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制备2-芳基-3,3-双(4-羟基芳基)苯并[c]吡咯的连续方法及由其衍生的聚合物

阅读:1032发布:2020-07-05

专利汇可以提供制备2-芳基-3,3-双(4-羟基芳基)苯并[c]吡咯的连续方法及由其衍生的聚合物专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且提供了一种用于制备2-芳基-3,3-双(羟基芳基)苯并[c]吡咯 酮 的连续方法,包括在催化剂和第一助催化剂存在下连续加热酸酐与酚,以形成包含酚酞化合物的第一反应混合物;沉淀酚酞化合物;将伯芳胺与酸催化剂和第二助催化剂合并以形成第二反应混合物;将酚酞化合物加入到第二反应混合物中;连续加热第二反应混合物,以提供包含粗制苯并[c]吡咯酮的第三反应混合物;以及处理粗制苯并[c]吡咯酮以除去 氨 基 苯酚 并纯化苯并[c]吡咯酮。,下面是制备2-芳基-3,3-双(4-羟基芳基)苯并[c]吡咯的连续方法及由其衍生的聚合物专利的具体信息内容。

1.一种用于制备式(I)的2-芳基-3,3-双(羟基芳基)苯并[c]吡咯的方法所述方法包括:
在催化剂和第一助催化剂的存在下,连续加热式(II)的酸酐
与式(III)的酚
以形成包括式(IV)的酚酞化合物的第一反应混合物
将所述第一反应混合物与亚硫酸氢钠和有机溶剂连续合并,所述有机溶剂有效溶解所述式(IV)的酚酞化合物并且降低所述第一反应混合物的温度
吸附剂处理所述第一反应混合物以除去颜色
使所述式(IV)的酚酞化合物沉淀;
将式(V)的伯芳胺
与酸和第二助催化剂连续合并,以形成第二反应混合物;
向所述第二反应混合物中添加所述式(IV)的酚酞化合物;
连续加热所述第二反应混合物,以提供包括粗制的式(I)的苯并[c]吡咯酮的第三反应混合物;
将所述第三反应混合物与含连续合并,以形成第一含水流;
用式(VI)的基芳基化合物连续萃取所述第一含水流
(R4)(R5)N-Ar(R6)s(VI)
以提供有机流和包含粗制的式(I)的苯并[c]吡咯酮的第二含水流;
从所述第二含水流中连续除去所述式(VI)的氨基芳基化合物,以提供第三含水流;
使所述第三含水流与活性木炭连续接触,以提供第四含水流;
使式(I)的苯并[c]吡咯酮从所述第四含水流中连续沉淀,以提供浆料;
连续浓缩所述浆料,并且从浓缩的所述浆料中分离包含式(I)的苯并[c]吡咯酮的湿固体;
用甲醇水溶液连续研磨包含所述式(I)的2-芳基-3,3-双(羟基芳基)苯并[c]吡咯酮的所述湿固体,以提供包含所述式(I)的2-芳基-3,3-双(羟基芳基)苯并[c]吡咯酮的研磨的固体;以及
分离所述研磨的固体,以提供纯化的式(I)的2-芳基-3,3-双(羟基芳基)苯并[c]吡咯酮,其中,在式(I)、(II)、(III)、(IV)、(V)和(VI)中,
1
每次出现的R 独立地为苯基或C1-25基,优选地为苯基或C1-6烷基,更优选地为C1-3烷基,
每次出现的R2和R3独立地为C1-25烃基或卤素,优选地为C1-6烷基,更优选地为C1-3烷基,并且
4 5
R和R各自独立地为氢或C1-25烃基,优选地为氢或C1-6烷基,更优选地为氢,Ar是在环中任选地包含至多达三个杂原子的C6-12芳环,优选地为C6或C12芳环,R6各自独立地为卤素、硝基、氰基或C1-25烃基,优选地为C1-6烷基,更优选地为C1-3烷基,并且
r、p、q和s各自独立地为0-4,更优选地为0或1,优选地为0。
2.根据权利要求1所述的方法,其中,所述式(II)的酸酐是邻苯二甲酸酐,所述式(III)的酚是苯酚,所述催化剂是ZnCl2,并且所述第一助催化剂是氯磺酸。
3.根据权利要求1或2所述的方法,其中,加热所述第一反应混合物在100-150℃下、优选地在115-140℃下进行。
4.根据前述权利要求中任一项或多项所述的方法,其中,加热所述第一反应混合物持续4-10小时。
5.根据前述权利要求中任一项或多项所述的方法,其中,使所述式(IV)的酚酞化合物沉淀包括至少部分地除去所述溶剂以形成浆料,以及冷却所述浆料。
6.根据前述权利要求中任一项或多项所述的方法,还包括洗涤沉淀的所述式(IV)的酚酞化合物。
7.根据前述权利要求中任一项或多项所述的方法,还包括干燥沉淀的所述式(IV)的酚酞化合物。
8.根据前述权利要求中任一项或多项所述的方法,其中,所述式(V)的伯芳胺是苯胺,酸催化剂是无机酸、优选盐酸,所述第二助催化剂是杂环芳族胺、优选吡啶或4-二甲基氨基吡啶。
9.根据前述权利要求中任一项或多项所述的方法,其中,加热所述第二反应混合物在
155-185℃、优选155-170℃下进行。
10.根据前述权利要求中任一项或多项所述的方法,其中,加热所述第二反应混合物持续5-15小时、优选6-12小时。
11.根据前述权利要求中任一项或多项所述的方法,其中,所述式(III)的酚以大于2摩尔当量的所述式(II)的酸酐、优选以所述式(II)的酸酐的2-3摩尔当量的浓度存在。
12.根据前述权利要求中一项或多项所述的方法,包括
添加酸催化剂和所述伯芳胺,以形成初始第二反应混合物;
从所述初始第二反应混合物中除去水,以提供水减少的第二反应混合物;以及将所述式(IV)的酚酞化合物和所述第二助催化剂添加至所述水减少的第二反应混合物中,以提供所述第二反应混合物。
13.根据前述权利要求中一项或多项所述的方法,包括
将所述式(IV)的酚酞化合物与所述式(V)的伯芳胺合并,以形成合并的反应混合物;
将水从所述合并的反应混合物中除去至小于4wt%的水平。
14.根据前述权利要求中一项或多项所述的方法,还包括从所述有机流中再循环所述式(VI)的氨基芳基化合物。
15.根据前述权利要求中一项或多项所述的方法,其中,从所述含水流中除去残留的所述式(VI)的氨基芳基化合物包括用二氯乙烷萃取或共沸蒸馏。
16.根据前述权利要求中一项或多项所述的方法,还包括从所述反应混合物中沉淀式(I)的苯并[c]吡咯酮。
17.根据前述权利要求中任一项或多项所述的方法,其中,所述式(I)的2-芳基-3,3-双(羟基芳基)苯并[c]吡咯酮具有式(IA)
其中,R1是C1-3烷基,R2是C1-3烷基或卤素,p是0或1,并且r是0或1。
18.根据前述权利要求中任一项或多项所述的方法,其中,q、p和r各自为0,并且式(I)的苯并[c]吡咯酮为式(IB)的2-苯基-3,3-双(4-羟基苯基)-2-苯并[c]吡咯酮
19.一种用于制备式(IB)的2-苯基-3,3-双(4-羟基苯基)-2-苯并[c]吡咯酮的方法所述方法包括:
在ZnCl2和氯磺酸的存在下,在100-150℃下连续加热邻苯二甲酸酐与苯酚持续4-10小时,以形成包括酚酞化合物的第一反应混合物;
将所述第一反应混合物与亚硫酸氢钠和有机溶剂连续合并,所述有机溶剂有效溶解所述酚酞化合物并且降低所述第一反应混合物的温度;
活性炭或活性木炭处理所述第一反应混合物以除去颜色;
通过至少部分地除去所述溶剂来使所述酚酞化合物沉淀,以形成浆料,并且冷却所述浆料;
将苯胺与盐酸和吡啶或4-二甲基氨基吡啶连续合并,以形成第二反应混合物;
将所述酚酞化合物添加到所述第二反应混合物中;
在155-185℃下连续加热所述第二反应混合物持续5-15小时,以提供包含粗制的式(IB)的苯并[c]吡咯酮的第三反应混合物;
将所述第三反应混合物与氢化钠连续合并以形成第一含水流;
用苯胺连续萃取所述第一含水流,以提供有机流和包含粗制的式(IB)的苯并[c]吡咯酮的第二含水流;
从所述第二含水流中连续除去苯胺,以提供第三含水流;
使所述第三含水流与活性木炭连续接触,以提供第四含水流;
使式(IB)的苯并[c]吡咯酮从所述第四含水流中连续沉淀,以提供浆料;
连续浓缩所述浆料并且从浓缩的所述浆料中分离包含式(IB)的苯并[c]吡咯酮的湿固体;
用甲醇水溶液连续研磨包含式(IB)的2-芳基-3,3-双(羟基芳基)苯并[c]吡咯酮的湿固体,以提供包含式(IB)的2-芳基-3,3-双(羟基芳基)苯并[c]吡咯酮的研磨的固体;以及连续分离所述研磨的固体,以提供纯化的式(IB)的2-芳基-3,3-双(羟基芳基)苯并[c]吡咯酮。
