CN114276260B - 一种防晒剂UV A Plus的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种防晒剂UVAPlus的制备方法，所述制备方法包含：步骤1、以邻苯二甲酸和N,N‑二乙氨基间苯酚为原料，在酸催化剂I存在的条件下，反应得到苯甲酸类化合物；步骤2、将苯甲酸类化合物与碳酸二己酯加入到反应容器中，在酸催化剂II存在的条件下，反应得到粗产品；步骤3、对粗产品进行后处理，得到UVAPlus。本发明的防晒剂UVAPlus的制备方法反应条件温和，对设备腐蚀性小、后处理简单，三废少，具有绿色环保的特点。

Description

一种防晒剂UV A Plus的制备方法

技术领域

本发明属于化工技术领域。具体地，本发明涉及一种防晒剂UV A Plus的制备方法。

背景技术

二乙氨基羟苯甲酰基苯甲酸己酯(如下式1所示)，是一种能吸收UVA的有机化合物，为BASF公司开发出的一种新型UVA(长波紫外线，包含UVA1(340～400nm)和UVA2(320～340nm)两个波段)吸收剂，并以UV A Plus为商品名上市。它大量吸收整个UVA波段紫外线，其中对波长354nm的紫外线吸收率最大。UV A Plus的紫外吸收波段和传统的丁基甲氧基二苯甲酰甲烷(AVB)相近，但是更注重于UVA1波段的防护，而且光化学稳定性好，与其它油脂的复配性佳，广泛用于防晒霜、护发制品、医用护肤品等化妆品行业，也可应用于树脂、感光材料和油墨等产品。

目前国内外报道有关UV A Plus的合成方法主要有三种：

(一)专利WO 03097578报道了以邻苯二甲酸酐和间二乙氨基苯酚为原料，通过傅-克酰化反应合成4-二乙氨基酮酸，然后在酸催化剂的作用下与正己醇进行酯化反应制得UVA Plus。但是该方法中中间体4-二乙氨基酮酸难以酯化，需采用几乎等当量的浓硫酸进行催化酯化，且反应时间较长，得到的UV A Plus粗品颜色深，杂质含量高，需通过复杂的过柱和降膜蒸馏才能得到合格的产品，因而生产工艺复杂，生产成本较高。

(二)韩国专利KR 20200002720也以邻苯二甲酸酐和间二乙氨基苯酚为原料，通过傅-克酰化反应合成4-二乙氨基酮酸，然后在碱的存在下与氯代正己烷发生醚化反应制得UV A Plus。但是制得的UV A Plus的收率只有86％，且产生较多的固废氯化钠需要处理，因而，该法的生产成本也相对较高。

(三)专利CN 111499529以邻苯二甲酸酐和正己醇为原料，先制得中间体邻苯二甲酸酐单己酯，然后在复合催化剂的作用下与间二乙氨基苯酚发生傅克反应制得UV A Plus。所用复合催化剂为无水氯化锌或无水三氯化铝与三氯化磷或三氯氧磷组成。但是该方法使用的复合催化剂，对设备腐蚀严重，产生的三废无法副产化，需填埋处理，必然增加生产成本。

综上所述，现有的UV A Plus的合成工艺存在收率较低、制备工艺复杂、三废较多，生产成本高的问题。因此，研发一种新的UV A Plus的合成工艺路线，对降低UV A Plus生产成本至关重要。

发明内容

因此，本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种防晒剂UV A Plus的制备方法。本发明首先以邻苯二甲酸为原料，在酸催化剂条件下，与N,N-二乙氨基间苯酚发生酯化反应，生成2-(4-二乙氨基-2-羟基苯甲酰基)苯甲酸(DHBA)。然后利用酸催化剂II，与碳酸二己酯发生酯化反应，得到UV A Plus。该方法反应条件温和，对设备腐蚀性小、后处理简单，三废少，具有绿色环保的特点。

第一方面，本发明提供一种防晒剂UV A Plus的制备方法。该制备方法包括以下步骤：

步骤1、以邻苯二甲酸和N,N-二乙氨基间苯酚为原料，在酸催化剂I存在的条件下，反应得到苯甲酸类化合物；

步骤2、将苯甲酸类化合物与碳酸二己酯加入到反应容器中，在酸催化剂II存在的条件下，反应得到粗产品；

步骤3、对粗产品进行后处理，得到UV A Plus。

第二方面，本发明提供一种由第一方面制备的防晒剂UV A Plus。

与现有技术相比，本发明防晒剂UV A Plus的制备方法具有以下优点：

(1)本发明以廉价易得的邻苯二甲酸为原料，在酸催化剂I条件下，与N,N-二乙氨基间苯酚发生酯化反应，生成的酯无需分离，直接重排成2-(4-二乙氨基-2-羟基苯甲酰基)苯甲酸(DHBA)，该过程的反应条件温和、操作简便、收率高、DHBA色泽浅；

