制备含脲硅烷的方法.pdf

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摘要
申请专利号:

CN201510242334.4

申请日:

20150513

公开号:

CN105884816A

公开日:

20160824

当前法律状态:

有效性:

审查中

法律详情:

IPC分类号:

C07F7/18,C08K5/548

主分类号:

C07F7/18,C08K5/548

申请人:

赢创德固赛有限公司

发明人:

S·罗森施廷格尔,R·莫泽,C·勒本,R·伯格

地址:

德国埃森

优先权:

102014209215.9

专利代理机构:

永新专利商标代理有限公司

代理人:

于辉

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内容摘要

本发明涉及一种制备通式I的含脲硅烷的方法其中通式II的二胺与通式III的异氰酸基硅烷在水中反应:H2N‑R‑S‑S‑R‑NH2  (II)(R1)3Si‑R‑NCO  (III)。

权利要求书

1.一种制备通式I的含脲硅烷的方法,其中R相同或不同,并且是C1-C10烷氧基、C2-C10环二烷氧基、苯氧基、C4-C10环烷氧基、C6-C20芳基、C1-C10烷基、C2-C20烯基、C7-C20芳烷基或卤素;R相同或不同,并且是支链或非支链、饱和或不饱和的脂肪族、芳香族或混合脂肪族/芳香族的二价C1-C30烃基,其特征在于,使通式II的二胺与通式III的异氰酸基硅烷在水中反应:HN-R-S-S-R-NH(II)(R)Si-R-NCO(III)。 2.根据权利要求1所述的制备通式I的含脲硅烷的方法,其特征在于所述通式I的含脲硅烷是:((EtO)Si-CH-NH-CO-NH-CH-S)、((EtO)Si-CHCH-NH-CO-NH-CH-S)、((EtO)Si-CH-NH-CO-NH-CHCH-S)、((EtO)Si-CHCH-NH-CO-NH-CHCH-S)、((EtO)Si-CHCHCH-NH-CO-NH-CH-S)、((EtO)Si-CHCHCH-NH-CO-NH-CHCH-S)、((EtO)Si-CH-NH-CO-NH-CHCHCH-S)、((EtO)Si-CHCH-NH-CO-NH-CHCHCH-S)或((EtO)Si-CHCHCH-NH-CO-NH-CHCHCH-S)。 3.根据权利要求1所述的制备通式I的含脲硅烷的方法,其特征在于所述反应在不含有机溶剂的情况下进行。 4.根据权利要求1所述的制备通式I的含脲硅烷的方法,其特征在于以所用通式II的二胺计,水的量大于1重量%。 5.根据权利要求1所述的制备通式I的含脲硅烷的方法,其特征在于温度在0℃与+100℃之间。 6.根据权利要求1所述的制备通式I的含脲硅烷的方法,其特征在于通式II的二胺在与通式III的异氰酸基硅烷反应之前由以下通式IV的二胺的氢卤化物盐通过添加碱而制备:HalHN-R-S-S-R-NHHal(IV)。 7.根据权利要求6所述的制备通式I的含脲硅烷的方法,其特征在于所用的碱是NaOH或KOH。 8.根据权利要求6或7所述的制备通式I的含脲硅烷的方法,其特征在于添加所述碱直到确立7与14之间的pH。 9.根据权利要求1所述的制备通式I的含脲硅烷的方法,其特征在于通式II的二胺相对于通式III的异氰酸基硅烷以1:1.80到1:2.25的摩尔比率使用。 10.根据权利要求1所述的制备通式I的含脲硅烷的方法,其特征在于随后将反应产物滤出,并且用水和/或有机溶剂洗涤。 11.根据权利要求10所述的制备通式I的含脲硅烷的方法,其特征在于将已经滤出的所述产物干燥。

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备含脲硅烷的方法。

发明背景

CAS 1184961-62-3、442527-46-0和498553-03-0公开了下式的化合物:

另外,US 20030191270 A1公开了下式的硅烷:

JP 2002201312 A公开了下式的橡胶改性剂:

另外,J.Mat.Chem.2009,19,4746-4752公开由介孔二氧化硅形成的SH官能化的框架结构内的金纳米颗粒和含脲硅烷的制备。在已知方法中,使用的是有机溶剂。

已知制备方法的一个缺点在于,其是具有许多方法步骤和有机溶剂的复杂方法(在H2O中中和,萃取到CH2Cl2相中,用MgSO4干燥,去除溶剂,将溶剂交换为THF,在THF中反应,去除溶剂,在戊烷中沉淀/洗涤)。

发明内容

本发明的目的是提供一种方法,与源自现有技术的方法相比,其在不含有机溶剂的情况下有效,并且具有更少的方法步骤。

本发明提供一种制备通式I的含脲硅烷的方法,

其中R1相同或不同,并且是C1-C10烷氧基,优选地甲氧基或乙氧基、C2-C10环二烷氧基、苯氧基、C4-C10环烷氧基、C6-C20芳基,优选地苯基、C1-C10烷基,优选地甲基或乙基、C2-C20烯基、C7-C20芳烷基或卤素,优选地Cl;并且R相同或不同,并且是任选地经F-、Cl-、Br-、I-、-CN或HS-取代的支链或非支链、饱和或不饱和的脂肪族、芳香族或混合脂肪族/芳香族的二价C1-C30、优选地C1-C20、更优选地C1-C10、甚至更优选地C1-C7、尤其优选地C2和C3烃基,其特征在于,

使通式II的二胺与通式III的异氰酸基硅烷在水中反应:

H2N-R-S-S-R-NH2 (II)

