ПРИМЕНЕНИЕ СТАБИЛЬНЫХ ЛИПОФИЛЬНЫХ СОЕДИНЕНИЙ ГИДРОКСИЛАМИНА ДЛЯ ИНГИБИРОВАНИЯ ПОЛИМЕРИЗАЦИИ ВИНИЛОВЫХ МОНОМЕРОВ Российский патент 2020 года по МПК C07D211/94 C07C7/20 C08F2/40 

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ

Данная заявка испрашивает приоритет по заявке на патент США №62/134811, поданной 18 марта 2015 г., описание которой включено в данный документ в полном объеме посредством ссылки.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение в целом относится к соединениям и способам для ингибирования радикальной полимеризации ненасыщенных соединений, в частности, виниловых мономеров. В частности, оно относится к применению липофильных N,N-дизамещенных гидроксиламинов для ингибирования полимеризации ненасыщенных соединений (например, виниловых мономеров), растворимых в органических растворителях, в частности в углеводородных растворителях.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Ненасыщенные соединения, в частности, виниловые мономеры, могут нежелательно полимеризоваться на разных стадиях их производства, обработки, обслуживания, хранения и использования. Виниловые мономеры могут подвергаться самопроизвольной полимеризации при повышенных температурах даже в отсутствие промоторов полимеризации. Таким образом, нежелательная термическая полимеризация может быть проблемой во время очистки виниловых ароматических мономеров и во время внезапных остановок процесса. Нежелательная полимеризация приводит к потерям продукта, поскольку в ходе нежелательной побочной реакции расходуется ценный конечный мономерный продукт. Кроме того, полимеризация снижает эффективность производства, так как полимер осаждается на технологическом оборудовании. Это загрязнение технологического оборудования может потребовать остановки для удаления нежелательного полимера физическими методами.

Стабильный свободный радикал, 4-гидрокси-2,2,6,6-тетраметилпиперидиноксил (НТЕМРО), широко использовался для контроля свободнорадикальной полимеризации реакционноспособных мономеров во время очистки, обслуживания, транспортировки и хранения. Однако для повышения его эффективности в качестве ингибитора существуют две альтернативы. Во-первых, доза НТЕМРО может быть увеличена. Однако по мере увеличения концентрации растворенный НТЕМРО будет кристаллизоваться, особенно если температура окружающей среды, при которой используется или хранится раствор, понижается. НТЕМРО также может кристаллизоваться, если уменьшается растворяющая способность углеводородных сред - например, раствор, содержащий ароматические растворители, будет иметь более низкую растворяющую способность, когда он вступает в контакт с алифатическими средами. Из-за низкой растворимости НТЕМРО в алифатических средах введение ароматического растворителя НТЕМРО приведет к осаждению НТЕМРО, что приведет к закупориванию форсунок и транспортных линий. Во-вторых, превращение НТЕМРО в его гидроксиламин, HTEMPOL, является другой альтернативой для повышения его эффективности ингибирования полимеризации. В отличие от НТЕМРО, который является растворимым в ароматических углеводородных растворителях, HTEMPOL является умеренно растворимым в углеводородных растворителях. На практике, там, где присутствуют водные среды, водорастворимый HTEMPOL может быть использован с ничтожно малым риском осаждения, в то время как в углеводородных средах он будет осаждаться. Следовательно, использование HTEMPOL в качестве ингибитора ограничивается предотвращением преждевременной полимеризации в водных средах.

В предшествующем уровне техники в качестве ингибиторов использовали растворимые в углеводородах гидроксиламины. Из-за присутствия водородных заместителей α-углеродных атомов относительно функциональной группы гидроксиламина указанные гидроксиламины нестабильны. При высоких эксплуатационных температурах, связанных с очисткой и другими процессами с участием виниловых мономеров, данные стерически незатрудненные или частично затрудненные гидроксиламины разлагаются с образованием загрязняющих побочных продуктов, а именно, альдегидов и первичных гидроксиламинов. В качестве примера, N,N-диэтилгидроксиламин будет разлагаться на ацетальдегид и этилгидроксиламин.

Более конкретно, данное изобретение относится к ингибированию полимеризации в установках, обычно связанных с гидрофобными виниловыми мономерами, таких как ректификационные колонны, где ингибиторы на водной основе не очень эффективны или слабая растворимость высокополярных ингибиторов приводит к осаждению или рекристаллизации указанных ингибиторов при смешивании с углеводородными средами. В оборудовании, в котором углеводородная фаза находится в контакте с водной фазой, используемые в настоящее время гидрофильные гидроксиламины преимущественно распределяются в водную фазу, а не в углеводородную фазу. Напротив, растворимые в органических растворителях виниловые соединения, предрасположенные к полимеризации, распределяются в углеводородную фазу. Вследствие такой тенденции распределения известные в уровне техники гидроксиламины не являются эффективными ингибиторами полимеризации.

Таким образом, существует потребность в растворимом в углеводородах стабильном поглотителе свободных радикалов.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Один аспект настоящего изобретения представляет собой соединение гидроксиламина, имеющее структуру Формулы 1:

где R₁ представляет собой алкил, арил, алкиларил, гетероцикло или -C(O)R₆; R₂, R₃, R₄ и R₅ независимо выбраны из группы, состоящей из алкила, алкиларила, арила, гетероарила, или R₂ и R₃ или R₄ и R₅ вместе могут образовывать спиро-кольцо; и R₆ представляет собой алкил, алкиларил, арил или гетероарил.

