CN115160133A - 一种烯丙基含氟（甲基）丙烯酸酯的制备方法 - Google Patents

一种烯丙基含氟（甲基）丙烯酸酯的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明具体涉及一种烯丙基含氟(甲基)丙烯酸酯的制备方法。该制备方法包括步骤：S1：将烯丙基卤化物在无水乙醚或四氢呋喃中和金属镁作用制备得到烯丙基卤化镁试剂；S2：将烯丙基卤化镁试剂和氟醛或氟酮加成并经水解后制备得到烯丙基含氟醇；S3：将烯丙基含氟醇和(甲基)丙烯酰氯或(甲基)丙烯酸反应制备得到烯丙基含氟(甲基)丙烯酸酯。本申请提供的制备方法反应速度快、条件温和、可控性强且安全性；所制备的烯丙基含氟(甲基)丙烯酸酯含有两个碳碳双键，可聚合形成网状结构，是重要的聚合单体和有机合成中间体，通过引入氟原子使其具备低折射率与优异的拒水拒油性能。

Description

一种烯丙基含氟（甲基）丙烯酸酯的制备方法
技术领域
本发明属于含氟单体制备技术领域，具体涉及一种烯丙基含氟(甲基) 丙烯酸酯的制备方法。
背景技术
含氟(甲基)丙烯酸酯材料具有优秀的耐水耐油性、热稳定性、化学稳定性以及低折射率等特点，近年来在涂料、胶粘剂、电子设备等领域都有广泛的应用。目前市场上的含氟丙烯酸酯如(甲基)丙烯酸三氟乙酯、(甲基)丙烯酸六氟丁酯、(甲基)丙烯酸六氟异丙酯、全氟己基乙基(甲基) 丙烯酸酯等都是单官能团单体，自身聚合无法形成交联网状结构，应用时力学性能和耐热性能等受到限制，而添加不含氟的交联单体则会带来相容性的问题，并且会使材料的折射率增大，拒水拒油性能下降，从而带来材料性能的损失。而双官能团含氟丙烯酸酯如烯丙基含氟丙烯酸酯则可避免上述问题，因为同是含氟单体，所以相容性会很好，而且材料本身较低的折射率，不会带来器件光学性能的损失。
发明内容
针对以上技术问题，本发明的目的在于提供一种烯丙基含氟(甲基)丙烯酸酯的制备方法，该单体为双官能团含氟丙烯酸酯，含氟基团的引入使其具备低折射率与优异的拒水拒油性能；双官能团匹配设计使其自身能够聚合形成交联网状结构，提高材料的力学强度及耐热性能。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
一种烯丙基含氟(甲基)丙烯酸酯的制备方法，包括步骤：
S1：将烯丙基卤化物在无水乙醚或四氢呋喃中和金属镁作用制备得到烯丙基卤化镁试剂；
S2：将烯丙基卤化镁试剂和氟醛或氟酮加成并经水解后制备得到烯丙基含氟醇；
S3：将烯丙基含氟醇和(甲基)丙烯酰氯或(甲基)丙烯酸反应制备得到烯丙基含氟(甲基)丙烯酸酯。
一些实施方案中，在步骤S1中，所述烯丙基卤化物为烯丙基氯或烯丙基溴或烯丙基碘，其反应活性为烯丙基氯＜烯丙基溴＜烯丙基碘。
一些实施方案中，所述步骤S1具体为：
将适量镁粉添加至干燥的三口玻璃烧瓶中，加入四氢呋喃或乙醚溶剂将镁粉浸没后冷冻放置，溶剂的加入量为镁粉质量的10-40倍，优选15-30 倍；将烯丙基卤化物添加至恒压滴液漏斗中，镁粉与烯丙基卤化物的物质的量之比为1:1-2:1，优选1:1-1.5:1，滴液漏斗中加入烯丙基卤化物1-2倍质量的四氢呋喃或乙醚溶剂稀释；向三口玻璃烧瓶中滴加烯丙基卤化物溶液，搅拌至完全反应后得到烯丙基卤化镁试剂。
一些实施方案中，在步骤S2中，
所述氟醛为三氟乙醛或五氟丙醛；所述氟酮选自六氟丙酮、1,1,1,3-四氟丙酮、五氟丙酮、1,1,3-三氯-1,3,3-三氟丙酮、1,1,1-三氯三氟丙酮、1,3-二氯- 1,1,3,3-四氟丙酮、1,1-二氯-1,3,3,3-四氟丙酮、1-氯-1,1,3,3,3-五氟丙酮、3,3- 二氟-1,1,1,3-四氯丙酮及1,3-二氟四氯丙酮中的至少一种。
