用于制備噁唑烷酮化合物的方法
【專利說明】用于制備噁唑烷酮化合物的方法
[0001] 本發(fā)明涉及用于制備噁唑烷酮化合物的方法，其包括在路易斯酸催化劑的存在下 使異氰酸酯化合物與環(huán)氧化物化合物反應的步驟。本發(fā)明進一步涉及可通過根據(jù)本發(fā)明的 方法獲得的噁唑烷酮化合物，其根據(jù)ASTMD1209 - 05 (2011)確定的色度（colour)彡 200且噁唑烷酮化合物與異氰脲酸酯副產物的摩爾比率o/i為多85/15。最后，本發(fā)明涉及 低聚的或聚合的噁唑烷酮化合物，其可通過根據(jù)本發(fā)明的方法使用每分子具有兩個或更多 個NC0基團的異氰酸酯化合物和每分子具有兩個或更多個環(huán)氧基團的環(huán)氧化物化合物獲 得，所述噁唑烷酮化合物包含至少一個衍生自異氰酸酯化合物的單元和至少兩個衍生自環(huán) 氧化物化合物的單元，其根據(jù)ASTMD1209 - 05 (2011)確定的色度彡200。
[0002] 環(huán)氧化物由于它們的高反應性在有機合成中是有用的中間體。在許多化學過程 中，環(huán)氧化物與雜累積多?。╤eterocumulene)的環(huán)加成反應是用于合成雜環(huán)化合物如〖惡挫 燒酮的有效的方法。噁挫燒酮是藥物應用中廣泛使用的結構模體（structural motif )，且 芳族環(huán)氧化物和異氰酸酯的環(huán)加成似乎是方便的對其"一鍋法"合成的途徑。在早期報道 (M. E. Dyen 和 D. Swern，Chem. Rev.，67，197 (1967) ; X. Zhang 和 W. Chen, Chem. Lett.，39，527 (2010); M.T. Barros 和 A. M.F. Phillips, Tetrahedron: Asymmetry, 21，2746 (2010); H.-Y. Wu, J.-C. Ding和 Y.-K. Liu, J. Indian Chem. Soc.，80，36 (2003); C. Qian和D. Zhu，Synlett，129 (1994))中昂貴的催化劑，反應性的極性溶劑， 長反應時間和低選擇性是十分常見的。因此，對合適的催化劑體系的開發(fā)和對改進的反應 條件的鑒別是所需要的。
[0003] 二異氰酸酯與二環(huán)氧化物的催化反應產生線性低聚噁唑烷酮或聚噁唑烷酮。為 了使它們在升高的溫度下熔化且可用作熱塑性塑料，化學轉化應具有對噁唑烷酮的高選擇 性。
[0004] 關于催化劑，這些對于異氰酸酯與環(huán)氧化物的反應而言通常是已知的。例如，出版 物 H.-Y. Wu, J.-C. Ding 和 Y.-K. Liu, J. IndianChem. Soc.，80，36 (2003)討論了 511113作為催化劑。然而，該反應用1〇1]1〇1%的催化劑運行。出版物1?11」1￥3四，4.1^^， Y. Tomohisa和Haruo Matsuda, Chem. Lett. 1963-1966 (1986)描述了 Ph4SbI_Bu3SnI 的 催化劑體系。由于有機錫化合物的毒性，使用其是不利的。更進一步地，5 mol%的催化劑濃 度是相當高的。由于催化劑將保留在最終的聚合物產物中，因此僅使用低量的催化劑是優(yōu) 選的路線。
[0005] US 3, 471，442涉及熱塑性聚合物的制備，所述制備通過如下步驟進行：在至少 115°C的溫度下加熱溶解在惰性有機溶劑中的二環(huán)氧化物單體的溶液，所述溶劑含有催化 量的堿金屬醇鹽。在約一個小時的時間內以少的增量將芳族二異氰酸酯添加至前述的溶 液，并在二異氰酸酯的增量添加已經(jīng)完成后繼續(xù)加熱，直到二環(huán)氧化物與二異氰酸酯之間 的反應基本上完成。然后，將聚合材料從溶劑分離。
[0006] W0 86/06734公開了用于由環(huán)氧化物和異氰酸酯制備聚噁唑烷酮化合物的方法。 該反應可成批或連續(xù)運行。然而，在W0 86/06734中未公開將異氰酸酯化合物連續(xù)或分步 地添加至環(huán)氧化物化合物。
[0007] US 2010/227090公開了用于由環(huán)氧化物和異氰酸酯制備聚噁唑烷酮的方法。該反 應由2-苯基咪唑催化。未公開使用路易斯酸作為催化劑。