Другой аспект настоящего изобретения представляет собой олигомер гидроксиламина, имеющий структуру Формулы 2:

где L представляет собой линкер, включающий алкилен, арилен, алкиларилен, гетероцикло или диацил;

R₂, R₃, R₄ и R₅ независимо представляют собой алкил, алкиларил, арил, гетероарил, или R₂ и R₃ или R₄ и R₅ вместе могут образовывать спиро-кольцо; и x равен целому числу больше 2.

Еще один аспект настоящего изобретения представляет собой димерное соединение гидроксиламина, имеющее структуру Формулы 3:

где L представляет собой линкер, включающий алкилен, арилен, алкиларилен, гетероцикло или диацил; и R₂, R₃, R₄, и R₅, независимо представляют собой алкил, алкиларил, арил, гетероарил, или R₂ и R₃ или R₄ и R₅ вместе могут образовывать спиро-кольцо.

Еще один аспект настоящего изобретения представляет собой способ ингибирования полимеризации ненасыщенного соединения, содержащего ненасыщенную углерод-углеродную связь, включающий приведение в контакт ненасыщенного соединения с соединением гидроксиламина Формулы 1 или димерным соединением гидроксиламина Формулы 2.

Другие объекты и признаки будут частично очевидны, а частично указаны в дальнейшем в данном документе.

ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ РЕАЛИЗАЦИИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Вместо гидроксиламинов, которые являются нерастворимыми в углеводородных средах и нестабильны при высоких температурах проведения процесса, предложены растворимые в углеводородах и стабильные гидроксиламины в качестве более эффективных поглотителей свободных радикалов, вызывающих нежелательную полимеризацию в углеводородных средах. Альтернативные гидроксиламины, которые предпочтительно растворяются в углеводородных средах и не подвержены разложению на загрязняющие вещества, могут применяться либо как индивидуальные ингибиторы, либо в комбинации с другими ингибирующими полимеризацию соединениями. Данные соединения и комбинации демонстрируют высокую эффективность ингибирования полимера.

Настоящее изобретение относится к соединениям гидроксиламина, олигомерным соединениям гидроксиламина и способам применения соединений гидроксиламина и олигомерных соединений гидроксиламина для ингибирования полимеризации ненасыщенного соединения, содержащего ненасыщенную углерод-углеродную связь в углеводородных потоках. Указанное ненасыщенное соединение находится в контакте с эффективным количеством соединения гидроксиламина Формулы 1, олигомера гидроксиламина Формулы 2 или димерного соединения Формулы 3. Ненасыщенные углеводороды являются реакционноспособными и предрасположенными к нежелательной полимеризации в типичных условиях обработки, транспортировки и хранения. Нежелательная полимеризация ненасыщенных соединений является дорогостоящей из-за потери продукта желаемого мономера. Таким образом, способы ингибирования данной нежелательной полимеризации являются полезными для указанных углеводородных процессов.

Гидроксиламины Формул 1, 2 и 3 являются стабильными к разложению при температурах, которым они обычно подвергаются во время обработки ненасыщенных соединений, где они действуют как ингибиторы полимеризации. Гидроксиламины Формул 1, 2 и 3 также растворимы в углеводородах при концентрациях, эффективных для данного метода. Это означает, что они не осаждаются или не кристаллизуются в системе.

Один аспект настоящего изобретения представляет собой соединение гидроксиламина, имеющее структуру Формулы 1:

где R₁ представляет собой алкил, арил, алкиларил, гетероцикло или -C(O)R₆; R₂, R₃, R₄ и R₅ независимо выбраны из группы, состоящей из алкила, алкиларила, арила, гетероарила или R₂ и R₃ или R₄ и R₅ вместе могут образовывать спиро-кольцо; и R₆ представляет собой алкил, алкиларил, арил или гетероарил.

Другой аспект настоящего изобретения представляет собой олигомер гидроксиламина, имеющий структуру Формулы 2:

где L представляет собой линкер, включающий алкилен, арилен, алкиларилен, гетероцикло или диацил; и R₂, R₃, R₄, и R₅, независимо выбраны из группы, состоящей из алкила, алкиларила, арила, гетероарила, или R₂ и R₃ или R₄ и R₅ вместе могут образовывать спиро-кольцо; R₆ представляет собой алкил, алкиларил, арил, гетероарил; и x равен целому числу больше 2.

Еще один аспект настоящего изобретения представляет собой димерное соединение гидроксиламина, имеющее структуру Формулы 3:

где L представляет собой линкер, включающий алкилен, арилен, алкиларилен, гетероцикло или диацил; и R₂, R₃, R₄, и R₅, независимо выбраны из группы, состоящей из алкила, алкиларила, арила, гетероарила, или R₂ и R₃ или R₄ и R₅ вместе могут образовывать спиро-кольцо.

Дополнительный аспект настоящего изобретения представляет собой способ ингибирования полимеризации ненасыщенного соединения, содержащего ненасыщенную углерод-углеродную связь, включающий приведение в контакт ненасыщенного соединения с соединением гидроксиламина Формулы 1 или димерным соединением гидроксиламина Формулы 2.

Для соединений Формул 1 и 2 и их применения в способах, описанных в данном документе, R₁ может быть алкильной или алкиларильной группой, содержащей от около 1 до около 18 атомов углерода.