一些实施方案中，所述步骤S2具体为：
向盛放烯丙基卤化镁试剂的容器中通入含氟丙酮，待至反应结束后，搅拌物料并缓慢添加盐酸溶液至固体物溶解，静置后分液，取油相水洗到近中性，加入无水硫酸钠或者无水硫酸镁干燥后常压精馏得到烯丙基含氟异丙醇。
一些实施方案中，所述步骤S3具体为：
将计量的烯丙基含氟醇加入烧瓶并添加适量三乙胺置于冰水浴中，逐步滴加(甲基)丙烯酰氯，搅拌至反应完全后滴加甲醇或者乙醇中和未反应的 (甲基)丙烯酰氯，然后用去离子水将物料洗涤至中性，分离出油相后加入无水硫酸钠或者无水硫酸镁干燥减压精馏得到烯丙基含氟(甲基)丙烯酸酯。
一些实施方案中，步骤S1中的反应温度为-20-40℃，反应时间为2-8h；和/或，步骤S2中的反应温度为10-60℃，反应时间为5-40h；和/或，步骤 S3中的反应温度为-10-40℃。
一些实施方案中，步骤S1中的反应温度为-15-30℃，反应时间为3-6h；和/或，步骤S2中的反应温度为20-40℃，反应时间为10-20h；和/或，步骤 S3中的反应温度为0-30℃。
本发明采用以上技术方案至少具有如下的有益效果：
1.本申请工艺制备所得的烯丙基含氟(甲基)丙烯酸酯为含有两个不饱和碳碳双键的活泼单体，是重要的聚合单体和有机合成中间体，可用于合成偶联剂，广泛用于涂料、胶粘剂及电子设备组装领域，具备较佳的力学强度及耐热性能；
2.本申请工艺制备所得的烯丙基含氟(甲基)丙烯酸酯为含有两个不饱和碳碳双键的活泼单体，固化时可形成网状交联结构，从而提高材料的力学性能和耐热性能；
3.本申请工艺制备所得的烯丙基含氟(甲基)丙烯酸酯通过氟原子的引入使其具备低折射率与优异的拒水拒油性能，适用光学器件及日益严苛的电子封装领域保证信号传输的可靠性；
4.本申请提供的制备方法反应速度快、条件温和、可控性强且安全性高。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。实施例中所用到的各种常用物料，均为市售产品。
本申请提供一种烯丙基含氟(甲基)丙烯酸酯的制备方法，包括步骤：
S1：将烯丙基卤化物在无水乙醚或四氢呋喃中和金属镁作用制备得到烯丙基卤化镁试剂。
其中，烯丙基卤化物为烯丙基氯或烯丙基溴或烯丙基碘，其反应活性为烯丙基氯＜烯丙基溴＜烯丙基碘。
S2：将烯丙基卤化镁试剂和氟醛或氟酮加成并经水解后制备得到烯丙基含氟醇。
其中，氟醛为三氟乙醛或五氟丙醛；氟酮选自六氟丙酮、1,1,1,3-四氟丙酮、五氟丙酮、1,1,3-三氯-1,3,3-三氟丙酮、1,1,1-三氯三氟丙酮、1,3-二氯- 1,1,3,3-四氟丙酮、1,1-二氯-1,3,3,3-四氟丙酮、1-氯-1,1,3,3,3-五氟丙酮、3,3- 二氟-1,1,1,3-四氯丙酮、1,3-二氟四氯丙酮中的至少一种。
S3：将烯丙基含氟醇和(甲基)丙烯酰氯或(甲基)丙烯酸反应制备得到烯丙基含氟(甲基)丙烯酸酯。
一些实施方式，步骤S1中的反应温度为-20-40℃，优选为-15-30℃；反应时间为2-8h；优选为3-6h；步骤S2中的反应温度为10-60℃，优选为20- 40℃，反应时间为5-40h，优选为10-20h；步骤S3中的反应温度为-10- 40℃，优选为0-30℃。
一些实施例中，具体采用以下工艺合成步骤：
实施例1：
在干燥的1L三口玻璃烧瓶内加入镁粉20g，四氢呋喃500g，一小粒碘，然后放置在冷冻机内；恒压滴液漏斗中加烯丙基溴91g，四氢呋喃160g；控制冷冻机温度和滴加速率，使物料反应温度维持在10℃左右，5h滴加完毕，继续搅拌1h。
该实施方式具体反应参见示意图1：
CH2＝CH-CH2-Br+Mg→CH2＝CH-CH2-MgBr
示意图1
实施例2：
