技术领域
本发明涉及一种用于使对苯二亚甲基二樟脑磺酸盐酸化的方法，并且更具体地，涉及一种用于在阳离子交换树脂的存在下使对苯二亚甲基二樟脑磺酸盐转化为对苯二亚甲基二樟脑磺酸的方法。
背景技术
紫外线包括紫外线A(320nm至400nm)和紫外线B(290nm至320nm)，其中紫外线A占紫外线的90％或更多。通常，在夏季期间更频繁地发生暴露于紫外线，例如，众所周知紫外线B是红斑、轻度烧伤等的主要原因，而已知紫外线A穿透皮肤并且影响细胞，并引起光老化、皮肤过敏甚至皮肤癌等。因此，无论季节如何，紫外线A都影响皮肤，并因此需要更特殊的护理。
目前市场上几乎所有用于有机防晒剂的材料都是脂溶性的，并且不溶于水。因此，使用目前市场上用于有机防晒剂的材料制造的化妆品的缺点在于：当将化妆品施用于皮肤时，使用感不好。此外，无机防晒剂的铺展性不良，并且当将防晒剂施用于皮肤时使得皮肤感觉厚重，使用感差。
另一方面，从美国专利公开第4,585,597和5,698,595号中已知，对苯二亚甲基二樟脑磺酸能够保护皮肤免受紫外线A的影响以防止皮肤老化，并且对水具有高的溶解性。因此，包含对苯二亚甲基二樟脑磺酸的化妆品具有良好的铺展特性以生产具有良好使用感的产品，并且容易洗涤，这有利于保持洁净的皮肤。
此外，对苯二亚甲基二樟脑磺酸被分配为33％水溶液作为用于有机防晒剂的水溶性材料，其能够以多种配方生产，并且还注册为33％水溶液。
用于生产对苯二亚甲基二樟脑磺酸的方法在美国专利公开第4,585,597和4,588,839号中是已知的。如以下反应方案1所示，已知在碱的存在下使2摩尔10-dl-樟脑磺酸与1摩尔对苯二甲醛进行缩合反应以获得对苯二亚甲基二樟脑磺酸盐，并通过使用盐酸使对苯二亚甲基二樟脑磺酸盐酸化以获得对苯二亚甲基二樟脑磺酸：
[反应方案1]
然而，该酸化反应对应于如以下反应方案2所示的平衡反应：
[反应方案2]
因此，应使用过量的酸以实现对苯二亚甲基二樟脑磺酸盐的酸化，这使得生产成本增加并且需要用于除去过量使用的酸的单独过程。此外，还需要用于除去水溶性盐例如NaCl(其作为水溶性对苯二亚甲基二樟脑磺酸的副产物而产生)的另一过程。
此外，即使使用显著过量的酸，向对苯二亚甲基二樟脑磺酸的酸化反应也不完全。换言之，根据使用一般无机酸或一般有机酸的现有方法，酸化反应过程也是复杂的并且在经济上效率低，并且对苯二亚甲基二樟脑磺酸的产率也非常低。
因此，需要研究包括简单且有效的反应过程的用于使对苯二亚甲基二樟脑磺酸盐酸化的方法。
发明内容
技术问题
本发明人研究了对苯二亚甲基二樟脑磺酸盐的酸化反应以解决上述问题，并完成了本发明。
本发明的目的是提供一种通过简单过程以高产率和高纯度以非常经济的方式使对苯二亚甲基二樟脑磺酸盐转化为对苯二亚甲基二樟脑磺酸的方法。
技术方案
在一个一般方面中，提供了不同于相关技术的通过简单过程以高产率和高纯度使对苯二亚甲基二樟脑磺酸盐转化为对苯二亚甲基二樟脑磺酸的方法。本发明的转化方法包括在阳离子交换树脂的存在下使由以下化学式2表示的对苯二亚甲基二樟脑磺酸盐转化为由以下化学式1表示的对苯二亚甲基二樟脑磺酸：
[化学式1]
[化学式2]
在化学式1和2中，
M为碱金属或N(R1)(R2)(R3)(R4)，以及R1至R4各自独立地为氢或(C1至C7)烷基；
R为(C1至C7)烷基或(C1至C7)烷氧基；以及
n为0或1至4的整数，并且当n为2或更大时，R可以彼此相同或不同。
在根据本发明的一个示例性实施方案的化学式2中，M可以为Na，以及n可以为0。
根据本发明的一个示例性实施方案的阳离子交换树脂可以为H型阳离子交换树脂和经磺化的与二乙烯基苯交联的基于苯乙烯的树脂，并且可以具有1meq/ml至3meq/ml的离子交换容量。