(R1)3Si-R-NCO (III),

其中R和R1各自如上文所定义。

对于所述反应,任选地可以使用额外的有机溶剂。

反应可以在不含有机溶剂的情况下进行。

含脲硅烷可以是通式I的含脲硅烷的混合物。

过程产物可以包含通过使通式I的含脲硅烷的烷氧基硅烷官能团水解和缩合而形成的低聚物。

R可以优选地是-CH2-、-CH2CH2-、-CH2CH2CH2-、-CH2CH2CH2CH2-、-CH(CH3)-、-CH2CH(CH3)-、-CH(CH3)CH2-、-C(CH3)2-、-CH(C2H5)-、-CH2CH2CH(CH3)-、-CH(CH3)CH2CH2-、-CH2CH(CH3)CH2-、-CH2CH2CH2CH2CH2-、-CH2CH2CH2CH2CH2CH2-、-CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2-、-CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2-、-CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2-、-CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2-、-CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2-、-CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2-、-CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2-、-CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2-或或-CH2-CH2-C6H4-CH2-。

通式I的含脲硅烷可以优选地是:

((EtO)3Si-CH2-NH-CO-NH-CH2-S)2、

((EtO)3Si-CH2CH2-NH-CO-NH-CH2-S)2、

((EtO)3Si-CH2-NH-CO-NH-CH2CH2-S)2、

((EtO)3Si-CH2CH2-NH-CO-NH-CH2CH2-S)2、

((EtO)3Si-CH2CH2CH2-NH-CO-NH-CH2-S)2、

((EtO)3Si-CH2CH2CH2-NH-CO-NH-CH2CH2-S)2、

((EtO)3Si-CH2-NH-CO-NH-CH2CH2CH2-S)2、

((EtO)3Si-CH2CH2-NH-CO-NH-CH2CH2CH2-S)2、

((EtO)3Si-CH2CH2CH2-NH-CO-NH-CH2CH2CH2-S)2、

((MeO)3Si-CH2-NH-CO-NH-CH2-S)2、

((MeO)3Si-CH2CH2-NH-CO-NH-CH2-S)2、

((MeO)3Si-CH2-NH-CO-NH-CH2CH2-S)2、

((MeO)3Si-CH2CH2-NH-CO-NH-CH2CH2-S)2、

((MeO)3Si-CH2CH2CH2-NH-CO-NH-CH2-S)2、

((MeO)3Si-CH2CH2CH2-NH-CO-NH-CH2CH2-S)2、

((MeO)3Si-CH2-NH-CO-NH-CH2CH2CH2-S)2、

((MeO)3Si-CH2CH2-NH-CO-NH-CH2CH2CH2-S)2或

((MeO)3Si-CH2CH2CH2-NH-CO-NH-CH2CH2CH2-S)2。

尤其优选的化合物具有下式:

((EtO)3Si-CH2CH2CH2-NH-CO-NH-CH2CH2-S)2。

通式II的二胺可以优选地是:

H2N-CH2-S-S-CH2-NH2、

H2N-CH2CH2-S-S-CH2-NH2、

H2N-CH2CH2-S-S-CH2CH2-NH2、

H2N-CH2-S-S-CH2CH2CH2-NH2、

H2N-CH2CH2-S-S-CH2CH2CH2-NH2或

H2N-CH2CH2CH2-S-S-CH2CH2CH2-NH2。

通式III的异氰酸基硅烷可以优选地是:

(C2H5O)3Si-CH2-NCO、

(C2H5O)3Si-CH2CH2-NCO、

(C2H5O)3Si-CH2CH2CH2-NCO、

(CH3O)3Si-CH2-NCO、

(CH3O)3Si-CH2CH2-NCO或

(CH3O)3Si-CH2CH2CH2-NCO。

可通过根据本发明的方法获得的通式I的含脲硅烷可以以大于50%、优选地大于60%、更优选地大于70%、极优选地大于80%的收率获得。

通过根据本发明的方法获得的产物在DMSO-d6或CDCl3中的可溶分数通过在DMSO-d6或CDCl3中添加内标物,例如添加三苯基氧化膦(TPPO)和本领域技术人员已知的1H NMR方法测定。

相对于所用通式II的二胺,水的量可以大于1重量%、优选大于10重量%、更优选大于50重量%并且最优选大于100重量%。

反应可以在排除空气的情况下进行。

反应可以在惰性气体氛围下进行,例如在氩气或氮气下、优选地在氮气下进行。

本发明的方法可以在大气压力、升高的压力或减压下进行。优选地,根据本发明的方法可以在标准压力下进行。

升高的压力可以是1.1巴到100巴、优选地1.5巴到50巴、更优选地2巴到20巴并且极优选地2到10巴的压力。

减压可以是1毫巴到1000毫巴、优选地1毫巴到500毫巴、更优选地1毫巴到250毫巴、极优选地5毫巴到100毫巴的压力。

根据本发明的方法可以在0℃与+100℃之间、优选地在5℃与60℃之间、更优选地在5℃与30℃之间进行。

对于本发明的方法,可以将通式II的二胺计量加入通式III的异氰酸基硅烷中。

对于本发明的方法,可以优选地将通式III的异氰酸基硅烷计量加入通式II的二胺中。

通式II的二胺在与通式III的异氰酸基硅烷反应之前,由以下通式IV的二胺的氢卤化物盐通过添加碱、优选地添加NaOH或KOH而制备:

Hal-+H3N-R-S-S-R-NH3+Hal- (IV)

其中Hal是F、Cl、Br或I,优选地Cl。可以添加碱直到确立7与14之间的pH。

在根据本发明的方法中,通式II的二胺可以相对于通式III的异氰酸基硅烷以1:1.70到1:2.20、优选地1:1.75到1:2.10的摩尔比率、更优选地以1:1.80到1:2.00的比率使用。

通过根据本发明的方法制备的产物可以具有少于25摩尔%、优选地少于10摩尔%、更优选地少于5摩尔%、极优选地少于3摩尔%的通式II的二胺残余物含量。

通过根据本发明的方法制备的产物中通式II的二胺的相对摩尔百分比可在13C NMR中通过相对于通式I的含脲硅烷的Si-CH2-基团中的碳原子对通式II的二胺的-CH2-NH2基团中的碳原子求积分而测定。

