CN1454897A - 生产苯酚鏻盐的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种生产于室温下是液体形式的高纯度苯酚四苯基鏻盐的方法,该方法包括(i)在碱性水溶液中于0-55℃使卤化四苯基鏻和苯酚反应,苯酚对卤化四苯基鏻的摩尔比为≥10∶1,pH为9.5-11,得到含有有机相和水相的物质体系;和(ii)反应完成后加入水溶液和微溶的醇,以便从有机相中分离水相。所生产的苯酚鏻盐适合作为酯交换反应的催化剂,特别是作为生产无溶剂热塑性聚碳酸酯的催化剂。
Description
发明的领域
本发明涉及苯酚鏻盐,更具体地说涉及液体形式的苯酚鏻盐,以及它们在制造聚碳酸酯的酯交换反应中作为催化剂的用途。
发明的概述
生产于室温下是液体形式的高纯度苯酚四苯基鏻盐已经被公开。该方法包括(i)在碱性水溶液中于直到55℃的温度下,使卤化四苯基鏻和苯酚反应,苯酚和卤化四苯基鏻的摩尔比为≥10∶1,pH为9.5-11,得到包括有机相和水相的物质体系;和(ii)反应完成后加入水和微溶的醇的溶液,以便从有机相中分离水相,如此得到的苯酚鏻盐,其适合于用作酯交换反应的催化剂,特别适合于无溶剂法生产热塑性聚碳酸酯。
背景技术
苯酚鏻盐的生产方法是从DE-A19727351和WO 01/46100公知的。上述文献记载了作为苯酚加合物以晶体形式合成的高纯度苯酚鏻盐的方法。当温度超过45℃溶解在苯酚中时,上述方法得到的苯酚鏻盐的苯酚加合物以大的工业规模在熔融酯交换法生产聚碳酸酯中作为酯交换催化剂使用。
假如苯酚鏻盐的苯酚加合物在熔融酯交换法中作为酯交换催化剂被使用,催化剂的纯度是非常重要的,杂质可能改变酯交换反应中的活性,颜色及付反应。
DE-A-19910745公开了苯酚四苯基鏻盐(TPP-P)和苯酚的配方,在室温下是液体,在苯酚中TPP-P的含量是28-45W%,这可能将催化剂以液体状态加入,并且不必在加入前提高温度,也没有外加物质和添加剂。通过混合由DE-A19727351和WO 01/46100得到的高纯度晶体TPP-P苯酚加合物和适当量的苯酚得到液体形式的配方,以保证所得配方的纯度。但是在大规模生产中,直接加入室温下为液体形式并由上述方法得到的催化剂配方,在连续熔融酯交换法生产聚碳酸酯时是不可行的,这是因为催化剂浓度的增加,如果再用苯酚稀释,总的来说使该方法很麻烦。另外在大规模生产中,在各种混合和稀释步骤中很难维持保证催化剂质量不变的惰性条件。
然而,假如可以直接合成在室温下是液体的DE 19810745所述的TPP-P的催化剂配方,就有利于包装和储存。事实上苯酚鏻盐的苯酚加合物通常在分开的设备中生产,这些设备可以从酯交换过程中移动,因此使用前就使催化剂可以储存。为了维持储存期间催化剂有稳定的高催化质量,在生产催化剂以后需要一种简便的方法将催化剂包装在惰性的不透明的容器中,以最大可能地减少外来的影响。在此方面,液体催化剂配方是有好处的。这种催化剂具有最小可能的表面积,同时可能在惰性条件下直接加入到熔融过程中。对于采用熔融酯交换方法生产光学应用的高纯度聚碳酸酯来说,能够通过过滤从催化剂中除去极细的颗粒是有利的,使用液体催化剂配方时这些问题极容易解决。
因此本发明的目的是提供一种方法,根据该方法可以直接生产苯酚四苯基鏻盐和苯酚的配方,它在室温下是液体,能够产生最高可能纯度的苯酚鏻盐。
发明的详细说明
目前惊奇地发现通过将卤化鏻和苯酚在碱性水溶液中反应可以直接生产室温下是液体的苯酚四苯基鏻盐和苯酚的高纯度配方。
