表面活性剂及其制备和使用方法_3

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[0101] *本发明的结构采用罗马数字命名。比较例的结构采用字母命名。
[0102] 表而活件剂合成实例:
[0103] 合成 I =C1RSom(H)CHXH(CE)OH(I)和 aRS(^N「CHXH(ai)OHL(II)
[0104] 向配备了 Claisen适配器、具有氮气入口管线的水冷冷凝器、浸入式热电偶探头、 磁力搅拌器和加热套的200mL圆底烧瓶中批量加入C 4F9SO2NH2(K)0.00 g,0. 3343mol)(如 US 7, 169, 323中所述制备)、K2CO3粉末(5. 54g,0. (MOlmol)和无水碳酸亚丙酯(68. 26g, 0. 6687mol)。在氮气和搅拌下将反应混合物逐渐加热至160°C并然后在160°C下保持约15 小时。在冷却至室温后,取出一份反应混合物并通过GC在丙酮中分析。GC-FID分析揭示存 在约 38 % 的 C4F9SO2N ⑶ CH2CH (CH3) OH 和 24 % 的 C4F9SO2N [CH2CH (CH3) 0H] 2 (两种非对映异构 体的混合物)。峰的归属通过GC-MS确认。向反应混合物中加入69. 4g去离子水和19. 4g 20重量%的H2SO4 (水溶液)。在加热到60°C以降低粘度后,剧烈搅拌反应混合物以使所有 残余的碱中和,然后转移到分液漏斗并让其相分离。分离下面的产物相,用约60mL另外的 热水洗涤并然后再次相分离。隔离下面的产物相并然后溶解在240g MTBE (甲基叔丁基醚, 可得自密苏里州圣路易斯的西格玛-奥德里奇公司(Sigma-Aldrich,St Louis,M0))中以 降低粘度和促进另外的萃取。在通过槽状滤纸重力过滤后,将在MTBE中的产物溶液转移到 1. OL分液漏斗并用三份300mL去离子(DI)水萃取。隔离上面的MTBE/产物相并然后在旋 转蒸发器上于20托、20-50°C下浓缩以移除大量的MTBE溶剂而隔离粗产物。
[0105] 然后通过短Vigreux柱于真空(3托)下分馏粗产物以分离和隔离两种所 需的产物馏分。在128-133 °C的柱顶温度下收集包含36. 4g 92. 1 %纯度C4F9SO2N(H) CH2CH(CH3)OH的馏分#2。在148. 0-148. 5°C的柱顶温度下收集包含12. 49g 91. 7%纯度 C4F9S02N[CH2CH(CH3)0H] 2(两种非对映异构体的混合物)的馏分#5。将隔离开的两种产物 馏分(#2和#5)分别溶解在热甲苯中至20%固体,热过滤以移除不溶物,然后让冷却至室 温并重结晶。重结晶一完成,即通过真空过滤隔离所形成的白色结晶固体,用甲苯在室温 (RT)下洗涤并然后使用类似的程序在热甲苯中于约30%固体下第二次重结晶。将隔离开 的结晶固体于60-65°C下在真空烘箱中于约80毫托下真空干燥约3小时以移除残余的甲 苯和其它挥发物。C 4F9SO2N(H)CH2CH(CH3)OH自馏分#2的最终隔离产量为27. 082g,GC-FID 纯度为98. 54 %。C4F9SO2N (H) CH2CH (CH3) OH为固体,熔点为80. 33 °C,如通过DSC所测得。 C4F9SO2N[CH2CH(CH3)0H] 2自馏分#5的最终隔离产量为8. 537g,GC-FID纯度为99. 77% (两 种可能的非对映异构体的大约50:50混合物)。在两种情况下,唯一可观察到的杂质为 残余的苯溶剂。通过 1I19F和13C NMR谱分析两种纯化产物样品以确定主要异构体组分 的身份和相对量。发现自馏分#2隔离的产物含98. 3%的C4F9SO2N(H)CH2CH(CH 3)OH(主要 异构体)和1. 7 %的C4F9SO2N(H) CH(CH3) CH2OH(次要异构体)。发现馏分#5含99. 2 %的 C4F9SO2N[CH2CH (CH3) 0H] 2 (主要异构体)和 0· 8 % 的 C4F9SO2N[CH2CH (CH3) OH] [CH (CH3) CH2OH] (次要异构体)。NMR结果确认,碳酸亚丙酯优选在未取代的仲-CH2-碳处被亲核磺酰胺氮 攻击以形成主要的一醇和二醇产物异构体。
[0106] 合成 2 :CJ^SO2N(H)CHXEOCHXEOH(III)
