双酚A二甲基醚，洗脱出的TBBPA可回收。

进一步地，所述梯度淋洗的过程为：在二氯甲烷体积浓度为0％的情况下洗脱5min，然后在5min内将二氯甲烷体积浓度升至20％并保持洗脱10min，随后在10min内将二氯甲烷体积浓度升至50％并保持洗脱10min。

进一步地，所述中压制备色谱检测器的紫外吸收信号其检测波长为 254nm，监测波长为280nm。

进一步地，所述硅胶板点样的方法其展开剂为体积比为3:1的正己烷和丙酮，根据TBBPA、四溴双酚A单甲基醚和四溴双酚A二甲基醚的R_f值的不同初步确认洗脱液中的成分，所述TBBPA的R_f值为0.23，所述四溴双酚A单甲基醚的R_f值为0.38，所述四溴双酚A二甲基醚的R_f值为0.58。

有益技术效果：

本发明提供了一种同时合成四溴双酚A的单甲基醚和二甲基醚的制备方法，与现有TBBPA二甲基醚的合成方法相比，本发明仅通过一步反应即能同时获得TBBPA的单、二甲基醚，并且省略了萃取步骤，节省了大量的有机溶剂；本发明以单甲基醚的合成为主要目的，同时兼顾TBBPA的回收，采用中压制备色谱对产物进行分离纯化，实现了自动、实时控制梯度和收集目标组分，提高了分离效率和准确性，同时保证产品的纯度和产率；整个制备过程操作简单、原料易得、产品纯度高且产率高，成本较低，合成的四溴双酚A单甲基醚和四溴双酚A二甲基醚可作为环境分析的标准品，同时也能满足环境毒理学研究的需要，填补TBBPA单甲基醚的市场空白，又解决市售进口二甲基醚标准品制备方法复杂、产率低、价格高的技术问题。

附图说明

图1为四溴双酚A单甲基醚的¹³C NMR图。

图2为四溴双酚A二甲基醚的¹³C NMR图。

图3为四溴双酚A单甲基醚的¹H NMR图。

图4为四溴双酚A二甲基醚的¹H NMR图。

具体实施方式

以下结合附图及具体实施例进一步描述本发明，但不限制本发明范围。

实施例1

取1g(1.8mmol)的TBBPA置于25mL梨形瓶中，加入20mL乙腈充分溶解，再加入0.15g(3.6mmol)氢氧化钠漩涡混匀，并迅速加入345μL碘甲烷(5.4mmol，ρ＝2.28g/mL)，于室温磁力搅拌15min，在加热至60℃下搅拌回流反应4h，反应结束后，冰浴冷却终止反应，并用5mL二氯甲烷溶解清洗数次，过滤除去氢氧化钠，少量无水硫酸钠除水后，过滤转移至另一个梨形瓶中，用旋转蒸发仪减压旋蒸至小体积得到浓缩液，所述浓缩液中存在未反应的 TBBPA、四溴双酚A单甲基醚和四溴双酚A二甲基醚；浓缩液中四溴双酚 A单甲基醚和四溴双酚A二甲基醚的相对百分比分别为48.6％和43.7％；

将浓缩液与少量硅胶混匀，待溶剂挥发后，装入硅胶量为40g的硅胶色谱柱中，以石油醚(A溶剂)和二氯甲烷(B溶剂)为洗脱剂进行梯度淋洗，两者体积比为A溶剂：B溶剂＝(100～50):(0～50)，经Agela中压制备色谱进行分离提纯，具体操作如下：在B溶剂体积浓度为0％的情况下洗脱5min，然后在5min内将B溶剂体积浓度升至20％并保持洗脱10min，随后在10min内将B溶剂体积浓度升至50％并保持洗脱10min；根据中压制备色谱检测器的紫外吸收信号(检测波长254nm，监测波长280nm)所显示的四溴双酚A单甲基醚和四溴双酚A二甲基醚的吸收峰，分别收集各洗脱液，将收集到的各洗脱液以硅胶板点样的方法进行初步确认成分，所述硅胶板点样的方法以体积比为 3:1的正己烷和丙酮为展开剂，根据TBBPA、四溴双酚A单甲基醚和四溴双酚 A二甲基醚的R_f值的不同初步确认洗脱液中的成分，TBBPA的R_f值为0.23，四溴双酚A单甲基醚的R_f值为0.38，四溴双酚A二甲基醚的R_f值为0.58，将含有相同成分的洗脱液合并，经旋蒸氮吹、干燥后分别同时获得均为白色晶体状的四溴双酚A单甲基醚和四溴双酚A二甲基醚，洗脱出的TBBPA可回收。

