CN115594644A - 一种苯并三唑类紫外线吸收剂的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种苯并三唑类紫外线吸收剂的制备方法。本发明的苯并三唑类紫外线吸收剂的制备方法包括如下步骤:在碱和溶剂存在下,将如式Ⅱ所示化合物与氢气在微反应器中进行连续流反应,得如式Ⅰ所示化合物。本发明的制备方法能够以高收率和高纯度获得产物;且高效、操作简单、安全性高和环保。
Description
技术领域
本发明属于苯并三唑类化合物的制备方法领域,具体地说,涉及一种苯并三唑类紫外线吸收剂的制备方法。
背景技术
苯并三唑类化合物是紫外线吸收剂中产量最大,品种最多的一类产品,国内外的研究也很活跃。这类紫外光吸收剂具有毒性低、挥发性弱、紫外光稳定性能好等特点,被广泛应用于聚合材料、防晒化妆品和采光材料的光化学改性。它可以提高聚合材料的稳定性、耐候性及抗衰老性能。
紫外线吸收剂2-(2′-羟基-5′-甲基苯基)苯并三氮唑(BTA),商品名为UV-P,是经典的苯并三唑类紫外线吸收剂,能高效地吸收外界紫外线,避免因紫外线过度辐射而引起的高分子材料老化、皮肤细胞癌变等诸多问题。现已广泛应用于有机玻璃、聚氯乙烯、聚苯乙烯等从而延长高分子材料的使用寿命。
目前,工业上应用成熟的UV-P合成方法一般是两步法合成工艺。第一步为芳香胺重氮化生成重氮盐,重氮盐与酚类化合物进行偶合反应生成2′-羟基-5′-甲基苯基偶氮苯(HAB);第二步为偶氮中间体经还原闭环生成紫外吸收剂UV-P。第一步的工艺路线成熟,但第二步中存在偶氮键易断裂、易生成胺类副产物等问题,一直以来都是研究的重点。
祝迎花在其硕士毕业论文“苯并三唑类紫外线吸收剂的合成工艺研究”中公开了一种葡萄糖和锌粉通过两步还原从偶氮苯化合物得到苯并三唑类光稳定剂的制备方法,实现了较高的产率,但是该工艺中锌粉对环境污染较大、反应流程复杂,生产成本高,同时产率和纯度低,依然有较大的提升空间。
专利CN103351349A公开了一种使用硫化钠和雷尼镍为还原剂常压加氢还原得到UV-P的制备方法。该工艺产生含硫废液,对水环境可造成污染,且具有反应流程复杂等缺点。
专利CN102432613A跳出传统的偶氮物中间体模式,采用新原料以一种全新的合成路线制备UV-P。虽然该工艺路线具有较大创新,但工艺时间久、反应中涉及的过氧化氢处理费用高,且产品收率有待提高。
发明内容
本发明要解决的技术问题是UV-P的产率和纯度不高、制备工艺繁杂且有污染,而提供一种苯并三唑类紫外线吸收剂的制备方法。本发明的制备方法具有产率高、纯度高、操作便捷和绿色安全的优势。
本发明提供了一种如式Ⅰ所示化合物的制备方法,其包括以下步骤:
在碱和溶剂存在下,将如式Ⅱ所示化合物与氢气在微反应器中进行连续流反应,得如式Ⅰ所示化合物;
所述制备方法中,所述碱可以为本领域此类反应常规的碱,优选为碱金属碱,进一步优选为氢氧化钠。
所述制备方法中,所述碱与所述如式Ⅱ所示化合物的摩尔比可以为本领域此类反应常规的摩尔比,优选为(2-8):1。
所述制备方法中,所述溶剂可以为本领域此类反应常规的溶剂,优选为水和醇类溶剂的混合溶剂。
所述制备方法中,所述醇类溶剂优选为C1-3醇类溶剂,例如乙醇。
所述制备方法中,所述醇类溶剂与所述水的体积比优选为(0.1-2):1,例如1:1。
所述制备方法中,所述混合溶剂优选为所述水和所述乙醇的混合溶剂,进一步优选体积比为1:1(v/v)的所述水和所述乙醇的混合溶剂。
所述制备方法中,所述溶剂可以不做具体限定,只要不影响反应进行即可。所述溶剂与所述如式Ⅱ所示化合物的质量比可以为(5-10):1。
所述制备方法中,所述连续流反应优选在催化剂存在下进行。
所述制备方法中,所述催化剂优选固定于微反应器内壁上。
所述制备方法中,所述催化剂可负载在常规的载体上,优选负载在碳上。
所述制备方法中,所述催化剂可为本领域常规催化剂,优选为Ni或Pd。
所述制备方法中,所述催化剂与所述如式Ⅱ所示化合物的摩尔比可以为本领域此类反应常规的摩尔比,优选为(0.01%-0.2%):1。
所述制备方法中,物料可采用多种方式以进行连续流反应,例如各个物料一起进料、各个物料分别各自进料或者其中的物料混合后与剩余的物料各自进料。在本发明中,所述如式Ⅱ所示化合物、碱和溶剂的混合物作为物料I,所述氢气作为物料II,优选分别通过微反应器进行连续流反应;更优选所述物料II在物料I进料后再进料。
