一种防晒剂辛基三嗪酮的纯化方法

技术领域

本发明涉及化工领域，具体涉及防晒剂辛基三嗪酮的纯化方法。

背景技术

防晒剂辛基三嗪酮，是近年来发展起来的一类新型紫外线吸收剂，其结构式如式1所示。防晒剂辛基三嗪酮具有较大的分子结构和很高的紫外线吸收效率，既防UVB段紫外线，又防UVA段紫外线，具有广谱防晒效果，可以用作防晒产品中的添加剂，是现今市售UVB吸收能力最强的油溶性吸收剂，此外还具有高的光稳定性，防止UVB诱导的免疫抑制作用，耐水性强，对皮肤的角质蛋白有较好的亲和力的特性。辛基三嗪酮作为防晒剂，具有高吸收率和低添加量的优点，通常在防晒护理产品中，只需极少剂量，就可以达到较高得SPF值，并具有优良得防水效果。

辛基三嗪酮的合成BASF公司先后在US 4617390(1985)、US 4656272(1987)、WO2012/127425(2012)公开了以对氨基苯甲酸异辛酯为原料，与三聚氯氰发生偶联反应，一步合成防晒剂辛基三嗪酮的方法，合成路线如式2所示。

关于辛基三嗪酮的提纯方法，专利文献报道的并不多。BASF专利US4617390(1985)使用沸点范围为140～170℃的混合烃对粗品辛基三嗪酮进行提纯，所得产品熔点为120～130℃。该法由于使用高沸点混合烃作为提纯溶剂，使得烘干时溶剂难以去除，所得产品熔点低于标准值(128～132℃)，因而难以在化妆品中得到广泛的应用。

BASF专利WO03/074499(对应中国专利CN1324016(2003))公开了使用具有2～8个碳原子的脂肪族醇，具有总共3～10个碳原子的脂肪族羧酸烷基酯，具有总共8～12个碳原子的芳族羧酸烷基酯，具有总共3～9个碳原子的脂肪族碳酸酯，具有总共2～8个碳原子的腈，具有总共3～6个碳原子的二烷基酮，和具有总共3～6个碳原子的脂族砜，其中该溶剂或溶剂混合物可以另外含有至多20重量％的脂肪烃和/或芳族烃，来提纯粗品辛基三嗪酮，并分离获得异构体。该专利中给出的最优溶剂为乙醇、乙酸乙酯，或其混合物，提纯的得到的辛基三嗪酮熔点范围为126～132℃，其耗时长，能耗高，纯化方法仅停留在实验室阶段，所得辛基三嗪酮的收率最高仅为72％，生产效率低下。

由于专利WO03/074499尚处在保护期，尽管辛基三嗪酮的产品专利早已过期，但该领域的相关企业，却不能使用该法生产辛基三嗪酮产品。

3V SIGMA S.p.A公司专利EP2774921A(2014)采用熔融结晶的方式提纯辛基三嗪酮，但该法因产品的熔点高(128～132℃)，需消耗较多的能源，且工业化操作极为不便。

因此，急需寻求其它的提纯方法，以制备出满足化妆品要求的辛基三嗪酮，使辛基三嗪酮在国内能实现大批量生产。

发明内容

为了克服上述问题，本发明人对辛基三嗪酮的纯化的制备及纯化方法进行了锐意研究，研究出三废少、绿色环保、操作简单、易于控制和易于实现工业化生产的防晒剂辛基三嗪酮的纯化方法，具体以三聚氯氰和对氨基苯甲酸异辛酯为原料制备辛基三嗪酮粗产物，再以甲醇和甲苯的混合溶剂对辛基三嗪酮粗产物纯化，在纯化过程中结晶和重结晶采用分阶段降温、干燥采用分阶段干燥的方式，有效提升辛基三嗪酮的收率，其中使用的混合溶剂价格低廉、来源广泛，纯化辛基三嗪酮的方法对设备要求低，明显降低了原料成本以及制造成本，从而完成了本发明。