根据本发明的一个示例性实施方案的转化方法可以使用其中由化学式2表示的对苯二亚甲基二樟脑磺酸盐溶解于水中的对苯二亚甲基二樟脑磺酸盐的水溶液，并且相对于100重量份的对苯二亚甲基二樟脑磺酸盐，可以通过使用500重量份至1000重量份的水来生产对苯二亚甲基二樟脑磺酸盐的水溶液。
有益效果
根据本发明的转化方法，对苯二亚甲基二樟脑磺酸盐在阳离子交换树脂的存在下被转化为对苯二亚甲基二樟脑磺酸。因此，即使在少量阳离子交换树脂的存在下，转化率也非常高，因此几乎全部量的对苯二亚甲基二樟脑磺酸盐均被酸化，并且所生产的盐非常容易地被除去。
此外，本发明的转化方法能够在水溶液状态下获得对苯二亚甲基二樟脑磺酸，因此，易于获得对苯二亚甲基二樟脑磺酸的33％水溶液，其可以被制造为能够直接分配而不进行单独过程的产物。
此外，本发明的转化方法是显著经济且有效的方法，因为几乎全部量的对苯二亚甲基二樟脑磺酸盐均被转化为对苯二亚甲基二樟脑磺酸，并且所使用的阳离子交换树脂能够被回收和再利用。
具体实施方式
本发明提供了一种用于在阳离子交换树脂的存在下使由以下化学式2表示的对苯二亚甲基二樟脑磺酸盐转化为由以下化学式1表示的对苯二亚甲基二樟脑磺酸的方法：
[化学式1]
[化学式2]
在化学式1和2中，
M为碱金属或N(R1)(R2)(R3)(R4)，以及R1至R4各自独立地为氢或(C1至C7)烷基；
R为(C1至C7)烷基或(C1至C7)烷氧基；以及
n为0或1至4的整数，并且当n为2或更大时，R可以彼此相同或不同。
根据本发明的转化方法，通过使用阳离子交换树脂而不使用常规方法的无机酸或有机酸，几乎全部量的对苯二亚甲基二樟脑磺酸盐可以被转化，并且与使用无机酸或有机酸的常规方法相比，即使使用少量的阳离子交换树脂，由于转化率高，该转化方法也是非常经济的方法。
此外，作为副产物产生的盐可以容易地被除去，因此，不需要用于除去盐的单独过程。
使用本领域已知的无机酸或有机酸的转化方法通常具有如下问题：需要除去过量的酸，并且需要除去作为副产物产生的各个酸对应的盐。此外，酸化程度可能根据此时使用的酸的种类而变化，因此，对苯二亚甲基二樟脑磺酸的含量由于使用一般酸的常规方法而大大劣化。
另一方面，根据本发明的用于使对苯二亚甲基二樟脑磺酸盐酸化以使对苯二亚甲基二樟脑磺酸盐转化为对苯二亚甲基二樟脑磺酸的转化方法使用阳离子交换树脂，因此，不需要使用过量的酸，不需要用于除去盐的单独过程，并且在水溶液状态下获得了对苯二亚甲基二樟脑磺酸，从而仅在其浓度设定为33％时制造了能够直接分配的产物。
在一个具体实施方案中，首先，用阳离子交换树脂填充柱，然后，使溶解在水中的对苯二亚甲基二樟脑磺酸盐通过该柱，即使仅使用当量比远小于一般无机酸或一般有机酸的使用量的阳离子交换树脂，几乎全部量的对苯二亚甲基二樟脑磺酸盐也均被酸化。此外，作为副产物产生的盐被容易地除去，并且获得水溶液状态下的对苯二亚甲基二樟脑磺酸，因此，仅在其浓度设定为33％时制造了能够直接分配的产物。
因此，本发明的对苯二亚甲基二樟脑磺酸盐至对苯二亚甲基二樟脑磺酸的转化方法是显著有效的方法，原因是该过程非常简单并且转化率和纯度高。
根据本发明的一个示例性实施方案的使用阳离子交换树脂的对苯二亚甲基二樟脑磺酸盐至对苯二亚甲基二樟脑磺酸的转化方法可以通过向对苯二亚甲基二樟脑磺酸盐的水溶液中添加阳离子交换树脂使对苯二亚甲基二樟脑磺酸盐酸化。然而，优选地，考虑到产率的增加、过程的简化和经济效率，可以通过用阳离子交换树脂填充柱然后使对苯二亚甲基二樟脑磺酸盐的水溶液通过来使对苯二亚甲基二樟脑磺酸盐酸化。
对于每个双键，本发明中描述的由化学式1和2表示的化合物包括顺式-反式形式等的所有异构体。本发明中使用的「烷基」和「烷氧基」包括线性和支化形式二者，并且具有1至7个碳原子，优选1至5个碳原子，并且更优选1至3个碳原子。
作为根据本发明的一个示例性实施方案的M的碱金属可以为由本领域技术人员公认的范围内的任何碱金属。碱金属的实例可以包括Li、Na、K等，并且考虑到反应效率，优选Na。