Дополнительно, в соединениях Формул 1 и 2 и в способах, описанных в данном документе, R₁ может представлять собой пропил, бутил, пентил или гексил. Предпочтительно R₁ может представлять собой н-бутил, втор-бутил, изобутил или трет-бутил.

Также, в соединениях Формул 1 и 2, R₁ может представлять собой C₁-C₁₈ алкиларил. Предпочтительно, R₁ представляет собой бензил.

Кроме того, для соединений Формул 1 и 2 и их применения в способах, описанных в данном документе, R₂, R₃, R₄ и R₅ могут независимо представлять собой С₁-С₉ алкил. Предпочтительно, R₂, R₃, R₄, и R₅, могут независимо представлять собой C₁-С₃ алкил. Дополнительно, для соединений Формул 1 и 2, R₂, R₃, R₄ и R₅ могут независимо представлять собой галогеналкил.

В соединениях Формул 1 и 2, R₁ может представлять собой н-бутил, a R₂ R₃, R₄, и R₅ могут представлять собой метил.

Как альтернативный вариант, в соединениях Формул 1 и 2, R₁ может представлять собой бензил, и R₂ R₃, R₄, и R₅ могут представлять собой метил.

Для соединения Формулы 1, R₆ может представлять собой алкил; предпочтительно R₆ может представлять собой метил, этил, пропил или бутил.

Для полимера или олигомера Формулы 2, x может равняться от 2 до 100; от 2 до 50; или от 2 до 10.

Для полимера или олигомера Формулы 2 x выбран так, чтобы полимер или олигомер Формулы 2 не осаждался или не кристаллизовался в углеводородном потоке.

Для способов ингибирования полимеризации с применением соединения гидроксиламина Формулы 1 или димерного соединения гидроксиламина Формулы 2, ненасыщенным соединением может быть виниловый мономер.

Кроме того, ненасыщенным соединением может быть этилен, пропилен, ацетилен, стирол, винилхлорид, виниловый спирт, винилацетат, акрилонитрил, акрилатные сложные эфиры, метакрилатные сложные эфиры, акриловая кислота, (мет)акролеин, акролеин, бутадиен, инден, дивинилбензол, изопрен, ацетилен, винилацетилен, циклопентадиен или их комбинацию. Предпочтительно, ненасыщенное соединение может включать акрилатные сложные эфиры, метакрилатные сложные эфиры, стирол или их комбинацию.

Указанный способ ингибирования полимеризации может стабилизировать и ингибировать полимеризацию ненасыщенного соединения в процессе производства, очистки, транспортировки или хранения.

Указанный способ ингибирования полимеризации также может стабилизировать и ингибировать полимеризацию ненасыщенного соединения в процессе первичного фракционирования, фракционирования легких фракций, фракционирования неароматических галогенированных виниловых фракций, сжатия технологического газа, экстракции бутадиена, дегидрирования пропана, стабилизации дизельного топлива и бензина, метатезиса олефинов, очистки стирола, очистки гидроксиуглеводородов, или задерживает полимеризацию смол и композиций, содержащих ненасыщенные по этиленовому типу соединения. Предпочтительно, способ ингибирования полимеризации может стабилизировать и ингибировать полимеризацию ненасыщенного соединения в экстракции бутадиена или очистке стирола.

Предпочтительно для соединений гидроксиламина Формулы 1, R₁ представляет собой н-бутил или бензил, и R₂, R₃, R₄, и R₅ представляют собой метил. Данные соединения имеют указанные структуры:

Способы получения соединений Формул 1 и 2 хорошо известны в данной области техники и будут очевидны для специалиста в данной области техники. В качестве иллюстративного примера приведено получение 4-алкокси-2,2,6,6-тетраметил-1-пиперидинолы, которое осуществляется в двухстадийном процессе с применением коммерчески доступного 4-гидрокси-ТЕМРО в качестве исходного вещества. На первой стадии 4-ОН-ТЕМРО приводят в контакт с алкилирующим агентом (например, н-бутилбромидом или бензилхлоридом) в присутствии основания с получением соответствующего 4-алкоксипроизводного TEMPO. На второй стадии нитроксильный радикал обрабатывают восстановителем (например, гидразингидратом или N,N-диэтилгидроксиламином) с получением 4-алкокси-ТЕМРО гидроксиламина (4-алкокси-ТЕМРОН).

Другой аспект настоящего изобретения представляет собой композицию, содержащую соединение Формулы 1 и растворитель. Подходящие органические растворители включают пентан, гептан, гексан, бензол, этилбензол, толуол или их комбинацию. Указанные растворители не ограничиваются вышеупомянутыми примерами.

Указанная композиция может содержать один или несколько дополнительных ингибиторов полимеризации. Соединения, которые подходят в качестве дополнительных ингибиторов полимеризации в композиции по настоящему изобретению, включают фенолы, алкилированные фенолы, нитрофенолы, нитрозофенолы, хиноны, гидрохиноны, хиноновые простые эфиры, хиноновые метиды, амины, гидроксиламины и фенотиазины.