在干燥的1L三口玻璃烧瓶内加入镁粉20g，四氢呋喃500g，一小粒碘，然后放置在冷冻机内；恒压滴液漏斗中加烯丙基氯60g，四氢呋喃120g；控制冷冻机温度和滴加速率，使物料反应温度维持在5℃左右，6h滴加完毕，继续搅拌1h。
该实施方式具体反应参见示意图2：
CH2＝CH-CH2-Cl+Mg→CH2＝CH-CH2-MgCl
示意图2
实施例3
往实施例1中三口玻璃烧瓶中通入六氟丙酮气体，用气体流量计控制通入速率，20h内通入130g，反应温度30℃；六氟丙酮通入完毕后，继续搅拌 2h；将13g氯化铵溶解在200mL水中，滴加到烧瓶内，烧瓶内产生大量沉淀；缓慢滴加150mL浓度为3mol/L盐酸，瓶内固体物溶解；将物料转移到分液漏斗中，分出油相，并用去离子水清洗、分液数次到水相为近中性，然后分出油相，加5g无水硫酸钠干燥24h；常压蒸馏得到烯丙基六氟异丙醇。
该实施方式具体反应参见示意图3：
Figure BDA0003689197580000061
实施例4：
往实施例2中三口玻璃烧瓶中通入五氟丙酮气体，用气体流量计控制通入速率，20h内通入116g，反应温度35℃；五氟丙酮通入完毕后，继续搅拌 2h；将13g氯化铵溶解在200mL水中，滴加到烧瓶内，烧瓶内产生大量沉淀；缓慢滴加150mL浓度为3mol/L盐酸，瓶内固体物溶解；将物料转移到分液漏斗中，分出油相，并用去离子水清洗、分液数次到水相为近中性，然后分出油相，加5g无水硫酸钠干燥24h；常压蒸馏得到烯丙基五氟异丙醇。
该实施方式具体反应参见示意图4：
Figure BDA0003689197580000062
实施例5：
在250mL烧瓶中加入实施例3中制备的烯丙基六氟异丙醇40g，三乙胺 10g，烧瓶置于冰水浴中搅拌，2h内滴加24g甲基丙烯酰氯，滴加完毕后，常温搅拌4h，然后加入甲醇20g，搅拌1h，再加去离子水50g搅拌后转移到分液漏斗中，分出油相，油相加水洗涤到近中性后加无水硫酸钠5g静置24h过滤，滤液先常压蒸馏去除低沸物，再减压精馏得到甲基丙烯酸烯丙基六氟异丙酯。
该实施方式具体反应参见示意图5：
Figure BDA0003689197580000071
实施例6：
在250mL烧瓶中加入实施例4中制备的烯丙基五氟异丙醇50g，三乙胺 15g，烧瓶置于冰水浴中搅拌，2h内滴加30g甲基丙烯酰氯，滴加完毕后，常温搅拌4h，然后加入甲醇20g，搅拌1h，再加去离子水50g搅拌后转移到分液漏斗中，分出油相，油相加水洗涤到近中性后加无水硫酸钠5g静置24h过滤，滤液先常压蒸馏去除低沸物，再减压精馏得到甲基丙烯酸烯丙基五氟异丙酯。
该实施方式具体反应参见示意图6：
Figure BDA0003689197580000072
实施例7：
取二丙烯酸二乙二醇酯10g，γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷1g，混合均匀后加入实例5中制备的甲基丙烯酸烯丙基六氟异丙酯调节物料的折射率为1.42，然后加入0.2g偶氮二异丁酸二甲酯混合均匀后涂在两片玻璃之间，于80℃加热12h后，测试剥离强度为1.95Kgf。
实施例8：
取二丙烯酸二乙二醇酯10g，γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷1g，混合均匀后加入实例6中制备的甲基丙烯酸烯丙基五氟异丙酯调节物料的折射率为1.42，然后加入0.2g偶氮二异丁酸二甲酯混合均匀后涂在两片玻璃之间，于80℃加热12h后，测试剥离强度为2.01Kgf。
对比例：
取二丙烯酸二乙二醇酯10g，γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷1g，混合均匀后加入甲基丙烯酸六氟丁酯调节物料的折射率为1.42，然后加入 0.2g偶氮二异丁酸二甲酯混合均匀涂在两片玻璃之间，于80℃加热12h后，测试剥离强度为1.56Kgf。