根据本发明的一个示例性实施方案的R可以为(C1至C5)烷基或(C1至C5)烷氧基，并且优选(C1至C5)烷基，并且当亚苯基不具有取代基时，n可以为零。
根据本发明的一个示例性实施方案的阳离子交换树脂通过将作为交换基团的磺酸基(-SO3H)、羧基(-COOH)等结合至具有网络结构的基础聚合物基体来获得，并且交换阳离子如Ca2+、Na+、H+等。阳离子交换树脂可以为强酸性阳离子交换树脂或弱酸性阳离子交换树脂，并且优选能够交换H+阳离子的H型阳离子交换树脂。
具体地，根据本发明的一个示例性实施方案的阳离子交换树脂可以包含二乙烯基苯与苯乙烯的共聚物、或二乙烯基苯与丙烯酸酯的共聚物、或四氟乙烯聚合物作为基体，并且可以包含磺酸或羧酸，并且优选磺酸作为交换基团。更优选地，考虑到反应效率，阳离子交换树脂可以为经磺化的与二乙烯基苯交联的基于苯乙烯的树脂。
优选地，根据本发明的一个示例性实施方案的阳离子交换树脂可以为H型阳离子交换树脂和经磺化的与二乙烯基苯交联的基于苯乙烯的树脂，并且可以具有1meq/ml或更大，优选1meq/ml至3meq/ml，并且更优选1.5meq/ml至3meq/ml的离子交换容量。
本发明中描述的离子交换容量测量为可以进行交换的离子的数量当量，并且可以表示为聚合物体积(每体积的离子交换容量，即体积容量)，并且优选地意指润湿床(润湿聚合物)的每溶胀体积的交换容量的毫当量。
具体地，当在柱中填充阳离子交换树脂并使用时，相对于一定重量的对苯二亚甲基二樟脑磺酸盐，阳离子交换树脂可以具有对应于体积比率的2倍至6倍的量，并且可以使用稀释的盐酸使其再生并反复使用。对于柱的洗脱速率，相对于填充在柱中的一定体积的阳离子交换树脂，可以使每小时0.2倍至2倍的量的反应溶液通过。
可以使从柱中洗脱的所有对苯二亚甲基二樟脑磺酸的水溶液浓缩以获得目标化合物，即棕色固体形式的对苯二亚甲基二樟脑磺酸。此外，可以蒸馏出从柱中洗脱的对苯二亚甲基二樟脑磺酸的水溶液中的一些水，并用0.1mol的氢氧化钾定量以生产能够被制造为准备进入市场的产品的33％水溶液。
优选地，本发明的转化方法可以使用其中由化学式2表示的对苯二亚甲基二樟脑磺酸盐溶解于水中的对苯二亚甲基二樟脑磺酸盐的水溶液，并且相对于100重量份的对苯二亚甲基二樟脑磺酸盐，可以通过使用500重量份至1000重量份，并且优选700重量份至1000重量份的水来生产该水溶液。
下文中，将参照以下实施例更详细地描述本发明，但是本发明不由以下实施例限制。
[实施例1]对苯二亚甲基二樟脑磺酸的生产
将12g(20mmol)对苯二亚甲基二樟脑磺酸二钠溶解于100ml水中，然后添加200ml(1.8meq/ml)阳离子交换树脂，即TRILITE SCR-BH(Samyang Corp.)，并在室温下搅拌5小时。通过过滤除去树脂，并用50ml水洗涤产物。通过在减压下蒸馏除去水，并将所得固体在减压下干燥以获得10.4g(产率：93.4％)棕色固体形式的对苯二亚甲基二樟脑磺酸作为目标化合物。
将精确称量的1g所述固体溶解于50ml水中，并用0.1mol氢氧化钾溶液(指示剂：1ml酚酞溶液)滴定。通过使用相同的方法用空白试验校准之后，经酸化的固体形式的对苯二亚甲基二樟脑磺酸的含量为89.7％。
[实施例2]对苯二亚甲基二樟脑磺酸的生产
以与实施例1中相同的方式进行实施例2，不同之处在于使用12.7g对苯二亚甲基二樟脑磺酸二钾，由此获得10.5g棕色固体形式的对苯二亚甲基二樟脑磺酸作为目标化合物。固体形式的对苯二亚甲基二樟脑磺酸的含量为89.6％。
[实施例3]对苯二亚甲基二樟脑磺酸的生产
以与实施例1中相同的方式进行实施例3，不同之处在于使用11.9g对苯二亚甲基二樟脑磺酸二铵，由此获得10.4g棕色固体形式的对苯二亚甲基二樟脑磺酸作为目标化合物。固体形式的对苯二亚甲基二樟脑磺酸的含量为89.5％。
[实施例4]对苯二亚甲基二樟脑磺酸的生产
