三異丙醇胺硼酸酯的合成與表征

王 巍，修志明，王德利，徐天殊，郭佑銘，王麗萍

（1.長春工業大學人文信息學院制藥工程系，長春 130122；2.吉林大學生命科學學院，長春 130012）

三異丙醇胺硼酸酯的合成與表征

王 巍1，修志明2，王德利2，徐天殊2，郭佑銘2，王麗萍2

（1.長春工業大學人文信息學院制藥工程系，長春 130122；2.吉林大學生命科學學院，長春 130012）

以三異丙醇胺和硼酸為原料，經酯化反應合成三異丙醇胺硼酸酯，并用重結晶方法純化，制得高純度的終產物，產物結構通過質譜（MS）、核磁共振氫譜（1H NMR）、紅外光譜（FTIR）等方法表征.研究反應物物質的量比、反應溫度、反應時間和共沸溶劑對合成反應的影響以及重結晶溶劑和溶劑比例對純化效果的影響.結果表明，最優條件下合成的三異丙醇胺硼酸酯的質量分數為99.8%，收率為87.1%.

三異丙醇胺硼酸酯；合成；純化

1 材料與方法

1.1 試劑與儀器

三異丙醇胺、硼酸、二甲苯、苯、甲苯、異丙醇、無水乙醇和乙酸乙酯均為國產分析純試劑.

液相色譜儀（LC－2010HT型，日本島津公司）；核磁共振儀（300MHz，美國Varian公司）；液質聯用儀（1100型，美國Agilent公司）；紅外色譜儀（Vertex 70型，德國Bruker公司）.

1.2 方 法

1.2.1 三異丙醇胺硼酸酯的合成 將硼酸和三異丙醇胺按一定比例與適量溶劑共置于反應器中攪拌混勻，加熱，控溫反應，分批加入溶劑至無水分餾出，停止反應，將反應溶劑減壓蒸出，干燥，制得粗品，反應式如圖1所示.

1.2.2 重結晶 取適量三異丙醇胺硼酸酯粗品，

按比例加入溶劑混合后，回流10min，熱過濾，濾液冷卻至室溫，放置2h后過濾，濾餅于105℃烘干1h，制得產物.

圖1 三異丙醇胺硼酸酯的合成Fig.1 Synthesis of triisopropanolamine borate

2 結果與討論

2.1 反應物物質的量比對三異丙醇胺硼酸酯合成的影響

按方法1.2.1，將0.4mol三異丙醇胺和硼酸分別按照物質的量比為0.9，0.95，1，1.05和1.1與適量二甲苯依次投入反應容器，制得粗品.反應物物質的量比對產率的影響如圖2所示.由圖2可見，增加三異丙醇胺用量，產率增加；當反應物物質的量比大于1.05時，產率開始下降，產物質量分數降低；當反應物物質的量比為1.05時產率較高.

2.2 反應溫度對三異丙醇胺硼酸酯合成的影響

按方法1.2.1，將0.4mol三異丙醇胺和硼酸按物質的量比為1.05與適量二甲苯投入反應容器，分別于120，130，140，145，150，155℃控溫反應，制得粗品.反應溫度對產物的影響如圖3所示.由圖3可見，當溫度低于145℃時，反應溫度升高可提高酯化反應效率，減少逆反應的發生；反應溫度過低，延長了反應時間，影響酯化的效率；反應溫度過高，產物顏色加深；反應溫度為145℃產率較高.

圖2 反應物物質的量比對三異丙醇胺硼酸酯合成的影響Fig.2 Effect of raw material ratio on the synthesis of triisopropanolamine borate

圖3 反應溫度對三異丙醇胺硼酸酯合成的影響Fig.3 Effect of reaction temperature on the synthesis of triisopropanolamine borate

2.3 反應時間對三異丙醇胺硼酸酯合成的影響

按方法1.2.1，將0.4mol三異丙醇胺和硼酸按物質的量比為1.05與適量二甲苯投入反應容器，控溫145℃，分別反應2，2.5，3，3.5，4h，制得粗品.反應時間對產率的影響如圖4所示.由圖4可見：延長反應時間，反應收率增加；反應3.5h后，產率開始降低，產物顏色加深；反應時間為3.5h時產率較高.

2.4 反應溶劑對三異丙醇胺硼酸酯合成的影響

按方法1.2.1，將0.4mol三異丙醇胺和硼酸按物質的量比為1.05分別與適量苯、甲苯和鄰二甲苯投入反應容器，制得粗品.不同溶劑的反應時間和產率列于表1.在硼酸酯生成過程中，需加入帶水劑與水形成共沸物，將水從體系中分離以避免部分產物發生水解的逆反應，帶水溶劑沸點越高，與水形成的共沸點越高，酯化效率越高，反應時間越短，產率越高.由表1可見，鄰二甲苯的帶水效率較高，產率較高.