Композиции ингибитора полимеризации, описанные в данном документе, могут быть введены в защищаемый мономер любым общеизвестным способом. Его можно добавлять в виде раствора концентрата в подходящих растворителях непосредственно перед началом предполагаемого применения подходящими средствами. Кроме того, данные соединения могут быть введены отдельно в ректификационную систему с входным потоком или через отдельные точки введения, обеспечивая эффективное распределение композиции ингибитора. Так как ингибитор постепенно расходуется во время работы, обычно необходимо поддерживать соответствующее количество ингибитора в дистилляционном устройстве путем добавления ингибитора в процессе дистилляции. Это добавление может быть осуществлено либо в целом на непрерывной основе, либо путем периодической подачи ингибитора в систему дистилляции, если концентрация ингибитора должна поддерживаться выше минимально необходимого уровня.

Эффективное количество соединения Формул 1, 2 и 3 может составлять от около 0,1 ммоль/кг до 5 ммоль/кг, от около 0,1 ммоль/кг до 4 ммоль/кг, от около 0,1 ммоль/кг до 3 ммоль/кг, от около 0,1 ммоль/кг до 2 ммоль/кг, от около 0,2 ммоль/кг до 5 ммоль/кг, от около 0,2 ммоль/кг до 4 ммоль/кг, от около 0,2 ммоль/кг до 3 ммоль/кг; предпочтительно от около 0,2 ммоль/кг до около 2 ммоль/кг.

Соединения Формулы 1 могут быть получены добавлением 4-гидрокси-2,2,6,6-тетраалкилпиперидин-1-оксила к апротонному полярному растворителю, такому как тетрагидрофуран (ТГФ). Затем к полученному раствору добавляли основание с последующим перемешиванием смеси при комнатной температуре. Затем в колбу добавляли по каплям раствор алкилгалогенида в апротонном полярном растворителе, таком как ТГФ. Реакционную смесь нагревали до завершения реакции. Добавляли деионизированную воду и слои разделяли. Органическую фракцию отделяли, сушили над безводным сульфатом магния и растворитель упаривали под вакуумом. Данный продукт добавляли к ароматическому растворителю, такому как толуол, добавляли восстановитель, такой как гидразингидрат, и нагревали смесь. Затем реакционную смесь охлаждали и промывали водой. Органическую фракцию отделяли, сушили над безводным сульфатом магния, и растворитель упаривали под вакуумом с получением 4-алкокси-2,2,6,6-тетраалкилпиперидин-1-ола.

Для того, чтобы получить олигомеры и димеры Формул 2 и 3, алкилгалогенид может быть заменен алкилдигалогенидом или другим реагентом, имеющим две или более реакционноспособных групп. Кроме того, для взаимодействия может быть применен полимер, имеющий реакционноспособную группу, с добавлением 4-гидрокси-2,2,6,6-тетраалкилпиперидин-1-оксила с образованием полимера Формулы 2. Если в данном документе не указано иное, термин «ТЕМРО» относится к 2,2,6,6-тетраметилпиперидин-1-оксилу.

«4-ОН-ТЕМРО» относится к 4-гидрокси-ТЕМРО, иначе известному как 4-гидрокси-2,2,6,6-тетраметилпиперидин-1-оксил или TEMPOL.

«4-ОН-ТЕМРОН» относится к 4-гидрокси-ТЕМРО-гидроксиламину, иначе известному как 2,2,6,6-тетраметилпиперидин-1,4-диол.

«4-Bu-ТЕМРОН» относится к 4-бутокси-ТЕМРО-гидроксиламину, иначе известному как 4-бутокси-2,2,6,6-тетраметил-1-пиперидинол.

«4-Bn-ТЕМРОН» относится к 4-бензилокси-ТЕМРО-гидроксиламину, иначе известному как 4-бензилокси-2,2,6,6-тетраметил-1-пиперидинол.

Если не указано иное, алкильная группа, как описано в данном документе, отдельно или как часть другой группы, представляет собой необязательно замещенный линейный насыщенный одновалентный углеводородный заместитель, содержащий от одного до шестидесяти атомов углерода и предпочтительно от одного до тридцати атомов углерода в основной цепи или от восьми до тридцати атомов углерода в основной цепи, или необязательно замещенный разветвленный насыщенный одновалентный углеводородный заместитель, содержащий от трех до шестидесяти атомов углерода и предпочтительно от восьми до тридцати атомов углерода в основной цепи. Примеры незамещенных алкильных групп включают метил, этил, н-пропил, изопропил, н-бутил, изобутил, втор-бутил, трет-бутил, н-пентил, изопентил, втор-пектил, трет-пентил, и тому подобное. «Циклоалкил» относится к циклическим алкильным группам, содержащим от 3 до 10 атомов углерода, имеющим одно или несколько циклических колец, включая конденсированные, мостиковые и спиро-кольцевые системы. Примеры подходящих циклоалкильных групп включают, например, адамантил, циклопропил, циклобутил, циклопентил, циклооктил, бицикло[2.2.2]октанил и тому подобное. Типичные циклоалкильные группы включают циклопропил, циклобутил, циклопентил, циклогексил, бицикло[2.2.1]гептанил, бицикло[2.2.2]октанил и тому подобное.

Термины «арил» или «ар», используемые в данном документе отдельно или как часть другой группы (например, арилалкил или алкиларил), обозначают необязательно замещенные гомоциклические ароматические группы, предпочтительно моноциклические или бициклические группы, содержащие от 6 до 12 атомов углерода в кольце, такие как фенил, бифенил, нафтил, замещенный фенил, замещенный бифенил или замещенный нафтил. Фенил и замещенный фенил представляют собой более предпочтительный арил. Термин «арил» также включает гетероарил.