因此本发明提供生产室温下是液体的苯酚四苯基鏻盐和苯酚的高纯度配方的方法,该方法是于0-55℃使卤化四苯基鏻和苯酚在碱性水溶液中进行反应,其特征是苯酚对卤化四苯基鏻的摩尔比为≥10∶1,pH为9.5-11,反应完成后加入微溶的醇,该含水反应溶液对醇的重量比为2∶1到1∶2,其中醇在纯水中的溶解度<20Wt%,优选<15Wt%。
反应优选在0-55℃进行,特别是15-50℃。
反应的摩尔比为苯酚对卤化鏻≥10∶1,特别是10∶1到13∶1。
反应优选在pH9.5-11下进行。
反应完成以后,加入相对于含水反应溶液重量的50Wt%-200Wt%的微溶的醇,优选55Wt%到140Wt%,其中醇在纯水中的溶解度<20Wt%,优选<15Wt%。
按照所述方法生产的苯酚四苯基鏻盐的液体配方含有不多于0.3Wt%,优选0.1Wt%的卤化物。
按照所述方法生产的苯酚四苯基鏻盐的液体配方含有不多于1ppm,优选0.5ppm的碱性钠化合物。
特别优选使用式(I)的卤化四苯基鏻其中X(-)表示卤素离子,优选F(-),Cl(-)或Br(-)。
式(I)优选溴化四苯基磷鎓。
上述卤化四苯基鏻及其生产方法是公知的,或者可以通过公知的方法得到(例如参见“Houben-Weyl,Methoden der organischenChemie”XII/1,P.79 et seq和Worrall,J.Amer.Chem.Soc.52(1930)P.293)。
式(I)化合物由三苯基膦和芳基卤化物或烷基卤化物,例如苄基溴化物得到,反应在金属盐(Friedel-Crafts烷基化)或格利雅化合物和氯化钴(II)存在下进行。
对反应优选的酚类是苯酚或取代的苯酚及双酚。
上述酚类是文献公知的。
优选使用去离子水或蒸馏水得到碱性水溶液。
优选使用碱金属氢氧化物溶液,特别是氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液,使达到pH9.5-11,同时考虑苯酚/苯酚Na的缓冲作用。
本发明的方法可以连续进行或间断进行,间断进行是优选的。
按照本发明优选的方法,苯酚、卤化四苯基鏻和水最初于40℃以溶液形式加入到反应器中,冷却,加入碱金属氢氧化物溶液,将pH调节到9.5-11,优选于激烈搅拌下将反应组份维持在0-55℃,优选10-50℃,反应进行少于2小时,优选少于1小时。
反应完成后将微溶于水的醇加入到含水的反应溶液中,其量是使水相从有机相中分离,有机相用去离子水或蒸馏水至少萃取一次,优选5次。微溶的醇的在水中的溶解度<20Wt%,优选<15Wt%。随后通过真空蒸馏从分离的有机相中除去醇,得到室温下是液体的无色的苯酚四苯基鏻盐的配方。
本发明中对反应液合适的醇是式CnH2n+1-OH的脂肪醇,其中n是4-10的整数,例如正丙醇,异丙醇,正丁醇,异丁醇,正戊醇,甲基丁醇,新戊醇,戊醇,支链或直链的己醇,庚醇,辛醇,壬醇或癸醇。
本发明中对反应液合适的醇也可以是式CnH2n-1-OH的脂环醇,其中n是5-10的整数,例如环戊醇,甲基环戊醇,环戊基甲醇,环戊基丙醇,环己醇,环己基乙醇,环己基丙醇,环己基丁醇,甲基-,乙基-,丙基-和丁基-己醇,环庚醇,环辛醇。
本发明还可以使用多羟基的脂肪醇或指环醇。
优选的脂肪醇是丙醇,(异)丁醇,戊醇和己醇,特别是异丁醇和异丙醇。
优选的脂环醇是环戊醇,环庚醇和环辛醇,特别是环己醇。
加入醇以后,一旦产生苯酚鏻盐的反应完成,加入水,其对醇重量为2∶1-1∶2,优选1∶1-1∶2。
本发明加入醇以利于后处理,因为苯酚/醇的混合物比水溶液和水相上方的有机相有较低的密度,将水相从下方排出,而含有苯酚盐的有机相可以在同一个分液容器中用去离子水洗涤,洗涤水又可以从下方排出。
假如不加入醇,含盐的水溶液比有机相重,能够从下方排出,随后用去离子水洗涤,出现相翻转,有机相更重,在水相的下方,这种处理方法更麻烦,需要另一个容器。
