一种合成光引发剂的氯代中间体的制备方法及其应用与流程

1.本发明属于光引发剂制备领域，涉及一种合成光引发剂的氯代中间体的制备方法及其应用。


背景技术：

2.2-羟基-1-{4-[4-(2-羟基-2-甲基-丙酰基)-苯氧基]-苯基}-2-甲基-丙-1-酮是一种α-羟基酮类光引发剂；其在印刷油墨配方中呈现出优异的效能；
[0003]
2-羟基-1-{4-[4-(2-羟基-2-甲基-丙酰基)-苯氧基]-苯基}-2-甲基-丙-1-酮的传统制备工艺以二苯醚为原料，依次经弗瑞德-克来福特反应、氯化反应、碱解反应得到，其中氯代反应采用冰醋酸作为溶剂，在氯代反应结束后真空脱溶，上述过程中氯代反应液中的醋酸无法完全分离，残留较多，在后续碱解反应中与碱液反应形成醋酸盐溶于水中，难以回收套用，且真空脱溶能耗高，成本高；
[0004]
因此，开发一种高α-氯代选择性、低成本、低能耗、操作简单的α-氯代中间体的制备方法仍具有重要意义。


技术实现要素：

[0005]
本发明的目的在于提供一种合成光引发剂的氯代中间体的制备方法及其应用，所述制备方法包括在氯代反应中加入浓度为30％～85％的硫酸作为助剂，其可以降低苯环上的副反应发生，从而抑制苯环上氯取代反应的发生，提升α-氯代反应的选择性，进而提升产物收率；且相较于传统采用醋酸作为溶剂的氯代工艺，本发明采用上述浓度的硫酸作为助剂，不仅提升了α-氯代反应的选择性，且在氯代反应结束后，便于分离产物中的硫酸，分液得到的硫酸相能实现循环套用，从而降低了物料成本，且分液操作简单，能耗更低。
[0006]
为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：
[0007]
第一方面，本发明提供了一种合成光引发剂的氯代中间体的制备方法，所述氯代中间体的分子结构如下式a所示；
[0008][0009]
所述制备方法包括：将式b化合物溶液与浓度为30％～85％(示例性的包括35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％或80％等)的硫酸混合，通入氯气进行氯代反应，得到氯代中间体溶液；式b化合物的分子式如下所示；
[0010][0011]
2-羟基-1-{4-[4-(2-羟基-2-甲基-丙酰基)-苯氧基]-苯基}-2-甲基-丙-1-酮是一种α-羟基酮类光引发剂，其制备过程以二苯醚为原料，依次经傅克反应、氯代反应和碱解反应得到；传统氯代反应过程大量使用醋酸作为溶剂，反应结束后经真空脱溶，醋酸不易被脱除干净，虽然残留的醋酸不会直接影响后续反应，但在后续碱解反应中需消耗更多的碱性水溶液，且醋酸转换为醋酸盐溶解在水中，不易回收套用；且真空脱溶能耗高；为了解决上述技术问题，本发明提供了一种α-氯代反应选择性高、收率高、且助剂易于回收套用、操作简单、低成本、低能耗的氯代工艺；
[0012]
本发明氯代中间体的制备过程中，加入浓度为30％～85％的硫酸作为助剂，其能有效抑制苯环上氯取代反应的发生，从而提升α-氯代反应的选择性，进而提升目标产物的收率，本发明上述氯代反应的选择性可达98％以上；
[0013]
且采用浓度为30％～85％的硫酸作为助剂，在氯代反应结束后，可通过加入水，静置实现氯代中间体溶液和硫酸相的分层，氯代中间体溶液中硫酸残留少，从而便于实现硫酸的回收套用，解决了传统工艺中醋酸分离困难的问题，降低了能耗和工艺成本，操作更加简单。
[0014]
上述加入水的量与初始加入的硫酸的浓度有关，本发明通过研究发现，当硫酸浓度为30％～85％时，α-氯代反应性最优，反应结束后，硫酸和氯代中间体溶液更易通过静置分层实现两相分离，当初始硫酸的浓度在30～70％的范围内时，后续静置分液前无需加入水，当初始硫酸的浓度＞70％时，静置分液前可通过加入水调整硫酸浓度在30％～70％的范围内，进而便于硫酸和氯代中间体有机相通过静置分液实现两相分离。
[0015]
上述氯代反应的方程式如下所示：
[0016][0017]