Термин «замещенный», как в «замещенный арил», «замещенный алкил» и тому подобном, означает, что в рассматриваемой группе (то есть алкиле, ариле или другой группе, которая логически следует из указанного термина), по меньшей мере один атом водорода, связанный с атомом углерода, замещен одним или несколькими заместителями, такими как гидрокси (-ОН), алкилтио, фосфино, амидо (-CON(R_A)(R_B), где R_A и R_B независимо представляют собой водород, алкил или арил), амино (-N(R_A)(R_B), где R_A и R_B независимо представляют собой водород, алкил или арил), галоген (фтор, хлор, бром или йод), силил, нитро (-NO₂), простой эфир (-OR_A, где R_A представляет собой алкил или арил), сложный эфир (-OC(O)R_A, где R_A представляет собой алкил или арил), кето (-C(O)R_A, где R_A представляет собой алкил или арил), гетероцикло и тому подобное. Когда термин «замещенный» представляет список возможных замещенных групп, предполагается, что этот термин применяется к каждому члену этой группы. То есть фраза «необязательно замещенный алкил или арил» должна интерпретироваться как «необязательно замещенный алкил или необязательно замещенный арил».

Алкиларил» означает арильную группу, присоединенную к исходной молекуле через алкиленовую группу. Количество атомов углерода в арильной группе и алкиленовой группе выбрано таким образом, что в алкиларильной группе в общей сложности от около 6 до около 18 атомов углерода. Предпочтительная алкиларильная группа представляет собой бензил.

«Галогеналкил» относится к алкильной группе, как определено в данном документе, где один из нескольких атомов водорода в алкильной группе замещен галогеном. Типичные галогеналкильные группы включают фторметил, дифторметил, трифторметил, фторэтил, дифторэтил, трифторэтил, тетрафторэтил, перфторэтил и тому подобное.

«Виниловый мономер» относится к мономеру, содержащему по меньшей мере одну углерод-углеродную двойную связь. Указанный мономер может быть замещен различными группами, такими как кислоты (например, акриловая кислота), сложные эфиры (например, акрилатные эфиры), галоген (например, винилхлорид), арил (например, стирол, винилтолуол, дивинилбензол), циано (например, акрилонитрил) и ацетокси (например, винилацетат). Мономер может быть конъюгирован (например, бутадиен, циклопентадиен, винилацетилен, инден и тому подобное).

«Ингибитор» полимеризации относится к композиции вещества, способной поглощать радикалы в процессе радикальной полимеризации. Ингибиторы могут использоваться для стабилизации мономеров и предотвращения их полимеризации или гашения полимеризации при достижении желаемой конверсии. Они также могут использоваться для регулирования или контроля кинетики процесса полимеризации.

После подробного описания изобретения будет очевидно, что возможны модификации и вариации без выхода за рамки объема изобретения, определенного в прилагаемой формуле изобретения.

ПРИМЕРЫ

Вышеизложенное может стать более понятным при обращении к следующим примерам, которые представлены в иллюстративных целях и не предназначены для ограничения объема изобретения.

Все реакции проводили в атмосфере азота, если не указано иное. Реагенты, 4-гидрокси-ТЕМРО, трет-бутоксид калия, 1-бромбутан и бензилхлорид были приобретены у Sigma-Aldrich.

Пример 1: Синтез 4-бутокси-2,2,6,6-тетраметилпиперидин-1-ола (4-Bu-ТЕМРОН)

В круглодонную колбу, снабженную мешалкой, добавляли 4-гидрокси-2,2,6,6-тетраметилпиперидин-1-оксил («4-гидрокси-ТЕМРО», 26,2 г, 152 ммоль) и 700 мл тетрагидрофурана (ТГФ). К полученному раствору добавляли 20,5 г трет-бутоксида калия (20,5 г, 183 ммоль) с последующим перемешиванием смеси при комнатной температуре в течение двух часов. Через два часа в колбу добавляли по каплям раствор 25,0 г (182 ммоль) 1-бромбутана в 100 мл ТГФ. Реакционную смесь кипятили с обратным холодильником в течение ночи, с продолжительностью около 21 час, затем охлаждали. Добавляли деионизированную воду и слои разделяли. Органическую фракцию отделяли, сушили над безводным сульфатом магния и растворитель упаривали под вакуумом. Остаток растворяли в минимальном количестве дихлорметана и хроматографировали на 100 г силикагеля, используя в качестве подвижной фазы 20% этилацетат/гексан. Общий выход 4-бутокси-ТЕМРО составил 4,99 г (38%).

В одногорлую круглодонную колбу на 250-мл, снабженную мешалкой, добавляли раствор 4-бутокси-ТЕМРО (4,852 г, 21,26 ммоль) в 100 мл толуола. К данному раствору добавляли гидразингидрат (1,03 мл, 21,26 ммоль), затем реакционную смесь нагревали с обратным холодильником. Через один час реакционную смесь охлаждали до 25°С и промывали деионизированной водой. Органическую фракцию отделяли, сушили над безводным сульфатом магния и растворитель упаривали под вакуумом с получением 4-бутокси-2,2,6,6-тетраметилпиперидин-1-ола (4-Bu ТЕМРОН) с выходом 81%. Структура продукта была подтверждена ¹Н-ЯМР и ¹³С-ЯМР.