使用本发明的方法可以生产室温下是液体的苯酚四苯基鏻盐,并且产率高,纯度高。
一旦游离后,得到的室温下是液体的苯酚四苯基鏻盐或其它苯酚鏻盐配方即在惰性条件下装入惰性的不透明储存容器中,并且在氮气或其它惰性气体保护下,然后封口。
室温下是液体的苯酚四苯基鏻盐于0-40℃以液体形式储存在封闭容器中,优选5-35℃,可以储存5年以上,特别是3年以上。
所述方法生产和储存的苯酚四苯基鏻盐的液体配方特别适于用作酯化和酯交换反应的催化剂,特别是用作熔融酯交换法生产聚碳酸酯的催化剂(参见US-A 3442854)。
众所周知,熔融酯交换方法从芳族二元酚,碳酸二芳基酯开始,并且任选使用支链试剂和/或一元酚。
按照本发明得到的苯酚四苯基鏻盐液体配方用作催化剂时,其使用量对于每摩尔的二元酚是10-1摩尔到10-8摩尔,优选10-3摩尔到10-7摩尔。
在另一方法中,按照本发明得到的苯酚四苯基鏻盐的液体配方在熔融酯交换方法中作为催化剂使用之前,首先被过滤,过滤优选分两个阶段进行,第二阶段过滤器的绝对孔径为3μ,优选1μ,更优选0.5μ。
熔融酯交换方法的其它详细说明记载于以下文献(例如参见Hermann Schnell Chemistry and Physics of Polycarbonates,Polymer Reviews,Vol.9,1964,P.44-51,DE-A1031512,US-A3022272,US-a5340905,US-A5399659)。
使用本发明得到的苯酚四苯基鏻盐液体配方生产的热塑性聚碳酸酯是无溶剂的,有淡的内在颜色,没有聚碳酸酯的不需要的许多缺陷。
本方法生产的聚碳酸酯能够以各种各样的模制品在工业上用于目前使用聚碳酸酯的许多用途,例如用于电气工程,灯罩,玻璃制品或光学数据储存介质,例如CD材料。
以下实施例对本发明进一步说明,但是本发明不受这些实施例的限制,在以下实施例中,除了另有说明以外,所有份数和百分数均以重量表示。
实施例
以下实施例用来说明本发明,但是本发明不受其限制。
31P-NMR用来鉴定苯酚四苯基鏻盐,最终是将产品溶解在氘代氯仿中进行分析。
四苯基鏻阳离子和苯酚/苯酚盐的含量使用31P-NMR确定,记录光谱,积分四苯基鏻阳离子和苯酚/苯酚盐的信号,归一化到100%,以摩尔百分数表示。
磷含量通过在硝酸中加热一定数量的样品,然后将其溶解在硫酸和过氯酸中确定,即将得到的磷酸用钼酸铵沉淀,将沉淀收集于过滤坩埚中,称重测定磷含量。
溴含量通过在Wickbold仪器中燃烧一定数量的产品,然后吸收燃烧气体测定,即溴含量使用离子交换色谱方法从上述溶液中测定。
钠含量通过原子吸收光谱和ICP测定。
Karl-Fischer水分含量测定根据ISO 760方法(Determinationof Water Karl-FischerMethod,lst ed.,1978-12-01)。
色价通过在浓度为2.4g/50ml的二氯甲烷中于420nm和700nm处的吸收差测定,光程长度10cm。
相对溶液粘度于25℃在浓度为5g/L的二氯甲烷中测定。
酚羟基含量通过IR光谱测定获得,测定2g聚合物在50ml二氯甲烷中的溶液对于纯二氯甲烷的吸收差值,吸收差在3582cm-1处测定。比较例1
室温是液体的苯酚四苯基鏻盐配方按照WO 01/46100和DE19810745A1的方法制备。
376g(4.0mol)苯酚,800ml去离子水,335.44g(0.8mol)溴化四苯基鏻和640g异丁醇加入到带有搅拌,温度计和滴液漏斗的2L园底烧瓶中,于20-25℃搅拌,在大约5分钟内滴加79g(0.97mol)49%的氢氧化钠溶液,将pH调节到9.5-11.0,于45℃搅拌混合物0.5小时。一旦相分离,排出下层的水相,有机相用去离子水洗涤3次,洗涤水是更重的相,由下层排出,搅拌下将有机相冷却到室温,结晶出产品。结晶至少4小时后吸滤收集产品,NMR分析苯酚和苯酚四苯基鏻盐的含量以后,将滤液返回到反应器,将结晶用2-丙醇洗涤,在水抽真空下于100℃干燥。