具体来说，本发明的目的在于提供以下方面：

一方面，提供防晒剂辛基三嗪酮的纯化方法，将辛基三嗪酮粗产物纯化，制得化妆品级辛基三嗪酮，所述纯化包括结晶、重结晶、干燥。

另一方面，提供第一方面所述的纯化方法得到的辛基三嗪酮，所述辛基三嗪酮的浊度小于3NTU，总杂质含量小于0.8％。

本发明所具有的有益效果包括：

1、本发明提供的防晒剂辛基三嗪酮的纯化方法，以廉价的甲醇和甲苯组成的混合溶剂用于辛基三嗪酮粗产物的纯化，获得了化妆品级的辛基三嗪酮，使辛基三嗪酮在国内能实现大批量生产。

2、本发明提供的防晒剂辛基三嗪酮的纯化方法，能够直接得到粉末状结晶的辛基三嗪酮，可直接用于化妆品配方中。

3、本发明提供的防晒剂辛基三嗪酮的纯化方法，使用的甲醇和甲苯混合溶剂用量少，收率大幅度提高，单批产能高，明显降低了原料成本以及制造成本。

4、本发明提供的防晒剂辛基三嗪酮的纯化方法，甲醇和甲苯混合溶剂回收套用方便，对精馏设备要求较低，节省投资成本。

5、本发明提供的防晒剂辛基三嗪酮的纯化方法，具有三废少，绿色环保，操作简单，易于控制和易于实现工业化生产的特点，纯化得到的辛基三嗪酮的色谱纯度为99.9％以上。

附图说明

图1示出本发明实施例1纯化后产物的HPLC谱图。

具体实施方式

下面通过附图和实施例对本发明进一步详细说明。通过这些说明，本发明的特点和优点将变得更为清楚明确。

在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。

本发明一方面，提供防晒剂辛基三嗪酮的纯化方法，将辛基三嗪酮粗产物纯化，制得化妆品级辛基三嗪酮，所述纯化包括结晶、重结晶、干燥。

根据优选实施方式，所述辛基三嗪酮在对氨基苯甲酸异辛酯体系中加入溶液，经升温回流制得所述辛基三嗪酮粗产物。

根据本发明，所述溶液中含有三聚氯氰，优选将三聚氯氰在常温下如25～30℃溶于溶剂Ⅰ中，得到溶液。

根据本发明，所述溶剂Ⅰ包括芳香烃类、脂肪烃类、脂环烃类，优选为带苯环的芳香烃，例如苯、甲苯、乙苯、二甲苯等，更优选为甲苯。

在步骤1中，三聚氯氰与溶剂Ⅰ的重量比为1：(3～20)，优选为1：(8～12)，更优选为1：(10～10.1)，例如1：10.07。

根据本发明，所述对氨基苯甲酸异辛酯体系包括对氨基苯甲酸异辛酯和溶剂Ⅱ，优选将对氨基苯甲酸异辛酯溶于溶剂Ⅱ中，形成均一的反应体系。

其中，所述溶剂Ⅱ包括芳香烃类、脂肪烃类、脂环烃类，优选为带苯环的芳香烃，更优选与溶剂Ⅰ的种类相同。

根据本发明，所述对氨基苯甲酸异辛酯与溶剂Ⅰ的重量比为1：(1～10)，优选为1：(2～5)，更优选为1：(2.3～3.0)，例如1：2.35。

在本发明中，使用溶剂Ⅰ和溶剂Ⅱ的目的在于使反应原料和最终反应产物都溶解在溶剂中，使反应始终处于均相，利于反应彻底，溶剂Ⅰ和溶剂Ⅱ优选种类相同，减小溶剂不同导致有副产物的产生。

进一步地，溶剂Ⅰ和溶剂Ⅱ使用量偏小，会使原料或/和产物析出，不利于反应进行完全，从而产生杂质；溶剂使用量过大，将使得单品产能减小。

根据本发明，所述反应物三聚氯氰与对氨基苯甲酸异辛酯的重量比为1：(1～10)，优选为1：(2～5)，更优选为1：(4.0～4.5)，例如1：4.26。

在本发明中，由于三聚氯氰活性高，易于与对氨基苯甲酸异辛酯反应，在对氨基苯甲酸异辛酯稍过量时，能使三聚氯氰分子上的氯原子被完全取代，易于后续产品纯化，所得辛基三嗪酮的纯度和收率较高。

根据优选实施方式，所述溶液以滴加的方式加入对氨基苯甲酸异辛酯体系中，例如在1～1.5h内滴加完毕。

在步骤1中，所述升温回流反应的温度为80～150℃，优选为100～120℃，更优选为108～110℃；所述升温回流反应的时间为0.1～5h，优选为0.6～3h，更优选为1～2h。