对于式II的物质H2N-CH2-CH2-S-S-CH2-CH2-NH2,举例来说,将-CH2-NH2基团的碳原子的积分用于测定相对含量。

通过根据本发明的方法制备的产物可以具有少于10摩尔%、优选地少于5摩尔%、更优选地少于1摩尔%、极优选地少于0.1摩尔%的通式III的异氰酸基硅烷残余物含量。

通过根据本发明的方法制备的产物中的通式III的异氰酸基硅烷在>1摩尔%范围内的相对摩尔百分比可在13C NMR中通过相对于通式I的含脲硅烷的Si-CH2-基团中的碳原子对通式III的异氰酸基硅烷的-NCO基团中的碳原子求积分而测定。

对于式III的物质(EtO)3Si-CH2-CH2-CH2-NCO,举例来说,将-NCO基团的碳原子(δ=122.22ppm)的积分用于测定在>1摩尔%范围内的相对含量。

通过根据本发明的方法制备的产物中的通式III的异氰酸基硅烷在<1摩尔%范围内的相对摩尔百分比可通过本领域技术人员已知的定量FT-IR光谱术测定。所述方法通过使用适合浓度的校准溶液(例如在C2Cl4中)校准。为了测量,将约1g样品称重到25ml辊颈瓶中,并且添加25g C2Cl4。将样品在搅拌器上搅拌1-2小时。之后,将下部液相小心计量加入20mm IR比色皿中,并且通过FT-IR光谱法(4000-1200cm-1,分辨率2cm-1)进行分析。在相同条件下,记录溶剂的光谱以用于扣除。

对于式III的物质(EtO)3Si-CH2-CH2-CH2-NCO,举例来说,将-NCO基团在2270cm-1下的价键振动的波长用于测定在<1摩尔%范围内的相对含量。

通过根据本发明的方法制备的产物可以具有少于25摩尔%、优选地少于10摩尔%、更优选地少于5摩尔%、极优选地少于3摩尔%的通式IV的二胺的氢卤化物盐残余物含量。

通过根据本发明的方法制备的产物中的通式IV的二胺的氢卤化物盐的相对摩尔百分比可在13C NMR中通过相对于通式I的含脲硅烷的Si-CH2-基团中的碳原子对通式IV的二胺的氢卤化物盐的-CH2-NH2·HCl基团中的碳原子求积分而测定。

对于式IV的物质HCl·H2N-CH2-CH2-S-S-CH2-CH2-NH2·HCl,举例来说,将S-CH2-CH2-NH2·HCl基团的碳原子(δ=37.82ppm)或S-CH2-CH2-NH2·HCl基团的碳原子(δ=33.79ppm)的积分用于测定相对含量。

随后可以将反应产物过滤,并且用水和/或有机溶剂、优选地烷烃、更优选地戊烷、己烷或庚烷洗涤。优选的是用水洗涤,然后用烷烃、更优选地用己烷洗涤。

可以将产物在过滤之后干燥。干燥可以在20℃-100℃、优选地25℃-50℃的温度下实施。干燥可以在1-500毫巴的减压下实施。

在优选的实施方案中,制备其中R和R1各自如上文所定义的通式I的含脲硅烷的方法

可以特征在于,将通式IV的二胺的氢卤化物盐溶解于水中并且与碱反应,

Hal-+H3N-R-S-S-R-NH3+Hal- (IV)

然后添加通式III的异氰酸基硅烷:

(R1)3Si-R-NCO (III)

将沉淀产物滤出,用水和己烷洗涤,并且干燥。

通式I的含脲硅烷可以用作以下物质之间的促粘剂:无机材料,例如玻璃珠、玻璃碎片、玻璃表面、玻璃纤维或氧化性填料、优选地二氧化硅,如沉淀法二氧化硅和热解法二氧化硅;和有机聚合物,例如热固性材料、热塑性材料或弹性体;或用作用于氧化性表面的交联剂和表面改性剂。

通式I的含脲硅烷可以用作填充橡胶混合物中的偶联剂,实例是轮胎胎面、工业橡胶制品或鞋类鞋底。

根据本发明的方法的优点在于,通式I的含脲硅烷能够在不含有机溶剂情况下的一个合成步骤中进行制备。

根据本发明的方法的另一个优点在于,反应可在相对短的周期内实施。

根据本发明的方法的另一个优点在于,所得产物的复杂纯化处理可以省略。

具体实施方式

实施例:

实施例1:[(EtO)3Si-(CH2)3-NH-C(=O)-NH-(CH2)2-S-]2在水中的制备(用己烷洗涤)

开始时以溶解于软水(940ml)中的胱胺二盐酸盐(108.39克,0.47摩尔,1.00当量)加料至N2吹扫的2l带夹套的四口烧瓶,所述烧瓶具有精密玻璃搅拌器、回流冷凝器、内部温度计和滴加漏斗。借助于滴加漏斗,在17-20℃下计量加入50%KOH溶液(92.31克,0.82摩尔,1.75当量),并且将混合物搅拌15分钟。然后将3-异氰酸基丙基三乙氧基硅烷(221.05克,0.85摩尔,1.8当量)计量加入,加入速度应使内部温度不超过30℃。之后,将混合物在23℃下搅拌一小时。将白色悬浮体在压力下过滤,用200ml软水冲洗,并且用干燥的N2干燥2小时。将滤饼用三份己烷(每份150ml)洗涤,并再次用干燥的N2干燥1小时。[(EtO)3Si-(CH2)3-NH-C(=O)-NH-(CH2)2-S-]2产物是白色细粉(254.78克,理论值的92.8%);

1H NMR(δppm,500MHz,CDCl3):0.64(4H,t),1.22(18H,t),1.61(4H,m),2.78(4H,m),3.15(4H,m),3.52(4H,m),3.81(12H,q),5.2-6.5(4H,br);

13C NMR(δppm,125MHz,CDCl3):7.7(2C),18.3(6C),23.8(2C),38.8(2C),38.9(2C),42.8(2C),58.3(6C),159.0(2C)。

29Si NMR(δppm,100MHz,CDCl3):-45.7(97.4%硅烷),-53.5(2.6%M结构);

使用TPPO内标物时在CDCl3中的可溶分数:94.4%;

水含量(DIN 51777): 0.4%;