由高效液相色谱测定产物纯度，结果显示，四溴双酚A单甲基醚和四溴双酚A二甲基醚的纯度均大于99％，产率分别为45.2％和42.0％。

将制得的产物采用核磁共振仪进行结构表征。核磁共振仪为DRX500 (Bruker，德国)，以TMS为内标；核磁共振氢谱的外加磁场频率为500MHz，以氘代DMSO为溶剂；核磁共振碳谱的外加磁场频率为126MHz，TBBPA单甲基醚以氘代DMSO为溶剂，二甲基醚以氘代氯仿为溶剂。

四溴双酚A单甲基醚的核磁共振氢谱如图1所示，核磁共振碳谱如图3所示；四溴双酚A二甲基醚的核磁共振氢谱如图2所示，核磁共振碳谱如图4所示。由图1、图3结果可知，产物确为四溴双酚A单甲基醚，由图2、图4可知产物确为四溴双酚A二甲基醚。

实施例2

取1g(1.8mmol)的TBBPA置于25mL梨形瓶中，加入20mL乙腈充分溶解，再加入0.15g(3.6mmol)氢氧化钠漩涡混匀，并迅速加入115μL碘甲烷(1.8mmol，ρ＝2.28g/mL)，于室温磁力搅拌15min，加热至60℃下搅拌回流反应4h，反应结束后，冰浴冷却终止反应，并用5mL二氯甲烷溶解清洗数次，过滤除去氢氧化钠，少量无水硫酸钠除水后，过滤转移至另一个梨形瓶中，用旋转蒸发仪减压旋蒸至小体积得到浓缩液，所述浓缩液中存在未反应的 TBBPA、四溴双酚A单甲基醚和四溴双酚A二甲基醚；浓缩液中四溴双酚 A单甲基醚和四溴双酚A二甲基醚的相对百分比分别为46.2％和19.8％。

按照实施例1的方法对浓缩液进行分离提纯。

由高效液相色谱测定产物纯度，结果显示，四溴双酚A单甲基醚和四溴双酚A二甲基醚的纯度均大于99％，产率分别为43.5％和19.5％。

将制得的产物采用核磁共振仪进行结构表征，本实施例的产物结构确证为四溴双酚A单甲基醚和四溴双酚A二甲基醚。

实施例3

取1g(1.8mmol)的TBBPA置于25mL梨形瓶中，加入20mL乙腈充分溶解，再加入0.15g(3.6mmol)氢氧化钠漩涡混匀，并迅速加入345μL碘甲烷(5.4mmol，ρ＝2.28g/mL)，于室温磁力搅拌15min，加热至60℃下搅拌回流反应2h，反应结束后，冰浴冷却终止反应，用5mL二氯甲烷溶解清洗数次，过滤除去氢氧化钠，少量无水硫酸钠除水后，过滤转移至另一个梨形瓶中，用旋转蒸发仪减压旋蒸至小体积得到浓缩液，所述浓缩液中存在未反应的 TBBPA、四溴双酚A单甲基醚和四溴双酚A二甲基醚；浓缩液中四溴双酚 A单甲基醚和四溴双酚A二甲基醚的相对百分比分别为62.5％和25％。

按照实施例1的方法对浓缩液进行分离提纯。

由高效液相色谱测定产物纯度，结果显示，四溴双酚A单甲基醚和四溴双酚A二甲基醚的纯度均大于99％，产率分别为59.1％和23.5％。

实施例4

取0.1g(0.18mmol)的TBBPA置于25mL梨形瓶中，加入5mL乙腈充分溶解，再加入0.015g(0.36mmol)氢氧化钠漩涡混匀，并迅速加入34μL碘甲烷(0.54mmol，ρ＝2.28g/mL)，于室温磁力搅拌15min，在60℃下搅拌回流反应2h，反应结束后，冰浴冷却终止反应，并用5mL二氯甲烷溶解清洗数次，过滤除去氢氧化钠，少量无水硫酸钠除水后，过滤转移至另一个梨形瓶中，用旋转蒸发仪减压旋蒸至小体积得到浓缩液，所述浓缩液中存在未反应的TBBPA、四溴双酚A单甲基醚和四溴双酚A二甲基醚；浓缩液中四溴双酚 A单甲基醚和四溴双酚A二甲基醚的相对百分比分别为50.5％和45.9％。