根据本发明，升温回流反应的温度和时间都会对产物辛基三嗪酮的收率和反应的选择性产生影响，当升温回流反应的温度和时间处于上述范围内，辛基三嗪酮的收率和反应的选择性最佳。

任选地，步骤1中反应时，在反应体系中通入惰性气体，例如氮气。

其中，通入惰性气体的气体流速为50～300mL/min，优选为100～200mL/min，例如120～150mL/min。

在步骤1中，当反应物料中1-取代三聚氯氰＜0.1％，2-取代三聚氯氰＜0.1％时结束反应。

根据本发明，反应产生的副产物盐酸可选择用水吸收，得到稀盐酸水溶液，回收利用。

在一种优选实施方式中，步骤1通过对氨基苯甲酸异辛酯与三聚氯氰发生偶联反应生成辛基三嗪酮，发生的反应如下式所示：

根据本发明，优选反应结束，经水洗、脱溶得到辛基三嗪酮粗产物。

在本发明中，辛基三嗪酮粗产物的纯化方法直接影响辛基三嗪酮的质量和规格，为了得到收率大于94％的辛基三嗪酮，本发明人对辛基三嗪酮粗产物的纯化方法经过大量研究，发现经过将辛基三嗪酮粗产物在特定的溶剂中经过结晶和重结晶，能有效提高辛基三嗪酮的品质和收率。

具体而言，所述纯化包括结晶、重结晶、干燥。

进一步地，所述纯化在醇类和一种选自以下溶剂所组成的混合溶剂中进行：具有6～10个碳原子的芳香烃、脂肪烃、脂环烃，或具有4～12个碳原子的醚，或N,N-二甲基甲酰胺。

进一步地，所述纯化在醇类和6～10个碳原子的芳族烃所组成的混合溶剂中进行。

进一步地，所述纯化在甲醇和甲苯所组成的混合溶剂中进行。

其中，所述结晶包括：将步骤1所得辛基三嗪酮粗产物在醇类和溶剂Ⅲ所组成的混合溶剂中回流至辛基三嗪酮粗产物溶解完全，进而分阶段降温，任选过滤，收集结晶滤饼。

根据本发明，所述醇类优选选自甲醇、乙二醇、丙醇中的任意一种或几种，更优选为甲醇，所述溶剂Ⅲ选自具有6～10个碳原子的芳香烃、脂肪烃、脂环烃，或具有4～12个碳原子的醚，或N,N-二甲基甲酰胺，优选为具有具有6～10个碳原子的芳族烃，例如甲苯、二甲苯等，更优选为甲苯。

根据本发明，所述回流时的温度为40～80℃，优选为50～70℃，更优选为60～65℃，例如63.7℃；所述回流的时间为10～60min，优选为20～50min，优选为30～40min，例如30min。

本发明人发现，辛基三嗪酮在醇类与溶剂Ⅲ中，特别是在甲醇与甲苯中，在上述温度和时间范围内，能实现完全溶解，形成均一的体系，降温后，由于辛基三嗪酮的溶解度随着温度的降低而降低，从甲醇与甲苯的溶液中析出，而辛基三嗪酮粗产物中含有的杂质如异辛醇、1-取代、2-取代、相关杂质A、相关杂质B、相关杂质C等在甲醇与甲苯中溶解度更高，与辛基三嗪酮分离，实现辛基三嗪酮的提纯或纯化过程。不仅如此，甲醇与甲苯来源广泛，价格低廉，能源头上降低纯化成本；此外，甲醇与甲苯有恒定的共沸温度，共沸点低，回收能耗低，易于回收套用。

在步骤2中，结晶时，醇类如甲醇和溶剂Ⅲ如甲苯的重量比为(65～78)wt％：(22～35)wt％，优选为(69～73)wt％：(27～31)wt％，醇类与溶剂Ⅲ混合溶剂的重量为辛基三嗪酮重量的1～6倍，优选为1～3倍。在此范围内，既能提高辛基三嗪酮的品质，又不会由于加入的辛基三嗪酮粗产物、甲醇或芳族烃之间的重量不均导致最终制得的辛基三嗪酮结块。