20.一种用于制备聚酸酯的方法,包括
根据权利要求1-18中任一项或多项制备式(I)的2-芳基-3,3-双(4-羟基芳基)苯并[c]吡咯酮;以及
在碳酸酯源的存在下,聚合所述式(I)的2-芳基-3,3-双(4-羟基芳基)苯并[c]吡咯酮。

说明书全文

制备2-芳基-3,3-双(4-羟基芳基)苯并[c]吡咯的连续方法

及由其衍生的聚合物

技术领域

[0001] 本公开涉及用于制备2-芳基-3,3-双(4-羟基芳基)苯并[c]吡咯酮的方法。

背景技术

[0002] 2-苯基-3,3-双(4-羟基苯基)苯并[c]吡咯酮(也称为N-苯基酚酞双酚(PPPBP)或3,3-双(4-羟基苯基)-2-苯基异吲哚啉-1-酮))的制备可以通过两步批处理合成。第一步是通过使邻苯二甲酸酐与苯酚在氯化锌和作为助催化剂的氯磺酸存在下在升高的温度下在间歇式反应器中反应制备酚酞(PP),如例如,在美国专利2,522,939中所述的。酚酞的纯化和分离也是分批进行的,例如,如在美国专利公开2008/0177091中所述的,其中将反应物料转移至两个或更多个另外的容器中,过滤(有时以分批形式)并分离。第二合成步骤是PP与苯胺在酸存在下反应,然后分离以提供粗制产物,如例如,在美国专利8,809,486中所述的。
过滤并用洗涤后得到固体粗制PPPBP。粗制PPPBP的纯化通常也以间歇方法进行,例如,如美国专利7,135,577、美国专利7,563,817和美国专利7,884,220中所述的。整个过程可涉及八次、十次或更多次手动干预。
[0003] 因此,仍然需要用于制备2-苯基-3,3-双(4-羟基苯基)苯并[c]吡咯酮,特别是PPPBP的改进方法。发明内容
[0004] 一种用于制备式(I)的2-芳基-3,3-双(羟基芳基)苯并[c]吡咯酮的方法
[0005] 该方法包括:在催化剂和第一助催化剂存在下连续加热式(II)的酸酐
[0006] 与式(III)的酚
[0007]
[0008] 以形成包含式(IV)的酚酞化合物的第一反应混合物
[0009] 将第一反应混合物与亚硫酸氢钠和有机溶剂连续合并,所述有机溶剂有效溶解式(IV)的酚酞化合物并降低第一反应混合物的温度;
吸附剂处理第一反应混合物以除去颜色;沉淀式(IV)的酚酞化合物;将式(V)的伯芳胺[0010]
[0011] 与酸和第二助催化剂连续合并以形成第二反应混合物;将式(IV)的酚酞化合物加入到第二反应混合物中;连续加热第二反应混合物,以提供第三反应混合物,其包含粗制的式(I)的苯并[c]吡咯酮;将第三反应混合物与含水(aqueous base,水性碱,含碱水溶液)连续合并以形成第一含水流(aqueous stream,水性流,水流);用式(VI)的基芳基化合物连续萃取第一含水流
[0012] (R4)(R5)N-Ar(R6)s  (VI)
[0013] 以提供有机流和包含粗制的式(I)的苯并[c]吡咯酮的第二含水流;从第二含水流中连续除去式(VI)的氨基芳基化合物以提供第三含水流;使第三含水流与活性木炭连续接触以提供第四含水流;从第四含水流中连续沉淀式(I)的苯并[c]吡咯酮以提供浆料;连续浓缩浆料并从浓缩的浆料中分离包含式(I)的苯并[c]吡咯酮的湿固体;使用甲醇水溶液连续研磨(triturate,磨碎)包含式(I)的2-芳基-3,3-双(羟基芳基)苯并[c]吡咯酮的湿固体,以提供包含式(I)的2-芳基-3,3-双(羟基芳基)苯并[c]吡咯酮的研磨的固体;和分离研磨的固体,以提供纯化的式(I)的2-芳基-3,3-双(羟基芳基)苯并[c]吡咯酮,其中在式(I)、(II)、(III)、(IV)、(V)和(VI)中,每次出现的R1独立地为苯基或C1-25基、优选为苯基或C1-6烷基、更优选为C1-3烷基,每次出现的R2和R3独立地为C1-25烃基或卤素,优选为C1-6烷基、更优选为C1-3烷基,并且各个R4和R5独立地为氢或C1-25烃基、优选为氢或C1-6烷基、更优选为氢,Ar是在环中任选地含有至多达3个杂原子的C6-12芳环,优选为C6或C12芳环,各个R6独立地为卤素、硝基、氰基或C1-25烃基、优选为C1-6烷基、更优选为C1-3烷基、并且r、p、q和s各自独立地为0-4,更优选为0或1,优选设置为0。
[0014] 一种用于制备聚酸酯的方法,包括根据所提供的方法制备式(I)的2-芳基-3,3-双(4-羟基芳基)苯并[c]吡咯酮;并且提供了在碳酸酯源存在下聚合式(I)的2-芳基-3,3-双(4-羟基芳基)苯并[c]吡咯酮。
[0015] 通过下面详细描述例示上述和其他特征。

具体实施方式

[0016] 本公开总体涉及用于制备酚酞衍生物的连续或半连续方法,特别是2-芳基-3,3-双(4-羟基芳基)苯并[c]吡咯酮,其适合用作用于制备聚碳酸酯和其他聚合物的单体或共聚单体。在一些实施方式中,提供了用于制备酚酞的连续方法,以及用于制备2-苯基-3,3-双(4-羟基苯基)苯并[c]吡咯酮(PPPBP)和其他2-芳基-3,3-双(4-羟基芳基)苯并[c]吡咯酮的连续方法,在该过程期间不使用或使用最少的固体处理。该方法可以提高生产量,节省能量损耗和减少原料用量。下面进一步描述用于形成酚酞和PPPBP的方法中的步骤。
[0017] 根据这些方法制备的2-芳基-3,3-双(4-羟基芳基)苯并[c]吡咯酮可用于制备聚碳酸酯和其他聚合物。根据这些方法制备的2-芳基-3,3-双(4-羟基芳基)苯并[c]吡咯酮可以具有改进的性质,例如较低水平的氨基苯酚杂质。与先前方法相比,所述的制备和纯化2-芳基-3,3-双(4-羟基芳基)苯并[c]吡咯酮的方法可以进一步具有更短的反应时间,以及减少或消除对于杂质除去的碳吸附剂的需要。
[0018] 根据本公开制备的2-芳基-3,3-双(4-羟基芳基)苯并[c]吡咯酮具有式(I):
[0019]
[0020] 其中各个R1独立地为苯基或C1-25烃基,各个R2和R3独立地为C1-25烃基或卤素,并且r、p和q各自独立地为0-4。在一些实施方式中,各个R1独立地为苯基或C1-6烷基,各个R2和R3独立地为C1-6烷基,并且r、p和q各自独立地为0或1。在一些实施方式中,R1是苯基或C1-3烷基,r和p各自独立地为0-4。在一些实施方式中,r和p各自独立地为0或1。在一些实施方式中,各个q为0,并且R2为C1-3烷基或卤素。在其他实施方式中,r、p和q各自为0。
[0021] 在一个实施方式中,2-芳基-3,3-双(4-羟基芳基)苯并[c]吡咯酮具有式(IA)[0022]
[0023] 其中R1是C1-3烷基,R2是C1-3烷基或卤素,p是0或1,且r是0或1。在一些实施方式中,p和r中的每一个为零。
[0024] 当式(I)和(IA)中p、q和r各自为0时,2-芳基-3,3-双(4-羟基芳基)苯并[c]吡咯酮为具有式(IB)的2-苯基-3,3-双(4-羟基苯基)-2-苯并[c]吡咯酮
[0025]
[0026] 在一个实施方式中,该方法包括制备酚酞,纯化酚酞,使用纯化的酚酞制备式(I)的2-芳基-3,3-双(羟基芳基)苯并[c]吡咯酮,和纯化式(I)的2-芳基-3,3-双(羟基芳基)苯并[c]吡咯酮,其中每个步骤以连续方法进行。在另一个实施方式中,酚酞可以使用其他方法形成,例如在美国专利8,809,486中描述的那些,并且在连续方法中用于形成PPPBP或其他苯并[c]吡咯酮。如本文所述纯化PPPBP或其它苯并[c]吡咯酮以含有期望水平的氨基苯酚和其它期望的产物规格。
[0027] 因此,实施方式的第一步包括在催化剂和第一助催化剂的存在下,连续加热式(II)的酸酐
[0028]
[0029] 与式(III)的酚
[0030]
[0031] 以形成包含式(IV)的酚酞化合物的第一反应混合物
[0032]
[0033] 其中R2、R3以及r、p和q各自如式(I)和(IA)中所定义。
[0034] 在一个实施方式中,酚(III)的量可以大于2摩尔当量的式(II)的酸酐。在另一个实施方式中,酚(III)的量可以是式(II)的酸酐的2-3摩尔当量。