其中,所述的物料I优选经高压恒流泵混合后进入微反应器进行连续流反应。所述的物料I可先预热至50-100℃,优选80-90℃。
所述制备方法中,所述氢气可经气体质量流量计进入微反应器。
所述制备方法中,所述连续流反应优选在保护气体下进行,例如氮气或惰性气体。
所述制备方法中,所述物料I与所述氢气进入微反应器前,可先向微反应器内多次通入保护气体置换,优选为2-5次,更优选为三次。
所述制备方法中,所述连续流反应可以在80-90℃的温度下进行。
所述制备方法中,所述氢气和所述如式Ⅱ所示化合物进行所述连续流反应的停留时间可为1-20min,优选为2min。
所述制备方法中,所述连续流反应还可在压力下进行,优选在0.2-4Mpa下进行,更优选为1.5-2.5Mpa下进行。
所述制备方法中,所述反应结束后还可以包括后处理,所述的后处理步骤包括如下步骤:
所述连续流反应结束后,反应混合物可经气液分离器分离为氢气和反应液;
将所述反应液经酸调节至pH为2-4后过滤、洗涤和干燥;优选pH为3。
所述后处理中,所述酸可以为无机酸,优选为硫酸,例如浓硫酸;
所述洗涤所用溶剂可为经C1-3醇类(例如甲醇);
所述干燥温度可以为50-70℃,优选为60℃。
在本发明某一实施方案中,所述连续流反应可在催化剂存在下进行,所述催化剂可为Ni或Pd,所述催化剂与所述如式Ⅱ所示化合物的摩尔比可以为(0.01%-0.2%):1;
所述连续流反应可以在80-90℃的温度下进行;
所述连续流反应还可在1.5-2.5Mpa下进行。
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所述连续流反应可以在80-90℃的温度下进行;
所述连续流反应还可在1.5-2.5Mpa下进行;
所述碱与所述如式Ⅱ所示化合物的摩尔比可以为(2-8):1;
所述溶剂与所述如式Ⅱ所示化合物的质量比可以为(5-10):1;
所述溶剂可为1:1(v/v)的所述水和所述乙醇的混合溶剂。
在本发明某一实施方案中,所述连续流反应可在催化剂存在下进行,所述催化剂可为Ni或Pd,所述催化剂与所述如式Ⅱ所示化合物的摩尔比可以为(0.01%-0.2%):1;
所述连续流反应可以在80-90℃的温度下进行;
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所述碱与所述如式Ⅱ所示化合物的摩尔比可以为(2-8):1;
所述溶剂与所述如式Ⅱ所示化合物的质量比可以为(5-10):1;
所述溶剂可为1:1(v/v)的所述水和所述乙醇的混合溶剂;
所述碱为碱金属碱;
所述氢气和所述如式Ⅱ所示化合物进行所述连续流反应的停留时间可为1-20min;
所述连续流反应可在保护气体下进行,例如氮气或惰性气体。
在符合本领域常识的基础上,上述各优选条件,可任意组合,即得本发明各较佳实例。
本发明所用试剂和原料均市售可得。
本发明的积极进步效果在于:通过微反应器,使得反应更加迅速、完全,反应产率可达92%以上,产物纯度可达99%以上;且操作安全便捷,整个反应过程安全环保。
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明,但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法,按照常规方法和条件,或按照商品说明书选择。
实施例1
(1)还原加氢
将催化剂Ni固定的芯片置于微反应器内微通道上,用氮气将微通道内气体置换3次,设置微通道反应器内温度为90℃。取2g偶氮中间体(2-硝基-(2′-羟基-5′-甲基)偶氮苯,如式Ⅱ所示)、2g氢氧化钠溶于30mL水和30mL乙醇的混合溶液,置于原料罐A中。在反应器达到90℃后,启动计量泵将混合溶液泵入微反应器,待进料稳定后,打开氢气钢瓶,启动气体质量流量计持续通入氢气,设置氢气压力为1.5MPa(氢气、溶液的停留时间2min),整套装置背压运行。反应后混合物在出口处通过气液分离器,收集液相产物,气体直接排空。
(2)反应后处理
液相产物用浓硫酸调节pH至3,过滤、甲醇洗涤沉淀,于60℃干燥后称重,制得UV-P(如式Ⅰ所示)1.61g,收率92.3%,纯度99.4%,保留时间6.2min。
HPLC测试条件:C18反相柱,流动相100%甲醇,流速0.8mL/min,紫外吸收波长290nm。
实施例2
(1)还原加氢