Пример 2: Синтез 4-бензилокси-2,2,6,6-тетраметилпиперидин-1-ола (4-Bn-ТЕМРОН)

В круглодонную колбу, снабженную мешалкой, добавляли 4-гидрокси-2,2,6,6-тетраметилпиперидин-1-оксил («1-гидрокси-ТЕМРО», 10,0 г, 58,1 ммоль) и 300 мл сухого тетрагидрофурана (ТГФ). К полученному раствору добавляли 7,9 г (70,4 ммоль) трет-бутоксида калия. После перемешивания в течение двух часов при комнатной температуре раствор бензилхлорида (8,1 г, 64,0 ммоль) в 100 мл сухого ТГФ добавляли по каплям в течение 45 минут, в то время как систему нагревали с обратным холодильником. После завершения добавления и после общего 7 часового кипячения с обратным холодильником нагревание прекращали, системе давали остыть и перемешивали при комнатной температуре в течение ночи. Добавляли деионизированную воду (100 мл) и слои разделяли. Водную фазу экстрагировали три раза порциями по 25 мл этилацетата. Объединенные органические фазы промывали смесью 100 мл воды и 80 мл солевого раствора перед сушкой над безводным сульфатом магния. Растворители удаляли роторным выпариванием и остаток растворяли в 25 мл дихлорметана и хроматографировали на 120 г силикагеля, используя в качестве подвижной фазы 20% этилацетат/гексан. Выход чистого элюированного продукта составлял 5,39 г (35%), и загрязненное твердое вещество, выделенное из других фракций, перекристаллизовывали из холодного гексана, получая материал, который приводил к общему выходу 12,03 г (79%) чистого 1-бензилокси-ТЕМРО.

1-Бензилокси-ТЕМРО (1,001 г, 3,82 ммоль) растворяли в н-гексане с получением раствора оранжевого цвета. К данному раствору добавляли стехиометрический избыток N,N-диэтилгидроксиламина (DEHA, 2 мл, 19,06 ммоль) до тех пор, пока полученный раствор не стал бледно-желтым. Указанный раствор промывали деионизированной водой. После выделения и сушки органического слоя безводным сульфатом магния растворитель удаляли с получением 4-бензилокси-2,2,6,6-тетраметилпиперидин-1-ола (4-Bn-ТЕМРОН) с выходом 45%. Структура продукта была подтверждена ¹H-ЯМР и ¹³С-ЯМР.

Пример 3: Полимеризация метилметакрилата

Сравнительный пример 3А: Необработанный метилметакрилат

Получали раствор, состоящий из 20 ч/млн пероксида бензоила в метилметакрилате. Аликвоты по 10 мл данного раствора добавляли в каждую из двадцати четырех пробирок высокого давления с резьбой Асе Glass №15, оснащенных колпачками из ПТФЭ и фторэластомерными (FETFE) уплотнительными кольцами. Для продувки растворенного кислорода каждый раствор барботировали азотом в течение 2 минут, после чего пробирку сразу же герметизировали и раствор выдерживали под азотной прослойкой. Реакции полимеризации проводили путем загрузки пробирок в нагревательный блок, который был предварительно нагрет до 100°С. Через 30 минут и каждые 15 минут после этого из блока извлекали четыре пробирки, и реакции полимеризации гасили охлаждением пробирок на ледяной бане. Охлажденные растворы полимеров немедленно разбавляли толуолом. Для определения количества полимера в разбавленных анализируемых растворах использовали собственный метод авторов.

Сравнительный пример ЗВ: Метилметакрилат, обработанный 4-гидрокси-ТЕМРО (4-ОН-ТЕМРО)

Получали раствор, состоящий из 0.58 ммоль 4-гидрокси-ТЕМРО и 20 ч/млн пероксида бензоила в метилметакрилате. Аликвоты по 10 мл данного раствора добавляли в каждую из двадцати четырех пробирок высокого давления с резьбой Асе Glass №15, оснащенных колпачками из ПТФЭ и фторэластомерными (FETFE) уплотнительными кольцами. Для удаления кислорода, полимеризации растворов и измерения количества образовавшегося полимера использовали методику сравнительного примера 3А.

Пример 3С: Метилметакрилат, обработанный 4-бензил-2,2,6,6-тетраметилпиперидин-1-олом (4-BnO-ТЕМРОН)

Получали раствор, состоящий из 0.58 ммоль 4-бензил-2,2,6,6-тетраметилпиперидин-1-ола и 20 ч/млн пероксида бензоила в метилметакрилате. Аликвоты по 10 мл данного раствора добавляли в каждую из двадцати четырех пробирок высокого давления с резьбой Асе Glass №15, оснащенных колпачками из ПТФЭ и фторэластомерными (FETFE) уплотнительными кольцами. Для удаления кислорода, полимеризации растворов и измерения количества образовавшегося полимера использовали методику сравнительного примера 3А.

Пример 3D: Метилметакрилат, обработанный 4-бутокси-2,2,6,6-тетраметилпиперидин-1-олом (4-BuO-ТЕМРОН)

Получали раствор, состоящий из 0.58 ммоль 4-бутокси-2,2,6,6-тетраметилпиперидин-1-ола и 20 ч/млн пероксида бензоила в метилметакрилате. Аликвоты по 10 мл данного раствора добавляли в каждую из двадцати четырех пробирок высокого давления с резьбой Асе Glass №15, оснащенных колпачками из ПТФЭ и фторэластомерными (FETFE) уплотнительными кольцами. Для удаления кислорода, полимеризации растворов и измерения количества образовавшегося полимера использовали методику сравнительного примера 3А.