根据优选实施方式，结晶时，所述分阶段降温包括：

第一阶段：降温速率为15～30℃/h，降温至温度26～40℃后搅拌0.5～4h；

第二阶段：降温速率为2～6℃/h，降温至温度15～25℃后搅拌0.1～3h；

第三阶段：降温速率为3～7℃/h，降温至温度-10～13℃后搅拌1～6h。

在本发明中，分阶段降温能有效提高辛基三嗪酮的收率。

在进一步优选实施方式中，结晶时，所述分阶段降温包括：

第一阶段：降温速率为18～25℃/h，降温至温度28～35℃后搅拌1～3h；

第二阶段：降温速率为3～5℃/h，降温至温度18～23℃后搅拌0.5～2.5h；

第三阶段：降温速率为4～6℃/h，降温至温度-4～10℃后搅拌3～5h。

在更进一步优选实施方式中，结晶时，所述分阶段降温包括：

第一阶段：降温速率为20℃/h，降温至温度30～32℃后搅拌2h；

第二阶段：降温速率为5℃/h，降温至温度20～22℃后搅拌2h；

第三阶段：降温速率为5℃/h，降温至温度0～5℃后搅拌4h。

任选地，在第一阶段降温至温度为26～40℃时，在体系中加入少量的辛基三嗪酮晶种，使得最终得到的产品的细晶少，晶形好，不会出现聚结现象。

其中，加入的辛基三嗪酮晶种重量为辛基三嗪酮粗产物重量的5～6％。

根据本发明，所述重结晶包括：将上述结晶滤饼在醇类和溶剂Ⅳ所组成的混合溶剂中回流，之后分阶段降温，任选过滤，收集重结晶滤饼。

本发明人发现，经过结晶处理，辛基三嗪酮的品质已经能满足市场化的质量指标，但经过重结晶处理，辛基三嗪酮的品质能进一步提升，相比较而言，经重结晶处理得到的辛基三嗪酮比仅经过结晶处理得到的辛基三嗪酮的杂质总含量降低85～90％，浊度降低40～85％。

其中，所述醇类及溶剂Ⅳ的选择、回流温度及时间优选与结晶处理使用的醇类及溶剂Ⅲ的选择、回流温度和时间相同。

根据本发明，重结晶时，醇类如甲醇和溶剂Ⅲ如甲苯的重量比为(63～80)wt％：(20～37)wt％，优选为(74～77)wt％：(23～26)wt％，醇类与溶剂Ⅲ混合溶剂的重量为结晶滤饼重量的1～4倍，优选为1～2倍。

根据优选实施方式，重结晶时，所述分阶段降温包括：

第Ⅰ阶段：降温速率为14～28℃/h，降温至温度18～30℃后搅拌1～3h；

第Ⅱ阶段：降温速率为1～5℃/h，降温至温度5～17℃后搅拌3～5h。

在进一步优选实施方式中，重结晶时，所述分阶段降温包括：

第Ⅰ阶段：降温速率为16-26℃/h，降温至温度19～25℃后搅拌1.5～2.5h；

第Ⅱ阶段：降温速率为2～4℃/h，降温至温度8～16℃后搅拌3.5～4h。

在更进一步优选实施方式中，重结晶时，所述分阶段降温包括：

第Ⅰ阶段：降温速率为20℃/h，降温至温度20～22℃后搅拌2h；

第Ⅱ阶段：降温速率为3℃/h，降温至温度10～15℃后搅拌4h。

任选地，在第一阶段降温至温度为18～30℃时，在体系中加入少量的辛基三嗪酮晶种，加入的辛基三嗪酮晶种重量为辛基三嗪酮粗产物重量的3～4％。

根据本发明，所述干燥包括：将重结晶滤饼在温度为5～120℃干燥至LOD<0.25％。

优选地，所述干燥包括：将重结晶滤饼于8～20mmHg，温度为5～27℃中干燥1～5h，之后升温温度至28～37℃保温0.5～3h，再升温至38～47℃保温0.1～2h；然后调整真空度为0～7mmHg，温度为48～70℃保温1～3h，再升温至71～88℃保温1～4h，最后于89～120℃保温10～36h。

优选地，所述干燥包括：将重结晶滤饼于10～15mmHg，温度为15～25℃中干燥1.5～4h，之后升温温度至30～35℃保温1～2.5h，再升温至40～45℃保温0.5～1.5h；然后调整真空度为2～6mmHg，温度为50～55℃保温1～3h，再升温至80～85℃保温1.5～3h，最后于90～100℃保温15～20h。