初始熔点: 106-110℃;

残余异氰酸酯含量: 0.04%

实施例2:[(EtO)3Si-(CH2)3-NH-C(=O)-NH-(CH2)2-S-]2在水中的制备(无己烷洗涤)

开始时以溶解于软水(382ml)中的胱胺二盐酸盐(108.39克,0.47摩尔,1.00当量)加料至N2吹扫的1l带夹套的四口烧瓶,所述烧瓶具有精密玻璃搅拌器、回流冷凝器、内部温度计和滴加漏斗。借助于滴加漏斗,在15-23℃下计量加入50%KOH溶液(92.31克,0.82摩尔,1.75当量),并且将混合物搅拌30分钟。然后将3-异氰酸基丙基三乙氧基硅烷(221.05克,0.85摩尔,1.8当量)以使得内部温度不超过30℃的速率计量加入。之后,将混合物在24℃下搅拌一小时。将白色悬浮体在压力下过滤,用三份软水(总计340ml)冲洗,并用干燥的N2干燥2小时。将滤饼在旋转蒸发器中在N2流中在35℃和166毫巴下干燥7小时,在35℃和150毫巴下干燥10小时,并在35℃和100毫巴下干燥9小时。[(EtO)3Si-(CH2)3-NH-C(=O)-NH-(CH2)2-S-]2产物是白色细粉(246.38克,理论值的90.7%);

1H NMR(δppm,500MHz,DMSO-d6):0.52(4H,t),1.14(18H,t),1.42(4H,m),2.74(4H,m),2.96(4H,m),3.29(4H,m),3.74(12H,q),6.05(4H,m);

13C NMR(δppm,125MHz,DMSO-d6):7.3(2C),18.2(6C),23.5(2C),38.5(2C),39.6(2C),42.0(2C),57.7(6C)157.9(2C)。

29Si NMR(δppm,100MHz,DMSO-d6):-45.3(100%硅烷);

使用TPPO内标物、在d6-DMSO中的可溶分数:86.0%;

水含量(DIN 51777): 0.7%;

初始熔点: 97℃;

残余异氰酸酯含量: 0.08%

实施例3:(比较例)

有机二氯甲烷和THF溶剂中的[(EtO)3Si-(CH2)3-NH-C(=O)-NH-(CH2)2-S-]2的制备

开始时以溶解于二氯甲烷(100ml)中的胱胺二盐酸盐(22.52克,0.10摩尔,1.00当量)加料至干燥的N2吹扫的三口烧瓶,所述烧瓶具有搅拌器、回流冷凝器、内部温度计和滴加漏斗。借助于滴加漏斗, 计量加入50%KOH溶液(11.5ml,0.20摩尔,2.00当量)。将所得悬浮体引入具有50ml软水的溶液中,另外添加6.5ml的50%KOH溶液,并将混合物搅拌2小时。分离两相,水相用二氯甲烷(3×50ml)萃取。将经合并的有机相经MgSO4干燥,过滤,并且在旋转蒸发器上去除溶剂。将所得浅黄色粘稠油(胱胺,12.07g)吸收(take up)至THF(100ml)中,将滴加漏斗用以计量加入3-异氰酸基丙基三乙氧基硅烷(49.47克,0.20摩尔,2.00当量),并且将混合物在23℃下搅拌过夜。在反应已经结束之后,在旋转蒸发器上去除溶剂。将所得白色固体吸收于新鲜THF(84ml)中,并通过在8℃下添加正戊烷(521ml)而沉淀。将悬浮体在压力下过滤,将滤饼用正戊烷(3×100ml)洗涤,并且用干燥的N2干燥。[(EtO)3Si-(CH2)3-NH-C(=O)-NH-(CH2)2-S-]2产物为白色细粉(50.42克,理论值的77.9%);

29Si NMR(δppm,100MHz,DMSO-d6):-40.5(91.2%硅烷),-48.2(8.9%M结构)。

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201510242334.4 (22)申请日 2015.05.13 (30)优先权数据 102014209215.9 2014.05.15 DE (71)申请人 赢创德固赛有限公司 地址 德国埃森 (72)发明人 S罗森施廷格尔R莫泽 C勒本R伯格 (74)专利代理机构 永新专利商标代理有限公司 72002 代理人 于辉 (51)Int.Cl. C07F 7/18(2006.01) C08K 5/548(2006.01) (54)发明名称 制备含脲硅烷的方法 (57)摘要 本发明。

2、涉及一种制备通式I的含脲硅烷的方 法 其中通式II的二胺与通式III的异氰酸基硅烷在 水中反应: H2N-R-S-S-R-NH2(II)(R1)3Si-R- NCO(III)。 权利要求书2页 说明书7页 CN 105884816 A 2016.08.24 CN 105884816 A 1/2 页 2 1.一种制备通式 I 的含脲硅烷的方法, 其中 R1相同或不同, 并且是 C1-C10 烷氧基、 C2-C10 环二烷氧基、 苯氧基、 C4-C10 环烷 氧基、 C6-C20 芳基、 C1-C10 烷基、 C2-C20 烯基、 C7-C20 芳烷基或卤素 ; R 相同或不同, 并且 是支链或非。

3、支链、 饱和或不饱和的脂肪族、 芳香族或混合脂肪族 / 芳香族的二价 C1-C30 烃 基, 其特征在于, 使通式 II 的二胺与通式 III 的异氰酸基硅烷在水中反应 : H2N-R-S-S-R-NH2 (II) (R1)3Si-R-NCO (III)。 2.根据权利要求 1 所述的制备通式 I 的含脲硅烷的方法, 其特征在于所述通式 I 的含 脲硅烷是 : (EtO)3Si-CH2-NH-CO-NH-CH2-S)2、 (EtO)3Si-CH2CH2-NH-CO-NH-CH2-S)2、 (EtO)3Si-CH2-NH-CO-NH-CH2CH2-S)2、 (EtO)3Si-CH2CH2-NH-。