[0107] 向配备了 Claisen适配器、加料漏斗、具有氮气入口管线的水冷冷凝器、浸入式 热电偶探头、机械搅拌器和加热套的500mL三颈圆底烧瓶中批量加入C 4F9SO2NH2 (100. 00g, 0.3343mol)和三乙胺(10L48g,1.0029mol)。在加热混合物至60°C的设定点后,于搅拌 下自加料漏斗逐渐加入C1CH 2CH20CH2CH20H(53. 726g,0. 4313mol ;可得自马萨诸塞州沃德 希尔的阿法埃莎公司(Alfa Aesar, Ward Hill, MA)),40分钟加完,无显著的放热或沉淀。 将反应温度增至95°C并保持17小时,这导致显著的白色沉淀(Et3NH +CD的形成。一份 反应混合物的GC分析表明反应仅已进行至36. 5%的转化率,故经由注射器向反应混合 物中加入另外10.0 OgClCH2CH2OCH2CH2OH并让混合物在搅拌下于95 °C下反应另外66小 时。在冷却至室温后,取出一份反应混合物以进行GC-FID分析,该分析揭示23. 1 %的未 反应 C4F9S02NH2、52. 2 % 的 C4F9SO2NOl) CH2CH2OCH2CH2Oh(所需产物)和 24. 8 % 的对应二醇 C4F9S02N[CH2CH20CH 2CH20H]2。搅拌下向经冷却的反应混合物中加入69g去离子水和99. 4g 20%的H2SO4 (水溶液)。将所得混合物转移至1.0 L分液漏斗并用239g MTBE萃取。分离 下面的水相并泻放,剩余的MTBE/产物相用300mL去离子水洗涤。形成稳定的乳液,通过加 入少量浓NaCl水溶液和150mL 42. 5%的磷酸来破坏该乳液。在此第一次洗涤后,泻放下面 的水相并用300mL水和150ml 42. 5%磷酸的混合物将剩余的MTBE相再洗涤两次。在第三 次洗涤的过程中再次形成稳定的乳液,故将分液漏斗的整个内容物泻放到烧杯中并让MTBE 蒸发。这导致产物(下相)与酸水溶液(上相)的清晰相分离。使用分液漏斗隔离下面的 产物相并然后通过短Vigreux柱在2. 0托下真空分馏来纯化。在136. 5-143. 5°C的柱顶温 度下在馏分#3中收集到总共33. 9g所需产物C4F9SO2N(H)CH2CH 2OCH2CH2OiL在馏分#3中收 集的隔离产物最初为透明无色粘滞液体,通过GC-FID测得的纯度为99. 25%。GC峰的归属 由GC-MS确认。此材料最终结晶成低熔点固体,熔点(mp)为35. 7°C。
[0108] 合成 3 :aRS(^N (CHXIiOCHXH2OH) 2, (IV)
[0109] 向配备了 Claisen适配器、水冷冷凝器、浸入式热电偶探头、机械搅拌 器和加热套的1000 mL三颈圆底烧瓶中批量加入C4F 9SO2NH2 (295g,0· 9867mol)和 C1CH2CH20CH2CH20H(491g,3. 94mol)。在加热混合物至90°C的设定点后,于搅拌下逐渐加入 碳酸钾(300g,2. 17mol),15分钟加完,无显著放热或沉淀。使反应温度增至120°C并保持 17小时。将批料温度降至90°C并加入1000 g热水。在分液漏斗中分离内容物,给出622g 含氟化合物下相。将此下相返回至烧瓶,加入300ml水、107g 86%磷酸和53g氯化钠并与 批料一起搅拌,然后倒入分液漏斗中。然后分掉底层,得到669g。在大气压力下汽提下相直 至罐温达到150°C。然后将批料冷却至90°C,并在良好的搅拌下于真空下继续汽提以移除 未反应的C1CH 2CH20CH2CH20H和C4F 9SO2NH2。在90°C和103mmHg下开始汽提至在干冰/丙酮 中冷却的接收器并继续直至真空为0. 4mmHg且批料已达100°C。冷却批料,断开真空并清 空接收器。然后继续在〇. 4mmHg下蒸馏。馏分1在173-181°C的柱顶温度和189-200°C的 罐温下馏出,并重34g。馏分2在0. 2mmHg、181-182°C的柱顶温度和200-203°C的罐温下馏 出,并重118g。馏分3在0. 2mmHg、181-210°C的柱顶温度和207-215°C的罐温下馏出,并重 47g〇
