CN111484432A - 一种硫醚型位阻酚类抗氧剂的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种硫醚型位阻酚类抗氧剂的制备方法，包括：第一阶段：3‑(3，5‑二叔丁基‑4‑羟基苯基)丙酸甲酯与硫二甘醇在固体碱催化剂作用下，进行酯交换反应；第二阶段：减压脱除副产物甲醇；第三阶段：采用氮气吹扫与减压交替脱除未反应的原料，降温过滤收集固体碱催化剂，得到目标产物。本发明的合成工艺简单，无需对反应混合物进行溶剂结晶提纯、干燥等操作，直接冷却即可得到产品；生产周期短，且减少了后期溶剂废液的处理，显著降低生产成本。

Description

一种硫醚型位阻酚类抗氧剂的制备方法
技术领域
本发明涉及抗氧剂技术领域，具体涉及一种硫醚型位阻酚类抗氧剂的制备方法。
背景技术
润滑油在使用过程中受到光、氧、热的作用，氧化变质生成酮、醛、有机酸等，致使设备润滑部件发生腐蚀；同时，上述氧化物质会进一步聚合形成油泥、漆膜等，不利于设备的润滑和散热，且过多的油泥容易引起活塞环粘结和堵塞油路。为了抑制润滑油氧化变质，延长润滑油使用寿命，需要加入一定量的抗氧剂。
目前，二烷基二硫代磷酸锌(ZDDP)是润滑油中常用的抗氧剂。近年来，为提高发动机的热效率、增大推重比、降低耗油率，发动机的操作温度不断提高，润滑油的工作条件越来越苛刻，对抗氧剂的性能也提出了更高的要求。此外，随着发动机排放规定日益严格，对发动机油中磷含量进行了越来越严格的限制，ZDDP已不能满足润滑油耐高温及低磷低灰分要求。
硫醚型位阻酚类抗氧剂是一种无灰高温抗氧剂，其分子中既含有主抗氧剂的受阻酚基团，又含有辅助抗氧剂的低化合价硫(S)原子，具有良好的热稳定性及抗氧化性，在润滑油中具有很大的应用前景。
硫醚型位阻酚抗氧剂的制备是典型的酯交换反应，其有效产物转化率较低，通常仅在65％～90％，必须经过溶剂溶解、结晶、过滤、干燥等操作，才能达到产品的质量要求。上述合成工艺操作繁琐、收率低、生产数量受限，难以满足其日益增长的需求量；因此，开发硫醚型位阻酚类抗氧剂合成新方法具有重要意义。
专利US4085132公开了一种硫醚型位阻酚类抗氧剂2,2-硫代双[3-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸乙酯]的制备方法，该方法以2,6-二叔丁基酚、硫二甘醇、丙烯酸甲酯为原料，在叔丁醇钾的作用下，滴加丙烯酸甲酯，采用乙醇溶剂结晶。该方法采用一步合成法，避免了对中间产物3-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸甲酯的结晶，简化了生产工艺。
专利US4228297公开了一种硫醚型位阻酚类抗氧剂2,2-硫代双[3-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸乙酯]的制备方法，其步骤是首先以2,6-二叔丁基酚、丙烯酸甲酯为原料，在催化剂叔丁醇钾的作用下，合成3-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸甲酯，然后选用锂基催化剂，对中间体进行酯交换反应，反应结束选用乙醇对产品进行结晶分离。
专利CN102050768A公开了一种硫醚型位阻酚类抗氧剂2,2-硫代双[3-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸乙酯]的制备及分离方法，该方法直接以3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸甲酯和硫二甘醇为原料，锡化物为催化剂，采用甲醇和乙醇的混合物、或者甲醇和乙醇中的至少一种与水的混合物对产物进行结晶，以将硫醚型酚类抗氧剂2,2-硫代双[3-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸乙酯]从产物中分离出来，显著提高了产品的收率。
上述制备方法存在的缺陷为：
1.专利US4085132和US4228297的有效产物转化率低，须经溶剂提纯才能达到要求，对反应混合物进行结晶分离时，分离效果较差，产品收率仅达50％左右，难以实现工业化应用。
2.专利CN102050768A使用锡化合物作为催化剂，反应结束后需加入乙酸破坏催化剂，然后进行结晶、过滤、干燥得到产品，操作过程繁琐，并且需对溶剂进行回收、处理，生产成本较高，也不利于环保。
发明内容
针对现有技术中存在的技术问题，本发明提供一种硫醚型位阻酚类抗氧剂的制备方法。
本发明公开了一种硫醚型位阻酚类抗氧剂的制备方法，包括：
第一阶段：3-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸甲酯与硫二甘醇在固体碱催化剂作用下，进行酯交换反应；