优选地，将式b化合物溶液与浓度为30％～85％(示例性的包括35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％或80％等)的硫酸混合的操作温度为-5℃～5℃，例如-4℃、-3℃、-2℃、-1℃、0℃、1℃、2℃、3℃或4℃等。
[0018]
本发明中在上述温度下进行式b化合物溶液与硫酸的混合，混合过程需伴随搅拌，尤其使用浓度比较高的硫酸时，控制上述温度并伴随搅拌，能有效避免其放热明显，或者局部放热过快。
[0019]
硫酸的浓度不宜过高，当使用浓度大于85％的浓硫酸时，反应溶液会变成黑色。
[0020]
优选地，进行氯代反应的温度为25℃～50℃，例如30℃、35℃、40℃或45℃等。
[0021]
本发明优选反应温度在上述温度范围内，当温度＞50℃，苯环上的副反应会明显
增加，温度越高副反应有增加趋势，尤其是在反应后期比较明显，当温度＜25℃，反应速率相对较低，不利于提高效率缩短生产周期。
[0022]
优选地，式b化合物与硫酸中h2so4的质量比为0.75～1.25:1，例如0.8:1、0.85:1、0.9:1、0.95:1、1:1、1.05:1、1.1:1、1.15:1或1.2:1等。
[0023]
本发明采用上述配比，其便于提升α-氯代反应的选择性，降低副产物的生成；当硫酸加入量较低时，助剂作用不明显，且反应结束后硫酸相不能直接分出，需要加入大量水才能分液，所得的稀释的硫酸不能重复利用，不能有效减少废酸水的产生，环境压力大，当硫酸的加入量过高时，会溶解较多的产物造成产率低。
[0024]
优选地，式b化合物溶液的溶剂选自氯苯、二氯乙烷或二氯甲烷中的任意一种或至少两种的组合。
[0025]
优选地，所述氯代反应在反应装置中进行，所述反应装置连接尾气吸收装置，优选尾气吸收装置中的吸收剂选自碱液，优选为氢氧化钠水溶液。
[0026]
此处采用氢氧化钠水溶液作为吸收液，其能吸收氯代反应产生的hcl，避免对环境造成污染。
[0027]
优选地，所述氯代反应结束后还包括向反应液中加入水，混合，分液，得到有机相和硫酸相，所述有机相经水洗得到氯代中间体溶液。
[0028]
优选地，加入水的量使得分液得到的硫酸相中h2so4的浓度为30％～70％，例如35％、40％、45％、50％、55％、60％或65％等。
[0029]
本发明中，控制水的加入量使得分液得到的硫酸相中h2so4的浓度为30％～70％，在上述浓度范围内，一方面，便于通过静置分层形成硫酸相和有机相，实现硫酸相和有机相的分液，工艺操作简单，成本低，能耗低，后续碱解反应碱液消耗量少；另一方面，便于硫酸相的套用，实现硫酸助剂的循环利用。
[0030]
优选地，式b化合物通过如下方法制备得到，所述方法包括以下步骤：
[0031]
(1)将二苯醚、有机溶剂和催化剂混合，之后滴加异丁酰氯进行傅克反应；
[0032]
(2)将步骤(1)得到的反应液与水解试剂混合进行水解反应，分液得到有机相，之后水洗，得到式b化合物溶液。
[0033]
优选地，所述催化剂选自无水三氯化铝。
[0034]
本发明制备方法中，式b化合物制备方法的反应方程式如下所示；
[0035][0036]
优选地，步骤(1)中傅克反应的温度为-5℃～0℃，例如-4℃、-3℃、-2℃或-1℃等。
[0037]
优选地，步骤(1)中将二苯醚、有机溶剂和催化剂混合的方法包括将二苯醚和有机溶剂混合，之后在-5～0℃(示例性的包括-4℃、-3℃、-2℃或-1℃)下加入催化剂。
[0038]
优选地，步骤(1)所述有机溶剂选自氯苯、二氯乙烷或二氯甲烷中的任意一种或至少两种的组合。
[0039]
优选地，步骤(1)中傅克反应在反应装置中进行，所述反应装置连接尾气吸收装置，所述尾气吸收装置的吸收剂选自水，优选为冰水。
[0040]
此处傅克反应中，尾气吸收装置采用冰水作为吸收剂，其吸收傅克反应产生的hcl，得到包含hcl的冰水溶液，其后续可作为水解试剂，进而实现资源综合利用。
[0041]
优选地，步骤(2)中水解试剂选自包含hcl的冰水溶液。
[0042]
优选地，所述包含hcl的冰水溶液来自尾气吸收装置的冰水。
[0043]
本发明中尾气吸收装置中的吸收剂冰水吸收傅克反应产生的hcl后能作为水解试剂用于傅克反应结束后的水解过程。
[0044]
