CN104557681A - 一种4-乙烯基吡啶丙磺酸内鎓盐的合成方法 - Google Patents

一种4-乙烯基吡啶丙磺酸内鎓盐的合成方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种4-乙烯基吡啶丙磺酸内鎓盐的合成方法，步骤如下：分别称取4-乙烯基吡啶、1,3-丙磺酸内酯、有机溶剂和助剂；将有机溶剂平均分成三份，分别与4-乙烯基吡啶、1,3-丙磺酸内酯、助剂溶解混合；然后将混合溶液依次加入反应器，在20℃～90℃的条件下反应1～10h，然后经过滤、洗涤、干燥制得4-乙烯基吡啶丙磺酸内鎓盐。本发明方法通过加入助剂，不仅产品收率高，可达90%以上，而且不需要经过重结晶步骤直接得到高纯度产品，产品纯度≥95%。本发明方法具有反应时间短、操作简单，反应后反应器不挂胶，易于清洗维护，有利于工业化生产，适于工业应用。

Description

一种4-乙烯基吡啶丙磺酸内鎓盐的合成方法
技术领域
    本发明涉及一种4-乙烯基吡啶丙磺酸内鎓盐的合成方法。
背景技术
4-乙烯基吡啶丙磺酸内鎓盐（4-VPPS）是一种吡啶类衍生物单体，其分子式为：C10H13NO3S，分子量为：227.28。
4-VPPS是一种白色或淡黄色粉末状固体，易溶于水，微溶于大部分有机溶剂。4-VPPS作为一种新型水溶性两性单体，因其化学和热稳定性好、水化能力强且含有不易受溶液pH值影响、对盐不敏感的等数目的季铵阳离子和磺酸盐阴离子而倍受关注。与仅含有一种电荷的水溶性阴离子型或阳离子型聚合物相比， 4-VPPS的性能较为独特。在分子间和分子链内作用力性质方面，只含有一种电荷的聚电解质，静电作用力仅为静电斥力；而对于两性聚合物，静电作用既可为斥力，也可为引力，取决于分子链中正负电荷的相对数目。在溶液性质方面，大分子净电荷为零或分子链上正负电荷基团数目相等的两性聚合物，其盐水溶液的粘度不但不降低，反而增高，呈现出十分明显的“反聚电解质效应”(antipolyelectrolyte effect)。这种独特的性质赋予两性聚合物独特的功能。4-VPPS的结构中含有性稳定高的六元共轭环，由此均聚或共聚得到的聚合物耐温性能极佳。
目前，鉴于油田钻井中地层温度高以及矿化度高的特点，要使钻井过程中达到井壁稳定，安全钻进的效果，聚合物必须具有很好的增粘能力和很强的耐温、抗盐及抗剪切能力。显然，4-VPPS两性聚合物可以满足这样的要求。
关于4-VPPS的合成，上世纪70～80年代有少量外文文献报道，但根据文献报道方法得到的4-VPPS收率低，纯度不高，还需要经过重结晶方法得到高纯度产品，产品损失大。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种4-乙烯基吡啶丙磺酸内鎓盐的合成方法。该方法具有反应时间短、产品收率高、产品纯度高、适于工业应用等优点。
本发明提供一种4-乙烯基吡啶丙磺酸内鎓盐的合成方法，步骤如下：
（1）按照摩尔比为1:1.1～1:1.3，优选1:1.1～1:1.2分别称取4-乙烯基吡啶（4-VP）和1,3-丙磺酸内酯（PS）；
（2）称取有机溶剂，有机溶剂与4-乙烯基吡啶和1,3-丙磺酸内酯的总质量比为2:1～8:1，优选为3:1～5:1；
（3）称取助剂，助剂与步骤（1）中的4-乙烯基吡啶和1,3-丙磺酸内酯和步骤（2）中的有机溶剂的质量比为0.001～0.01，优选为0.005～0.01；
（4）将步骤（2）中的有机溶剂平均分成三份，分别与4-乙烯基吡啶、1，3-丙磺酸内酯、助剂溶解混合；
（5）将步骤（4）得到的三种混合溶液依次加入反应器，在20℃～90℃，优选60～80℃的条件下反应1～10h，优选反应2～5h，然后经过滤、洗涤、干燥制得4-乙烯基吡啶丙磺酸内鎓盐。
本发明方法中，所述有机溶剂为苯、甲苯、乙酸乙酯、丙酮、环己酮、碳酸丙烯酯中的任一种。
本发明方法中，所述助剂可以为羟胺类化合物和硝基苯类化合物，其中羟胺类化合物具体可以为二甲基羟胺、二乙基羟胺、二丙基羟胺、异丙基羟胺、二丁基羟胺、甲基乙基羟胺中的任一种；硝基苯类化合物具体可以为1,2-二硝基苯、1,3-二硝基苯、1,4-二硝基苯、1,3,5-三硝基苯中的任一种。
本发明方法中，步骤（5）中所述过滤操作为将反应得到的产物转移至漏斗中过滤除去溶剂及未反应的原料。优选为使用布氏漏斗进行减压抽滤。
本发明方法中，步骤（5）中所述洗涤操作为用步骤（2）中所述有机溶剂洗涤2～5次。
本发明方法中，步骤（5）中所述干燥为在40～60℃下干燥10～20h。。
与现有技术相比，本发明提供一种4-乙烯基吡啶丙磺酸内鎓盐的合成方法具有如下优点：本发明方法通过加入助剂，不仅使得合成得到的4-乙烯基吡啶丙磺酸内鎓盐产品收率高，可达90%以上，而且不需要经过重结晶步骤直接得到高纯度产品，产物为粉末状，产品纯度≥95%。本发明方法具有反应时间短、操作简单，反应后反应器不挂胶，易于清洗维护，有利于工业化生产，适于工业应用。
附图说明
图1为本发明实施例1的产品红外谱图。
图2为本发明实施例1的产品氢谱核磁共振谱图。
具体实施方式
下面结合实施例来具体说明本发明方法的作用和效果，但以下实施例不构成对本发明方案的限制。
实施例1
（1）分别称取10.5g的4-乙烯基吡啶（4-VP）、12.5g的1，3-丙磺酸内酯（PS）、50g的有机溶剂苯、0.075g的二乙基羟胺；
（2）将有机溶剂苯平均分成三份，分别与4-乙烯基吡啶、1，3-丙磺酸内酯、助剂二乙基羟胺溶解混合；
（3）将得到的三种混合溶液依次加入反应器，在70℃下反应2h，然后经减压抽滤，然后使用苯洗涤2～3次，在50℃下干燥15h，制得4-乙烯基吡啶丙磺酸内鎓盐，经计算最终得到淡黄色固体粉末状产品21.36g，收率为94.1wt%，纯度为95.8%。
实施例2
（1）分别称取10.5g的4-乙烯基吡啶（4-VP）、13g的1，3-丙磺酸内酯（PS）、130g的有机溶剂乙酸乙酯、0.75g的1,3-二硝基苯；
（2）将有机溶剂乙酸乙酯平均分成三份，分别与4-乙烯基吡啶、1，3-丙磺酸内酯、助剂二乙基羟胺溶解混合；
（3）将得到的三种混合溶液依次加入反应器，在80℃下反应4h，然后经减压抽滤，然后使用乙酸乙酯洗涤2～3次，在40℃下干燥10h，制得4-乙烯基吡啶丙磺酸内鎓盐，经计算最终得到淡黄色固体粉末状产品21.04g，收率为92.7%，纯度为96.3%。
实施例3
（1）分别称取10.5g的4-乙烯基吡啶（4-VP）、11.5g的1，3-丙磺酸内酯（PS）、200g的有机溶剂环己酮、2.1g的异丙基羟胺；
（2）将有机溶剂环己酮平均分成三份，分别与4-乙烯基吡啶、1，3-丙磺酸内酯、助剂二乙基羟胺溶解混合；
（3）将得到的三种混合溶液依次加入反应器，在65℃下反应7h，然后经减压抽滤，然后使用环己酮洗涤2～3次，在60℃下干燥20h，制得4-乙烯基吡啶丙磺酸内鎓盐，经计算最终得到淡黄色固体粉末状产品20.63g，收率为90.9%，纯度为95.4%。
比较例1
（1）分别称取10.5g的4-乙烯基吡啶（4-VP）、12.5g的1，3-丙磺酸内酯（PS）、50g的有机溶剂苯；
（2）将有机溶剂苯平均分成两份，分别与4-乙烯基吡啶、1，3-丙磺酸内酯混合；
（3）将得到的两种混合溶液依次加入反应器，在70℃下反应2h，然后经减压抽滤，然后使用苯洗涤2～3次，在50℃下干燥15h，制得4-乙烯基吡啶丙磺酸内鎓盐，经计算最终得到淡黄色固体粉末状产品16.45g，收率为72.5wt%，纯度为81.4%。