4、CO-NH-CH2CH2-S)2、 (EtO)3Si-CH2CH2CH2-NH-CO-NH-CH2-S)2、 (EtO)3Si-CH2CH2CH2-NH-CO-NH-CH2CH2-S)2、 (EtO)3Si-CH2-NH-CO-NH-CH2CH2CH2-S)2、 (EtO)3Si-CH2CH2-NH-CO-NH-CH2CH2CH2-S)2或 (EtO)3Si-CH2CH2CH2-NH-CO-NH-CH2CH2CH2-S)2。 3.根据权利要求 1 所述的制备通式 I 的含脲硅烷的方法, 其特征在于所述反应在不含 有机溶剂的情况下进行。 4.根据权利要求1所述的制备通式I的含脲硅烷的方法, 其特。

5、征在于以所用通式II的 二胺计, 水的量大于 1 重量。 5.根据权利要求 1 所述的制备通式 I 的含脲硅烷的方法, 其特征在于温度在 0与 +100之间。 6.根据权利要求1所述的制备通式I的含脲硅烷的方法, 其特征在于通式II的二胺在 与通式 III 的异氰酸基硅烷反应之前由以下通式 IV 的二胺的氢卤化物盐通过添加碱而制 备 : Hal-+H3N-R-S-S-R-NH3+Hal- (IV)。 7.根据权利要求 6 所述的制备通式 I 的含脲硅烷的方法, 其特征在于所用的碱是 NaOH 或 KOH。 8.根据权利要求 6 或 7 所述的制备通式 I 的含脲硅烷的方法, 其特征在于添加所述。

6、碱 直到确立 7 与 14 之间的 pH。 9.根据权利要求1所述的制备通式I的含脲硅烷的方法, 其特征在于通式II的二胺相 对于通式 III 的异氰酸基硅烷以 1:1.80 到 1:2.25 的摩尔比率使用。 权 利 要 求 书 CN 105884816 A 2 2/2 页 3 10.根据权利要求1所述的制备通式I的含脲硅烷的方法, 其特征在于随后将反应产物 滤出, 并且用水和 / 或有机溶剂洗涤。 11.根据权利要求 10 所述的制备通式 I 的含脲硅烷的方法, 其特征在于将已经滤出的 所述产物干燥。 权 利 要 求 书 CN 105884816 A 3 1/7 页 4 制备含脲硅烷的方法。

7、 技术领域 0001 本发明涉及一种制备含脲硅烷的方法。 0002 发明背景 0003 CAS 1184961-62-3、 442527-46-0 和 498553-03-0 公开了下式的化合物 : 0004 0005 另外, US 20030191270 A1 公开了下式的硅烷 : 0006 0007 JP 2002201312 A 公开了下式的橡胶改性剂 : 0008 0009 另外, J.Mat.Chem.2009,19,4746-4752 公开由介孔二氧化硅形成的 SH 官能化的 框架结构内的金纳米颗粒和含脲硅烷的制备。在已知方法中, 使用的是有机溶剂。 0010 已知制备方法的一个缺。

8、点在于, 其是具有许多方法步骤和有机溶剂的复杂方法 ( 在 H2O 中中和, 萃取到 CH2Cl2相中, 用 MgSO 4干燥, 去除溶剂, 将溶剂交换为 THF, 在 THF 中 反应, 去除溶剂, 在戊烷中沉淀 / 洗涤 )。 说 明 书 CN 105884816 A 4 2/7 页 5 发明内容 0011 本发明的目的是提供一种方法, 与源自现有技术的方法相比, 其在不含有机溶剂 的情况下有效, 并且具有更少的方法步骤。 0012 本发明提供一种制备通式 I 的含脲硅烷的方法, 0013 0014 其中 R1相同或不同, 并且是 C1-C10 烷氧基, 优选地甲氧基或乙氧基、 C2-C1。

9、0 环二 烷氧基、 苯氧基、 C4-C10 环烷氧基、 C6-C20 芳基, 优选地苯基、 C1-C10 烷基, 优选地甲基或乙 基、 C2-C20烯基、 C7-C20芳烷基或卤素, 优选地Cl ; 并且R相同或不同, 并且是任选地经F-、 Cl-、 Br-、 I-、 -CN 或 HS- 取代的支链或非支链、 饱和或不饱和的脂肪族、 芳香族或混合脂肪 族 / 芳香族的二价 C1-C30、 优选地 C1-C20、 更优选地 C1-C10、 甚至更优选地 C1-C7、 尤其优 选地 C2 和 C3 烃基, 其特征在于, 0015 使通式 II 的二胺与通式 III 的异氰酸基硅烷在水中反应 : 0。

10、016 H2N-R-S-S-R-NH2 (II) 0017 (R1)3Si-R-NCO (III), 0018 其中 R 和 R1各自如上文所定义。 0019 对于所述反应, 任选地可以使用额外的有机溶剂。 0020 反应可以在不含有机溶剂的情况下进行。 0021 含脲硅烷可以是通式 I 的含脲硅烷的混合物。 0022 过程产物可以包含通过使通式 I 的含脲硅烷的烷氧基硅烷官能团水解和缩合而 形成的低聚物。 0023 R 可以优选地是 -CH2-、 -CH2CH2-、 -CH2CH2CH2-、 -CH2CH2CH2CH2-、 -CH(CH3)-、 -CH2CH(C H3)-、 -CH(CH3)。

11、CH2-、 -C(CH3)2-、 -CH(C2H5)-、 -CH2CH2CH(CH3)-、 -CH(CH3)CH2CH2-、 -CH2CH(CH3) CH2-、 -CH2CH2CH2CH2CH2-、 -CH2CH2CH2CH2CH2CH2-、 -CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2-、 -CH2CH2CH2CH2CH2CH2 CH2CH2-、 -CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2-、 -CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2-、 -CH2CH2CH2CH2CH2C H2CH2CH2CH2CH2CH2CH2-、 -CH2CH2CH2CH2CH2CH。

