專利名稱：多環(huán)內(nèi)酯化合物、具有多環(huán)內(nèi)酯結(jié)構(gòu)的(甲基)丙烯酸酯及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有多環(huán)結(jié)構(gòu)的內(nèi)酯化合物和通過向內(nèi)酯化合物加成丙烯酸或甲基丙烯酸而獲得的(甲基)丙烯酸酯及其制備方法。
這些化合物不僅用作官能化學(xué)品例如藥物和殺蟲劑的中間體，而且它們(特別是(甲基)丙烯酸酯)適合作為電子材料或與光學(xué)相關(guān)的材料的丙烯酸類樹脂用起始單體。
背景技術(shù)：
通過還原在同一分子中具有碳-碳雙鍵的環(huán)狀酸酐，已知有多種方法作為僅僅選擇性地還原酸酐而保留雙鍵以將其轉(zhuǎn)化為多環(huán)內(nèi)酯化合物的方法(參見非專利文獻(xiàn)1-3)。在這些方法中，硼氫化鈉/二甲基甲酰胺體系、氫化鋁鋰等用作還原劑，和在具有類似半導(dǎo)體性質(zhì)的金屬或非金屬的氫化物反應(yīng)后，根據(jù)常規(guī)方法用酸性水溶液處理反應(yīng)溶液，以水解絡(luò)合物，由此獲得產(chǎn)物。
此外，已知通過在酸催化劑存在下，多環(huán)內(nèi)酯和羧酸之間的加成反應(yīng)獲得具有多環(huán)內(nèi)酯結(jié)構(gòu)的(甲基)丙烯酸酯化合物(參見專利文獻(xiàn)1和2和非專利文獻(xiàn)4和5)。
JP-A-3-148239[專利文獻(xiàn)2]JP-A-63-8355[非專利文獻(xiàn)1]M.M.Kayser等人的Canadian Journal of Chemistry，1978，vol.56，p.1524-1532[非專利文獻(xiàn)2]E.M.Mangnus等人的Synthetic Communications，1992，vol.22，p.783-786[非專利文獻(xiàn)3]J.Haslouin等人的Tetrahedron Letters，1976，p.4651-4654[非專利文獻(xiàn)4]A.Heidekum等人的Journal of Catalysis，1999，vol.181，p.217-222[非專利文獻(xiàn)5]J-M.N.Mebah等人的New Joumal of Chemistry，1993，vol.17，p.835-841發(fā)明內(nèi)容然而，對(duì)于用作電子材料或光學(xué)相關(guān)材料的原料的化合物，需要盡可能減小雜質(zhì)，例如具有半導(dǎo)體性質(zhì)的金屬或非金屬的含量。但是，在使用還原劑還原上述多環(huán)酸酐的方法中，發(fā)現(xiàn)所得多環(huán)內(nèi)酯化合物含有大量來自還原劑的雜質(zhì)，并且這些雜質(zhì)不能通過簡(jiǎn)單操作除去。
此外，由于含有大量來自還原劑的雜質(zhì)，在酸催化劑存在下使所得環(huán)狀內(nèi)酯化合物和(甲基)丙烯酸進(jìn)行加成反應(yīng)時(shí)，因?yàn)槎喹h(huán)內(nèi)酯化合物的(甲基)丙烯酸酯化合物作為目標(biāo)化合物和(甲基)丙烯酸作為原料形成了非常不穩(wěn)定的體系，并且在反應(yīng)過程中以及反應(yīng)后的分離操作工藝中聚合反應(yīng)易于進(jìn)行，發(fā)現(xiàn)難以穩(wěn)定地進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)。
本發(fā)明的目的是提供多環(huán)內(nèi)酯化合物和具有多環(huán)內(nèi)酯結(jié)構(gòu)的(甲基)丙烯酸酯化合物，其不含有來自還原劑的雜質(zhì)，結(jié)果能夠穩(wěn)定地進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)，還提供其制備方法。
