制备丙烯酸五溴苄酯单体的方法及其聚合的制作方法
【专利说明】
[00011 本申请是中国发明专利申请（申请日：2012年4月5日；【申请号】201280028767.4(国 际申请号:PCT/IL2012/000154);发明名称：制备丙烯酸五溴苄酯单体的方法及其聚合）的 分案申请。
技术领域
[0002]丙烯酸五溴苄酯是用于生产聚（丙烯酸五溴苄酯）的单体，聚（丙烯酸五溴苄酯）为 一种在可燃性材料中用作阻燃剂的聚合物。所述单体和聚合物，本文分别简称为PBBMA和 PBBPA，由下式表示：
【背景技术】
[0004] 在其最常见形式中，丙烯酸五溴苄酯的合成路线基于五溴苄基卤化物（即，氯化物 或溴化物)与丙烯酸盐(例如丙烯酸钠)之间的反应。
[0005] US 4,059,618中公开了丙烯酸五溴苄酯的制备，其中在极性有机溶剂(如乙二醇 单甲醚(ethylene glycol monomethyl ether))中将丙稀酸转化成其钠盐，然后加入五溴 苄基氯化物。反应在聚合抑制剂存在下完成。
[0006] US 4,128,709描述了相似的过程，然后所生成的单体在乙二醇单甲醚(methyl glycol)中自由基聚合以生成聚(丙稀酸五溴节酯）。
[0007] US 6,028,156公开了采用甲基乙基酮作为溶剂制备丙烯酸五溴苄酯的制程。在甲 基乙基酮中形成丙烯酸钠浆液后，加入五溴苄基卤化物以生成PBBMAWS 6，028,156进一步 描述了在氯苯/水系统中在相转移催化剂存在下五溴苄溴和丙烯酸钠之间的反应。更具体 地，US 6，028，156的实施例5举例说明了丙烯酸五溴苄酯的一锅法合成，自五溴甲苯起始， 其在氯苯中溴化以生成五溴苄溴(本文有时简称为PBBBr)，PBBBr又与通过向反应容器中逐 渐添加丙烯酸在原位形成的丙烯酸钠反应，其中所述反应容器中装填了碱和相转移催化剂 的水溶液。在完成丙烯酸的逐渐添加之后，加热反应混合物并将混合物保持加热数小时，在 此期间反应继续进行并完成。
[0008] 在研究了五溴苄溴和丙烯酸钠之间的反应进程(该反应在由氯苯和水构成的两相 系统中、在相催化剂存在下进行）后，在原位生成丙烯酸钠，然后加热阶段直至反应完成的 条件下，观察到PBBBr起始物料的转化在加热阶段初期进展迅速但随后便慢了下来。例如， 尽管在加热阶段的第一个小时内，转化可达到约90-95%，然而仍需要数小时来完成反应， 以达到可接受的PBBBr的转化(~99.5 %转化）。
[0009] 现已发现通过朝着反应结束的方向分离反应混合物至有机相和水相中（例如，当 所达到的PBBBr的转化低于95%，例如在80%至95%之间时)并除去该水相可以显著地缩短 反应持续时间。收集该有机相，并与含水形式的丙烯酸的盐混合，然后加热，从而使得该反 应迅速地完成。据信朝着反应结束的方向，产生于水相中的溴化钠副产物的大量累积会妨 碍反应进程并阻碍反应以可接受的速率完成。除去含溴化钠的水相(其在前80-95%roBBr 起始物料的转化过程中形成)并将有机相(其含有产物和约5-20%的未反应的PBBBr起始物 料)与新制水性丙烯酸钠混合，然后进行短时间的加热，使得反应迅速地完成。
[0010] 还发现可预先制备丙烯酸盐的适宜的水溶液，例如丙烯酸钠与充足的组合物的溶 液，其在长期保存下能保持稳定性并可用于在反应中替代原位生成的丙烯酸钠。因此，丙烯 酸钠可呈水溶液形式补充至反应中，通过将所述溶液的两份或更多份分别填充至反应容器 中，从而将反应进程分为两个(或更多)阶段，其中各阶段由以下步骤组成:将五卤代苄基卤 化物与适宜量的丙烯酸钠水溶液混合于由水不混溶的有机溶剂、水和相转移催化剂组成的 介质中，保持加热反应物，分离反应混合物至有机相和水相中，除去该水相，并将含有未反 应的五卤代苄基卤化物的有机相转移至下一阶段中，在下一阶段中其与新制的丙烯酸钠水 溶液接触。
【发明内容】
[0011] 因此，本发明涉及方法，其包括将五卤代苄基卤化物与丙烯酸盐在水不混溶的溶 剂中反应，其中所述盐为水性形式且所述反应在相转移催化剂存在下进行，在反应完成前 分离反应混合物至有机相和水相中，除去所述水相并收集含有未反应的五卤代苄基卤化物 的所述有机相，且允许反应通过一个或多个连续的反应阶段而完成，其中所述一个或多个 连续的反应阶段的每个阶段包括将从之前反应阶段分离的有机相与包含丙烯酸盐的水溶 液混合，并回收丙烯酸五卤代苄酯产物。
[0012] 本发明的方法优选包括：
[0013] 提供丙烯酸碱盐的水溶液；
[0014] 将反应容器中装填水不混溶的有机溶剂、五卤代苄基卤化物(例如，五溴苄溴）、相 转移催化剂和第一量的所述丙烯酸碱盐水溶液以形成第一反应混合物；