[0035] 适用于形成酚酞化合物(IV)的催化剂的实例包括金属卤化物、无机酸、亚硫酰氯和磺酰氯。示例性的金属卤化物催化剂包括氯化锌、氯化和氯化。示例性无机酸包括盐酸、硫酸和甲磺酸。可以使用包含任何前述催化剂中的至少一种的组合。基于反应物、催化剂和第一助催化剂的总摩尔数,催化剂可以以3至20摩尔百分比(mol%)、或5至14mol%的量存在。在一个实施方式中,催化剂是氯化锌,其基于反应物、催化剂和第一助催化剂的总摩尔数可以以10至20mol%的量存在。
[0036] 第一助催化剂可以是氯磺酸、三氯乙酸、甲磺酸、十二烷基苯磺酸、三氟甲磺酸、三氟化、对甲苯磺酰氯等。可以使用包含任何前述助催化剂中的至少一种的组合。在一个实施方式中,助催化剂是氯磺酸。基于反应物、催化剂和第一助催化剂的总摩尔数,第一助催化剂可以1至6mol%、或2至5mol%的量存在。
[0037] 在一个实施方式中,第一反应混合物中的邻苯二甲酸酐(II)和酚(III)的反应可以在75-180℃的温度下,在大气压下进行。在另一个实施方式中,第一反应混合物中的邻苯二甲酸酐(II)和酚(III)的反应可以在80-140℃的温度下,在大气压下进行。在一个实施方式中,反应时间可以是3-40小时。在另一个实施方式中,反应时间可以是5-30小时。在另一个实施方式中,反应时间可以是8-20小时。在一些实施方式中,反应在135-180℃下进行小于10小时的时间。在一些实施方式中,反应在140-175℃下进行小于10小时的时间。在一些实施方式中,反应在100-150℃的温度下进行4-10小时。在一些实施方式中,反应在115-140℃的温度下进行4-10小时。
[0038] 可任选地在惰性有机溶剂中进行邻苯二甲酸酐(II)和酚(III)的反应。在其它实施方式中,不存在溶剂。特别是当不存在溶剂时,酚酞化合物(IV)可不溶于第一反应混合物中。
[0039] 当酚酞化合物(IV)不溶于第一反应混合物中时,第一反应混合物可以与有效降低第一反应混合物温度并溶解式(IV)的酚酞化合物的溶剂连续合并。示例性溶剂包括含水溶剂(aqueous solvent,水性溶剂),例如含水醇如甲醇和水、乙醇和水、或丙酮和水。在一个实施方式中,有机溶剂与水的比例可以是以体积计50:50至95:5。在另一个实施方式中,有机溶剂与水的比例可以是以体积计80:20至95:5。例如,第一反应混合物可在使反应混合物脱、稳定产物和阻碍颜色形成的阶段与亚硫酸氢钠和溶剂接触。
[0040] 然后,可以用吸附剂处理冷却的第一反应混合物以除去颜色,提供包含酚酞化合物(IV)的脱色溶液。吸附剂可以是例如,活性炭或木炭。在一个实施方式中,处理也是连续过程,例如通过使冷却的第一反应混合物通过含有吸附剂的固定床。
[0041] 然后,将脱色的酚酞化合物(IV)从脱色溶液中连续沉淀。在一个实施方式中,沉淀通过除去用于酚酞化合物(IV)的溶剂进行。在一个具体实施方式中,除去20-80%的溶剂以提供浆料,然后将其冷却至0-20℃以进一步沉淀酚酞化合物(IV)。在另一个具体的实施方式中,除去50-70%的溶剂以提供浆料,然后将其冷却至5-10℃以进一步沉淀酚酞化合物(IV)。沉淀的固体可以通过连续过滤器,例如旋转真空或带式过滤器从浆料中除去。任选地,可以用水洗涤沉淀的固体。
[0042] 在一个实施方式中,在将其用于下一步骤之前,从沉淀的酚酞(IV)中除去至少一些水。酚酞(IV)中残留的水量越高,最终产物的合成中的循环时间越长。因此,基于干燥的酚酞(IV)的重量,可以连续干燥沉淀的酚酞(IV)以达到期望的水含量,例如小于15wt%的水。在一个实施方式中,期望的水含量小于2wt%。
[0043] 然后,将沉淀的酚酞化合物(IV)以连续过程用于制备式(I)的2-芳基-3,3-双(羟基芳基)苯并[c]吡咯酮。在该方法中,将式(V)的伯芳胺
[0044]
[0045] 其中R1和r如式(I)所述,与酸和第二助催化剂连续合并以形成第二反应混合物。在一个实施方式中,伯芳胺是苯胺。
[0046] 示例性的酸包括无机酸。无机酸可以存在于流体相中,例如,存在于气相或液相或气相和液相的组合中。无机酸的非限制性实例包括氯化氢液体、氯化氢气体、硫酸、硝酸等。酸可以式(IV)的酚酞化合物的0.5-1.5摩尔当量的浓度存在。
[0047] 无机酸可以通过无机酸与胺的反应形成胺盐,并且胺盐可以在苯并[c]吡咯酮(I)的形成中起催化剂的作用。用于形成酸催化剂的合适的胺的实例包括伯胺、仲胺和叔胺,其具有与胺氮键合的脂族和芳族基团的任何组合。在一个实施方式中,式(V)的伯芳胺用于形成胺盐。
[0048] 在一个实施方式中,从第二混合物中连续除去水。因此,可以将酸催化剂和伯芳胺(V)加入任选的溶剂中以形成初始第二反应混合物;并且可以从初始第二反应混合物中除去水,以提供水减少的第二反应混合物。除去水可以,例如通过将第二混合物加热到高于120℃,或者以与溶剂或式(V)的伯芳胺(例如,苯胺)的共沸物形式除去水。
[0049] 第二助催化剂是杂环芳族胺。在一个实施方式中,杂环芳族胺在环中具有5至10、或5至6个原子,并且是未取代的或被卤素、硝基、氰基、C1-6烷基、C3-6环烷基、C2-6烯基、C2-6炔基、C1-6烷氧基、C1-6烷氧基羰基、C6-10芳基、C6-10芳氧基、C7-10烷基亚芳基、C7-10芳基亚烷基、–NR`2取代,其中各个R`相同或不同并且是氢、C1-6烷基、C6-10芳基、C7-10烷基亚芳基或C7-10芳基亚烷基,或两个相邻的碳原子被具有3至4个原子的二价部分取代以形成稠合芳环,其中1或2个原子可以是氮、或包含前述取代基中的至少一种的组合。在一个实施方式中,环是未取代的或被C1-3烷基、C1-3烷氧基、C1-3烷氧基羰基、C6-10芳基、C6-10芳氧基、C7-10烷基亚芳基、C7-10芳基亚烷基、NR`2取代,其中每个R`相同或不同并且是氢、C1-3烷基、C6芳基、C7-10烷基亚芳基或C7-10芳基亚烷基,或两个相邻的碳原子被具有3至4个碳原子的二价部分取代以形成稠合芳环,或包含前述取代基中的至少一种的组合。在实施方式中,杂环芳族胺是吡咯、咪唑、吡啶、噁唑、异噁唑、噻唑、吖辛因、吖庚因、喹诺酮、异喹啉、嘌呤、咔唑或嘧啶、其中各个前述物质可以是未取代的或被卤素、硝基、氰基、C1-6烷基、C2-6烯基、C2-6炔基、C1-6烷氧基、C1-6烷氧基羰基、C6-10芳基、C6-10芳氧基、C7-10烷基亚芳基、C7-10芳基亚烷基、-NR`2取代,其中各个R`相同或不同的并且是氢、C1-6烷基、C6-10芳基、C7-10烷基亚芳基或C7-10芳基亚烷基,或两个相邻的碳原子被具有3至4个碳原子的二价部分取代以形成稠合的芳环、或包含前述中的至少一种的组合。在一个实施方式中,环是未取代的或被C1-3烷基、C1-3烷氧基、C1-3烷氧基羰基、C6-10芳基、C6-10芳氧基、C7-10烷基亚芳基、C7-10芳基亚烷基、-NR`2取代,其中每个R`相同或不同并且是氢、C1-3烷基、C6芳基、C7-10烷基亚芳基或C7-10芳基亚烷基,或两个相邻的碳原子被具有3至4个碳原子的二价部分取代以形成稠合芳环,或包含前述中的至少一种的组合。
[0050] 可用作第二助催化剂的杂环芳族胺的实例包括吡咯、咪唑、噁唑、异噁唑、噻唑、吡啶、嘧啶、4-二甲基氨基吡啶、吖辛因或吖庚因、和诸如喹啉、异喹啉、嘌呤或咔唑的稠合结构。在一个实施方式中、杂环芳族胺助催化剂是未取代的吡啶、未取代的咪唑或4-二甲基氨基吡啶(DMAP)。
[0051] 在一个实施方式中,杂环芳族胺可以酚酞化合物(IV)的0.005-0.5摩尔当量的浓度存在。在一个实施方式中,杂环芳族胺可以酚酞化合物(IV)的0.01-0.2摩尔当量的浓度存在。助催化剂可以在任何时间加入,例如与苯胺一起或加入到第二反应混合物或加入到初始第二反应混合物中,或加入到水减少的第二反应混合物中。在一个实施方式中,将第二助催化剂加入到水减少的第二反应混合物中。