(2)本发明酸催化剂II选择二氧化碳，催化碳酸二己酯与DHBA发生酯化反应，反应条件温和，对设备腐蚀性小、后处理简单，三废少，具有绿色环保的特点；

(3)本发明使用二氧化碳做催化剂，反应结束，可直接以气体形式排放或回收，后处理无需碱中和去除催化剂；

(4)本发明所得粗产品色泽浅，仅需通过简单的脱色，结晶即可获得化妆品级的UVA Plus产品，从而避免了传统工艺中需要过柱等操作；

(5)本发明具有三废少，绿色环保，操作简单，易于控制和易于实现工业化生产的特点。

附图说明

图1为本发明实施例1制得的2-(4-二乙氨基-2-羟基苯甲酰基)苯甲酸(DHBA)的HPLC谱图；

图2为本发明实施例3获得的重结晶后UV A Plus的GC谱图。

具体实施方式

下面通过优选实施方式和实施例对本发明进一步详细说明。通过这些说明，本发明的特点和优点将变得更为清楚明确。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

第一方面，本发明提供一种防晒剂UV A Plus的制备方法。该制备方法包括步骤1～3。其中

步骤1、以邻苯二甲酸和N,N-二乙氨基间苯酚为原料，在酸催化剂I存在的条件下，反应得到苯甲酸类化合物(即2-(4-二乙氨基-2-羟基苯甲酰基)苯甲酸(DHBA))。

具体地，步骤1的反应过程如下：

在该步骤1中，采用稍过量的邻苯二甲酸，以提高酯化反应的转化率。例如邻苯二甲酸和N,N-二乙氨基间苯酚的摩尔比为(1～1.6):1，优选为(1.1～1.4):1，更优选为(1.1～1.2):1。

在该步骤1中，酸催化剂I选自有机酸，优选选自有机磺酸，更优选为三氟甲基磺酸、对甲苯磺酸、樟脑磺酸和苯磺酸中的至少一者，例如对甲苯磺酸。这是由于对甲苯磺酸是一种强的固体有机酸，无氧化性，无炭化作用，具有选择性好，产品纯度高，对设备的腐蚀和三废污染小，且不易引起副反应，廉价易得，易于保存等优点。

为了加快酯化反应的转化率，需要加入合适量的酸催化剂I。经研究发现，酸催化剂I与N,N-二乙氨基间苯酚的摩尔比大于等于0.01:1小于等于0.5:1时，酯化效率逐渐提高，但是随着酸催化剂I的继续增加，酯化效率有所下降。因此本发明中酸催化剂I与N,N-二乙氨基间苯酚的摩尔比为(0.01～0.5):1，优选为(0.01～0.2):1，更优选为(0.02～0.09):1。

由于N,N-二乙氨基间苯酚及生成的产物都含有酚羟基，两者都易被空气中的氧气氧化成醌类杂质，尤其是高温条件下，氧化更明显；高温反应条件下，溶剂在空气条件下有爆燃风险，因此，在该步骤1中，选择在氮气或惰性气体气氛下进行反应。

在该步骤1中，反应温度为90～150℃，回流分水反应10～18h。优选地，反应温度100～130℃，反应12～16h；更优选地，反应温度110～120℃，反应13～15h。

经研究发现，反应温度小于90℃时，反应速率变慢或无法进行反应；反应温度大于150℃时，易生成非常难以去除的诺丹明等深色杂质。使用甲苯做溶剂，回流温度刚好在所需的温度范围内。反应时间取决于原料N,N-二乙氨基间苯酚(DEP)的转化率，要求DEP<3％；当满足这一指标时，所需的反应时间刚好在13～15h。

为了使反应能够完全且快速地进行，在该步骤1中还包括，在加入原料之前加入溶剂或将所述原料溶于溶剂中，或者与原料一起加入溶剂，其中溶剂优选选自C8-C18烷烃、苯、甲苯、二甲苯、叔丁基甲苯、三甲苯、环己烷、甲基环己烷、二甲基环己烷、C5-C10脂肪醚、苯基烷基醚中的至少一者；更优选为甲苯。