得到的结晶产品中的TPP-P含量是64.4Wt%,苯酚含量35.5Wt%,水分含量低于0.05%,溴含量低于0.01%,钠含量低于0.5ppm,磷含量是4.6%。
30gTPP-P*2PhOH结晶的体积是52ml。
所述方法得到的TPP-P*2phOH于氮气保护下以对苯酚40∶60摩尔比的量称重到20ml滚压边的带有电磁搅拌的小瓶中(总量10g),用隔膜封闭,将小瓶夹在自动振荡器上,并且浸在温度控制水浴中,水浴温度逐渐升高(5℃/h),直到混合物为液体,同时振荡器要保证最佳混合,一旦熔化,将样品从水浴中取出,冷却到室温,样品仍然是液体,固化点是-3℃。实施例1
209g(2.22mol)苯酚,79ml去离子水,83.86g(0.2mol)溴化四苯基鏻加入到带有搅拌,温度计和滴液漏斗的2L园底烧瓶中,于40℃搅拌,在大约5分钟内滴加25.64g(0.30mol)47%的氢氧化钠溶液,将pH调节到9.5-11.0,于50℃搅拌混合物1小时,加入160g异丁醇。一旦相分离,排出下层的水相,有机相用去离子水洗涤5次,洗涤水是更重的相,每次由下层排出,于搅拌下真空蒸馏从有机相中除去异丁醇,得到清澈无色的苯酚四苯基鏻盐和苯酚的配方,室温下是液体,根据31P-NMR产率是94%。
配方中的TPP-P含量是42.1Wt%,苯酚含量57.8Wt%,水分低于0.05%,溴含量低于0.01%,钠含量低于0.5ppm,磷含量是3.3%。
30g苯酚四苯基鏻盐和苯酚的配方体积是47ml。
固化点是-4℃。实施例2
225.6g(2.40mol)苯酚,105ml去离子水,83.86g(0.2mol)溴化四苯基鏻加入到带有搅拌,温度计和滴液漏斗的2L园底烧瓶中,于40℃搅拌,在大约5分钟内滴加25.64g(0.30mol)47%的氢氧化钠溶液,将pH调节到9.5-11.0,于50℃搅拌混合物1小时,加入160g异丁醇。一旦相分离,排出下层的水相,有机相用去离子水洗涤5次,洗涤水是更重的相,每次由下层排出,于搅拌下真空蒸馏从有机相中除去异丁醇,得到清澈无色的苯酚四苯基鏻盐和苯酚的配方,室温下是液体。
配方中的TPP-P含量是37.6Wt%,苯酚含量62.3Wt%,水分低于0.05%,溴含量低于0.01%,钠含量低于0.5ppm,磷含量是2.8%。
30g苯酚四苯基鏻盐和苯酚的液体配方体积是51ml。实施例3
282g(3.00mol)苯酚,105ml去离子水,83.86g(0.2mol)溴化四苯基鏻加入到带有搅拌,温度计和滴液漏斗的2L园底烧瓶中,于40℃搅拌,在大约5分钟内滴加25.64g(0.30mol)47%的氢氧化钠溶液,将pH调节到9.5-11.0,于50℃搅拌混合物1小时,加入160g异丁醇。一旦相分离,排出下层的水相,有机相用去离子水洗涤5次,洗涤水是更重的相,每次由下层排出,于搅拌下真空蒸馏从有机相中除去异丁醇,得到清澈无色的苯酚四苯基鏻盐和苯酚的配方,室温下是液体。
配方中的TPP-P含量是28.3Wt%,苯酚含量71.6Wt%,水分低于0.05%,溴含量低于0.01%,钠含量低于0.5ppm,磷含量是2.2%。
30g苯酚四苯基鏻盐和苯酚的液体配方体积是48ml。固化点是-21℃。使用例
