CN112538091A - 一种高纯度双-（对-羧基苯氨基）苯基氧化膦阻燃剂的合成法 - Google Patents
一种高纯度双-（对-羧基苯氨基）苯基氧化膦阻燃剂的合成法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及到一种高纯度双‑（对‑羧基苯氨基）苯基氧化膦阻燃剂的合成方法。该方法包括下述步骤：以1,4‑二氧六环为溶剂使用4倍摩尔量的对氨基苯甲酸乙酯与苯基磷酰二氯制备双‑（对‑羧基苯氨基）苯基氧化膦二乙酯中间体，产率可达84%，该中间体在乙醇‑1,4‑二氧六环‑水混合溶剂条件下进行碱性皂化水解反应后酸化、水洗、干燥即可得目标产品。
Description
技术领域
本发明属于有机磷阻燃剂的化学合成技术，具体涉及一种可工业化生产阻燃剂双-（对-羧基苯氨基）苯基氧化膦纯品的制备方法。
背景技术
双羧酸类含磷化合物及其衍生物往往可作为无卤环保型含磷阻燃剂应用于聚酯或聚酰胺高分子材料，使合成材料达到较好的阻燃效果，其中双-（对-羧基苯氨基）苯基氧膦属于此类反应型阻燃剂， US2882294（1959）及Designed Monomers and Polymers,2016, 19(5): 420-428就分别报道了双-（对-羧基苯氨基）苯基氧膦及其衍生物在阻燃聚酯材料和聚酰胺材料中的应用。目前，有关双-（对-羧基苯氨基）苯基氧膦及其衍生物方法主要有两类：1，以对氨基苯甲酸酯为原料合成法，US2882294（1959）报道了在三乙胺为缚酸剂条件下苯基磷酰二氯与2倍摩尔比的对氨基苯甲酸乙酯反应得到双-（对-羧基苯氨基）苯基氧膦乙酯，并以乙酯为原料酯交换得到其它双-（对-羧基苯氨基）苯基氧膦衍生物，但其双-（对-羧基苯氨基）苯基氧膦乙酯产率仅42%，且没有进一步合成双-（对-羧基苯氨基）苯基氧膦的报道；2，以对氨基苯甲酸为原料合成法，其具体相关合成方法均是直接使用苯基磷酰二氯与对氨基苯甲酸反应得到，不同点是文献Designed Monomers and Polymers,2016, 19(5): 420-428的合成方法无溶剂法，专利CN 104945658（2015）是以冰醋酸为溶剂，而专利CN 2018113556485（2018）是改用1,4-二氧六环为溶剂并使用过量对氨基苯甲酸为缚酸剂，上述合成方法均存在明显弊端，其合成副反应多，很难大量的得到目标产物，特别是以对氨基苯甲酸为原料合成法很难避免苯基磷酰二氯与羧酸反应生成羧酸酰氯，进而引发的副反应会严重影响产品纯度及产率，因而开发一种具有能得到高纯度产品且合成产率较高的新制备工艺是有意义的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有工艺简单易行、适合工业化生产的高纯度阻燃剂双-（对-羧基苯氨基）苯基氧膦合成方法，以解决现有合成法目标产品不纯或产率不高的问题。
针对现有合成技术的不足，本发明提供的技术方案是：一种高纯度双-（对-羧基苯氨基）苯基氧化膦阻燃剂的合成法，包括如下步骤：（1）以1,4-二氧六环为溶剂使用摩尔比为4.00：1~4.20:1的对氨基苯甲酸烷基酯与苯基磷酰二氯反应，得到的固体产品依次用稀盐酸溶液和纯水搅拌洗涤、过滤，真空干燥即得制备双-（对-羧基苯氨基）苯基氧化膦二烷基酯中间体；（2）该双-（对-羧基苯氨基）苯基氧化膦二烷基酯中间体以1,4-二氧六环为助溶剂在醇-水混合溶剂条件下进行碱性皂化水解反应，经常规酸化、水洗、干燥即可得目标产品阻燃剂双-（对-羧基苯氨基）苯基氧化膦。