2.5 重結晶溶劑對三異丙醇胺硼酸酯純化的影響

按方法1.2.2，取30.0g三異丙醇胺硼酸酯粗產品，依次用苯、異丙醇、乙醇和乙醇／乙酸乙酯為溶劑重結晶，制得產物.不同重結晶溶劑對產率和質量分數的影響列于表2.由表2可見：重結晶溶劑中，苯毒性較高，產率低，不宜使用；異丙醇和乙醇的產率略有增加，質量分數略有提高；乙醇／乙酸乙酯的產率較高，產物質量分數較高.

圖4 反應時間對三異丙醇胺硼酸酯合成的影響Fig.4 Effect of reaction time on the synthesis of triisopropanolamine borate

表1 反應溶劑對三異丙醇胺硼酸酯合成的影響Table 1 Effect of reaction solvent on the synthesis of triisopropanolamine borate

表2 重結晶溶劑對三異丙醇胺硼酸酯純化的影響Table 2 Effect of recrystallization solvent on the purification of triisopropanolamine borate

2.6 重結晶溶劑比例對三異丙醇胺硼酸酯純化的影響

按方法1.2.2，取30.0g三異丙醇胺硼酸酯粗產品，將m（粗品）∶V（乙醇）∶V（乙酸乙酯）＝2∶1∶1，2∶1∶2，2∶1∶3進行重結晶，制得產物，結果列于表3.由表3可見，重結晶過程中，m（粗品）∶V（乙醇）∶V（乙酸乙酯）＝2∶1∶1或2∶1∶3時，產率較低，質量分數較低；比例為2∶1∶2時，產率較高，產物質量分數也較高.

表3 重結晶溶劑比例對三異丙醇胺硼酸酯純化的影響Table 3 Effect of recrystallization solvent ratio on the purification of triisopropanolamine borate

將純化前后的產物進行高效液相色譜（HPLC）分析.粗品純化前主峰附近均可見雜質峰；純化后產物主峰附近幾乎無雜質峰.即純化后產物質量分數提高較大，純化效果較好.

2.7 三異丙醇胺硼酸酯的表征

按最優方法制得的終產物為白色晶體，m.p.：151～154℃；質譜（MS，ESI）：m／z 200.2［M＋H］＋；核磁共振氫譜1H NMR（300MHz，CHCl3－d6），δ1.26～1.37（m，9H，—CH3），2.39～3.35（m，6H，—CH2），4.11～4.58（m，3H，—CH）；紅外光譜（IR，KBr），σ／cm－1：2 976.61，1 472.45， 1 385.76，1 331.29，1 145.84，1 086.17，903.90，863.31，805.83.

化合物的HPLC為單一色譜峰，1H NMR中沒有—OH信號峰，IR譜中幾乎沒有—OH特征吸收峰，MS分析結果與理論一致，表明三異丙醇胺與硼酸完全酯化且得到單一的目標化合物.

綜上，本文以三異丙醇胺和硼酸為原料，經酯化反應，合成了三異丙醇胺硼酸酯粗品，通過實驗對比確定：n（三異丙醇胺）∶n（硼酸）＝1.05，反應溫度為145℃，反應時間為3.5h，鄰二甲苯為共沸溶劑，乙醇／乙酸乙酯為重結晶溶劑，m（粗品）∶V（乙醇）∶V（乙酸乙酯）＝2∶1∶2為最佳反應和純化條件.產物結構經表征為目標產物.該方法操作簡單、收率高且質量分數高，適合工業化生產.

［1］ Hirakimotoa T，Nishiurab M，Watanabea M.Effects of Addition of a Boric Acid Ester Monomer to Electrolyte Solutions and Gel Electrolytes on Their Ionic Transport Properties［J］.Electrochimica Acta，2001，46（10／11）：1609－1614.

［2］ Duxbury D F.The Photochemistry and Photophysics of Triphenylmethane Dyes in Solid and Liquid Media［J］.Chem Rev，1993，93（1）：381－433.

［3］ SHEN Guanqiu，ZHENG Zhi，WAN Yong，et al.Synergistic Lubricating Effects of Borate Ester with Heterocyclic Compound［J］.Wear，2000，246（1／2）：55－58.

［4］ Green S，Nelson A，Warriner S，et al.Synthesis and Investigation of the Configurational Stability of Some Dimethylammonium Borate Salts［J］.Journal of the Chemical Society，Perkin Trans 1，2000（24）：4403－4408.

［5］ LIU Weimin，XUE Qunji，Zhang X，et al.The Performance and Antiwear Mechanism of Tridodecyl Borate as an Oil Additive［J］.Lubr Eng，1992，48（6）：475－479.

［6］ ZHENG Zhi，SHEN Guanqiu，WAN Yong，et al.Synthesis，Hydrolytic Stability and Tribological Properties of Novel Borate Esters Containing Nitrogen as Lubricant Additives［J］.Wear，1998，222（2）：135－144.