值得注意的是，本发明的甲苯不仅做溶剂，还起到带水剂的作用。但是甲苯的用量需控制在合适范围内，当甲苯的用量少时则起不到较好的带水效果，用量过多则导致反应物浓度过低，降低反应速率，且在后处理过程中反应产物损失也增多。当选用甲苯做带水剂时，甲苯的用量与醇酸的种类、醇酸摩尔比和所用的催化剂种类等均有关，尤其是与所用催化剂种类关系密切。因此本发明选用对甲苯磺酸做催化剂时，甲苯与对甲苯磺酸的摩尔比为(70～130):1，优选为(80～120):1，更优选为(90～110):1。

在步骤1中，通过以廉价易得的邻苯二甲酸为原料，在酸催化剂I对甲苯磺酸和带水剂甲苯存在下，与N,N-二乙氨基间苯酚发生酯化反应，生成的酯无需分离，直接重排成DHBA。该反应条件温和、操作简便、收率高且生成的DHBA色泽浅。

在步骤1中，将所得的苯甲酸类化合物进行结晶、烘干。

优选地，使用醇类溶剂对苯甲酸类化合物进行结晶，例如甲醇、乙醇、异丙醇、仲丁醇等。

步骤2、将苯甲酸类化合物与碳酸二己酯加入到反应容器中，在酸催化剂II存在的条件下，反应得到粗产品。

具体地，步骤2的反应过程如下：

在该步骤2中，酸催化剂II选自酸性气体，酸性气体优选选自硫氧化物、氮氧化物、硫化氢和二氧化碳中的至少一者，例如二氧化碳。

其中，在该过程中以压力达到1MPa为准，一次性通入二氧化碳。二氧化碳起催化剂作用，催化DHBA与碳酸二己酯反应生成UV A Plus。

为了保证酸性气体的纯度以及催化效率，在步骤2之前，利用酸性气体置换反应容器中的空气，可置换一次或多次，优选置换至少3次，从而使得反应容器中充满酸性气体。

在该步骤2中，苯甲酸类化合物与碳酸二己酯的摩尔比为1:(1.1～7)，优选为1:(1.8～5)，更优选为1:(3～5)；这是由于碳酸二己酯既是反应物，又是溶剂，需过量较多；碳酸二己酯大大过量，有利于原料和产物充分溶解，利于传热和传质，加快反应速率和减少副反应的发生。

在该步骤2中，反应温度为90～120℃，和/或反应压力不超过9.0MPa。

经研究发现，酸催化剂II二氧化碳酸性较弱，催化酯化反应需要较高的温度才能进行，在选定的温度条件下，会产生对应的自生压力，如选定90-120℃，自生压力在9MPa以内。过低的反应温度反应缓慢或不进行，过高的反应温度，将生成杂质(如分子内酯交换生成内酯)、焦油等。)

在步骤2中，其一，使用二氧化碳做催化剂，催化碳酸二己酯与DHBA发生酯化反应，反应条件温和，对设备腐蚀性小、后处理简单，三废少，具有绿色环保的特点，因此避免了传统使用等当量的浓硫酸催化己醇与DHBA酯化反应，后处理复杂、酯化产品颜色深、对设备腐蚀严重、三废多、对环境污染大等缺点。

其二，使用廉价的二氧化碳做催化剂，反应结束后可直接以气体形式排放或回收，后处理无需碱中和去除催化剂。

步骤3、对粗产品进行后处理，得到UV A Plus。

优选地，在步骤3中，后处理包括析晶、脱色、蒸馏、重结晶和烘干中的至少一者。

进一步优选地，后处理包括至少一次析晶、至少一次脱色、蒸馏、重结晶和烘干。具体地，后处理包括一次析晶、蒸馏、一次脱色、重结晶和烘干或者一次析晶、蒸馏、一次脱色、二次析晶、二次脱色、重结晶和烘干。

具体地，一次析晶的主要过程包括：将步骤2的粗产品降温处理，降温至15～25℃，加入一定量的晶种(例如0.1～1g，其中该晶种为满足化妆品标准的UV A Plus)，保温搅拌，然后以8～10℃/h降温至-10～-5℃，保温搅拌，得到一次析晶的滤饼。

具体地，蒸馏的主要过程包括：将一次析晶的滤饼和水混合，控制真空度10～15mmHg，温度逐步升高到128℃，当温度达到～128℃(严禁超过130℃)，且无馏分采出时，提高真空度至1～2mmHg，继续蒸馏1～3h。