本申请先用烯丙基卤化物和镁在四氢呋喃或乙醚中反应制备烯丙基卤化镁试剂；然后将烯丙基卤化镁试剂和含氟丙酮反应后水解制备得到烯丙基含氟异丙醇；再以烯丙基含氟异丙醇和(甲基)丙烯酰氯或(甲基)丙烯酸反应制备得到(甲基)丙烯酸烯丙基含氟异丙酯，反应速度快、条件温和、可控性强且安全性高。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种烯丙基含氟(甲基)丙烯酸酯的制备方法，其特征在于，包括步骤：
S1：将烯丙基卤化物在无水乙醚或四氢呋喃中和金属镁作用制备得到烯丙基卤化镁试剂；
S2：将烯丙基卤化镁试剂和氟醛或氟酮加成并经水解后制备得到烯丙基含氟醇；
S3：将烯丙基含氟醇和(甲基)丙烯酰氯或(甲基)丙烯酸反应制备得到烯丙基含氟(甲基)丙烯酸酯。
2.根据权利要求1所述的一种烯丙基含氟(甲基)丙烯酸酯的制备方法，其特征在于，
在步骤S1中，所述烯丙基卤化物为烯丙基氯或烯丙基溴或烯丙基碘，其反应活性为烯丙基氯＜烯丙基溴＜烯丙基碘。
3.根据权利要求1或2所述的一种烯丙基含氟(甲基)丙烯酸酯的制备方法，其特征在于，所述步骤S1具体为：
将适量镁粉添加至干燥的三口玻璃烧瓶中，加入四氢呋喃或乙醚溶剂将镁粉浸没后冷冻放置，溶剂的加入量为镁粉质量的10-40倍，优选15-30倍；
将烯丙基卤化物添加至恒压滴液漏斗中，镁粉与烯丙基卤化物的物质的量之比为1:1-2:1，优选1:1-1.5:1，滴液漏斗中加入烯丙基卤化物1-2倍质量的四氢呋喃或乙醚溶剂稀释；
向三口玻璃烧瓶中滴加烯丙基卤化物溶液，搅拌至完全反应后得到烯丙基卤化镁试剂。
4.根据权利要求1所述的一种烯丙基含氟(甲基)丙烯酸酯的制备方法，其特征在于，在步骤S2中，
所述氟醛为三氟乙醛或五氟丙醛；
所述氟酮选自六氟丙酮、1,1,1,3-四氟丙酮、五氟丙酮、1,1,3-三氯-1,3,3-三氟丙酮、1,1,1-三氯三氟丙酮、1,3-二氯-1,1,3,3-四氟丙酮、1,1-二氯-1,3,3,3-四氟丙酮、1-氯-1,1,3,3,3-五氟丙酮、3,3-二氟-1,1,1,3-四氯丙酮及1,3-二氟四氯丙酮中的至少一种。
5.根据权利要求4所述的一种烯丙基含氟(甲基)丙烯酸酯的制备方法，其特征在于，所述步骤S2具体为：
向盛放烯丙基卤化镁试剂的容器中加入含氟丙酮，待至反应结束后，搅拌物料并缓慢添加盐酸溶液至固体物溶解，静置后分液，取油相水洗到近中性，加入无水硫酸钠或者无水硫酸镁干燥后常压精馏得到烯丙基含氟异丙醇。
6.根据权利要求1所述的一种烯丙基含氟(甲基)丙烯酸酯的制备方法，其特征在于，所述步骤S3具体为：
将计量的烯丙基含氟醇加入烧瓶并添加适量三乙胺混合置于冰水浴中，逐步滴加(甲基)丙烯酰氯，搅拌至反应完全后滴加甲醇或者乙醇中和未反应的(甲基)丙烯酰氯，然后用去离子水将物料洗涤至中性，分离出油相后加入无水硫酸钠或者无水硫酸镁干燥减压精馏得到烯丙基含氟(甲基)丙烯酸酯。
7.根据权利要求1所述的一种烯丙基含氟(甲基)丙烯酸酯的制备方法，其特征在于，
步骤S1中的反应温度为-20-40℃，反应时间为2-8h；和/或，
步骤S2中的反应温度为10-60℃，反应时间为5-40h和/或，
步骤S3中的反应温度为-10-40℃。
8.根据权利要求1所述的一种烯丙基含氟(甲基)丙烯酸酯的制备方法，其特征在于，
步骤S1中的反应温度为-15-30℃，反应时间为3-6h；和/或，
步骤S2中的反应温度为20-40℃，反应时间为10-20h；和/或，
步骤S3中的反应温度为0-30℃。
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