所述对氨基苯甲酸酯为对氨基苯甲酸甲酯或对氨基苯甲酸乙酯。
本发明采用对氨基苯甲酸酯即为反应物也为缚酸剂，其用量与苯基磷酰二氯用量的摩尔比为4以上，其中优选摩尔比为4.00~4.20:1。
本发明双-（对-羧基苯氨基）苯基氧化膦二烷基酯合成反应温度为40~80℃，反应时间6~16 h，其中优选反应温度50~60℃，反应时间8~12 h。
本发明双-（对-羧基苯氨基）苯基氧化膦二烷基酯合成反应完毕后冷却结晶出的固体产品中含大量对氨基苯甲酸酯盐酸盐，需使用稀盐酸打浆搅拌洗涤，其盐酸洗涤液pH值约为1~2为佳，洗涤后的固体再用纯水洗涤两次，洗涤液pH值约为6~7时即表明洗涤完全。同时，上述滤液主要含过量的对氨基苯甲酸酯及部分产品，可直接回收循环使用1~2次，如反应液颜色已较深，也可减压蒸馏回收1,4-二氧六环溶剂后，残液使用少量乙醇溶解后滴加到盐酸溶液中进行酸洗、水洗，回收双-（对-羧基苯氨基）苯基氧化膦二烷基酯，此步回收产率约为5~10%。
本发明双-（对-羧基苯氨基）苯基氧化膦二烷基酯合成的洗涤废水含大量对氨基苯甲酸酯盐酸盐，可使用氢氧化钠或碳酸钠中和废水至pH值10左右，使用常规有机溶剂（如乙酸乙酯、氯仿、乙醚等）萃取法回收原料对氨基苯甲酸酯，回收率可达83%左右，此步骤能降低生产成本。
本发明双-（对-羧基苯氨基）苯基氧化膦二烷基酯中间体在醇水混合溶剂条件下进行碱性皂化水解反应，此醇水混合溶剂为乙醇-水或乙醇-1,4-二氧六环-水混合，其中乙醇、1,4-二氧六环、水的体积浓度范围分别为30~70%、0~40%、10~50%，优选方案为使用1,4-二氧六环为助溶剂，乙醇、1,4-二氧六环、水的体积浓度范围为40~60%、10~30%、30~50%。
本发明双-（对-羧基苯氨基）苯基氧化膦二烷基酯中间体进行碱性皂化水解反应时，使用氢氧化钠或氢氧化钾为碱，其用量为双-（对-羧基苯氨基）苯基氧化膦二烷基酯摩尔比的2.0~2.5倍，反应中控制反应液pH值9~13，优选反应液pH值为10~12。同时反应温度50~90℃，反应时间3~12 h，其中优选反应温度60~80℃，反应时间4~8 h。
本发明皂化水解反应完成后可先使用盐酸调节反应体系pH值7~9，避免碱性条件下除溶剂时继续发生磷酰胺键碱解反应，降低反应产率，常规减压蒸馏可回收乙醇及1.4-二氧六环溶剂，此混合溶剂可直接用于皂化反应中。
本发明中回收溶剂后的皂化液酸化方式采用的是室温条件下将皂化液缓慢滴加至快速搅拌的盐酸水溶液中，pH值维持在1~3之间，产品会迅速沉淀析出，过滤产品纯水打浆洗涤1~2次，水相pH值至3~4后洗涤完毕，过滤干燥即得目标产物纯品，其1HNMR 谱及LC-MS谱可证实产品结构正确且纯度较高（见附图1及附图2），HPLC检测纯度可达98.4%以上，已可满足阻燃剂材料制备需要。如需要更高纯度，可将产品使用适量氢氧化钠水溶液溶解，再重复一次酸化、洗涤过程即可，此时产品纯度可达99.5%以上。