本發(fā)明的發(fā)明人為解決上述問題進(jìn)行了深入研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在酸催化劑存在下的多環(huán)內(nèi)酯化合物和(甲基)丙烯酸之間的加成反應(yīng)步驟中以及通過將來自在上述多環(huán)酸酐的還原反應(yīng)中使用的還原劑的特定元素的量降低至規(guī)定量或更低的接下來的純化步驟中，有可能進(jìn)行穩(wěn)定地工業(yè)化生產(chǎn)。發(fā)明人還發(fā)現(xiàn)可以通過對(duì)通過還原多環(huán)酸酐獲得的多環(huán)內(nèi)酯化合物進(jìn)行一次開環(huán)和再次閉環(huán)，將在多環(huán)內(nèi)酯化合物和具有多環(huán)內(nèi)酯結(jié)構(gòu)的(甲基)丙烯酸酯化合物中含有的來自還原劑的特定元素的量減小，所述具有多環(huán)內(nèi)酯結(jié)構(gòu)的(甲基)丙烯酸酯化合物是通過加成多環(huán)內(nèi)酯化合物和(甲基)丙烯酸獲得的。由此，完成了本發(fā)明。
即，本發(fā)明的第一要旨在于下式(1)表示的多環(huán)內(nèi)酯化合物，其中選自周期表13-14族的元素的含量為500ppm或更小 其中R1和R2各自獨(dú)立地表示氫原子或具有1-12個(gè)碳原子的烷基，和n表示0或1。
本發(fā)明的第二要旨在于制備上述多環(huán)內(nèi)酯化合物的方法，其中使用含有選自周期表13-14族的元素的還原劑還原下式(2)表示的不飽和多環(huán)酸酐，且選自周期表13-14族的元素的濃度為500ppm或更小 其中R1、R2和n具有與式(1)相同的含義。
本發(fā)明的第三要旨在于下式(3)和/或(4)表示的具有多環(huán)內(nèi)酯結(jié)構(gòu)的(甲基)丙烯酸酯化合物，其中選自周期表13-14族的元素的含量為500ppm或更小 其中R1、R2和n具有與通式(1)相同的含義，和R為氫原子、甲基或三氟甲基。
本發(fā)明的第四要旨在于制備具有多環(huán)內(nèi)酯結(jié)構(gòu)的(甲基)丙烯酸酯化合物的方法，其中通過上述多環(huán)內(nèi)酯化合物和(甲基)丙烯酸之間的加成反應(yīng)制備上式(3)和/或(4)表示的化合物。
本發(fā)明的第五要旨在于制備外型酸酐(exo-acid anhydride)的方法，其中使用溶劑從其中R1和R2的構(gòu)型都為內(nèi)型的不飽和多環(huán)酸酐(下文稱作外型酸酐)和其中R1和R2的構(gòu)型都為外型的不飽和多環(huán)酸酐(下文稱作內(nèi)型酸酐)的混合物中主要沉淀(predominantly precipitated)外型酸酐的晶體。
本發(fā)明的多環(huán)內(nèi)酯化合物和具有多環(huán)內(nèi)酯結(jié)構(gòu)的(甲基)丙烯酸酯化合物不含有來自還原劑的雜質(zhì)，結(jié)果能夠穩(wěn)定地進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)。
此外，根據(jù)本發(fā)明的制備多環(huán)內(nèi)酯化合物和具有多環(huán)內(nèi)酯結(jié)構(gòu)的(甲基)丙烯酸酯化合物的方法，可以通過簡(jiǎn)單操作減小化合物中的來自還原劑的雜質(zhì)。
具體實(shí)施例方式
下面將詳細(xì)描述本發(fā)明。
(多環(huán)內(nèi)酯化合物)本發(fā)明的多環(huán)內(nèi)酯化合物是下面通式(1)表示的化合物。