12、2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2-、 -CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH 2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2-、 -CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2- 或 或 -CH2-CH2-C6H4-CH2-。 0024 通式 I 的含脲硅烷可以优选地是 : 0025 (EtO)3Si-CH2-NH-CO-NH-CH2-S)2、 0026 (EtO)3Si-CH2CH2-NH-CO-NH-CH2-S)2、 0027 (EtO)3Si-CH2-NH-CO-NH-CH2CH2-S)2、 。

13、0028 (EtO)3Si-CH2CH2-NH-CO-NH-CH2CH2-S)2、 0029 (EtO)3Si-CH2CH2CH2-NH-CO-NH-CH2-S)2、 说 明 书 CN 105884816 A 5 3/7 页 6 0030 (EtO)3Si-CH2CH2CH2-NH-CO-NH-CH2CH2-S)2、 0031 (EtO)3Si-CH2-NH-CO-NH-CH2CH2CH2-S)2、 0032 (EtO)3Si-CH2CH2-NH-CO-NH-CH2CH2CH2-S)2、 0033 (EtO)3Si-CH2CH2CH2-NH-CO-NH-CH2CH2CH2-S)2、 0034 。

14、(MeO)3Si-CH2-NH-CO-NH-CH2-S)2、 0035 (MeO)3Si-CH2CH2-NH-CO-NH-CH2-S)2、 0036 (MeO)3Si-CH2-NH-CO-NH-CH2CH2-S)2、 0037 (MeO)3Si-CH2CH2-NH-CO-NH-CH2CH2-S)2、 0038 (MeO)3Si-CH2CH2CH2-NH-CO-NH-CH2-S)2、 0039 (MeO)3Si-CH2CH2CH2-NH-CO-NH-CH2CH2-S)2、 0040 (MeO)3Si-CH2-NH-CO-NH-CH2CH2CH2-S)2、 0041 (MeO)3Si-CH2CH2。

15、-NH-CO-NH-CH2CH2CH2-S)2或 0042 (MeO)3Si-CH2CH2CH2-NH-CO-NH-CH2CH2CH2-S)2。 0043 尤其优选的化合物具有下式 : 0044 (EtO)3Si-CH2CH2CH2-NH-CO-NH-CH2CH2-S)2。 0045 通式 II 的二胺可以优选地是 : 0046 H2N-CH2-S-S-CH2-NH2、 0047 H2N-CH2CH2-S-S-CH2-NH2、 0048 H2N-CH2CH2-S-S-CH2CH2-NH2、 0049 H2N-CH2-S-S-CH2CH2CH2-NH2、 0050 H2N-CH2CH2-S-S-。

16、CH2CH2CH2-NH2或 0051 H2N-CH2CH2CH2-S-S-CH2CH2CH2-NH2。 0052 通式 III 的异氰酸基硅烷可以优选地是 : 0053 (C2H5O)3Si-CH2-NCO、 0054 (C2H5O)3Si-CH2CH2-NCO、 0055 (C2H5O)3Si-CH2CH2CH2-NCO、 0056 (CH3O)3Si-CH2-NCO、 0057 (CH3O)3Si-CH2CH2-NCO 或 0058 (CH3O)3Si-CH2CH2CH2-NCO。 0059 可通过根据本发明的方法获得的通式 I 的含脲硅烷可以以大于 50、 优选地大于 60、 更优选地。

17、大于 70、 极优选地大于 80的收率获得。 0060 通过根据本发明的方法获得的产物在 DMSO-d6或 CDCl 3中的可溶分数通过在 DMSO-d6或 CDCl 3中添加内标物, 例如添加三苯基氧化膦 (TPPO) 和本领域技术人员已知的 1H NMR 方法测定。 0061 相对于所用通式 II 的二胺, 水的量可以大于 1 重量、 优选大于 10 重量、 更优 选大于 50 重量并且最优选大于 100 重量。 0062 反应可以在排除空气的情况下进行。 0063 反应可以在惰性气体氛围下进行, 例如在氩气或氮气下、 优选地在氮气下进行。 0064 本发明的方法可以在大气压力、 升高的压。

18、力或减压下进行。 优选地, 根据本发明的 说 明 书 CN 105884816 A 6 4/7 页 7 方法可以在标准压力下进行。 0065 升高的压力可以是 1.1 巴到 100 巴、 优选地 1.5 巴到 50 巴、 更优选地 2 巴到 20 巴 并且极优选地 2 到 10 巴的压力。 0066 减压可以是 1 毫巴到 1000 毫巴、 优选地 1 毫巴到 500 毫巴、 更优选地 1 毫巴到 250 毫巴、 极优选地 5 毫巴到 100 毫巴的压力。 0067 根据本发明的方法可以在0与+100之间、 优选地在5与60之间、 更优选地 在 5与 30之间进行。 0068 对于本发明的方法。

19、, 可以将通式 II 的二胺计量加入通式 III 的异氰酸基硅烷中。 0069 对于本发明的方法, 可以优选地将通式III的异氰酸基硅烷计量加入通式II的二 胺中。 0070 通式 II 的二胺在与通式 III 的异氰酸基硅烷反应之前, 由以下通式 IV 的二胺的 氢卤化物盐通过添加碱、 优选地添加 NaOH 或 KOH 而制备 : 0071 Hal-+H3N-R-S-S-R-NH3+Hal- (IV) 0072 其中 Hal 是 F、 Cl、 Br 或 I, 优选地 Cl。可以添加碱直到确立 7 与 14 之间的 pH。 0073 在根据本发明的方法中, 通式 II 的二胺可以相对于通式 I。

20、II 的异氰酸基硅烷以 1:1.70 到 1:2.20、 优选地 1:1.75 到 1:2.10 的摩尔比率、 更优选地以 1:1.80 到 1:2.00 的 比率使用。 0074 通过根据本发明的方法制备的产物可以具有少于 25 摩尔、 优选地少于 10 摩 尔、 更优选地少于 5 摩尔、 极优选地少于 3 摩尔的通式 II 的二胺残余物含量。 0075 通过根据本发明的方法制备的产物中通式 II 的二胺的相对摩尔百分比可在 13C NMR 中通过相对于通式 I 的含脲硅烷的 Si-CH 2- 基团中的碳原子对通式 II 的二胺 的 -CH2-NH2基团中的碳原子求积分而测定。 0076 对。