本发明合成双-（对-羧基苯氨基）苯基氧膦烷基酯时使用1,4-二氧六环为溶剂，其使用量以确保原料原料能完全溶解的量即可，反应过滤出的溶剂可直接回收使用或重蒸纯化后使用。
本发明反应合成路线如下：
本发明关键不同之处是合成工艺上作了全面改进，首先文献报道的合成双-（对-羧基苯氨基）苯基氧膦方法均为以对氨基苯甲酸为原料合成法，该法无法避免苯基磷酰二氯会与各种羧酸反应生成羧酸酰氯，进而引发各种羧酸酰氯进行的副反应，如乙酸为溶剂会与对氨基苯甲酸反应会产生大量的4-乙酰氨基苯甲酸，对氨基苯甲酸生成自身缩合副产物等等，此既影响反应产率也影响产品纯度，故本发明改用以对氨基苯甲酸乙（甲）酯为原料合成法，规避上述副反应是实现制备高纯度目标产品的关键；其次，本专利特征是针对专利US2882294（1959）使用三乙胺为缚酸剂合成双-（对-羧基苯氨基）苯基氧膦乙酯时产率不高的问题，本专利改用对氨基苯甲酸酯自身为缚酸剂的方法解决。我们实验研究结果显示：苯基磷酰二氯与对氨基苯甲酸乙（甲）酯反应生成的磷酰胺ArNHP=O在三乙胺碱性条件下能够发生构型异构转变为ArN=P-OH键，再与苯基磷酰氯反应可形成类似如ArN=P-O-P=O结构的化合物，此副产物水洗过程中会水解洗出，故产率大幅降低（产率仅40~50%），改变投料方式、原料配比、反应温度或时间均无明显效果，本专利使用了碱性较弱的对氨基苯甲酸乙（甲）酯代替三乙胺为缚酸剂，可有效减少或避免此类副反应产生，分离产率可显著提高（达到75~85%）；最后本专利特征是双-（对-羧基苯氨基）苯基氧化膦二烷基酯中间体在乙醇-1,4-二氧六环-水混合混合溶剂条件下进行碱性皂化水解反应，常规碱性皂化水解反应的醇水混合溶剂多为乙醇-水混合液，此溶剂体系在双-（对-羧基苯氨基）苯基氧化膦二烷基酯水解过程中可能会出现前期反应原料不溶情况，此会延长反应时间及反应体系pH值增高问题，加剧磷酰胺键碱解，降低反应产率，水解产率仅为45~57%，本专利使用助溶剂1,4-二氧六环后，情况明显改善，使用乙醇-1,4-二氧六环-水混合溶剂后，反应体系加热至50~90℃时为均相，缓慢滴加氢氧化钠碱液时可十分顺利地进行羧酸酯的皂化反应，反应体系pH值可维持至9~13之间，大幅降低了酰胺键碱解可能性，反应产率可达80%左右。
与现有技术相比，本发明具有合成产率高、产品纯度好、合成工艺简单易行、适合工业化生产的优点。
附图说明
图1为本发明实施例制得的双-（对-羧基苯氨基）苯基氧化膦1HNMR 谱(400 MHz,DMSO，ppm )图。
图2为本发明实施例制得的双-（对-羧基苯氨基）苯基氧化膦LC-MS谱（-scan）图。
具体实施方式
下面通过具体实施例，对本发明的技术方案作进一步具体说明，但本发明并不限于这些实施例，参照下述实施例的方法，可以实现其他条件下的制备过程。
实施例一：
称取5.00 g（0.030mol）对氨基苯甲酸乙酯、3.04 g（0.030mol）三乙胺、65mL溶剂1,4-二氧六环于反应瓶中，室温搅拌溶解，2.93g（0.015mol）苯基磷酰二氯与5.0mL 1,4-二氧六环溶剂混合后用恒压滴液漏斗匀速缓慢滴加入反应瓶中，滴加完后升温至45~50℃，反应6小时，冰浴冷却，过滤，用少量溶剂洗涤，将固体转移至烧杯中，加适量1mol/L稀盐酸搅拌打浆洗涤、过滤，固体产品再转移至烧饼中加纯水洗涤1~2次，至洗涤液pH值至3~4为止，真空干燥得淡黄色固体产品2.96 g，产率大约为43.6%。