优选地，所述水洗之后还包括提纯。
[0045]
优选地，所述提纯的方法包括脱溶，重结晶。
[0046]
优选地，所述重结晶的溶剂为甲醇、石油醚或正己烷中的任意一种或至少两种的组合。
[0047]
第二方面，本发明提供了一种光引发剂的制备方法，所述光引发剂的结构式如式c所示：
[0048][0049]
所述制备方法包括以下步骤：
[0050]
(ⅰ)通过如第一方面所述的方法制备得到氯代中间体溶液；
[0051]
(ⅱ)将步骤(ⅰ)中氯代中间体溶液和碱液混合，升温进行碱解反应，得到所述光引发剂。
[0052]
本发明中，氯代中间体溶液的碱解反应方程式如下所示：
[0053][0054]
优选地，步骤(ⅱ)所述碱液为氢氧化钠水溶液，优选为浓度为10％-50％(示例性的包括15％、20％、25％、30％、35％、40％或45％等)的氢氧化钠水溶液。
[0055]
优选地，步骤(ⅱ)中升温进行碱解反应的温度为50℃～80℃，例如55℃、60℃、65℃、70℃或75℃等。
[0056]
本发明中，碱解反应在上述温度范围内进行，其最有利，当温度低于50℃时，碱解反应速率缓慢，需要延长2倍及以上的时间，当温度高于80℃时，副反应消除反应会有增加的趋势。
[0057]
优选地，步骤(ⅱ)中升温进行碱解反应的过程中伴随搅拌。
[0058]
优选地，步骤(ⅱ)中碱解反应结束后还包括降温、分液、有机相水洗、脱溶、重结晶、干燥，得到所述光引发剂。
[0059]
优选地，所述重结晶的溶剂选自甲醇、石油醚或正己烷中的任意一种或至少两种的组合。
[0060]
作为本发明优选的技术方案，所述光引发剂的制备方法包括以下步骤：
[0061]
(a)在反应装置中，将二苯醚和有机溶剂混合，之后降温至-5～0℃，加入催化剂，之后滴加异丁酰氯进行傅克反应，所述反应装置连接尾气吸收装置，所述尾气吸收装置的吸收剂选自冰水；
[0062]
(b)将步骤(a)得到的反应液与尾气吸收装置内的冰水混合，分液得到有机相，之后水洗，得到式b化合物溶液。
[0063]
(c)在-5～5℃下，将步骤(b)得到的式b化合物溶液和浓度为30％～85％的硫酸在反应装置中混合，反应装置连接尾气吸收装置，尾气吸收装置中的吸收剂选自氢氧化钠水溶液；反应装置内充分搅拌下，升温至25℃～50℃，通入氯气进行氯代反应；
[0064]
(d)待步骤(c)中反应结束后，向反应液中加入水，搅拌，分液得到有机相和硫酸相，有机相经水洗得到氯代中间体溶液；其中，向反应液中加入水的量使得所得硫酸相中h2so4的浓度为30％～70％；
[0065]
(e)将步骤(d)中得到的氯代中间体溶液和氢氧化钠水溶液混合，升温至50℃～80℃，伴随搅拌进行碱解反应，待反应完全后，降温，静置分层，分液，有机相水洗，脱溶，用甲醇重结晶，过滤，干燥，得到白色固体光引发剂。
[0066]
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
[0067]
(1)本发明制备方法中，氯代反应采用浓度为30％～85％的硫酸作为助剂，可以抑制苯环上氯取代反应的发生，从而提升α-氯取代反应的选择性，提升产物的收率；
[0068]
(2)本发明所述制备方法采用浓度为30％～85％的硫酸作为助剂，相较于传统以醋酸作为溶剂的氯代工艺，其在氯代反应结束后，二者便于通过静置分液的方式分离，氯代中间体溶液中硫酸残留少，后续碱解反应中对碱液的消耗少，且上述分液方式相较于传统真空脱溶脱除醋酸的方式，其操作更加简单，能耗更低；
[0069]
(3)本发明所述制备方法中分液得到的硫酸相可直接套用，工艺成本低。
具体实施方式
[0070]
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
[0071]
实施例1
[0072]
本实施例提供了一种2-羟基-1-{4-[4-(2-羟基-2-甲基-丙酰基)-苯氧基]-苯基}-2-甲基-丙-1-酮的制备方法，具体包括以下步骤：
[0073]