Claims (11)

1.一种4-乙烯基吡啶丙磺酸内鎓盐的合成方法，步骤如下：
（1）按照摩尔比为1:1.1～1:1.3分别称取4-乙烯基吡啶和1,3-丙磺酸内酯；
（2）称取有机溶剂，有机溶剂与4-乙烯基吡啶和1,3-丙磺酸内酯的总质量比为2:1～8:1；
（3）称取助剂，助剂与步骤（1）中的4-乙烯基吡啶和1,3-丙磺酸内酯和步骤（2）中的有机溶剂的质量比为0.001～0.01；
（4）将步骤（2）中的有机溶剂平均分成三份，分别与4-乙烯基吡啶、1,3-丙磺酸内酯、助剂溶解混合；
（5）将步骤（4）得到的三种混合溶液依次加入反应器，在20℃～90℃的条件下反应1～10h，然后经过滤、洗涤、干燥制得4-乙烯基吡啶丙磺酸内鎓盐。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（1）中4-乙烯基吡啶和1,3-丙磺酸内酯的摩尔比为1:1.1～1:1.2。
3.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（2）中有机溶剂与4-乙烯基吡啶和1,3-丙磺酸内酯的总质量比为3:1～5:1。
4.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：助剂与步骤（1）中的4-乙烯基吡啶和1,3-丙磺酸内酯和步骤（2）中的有机溶剂的质量比为0.005～0.01。
5.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（4）得到的三种混合溶液依次加入反应器，在60～80℃的条件下反应2～5h。
6.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：所述有机溶剂为苯、甲苯、乙酸乙酯、丙酮、环己酮、碳酸丙烯酯中的任一种。
7.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：所述助剂为羟胺类化合物和硝基苯类化合物。
8.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：羟胺类化合物具体可以为二甲基羟胺、二乙基羟胺、二丙基羟胺、异丙基羟胺、二丁基羟胺、甲基乙基羟胺中的任一种。
9.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：硝基苯类化合物具体为1,2-二硝基苯、1,3-二硝基苯、1,4-二硝基苯、1,3,5-三硝基苯中的任一种。
10.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（5）中所述洗涤操作为用步骤（2）中所述有机溶剂洗涤2～4次。
11.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（5）中所述干燥为在40～60℃下干燥10～20h。
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