第二阶段：减压脱除副产物甲醇；
第三阶段：采用氮气吹扫与减压交替脱除未反应的原料，降温过滤收集固体碱催化剂，得到目标产物。
其中，
所述第一阶段，具体包括：
在烧瓶中加入3-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸甲酯与固体碱催化剂，在氮气保护下，加热升温至120～160℃；
分多批加入硫二甘醇，进行常压保温的酯交换反应。
作为本发明的进一步改进，所述固体碱催化剂为酯交换常用固体催化剂，包括碱土金属氧化物、负载型金属氧化物和碱土金属碳酸盐等，所述固体碱催化剂的用量为3-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸甲酯重量的0.1～5.0％，优选为0.5％～2％；
所述硫二甘醇分四次投料，每次时间间隔30min，投料结束升温至160℃保温反应；
所述3-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸甲酯与硫二甘醇的摩尔比为2.0:1～2.5:1，优选为2.02:1～2.2:1。
所述第二阶段，具体包括：
常压保温结束后，开启真空泵减压至-0.09Mpa，脱除副产物甲醇，反应结束后放出甲醇并称重。
所述第三阶段，具体包括：
所述第二阶段反应结束后，升温至165℃～185℃，优选为170℃～180℃；在此温度下，减压-0.09Mpa/30min与氮气吹扫10min交替进行，脱除过量的3-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸甲酯；
反应结束降温至70℃过滤除去固体碱催化剂，得到目的产物2,2-硫代双[3-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸乙酯]。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1、本发明的合成工艺简单，无需对反应混合物进行溶剂结晶提纯、干燥等操作，直接冷却即可得到产品；生产周期短，且减少了后期溶剂废液的处理，显著降低生产成本。
2、本发明的反应条件稳定，克服产品收率纯度不稳定的问题，最佳反应条件下，产品收率、纯度均可达99％以上。
3、本发明使用固体碱催化剂，催化活性高，易于分离，可重复利用，环境友好。
附图说明
图1为本发明一种实施例公开的制备方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面结合附图对本发明做进一步的详细描述：
现有硫醚型位阻酚类抗氧剂的合成过程均采用结晶工艺来提高产品纯度，普遍存在产品收率低、操作繁琐等问题。目前还没有专利及文献报道，将原料直接合成硫醚型位阻酚抗氧剂产品，无需结晶提纯，便达到产品的质量要求。
为此，本发明提供一种硫醚型位阻酚类抗氧剂的制备方法，该方法选用固体碱作为催化剂，在保证产品纯度的同时，无需对反应混合物进行结晶提纯，直接冷却即可得到硫醚型位阻酚类抗氧剂产品，产品收率显著提升。固体碱催化剂易于与产品分离，可重复使用，环境友好。采用该工艺合成2,2-硫代双[3-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸乙酯]的操作简单，生产成本显著降低，易于实现工业化应用。
具体的：
如图1所示，本发明提供一种硫醚型位阻酚类抗氧剂的制备方法，包括：
步骤1、第一阶段：3-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸甲酯与硫二甘醇在固体碱催化剂作用下，进行酯交换反应；
其中，
第一阶段为常压保温反应，具体包括：
在四口烧瓶中加入3-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸甲酯与固体碱催化剂，在氮气保护下，加热升温至120～160℃；保证体系温度不高于160℃，硫二甘醇分四次投料，每次时间间隔30min，投料结束升温至160℃，进行常压保温的酯交换反应；
在步骤1中，固体碱催化剂为常压的酯交换固体催化剂，包括碱土金属氧化物、负载型金属氧化物、碱土金属碳酸盐等，其中KOH/Al2O3催化活性高，生产工艺简单，因此固体碱催化剂选择KOH/Al2O3，催化剂用量为3-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸甲酯化合物重量的0.1～5.0％，优选为0.5～2％；
3-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸甲酯与硫二甘醇的摩尔比为2.0:1～2.5:1，一般优选为2.02:1～2.2:1。
步骤2、第二阶段：减压脱除副产物甲醇；