(1)在反应装置中，将221.3g(1.3mol)的二苯醚和300ml氯苯混合，并降温冷却至-5℃，反应装置连接尾气吸收装置，尾气吸收剂为冰水，向反应装置中加入373.3g(2.8mol)的无水氯化铝；之后滴加297.8g(2.8mol)的异丁酰氯，保温搅拌反应，薄层色谱检测至反应完全；
[0074]
(2)将步骤(1)得到的反应液与尾气吸收装置中的冰水混合，搅拌0.5h，静置在分液漏斗中分离两相，有机相经水洗后得到式b化合物溶液；hplc检测含量＞95％；
[0075]
(3)在反应装置中，控温在0℃，将步骤(2)得到的式b化合物溶液与530g75％的硫酸混合均匀，之后升温至35℃充分搅拌，向反应装置中通入184.6g氯气，在反应末期控制氯气通入速率较慢，薄层色谱检测至反应完全，打开通气阀，将尾气导入尾气吸收装置，尾气吸收剂为氢氧化钠水溶液中；
[0076]
(4)向步骤(3)中得到的反应液中加入206ml水，搅拌均匀，静置分层，分液，有机相经水洗，得到氯代中间体溶液，hplc纯度为97％；所得硫酸相中h2so4的浓度为54％；
[0077]
(5)将步骤(4)得到的氯代中间体溶液与418g的30％的氢氧化钠水溶液混合，升高温度至60℃，充分搅拌并保温反应，薄层色谱检测至反应完全，降至室温，静置分层，分液，有机相经水洗，蒸出氯苯，用甲醇进行重结晶提纯，过滤，干燥得到白色结晶(2-羟基-1-{4-[4-(2-羟基-2-甲基-丙酰基)-苯氧基]-苯基}-2-甲基-丙-1-酮)400.6g(收率89.9％)，熔点为98℃-101℃，纯度为98.8％。
[0078]
对所得白色结晶进行核磁共振分析，结果如下：
[0079]
1h-nmr(cdcl3,400mh):7.89(d,4h),6.95(d,4h),2.54(s,2h),1.39(s,12h)。
[0080]
实施例2
[0081]
本实施例与实施例1的区别在于，用实施例1中步骤(4)分液得到的浓度为54％的硫酸相套用至步骤(3)中替换掉530g75％的硫酸，步骤(4)中不再加入水，其他参数和条件与实施例1中完全相同。
[0082]
本实施例步骤(5)中得到的产物为白色结晶，纯度为98.1％，收率为86.3％。
[0083]
实施例3
[0084]
本实施例与实施例1的区别在于，将步骤(3)中530g75％的硫酸替换为610g65％的硫酸，步骤(4)中不加入水，其他参数和条件与实施例1中完全相同。
[0085]
本实施例步骤(5)中得到的产物为白色结晶，纯度为98.3％，收率为88.5％。
[0086]
实施例4
[0087]
本实施例与实施例1的区别在于，步骤(4)中不加入水，其他参数和条件与实施例1中完全相同。
[0088]
本实施例中反应后反应液分层不明显，且硫酸相中溶解大量的产物，所以在步骤(4)中不加水，后处理无法进行下去。
[0089]
对比例1
[0090]
本对比例与实施例1的区别在于，步骤(3)中不加入硫酸，其他参数和条件与实施例1中完全相同。本实施例中反应相同时间后hplc检测反应液，得到氯代中间体的纯度仅有47％。
[0091]
对比例2
[0092]
本对比例与实施例1的区别在于，将步骤(3)中530g75％的硫酸替换为1985g20％的硫酸，步骤(4)中不加入水，其他参数和条件与实施例1中完全相同。
[0093]
本对比例中得到的产物为白色结晶，纯度为97.8％，收率为78.9％。
[0094]
对比例3
[0095]
本对比例与实施例1的区别在于，在步骤(2)中所得溶液脱除去溶剂，并将步骤(3)中530g75％的硫酸替换为330g醋酸，同时不加入溶剂，其他参数和条件与实施例1中完全相同。步骤(3)和实施例1反应相同时间后，hplc进行检测反应原料式b化合物仍剩余35％。
[0096]
对比例4
[0097]
本对比例与实施例1的区别在于，将步骤(3)中530g75％的硫酸替换为405g98％的硫酸，其他参数和条件与实施例1中完全相同。
[0098]
本对比例中当加入浓硫酸时，反应溶液随反应进行颜色越来越深，步骤(3)得到的
反应液，用hplc测试得到氯代物仅75％的含量。
[0099]
申请人声明，以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。