苯基双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)氧化膦的制备方法
技术领域
本发明涉及一种高效自由基光引发剂苯基双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)氧化膦的制备方法,具体涉及苯基双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)氧化膦以米醛(2,4,6-三甲基苯甲醛)和苯基氧化膦为原料,反应中间体不需提纯、不需更换溶剂可以连续反应,提供一种廉价、环保、易操作、适宜工业化的制备方法。
背景技术
苯基双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)氧化膦是一种非常高效的双酰基膦氧化物光引发剂,适用于在紫外光照射下引发一些不饱和树脂的辐射聚合反应,其深层固化效果非常理想。适用于紫外光固化清漆和色漆体系,如用于木器、纸张、金属、塑料、光纤以及印刷油墨和预浸渍体系等,尤其适用于白色配方和玻璃纤维增强的聚酯/苯乙烯体系以及与光稳定剂配合用于室外的清漆体系,是一种理想的耐候型的紫外光固化涂料所需的光引发剂。苯基双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)氧化膦可以单独使用也可与其它光引发剂配合使用,如
Irgacure 184或Irgacure 651。
苯基双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)氧化膦及其结构衍生物的制备方法,已有很多文献披露,比如US5218009,CN99813713.8,CN200480022027.5,CN200480020599.X,CN201110412809.1,CN201110193113.4。这些技术方案由其关键起始原料不同可分为两类:
第一类是以2,4,6-三甲基苯甲酰氯为关键起始原料,经由其与苯基膦氢、苯基膦二金属化合物取代反应、氧化反应制备;
第二类是以1,3,5-三甲基-2-(三氯甲基)苯为关键起始原料,经由其先与金属反应再与苯基二氯化膦进过氧化反应制备或经由其与苯基磷二金属化物反应、氧化反应制备。
这些文献已披露工艺存在的问题是:第一类方案的关键起始原料2,4,6-三甲基苯甲酰氯生产成本高,制备过程中会产生大量氯化氢和二氧化硫,环境污染严重,同时苯基膦二金属化合物也不易制备得到(Alkali
Metal Phenylphosphandiides, [M2PnPhn](M = Li,
Na), D. Stein§, J. Geier, H. Schönberg, H. Grützmacher, Chimia[J], 2005, 59, No.3:119-122; A Simple
Straightforward Synthesis of Phenylphosphane and the Photoinitiator
Bis(mesitoyl)phenylphosphane Oxide (IRGACURE 819), H. Grützmacher, J. Geier, D. Stein, T. Ott, H. Schönberg, R. H.
Sommerlade, S. Boulmaaz, J.-P. Wolf, P. Murer, T. Ulrich, Chimia[J], 2008,
62:18-22),第二类方案的关键起始原料1,3,5-三甲基-2-(三氯甲基)苯的生产需要毒性较大的四氯化碳,而且反应也会产生大量酸气和大量酸性废水污染环境。
本申请的发明人发现目前还没有用2,4,6-三甲基苯甲醛为关键起始原料制备苯基双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)氧化膦的技术方案被披露。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种以2,4,6-三甲基苯甲醛为关键起始原料来制备苯基双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)氧化膦制备工艺。该制备工艺能够克服现有方法中起始原料或工艺存在成本高、毒性大、废水多、难工业实施等问题,是一种成本低、环境友好、收率高、容易操作,具有工业生产价值的制备方法。