优选地，所述干燥包括：将重结晶滤饼于10～15mmHg，温度为20～25℃中干燥2h，之后升温温度至30～32℃保温2h，再升温至38～47℃保温1h；然后调整真空度为3～5mmHg，温度为48～80℃保温2h，再升温至80～83℃保温2h，最后于98～100℃保温18h。

根据本发明，由于制得的辛基三嗪酮中含有一定的杂质，为满足市场需求，即：甲苯残留要求小于30ppm，甲醇残留要求小于20ppm，等等。本发明人研究发现，通过上述干燥步骤，能有效防止烘干过程中物料发生局部溶解以及再结晶，将溶剂如甲苯、甲醇等包裹在固体或晶体内，使得溶剂难以去除，最终的到辛基三嗪酮中甲苯的含量仅为4ppm，甲醇的含量仅为1ppm，品质远高于市场的质量指标。

本发明第二方面，提供第一方面所述的纯化方法得到的辛基三嗪酮，其浊度小于3NTU，优选小于2NTU，甚至达到0.252NTU；总杂质含量小于0.8％，优选小于0.5％，例如仅为0.1％。

实施例

以下通过具体实例进一步描述本发明，不过这些实例仅仅是范例性的，并不对本发明的保护范围构成任何限制。

偶联：于干燥洁净的250mL四口烧瓶中加入100.7g甲苯和10.0g三聚氯氰，25℃搅拌溶解，得110.7g溶液待用。于干燥洁净的500mL四口烧瓶中加入100.1g甲苯和42.6g对氨基苯甲酸异辛酯，升温至回流(108～110℃)，同时以气体流速120～150mL/min通入干燥氮气，于1.5h内滴加上述配制的溶液，滴加完毕，保温反应1.5h至1-取代三聚氯氰<0.25％，2-取代三聚氯氰<0.25％时结束反应。反应产生的HCl气体用60.2g自来水吸收，得65.2g盐酸水溶液，含HCl 8.12％，所得盐酸水溶液去环保处理或外卖。反应液经水洗，脱溶，得45.8g馏底，即辛基三嗪酮粗品。

结晶：于干燥洁净的500mL四口烧瓶中加入45.8g辛基三嗪酮粗品、63.2g甲醇和28.4g甲苯，升温至63.5℃，回流30min至固体溶解完全，之后以20℃/h降温至30～32℃，加入2.3g辛基三嗪酮晶种，搅拌2h；以5℃/h降温至20～22℃，搅拌2h；以5℃/h降温至0～5℃，搅拌4h，过滤，得结晶59.3g结晶滤饼和79.8g滤液。

重结晶：于干燥洁净的500mL四口烧瓶中加入59.3g结晶滤饼、66.8g甲醇和24.8甲苯，升温至63.5℃，回流30min至固体溶解完全，降温至20～22℃，加入2.3g辛基三嗪酮晶种，搅拌2h；以3℃/h降温至10～15℃，搅拌4h，过滤，得重结晶58.2重结晶滤饼和90.2g滤液。

干燥：于放入重结晶滤饼，将58.2g重结晶滤饼置于干燥洁净的真空烘箱中，调整真空度为10～15mmHg，温度为20～25℃，保温2h，之后升温温度至30～35℃保温2h，再升温至40～45℃保温1h；然后调整真空度为3～5mmHg，温度为50～55℃保温2h，再升温至80～85℃保温2h，最后于98～100℃保温18h至LOD<0.25％，得46.9g成品辛基三嗪酮，其收率为94.61％(以三聚氯氰计)，经HPLC分析，其纯度为99.958％，HPLC谱图如图1所示。

经分析，所制得的辛基三嗪酮完全满足化妆品级的规格要求，所得结果如下表所示：

以上结合优选实施方式和范例性实例对本发明进行了详细说明。不过需要声明的是，这些具体实施方式仅是对本发明的阐述性解释，并不对本发明的保护范围构成任何限制。在不超出本发明精神和保护范围的情况下，可以对本发明技术内容及其实施方式进行各种改进、等价替换或修饰，这些均落入本发明的保护范围内。本发明的保护范围以所附权利要求为准。