在通式(1)中，R1和R2各自獨(dú)立地表示氫原子；或具有1-12個(gè)碳原子的烷基。
作為烷基，可以提及直鏈、支鏈或環(huán)狀烷基，例如甲基、乙基、正丙基、異丙基或正丁基。其中，優(yōu)選氫原子或具有1-4個(gè)碳原子的直鏈烷基，并且特別優(yōu)選氫原子。
此外，本發(fā)明的多環(huán)內(nèi)酯化合物含有來自用于羰基的還原反應(yīng)的還原劑的選自周期表13-14族的元素，例如硼原子或鋁原子，特別是硼原子，所述元素的含量為500ppm或更小，優(yōu)選為200ppm或更小，更優(yōu)選為100ppm或更小，特別優(yōu)選為50ppm或更小，特別優(yōu)選為20ppm或更小，特別優(yōu)選為5ppm或更小。
同時(shí)，在上式(1)表示的多環(huán)內(nèi)酯化合物中，存在其中內(nèi)酯部分的構(gòu)型為外型的化合物(下文稱作外型內(nèi)酯化合物式(5))和其中構(gòu)型為內(nèi)型的化合物(下文稱作內(nèi)型內(nèi)酯化合物通式(6))。在本發(fā)明中，在上述兩種化合物的總量中，外型內(nèi)酯化合物的量?jī)?yōu)選為兩種化合物總量的70摩爾％或更大。外型內(nèi)酯的量?jī)?yōu)選為90摩爾％或更大，更優(yōu)選為95摩爾％，最優(yōu)選為99摩爾％或更大 其中R1、R2和n具有與通式(1)相同的含義。
根據(jù)發(fā)明人的研究，發(fā)現(xiàn)其中n為0的內(nèi)型內(nèi)酯化合物在約35℃為固體和其中n為0的外型內(nèi)酯化合物在約35℃為溶液形式。因此，由于外型內(nèi)酯化合物在環(huán)境溫度下為液體，通過增加外型化合物的量，在通過蒸餾純化多環(huán)內(nèi)酯化合物時(shí)，在冷卻縮合時(shí)不會(huì)發(fā)生固化，從而容易處理，因此存在工業(yè)價(jià)值。
此外，通過增加外型化合物的量，可以在用(甲基)丙烯酸酯進(jìn)行酯化以制備具有交聯(lián)內(nèi)酯結(jié)構(gòu)的(甲基)丙烯酸酯化合物時(shí)，抑制副反應(yīng)的進(jìn)行，因此可以改善產(chǎn)物的純度和產(chǎn)率。
(制備多環(huán)內(nèi)酯化合物的方法)(a)不飽和多環(huán)酸酐的還原反應(yīng)可以根據(jù)已知方法或與其相似的方法通過還原下式(2)表示的不飽和多環(huán)酸酐的一個(gè)羰基而獲得多環(huán)內(nèi)酯化合物?？梢愿鶕?jù)已知方法，例如親雙烯體化合物(例如相應(yīng)的馬來酸酐)和二烯(例如環(huán)戊二烯)之間的Diels-Alder反應(yīng)，制備下式(2)表示的化合物
其中R1、R2和n具有與通式(1)相同的含義。
用于上述還原反應(yīng)的還原劑沒有特別限制，只要其用于還原羰基即可，但是其優(yōu)選實(shí)例包括周期表13-14族元素的氫化物，例如硼氫化鈉和氫化鋁鋰或通過用醇鹽代替上述周期表13-14族元素的氫化物中的部分活性氫而獲得的化合物，例如二(2-甲氧基乙氧基)氫化鋁鈉(Red-Al)。此時(shí)，可以通過在還原反應(yīng)前混合化學(xué)計(jì)量量的相應(yīng)金屬氫化物和醇來制備醇鹽基還原劑。
就氫化物相對(duì)于上式(1)表示的化合物而言，還原劑以摩爾比計(jì)通常為1或更大，優(yōu)選為1.5或更大，更優(yōu)選為2或更大，特別優(yōu)選為大于2，更優(yōu)選為3或更大。
另一方面，當(dāng)還原劑的量太大時(shí)，導(dǎo)致工業(yè)上不利的問題，例如后處理問題，因此通常其用量以摩爾比計(jì)為40或更小，優(yōu)選為30或更小，更優(yōu)選為20或更小，特別優(yōu)選為10或更小，以氫化物計(jì)。