具体地，一次脱色的主要过程包括：将蒸馏的馏底溶解，然后加入脱色剂(如活性炭)，搅拌、过滤、洗涤，得到一次脱色的滤液。

具体地，二次析晶的主要过程包括：将一次脱色的滤液降温处理，降温至15～25℃，加入一定量的晶种(例如0.1～1g，其中该晶种为满足化妆品标准的UV A Plus)，保温搅拌，然后以8～10℃/h降温至0～5℃，保温、过滤、洗涤，得到二次析晶的滤饼。

具体地，二次脱色的主要过程包括：将二次析晶的滤饼溶解，然后加入脱色剂(如活性炭)，搅拌、过滤、洗涤，得到二次脱色的滤液和滤饼，该滤饼下一批一次脱色套用。

具体地，重结晶的主要过程包括：将二次脱色的滤液降温处理，加入一定量的晶种(例如0.1～1g，其中该晶种为满足化妆品标准的UV A Plus)，保温搅拌，然后以8～10℃/h降温至0～5℃，保温、过滤、洗涤，得到重结晶的滤饼，重结晶母液可以用做下一批一次脱色或二次析晶过程的溶剂。

具体地，烘干的主要过程包括：将重结晶的滤饼进行真空分段烘干，烘干至干燥失重LOD小于0.25％，得到UV A Plus。

例如，控制真空烘箱真空度10～15mmHg，每隔一段时间(1～3h)升高5℃；然后继续抽真空(如真空度为3～5mmHg)，每隔一段时间(1～3h)升高4℃，升温到54℃时，保温烘干直至LOD小于0.25％。

由于重结晶的滤饼中含有溶剂，直接升温烘干，因升温快会造成滤饼局部溶解而结团，因此，需逐步升温，分段烘干，保证滤饼不发生局部溶解而结团。

在本发明中，制备的粗产品色泽浅，仅通过简单的后处理就能够获得化妆品级的UV A Plus，从而避免了传统工艺中需要过柱等操作。

第二方面，本发明提供一种由第一方面制备的防晒剂UV A Plus。

对第一方面制备的UV A Plus进行检测，其检测结果表明，所述UV A Plus完全满足化妆品级的规格标准，具体测试结果如下：

以下将通过实施例对本发明进行详细描述。应当能够理解的是，以下实施例仅用于进一步解释和说明本发明的内容，而不用于限制本发明。

值得注意的是，以下实施例中所用的试剂均为分析纯级试剂，且可从正规渠道商购获得。

实施例1

在氮气保护下，将199.25g邻苯二甲酸，319.7g甲苯，165.2g N,N-二乙氨基间苯酚，和6.6g对甲苯磺酸加入到带温度计、搅拌棒、冷凝器、分水器的1L四口烧瓶中。加热至110℃，回流分水反应13～15h，至N,N-二乙氨基间苯酚(DEP)<1.0％(HPLC)结束反应。然后甲醇结晶，烘干得295.18g 2-(4-二乙氨基-2-羟基苯甲酰基)苯甲酸(DHBA)，收率94.2％，HPLC检测其纯度为99.82％，其HPLC谱图如图1所示。

实施例2

取156.7g实施例1制得的DHBA和508.68g碳酸二己酯加入到干燥洁净、带温度计和搅拌棒的1L高压釜中。密闭高压釜，用二氧化碳气体置换釜内空气3次。向高压釜中通入二氧化碳至釜内压力达到1MPa，开启搅拌，加热升温，控制釜内物料温度在100～110℃。随反应的进行，釜内压力逐渐升高，最高压力可达到8.2～8.7MPa，当压力不再升高时(约反应6～7h)，取样，当DHBA≤0.5％(HPLC)时停止反应。将釜内温度降至50～60℃，并将釜内压力泄至常压，抽出釜内物料，得到636.3g反应液，HPLC检测DHBA含量为0.0684％，UV A Plus纯度为98.7088％。

实施例3

将实施例2所得的所有反应液加入到带搅拌棒、温度计、冷凝管的1000mL四口烧瓶中，降温至20～22℃，加入0.3g晶种(化妆品级的UV A Plus)，保温搅拌2h，以10℃/h降温至-10～-5℃，保温搅拌4h，过滤，得245.7g一次析晶滤饼，HPLC检测DHBA含量为0.00127％，UV A Plus纯度为99.6571％。