［7］ YAO Junbin，DONG Junxiu.Improvement of Hydrolytic Satbility of Borate Esters Used as Lubricant Additives［J］.Lubr Eng，1995，51（6）：475－479.

［8］ YAN Jincan，ZENG Xiangqiong，Heid E，van der，et al.The Tribological Performance and Tribochemical Analysis of Novel Borate Esters as Lubricant Additives in Rapeseed Oil［J］.Tribology International，2013，71：149－157.

［9］ Rustighi I，Donati I，Ferluga M，et al.Borate Complexes of X－Ray Iodinated Contrast Agents：Characterization and Sorption Studies for Their Removal from Aqueous Media［J］.Journal of Hazardous Materials，2012，10（6）：205－206.

［10］ Stepanenko V，Jesus M，de，Garcia C，et al.Synthesis and Stability of New Spiroamino Borate Esters［J］.Tetrahedron Letters，2012，53：910－933.

［11］ Stenberg H，Hunte D L.The Hydrolysis of Triisopropanolamine Borate［J］.J Am Chem Soc，1960，82（4）：853－859.

［12］ Taylor M J，Grigg J A，Laban I H.Triol Borates and Aminoalcohol Derivatives of Boric Acid：Their Formation and Hydrolysis［J］.Polyhedron，1996，15（19）：3261－3270.

［13］ 賀麗鵬，燕方龍，曹勃陽，等.苯胺和苯酚與環酐的酰胺化及酯化反應 ［J］.吉林大學學報：理學版，2006，44（2）：287－290.（HE Lipeng，YAN Fanglong，CAO Boyang，et al.Amidation and Esterification of Cyclic Anhydrides with Aniline and Phenol［J］.Journal of Jilin University：Science Edition，2006，44（2）：287－290.）

［14］ Hao L，Li J，Xu X，et al.Preparation，Characterization，and Tribological Evaluation of Triethanolamine Monooleate－Modified Lanthanum Borate Nanoparticles［J］.Journal of Engineering Tribolog，2010，224（11）：1163－1171.

［15］ GAO Xiaoyan，GUO Yupeng，TIAN Yumei，et al.Synthesis and Characterization of Polyurethane／Zinc Borate Nanocomposites［J］.Colloids and Surfaces A：Physicochem Eng Aspects，2011，384（1／2／3）：2－8.

（責任編輯：單 凝）

Synthesis and Characterization of Triisopropanolamine Borate

WANG Wei1，XIU Zhiming2，WANG Deli2，XU Tianshu2，GUO Youming2，WANG Liping2
（1.Department of Pharmaceutical Engineering，College of Humanities ＆Information Changchun University of Techonology，Changchun130122，China；2.College of Life Science，Jilin University，Changchun130012，China）

Triisopropanolamine borate was synthesized through the esterification of triisopropanolamine and boric acid，and purified by recrystallization.The structure of triisopropanolamine borate was characterized by MS，1H NMR and FTIR.Effects of raw material ratio，reaction temperature，reaction time，and reaction solvent on the synthesis，and those of recrystallization solvent and solvent ratio on the purification were investigated.The product was obtained with a purity of 99.8%and a yield of 87.1%，respectively.

triisopropanolamine borate；synthesis；purification

O627；Q503

A

1671－5489（2014）04－0831－04

硼酸酯類偶聯劑屬于有機硼化物，是一類新型的偶聯劑，具有優良的殺菌、防腐、抗磨、阻燃及抗靜電等性能，在光熱引發劑、高聚物添加劑、抗菌劑和阻燃劑等領域應用廣泛［1－6］.三異丙醇胺硼酸酯是一種硼酸酯類偶聯劑，因氮－硼內配位結構而具有優良的抗水解穩定性，可作為硼酸酯類表面活性劑［7－10］.

目前，三異丙醇胺硼酸酯一般先用三異丙醇胺和硼酸通過酯化反應合成，再在熱苯中重結晶制得［11］，該方法存在產物收率低、純度低、污染環境和對人體毒害性大等缺點.本文在文獻［12－15］的基礎上，通過酯化反應合成了三異丙醇胺硼酸酯，并用重結晶法進行純化，獲得了高質量分數、高收率的終產物.

10.13413／j.cnki.jdxblxb.2014.04.39

2013－12－06.

王 巍（1982—），女，漢族，碩士，從事藥物合成的研究，E－mail：1142732259＠qq.com.通信作者：王麗萍（1967—），女，漢族，博士，教授，博士生導師，從事藥物篩選的研究，E－mail：wanglp＠jlu.edu.cn.

吉林省自然科學基金（批準號：201015171）、吉林省科技發展計劃項目（批準號：201205017）和吉林省醫藥產業發展專項基金（批準號：YYZX201150－2）.