一般通過將還原劑和酸酐中的任一種的溶液或懸浮液逐份加入另一種的溶液或懸浮液中，進(jìn)行還原劑和酸酐之間的反應(yīng)。在完全加入后，在與加入時(shí)的溫度條件相同或不同的溫度條件下攪拌混合物預(yù)定的時(shí)間，以完成反應(yīng)。加入時(shí)的溫度和接下來的攪拌溫度通常為-50℃-100℃，但是在使用氫化鋁鋰或其部分醇鹽取代的衍生物時(shí)優(yōu)選為-20-50℃，在使用硼氫化鈉或其部分醇鹽取代的衍生物時(shí)優(yōu)選為0-80℃。
反應(yīng)時(shí)間和加成反應(yīng)后的攪拌時(shí)間基于諸如反應(yīng)溫度等條件而變化，但是反應(yīng)時(shí)間和攪拌時(shí)間各自的下限通常為0.1小時(shí)或更大，優(yōu)選為0.2小時(shí)或更大，各自的上限通常為100小時(shí)或更小，優(yōu)選為80小時(shí)或更小。在惰性氣體，例如充分干燥的氦氣、氮?dú)饣驓鍤獾臍夥罩羞M(jìn)行反應(yīng)。
對(duì)于反應(yīng)溶劑，在例如M.M.Kayser等人的Canadian Journal of Chemistry，vol.56，p.1524(1978)等描述的方法中推薦二甲基甲醛，但是當(dāng)考慮整體方便性，例如產(chǎn)物的分離時(shí)，反應(yīng)優(yōu)選在以下溶劑中進(jìn)行脂族直鏈醚，例如二乙醚、二丙醚、二丁醚或1，2-二甲氧基乙烷；或環(huán)狀醚，例如四氫呋喃、吡喃、1，3-二氧戊環(huán)或1，4-二噁烷。其用量是非絕對(duì)限定的和任選的，但是作為原料濃度，下限通常為0.1重量％或更大，優(yōu)選為0.5重量％或更大，上限通常為80重量％或更小，優(yōu)選為70重量％或更小。
(b)還原劑的失活處理在完成上述還原反應(yīng)后，優(yōu)選進(jìn)行以下步驟通過混合反應(yīng)溶液和無機(jī)酸，例如硫酸或鹽酸，分解和失活未反應(yīng)的還原劑以及基質(zhì)中間體與還原劑的絡(luò)合物，接著使用與水不混溶的有機(jī)溶劑萃取目標(biāo)產(chǎn)物。
作為與水不混溶的有機(jī)溶劑，可以提及例如脂族烴，例如己烷、庚烷和辛烷；芳族烴，例如苯、甲苯和二甲苯；酯，例如乙酸甲酯、乙酸乙酯和乙酸丁酯；醚，例如二乙醚、二丙醚和二丁醚。并且當(dāng)與水以任何比例混溶的溶劑(例如四氫呋喃)用作反應(yīng)溶劑時(shí)，萃取效率降低，因此如果必要地話優(yōu)選通過常規(guī)方法例如減壓蒸餾在萃取前除去部分或全部反應(yīng)溶劑。
上述無機(jī)酸的濃度沒有特別限制，但是通常使用0.1-5N水溶液。在使用這些酸水溶液水解后獲得的溶液優(yōu)選為酸性的，例如pH為2或更低。分解反應(yīng)所需的反應(yīng)溫度和反應(yīng)時(shí)間隨起始材料的種類而變化，并且用無機(jī)酸處理的時(shí)間影響產(chǎn)率和難以分離的副產(chǎn)物的量。一般地，溫度的下限通常為-5℃或更高，優(yōu)選為0℃或更高，上限通常為80℃或更低，優(yōu)選為50℃或更低，時(shí)間的下限通常為0.1小時(shí)或更大，優(yōu)選為0.2小時(shí)或更大，上限通常為100小時(shí)或更小，優(yōu)選為80小時(shí)或更小。
(c)在對(duì)還原劑進(jìn)行失活處理后，用pH低于12的堿性水溶液的洗滌處理在本發(fā)明的制備方法中，在如上所述用無機(jī)酸使還原劑失活后，通過提供用pH低于12的堿性水溶液的洗滌步驟，可以降低來自還原劑并結(jié)合到通式(2)和/或(3)表示的多環(huán)內(nèi)酯化合物中的、選自周期表13-14族的元素的量，該多環(huán)內(nèi)酯化合物作為上述還原反應(yīng)的產(chǎn)物。