称取2.76 g（5.0 mmol）酯基中间产物于100mL单口瓶，加入30mL 70%(v/v)乙醇，加热外浴温度至85℃，搅拌，缓慢滴加含0.48g（12.0 mmol）氢氧化钠配制成70%(v/v)乙醇溶液40mL溶液， 约1.0 h滴加完毕，保持外浴85℃下反应8 h后TLC点板跟踪显示反应基本结束，旋蒸除掉大部分乙醇，冷却后加入到50mL 1mol/L盐酸中进行酸化，过滤后水洗2次至中性或弱酸性，干燥，即得到0.94 g产品，产率47.4%。
实施例二：
称取9.06 g（0.060mol）对氨基苯甲酸甲酯、120mL溶剂1,4-二氧六环于反应瓶中，室温搅拌溶解，2.93g（0.015mol）苯基磷酰二氯与20.0mL 1,4-二氧六环溶剂混合后用恒压滴液漏斗匀速缓慢滴加入反应瓶中，滴加完后升温至45~50℃，反应10小时，冰浴冷却，过滤，用少量溶剂洗涤，将固体转移至烧杯中备用，滤液减压旋蒸回收溶剂，残留液与过滤固体混合，加适量1mol/L稀盐酸搅拌打浆洗涤、过滤，固体产品再转移至烧饼中加纯水洗涤1~2次，至洗涤液pH值至3~4为止，真空干燥得黄色固体产品5.59 g，产率大约为82.4%。
称取2.12 g（5.0 mmol）甲酯基中间产物于100mL单口瓶，加入20mL乙醇和5.0mL1,4-二氧六环，加热外浴温度至65℃，搅拌，缓慢滴加含0.44g（11.0 mmol）氢氧化钠配制成70%(v/v)乙醇溶液40mL溶液， 约1.0 h滴加完毕，保持外浴65℃下反应12 h后TLC点板跟踪显示反应完全，旋蒸除掉大部分有机溶剂，冷却后加入到80mL 1mol/L盐酸中进行酸化，过滤后水洗2次至中性或弱酸性，干燥，即得到1.56 g产品，产率78.8%，HPLC测得积分含量99.2%。
实施例三：
称取2.64g（0.016mol）对氨基苯甲酸乙酯于50ml三颈瓶中，常温下溶解在20mL1,4-二氧六环中，再称取0.78g（0.004mol）苯基磷酰二氯溶于8 mL1,4-二氧六环中，用恒压滴定漏斗将苯基磷酰二氯溶液缓慢滴入三颈瓶中，滴加结束后，在70℃下反应8 h，反应完后冷至室温过滤，滤渣用pH值为2的盐酸溶液洗涤两次，然后再用水洗涤两次至中性后干燥即得到淡黄色固体粉末。固体粉末质量为1.41g，产率为78.2%。滤液减压旋蒸回收溶剂，残液加少量乙醇混合后搅拌滴加入30mL 1mol/L盐酸中进行酸化洗涤，固体过滤水洗2次，干燥的黄色固体产品0.108 g，总计产率84.2%。
合并上述中间产物于50mL单口瓶，加入10mL乙醇和10mL1,4-二氧六环，加热外浴温度至85℃，搅拌，缓慢滴加含0.36g（6.5 mmol）氢氧化钾配制成70%(v/v)乙醇溶液10mL溶液， 约0.5 h滴加完毕，保持外浴85℃下反应6 h后TLC点板跟踪显示反应完全，旋蒸除掉大部分有机溶剂，冷却后加入到40mL 1mol/L盐酸中进行酸化，过滤后水洗2次至中性或弱酸性，干燥，即得到1.07 g产品，产率80.2%，HPLC测得积分含量98.8%。
实施例四：