将催化剂Pd/C固定的芯片置于微反应器内微通道上,用氮气将微通道内气体置换3次,设置微通道反应器内温度为90℃。取2g偶氮中间体(如式Ⅱ所示)、2g氢氧化钠溶于30mL水和30mL乙醇的混合溶液,置于原料罐A中。在反应器达到90℃后,启动计量泵将混合溶液泵入反应器,启动气体质量流量计持续通入氢气,设置氢气压力为2.5MPa。反应后混合物在出口处通过气液分离器,收集液相产物,气体直接排空。
(2)反应后处理
液相产物用浓硫酸调节PH至3,过滤、甲醇洗涤沉淀,于60℃干燥后称重,即可制得UV-P(如式Ⅰ所示)1.62g,收率92.5%。通过与实施例1相同条件的液相色谱法测定,纯度99.1%。
实施例3
(1)还原加氢
将催化剂Ni固定的芯片置于微反应器内微通道,用氮气将微通道内气体置换3次,设置微通道反应器内温度为80℃。取2g偶氮中间体(如式Ⅱ所示)、2g氢氧化钠溶于30mL水和30mL乙醇的混合溶液,置于原料罐A中。在反应器达到80℃后,启动计量泵将混合溶液泵入反应器,启动气体质量流量计持续通入氢气,设置氢气压力为2.5MPa。反应后混合物在出口处通过气液分离器,收集液相产物,气体直接排空。
(2)反应后处理
液相产物用浓硫酸调节PH至3,过滤、甲醇洗涤沉淀,于60℃干燥后称重,即可制得UV-P1.61g,收率92.3%。通过通过与实施例1相同条件的液相色谱法测定,纯度99.3%。
由上述实施例可以得出,偶氮物中间体通过微通道反应器进行还原加氢反应后,收率达92%以上,纯度达99%以上,收率和纯度都有提高,即使预设温度、氢气压力、催化剂种类略有变化,依然能够达到非常好的收率和纯度。并且在整个反应过程中操作简单安全,绿色环保。
Claims (10)
2.如权利要求1所述如式Ⅰ所示化合物的制备方法,其特征在于,所述制备方法满足以下条件中的一种或多种:
①所述碱为碱金属碱;
②所述碱与所述如式Ⅱ所示化合物的摩尔比为(2-8):1;
③所述溶剂为水和醇类溶剂的混合溶剂;
④所述溶剂与所述如式Ⅱ所示化合物的质量比为(5-10):1;
⑤所述连续流反应在催化剂存在下进行;
⑦所述连续流反应在80-90℃的温度下进行;
⑧所述氢气和所述如式Ⅱ所示化合物进行所述连续流反应的停留时间为1-20min;
⑨所述连续流反应在压力下进行;
和⑩所述连续流反应在保护气体下进行。
4.如权利要求3所述的如式Ⅰ所示化合物的制备方法,其特征在于,
所述溶剂为乙醇和水的混合溶剂,例如体积比为1:1的水和乙醇的混合溶剂;
和/或,所述连续流反应在1.5-2.5Mpa下进行。
5.如权利要求1所述如式Ⅰ所示化合物的制备方法,其特征在于,所述如式Ⅱ所示化合物、碱和溶剂的混合物作为物料I,所述氢气作为物料II,分别通过微反应器进行连续流反应。
6.如权利要求5所述如式Ⅰ所示化合物的制备方法,其特征在于,所述制备方法满足以下条件中的一种或多种:
①所述的物料I经高压恒流泵混合后进入微反应器进行连续流反应;
②所述的物料I先预热至50-100℃,优选80-90℃;
③所述氢气经气体质量流量计进入微反应器;
④所述物料II在物料I进料后再进料;
⑤所述物料I与所述氢气进入微反应器前,先向微反应器内通入保护气体置换2-5次,优选三次。
7.如权利要求1-6任一项所述如式Ⅰ所示化合物的制备方法,其特征在于,所述连续流反应结束后还包括后处理,所述后处理步骤包括:所述连续流反应结束后,反应混合物经气液分离器分离为氢气和反应液;
将所述反应液经酸调节至pH为2-4、过滤、洗涤和干燥;
所述酸为无机酸,优选稀盐酸或稀硫酸;
所述洗涤所用的溶剂为C1-3醇类;
所述干燥的温度优选50-70℃。
8.如权利要求1所述如式Ⅰ所示化合物的制备方法,其特征在于,
所述连续流反应在催化剂存在下进行,所述催化剂为Ni或Pd,所述催化剂与所述如式Ⅱ所示化合物的摩尔比为(0.01%-0.2%):1;
所述连续流反应在80-90℃的温度下进行;
所述连续流反应在1.5-2.5Mpa下进行。
9.如权利要求8所述如式Ⅰ所示化合物的制备方法,其特征在于,
所述碱与所述如式Ⅱ所示化合物的摩尔比为(2-8):1;
所述溶剂与所述如式Ⅱ所示化合物的质量比为(5-10):1;
所述溶剂为体积比1:1的所述水和所述乙醇的混合溶剂。
10.如权利要求8或9所述如式Ⅰ所示化合物的制备方法,其特征在于,
所述碱为碱金属碱;
所述氢气和所述如式Ⅱ所示化合物进行所述连续流反应的停留时间为1-20min;
所述连续流反应可在保护气体下进行,所述保护气体为氮气或惰性气体。
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