其中，
第二阶段，具体包括：
第一阶段的常压保温结束后，开启真空泵减压至-0.09Mpa，蒸馏脱除副产物甲醇，反应结束后放出甲醇并称重。
步骤3、第三阶段：采用氮气吹扫与减压交替脱除未反应的原料，降温过滤收集固体碱催化剂，得到目标产物；
其中，
第三阶段，具体包括：
第二阶段反应结束后，升温至165℃～185℃，优选为170℃～180℃；减压-0.09Mpa/30min与氮气吹扫10min交替进行，脱除过量的3-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸甲酯；反应结束降温至70℃过滤除去固体碱催化剂，得到目的产物2,2-硫代双[3-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸乙酯]。
本发明的优点为：
1、本发明的合成工艺简单，无需对反应混合物进行溶剂结晶提纯、干燥等操作，直接冷却即可得到产品；生产周期短，且减少了后期溶剂废液的处理，显著降低生产成本。
2、本发明的反应条件稳定，克服产品收率纯度不稳定的问题，最佳反应条件下，产品收率、纯度均可达99％以上。
3、本发明使用固体碱催化剂，催化活性高，易于分离，可重复利用，环境友好。
实施例
实施例1：
本发明提供一种硫醚型位阻酚类抗氧剂的制备方法，包括：
在装有搅拌器、冷凝管、温度计、氮气入口的四口烧瓶中加入58.98g(0.202mol)3-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸甲酯、1.18g(3-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸甲酯质量的2％)KOH/Al2O3催化剂，用氮气置换反应系统内的空气，给系统加热升温至120℃，分四次加入硫二甘醇12.2g(0.1mol)，每次添加硫二甘醇的时间间隔为30min。投料结束升温至160℃，维持160±5℃保温反应30min。开启真空泵提烧瓶内真空度(真空度-0.09MPa)，保温反应2h，脱除反应生成的副产物甲醇。反应结束后，升温至170℃，维持170±5℃减压30min后，打开氮气阀门吹扫10min，交替进行直至无3-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸甲酯脱出，反应结束用氮气破坏真空，冷却至70℃，过滤得到无色或微黄色透明产品1，收率99.3％，纯度99.2％。
实施例2(改变投料比)：
本发明提供一种硫醚型位阻酚类抗氧剂的制备方法，包括：
将实施例1中3-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸甲酯的投料量58.98g(0.202mol)改为61.32g(0.21mol)，其余部分与实施例1保持相同，得到产品2，收率99.5％，纯度96.7％。
实施例3(改变投料比)：
本发明提供一种硫醚型位阻酚类抗氧剂的制备方法，包括：
将实施例1中3-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸甲酯的投料量58.98g(0.202mol)改为61.32g(0.22mol)，其余部分与实施例1保持相同，得到产品3，收率99.7％，纯度94.2％。
实施例4(改变催化剂至1％)
本发明提供一种硫醚型位阻酚类抗氧剂的制备方法，包括：
将实施例1中催化剂KOH/Al2O3的投料量1.18g改为0.5898g(3-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸甲酯质量的1％)，其余部分与实施例1保持相同，得到产品4，收率98.4％，纯度98.3％。
实施例5(改变催化剂5％)
本发明提供一种硫醚型位阻酚类抗氧剂的制备方法，包括：
将实施例1中催化剂KOH/Al2O3的投料量1.18g改为2.949g(3-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸甲酯质量的5％)，其余部分与实施例1保持相同，得到产品5，收率96.4％，纯度96.8％。
实施例6(关闭氮气吹扫)
本发明提供一种硫醚型位阻酚类抗氧剂的制备方法，包括：
在装有搅拌器、冷凝管、温度计、氮气入口的四口烧瓶中加入58.98g(0.202mol)3-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸甲酯、1.18gKOH/Al2O3，用氮气置换反应系统内的空气，给系统加热升温至120℃，分四次加入硫二甘醇12.2g(0.1mol)，每次添加硫二甘醇的时间间隔为30min。投料结束升温至160℃，维持160±5℃保温反应30min，开启真空泵提烧瓶内真空度(真空度-0.09MPa)，保温反应2h，脱除反应生成的副产物甲醇。反应结束后，升温至170℃，维持170±5℃减压，直至无3-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸甲酯脱出，反应结束用氮气破坏真空，冷却至70℃，得到无色或微黄色透明产品6，收率99.8％，纯度92.7％。