本发明制备苯基双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)氧化膦的工艺流程如下:
。
本发明所要解决的技术问题是通过以下具体的技术方案来实现的。本发明提供的苯基双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)氧化膦的制备方法,其特征在于包括步骤如下:
1)、苯基氧化膦与2,4,6-三甲基苯甲醛的加成反应:将苯基氧化膦溶于溶剂中,加入催化剂无机碱、醇钠、伯胺、仲胺或叔胺,搅拌均匀后,在低温5-10℃下,滴加2,4,6-三甲基苯甲醛,滴毕,缓慢升温,升至合适温度,保温反应,液相或TLC监测反应终点,反应完全后,降至室温,加水搅拌1h,静置分层,弃去水相,有机相可以脱溶回收溶剂后重结晶提纯后进行下一步反应,也可以不提纯直接用于下一步反应;
2)、氧化反应:将步骤1)所得的有机相冷却降温-10-10℃,向其中加入催化剂,搅拌充分后,缓慢滴加氧化剂,在该温度下保温反应,液相或TLC监测反应终点,反应结束后,用饱和食盐水洗涤,静置分层,有机相用10%的Na2SO3、NaHSO3或硫代硫酸钠洗涤,所得溶液用稀盐酸调节反应液pH至7-8,静置分层,取有机相,蒸馏回收溶剂得到红色油状物;其中所述的催化剂选自杂多酸或杂多酸盐或元素周期表中第Ⅳ族和Ⅷ族的过渡金属化合物;
3)由步骤2)得到红色油状物,加入溶剂重结晶,即得高纯度苯基双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)氧化膦。
本发明提供的苯基双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)氧化膦的制备方法,其特征在于步骤1)所用的原料苯基氧化膦与2,4,6-三甲基苯甲醛的物质的量选自1:2-1:3。
本发明提供的苯基双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)氧化膦的制备方法,其特征在于步骤1)所述所述碱性催化剂选自三乙胺、三叔丁胺、三丁胺、三甲胺、二甲胺、氨气、氢氧化钠、氢氧化钾、甲醇钠、乙醇钠。
本发明提供的苯基双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)氧化膦的制备方法,其特征在于步骤1)所述碱性催化剂的用量选自苯基氧化膦物质的量的1.5-4倍。
本发明提供的苯基双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)氧化膦的制备方法,其特征在于步骤1)所述合适温度选自20-80℃。
本发明提供的苯基双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)氧化膦的制备方法,其特征在于步骤1)步骤2)所述的有机溶剂选自苯类、酯类、氯代烷烃、腈类中的一种或多种。
本发明提供的苯基双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)氧化膦的制备方法,其特征在于步骤2)所述的催化剂选自钨酸酐、钨酸盐、钼酸酐、钼酸盐、磷钼酸盐、磷钨酸盐、五氧化二钒、V(acac)2,催化剂用量选自苯基氧化膦物质的量的0.2%-20%。
本发明提供的苯基双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)氧化膦的制备方法,其特征在于步骤2)所述的氧化剂选自双氧水、过氧叔丁醇、过氧乙酸、过氧苯甲酸的一种或它们的混合,氧化剂的用量选自氧化剂与苯基氧化膦的物质的量比选自2:1-4:1。
本发明提供的苯基双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)氧化膦的制备方法,其特征在于步骤3)所述的其中结晶溶剂选自甲醇、乙醇、石油醚、正己烷、乙腈、甲苯一种或它们的混合,优选甲苯、氯苯、二氯乙烷、二氯甲烷、乙腈。
本发明提供的苯基双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)氧化膦的制备方法,其特征在于步骤3)所述结晶溶剂的用量选自苯基双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)氧化膦质量的1.5-5.0倍。