Результаты экспериментов в примерах 3A-3D приведены в Таблице 1:

Пример 4: Полимеризация стирола

Сравнительный пример 4А: Необработанный стирол

Для удаления 4-трет-бутилпирокатехина (ТВС) из стирола применяли одноразовую набивную колонку с окисью алюминия. Аликвоты по девять мл свободного от ингибитора стирола загружали в каждую из двадцати четырех пробирок высокого давления с резьбой Асе Glass №15, оснащенных колпачками из ПТФЭ и фторэластомерными (FETFE) уплотнительными кольцами. Для продувки растворенного кислорода каждый раствор барботировали азотом в течение 2 минут, после чего пробирку сразу же герметизировали и раствор выдерживали под азотной прослойкой. Реакции полимеризации проводили путем загрузки пробирок в нагревательный блок, который был предварительно нагрет до 120°С. Через 30 минут и каждые 15 минут после этого из блока извлекали четыре пробирки, и реакцию полимеризации гасили охлаждением пробирок на ледяной бане. Охлажденные растворы полимеров немедленно разбавляли толуолом. Количество образовавшегося полимера определяли осаждением метанолом в соответствии с методом ASTM D2121.

Сравнительный пример 4В: Стирол, обработанный 4-гидрокси-ТЕМРО (4-ОН-ТЕМРО)

Был приготовлен раствор, состоящий из 0,33 ммоль 4-гидрокси-ТЕМРО и свободного от ингибитора стирола. Аликвоты по девять мл указанного раствора загружали в каждую из двадцати четырех пробирок высокого давления с резьбой Асе Glass №15, оснащенных колпачками из ПТФЭ и фторэластомерными (FETFE) уплотнительными кольцами. Для удаления кислорода, полимеризации растворов и измерения количества образовавшегося полимера использовали методику сравнительного примера 4А.

Пример 4С: Стирол, обработанный 4-бензилокси-2,2,6,6-тетраметилпиперидин-1-олом (4-BnO-ТЕМРОН)

Был приготовлен раствор, состоящий из 0,33 ммоль 4-бензилокси-2,2,6,6-тетраметилпиперидин-1-ола и свободного от ингибитора стирола. Аликвоты по девять мл указанного раствора загружали в каждую из двадцати четырех пробирок высокого давления с резьбой Асе Glass №15, оснащенных колпачками из ПТФЭ и фторэластомерными (FETFE) уплотнительными кольцами. Для удаления кислорода, полимеризации растворов и измерения количества образовавшегося полимера использовали методику сравнительного примера 4А.

Пример 4D: Стирол, обработанный 4-бутокси-2,2,6,6-тетраметилпиперидин-1-олом (4-BuO-ТЕМРОН)

Был приготовлен раствор, состоящий из 0,33 ммоль 4-бутокси-2,2,6,6-тетраметилпиперидин-1-ола и свободного от ингибитора стирола. Аликвоты по девять мл указанного раствора загружали в каждую из двадцати четырех пробирок высокого давления с резьбой Асе Glass №15, оснащенных колпачками из ПТФЭ и фторэластомерными (FETFE) уплотнительными кольцами. Для удаления кислорода, полимеризации растворов и измерения количества образовавшегося полимера использовали методику сравнительного примера 4А.

Результаты экспериментов в примерах 4A-4D приведены в Таблице 2:

Пример 5: Полимеризация изопрена

Сравнительный пример 5А: Необработанный изопрен

Для удаления 4-трет-бутилпирокатехина (ТВС) из изопрена применяли одноразовую набивную колонку с окисью алюминия. Только что освобожденный от ингибитора изопрен разбавляли гептаном в соотношении 1:1. Аликвоты по 50 мл данного раствора загружали в каждый из шести стеклянных контейнеров для образцов, которые затем помещали в шесть сосудов высокого давления из нержавеющей стали. В каждый сосуд нагнетали азот до давления 100 фунт/кв. дюйм (690 кПа) без продувки системы. Реакции полимеризации проводили путем загрузки сосудов в нагревательный блок, который был предварительно нагрет до 120°С. Через 60 минут и каждые 60 минут после этого из блока извлекали один сосуд, и реакцию полимеризации гасили охлаждением сосудов на ледяной бане. Сосуды были разгерметизированы, и содержание полимера определялось гравиметрически путем выпаривания летучих веществ при 170°С.

Сравнительный пример 5В: Изопрен, обработанный 4-гидрокси-ТЕМРО (4-ОН-ТЕМРО)

Был приготовлен раствор, состоящий из 1,55 ммоль 4-гидрокси-ТЕМРО и свободного от ингибитора изопрена. Раствор разбавляли гептаном в соотношении 1:1. Аликвоты по 50 мл данного раствора загружали в каждый из шести стеклянных контейнеров, которые затем помещали в шесть сосудов высокого давления из нержавеющей стали. Для удаления кислорода, полимеризации растворов и измерения количества образовавшегося полимера использовали методику сравнительного примера 5А.