称取26.4g（0.16mol）对氨基苯甲酸乙酯于250mL三颈瓶中，常温下溶解在80mL1,4-二氧六环中，再称取7.8g（0.04mol）苯基磷酰二氯溶于12mL1,4-二氧六环中，用恒压滴定漏斗将苯基磷酰二氯溶液缓慢滴入三颈瓶中，滴定时间为20分钟，滴加结束后，在75℃下反应12h，反应完后在0℃左右冰浴1小时，过滤，滤渣用pH值为2的盐酸溶液洗涤两次，然后再用水洗涤两次至中性后干燥即得到淡黄色固体粉末。固体粉末质量为14.46g，产率为80%，1HNMR (400 MHz, DMSO, ppm) 8.71 (d,J= 12Hz, 2H), 7.85 (dd, J=7.6 and 7.1Hz,2H) , 7.78 (d, J=8.8Hz,4H), 7.63(t, J =7.1Hz , 1H), 7.56 (dt, J=7.6 and 3.2Hz, 2H), 7.27 (d, J=8.8Hz, 4H), 4.35 (q, J=7.2Hz , 4H), 1.26(t, J=7.2Hz,6H).
称取4.52g（0.01mol）酯基中间产物于150mL单口瓶，加入50ml乙醇，15mL1.4-二氧六环，加热至70℃使溶液为均相，称取0.88g（0.22mol）氢氧化钠配制成60mL水溶液，保持70℃下将氢氧化钠溶液缓慢地滴加入单口瓶，TLC点板跟踪反应5 h后基本结束，旋蒸除掉乙醇和助溶剂，冷却后酸化，过滤后水洗2次至中性或弱酸性，干燥，即得到3.01 g产品，产率76.0%。目标产品理论磷含量为7.80%，实际测试为7.79%，熔点测试为295.4~297.6℃。1HNMR(400 MHz,DMSO，ppm ), δ 12.47 (s , 2H) , 8.61 (d, J=9.2Hz, 2H) , 7.85(dd,J=10.4 and 6.0Hz), 7.74 (d, J =7.0Hz, 4H),7.61(t,J=6.0Hz,1H), 7.55(dt, J=6.0and 3.2Hz,2H) 7.25(d,J=7.0 Hz, 4H)； LC-MS(ESI，-Scan): m/z Calcd.for[C20H17N2O5P, M-H]-: 395.080 ; Found: 395.076。
实施例五：
将889.2g苯基磷酰二氯溶于2.7L 1,4二氧六环中，3009.6g对氨基苯甲酸乙酯于三口瓶中溶解在4.5L 1,4二氧六环，用恒压滴定漏斗将苯基磷酰二氯溶液缓慢滴入于三口瓶中，在50℃下反应12h，冷却，过滤，滤渣用ph值为2的盐酸溶液洗涤2次，用水洗涤2次至中性后过滤备用；滤液减压旋蒸回收溶剂，残液为黄褐色粘稠液体，加500mL乙醇溶解为均相溶液即可，再往搅拌的5L pH值为1~2的盐酸水溶液中滴加，边滴边搅拌，固体过滤，再用水洗涤2次至中性，合并固体粗产品，可不用进一步干燥，直接用于下步反应。
在50L反应釜中加入上述合并的粗产品，用5.6L 1,4-二氧六环和22.4L乙醇加热至70~80℃ 搅拌溶解，缓慢滴加含312.5g氢氧化钠20L水溶液，检测反应体系维持pH值为10~12，滴加完毕后，维持反应温度70~80℃，TLC点板跟踪，如反应不完全可适量补加氢氧化钠溶液，反应5 h后基本结束，水浴冷却，用6 mol/L盐酸调反应液pH值为8~9，旋蒸除大部分溶剂，再往pH为1~2的20L 2.0 mol/L盐酸水溶液中搅拌滴加，过滤，用水洗2次至弱酸性，过滤产品，粗产品HPLC测定纯度约98.4%，将粗产品加到10L水中搅拌，滴加适量20%氢氧化钠水溶液至完全溶解，再重复上述酸化、水洗过程，过滤产品，真空干燥，得浅黄色产品1099.7g，两步反应总产率约60.9%，HPLC测定含量99.5%。