[0015] 逐渐加热所述第一反应混合物并将其保持加热第一段时间；
[0016] 分离所述第一反应混合物至第一有机相和第一水相中；
[0017] 收集所述第一有机相；
[0018] 将所述第一有机相与第二量的丙烯酸碱盐水溶液混合以形成第二反应混合物;且
[0019] 将所述第二反应混合物保持加热第二段时间，并任选地分离丙烯酸五卤代苄酯产 物(例如，丙烯酸五溴代苄酯）。
[0020] 发明详述
[0021] 参考以下反应方案，详细描述本发明的方法所涉及的优选反应物(丙烯酸钠水溶 液和五卤代苄基卤化物）、所使用的试剂(水不混溶的溶剂和相转移催化剂）以及方法中所 采用的条件，其解释了本发明的一项优选实施方案，该方案由预先制备丙烯酸钠水溶液，然 后将五溴苄溴与所述丙烯酸钠反应以生成丙烯酸五溴苄酯组成，如方案1所示：
[0023] 方案 1
[0024] 丙烯酸钠以水溶液形式使用。为此，优选通过在10-50°C向丙烯酸水溶液中控制添 加浓氢氧化钠水溶液(例如，48 % NaOH溶液)在单独的反应容器中制备丙烯酸钠水溶液(本 文有时简称为NaA)。该丙烯酸溶液的浓度为25至40%。反应为碱滴定酸且可在pH控制下可 靠地监测。可适宜地调节碱的加入从而获得近中性的丙烯酸钠溶液，pH约为6-7,指示溶液 中的丙烯酸钠与丙烯酸的摩尔比为从94:6至99:1，优选从97: 3至98: 2。已发现含有约35 土 2 %重量/重量NaA和约0.7 ± 0.1 %重量/重量丙烯酸、具有pH约6.3的溶液在本发明的方法 中尤其有用，其为PBBMA的产生提供了最佳消耗量的NaA。该NaA溶液在用于本发明的方法前 可在室温(<30°C且避光以防止聚合)保存至少数天。
[0025] 上文反应方案1中描述的第二化学反应中所使用的五卤代苄基卤化物反应物优选 为五溴苄溴，其可通过本领域已知的方法(例如1^ 6,028，156和1^7,601，774)，根据涉及 甲苯的芳族溴化的合成路线制备，例如在卤化溶剂中，使用溴元素在路易斯酸催化剂(例如 A1C13)存在下形成五溴甲苯(本文简称为5-BT)，然后使用溴元素在苄基碳处使其溴化，如 以下方案所说明（参见US 7,601，774):
[0027]方案 2
[0028]五溴甲苯的自由基溴化反应在适宜的催化剂如2,2_偶氮二-异丁腈(AIBN)存在下 进行，如US 6，028，156的实施例5中所说明。然而，现已发现在五溴甲苯的溴化反应中，过氧 化二苯酰(DBP)可用于代替AIBN作为催化剂以生成高纯度的五溴苄溴(例如，经HPLC分析指 示，不低于99.3%)。
[0029] 因此，在一项优选实施方案中，根据本发明的方法在制备丙烯酸五溴苄酯中所使 用的五溴苄溴是在过氧化二苯酰存在下由五溴甲苯在卤化溶剂（例如卤化芳族溶剂如氯 苯)中自由基溴化获得的。
[0030] 为进行五溴甲苯的自由基溴化，将反应容器中装填有机溶剂、五溴甲苯、水、溴元 素和催化剂过氧化二苯酰。优选的有机溶剂(氯苯）、五溴甲苯起始物料和水之间的重量比 优选为约1:1:1。所使用的溴元素相对于五溴甲苯起始物料而言，是摩尔过量的，例如过量 15-25摩尔％。装填的催化剂相对于五溴甲苯的量优选为0.5至2 %重量/重量，优选为0.8至 1.6 %重量/重量，且更优选为约1 %重量/重量。在向反应容器中引入反应物和试剂后，将反 应混合物加热至约80-90°C，且保持此温度范围约3-5小时。反应进程可通过GC分析来监测。 将反应混合物冷却至约50°C，且过量溴由添加的还原剂如亚硫酸氢钠中和，所述还原剂可 以以水溶液形式方便地使用。然后将反应混合物进一步冷却至约室温，随后从反应混合物 中除去水相并向浆液中加入碱性水溶液(例如碳酸钠）以中和酸性(HBr为反应的副产物）。 固体产物可通过常规方法如过滤、然后洗涤并干燥从液相中分离。因此，所获得的纯的五溴 苄溴可用作合成丙烯酸五溴苄酯的原料。
[0031] 可用于五卤代苄基卤化物和水性丙烯酸钠之间的反应的水不混溶的有机溶剂包 括芳族溶剂，尤其是卤化芳族溶剂，例如苯和甲苯的卤化衍生物。尤其优选氯苯(如上所示 方案1中简称的CB)，因为其可用于连续反应中涉及的合成步骤的每一步，自五溴甲苯起始 至聚（丙烯酸五溴苄酯）。因此，不仅如方案2所示的五溴甲苯形成五溴苄溴的自由基溴化反 应和如方案1所示的五溴苄溴转化成丙烯酸五溴苄酯可在氯苯中完成，而且，出乎意料的 是，丙烯酸五溴苄酯聚合生成活性阻燃剂聚（丙烯酸五溴苄酯)也可在氯苯中完成。这提供 了从头至尾使用相同的有机溶剂进行该连续反应的优势，如下文所详细讨论的。
[0032] 本发明的方法中