Сравнительный пример 5С: Изопрен, обработанный 4-бензилокси-2,2,6,6-тетраметилпиперидин-1-олом (4-BnO-ТЕМРОН)

Был приготовлен раствор, состоящий из 1,55 ммоль 4-бензилокси-2,2,6,6-тетраметилпиперидин-1-ола и свободного от ингибитора изопрена. Раствор разбавляли гептаном в соотношении 1:1. Аликвоты по 50 мл данного раствора загружали в каждый из шести стеклянных контейнеров, которые затем помещали в шесть сосудов высокого давления из нержавеющей стали. Для удаления кислорода, полимеризации растворов и измерения количества образовавшегося полимера использовали методику сравнительного примера 5А.

Пример 5D: Изопрен, обработанный 4-бутокси-2,2,6,6-тетраметилпиперидин-1-олом (4-BuO-ТЕМРОН)

Был приготовлен раствор, состоящий из 1,55 ммоль 4-бутокси-2,2,6,6-тетраметилпиперидин-1-ола и свободного от ингибитора изопрена. Раствор разбавляли гептаном в соотношении 1:1. Аликвоты по 50 мл данного раствора загружали в каждый из шести стеклянных контейнеров, которые затем помещали в шесть сосудов высокого давления из нержавеющей стали. Для удаления кислорода, полимеризации растворов и измерения количества образовавшегося полимера использовали методику сравнительного примера 5А.

Результаты экспериментов в примерах 5 A-5D приведены в Таблице 3:

При представлении элементов настоящего изобретения или его предпочтительного(ых) варианта(ов) реализации, единственное число и слова «указанный» и «данный» предназначены для обозначения одного или более таких элементов. Термины «содержащий», «включающий» и «имеющий» являются включительными и обозначают, что могут существовать дополнительные элементы, отличающиеся от перечисленных элементов.

Исходя из вышесказанного, будет видно, что реализуются несколько объектов данного изобретения и достигаются другие полезные результаты.

Так как для вышеприведенных соединений и способов можно выполнить различные изменения без выхода за рамки объема изобретения, предполагается, что все объекты, представленные в вышеприведенном описании, должны интерпретироваться как иллюстративные и не имеющие ограничивающего характера.

Изобретение относится к способу для ингибирования радикальной полимеризации ненасыщенного соединения, содержащего ненасыщенную углерод-углеродную связь, включающему контактирование ненасыщенного соединения с соединением гидроксиламина, имеющего структуру Формулы 1:

где R₁ представляет собой бутил или бензил; R₂, R₃, R₄ и R₅ представляют собой независимо алкил. 13 з.п. ф-лы, 3 табл., 5 пр.

1. Способ ингибирования полимеризации ненасыщенного соединения, содержащего ненасыщенную углерод-углеродную связь, включающий контактирование ненасыщенного соединения с соединением гидроксиламина, имеющего структуру Формулы 1:

где

R₁ представляет собой бутил или бензил;

R₂, R₃, R₄ и R₅ представляют собой независимо алкил.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что ненасыщенное соединение представляет собой виниловый мономер.

3. Способ по любому из пп. 1, 2, где R₁ представляет собой н-бутил, втор-бутил, изобутил или трет-бутил.

4. Способ по любому из пп. 1, 2, где R₁ представляет собой бензил.

5. Способ по любому из пп. 1, 2, где R₂, R₃, R₄ и R₅ независимо представляют собой С₁-С₉-алкил.

6. Способ по п. 5, где R₂, R₃, R₄ и R₅ независимо представляют собой С₁-С₃-алкил.

7. Способ по любому из пп. 1, 2, где R₂, R₃, R₄ и R₅ независимо представляют собой галогеналкил.

8. Способ по п. 6, где R₁ представляет собой н-бутил и R₂, R₃, R₄ и R₅ представляют собой метил.

9. Способ по п. 6, где R₁ представляет собой бензил и R₂, R₃, R₄ и R₅ представляют собой метил.

10. Способ по любому из пп. 1, 2, отличающийся тем, что ненасыщенное соединение представляет собой этилен, пропилен, ацетилен, стирол, винилхлорид, виниловый спирт, винилацетат, акрилонитрил, акрилатные сложные эфиры, метакрилатные сложные эфиры, акриловую кислоту, (мет)акролеин, акролеин, бутадиен, инден, дивинилбензол, изопрен, ацетилен, винилацетилен, циклопентадиен или их комбинацию.

11. Способ по п. 10, отличающийся тем, что ненасыщенное соединение включает акрилатные сложные эфиры, метакрилатные сложные эфиры, стирол или их комбинацию.

12. Способ по любому из пп. 1, 2, отличающийся тем, что в указанном способе осуществляется стабилизация и ингибирование полимеризации ненасыщенного соединения в процессе производства, очистки или хранения.

13. Способ по п. 12, отличающийся тем, что в указанном способе осуществляется стабилизация и ингибирование полимеризации ненасыщенного соединения в процессе первичного фракционирования, фракционирования легких фракций, фракционирования неароматических галогенированных виниловых фракций, сжатия технологического газа, экстракции бутадиена, дегидрирования пропана, стабилизации дизельного топлива и бензина, метатезиса олефинов, очистки стирола, очистки гидроксиуглеводородов, или задержка полимеризации смол и композиций, содержащих ненасыщенные по этиленовому типу соединения.

14. Способ по п. 13, отличающийся тем, что процесс представляет собой экстракцию бутадиена или очистку стирола.