上述堿性水溶液的pH大于7，優(yōu)選為8或更大上限小于12，優(yōu)選為11.5或更小。作為用于該水溶液中的堿性物質(zhì)，優(yōu)選堿金屬碳酸氫鹽，例如碳酸氫鈉或堿金屬碳酸鹽例如碳酸鈉。
作為待使用的上述堿性水溶液的量，其用量為2重量當(dāng)量(weightequivalents)或更大，優(yōu)選為3重量當(dāng)量或更大，更優(yōu)選為5重量當(dāng)量或更大，特別優(yōu)選為10重量當(dāng)量或更大，相對(duì)于內(nèi)酯化合物。另一方面，因?yàn)樵谑褂锰罅繒r(shí)，沒有獲得與增加用量相應(yīng)的效果，因此上限通常為200重量當(dāng)量或更小，優(yōu)選為100重量當(dāng)量或更小，更優(yōu)選為50重量當(dāng)量或更小。
堿性物質(zhì)在堿性水溶液中的濃度沒有特別限制，但是因?yàn)樘偷臐舛葘?dǎo)致差的洗滌效率，所以濃度通常設(shè)定在飽和濃度的1％。當(dāng)濃度接近于飽和濃度時(shí)，有可能在洗滌操作過程中堿性物質(zhì)沉淀下來，因此該濃度優(yōu)選設(shè)定在飽和濃度的99％或更小，優(yōu)選為95％或更小，更優(yōu)選為90％或更小。
此外，上述堿性水溶液可以一次施加到內(nèi)酯化合物，或者分成多次用于洗滌處理。此時(shí)洗滌的次數(shù)取決于待使用的堿性水溶液的總量，或者是否將洗滌處理與下面描述的多環(huán)內(nèi)酯化合物的蒸餾處理或者內(nèi)酯環(huán)的開環(huán)和重建操作組合，但是優(yōu)選進(jìn)行多次洗滌處理，該處理通常進(jìn)行兩次或多次，優(yōu)選為三次或更多次，更優(yōu)選為五次或更多次。
通常在0℃或更高，優(yōu)選為10℃或更高進(jìn)行洗滌操作。另一方面，因?yàn)樘叩臏囟葧?huì)導(dǎo)致內(nèi)酯化合物的分解，通常在50℃或更低，優(yōu)選為40℃或更低，更優(yōu)選為30℃或更低進(jìn)行該操作。
洗滌時(shí)間為5分鐘或更長(zhǎng)，優(yōu)選為10分鐘或更長(zhǎng)，更優(yōu)選為30分鐘或更長(zhǎng)，和充分地，其為5小時(shí)或更短，優(yōu)選為約2或3小時(shí)或更短。
可以在用有機(jī)溶劑萃取前，而在上述酸處理后，使用堿性水溶液進(jìn)行洗滌處理，或者可以在使用有機(jī)溶劑萃取后進(jìn)行洗滌處理，但是優(yōu)選在萃取后進(jìn)行。
此外，為了防止殘余堿性物質(zhì)出現(xiàn)，優(yōu)選在用堿性水溶液進(jìn)行洗滌處理后，用水進(jìn)行洗滌處理。
(d)蒸餾內(nèi)酯化合物對(duì)于本發(fā)明的多環(huán)內(nèi)酯化合物，也可以通過蒸餾處理減少選自周期表13-14族的元素。蒸餾方法可以為已知的蒸餾方法并且沒有限制。取決于內(nèi)酯化合物的物理性能，可以通過選擇減壓程度和溫度進(jìn)行蒸餾。
具體地，外-3-氧代(oxo)-4-氧雜三環(huán)[5.2.1.02，6]癸-8-烯與內(nèi)型異構(gòu)體相比具有接近室溫的熔點(diǎn)，并且由于其可以容易地通過工業(yè)上簡(jiǎn)便的蒸餾處理減少上述元素，因此是優(yōu)選的。