将245.7g一次析晶滤饼和50g水置于干燥洁净的带蒸馏装置的1000mL四口烧瓶中，控制真空度10～15mmHg，温度升高到128℃，当温度达到～128℃(温度严禁超过130℃)，且无馏分采出时，提高真空度至1～2mmHg，继续蒸馏1～3h，取馏底样检测GC，若正己醇≤0.1％，正己醚≤0.1％时，停止蒸馏，得到225.6g馏底。HPLC检测无DHBA，UV A Plus纯度99.7327％。

将225.6g馏底和500.0g甲醇(KF≤0.25％)加入至带搅拌棒、温度计、冷凝管的1000mL四口烧瓶中，升温至33～37℃溶解，加入45.6g活性炭，保温搅拌2h。过滤，滤饼用96.0g甲醇打洗，得到783.5g一次脱色滤液，和32.5g一次脱色滤饼，一次脱色滤饼去环保焚烧处理。

将783.5g滤液加入到带搅拌棒、温度计、冷凝管的1000mL四口烧瓶中，降温至20～22℃，加入0.3g晶种，保温搅拌2h。再以8～10℃/h降温至0～5℃，保温1h，过滤，150g甲醇洗涤，得到224.9g二次析晶滤饼。HPLC检测无DHBA，UV A Plus纯度99.8385％。

将224.9g二次析晶滤饼，和596.25g甲醇加入到带搅拌棒、温度计、冷凝管的1000mL四口烧瓶中，升温至33～37℃溶解，加入19.8g活性炭，保温搅拌2h，趁热过滤，得到45.8g二次脱色滤饼，和766.4g二次脱色滤液。二次脱色滤饼下批一次脱色套用。

将766.4g二次脱色滤液加入带搅拌棒、温度计、冷凝管的1000mL四口烧瓶中，降温至20～22℃，加入0.30g晶种，保温搅拌2h。以8～10℃/h降温至0～5℃，保温1h，过滤，使用150.0g甲醇(0～5℃)打洗滤饼，得191.8g重结晶滤饼。经GC检测，该重结晶后获得的UV APlus纯度为99.79％，其GC谱图如图2所示。

将191.8g重结晶滤饼置于真空烘箱中，控制真空度10～15mmHg，于25～30℃烘2h，30～35℃烘2h，35～40℃烘2h，控制真空度3～5mmHg，45～49℃烘2h，50～54℃烘干至干燥失重LOD<0.25％，得到184.9g UV A Plus，收率为92.75％。

以上结合了优选的实施例对本发明进行了说明，不过这些实施例仅是范例性的，仅起到说明性的作用。在此基础上，可以对本发明进行多种替换和改进，这些均落入本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种防晒剂UV A Plus的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、以邻苯二甲酸和N,N-二乙氨基间苯酚为原料，在酸催化剂I存在的条件下，反应得到苯甲酸类化合物；

步骤2、将苯甲酸类化合物与碳酸二己酯加入到反应容器中，在酸催化剂II存在的条件下，反应得到粗产品；

步骤3、对所述粗产品进行后处理，得到UV A Plus；

在步骤1中，

所述酸催化剂I选自三氟甲基磺酸、对甲苯磺酸、樟脑磺酸和苯磺酸中的至少一者；

在氮气或惰性气体气氛下进行反应；和

反应温度为90～150℃，回流分水反应10～18h；

在步骤2中，

酸催化剂II为二氧化碳；

在步骤2之前，利用二氧化碳置换反应容器中的空气；

在步骤2中，

苯甲酸类化合物与碳酸二己酯的摩尔比为1:(1.1~7)；

反应温度为90～120℃，和

反应压力不超过9.0MPa。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，

在步骤1中还包括，在加入原料之前加入溶剂或将所述原料溶于溶剂中，或者与原料一起加入溶剂，所述溶剂选自C8-C18烷烃、苯、甲苯、二甲苯、叔丁基甲苯、三甲苯、环己烷、甲基环己烷、二甲基环己烷、C5-C10脂肪醚、苯基烷基醚中的至少一者；

在步骤1中，将所得的苯甲酸类化合物进行结晶、烘干。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，利用二氧化碳置换反应容器中的空气至少3次。

4.根据权利要求1至3之一所述的制备方法，其特征在于，在步骤3中，所述后处理包括析晶、脱色、蒸馏、重结晶和烘干中的至少一者。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述后处理包括至少一次析晶、至少一次脱色、蒸馏、重结晶和烘干。