[0110] NMR 和 GC/MS 显示馏分 2 为 89. 5 % 的所需 C4F9SO2N (CH2CH2OCH2CH2Oh) 2 (包括微量的 支化 FC 异构体)、9· 8% 的 C4F9S02NHCH2CH20CH 2CH20H、0· 6% 的 C4F9S02NH2。GC/MS 显示馏分 3 为83. 1 %的所需C4F9SO2N (CH2CH2OCH2CH2Oh) 2 (包括微量的支化FC异构体)。 tom]合成4 =Cj^so2N(Chxh2Ochxh2Oh) (CHXH2OH), (V)
[0112] 向配备了 Claisen适配器、水冷冷凝器、浸入式热电偶探头、机械搅拌器和加热套 的 1000 mL三颈圆底烧瓶中批量加入 C4F9So2NHCH2CH2OH(249g,0. 725mol ;根据 US 7, 169, 323 制得)和C1CH2CH20CH2CH20H(211g,I. 70mol)。在加热混合物至90°C的设定点后,于搅拌下 逐渐加入碳酸钾(120g,0. 86mol),15分钟加完,无显著放热或沉淀。使反应温度增至120°C 并保持17小时。GC-FID分析(在丙酮中)揭示存在约37%的未反应C1CH2CH20CH 2CH20H、 无可检测的 C4F9So2NHCH2CH2OH 并存在 58. 3% 的 C4F9So2N(CH2CH2OCH 2CH2OH) (CH2CH2OH)。将批 料温度降至90°C并加入230g热水。加水后,向批料中加入18g 85%的磷酸。在分液漏斗 中对内容物分相,给出385g含氟化合物下相。将此下相返回至烧瓶,加入100mL水和40g 86%磷酸并与批料一起搅拌。在搅拌1小时后,不可见相分离。向批料中加入377g甲基叔 丁基醚,让其搅拌15分钟。在相分离后,将759g甲基叔丁基醚产物溶液与166g下面的水 相分离。醚溶液在大气压力下汽提直至批料温度达到77°C。然后在8. 6mmHg下进一步汽提 批料直至罐温达到132°C,然后清空接收器。在171°C的柱顶温度下继续汽提直至压力达到 2. 2mmHg。然后清空接收器并在0. 2mmHg真空、172°C的柱顶温度和184°C的罐温下开始产物 馏分的收集。继续蒸馏直至罐达到195°C,给出183g馏出物。此馏出物的GC-FID分析显示 该物质含95. 4%的所需产物(V)。在室温下,该物质结晶为低熔点固体,熔点为45. 1°C,,如 通过DSC所测得。
[0113] 合成 5 =C1RSO2N(CH2) (CHXEOCHXEOH), (VI)
[0114] 向配备了 Claisen适配器、水冷冷凝器、浸入式热电偶探头、机械搅拌器和加热套 的 2000mL 三颈圆底烧瓶中批量加入 C4F9S02NHCH3(339g,I. 087mol)(如 US 6, 852, 781 中 所述制备)和C1CH2CH20CH2CH20H(314g,2. 52mol)。在加热混合物至90°C的设定点后,于 搅拌下逐渐加入碳酸钾(179g,1.29mol),15分钟加完,无显著放热或沉淀。使反应温度 增至120°C并保持17小时。于120°C下加热过夜后在丙酮中的GC-FID分析揭示存在约 30% 的未反应 C1CH2CH20CH2CH20H、无可检测的 C4F9SO2NHCH3并存在 58. 9% 的 C 4F9S02N(CH3) (CH 2CH2OCH2CH2Oh)。将批料温度降至90°C并加入300g热水。加水后,向批料中加入100g 85%的磷酸。在分液漏斗中对内容物分相,给出523g含氟化合物下相。底部含氟化合物相 在大气压力下汽提直至批料温度达到140°C。然后在63mmHg下进一步汽提批料直至罐温 达到l〇l°C,然后清空接收器。继续汽提直至压力达到2. 2mmHg和152°C。然后清空接收器 并在0. 2mmHg真空、125°C的柱顶温度和149°C的罐温下开始产物馏分的收集。继续蒸馏直 至柱顶温度为132°C并且罐温达到152°C,给出363g物质。GC-FID分析显示该物质含97. 8 面积%的所需产物。发现C4F9SO2N(CH3) (CH2CH2OCH2CH2Oh)在室温下为固体,熔点为80. 5°C, 如通过DSC所测得。经1H和19F NMR分析确认此物质的化学结构为(VI)。
[0115] 合成 6 =C1RSOA(η-(ΧΗζ) (CHXEOCHXEOH). (VII)
[0116] 向配备了 Claisen适配器、水冷冷凝器、
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