在柱中填充20L(1.8meq/ml)阳离子交换树脂，即TRILITE SCR-BH(Samyang Corp.)。以9L/小时的速率洗脱溶解于28L水中的4kg(6.6mol)对苯二亚甲基二樟脑磺酸二钠。将经洗脱的产物用16L水洗涤以获得反应溶液，并通过在减压下蒸馏从反应溶液中除去水，并在减压下干燥所产生的固体以获得3.6kg(产率：97％)棕色固体形式的对苯二亚甲基二樟脑磺酸作为目标化合物。
将精确称量的1g所述固体溶解于50ml水中，并用０.1mol氢氧化钾溶液(指示剂：1ml酚酞溶液)滴定。通过使用相同的方法用空白试验校准之后，对苯二亚甲基二樟脑磺酸的含量为99.9％。
1H-NMR(CD3OD)δ(ppm)：0.83(s，6H)，1.18(s，6H)，1.61(m，2H)，1.71(m，2H)，2.32(m，2H)，2.73(m，2H)，2.98(d，2H)，3.18(m，2H)，3.48(d，2H)，7.22(s，2H)，7.59(s，4H)
[实施例5]对苯二亚甲基二樟脑磺酸的33％水溶液的生产
在实施如实施例4中相同的方法之后从获得的所得液体中仅除去三分之二的水以获得10.7kg棕色水溶液。与实施例4中一样进行定量以确定含量，由此获得对苯二亚甲基二樟脑磺酸的33％水溶液。
[比较例1]使用盐酸进行的酸化
将12g(20mmol)对苯二亚甲基二樟脑磺酸二钠溶解于30ml水和30ml浓盐酸(360mmol)中。在回流1小时之后，使产物浓缩并冷却，并过滤所得固体。将经过滤的固体用6N盐酸洗涤，在80下在减压下干燥，并在100下在减压下干燥以获得7.02g固体。
将精确称量的1g所述固体溶解于50ml水中，并用0.1mol氢氧化钾溶液(指示剂：1ml酚酞溶液)滴定。使用相同的方法用空白试验校准之后，经盐酸酸化的固体中对苯二亚甲基二樟脑磺酸的含量为33.6％。
[比较例2]使用甲磺酸进行的酸化
将6.06g(10mmol)对苯二亚甲基二樟脑磺酸二钠溶解于50ml水中，添加17.29g(180mmol)甲磺酸，并在室温下搅拌2小时。使反应溶液浓缩，并使用Dean-Stark装置用100ml甲苯完全除去水。将通过冷却产生的固体过滤，并用甲苯洗涤经过滤的固体，在80下在减压下干燥，并在100下在减压下干燥以获得7.68g固体。
在如比较例1中进行定量时，考虑到包含甲磺酸钠，经甲磺酸酸化的固体中对苯二亚甲基二樟脑磺酸的含量为约22.5％。
[比较例3]使用三氟乙酸进行的酸化
以与比较例2中相同的方式进行比较例3，不同之处在于在将6.06g(10mmol)对苯二亚甲基二樟脑磺酸二钠溶解于50ml水中之后添加20.52g(180mmol)三氟乙酸，由此获得5.91g固体。
在如比较例1中进行定量时，考虑到包含三氟乙酸钠，经三氟乙酸酸化的固体中对苯二亚甲基二樟脑磺酸的含量为约7.5％。
[比较例4]使用硫酸进行的酸化
以与比较例2中相同的方式进行比较例4，不同之处在于在将6.06g(10mmol)对苯二亚甲基二樟脑磺酸二钠溶解于50ml水中之后添加8.82g(90mmol)硫酸，由此获得6.44g固体。
在如比较例1中进行定量时，考虑到包含硫酸钠，经硫酸酸化的固体中对苯二亚甲基二樟脑磺酸的含量为约19.7％。
可以理解实施例1至4中生产的对苯二亚甲基二樟脑磺酸的转化率比比较例1中的高得多。此外，实施例1至4不需要用于除去盐的单独过程，因此，该过程更简单，并且纯度高于比较例1的纯度。
此外，可以理解在比较例2至4中，转化率低，并且获得了包含对应于各有机酸和无机酸的盐的对苯二亚甲基二樟脑磺酸，因此纯度低并且需要用于除去盐的单独过程。
总之，可以理解在本发明的阳离子交换树脂的存在下，对苯二亚甲基二樟脑磺酸盐至对苯二亚甲基二樟脑磺酸的转化方法不仅具有更高的转化率和更高的纯度，而且还具有更简单的转换过程，其与常规方法相比是经济且有效的方法。