21、于式II的物质H2N-CH2-CH2-S-S-CH2-CH2-NH2, 举例来说, 将-CH2-NH2基团的碳原 子的积分用于测定相对含量。 0077 通过根据本发明的方法制备的产物可以具有少于 10 摩尔、 优选地少于 5 摩 尔、 更优选地少于 1 摩尔、 极优选地少于 0.1 摩尔的通式 III 的异氰酸基硅烷残余物 含量。 0078 通过根据本发明的方法制备的产物中的通式 III 的异氰酸基硅烷在 1 摩尔范 围内的相对摩尔百分比可在 13C NMR 中通过相对于通式 I 的含脲硅烷的 Si-CH 2- 基团中的 碳原子对通式 III 的异氰酸基硅烷的 -NCO 基团中的碳原子求积分而。

22、测定。 0079 对于式 III 的物质 (EtO)3Si-CH2-CH2-CH2-NCO, 举例来说, 将 -NCO 基团的碳原子 ( 122.22ppm) 的积分用于测定在 1 摩尔范围内的相对含量。 0080 通过根据本发明的方法制备的产物中的通式 III 的异氰酸基硅烷在 1 摩尔范 围内的相对摩尔百分比可通过本领域技术人员已知的定量 FT-IR 光谱术测定。所述方法通 过使用适合浓度的校准溶液 ( 例如在 C2Cl4中 ) 校准。为了测量, 将约 1g 样品称重到 25ml 辊颈瓶中, 并且添加 25g C2Cl4。将样品在搅拌器上搅拌 1-2 小时。之后, 将下部液相小心 计量加入。

23、 20mm IR 比色皿中, 并且通过 FT-IR 光谱法 (4000-1200cm-1, 分辨率 2cm-1) 进行分 析。在相同条件下, 记录溶剂的光谱以用于扣除。 0081 对于式 III 的物质 (EtO)3Si-CH2-CH2-CH2-NCO, 举例来说, 将 -NCO 基团在 2270cm-1 说 明 书 CN 105884816 A 7 5/7 页 8 下的价键振动的波长用于测定在 1 摩尔范围内的相对含量。 0082 通过根据本发明的方法制备的产物可以具有少于 25 摩尔、 优选地少于 10 摩 尔、 更优选地少于 5 摩尔、 极优选地少于 3 摩尔的通式 IV 的二胺的氢卤化。

24、物盐残余 物含量。 0083 通过根据本发明的方法制备的产物中的通式 IV 的二胺的氢卤化物盐的相对摩尔 百分比可在 13C NMR 中通过相对于通式 I 的含脲硅烷的 Si-CH 2- 基团中的碳原子对通式 IV 的二胺的氢卤化物盐的 -CH2-NH2HCl 基团中的碳原子求积分而测定。 0084 对 于 式 IV 的 物 质 HClH2N-CH2-CH2-S-S-CH2-CH2-NH2HCl,举 例 来 说,将 S-CH2-CH2-NH2HCl 基团的碳原子 ( 37.82ppm) 或 S-CH2-CH2-NH2HCl 基团的碳原子 ( 33.79ppm) 的积分用于测定相对含量。 008。

25、5 随后可以将反应产物过滤, 并且用水和 / 或有机溶剂、 优选地烷烃、 更优选地戊 烷、 己烷或庚烷洗涤。优选的是用水洗涤, 然后用烷烃、 更优选地用己烷洗涤。 0086 可以将产物在过滤之后干燥。干燥可以在 20 -100、 优选地 25 -50的温度 下实施。干燥可以在 1-500 毫巴的减压下实施。 0087 在优选的实施方案中, 制备其中 R 和 R1各自如上文所定义的通式 I 的含脲硅烷的 方法 0088 0089 可以特征在于, 将通式 IV 的二胺的氢卤化物盐溶解于水中并且与碱反应, 0090 Hal-+H3N-R-S-S-R-NH3+Hal- (IV) 0091 然后添加通式。

26、 III 的异氰酸基硅烷 : 0092 (R1)3Si-R-NCO (III) 0093 将沉淀产物滤出, 用水和己烷洗涤, 并且干燥。 0094 通式 I 的含脲硅烷可以用作以下物质之间的促粘剂 : 无机材料, 例如玻璃珠、 玻璃 碎片、 玻璃表面、 玻璃纤维或氧化性填料、 优选地二氧化硅, 如沉淀法二氧化硅和热解法二 氧化硅 ; 和有机聚合物, 例如热固性材料、 热塑性材料或弹性体 ; 或用作用于氧化性表面的 交联剂和表面改性剂。 0095 通式 I 的含脲硅烷可以用作填充橡胶混合物中的偶联剂, 实例是轮胎胎面、 工业 橡胶制品或鞋类鞋底。 0096 根据本发明的方法的优点在于, 通式 I。

27、 的含脲硅烷能够在不含有机溶剂情况下的 一个合成步骤中进行制备。 0097 根据本发明的方法的另一个优点在于, 反应可在相对短的周期内实施。 0098 根据本发明的方法的另一个优点在于, 所得产物的复杂纯化处理可以省略。 具体实施方式 0099 实施例 : 说 明 书 CN 105884816 A 8 6/7 页 9 0100 实施例 1 : (EtO)3Si-(CH2)3-NH-C( O)-NH-(CH2)2-S-2在水中的制备 ( 用己烷 洗涤 ) 0101 开始时以溶解于软水 (940ml) 中的胱胺二盐酸盐 (108.39 克, 0.47 摩尔, 1.00 当 量)加料至N2吹扫的2l。

