n,n’-雙4-氨基-2,2,6-四甲基哌啶基-1,3-苯二甲酰胺的光穩(wěn)定性

1抗氧劑和收劑的協(xié)同效應(yīng)阻止胺光穩(wěn)定劑是一種性能優(yōu)異的光穩(wěn)定劑。它對醇酸和其他高蒸發(fā)反應(yīng)起到了很好的抑制作用。對塑料的光穩(wěn)定效果是其他紫外添加劑的兩倍。此外,受阻胺類光穩(wěn)定劑除了具有光穩(wěn)定作用外,還有抗氧化、吸收紫外線等多種功能,且與紫外線吸收劑和抗氧劑有良好的協(xié)同效應(yīng)。該類光穩(wěn)定劑不但不會使樹脂著色,而且與許多樹脂具有非常良好的相容性,低毒或無毒,更好的滿足了薄膜制品、食品包裝材料和纖維制品的性能要求,是光穩(wěn)定劑市場中應(yīng)用最為廣泛的一類,具有非常強(qiáng)大的競爭優(yōu)勢。其中N,N’-雙(4-氨基-2,2,6,6-四甲基哌啶基)-1,3-苯二甲酰胺是目前市場上常見的一種,研究其合成路線及其成產(chǎn)工藝具有十分重要的意義。本文以間苯二甲酸為初始化合物,以二氯亞砜為酰氯化試劑制備中間體間苯二甲酰氯,該中間體再與4-氨基-2,2,6,6-四甲基哌啶低溫下反應(yīng)得到N,N’-雙(4-氨基-2,2,6,6-四甲基哌啶基)-1,3-苯二甲酰胺。本文考察了溫度,試劑用量,反應(yīng)時間等對該反應(yīng)的影響,具體反應(yīng)過程如下。2實驗部分2.1氯亞、二甲基甲酰胺、5.2合成間苯二甲酸,化學(xué)純;4-氨基-2,2,6,6-四甲基哌啶,化學(xué)純;二氯亞砜、二甲基甲酰胺、氯仿、氫氧化鈉均為分析純。美國Agilent公司1100型高效液相色譜儀,BIO-RADFis3000型紅外分析儀(美國BIO-RAD公司),INOVA-400型核磁共振波譜儀(美國Varian公司)。2.2實驗方法2.2.1-甲基-2-甲基-2-甲基-2-甲基甲基苯磺酸酯的合成將反應(yīng)瓶連上尾氣吸收裝置,向瓶內(nèi)加入16.7g(0.1mol)間苯二甲酸、35.7g(0.3mol)二氯亞砜、0.17g二甲基甲酰胺,攪拌下升溫至58~62℃,保持該溫度直至反應(yīng)液變?yōu)闊o色透明、尾氣吸收瓶內(nèi)不再冒出氣泡,停止反應(yīng)。將瓶內(nèi)的產(chǎn)品進(jìn)行精餾純化,得到產(chǎn)品,純度為99.3%,收率為89.2%。2.2.2g間苯二甲酰氯的制備將29.8g4-氨基-2,2,6,6-四甲基哌啶、40mL氯仿加入反應(yīng)瓶內(nèi),在冰水浴中攪拌降溫至0~5℃。將19.3g間苯二甲酰氯溶于20mL氯仿中,逐滴滴加到反應(yīng)瓶內(nèi),整個滴加過程保溫于0℃~5℃,滴加用時約1h。加熱到19℃~21℃攪拌2h。將瓶內(nèi)的懸浮液抽濾,所得產(chǎn)品溶于300ml水中,加入50g氫氧化鈉,于室溫下攪拌2h,將析出的產(chǎn)品過濾,用清水洗滌后干燥,得到最終產(chǎn)品,純度99.1%,收率為96.7%。熔點270~272℃;IR(KBr),ν/cm3結(jié)果與討論3.1氯亞用量的選取在本反應(yīng)中,二氯亞砜不僅是反應(yīng)試劑還是溶劑,所以其用量較多。而且二氯亞砜參與的反應(yīng)會放出大量的熱,會使沸點較低的二氯亞砜又額外的損失一部分。