按照实施例1的方法对浓缩液进行分离提纯。

由高效液相色谱测定产物纯度，结果显示，四溴双酚A单甲基醚和四溴双酚A二甲基醚的纯度均大于99％，产率分别为47.1％和44.2％。

对比例1

取0.1g(0.18mmol)的TBBPA置于25mL梨形瓶中，加入5mL丙酮充分溶解，再加入0.05g(0.36mmol)氢氧化钠漩涡混匀，并迅速加入34μL碘甲烷(0.54mmol，ρ＝2.28g/mL)，于室温磁力搅拌15min，加热至60℃下搅拌回流反应2h，反应结束后，冰浴冷却终止反应，并用5mL二氯甲烷溶解清洗数次，过滤除去氢氧化钠，少量无水硫酸钠除水后浓缩得到浓缩液，高效液相色谱分析，结果显示，浓缩液中TBBPA单甲基醚和二甲基醚的相对百分比分别为36.5％和60.7％。

对比例2

取0.1g(0.18mmol)的TBBPA置于25mL梨形瓶中，加入5mL乙腈充分溶解，再加入0.05g(0.36mmol)碳酸钾漩涡混匀，并迅速加入34μL碘甲烷(0.54mmol，ρ＝2.28g/mL)，于室温磁力搅拌15min，加热至60℃下搅拌回流反应2h，反应结束后，冰浴冷却终止反应，并用5mL二氯甲烷溶解清洗数次，过滤除去氢氧化钠，少量无水硫酸钠除水后浓缩得到浓缩液，高效液相色谱分析，结果显示，浓缩液中TBBPA单甲基醚和二甲基醚的相对百分比分别为49.2％和38.7％。

Claims

1.一种同时合成四溴双酚A单甲基醚和二甲基醚的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

将TBBPA用乙腈充分溶解，然后加入氢氧化钠混合均匀，再加入碘甲烷，在密闭、搅拌状态下，加热至60℃回流反应2h～4h后，冰浴冷却终止反应，用二氯甲烷溶解多次清洗，过滤除去氢氧化钠，除水，然后进行旋蒸浓缩得到浓缩液，所述浓缩液中存在未反应的TBBPA、四溴双酚A单甲基醚和四溴双酚A二甲基醚；采用中压制备色谱对所述浓缩液进行分离提纯，根据中压制备色谱检测器的紫外吸收信号收集浓缩液中的各组分，经旋蒸氮吹、干燥后分别同时制得四溴双酚A单甲基醚和四溴双酚A二甲基醚；

所述TBBPA、氢氧化钠、碘甲烷的摩尔比为1:2:3，所述TBBPA与乙腈的质量比为(0.1-1)g:(5-20)Ml；

所述中压制备色谱采用硅胶色谱柱，将所述浓缩液与少量硅胶混合均匀后装入所述中压制备色谱的硅胶色谱柱，所述浓缩液与所述硅胶色谱柱中硅胶的质量比为1:(20-40)，以石油醚和二氯甲烷按体积比(100～50):(0～50)配制为洗脱剂进行梯度淋洗，根据中压制备色谱检测器的紫外吸收信号所显示的浓缩液中各组分的吸收峰，分别收集各洗脱液，然后将收集的各洗脱液以硅胶板点样的方法进行初步确认成分，将含有相同成分的洗脱液合并，经旋蒸氮吹、干燥后分别同时获得纯度均大于99％的四溴双酚A单甲基醚和四溴双酚A二甲基醚，洗脱出的TBBPA可回收；

所述硅胶板点样的方法其展开剂为体积比为3:1的正己烷和丙酮，根据TBBPA、四溴双酚A单甲基醚和四溴双酚A二甲基醚的Rf值的不同初步确认洗脱液中的成分，所述TBBPA的Rf值为0.23，所述四溴双酚A单甲基醚的Rf值为0.38，所述四溴双酚A二甲基醚的Rf值为0.58。

2.根据权利要求1所述的一种同时合成四溴双酚A单甲基醚和二甲基醚的制备方法，其特征在于，加入碘甲烷后需在室温下搅拌15min，然后进行加热。

3.根据权利要求1所述的一种同时合成四溴双酚A单甲基醚和二甲基醚的制备方法，其特征在于，所述梯度淋洗的过程为：在二氯甲烷体积浓度为0％的情况下洗脱5min，然后在5min内将二氯甲烷体积浓度升至20％并保持洗脱10min，随后在10min内将二氯甲烷体积浓度升至50％并保持洗脱10min。

4.根据权利要求1所述的一种同时合成四溴双酚A单甲基醚和二甲基醚的制备方法，其特征在于，所述中压制备色谱检测器的紫外吸收信号其检测波长为254nm，监测波长为280nm。