[0008] US 3, 020, 262公開了在三烷基胺，堿金屬鹵化物和鹵化銨的存在下由環(huán)氧化物和 異氰酸酯制備2-噁唑烷酮的方法。
[0009] 鑒別這樣的反應條件將是所需要的：其導致具有較高選擇性的噁唑烷酮和聚噁唑 烷酮，其采用較少的催化劑且其避免了對有毒的(助）催化劑的使用。與較低的催化劑負載 量和較高的選擇性相一致，能夠獲得具有減少的變色的低聚或聚合的噁唑烷酮化合物也將 是所需要的。
[0010] 本發(fā)明具有提供用于制備噁唑烷酮化合物的此種方法的目的。
[0011] 根據(jù)本發(fā)明，該目的通過用于制備噁唑烷酮化合物的方法來實現(xiàn)，其包括以下步 驟：在路易斯酸催化劑的存在下使異氰酸酯化合物與環(huán)氧化物化合物反應，其中該反應在 不存在堿強度pK b< 5的堿的情況下進行，該反應在多150°C的溫度下進行，且以連續(xù)或分 步方式將異氰酸酯化合物添加至環(huán)氧化物化合物，所述分步方式在分步添加中具有兩個或 更多個單獨的添加步驟，其中在每個單獨的添加步驟中添加的異氰酸酯化合物的量為待添 加的異氰酸酯化合物的總量的< 50 wt%。
[0012] 令人驚訝地，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的反應條件，即異氰酸酯化合物的相當緩慢的 添加，比較高的反應溫度和路易斯酸性催化劑的使用，導致了所需要的(線性）噁唑烷酮化 合物。副反應例如異氰酸酯三聚可被抑制且可獲得較少變色的低聚物或聚合物。令人驚訝 地，當以半成批模式添加異氰酸酯時，與以成批模式添加異氰酸酯相比，對于異氰酸酯的全 部轉化需要更短的反應時間。
[0013] 如在此使用的，術語"噁唑烷酮化合物"旨在表示可通過單異氰酸酯與單環(huán)氧化物 反應獲得的單噁唑烷酮化合物。更進一步地，該術語旨在表示可通過多異氰酸酯與單環(huán)氧 化物的反應，單異氰酸酯與多環(huán)氧化物的反應或多異氰酸酯與多環(huán)氧化物的反應獲得的低 聚噁唑烷酮化合物和聚噁唑烷酮化合物。特別優(yōu)選的低聚和聚噁唑烷酮化合物是線性的低 聚和聚噁唑烷酮化合物。
[0014] 如在此使用的，術語"異氰酸酯化合物"旨在表示單異氰酸酯化合物，多異氰酸酯 化合物(具有兩個或更多個NC0基團)，NC0-封端的縮二脲、異氰脲酸酯、脲二酮、氨基甲酸 酯和NC0-封端的預聚物。
[0015] 如在此使用的，術語"環(huán)氧化物化合物"旨在表示單環(huán)氧化物化合物和多環(huán)氧化物 化合物(具有兩個或更多個環(huán)氧基團)。
[0016] 如在此使用的，術語"路易斯酸"遵從由IUPAC給出的定義作為分子實體(和對應 的化學物種)，其為電子對受體且因此通過共享由路易斯堿提供的電子對而能夠與路易斯 堿反應以形成路易斯加合物。因此，路易斯酸催化劑可為在該定義內的金屬離子或金屬離 子絡合物。伴隨路易斯酸催化劑的對應的路易斯堿優(yōu)選具有低親核性。例子包括溴根，碘 根，四苯基硼酸根，六氟磷酸根，triflate (三氟甲燒磺酸根）和tosylate (對-甲苯磺酸 根)。特別優(yōu)選的親核試劑的特征在于低親核性，其具有的按CH3I標度（J. Am. Chem. Soc. 99:24 (1977) 7968)的值彡 2.0,更優(yōu)選彡 4.0。
[0017] 根據(jù)本發(fā)明的方法的一個特征是反應在不存在堿強度pKb< 5的堿的情況下進 行。優(yōu)選該pKb值< 2,更優(yōu)選< 0,甚至更優(yōu)選< -1.5。堿強度可由對應的酸在25°C下 在水溶液中的解離常數(shù)pKa來確定。在多元堿化合物的情況下，使用第一解離步驟的堿強 度。從pKb值的角度來看，NH 3的pK b值為4. 79,且OF離子的pKb值為-1. 74。叔丁醇鉀 的pKb值為-3。
[0018] 待排除的特定的堿為醇鹽例如丁醇鹽。除了由強堿本身帶來的不需要的副反應之 外，對用于醇鹽的溶劑例如醇的使用可導致由末端氨基甲酸酯基團的形成(與NC0基團）造 成的或由末端醚基團的形成(與環(huán)氧基團）造成的鏈終止。
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