所以為了找到一個二氯亞砜的最佳用量,我們選取了不同的二氯亞砜的量進(jìn)行實驗。其結(jié)果如表1所示,間苯二甲酸與二氯亞砜不同的摩爾比對最終產(chǎn)品的收率有著直接的影響,在其它條件一定時,二氯亞砜的用量增加會使對應(yīng)的產(chǎn)品收率也相應(yīng)增加。當(dāng)間苯二甲酸與二氯亞砜的摩爾比為1:3.0時,其對應(yīng)的收率是最高的。繼續(xù)增加二氯亞砜的用量時,其收率并不會繼續(xù)增加,所以我們確定了n(間苯二甲酸)/n(二氯亞砜)=1:3.0為反應(yīng)的條件。3.2甲基甲酰胺用量對反應(yīng)的影響利用二氯亞砜對間苯二甲酸進(jìn)行酰氯化反應(yīng)具有方法簡單,收率高,易于操作等優(yōu)點。但是由于二氯亞砜的反應(yīng)活性比較低,所以需要加入催化劑二甲基甲酰胺催化反應(yīng)順利進(jìn)行。為此我們選擇不同的催化劑用量來考察對反應(yīng)收率的影響。由圖1可知,二甲基甲酰胺對該反應(yīng)確實有明顯的催化作用,當(dāng)其用量達(dá)到1%催化效果最好,而繼續(xù)提高催化劑用量時并不能提高催化效果,而且當(dāng)催化劑用量太大時還會嚴(yán)重影響產(chǎn)品品質(zhì),所以我們選定了1%的催化劑用量。3.3關(guān)于溫度的選擇實驗以二氯亞砜為試劑處理間苯二甲酸時,溫度的選擇也至關(guān)重要。在上述實驗中我們只選擇了40℃和60℃,進(jìn)行了初步探索。為了找到更準(zhǔn)確的最優(yōu)溫度,我們選擇了不同的溫度做了一系列實驗。由圖2可知,反應(yīng)溫度在60℃時,其對應(yīng)的收率最高,可達(dá)89.2%。當(dāng)反應(yīng)的溫度繼續(xù)增加時,可能由于二氯亞砜在高溫時損失太大,反而導(dǎo)致了收率的降低。所以我們確定了該反應(yīng)的最佳反應(yīng)溫度為58~62℃。3.4反應(yīng)條件選擇在常見的酰基化試劑中,酰氯是反應(yīng)活性很高的一類,其參與的反應(yīng)常常會比較劇烈并且伴隨著放熱。在生產(chǎn)中為了控制反應(yīng)安全穩(wěn)定的進(jìn)行,我們常常緩慢滴加其中一個反應(yīng)物(一般是酰氯)而且選擇比較低的反應(yīng)溫度。而在滴加結(jié)束后,為了使反應(yīng)進(jìn)行完全,提高收率,我們又會稍微提高反應(yīng)溫度繼續(xù)反應(yīng)一段時間。以此為思路,在合成的第二步中,我們選擇了一系列的反應(yīng)條件,來選擇最優(yōu)組合。由表2可以得出結(jié)論,滴加時間為1.0h,滴加后溫度為20℃,反應(yīng)時間為2.0h,收率最高。由此我們選定了第二步的工藝條件。4甲基甲酰胺用量對合成收率的影響本文討論了以間苯二甲酸為初始化合物,以二氯亞砜為酰氯化試劑,生成中間體間苯二甲酰氯,該中間體再與4-氨基-2,2,6,6-四甲基哌啶反應(yīng)生成光穩(wěn)定劑N,N’-雙(4-氨基-2,2,6,6-四甲基哌啶基)-1,3-苯二甲酰胺。在第一步反應(yīng)中本文研究了二氯亞砜用量對收率的影響,當(dāng)間苯二甲酸與二氯亞砜的摩爾比為1:3.0時,收率最高;催化劑二甲基甲酰胺用量對收率的影響,當(dāng)催化劑用量為1%時效果