[0052] 在一个实施方式中,将沉淀的酚酞化合物(IV)连续加入到第二反应混合物中,并且连续加入到水减少的第二反应混合物中。在一个实施方式中,将沉淀的酚酞化合物(IV)与第二助催化剂一起连续加入到第二反应混合物中,并且连续加入到水减少的第二反应混合物中。相对于酚酞化合物的过量的芳基胺可用于保持反应在正向上进行。例如,伯芳胺可以酚酞化合物(IV)的3.0-5.0摩尔当量的浓度存在。
[0053] 将含有第二助催化剂和酚酞化合物(IV)的第二反应混合物连续加热,以提供包含粗制苯并[c]吡咯酮(I)的第三反应混合物。在一个实施方式中,加热可在155-185℃的温度下,在大气压下进行。在一个实施方式中,加热可在155-170℃的温度下,在大气压下进行。在一个实施方式中,加热可以持续5-14小时。在一个实施方式中,加热可以持续6-12小时。
[0054] 有利地,随后使用连续过程纯化和分离粗制苯并[c]吡咯酮(I)。可将第三反应混合物与含水碱连续合并以形成第一含水流。第一含水流包含粗制苯并[c]吡咯酮(I)。碱可以是例如氢氧化钠、或其它碱金属氢氧化物、或碱土金属氢氧化物。
[0055] 可用式(VI)的氨基芳基化合物连续萃取第一含水流
[0056] (R4)(R5)N-Ar(R6)s  (VI)
[0057] 其中各个R4和R5独立地为氢或C1-25烃基,各个R6独立地为卤素、硝基、氰基或C1-25烃基,并且s为0-4。在一个实施方式中,各个R4和R5独立地为氢或C1-6烷基,各个R6独立地为C1-6烷基,并且s为0或1。在一个实施方式中,各个R4和R5独立地为氢,各个R6为C1-3烷基,并且s为4 5 6
0。在一个实施方式中,各个R 和R为氢,各个R独立地为C1-3烷基,并且s为0或1。在一个实施方式中,氨基芳基化合物(VI)和伯芳胺(V)是相同的,例如各自是苯胺。在一个实施方式中,各个R4和R5独立地为氢或C1-6烷基。在一个实施方式中,各个R4和R5是氢。在一个实施方式中,各个R6独立地为C1-6烷基。在一个实施方式中,各个R6独立地为C1-3烷基。在一个实施方式中,s为0或1。在一个实施方式中,s为0。
[0058] 用氨基芳基化合物(VI)萃取第一含水流提供包含氨基芳基化合物(VI)的有机流和包含残留的氨基芳基化合物(VI)和半粗制苯并[c]吡咯酮(I)的盐的第二含水流。然后,从第二含水流中除去残留的氨基芳基化合物(VI),以提供第三含水流。从第二含水流中除去残留的式(VI)氨基芳基化合物可以通过用二氯乙烷萃取或共沸蒸馏。
[0059] 将第三含水流与吸附剂(例如,活性木炭)连续接触以除去痕量杂质并使流脱色,这提供包含脱色的苯并[c]吡咯酮(I)的第四含水流。
[0060] 然后,可将脱色的苯并[c]吡咯酮(I)从第四含水流中连续沉淀,以提供包含脱色的苯并[c]吡咯酮(I)的浆料。沉淀可以通过第四含水流的酸化来完成,例如使用无机酸。
[0061] 然后,可将包含脱色的苯并[c]吡咯酮(I)的浆料连续浓缩,以提供浓缩的浆料(例如,60-80%固体),然后从浓缩的浆料中分离包含苯并[c]吡咯酮(I)的湿固体。任选地,可将湿固体再浆化(例如,12-30%固体),例如90:10甲醇:水溶液,在溶剂的沸点下回流并冷却至例如-20℃,或5-10℃以进一步沉淀苯并[c]吡咯酮(I)。可替代地,可以连续研磨包含苯并[c]吡咯酮(I)的湿固体,以提供包含苯并[c]吡咯酮(I)的研磨的固体。然后,可以分离湿固体或研磨的固体,例如在连续结晶中,并且例如通过连续过滤将晶体与母液分离,并任选地干燥以提供纯化的苯并[c]吡咯酮(I)。
[0062] 在一个实施方式中,如通过高效液相色谱测定的,纯化的式(I)的2-芳基-3,3-双(羟基芳基)苯并[c]吡咯酮可具有大于99.9wt%的纯度。在一个实施方式中,如通过高效液相色谱测定的,纯化的式(I)的2-芳基-3,3-双(羟基芳基)苯并[c]吡咯酮是PPPBP,且PPPBP具有大于99.9wt%的纯度。苯并[c]吡咯酮(I)可包含小于500份每百万份(ppm)的酚酞化合物(IV)。苯并[c]吡咯酮(I)可具有小于40的APHA色度。苯并[c]吡咯酮(I)可包含小于50ppm的氨基苯酚,例如式(VII)的氨基苯酚
[0063]
[0064] 其中R1、R2、R3以及r、p和q如上述在式(I)和(IA)中所述的。
[0065] 还提供了包含衍生自通过本文所述方法制备的2-芳基-3,3-双(4-羟基芳基)苯并[c]吡咯酮的结构单元的聚合物。聚合物可以是聚碳酸酯。在一个实施方式中,聚合物是共聚碳酸酯,其包含衍生自式(I)的2-芳基-3,3-双(4-羟基芳基)苯并[c]吡咯酮的单元和衍生自双酚A的单元。一种制备聚碳酸酯的方法包括根据本文所述的方法制备式(I)的2-芳基-3,3-双(4-羟基芳基)苯并[c]吡咯酮;和在碳酸酯源存在下聚合式(I)的2-芳基-3,3-双(4-羟基芳基)苯并[c]吡咯酮。
[0066] 2-芳基-3,3-双(4-羟基芳基)苯并[c]吡咯酮,包括示例性的2-苯基-3,3-双(4-羟基苯基)苯并[c]吡咯酮(PPPBP),是商业上有价值的单体或共聚单体,用于制备各种通过2-芳基-3,3-双(4-羟基芳基)苯并[c]吡咯酮的酚OH基团的反应形成的聚合物。可以制备的示例性聚合物包括聚碳酸酯的均聚物和共聚物、聚酯碳酸酯、聚酯、聚酯酰胺、聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、聚醚、聚醚砜、聚碳酸酯-聚有机氧烷嵌段共聚物、包含芳族酯、酯碳酸酯和碳酸酯重复单元的共聚物以及聚醚酮。包含芳族酯、酯碳酸酯和碳酸酯重复单元的共聚物的实例是通过羟基封端的聚酯(例如,间苯二甲酰氯和对苯二甲酰氯与间苯二酚的反应的产物)与光气和芳族二羟基化合物(例如,双酚A)的反应制备的共聚物。
[0067] 在一些实施方式中,合成具有低颜色性质的聚碳酸酯,其中聚碳酸酯包括式(VIII)的结构单元
[0068]
[0069] 其衍生自式(I)的2-芳基-3,3-双(4-羟基芳基)苯并[c]吡咯酮,其中R1和R2如前所述;且C=O结构单元衍生自C=O供体,例如熔融酯交换过程中的碳酸二酯,或界面过程中的光气。
[0070] 特定聚碳酸酯是具有衍生自式(I)的苯并[c]吡咯酮化合物和式HO-R1-OH,特别是式(IX)的二羟基化合物的结构单元的共聚碳酸酯
[0071] HO–A1–Y1–A2–OH(IX)
[0072] 其中A1和A2各自为单环二价芳族基团,且Y1为单键或具有一个或多个将A1与A2分开1 2 1
的原子的桥连基团。在一个示例性实施方式中,一个原子将A与A分开。具体地,各个R可衍生自式(X)的二羟基芳族化合物
[0073]
[0074] 其中Ra和Rb各自代表卤素或C1-12烷基,可以相同或不同;并且p和q各自独立地为0-4的整数。Xa表示单键或连接两个羟基取代的芳族基团的桥连基团,其中单键或桥连基团以及各个C6亚芳基的羟基取代基在C6亚芳基上彼此位于邻位、间位或对位(特别是对位)。在一个实施方式中,桥连基团Xa是-O-、-S-、-S(O)-、-S(O)2-、-C(O)-或C1-18有机基团。C1-18有机基团可以是环状或非环状、芳族或非芳族的,并且还可以包含杂原子,例如卤素、氧、氮、硫、硅或磷。可设置C1-18有机基团使得与其连接的C6亚芳基各自连接至C1-18有机基团的共同烷叉基碳或不同碳。在一些实施方式中,p和q各自为1,并且Ra和Rb各自为C1-3烷基,具体地为位于每个亚芳基上的羟基的间位的甲基。
[0075] 在一个实施方式中,Xa是取代的或未取代的C3-18环烷叉基;式–C(Rc)(Rd)-的C1-25烷叉基,其中Rc和Rd各自独立地为氢、C1-12烷基、C1-12环烷基、C7-12芳基烷基、C1-12杂烷基、或环状C7-12杂芳基烷基;或式–C(=Re)–的基团,其中Re是二价C1-12烃基。这种类型的示例性基团包括亚甲基、环己基亚甲基、乙叉基、新戊叉基和异丙叉基、以及2-[2.2.1]-二环庚叉基、环己叉基、环戊叉基、环十二烷叉基和金刚烷叉基。在另一个实施方式中,Xa为C1-18亚烷基、1 2 1 2
C3-18亚环烷基、稠合的C6-18亚环烷基、或式–B–W–B–的基团,其中B和B为相同或不同的C1-6亚烷基,且W为C3-12环烷叉基或C6-16亚芳基。