本发明提供的苯基双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)氧化膦制备工艺使用的另一个原料苯基氧化膦或苯基膦的制备方法也有很多文献披露US912269;S. A. Buckler, Tetrahedron, [J],Vol.18(1962): 221-130;Geier Jens, Chimia[J],vol.62(2008):18-22; Fernandez-Zertuche Mario, Journal of Organic
Chemistry[J], vol. 70 (2005):7473-7478等,根据这些文献可以方便地制备苯基膦或苯基氧化膦。
本发明提供的苯基双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)氧化膦制备工艺使用2,4,6-三甲基苯甲醛做为关键起始原料,2,4,6-三甲基苯甲醛的制备方法现在有很多文献披露,比如CN2006100855683、CN1273230、US6080892,方便地用1,3,5-三甲基苯和一氧化碳在高压和催化剂条件下制备2,4,6-三甲基苯甲醛。因此使用2,4,6-三甲基苯甲醛做为关键起始原料来制备苯基双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)氧化膦不仅避免使用价格贵、生产过程使用有毒化合物和环境污染的原料,同时还能保证产品总收率80%以上,适合工业化生产。
本发明提供的苯基双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)氧化膦制备工艺优点在于:
1)使用了便宜、易得的2,4,6-三甲基苯甲醛为原料;
2)反应收率高,节约了成本;
3)环境友好;
4)操作简单,易于工业化实施。
具体实施方式
以下进一步描述本发明的具体技术方案,以便于本领域技术人员进一步地理解本发明,而不构成对其权利的限制。
实施例1:苯基双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)氧化膦的制备
1)苯基膦的制备:
将800ml甲苯和钠块(10.1g,0.88mol)在氮气保护下加入到2000ml反应瓶中,加热,至回流时,剧烈搅拌,至钠块变为非常细小粒时,缓慢滴加P,P-二氯苯基膦(39.4g,0.22mol),0.5h滴毕,继续保温反应16h,降温至沸点以下,在0.5h内滴加水(10.0g,0.55mol),回流反应直至钠消耗完全,得到含苯基膦的溶液。低压蒸馏回收溶剂提纯,收集40-45℃/10 mHg馏分,核磁共振确认,31P:-123ppm。回收溶剂后也可以不必提纯直接进行下一步反应;
2)苯基氧化膦的制备:
在氮气氛围下,将步骤1)制备得到的苯基膦(12.1g,0.11mol)溶于50ml甲醇中,冷却至 -5~5℃,剧烈搅拌下,向其中缓慢滴加112.5g 30%双氧水(0.11mol)(溶于10ml甲醇中),1.5h滴毕,缓慢升至室温,保温反应1h,31P-NMR监测反应,当苯基膦完全消失,然后在氮气保护下低压蒸馏提纯,核磁共振确认,31P:-38,-7,24ppm(三重峰);
3)双羟基膦氧化物( A )的制备
在氮气保护下,将步骤2)制备得到的12.6g苯基氧化膦(0.10mol)溶于100ml甲苯中,加入20.2g三乙胺,降温至-5℃,缓慢滴加37.1g 2,4,6-三甲基苯甲醛(0.25mol),1h滴毕,然后升温反应,升温至60℃,保温反应,31P-NMR监测反应,当苯基膦氧化物消失后,反应完全,降至室温,得到的反应液不需提纯直接下一步反应;
4)苯基双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)氧化膦的制备
将步骤3)制备得的含双羟基膦氧化物( A )反应液直接用于这一步反应,加入2.5g V(Ⅳ)(acac)2,搅拌下,缓慢滴加28.3g 30%双氧水,0.5h滴毕,在室温下反应16小时左右,TLC或液相监测反应,反应完全后,反应液用饱和食盐水洗涤,静置分层,有机相用10%的Na2SO3洗涤,再用水洗,静置分层,取有机相。减压蒸馏回收溶剂,得黄色粘稠液体40g,用80ml石油醚重结晶,得浅黄色晶体36.4g,含量99.1%,收率87%,熔点:130-131℃。
实施例2:苯基双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)氧化膦的制备