Claims (10)
1.一种高纯度阻燃剂双-（对-羧基苯氨基）苯基氧化膦的合成法，包括如下步骤：（1）以1,4-二氧六环为溶剂使用摩尔比为4.00：1~4.20:1的对氨基苯甲酸烷基酯与苯基磷酰二氯反应，得到的固体产品依次用稀盐酸溶液和纯水搅拌洗涤、过滤，真空干燥即得制备双-（对-羧基苯氨基）苯基氧化膦二烷基酯中间体；（2）该双-（对-羧基苯氨基）苯基氧化膦二烷基酯中间体以1,4-二氧六环为助溶剂在醇-水混合溶剂条件下进行碱性皂化水解反应，经常规酸化、水洗、干燥即可得目标产品阻燃剂双-（对-羧基苯氨基）苯基氧化膦。
2.根据权利要求1所述的合成法，其特征在于：所述对氨基苯甲酸烷基酯为对氨基苯甲酸甲酯或对氨基苯甲酸乙酯。
3.根据权利要求1所述的合成法，其特征在于：所述步骤（1）双-（对-羧基苯氨基）苯基氧化膦二烷基酯合成反应温度为40~80℃，反应时间6~16 h，其中优选反应温度50~60℃，反应时间8~12 h。
4.根据权利要求1所述的合成法，其特征在于：所述步骤（1）使用的稀盐酸浓度和用量以使其加入到所述固体产品后得到的盐酸洗涤液pH值为1~2；经稀盐酸洗涤后得到的固体再用纯水洗涤两次。
5.根据权利要求4所述的合成法，其特征在于：使用稀盐酸及纯水洗涤双-（对-羧基苯氨基）苯基氧化膦二烷基酯产品的废水可使用碳酸钠或碳酸钾中和至pH为9~11后，常规萃取法回收原料对氨基苯甲酸酯。
6.根据权利要求1所述的合成法，其特征在于：所述步骤（2）中醇-水混合溶剂为乙醇-水混合溶剂或乙醇-1,4-二氧六环-水混合溶剂，其中乙醇、1,4-二氧六环、水的体积浓度范围分别为30~70%、0~40%、10~50%。
7.根据权利要求1所述的合成法，其特征在于：所述步骤（2）中醇-水混合溶剂为乙醇-1,4-二氧六环-水混合溶剂，其中1,4-二氧六环为助溶剂，乙醇-1,4-二氧六环-水混合溶剂中乙醇、1,4-二氧六环、水的体积浓度范围为40~60%、10~30%、30~50%。
8.根据权利要求1-7任一项所述的合成法，其特征在于：双-（对-羧基苯氨基）苯基氧化膦二烷基酯中间体进行碱性皂化水解反应时，使用氢氧化钠或氢氧化钾为碱，其用量为双-（对-羧基苯氨基）苯基氧化膦二烷基酯摩尔比的2.0~2.5倍，反应中控制反应液pH值9~13，优选反应液pH值为10~12。
9.根据权利要求1-7任一项所述的合成法，其特征在于：双-（对-羧基苯氨基）苯基氧化膦二烷基酯中间体进行碱性皂化水解反应时，反应温度50~90℃，反应时间3~12 h，其中优选反应温度60~80℃，反应时间4~8 h。
10.根据权利要求1-7任一项所述的合成法，其特征在于：皂化水解反应完成后先使用盐酸调节反应体系pH值7~9，再减压蒸馏回收乙醇和/或1.4-二氧六环溶剂，回收得到的溶剂可直接用于皂化反应中。
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