B1)45.66g(0.20mol)双酚A和46.70g(0.22mol)碳酸二苯酯称重到带有搅拌器,内置温度计和维格罗分馏柱(30em,镀膜的)的500ml三口烧瓶中,抽真空除去大气中的氧,用氮气冲洗3次,将混合物加热到190℃,相对于双酚A加入实施例1制备的0.0082g(4×10-3mol%)苯酚四苯基鏻(TPP-P)的液体配方。一旦混合物熔化即于30分钟内于100mbar下蒸馏除去得到的苯酚,将温度提高到235℃,继续蒸馏10分钟。将真空度逐渐较低到60mbar,于10分钟内将温度提高到300℃,另用10分钟将真空度调节到0.1mbar,搅拌混合物30分钟,得到淡色无溶剂的聚碳酸酯,相对溶液粘度1.215(二氯甲烷,25℃,5g/l)。聚碳酸酯的色价是0.25。
B2)45.66g(0.20mol)双酚A和46.70g(0.22mol)碳酸二苯酯称重到带有搅拌器,内置温度计和维格罗分馏柱(30cm,镀膜的)的500ml三口烧瓶中,抽真空除去大气中的氧,用氮气冲洗3次,将混合物加热到190℃,相对于双酚A加入实施例3制备的0.0122g(4×10-3mol%)苯酚四苯基鏻(TPP-P)的液体配方。一旦混合物熔化即于30分钟内通过于100mbar下蒸馏除去得到的苯酚,将温度提高到235℃,继续蒸馏10分钟。将真空度逐渐较低到60mbar,于10分钟内将温度提高到300℃,另用10分钟将真空度调节到0.1mbar,搅拌混合物30分钟,得到淡色无溶剂的聚碳酸酯,相对溶液粘度1.197(二氯甲烷,25℃,5g/l)。聚碳酸酯的色价是0.24。
以上实施例清楚地说明生产室温下是液体的苯酚四苯基鏻盐和苯酚配方的本发明方法有异想不到的优点,该方法比文献记载的方法显然简单,并且能够实现大规模工业生产。使用室温下是液体的苯酚四苯基鏻盐和苯酚配方生产聚碳酸酯提高了聚碳酸酯的质量,产品有优良的色价。
为了说明本发明的目的,虽然上面详细地描述了本发明,但是应该认为上述描述仅仅是为了说明本发明的目的,在不脱离本发明精神和范围的情况下,除了受到权利要求的限制以外,本领域的技术人员能够作各种改变。
Claims (13)
1.生产于室温下是液体形式的高纯度苯酚四苯基鏻盐的方法,该方法包括(i)在碱性水溶液中于0-55℃使卤化四苯基鏻和苯酚反应,苯酚对卤化四苯基鏻的摩尔比为≥10∶1,pH为9.5-11;和(ii)反应(i)完成后加入醇,其数量足以从有机相分离水相,含水反应溶液对醇的重量比范围是2∶1到1∶2,和其中醇在纯水中的溶解度<20Wt%。
2.按照权利要求1的方法,其中醇选自符合下式CnH2n+1-OH的脂肪醇,其中n是4-10,以及符合下式CnH2n-1-OH的脂环醇,其中n是5-10。
3.按照权利要求2的方法,其中的醇选自正丙醇,异丙醇,正丁醇,异丁醇,正戊醇,甲基丁醇,新戊醇,戊醇,支链或直链的己醇,庚醇,辛醇,壬醇和癸醇,环戊醇,甲基环戊醇,环戊基甲醇,环戊基丙醇,环己醇,环己基乙醇,环己基丙醇,环己基丁醇,甲基丁基己醇,乙基丁基己醇,丙基丁基己醇和丁基己醇,环庚醇和环辛醇。
4.按照权利要求2的方法,其中醇选自丙醇,(异)丁醇,戊醇,己醇,
环戊醇,环庚醇和环辛醇。
5.按照权利要求1的方法,其中的醇是异丁醇。
6.权利要求1的方法生产的苯酚鏻盐。
7.权利要求2的方法生产的苯酚鏻盐。
8.权利要求6的苯酚鏻盐,其中卤化物含量不多于0.1Wt%。
9.权利要求6的苯酚鏻盐,其中碱金属含量不多于0.5ppm。
10.使用权利要求6的苯酚鏻盐的方法包含以此催化的酯交换反应。
11.权利要求10的方法,其中反应产物是聚碳酸酯树脂。
12.按照权利要求1的方法,其中溶解度<15Wt%。
13.按照权利要求1的方法,其中温度是15-50℃。
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