[0076] 式HO-R1-OH的其他有用的芳族二羟基化合物包括式(XI)的化合物
[0077]
[0078] 其中,各个Rh独立地为卤素原子、诸如C1-10烷基的C1-10烃基、卤素取代的C1-10烷基、C6-10芳基或卤素取代的C6-10芳基,且n是0-4。卤素通常是溴。
[0079] 特定的芳族二羟基化合物的一些说明性实例包括以下:4,4'-二羟基联苯、1,6-二羟基、2,6-二羟基萘、双(4-羟基苯基)甲烷、双(4-羟基苯基)二苯基甲烷、双(4-羟基苯基)-1-萘基甲烷、1,2-双(4-羟基苯基)乙烷、1,1-双(4-羟基苯基)-1-苯基乙烷、2-(4-羟基苯基)-2-(3-羟基苯基)丙烷、双(4-羟基苯基)苯基甲烷、2,2-双(4-羟基-3-溴苯基)丙烷、1,1-双(羟基苯基)环戊烷、1,1-双(4-羟基苯基)环己烷、1,1-双(4-羟基苯基)异丁烯、1,1-双(4-羟基苯基)环十二烷、反式-2,3-双(4-羟基苯基)-2-丁烯、2,2-双(4-羟基苯基)金刚烷、α,α'-双(4-羟基苯基)甲苯、双(4-羟基苯基)乙腈、2,2-双(3-甲基-4-羟基苯基)丙烷、
2,2-双(3-乙基-4-羟基苯基)丙烷、2,2-双(3-正丙基-4-羟基苯基)丙烷、2,2-双(3-异丙基-4-羟基苯基)丙烷、2,2-双(3-仲丁基-4-羟基苯基)丙烷、2,2-双(3-叔丁基-4-羟基苯基)丙烷、2,2-双(3-环己基-4-羟基苯基)丙烷、2,2-双(3-烯丙基-4-羟基苯基)丙烷、2,2-双(3-甲氧基-4-羟基苯基)丙烷、2,2-双(4-羟基苯基)六氟丙烷、1,1-二氯-2,2-双(4-羟基苯基)乙烯、1,1-二溴-2,2-双(4-羟基苯基)乙烯、1,1-二氯-2,2-双(5-苯氧基-4-羟基苯基)乙烯、4,4'-二羟基二苯甲酮、3,3-双(4-羟基苯基)-2-丁酮、1,6-双(4-羟基苯基)-1,6-己二酮、乙二醇双(4-羟基苯基)醚、双(4-羟基苯基)醚、双(4-羟基苯基)硫醚、双(4-羟基苯基)亚砜、双(4-羟基苯基)砜、9,9-双(4-羟基苯基)芴、2,7-二羟基芘、6,6'-二羟基-3,3,
3',3'-四甲基螺(双)茚满(“螺二茚满双酚”)、3,3-双(4-羟基苯基)邻苯二甲酰亚胺、2,6-二羟基二苯并对二噁英、2,6-二羟基噻蒽、2,7-二羟基吩噁噻、2,7-二羟基-9,10-二甲基吩嗪、3,6-二羟基二苯并呋喃、3,6-二羟基二苯并噻吩和2,7-二羟基咔唑、间苯二酚、取代的间苯二酚化合物如5-甲基间苯二酚、5-乙基间苯二酚、5-丙基间苯二酚、5-丁基间苯二酚、
5-叔丁基间苯二酚、5-苯基间苯二酚、5-枯基间苯二酚、2,4,5,6-四氟间苯二酚、2,4,5,6-四溴间苯二酚等;邻苯二酚;对苯二酚;取代的对苯二酚如2-甲基对苯二酚、2-乙基对苯二酚、2-丙基对苯二酚、2-丁基对苯二酚、2-叔丁基对苯二酚、2-苯基对苯二酚、2-枯基对苯二酚、2,3,5,6-四甲基对苯二酚、2,3,5,6-四叔丁基对苯二酚、2,3,5,6-四氟对苯二酚、2,3,
5,6-四溴对苯二酚等、或包含前述二羟基化合物中的至少一种的组合。
[0080] 式的双酚化合物的具体实例包括1,1-双(4-羟基苯基)甲烷、1,1-双(4-羟基苯基)乙烷、2,2-双(4-羟基苯基)丙烷(下文称为“双酚A”或“BPA”)、2,2-双(4-羟基苯基)丁烷、2,2-双(4-羟基苯基)辛烷、1,1-双(4-羟基苯基)丙烷、1,1-双(4-羟基苯基)正丁烷、2,2-双(4-羟基-2-甲基苯基)丙烷、1,1-双(4-羟基叔丁基苯基)丙烷、3,3-双(4-羟基苯基)苯并[c]吡咯酮和1,1-双(4-羟基-3-甲基苯基)环己烷(DMBPC)。也可以使用包含前述二羟基化合物中的至少一种的组合。在一个具体的实施方式中、聚碳酸酯是衍生自双酚A的线性均聚物,其中A1和A2各自为对亚苯基,且Y1为式(3)中的异丙叉基。
[0081] 用于在熔融酯交换过程中形成聚碳酸酯的示例性碳酸二酯具有式(XII)
[0082] (ZO)2C=O (XII)
[0083] 其中各个Z独立地为未取代的或取代的C1-12烷基基团、或未取代的或取代的C6-22芳基基团。碳酸二酯的实例包括但不限于,碳酸二甲苯酯、碳酸间甲苯酯、碳酸二萘酯、碳酸二苯酯、碳酸二乙酯、碳酸二甲酯、碳酸二丁酯、碳酸二环己酯及其组合。碳酸二苯酯由于其低成本和商业规模的立即可用性而被广泛用作碳酸二酯。还考虑使用比碳酸二苯酯更具反应性的活化芳族碳酸酯。活化芳族碳酸酯的具体非限制性实例包括双(邻甲氧基羰基苯基)碳酸酯、双(邻氯苯基)碳酸酯、双(邻硝基苯基)碳酸酯、双(邻乙酰基苯基)碳酸酯、双(邻苯基酮苯基)碳酸酯、双(邻甲酰基苯基)碳酸酯。还考虑了这些结构的不对称组合。示例性酯取代的碳酸二芳基酯包括但不限于,双(甲基水杨基)碳酸酯(CAS登记号82091-12-1)(也称为BMSC或双(邻甲氧基羰基苯基)碳酸酯)、双(乙基水杨基)碳酸酯、双(丙基水杨基)碳酸酯、双(丁基水杨基)碳酸酯、双(苄基水杨基)碳酸酯、双(甲基4-氯水杨基)碳酸酯等。在一些实施方式中,BMSC用于熔融酯交换过程。
[0084] 熔融酯交换法通常通过组合催化剂、式(IX)的碳酸二酯、式(I)的苯并[c]吡咯酮化合物和任选的二羟基共聚单体进行;并且在反应条件下将反应混合物混合有效地制备聚碳酸酯产物的一段时间。示例性的熔融酯交换催化剂包括碱金属化合物、碱土金属化合物、四有机铵化合物、四有机鏻化合物、以及包含前述催化剂中的至少一种的组合。碱金属化合物或碱土金属化合物的具体实例包括但不限于,氢氧化钠、氢氧化、氢氧化、氢氧化镁、碳酸氢钠、碳酸氢钾、碳酸钠、碳酸钾、碳酸锂、乙酸钠、乙酸钾、硬脂酸钠、硬脂酸钾、羟基硼酸钠、苯氧基硼酸钠、苯甲酸钠、苯甲酸钾、苯甲酸锂、磷酸氢二钠、磷酸氢二钾、磷酸氢二锂、双酚A的二锂盐、二钠盐以及二钾盐、以及苯酚的钠盐、钾盐、锂盐等。四有机铵化合物和四有机鏻化合物的具体实例包括但不限于,四甲基氢氧化铵、四丁基氢氧化铵、四乙基氢氧化鏻、四丁基乙酸鏻、四丁基氢氧化鏻等。
[0085] 在一些实施方式中,催化剂是四丁基乙酸鏻。在替代的实施方式中,催化剂包括碱金属盐或碱土金属盐与至少一种季铵化合物、至少一种季鏻化合物或其混合物的混合物。例如,催化剂可以是氢氧化钠和四丁基乙酸鏻的混合物。在另一个实施方式中,催化剂是氢氧化钠和四甲基氢氧化铵的混合物。在另一个实施方式中,催化剂包含非挥发性无机酸的盐,例如亚磷酸的碱金属盐;亚磷酸的碱土金属盐;磷酸的碱金属盐;和磷酸的碱土金属盐,包括但不限于NaH2PO3、NaH2PO4、Na2H2PO3、KH2PO4、CsH2PO4、Cs2H2PO4或其混合物。在一些实施方式中,酯交换催化剂包含非挥发性酸的盐和碱性助催化剂,例如碱金属氢氧化物。该概念通过使用NaH2PO4和氢氧化钠的组合作为酯交换催化剂来举例说明。
[0086] 上面公开的任何催化剂可以两种或多种物质的组合形式使用。此外,催化剂可以各种形式加入。例如,催化剂可以固体形式、以粉末形式加入,或者可以溶解在溶剂中,例如溶于水或醇中。对于每摩尔例如纯化的PPPBP和芳族二羟基共聚单体的组合,总催化剂组合物可为约1×10-7至约2×10-3摩尔,并且在其他实施方式中,为约1×10-6至约4×10-4摩尔。
[0087] 聚合反应的进展可以通过使用本领域已知的技术如凝胶渗透色谱法测量反应混合物的熔体粘度或重均分子量来监测。这些性质可以通过采用谨慎的样本来测量,或者可以在线测量。在达到期望的熔体粘度或分子量后,可以固体或熔融形式将最终的聚碳酸酯产物从反应器中分离出来。如前面部分中所述制备聚碳酸酯的方法可以分批或连续方法制备。
[0088] 在一些实施方式中,在一种或多种催化剂存在下在挤出机中制备熔融聚合的聚碳酸酯。用于聚合反应的反应物可以粉末或熔融形式进料到挤出机中。在一些实施方式中,在加入到挤出机之前将反应物干共混。挤出机可配备减压装置(例如,通气孔),其用于除去活化的苯酚副产物,从而推动聚合反应完成。聚碳酸酯产物的分子量可以通过控制反应物的进料速率、挤出机的类型、挤出机螺杆设计和配置、挤出机中的停留时间、反应温度以及挤出机上存在的减压技术和其他因素来控制。聚碳酸酯产物的分子量也可取决于反应物和所用催化剂的结构。