1)双羟基膦氧化物( A )的制备
在氮气保护下,将12.6g苯基氧化膦(0.10mol)溶于100ml二氯乙烷中,加入40.0g 20%氢氧化钠,降温至-5℃,缓慢滴加37.1g 2,4,6-三甲基苯甲醛(0.25mol),1h滴毕,然后升温反应,升温至60℃,保温反应,31P-NMR监测反应,当苯基膦氧化物消失后,反应完全,降至室温,得到的反应液不需提纯直接下一步反应;
2)苯基双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)氧化膦的制备
将步骤3)制备得的含双羟基膦氧化物( A )反应液直接用于这一步反应,加入2.5g V(Ⅳ)(acac)2,搅拌下,缓慢滴加28.3g 30%双氧水,0.5h滴毕,在室温下反应16小时左右,TLC或液相监测反应,反应完全后,反应液用饱和食盐水洗涤,静置分层,有机相用10%的Na2SO3洗涤,再用水洗,静置分层,取有机相。减压蒸馏回收溶剂,得黄色粘稠液体40g,用80ml石油醚重结晶,得浅黄色晶体36.0g,含量99.5%,收率86%。
实施例3:苯基双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)氧化膦的制备
1)双羟基膦氧化物( A )的制备
在氮气保护下,将12.6g苯基氧化膦(0.10mol)溶于100ml二氯乙烷中,分别加入22.5g 40%二甲胺水溶液,降温至-5℃,缓慢滴加37.1g 2,4,6-三甲基苯甲醛(0.25mol),1h滴毕,然后升温反应,升温至60℃,保温反应,31P-NMR监测反应,当苯基膦氧化物消失后,反应完全,降至室温,得到的反应液不需提纯直接下一步反应;
2)苯基双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)氧化膦的制备
将步骤3)制备得的含双羟基膦氧化物( A )反应液直接用于这一步反应,加入2.5g V(Ⅳ)(acac)2,搅拌下,缓慢滴加28.3 30%(质量百分含量)双氧水,0.5h滴毕,在室温下反应16小时左右,TLC或液相监测反应,反应完全后,反应液用饱和食盐水洗涤,静置分层,有机相用10%的Na2SO3洗涤,再用水洗,静置分层,取有机相。减压蒸馏回收溶剂,得黄色粘稠液体40g,用80ml石油醚重结晶,得浅黄色晶体35.6g,含量99.4%,收率85%。
实施例4:苯基双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)氧化膦的制备
1)双羟基膦氧化物( A )的制备
在氮气保护下,将12.6g苯基氧化膦(0.10mol)溶于100ml二氯乙烷中,通入9.0g二甲胺气体,降温至-5℃,缓慢滴加37.1g 2,4,6-三甲基苯甲醛(0.25mol),1h滴毕,然后升温反应,升温至60℃,保温反应,31P-NMR监测反应,当苯基膦氧化物消失后,反应完全,降至室温,得到的反应液不需提纯直接下一步反应;
2)苯基双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)氧化膦的制备
将步骤3)制备得的含双羟基膦氧化物( A )反应液直接用于这一步反应,加入2.5g V(Ⅳ)(acac)2,搅拌下,缓慢滴加28.3 30%(质量百分含量)双氧水,0.5h滴毕,在室温下反应16小时左右,TLC或液相监测反应,反应完全后,反应液用饱和食盐水洗涤,静置分层,有机相用10%的Na2SO3洗涤,再用水洗,静置分层,取有机相。减压蒸馏回收溶剂,得黄色粘稠液体40g,用80ml石油醚重结晶,得浅黄色晶体37.3g,含量99.4%,收率89%。
实施例5:苯基双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)氧化膦的制备
1)双羟基膦氧化物( A )的制备
在氮气保护下,将12.6g苯基氧化膦(0.10mol)溶于100ml二氯乙烷中,通入9.0g二甲胺气体,降温至-5℃,缓慢滴加37.1g 2,4,6-三甲基苯甲醛(0.25mol),1h滴毕,然后升温反应,升温至60℃,保温反应,31P-NMR监测反应,当苯基膦氧化物消失后,反应完全,降至室温,得到的反应液不需提纯直接下一步反应;
2)苯基双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)氧化膦的制备