28、带夹套的四口烧瓶, 所述烧瓶具有精密玻璃搅拌器、 回流冷凝器、 内 部温度计和滴加漏斗。借助于滴加漏斗, 在 17-20下计量加入 50 KOH 溶液 (92.31 克, 0.82 摩尔, 1.75 当量 ), 并且将混合物搅拌 15 分钟。然后将 3- 异氰酸基丙基三乙氧基硅烷 (221.05 克, 0.85 摩尔, 1.8 当量 ) 计量加入, 加入速度应使内部温度不超过 30。之后, 将 混合物在 23下搅拌一小时。将白色悬浮体在压力下过滤, 用 200ml 软水冲洗, 并且用干 燥的 N2干燥 2 小时。将滤饼用三份己烷 ( 每份 150ml) 洗涤, 并再次用干燥的 N 2干燥 1 。

29、小 时。(EtO)3Si-(CH2)3-NH-C( O)-NH-(CH2)2-S-2产物是白色细粉 (254.78 克, 理论值的 92.8 ) ; 0102 1H NMR( ppm,500MHz,CDCl3):0.64(4H,t),1.22(18H,t),1.61(4H,m),2.78(4H,m) ,3.15(4H,m),3.52(4H,m),3.81(12H,q),5.2-6.5(4H,br) ; 0103 13C NMR( ppm,125MHz,CDCl3):7.7(2C),18.3(6C),23.8(2C),38.8(2C),38.9(2C), 42.8(2C),58.3(6C),15。

30、9.0(2C)。 0104 29Si NMR( ppm,100MHz,CDCl3):-45.7(97.4硅烷 ),-53.5(2.6 M 结构 ) ; 0105 使用 TPPO 内标物时在 CDCl3中的可溶分数 : 94.4 ; 0106 水含量 (DIN 51777) : 0.4 ; 0107 初始熔点 : 106-110 ; 0108 残余异氰酸酯含量 : 0.04 0109 实施例 2 : (EtO)3Si-(CH2)3-NH-C( O)-NH-(CH2)2-S-2在水中的制备 ( 无己烷 洗涤 ) 0110 开始时以溶解于软水 (382ml) 中的胱胺二盐酸盐 (108.39 克, 。

31、0.47 摩尔, 1.00 当 量 ) 加料至 N2吹扫的 1l 带夹套的四口烧瓶, 所述烧瓶具有精密玻璃搅拌器、 回流冷凝器、 内部温度计和滴加漏斗。借助于滴加漏斗, 在 15-23下计量加入 50 KOH 溶液 (92.31 克, 0.82 摩尔, 1.75 当量 ), 并且将混合物搅拌 30 分钟。然后将 3- 异氰酸基丙基三乙氧 基硅烷 (221.05 克, 0.85 摩尔, 1.8 当量 ) 以使得内部温度不超过 30的速率计量加入。 之后, 将混合物在 24下搅拌一小时。将白色悬浮体在压力下过滤, 用三份软水 ( 总计 340ml) 冲洗, 并用干燥的 N2干燥 2 小时。将滤饼在。

32、旋转蒸发器中在 N 2流中在 35和 166 毫巴下干燥 7 小时, 在 35和 150 毫巴下干燥 10 小时, 并在 35和 100 毫巴下干燥 9 小 时。(EtO)3Si-(CH2)3-NH-C( O)-NH-(CH2)2-S-2产物是白色细粉 (246.38 克, 理论值的 90.7 ) ; 0111 1H NMR( ppm,500MHz,DMSO-d6):0.52(4H,t),1.14(18H,t),1.42(4H,m),2.74(4H, m),2.96(4H,m),3.29(4H,m),3.74(12H,q),6.05(4H,m) ; 0112 13C NMR( ppm,125M。

33、Hz,DMSO-d6):7.3(2C),18.2(6C),23.5(2C),38.5(2C),39.6(2 C),42.0(2C),57.7(6C)157.9(2C)。 0113 29Si NMR( ppm,100MHz,DMSO-d6):-45.3(100硅烷 ) ; 0114 使用 TPPO 内标物、 在 d6-DMSO 中的可溶分数 : 86.0 ; 0115 水含量 (DIN 51777) : 0.7 ; 说 明 书 CN 105884816 A 9 7/7 页 10 0116 初始熔点 : 97 ; 0117 残余异氰酸酯含量 : 0.08 0118 实施例 3 : ( 比较例 ) 。

34、0119 有机二氯甲烷和THF溶剂中的(EtO)3Si-(CH2)3-NH-C(O)-NH-(CH2)2-S-2的制 备 0120 开始时以溶解于二氯甲烷 (100ml) 中的胱胺二盐酸盐 (22.52 克, 0.10 摩尔, 1.00 当量 ) 加料至干燥的 N2吹扫的三口烧瓶, 所述烧瓶具有搅拌器、 回流冷凝器、 内部温度计和 滴加漏斗。借助于滴加漏斗, 计量加入 50 KOH 溶液 (11.5ml, 0.20 摩尔, 2.00 当量 )。将 所得悬浮体引入具有 50ml 软水的溶液中, 另外添加 6.5ml 的 50 KOH 溶液, 并将混合物 搅拌 2 小时。分离两相, 水相用二氯甲烷。

35、 (350ml) 萃取。将经合并的有机相经 MgSO4干 燥, 过滤, 并且在旋转蒸发器上去除溶剂。将所得浅黄色粘稠油 ( 胱胺, 12.07g) 吸收 (take up)至THF(100ml)中, 将滴加漏斗用以计量加入3-异氰酸基丙基三乙氧基硅烷(49.47克, 0.20 摩尔, 2.00 当量 ), 并且将混合物在 23下搅拌过夜。在反应已经结束之后, 在旋转蒸 发器上去除溶剂。将所得白色固体吸收于新鲜 THF(84ml) 中, 并通过在 8下添加正戊烷 (521ml)而沉淀。 将悬浮体在压力下过滤, 将滤饼用正戊烷(3100ml)洗涤, 并且用干燥的 N2干燥。(EtO)3Si-(CH2)3-NH-C( O)-NH-(CH2)2-S-2产物为白色细粉 (50.42 克, 理论值 的 77.9 ) ; 0121 29Si NMR( ppm,100MHz,DMSO-d6):-40.5(91.2硅烷 ),-48.2(8.9 M 结构 )。 说 明 书 CN 105884816 A 10 。

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