[0089] 可替代地,聚碳酸酯可通过界面聚合方法制备。虽然用于界面聚合的反应条件可以变化,但示例性方法通常包括将二元酚反应物溶解或分散在苛性钠或苛性钾水溶液中,将所得混合物加入到水不混溶性溶剂介质中,并在受控的pH条件下,例如约8至约12,使反应物与碳酸酯前体在催化剂如三乙胺或相转移催化剂存在下接触。示例性的水不混溶性溶剂包括二氯甲烷、1,2-二氯乙烷、氯苯、甲苯等。
[0090] 用于界面聚合的示例性碳酸酯前体包括碳酰卤如碳酰溴或碳酰氯,或卤代甲酸酯如二元酚的双卤代甲酸酯(例如,双酚A、对苯二酚等的双氯甲酸酯)或二醇(例如,乙二醇、新戊二醇、聚乙二醇等的双卤代甲酸酯)。也可以使用包含前述类型的碳酸酯前体中的至少一种的组合。在一个示例性实施方式中,形成碳酸酯键的界面聚合反应使用光气作为碳酸酯前体,并且称为光气化反应。
[0091] 可用于界面聚合的相转移催化剂是四有机铵化合物和式(R3)4Q+X的四有机鏻化合物,其中各个R3相同或不同,并且是C1-10烷基;Q是氮或磷原子;X是卤素原子或C1-8烷氧基或C6-18芳氧基。示例性相转移催化剂包括例如,[CH3(CH2)3]4NX、[CH3(CH2)3]4PX、[CH3(CH2)5]-4NX、[CH3(CH2)6]4NX、[CH3(CH2)4]4NX、CH3[CH3(CH2)3]3NX和CH3[CH3(CH2)2]3NX,其中X是Cl 、Br-、C1-8烷氧基或C6-18芳氧基。基于光气化混合物中的双酚的重量,相转移催化剂的有效量可为约0.1-约10wt%。在另一个实施方式中,基于光气化混合物中的双酚的重量,相转移催化剂的有效量可为约0.5-约2wt%。
[0092] 预期所有类型的聚碳酸酯端基都可用于聚碳酸酯组合物中,条件是这些端基不会显著不利地影响组合物的期望性质。支化聚碳酸酯嵌段可以通过在聚合期间加入支化剂来制备。聚合期间可包括链终止剂(也称为封端剂)。链终止剂限制分子量增长速率,因此控制聚碳酸酯中的分子量。示例性的链终止剂包括某些单酚化合物、单羧酸氯化物或单氯甲酸酯。
[0093] 上述界面方法可适当地适于通过2-芳基-3,3-双(4-羟基芳基)苯并[c]吡咯酮双氯甲酸酯的中间体形成来制备聚碳酸酯。该方法有时称为双氯甲酸酯聚合方法。在一些实施方式中,该方法包括使2-芳基-3,3-双(4-羟基芳基)苯并[c]吡咯酮与光气在有机溶剂中反应,然后使双氯甲酸酯与2-芳基-3,3-双(4-羟基芳基)苯并[c]吡咯酮或芳族二羟基化合物在酸受体和含水碱的存在下反应以形成聚碳酸酯。界面聚合方法和双氯甲酸酯聚合方法可以使用一个或多个反应器系统以间歇或连续模式进行。为了以连续模式进行该方法,可以使用一个或多个连续反应器,诸如例如管式反应器。在一些实施方式中,连续方法包括将光气、至少一种溶剂(例如,二氯甲烷)、至少一种双酚、含水碱和任选的一种或多种催化剂(例如,三烷基胺)引入管式反应器系统中以形成流动的反应混合物。然后,使流动的混合物通过管式反应器系统,直到基本上所有的光气都被消耗。接着用包含含水碱、至少一种封端剂、任选的一种或多种溶剂和至少一种催化剂的混合物处理所得混合物。从管式反应器系统中连续除去由此形成的封端的聚碳酸酯。
[0094] 本文公开的方法可有利地用于制备例如PPPBP均聚碳酸酯和共聚碳酸酯,其重均分子量(Mw)为约3,000-约150,000道尔顿,且玻璃化转变温度(Tg)为约80℃-约300℃。均聚碳酸酯和共聚碳酸酯的数均分子量(Mn)可为约1,500-约75,000道尔顿。
[0095] 包含衍生自苯并[c]吡咯酮,特别是PPPBP的结构单元的聚合物可用于制备包含聚合物和至少一种其他热塑性聚合物的聚合物共混物。至少一种其他热塑性聚合物包括乙烯基聚合物、丙烯酸聚合物、聚丙烯腈、聚苯乙烯、聚烯烃、聚酯、聚氨酯、聚酰胺、聚砜、聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚苯醚、聚苯硫醚、聚醚酮、聚醚醚酮、ABS聚合物、聚醚砜、聚(烯基芳族化合物)聚合物、聚丁二烯、聚缩、聚碳酸酯、聚苯醚、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、聚乙酸乙烯酯、液晶聚合物、乙烯-四氟乙烯共聚物、芳族聚酯、聚氟乙烯、聚偏二氟乙烯、聚偏二氯乙烯、四氟乙烯、聚碳酸酯-聚有机硅氧烷嵌段共聚物,包含芳族酯、酯碳酸酯和碳酸酯重复单元的共聚物,以及包含前述聚合物中的至少一种的组合。
[0096] 上文描述的聚合物和聚合物共混物对于制备制品是有价值的。在一些实施方式中,制品包含聚合物,所述聚合物包含衍生自通过按照上述方法制备的式(I)的2-芳基-3,3-双(4-羟基芳基)苯并[c]吡咯酮的结构单元。
[0097] 聚合物,特别是聚碳酸酯均聚物和共聚物,其通常包含衍生自高纯度2-芳基-3,3-双(4-羟基芳基)苯并[c]吡咯酮的结构单元,且PPPBP特别地表现出较低的视觉着色。因此,这些聚碳酸酯聚合物可用于生产具有许多有用性能的制品,包括较低的视觉颜色等。聚碳酸酯均聚物和共聚物具有高于或等于约180℃的高玻璃化转变温度。这些聚碳酸酯的独特性质之一,特别是那些玻璃化转变温度大于或等于约180℃的聚碳酸酯,在熔融加工期间它们表现出剪切稀化性能。也就是说,聚合物具有在施加的剪切下流动的能。因此,用于BPA聚碳酸酯的标准熔融加工设备可有利地用于生产制品。如通过光透射百分比测量的,聚碳酸酯还具有大于或等于约85%的高透明度。
[0098] 除聚合物外,包含聚合物的热塑性组合物可包括通常掺入这种类型的聚合物组合物中的各种添加剂,条件是选择添加剂以便不显著不利地影响热塑性组合物的期望性能,特别是低色度。在混合用于形成组合物的组分期间,可在适当时间混合这种添加剂。添加剂可溶于或不溶于聚碳酸酯。添加剂组合物可包括抗冲改性剂、流动改性剂、填料(例如,颗粒状聚四氟乙烯(PTFE)、玻璃、碳、矿物或金属)、增强剂(例如,玻璃纤维)、抗氧化剂、热稳定剂、光稳定剂、紫外(UV)光稳定剂、紫外线吸收剂、增塑剂润滑剂脱模剂(例如,离型剂)、抗静电剂、防雾剂、抗菌剂着色剂(例如,染料或颜料)、表面效应添加剂、辐射稳定剂、阻燃剂、抗滴落剂(例如,PTFE包封的苯乙烯-丙烯腈共聚物(TSAN))、或包含前述中的至少一种或多种的组合。例如,可以使用热稳定剂、脱模剂和紫外光稳定剂的组合。通常,以通常已知是有效的量使用添加剂。例如,添加剂组合物(除了任何抗冲改性剂、填料或增强剂之外)的总量可为0.001-10.0wt%,或0.01-5wt%,各自基于组合物中的聚合物的总重量。
[0099] 通过以下非限制性实施例进一步说明本文所述的方法。
[0100] 实施例
[0101] 实施例1(比较)
[0102] 制备PPPBP的方法任选地是两步法,其中第一步是在间歇反应器中制备PP,循环时间为15-20小时(h)。邻苯二甲酸酐在作为催化剂的ZnCl2和作为助催化剂的氯磺酸(CSA)存在下与苯酚反应。酚酞的纯化和分离也是分批进行的,其中将酚酞反应物料冷却至65℃并部分溶解在甲醇-水混合物中以使反应物料流动。然后,将反应物料转移到另一个容器中并完全溶解在90%的甲醇水溶液中,并进一步用活性木炭和亚硫酸氢钠处理。然后,过滤浆料反应物料以除去木炭并在单独的容器中收集。然后,将反应物料煮干以蒸发大于50%的溶剂,然后冷却以诱导酚酞的沉淀。然后,使用多个离心批次分离浆料用于固体分离。将产物在离心机中用热水洗涤并分批干燥。
[0103] 第二化学步骤是在反应中通过盐酸催化的酚酞与苯胺的反应,该反应可进行长达50小时。然后,将反应混合物冷却至室温并用盐酸和水处理。过滤并用水洗涤后得到固体粗制产物。粗制PPPBP具有氨基苯酚(AP)作为主要杂质。进行AP杂质的去除以将AP浓度降低至小于50份每百万份(ppm),并且可能需要多个步骤,其中在碱性介质中将粗制产物用活性木炭进行多次处理以除去AP杂质。在木炭处理之后,然后通过中和从碱溶液中分离出PPPBP。