将步骤3)制备得的含双羟基膦氧化物( A )反应液直接用于这一步反应,加入2.5g 钨酸酐,搅拌下,缓慢滴加28.3g
30%(质量百分含量)双氧水,0.5h滴毕,在室温下反应16小时左右,TLC或液相监测反应,反应完全后,反应液用饱和食盐水洗涤,静置分层,有机相用10%的Na2SO3洗涤,再用水洗,静置分层,取有机相。减压蒸馏回收溶剂,得黄色粘稠液体40g,用80ml石油醚重结晶,得浅黄色晶体36.8g,含量99.3%,收率88%。
实施例6:苯基双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)氧化膦的制备
1)双羟基膦氧化物( A )的制备
在氮气保护下,将12.6g苯基氧化膦(0.10mol)溶于100ml二氯乙烷中,通入9.0g二甲胺气体,降温至-5℃,缓慢滴加37.1g 2,4,6-三甲基苯甲醛(0.25mol),1h滴毕,然后升温反应,升温至60℃,保温反应,31P-NMR监测反应,当苯基膦氧化物消失后,反应完全,降至室温,得到的反应液不需提纯直接下一步反应;
2)苯基双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)氧化膦的制备
将步骤3)制备得的含双羟基膦氧化物( A )反应液直接用于这一步反应,加入2.5g 钨酸酐,搅拌下,缓慢滴加32.1g
70%(质量百分含量)过氧叔丁醇,0.5h滴毕,在室温下反应16小时左右,TLC或液相监测反应,反应完全后,反应液用饱和食盐水洗涤,静置分层,有机相用10%的Na2SO3洗涤,再用水洗,静置分层,取有机相。减压蒸馏回收溶剂,得黄色粘稠液体40g,用80ml石油醚重结晶,得浅黄色晶体37.2g,含量99.2%,收率89%。
实施例7:苯基双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)氧化膦的制备
1)双羟基膦氧化物( A )的制备
在氮气保护下,将12.6g苯基氧化膦(0.10mol)溶于100ml二氯乙烷中,通入9.0g二甲胺气体,降温至-5℃,缓慢滴加37.1g 2,4,6-三甲基苯甲醛(0.25mol),1h滴毕,然后升温反应,升温至60℃,保温反应,31P-NMR监测反应,当苯基膦氧化物消失后,反应完全,降至室温,得到的反应液不需提纯直接下一步反应;
2)苯基双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)氧化膦的制备
将步骤3)制备得的含双羟基膦氧化物( A )反应液直接用于这一步反应,加入2.5g H7[(PMo2O7)6]·XH2O,搅拌下,缓慢滴加32.1g
70%(质量百分含量)过氧叔丁醇,0.5h滴毕,在室温下反应16小时左右,TLC或液相监测反应,反应完全后,反应液用饱和食盐水洗涤,静置分层,有机相用10%的Na2SO3洗涤,再用水洗,静置分层,取有机相。减压蒸馏回收溶剂,得黄色粘稠液体40g,用80ml石油醚重结晶,得浅黄色晶体36.8g,含量99.2%,收率88%。
实施例8:苯基双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)氧化膦的制备
1)双羟基膦氧化物( A )的制备
在氮气保护下,将12.6g苯基氧化膦(0.10mol)溶于100ml二氯乙烷中,通入9.0g二甲胺气体,降温至-5℃,缓慢滴加37.1g 2,4,6-三甲基苯甲醛(0.25mol),1h滴毕,然后升温反应,升温至60℃,保温反应,31P-NMR监测反应,当苯基膦氧化物消失后,反应完全,降至室温,得到的反应液不需提纯直接下一步反应;
2)苯基双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)氧化膦的制备
将步骤3)制备得的含双羟基膦氧化物( A )反应液直接用于这一步反应,加入2.5g (NH4)2MoO4,搅拌下,缓慢滴加32.1g 70%(质量百分含量)过氧叔丁醇,0.5h滴毕,在室温下反应16小时左右,TLC或液相监测反应,反应完全后,反应液用饱和食盐水洗涤,静置分层,有机相用10%的Na2SO3洗涤,再用水洗,静置分层,取有机相。减压蒸馏回收溶剂,得黄色粘稠液体40g,用80ml石油醚重结晶,得浅黄色晶体37.2g,含量99.2%,收率89%。