实施例7(投料方式一次投料)
本发明提供一种硫醚型位阻酚类抗氧剂的制备方法，包括：
在装有搅拌器、冷凝器管、温度计、氮气入口的四口烧瓶中加入58.98g(0.202mol)3-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸甲酯、1.18gKOH/Al2O3，硫二甘醇12.2g(0.1mol)，用氮气置换反应系统内的空气，给系统加热升温至160±5℃保温反应2h，开启真空泵提烧瓶内真空度(真空度-0.09MPa)，减压反应2h，脱除反应生成的副产物甲醇。反应结束后，升温至170℃，维持170±5℃减压30min后，打开氮气阀门吹扫10min，交替进行直至无3-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸甲酯脱出，反应结束用氮气破坏真空，冷却至70℃，过滤得到无色或微黄色透明产品7，收率98.9％，纯度97.2％。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种硫醚型位阻酚类抗氧剂的制备方法，其特征在于，包括：
第一阶段：3-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸甲酯与硫二甘醇在固体碱催化剂作用下，进行酯交换反应；
第二阶段：减压脱除副产物甲醇；
第三阶段：采用氮气吹扫与减压交替脱除未反应的原料，降温过滤收集固体碱催化剂，得到目标产物。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第一阶段，具体包括：
在烧瓶中加入3-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸甲酯与固体碱催化剂，在氮气保护下，加热升温至120～160℃；
分多批加入硫二甘醇，进行常压保温的酯交换反应。
3.如权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述固体碱催化剂为酯交换用固体催化剂，包括碱土金属氧化物、负载型金属氧化物和碱土金属碳酸盐，所述固体碱催化剂的用量为3-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸甲酯重量的0.1～5.0％；
所述硫二甘醇分四次投料，每次时间间隔30min，投料结束升温至160℃保温反应；
所述3-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸甲酯与硫二甘醇的摩尔比为2.0:1～2.5:1。
4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述固体碱催化剂的用量为3-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸甲酯重量的0.5％～2％，所述3-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸甲酯与硫二甘醇的摩尔比为2.02:1～2.2:1。
5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第二阶段，具体包括：
常压保温结束后，开启真空泵减压至-0.09Mpa，脱除副产物甲醇，反应结束后放出甲醇并称重。
6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第三阶段，具体包括：
所述第二阶段反应结束后，升温至165℃～185℃，在此温度下，减压-0.09Mpa/30min与氮气吹扫10min交替进行，脱除过量的3-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸甲酯；
反应结束降温至70℃过滤除去固体碱催化剂，得到目的产物2,2-硫代双[3-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸乙酯]。
7.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述第二阶段反应结束后，升温至170℃～180℃。
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