通过分批过滤回收固体PPPBP。然后,将固体PPPBP进行甲醇研磨以除去未反应的残留酚酞,然后过滤、热水洗涤并干燥。获得最终的PPPBP产物,相对于酚酞,总产率为89-90%。
[0104] 实施例2
[0105] 示例性连续过程如本文所述。通过将反应物邻苯二甲酸酐、酚和催化剂ZnCl2连续进料到在约60℃的温度下操作的混合容器中以形成均匀混合物,然后送到连续流动反应器(CFR)中来制备酚酞。在CFR的入口处连续注入或任选地沿着CFR的长度部分地注入助催化剂氯磺酸。在压力下将CFR保持在约120-140℃的温度,以使反应混合物保持在液相中。将反应物料保持在CFR中3-5小时的停留时间。然后,将反应物料进料至120-140℃下的连续搅拌反应器(CSTR)中,停留时间为1-2小时,并且为大气压。将来自CSTR的反应器流泵送并在静态混合器中与90%的甲醇的水溶剂连同亚硫酸氢钠混合,以快速降低温度并溶解PP,并通过混合容器,停留时间为0.5-1小时。然后,将溶剂流泵送通过活性炭床以除去杂质,并使用过热器过热至约120℃。然后,将加压流在闪蒸容器中闪蒸,该闪蒸容器在循环回路中补充有高压循环加热器。然后,将产物流(其为浆料)在容器中冷却至5-10℃以沉淀产物,并在连续过滤器(例如,旋转真空或带式过滤器)中分离,并用水洗涤。然后,将洗涤的固体在连续干燥器中干燥,例如使用热气体。然后,将干燥的酚酞粉末输送到PPPBP制造过程
[0106] 在将酚酞输送到下一步骤之前,连续过滤器,例如带式过滤器或连续压力过滤器,允许从酚酞粉末中除去一些水。
[0107] 将苯胺和HCl水溶液在混合容器中连续混合,停留时间为约1小时,形成苯胺盐酸盐。将所得物料进料到降膜蒸发器中,所述降膜蒸发器在大气压(或任选地在真空下)和100-140℃下操作以干燥苯胺溶液。将蒸发的水和苯胺层分离,并将苯胺再循环回来以进行储存。将干燥的液体在热交换器中冷却至期望温度(70-90℃),然后加入吡啶助催化剂。使用助催化剂可将反应时间从大于35小时减少到小于10小时。
[0108] 将所得混合物连续进料到一系列2或3个连续搅拌反应器(CSTR)中的第一个中。将另一种反应物酚酞粉末(任选地溶于苯胺盐酸盐)连续进料到第一CSTR中。同时,在一系列反应器中提供8小时的组合最小停留时间和170℃的温度。然后,使反应混合物通过管式流动反应器(TFR),在约170℃的温度下停留时间高达2小时。将流出TFR的流与足量的NaOH水溶液混合,在回流容器中以中和反应,停留时间为约1小时,并保持在远低于流的沸点以形成均匀的碱性流水溶液。使用液体萃取柱的液-液萃取步骤用于使用苯胺作为溶剂萃取氨基苯酚杂质。然后,供给流出的有机苯胺流,使用蒸馏或降膜蒸发回收纯苯胺。然后,处理含有钠盐形式的产物PPPBP的含水流以除去苯胺或除去有机溶剂,例如通过使用二氯乙烷萃取或共沸蒸馏。然后,将有机流送去进行苯胺和二氯乙烷回收,同时使含水流(不含有机物)通过平行排列的活性木炭床并以转换模式操作以除去痕量杂质。将来自吸附柱的所得流用HCl水溶液处理,以使PPPBP产物在容器中沉淀。可以使用混合沉降器或水力旋流器浓缩产物,或者将其进料到连续过滤器,如旋转真空带或其他过滤器。然后,将湿滤饼与90%甲醇水溶液混合,在再浆化容器中再浆化,并在容器中冷却(至5-10℃)。分离固体并在连续过滤器中用热水洗涤。使用蒸馏塔将母液送至甲醇回收。然后,将湿滤饼在连续干燥器中使用热气体干燥,并将最终的纯化产物送去包装。最终产物的纯度>99.9wt%,AP含量小于50ppm,PP含量小于500ppm,且通过APHA测量的颜色小于40。
[0109] 所描述的PPPBP生产的连续操作将批处理转换为连续或半连续过程;减少批次固体分离和所需的手动操作和干预,同时保持当前过程的产品规格;与现行做法相比,减少了原材料的利用,降低了运行支出;减少了满足增长的生产需求所需的设备尺寸,并使用更少的设备;减少手动材料处理,并允许改善材料损失、能源效率、质量一致性和更好的过程控制。
[0110] 通过以下实施方式进一步说明方法和聚合物,这些实施方式是非限制性的。
[0111] 实施方式1:一种用于制备式(I)的2-芳基-3,3-双(羟基芳基)苯并[c]吡咯酮的方法
[0112]
[0113] 所述方法包括:在催化剂和第一助催化剂存在下连续加热式(II)的酸酐
[0114]
[0115] 与式(III)的酚
[0116]
[0117] 以形成包含式(IV)的酚酞化合物的第一反应混合物
[0118]
[0119] 将第一反应混合物与亚硫酸氢钠和有机溶剂连续合并,所述有机溶剂有效溶解式(IV)的酚酞化合物并降低第一反应混合物的温度;用吸附剂处理第一反应混合物以除去颜色;沉淀式(IV)的酚酞化合物;将式(V)的伯芳胺
[0120]
[0121] 与酸和第二助催化剂连续合并以形成第二反应混合物;将式(IV)的酚酞化合物加入到第二反应混合物中;连续加热第二反应混合物,以提供第三反应混合物,其包含式粗制的(I)的苯并[c]吡咯酮;将第三反应混合物与含水碱连续合并以形成第一含水流;用式(VI)的氨基芳基化合物连续萃取第一含水流
[0122] (R4)(R5)N-Ar(R6)s  (VI)
[0123] 以提供有机流和包含粗制的式(I)的苯并[c]吡咯酮的第二含水流;从第二含水流中连续除去式(VI)的氨基芳基化合物以提供第三含水流;使第三含水流与活性木炭连续接触以提供第四含水流;从第四含水流中连续沉淀式(I)的苯并[c]吡咯酮以提供浆料;连续浓缩浆料并从浓缩的浆料中分离包含式(I)的苯并[c]吡咯酮的湿固体;使用甲醇水溶液连续研磨包含式(I)的2-芳基-3,3-双(羟基芳基)苯并[c]吡咯酮的湿固体,以提供包含式(I)的2-芳基-3,3-双(羟基芳基)苯并[c]吡咯酮的研磨的固体;和分离研磨的固体,以提供纯化的式(I)的2-芳基-3,3-双(羟基芳基)苯并[c]吡咯酮,其中在式(I)、(II)、(III)、(IV)、(V)和(VI)中,每次出现的R1独立地为苯基或C1-25烃基,每次出现的R2和R3独立地为C1-25烃基或卤素,并且各个R4和R5独立地为氢或C1-25烃基,Ar是在环中任选地含有至多达3个杂原子的C6-12芳环,各个R6独立地为卤素、硝基、氰基或C1-25烃基,并且r、p、q和s各自独立地为0-4。
[0124] 实施方式2:如实施方式1的方法,其中每次出现的R1独立地为苯基或C1-6烷基,每次出现的R2和R3独立地为C1-6烷基,各个R4和R5独立地为氢或C1-6烷基,Ar是C6或C12芳环,各个R6独立地为C1-6烷基,并且r、p、q和s各自独立地为0或1。
[0125] 实施方式3:如实施方式1或2的方法,其中每次出现的R1独立地为C1-3烷基,每次出现的R2和R3独立地为C1-3烷基,且各个R4和R5独立地为氢,Ar是C6芳环,各个R6独立地为C1-3烷基,并且r、p、q和s各自独立地为0。
[0126] 实施方式4:如实施方式1-3中任一项或多项的方法,其中式(II)的酸酐是邻苯二甲酸酐,式(III)的酚是苯酚,催化剂是ZnCl2,并且第一助催化剂是氯磺酸。
[0127] 实施方式5:如实施方式1-4中任一项或多项的方法,其中加热第一反应混合物是在100-150℃下进行。
[0128] 实施方式6:如实施方式1-5中任一项或多项的方法,其中加热第一反应混合物是在115-140℃下进行。
[0129] 实施方式7:如实施方式1-6中任一项或多项的方法,其中加热第一反应混合物持续4-10小时。
[0130] 实施方式8:如实施方式1-7中任一项或多项的方法,其中沉淀式(IV)的酚酞化合物包括至少部分地除去溶剂以形成浆料,并冷却浆料。
[0131] 实施方式9:如实施方式1-8中任一项或多项的方法,还包括洗涤沉淀的式(IV)的酚酞化合物。
[0132] 实施方式10:如实施方式1-9中任一项或多项的方法,还包括干燥沉淀的式(IV)的酚酞化合物。
[0133] 实施方式11:如实施方式1-10中任一项或多项的方法,其中式(V)的伯芳胺是苯胺,酸催化剂是无机酸,第二助催化剂是杂环芳族胺。