(e)內(nèi)酯環(huán)的開環(huán)對(duì)于本發(fā)明的多環(huán)內(nèi)酯化合物，可以通過提供以下步驟而減小來自結(jié)合到式(2)和/或(3)表示的多環(huán)內(nèi)酯化合物中的還原劑的、選自周期表13-14族的元素的量多環(huán)內(nèi)酯化合物內(nèi)酯環(huán)的一次開環(huán)的步驟；將開環(huán)的化合物萃取到水層的步驟；分離水層和有機(jī)層以將有機(jī)層排出到體系外部的步驟；將開環(huán)的化合物再次閉環(huán)成內(nèi)酯環(huán)的步驟；以及加入有機(jī)溶劑和將形成內(nèi)酯環(huán)的閉環(huán)化合物萃取到有機(jī)溶劑中的步驟，所述一次開環(huán)的步驟是通過在水和與水不混溶的有機(jī)溶劑中，使通過上述方法獲得的含有多環(huán)內(nèi)酯化合物的溶液與pH為12或更高的堿性水溶液接觸而進(jìn)行的。在本發(fā)明的多環(huán)內(nèi)酯化合物中，因?yàn)榇嬖谠S多具有高沸點(diǎn)和高熔點(diǎn)的化合物，所以存在不能容易地進(jìn)行通過蒸餾進(jìn)行工業(yè)純化的情況，因此本發(fā)明的過程特別有效。
作為在堿性水溶液中使用的堿性化合物的種類，可以提及例如堿金屬(例如鋰、鈉和鉀)的氫氧化物、碳酸鹽和碳酸氫鹽，或者堿土金屬(例如鈣和鎂)的氫氧化物、碳酸鹽和碳酸氫鹽。其中，特別優(yōu)選氫氧化鈉或氫氧化鉀。
此處使用的堿性水溶液的pH優(yōu)選為12或更高，更優(yōu)選為13或更高。
待使用的堿性化合物的量為0.1當(dāng)量或更大，優(yōu)選為0.5當(dāng)量或更大，更優(yōu)選為1當(dāng)量或更大，特別優(yōu)選為1.05摩爾或更大，相對(duì)于待處理的內(nèi)酯環(huán)的摩爾數(shù)。另一方面，當(dāng)堿性化合物太多時(shí)，成本和后處理工作等方面存在問題，因此該化合物的用量為100當(dāng)量或更小，優(yōu)選為20當(dāng)量或更小，更優(yōu)選為10當(dāng)量或更小。
處理溫度的下限通常為-5℃或更高，優(yōu)選為0℃或更高，更優(yōu)選為10℃或更高，上限通常為200℃或更低，優(yōu)選為150℃或更低，更優(yōu)選為100℃或更低，但是存在優(yōu)選處理溫度隨著n的數(shù)目增加而升高的趨勢(shì)。處理時(shí)間沒有特別限制，但是最佳處理時(shí)間取決于堿的量和處理溫度，但是下限通常為0.01小時(shí)或更大，優(yōu)選為0.02小時(shí)或更大，更優(yōu)選為0.1小時(shí)或更大，上限通常為50小、時(shí)或更小，優(yōu)選為20小時(shí)或更小，更優(yōu)選為10小時(shí)或更小。
在上述處理后，優(yōu)選彼此分離水層和有機(jī)層，并且如果必要用水稀釋所得水層，然后用在上述(b)中描述的與水不混溶的有機(jī)溶劑洗滌，由此將上述開環(huán)化合物萃取到水層中并將雜質(zhì)萃取到有機(jī)層中，從體系中除去有機(jī)層。
(f)再形成內(nèi)酯環(huán)通過酸化在內(nèi)酯環(huán)的開環(huán)反應(yīng)后獲得的水溶液，開環(huán)內(nèi)酯環(huán)發(fā)生閉環(huán)再次形成內(nèi)酯環(huán)。待使用的酸沒有特別限制，只要其為質(zhì)子酸，但是通常為無機(jī)酸，例如鹽酸或硫酸。任意選擇濃度，但是為了避免中和產(chǎn)生強(qiáng)烈熱量，該步驟的通常操作優(yōu)選通過在開環(huán)反應(yīng)后加入任一種堿性水溶液或?qū)⒃撍岬乃芤褐鸱菁尤氲搅硪环N水溶液中。
根據(jù)反應(yīng)體系的pH決定使用的酸的量，并且加入完成后的反應(yīng)系統(tǒng)的pH優(yōu)選為小于7，更優(yōu)選為小于2。
為了完成中和反應(yīng)和環(huán)化反應(yīng)，如果必要，可以在添加后再連續(xù)攪拌0.1-50小時(shí)。加入溫度和加入后的攪拌時(shí)間不必在特別高的溫度下進(jìn)行，它們可以為任何溫度和時(shí)間。
當(dāng)反應(yīng)完成后，分離有機(jī)物質(zhì)。由此，分離各層，并且用適當(dāng)有機(jī)溶劑萃取殘余水層，接著與前面回收的有機(jī)物質(zhì)合并，然后從水層分離出來。