[0134] 实施方式12:如实施方式1-11中任一项或多项的方法,其中式(V)的伯芳胺是苯胺,酸催化剂是盐酸,第二助催化剂是吡啶或4-二甲基氨基吡啶(DMAP)。
[0135] 实施方式13:如实施方式1-12中任一项或多项的方法,其中加热第二反应混合物在155-185℃下进行。
[0136] 实施方式14:如实施方式1-13中任一项或多项的方法,其中加热第二反应混合物在155-170℃下进行。
[0137] 实施方式15:如实施方式1-14中任一项或多项的方法,其中加热第二反应混合物持续5-15小时。
[0138] 实施方式16:如实施方式1-15中任一项或多项的方法,其中加热第二反应混合物持续6-12小时。
[0139] 实施方式17:如实施方式1-16中任一项或多项的方法,其中式(III)的酚以大于2摩尔当量的式(II)的酸酐的浓度存在。
[0140] 实施方式18:如实施方式1-17中任一项或多项的方法,其中式(III)的酚以式(II)的酸酐的2-3摩尔当量的浓度存在。
[0141] 实施方式19:如实施方式1-18中任一项或多项的方法,包括加入酸催化剂和伯芳胺以形成初始第二反应混合物;从初始第二反应混合物中除去水,以提供水减少的第二反应混合物;和向水减少的第二反应混合物中加入式(IV)的酚酞化合物和第二助催化剂,以提供第二反应混合物。
[0142] 实施方式20:如实施方式1-19中任一项或多项的方法,还包括从有机流中再循环式(VI)的氨基芳基化合物。
[0143] 实施方式21:如实施方式1-10中任一项或多项的方法,其中从含水流中除去残留的式(VI)的氨基芳基化合物包括用二氯乙烷萃取或共沸蒸馏。
[0144] 实施方式22:如实施方式1-21中任一项或多项的方法,还包括从反应混合物中沉淀式(I)的苯并[c]吡咯酮。
[0145] 实施方式23:如实施方式1-22中任一项或多项的方法,其中式(I)的2-芳基-3,3-双(羟基芳基)苯并[c]吡咯酮具有式(IA)
[0146]
[0147] 其中R1是C1-3烷基,R2是C1-3烷基或卤素,p是0或1,且r是0或1。
[0148] 实施方式24:如实施方式1-23中任一项或多项的方法,其中式(I)的2-芳基-3,3-双(羟基芳基)苯并[c]吡咯酮是2-苯基-3,3-双(4-羟基苯基)-2-苯并[c]吡咯酮。
[0149] 实施方式25:如实施方式1-24中任一项或多项的方法,包括将式(IV)的酚酞化合物与式(V)的伯芳胺合并以形成组合的反应混合物;将水从合并的反应混合物中除去至小于4wt%的水平。
[0150] 实施方式26:一种用于制备式(IB)的2-苯基-3,3-双(4-羟基苯基)-2-苯并[c]吡咯酮的方法
[0151]
[0152] 所述方法包括:在ZnCl2和氯磺酸存在下,在100-150℃下连续加热邻苯二甲酸酐和苯酚持续4-10小时,以形成含有酚酞化合物的第一反应混合物;将第一反应混合物与亚硫酸氢钠和有机溶剂连续合并,所述有机溶剂有效溶解酚酞化合物并降低第一反应混合物的温度;用活性炭或木炭处理第一反应混合物以除去颜色;通过至少部分地除去溶剂沉淀酚酞化合物以形成浆料,和冷却浆料;将苯胺与盐酸和吡啶或4-二甲基氨基吡啶(DMAP)连续合并,以形成第二反应混合物;将酚酞化合物加入到第二反应混合物中;在155-185℃下连续加热第二反应混合物时间为5-15小时,以提供包含粗制的式(IB)的苯并[c]吡咯酮的第三反应混合物;将第三反应混合物与氢氧化钠连续合并以形成第一含水流;用苯胺连续萃取第一含水流以提供有机流和包含粗制的式(IB)的苯并[c]吡咯酮的第二含水流;从第二含水流中连续除去苯胺,得到第三含水流;使第三含水流与活性木炭连续接触,以提供第四含水流;从第四含水流中连续沉淀出式(IB)的苯并[c]吡咯酮,以提供浆料;连续浓缩浆料并从浓缩的浆料中分离出包含式(IB)的苯并[c]吡咯酮的湿固体;用甲醇水溶液连续研磨包含式(IB)的2-芳基-3,3-双(羟基芳基)苯并[c]吡咯酮的湿固体,以提供包含式(IB)的2-芳基-3,3-双(羟基芳基)苯并[c]吡咯酮的研磨的固体;和连续分离研磨的固体,以提供纯化的式(IB)的2-芳基-3,3-双(羟基芳基)苯并[c]吡咯酮。
[0153] 实施方式26:一种用于制备聚碳酸酯的方法,包括制备根据实施方式1-24中任一项或多项的式(I)的2-芳基-3,3-双(4-羟基芳基)苯并[c]吡咯酮;和在碳酸酯源存在下聚合式(I)的2-芳基-3,3-双(4-羟基芳基)苯并[c]吡咯酮。
[0154] 术语“烃基”在本文中定义为通过从烃中除去氢原子形成的一价部分。代表性的烃基是具有1-25个碳原子的烷基,诸如例如甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基、庚基、辛基、壬基、十一烷基、癸基、十二烷基、十八烷基、十九烷基、二十烷基、二十一烷基、二十二烷基、二十三烷基及其异构体形式;具有6-25个碳原子的芳基,例如环取代的和环未取代的形式的苯基、甲苯基、二甲苯基、萘基、联苯基、四苯基等;具有7-25个碳原子的芳烷基,例如苄基、苯乙基、苯丙基、苯丁基、萘辛基等的环取代和环未取代形式;环烷基,例如环丙基、环丁基、环戊基、环己基、环庚基、环辛基等。如本文所用,术语“芳基”是指上文针对“烃基”描述的各种形式的芳基。“烷基”是指直链或支链的饱和一价烃基。除非另外指出,否则前述基团中的每一个可以是未取代的或取代的,条件是取代不会显著不利地影响化合物的合成、稳定性或用途。如本文所用,术语“取代的”是指指定的原子或基团上的至少一个氢被另一个基团取代,条件是不超过指定的原子的正常价。当取代基是氧代(即,=O)时,原子上的两个氢被取代。取代基和/或变量的组合是允许的,条件是取代不会显著不利地影响化合物的合成或使用。可存在于“取代的”位置上的示例性基团包括但不限于,氰基;羟基;硝基;叠氮基;烷酰基(例如C2-6烷酰基如酰基);甲酰胺基;C1-6或C1-3烷基、环烷基、烯基和炔基(包括具有至少一个不饱和键和2-8个或2-6个碳原子的基团);C1-6或C1-3烷氧基;C6-10芳氧基,例如苯氧基;C1-6烷硫基;C1-6或C1-3烷基亚磺酰基;C1-6或C1-3烷基磺酰基;氨基二(C1-6或C1-3)烷基;具有至少一个芳环的C6-12芳基(例如,苯基、联苯基、萘基等,各个环是取代的或未取代的芳族环);具有1-3个独立或稠合的环和6-18个环碳原子的C7-19芳基烷基;或具有1-3个独立或稠合的环和6-18个环碳原子的芳基烷氧基,其中苄氧基是示例性的芳基烷氧基。
[0155] 除非上下文另有明确规定,否则单数形式“一个”、“一种”和“该”包括复数指示物。“或”表示“和/或”。与数量结合使用的修饰语“约”包括所述值并具有上下文所指示的含义(例如,包括与特定数量的测量相关的误差程度)。
[0156] 针对相同组分或性质的所有范围的端点是包含性的且可独立组合(例如,“小于或等于25wt%,或5-20wt%”的范围包括端点和“5wt%至25wt%”的范围的所有中间值等)。除了更广泛的范围之外,披露更窄范围或更具体的基团并不是对更广泛范围或更大基团的弃权。后缀“(s)”旨在包括其修饰的术语的单数和复数,从而包括该术语中的至少一个(例如,一种或多种着色剂包括至少一种着色剂)。除非另有定义,否则在此使用的技术和科学术语具有与由本发明所属领域的普通技术人员通常所理解的相同的含义。“组合”包括共混物、混合物、合金、反应产物等。
[0157] 本说明书中引用的所有出版物、专利和专利申请均通过引用并入本文,并且出于任何和所有目的,如同每个单独的出版物、专利或专利申请被具体和单独地指出以通过引用并入。在不一致的情况下,以本公开为准。
[0158] 尽管已经出于说明的目的阐述了典型的实施方式,但前述描述不应被视为对本文范围的限制。因此,在不脱离本文的精神和范围的情况下,本领域技术人员可以想到各种修改、改编和替代。
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