分離后，優(yōu)選用純水洗滌。通常使用與油層的體積比為0.1-10的純水，和洗滌次數(shù)優(yōu)選為兩次或更多次。
可以通過適當(dāng)?shù)亟M合(c)對(duì)還原劑進(jìn)行失活處理后使用堿性水溶液的洗滌處理和(d)蒸餾內(nèi)酯化合物，和(e)和(f)開環(huán)和再形成內(nèi)酯環(huán)，降低選自周期表13-14族的元素的量。
通過上述操作制備的多環(huán)內(nèi)酯化合物具有能夠按原樣作為產(chǎn)品的純度，或者該化合物具有用作(甲基)丙烯酸的加成反應(yīng)的起始材料的純度，但是如果必要的話，可以通過使用通常方法，例如結(jié)晶或?qū)游龇蛛x進(jìn)行進(jìn)一步純化。
(g)多環(huán)內(nèi)酯化合物的制備方法，其中外型為整體的70摩爾％或更大(g-1)多環(huán)內(nèi)酯化合物的起始材料為了制備多環(huán)內(nèi)酯化合物，其中外型的量為外型和內(nèi)型總量的70摩爾％或更大，有必要控制作為起始材料的不飽和多環(huán)酸酐的構(gòu)型。對(duì)于不飽和多環(huán)酸酐，存在其中R1和R2的構(gòu)型都為內(nèi)型的不飽和多環(huán)酸酐(下文稱作外型酸酐下式(7))和其中R1和R2的構(gòu)型都為外型的不飽和多環(huán)酸酐(下文稱作內(nèi)型酸酐下式(8))，但是通常市售的為內(nèi)型。因此，當(dāng)通過上述方法對(duì)其進(jìn)行還原，以制備多環(huán)內(nèi)酯化合物時(shí)，形成內(nèi)型作為主要組分。為了獲得外型內(nèi)酯化合物，有必要增加待用作起始材料的不飽和多環(huán)酸酐的外型 量其中R1、R2和n具有與式(1)相同的含義。
為了獲得外型酸酐和內(nèi)型酸酐的混合物，列舉說明下面的方法。
(g-1-1)內(nèi)型酸酐的異構(gòu)化反應(yīng)通過熱處理內(nèi)型酸酐，形成外型酸酐，由此形成內(nèi)型酸酐和外型酸酐的混合物。加熱范圍的下限通常為140℃或更高，優(yōu)選為160℃或更高，特別優(yōu)選為170℃或更高，上限通常為300℃或更低，優(yōu)選為270℃或更低，特別優(yōu)選為250℃或更低。
異構(gòu)化反應(yīng)時(shí)間優(yōu)選為1分鐘或更大，優(yōu)選為5分鐘-10小時(shí)。優(yōu)選在適當(dāng)?shù)娜軇┲羞M(jìn)行該反應(yīng)。
可用溶劑的種類沒有特別限制，只要其對(duì)起始材料、中間體和產(chǎn)物是非活性的，但是其實(shí)例包括脂族烴，例如己烷、庚烷和辛烷；芳族烴，例如苯、甲苯和二甲苯；酯，例如乙酸乙酯和乙酸丁酯；內(nèi)酯，例如丁內(nèi)酯和戊內(nèi)酯；直鏈或環(huán)狀醚，例如二丁醚、二甘醇二甲基醚和四氫呋喃；等。
(g-1-2)酸酐和二烯之間的Diels-Alder反應(yīng)通過在酸酐和二烯的共同存在下加熱，形成外型酸酐和內(nèi)型酸酐的混合物。
作為酸酐，可以提及馬來酐和內(nèi)-3，5-二氧代-4-氧雜三環(huán)[5.2.1.02，6]癸-8-烯。作為二烯，可以提及二環(huán)戊二烯、環(huán)戊二烯等等。
在通過使用馬來酐作為酸酐和二環(huán)戊二烯作為二烯，獲得外型酸酐和內(nèi)型酸酐(其中n為0)的混合物時(shí)，形成外-3，5-二氧代-4-氧雜三環(huán)[5.2.1.02，6]癸-8-烯和內(nèi)-3，5-二氧代-4-氧雜三環(huán)[5.2.1.02，6]癸-8-烯。
此時(shí)，待加入的酸酐的量通常選自0.1摩爾當(dāng)量-10摩爾當(dāng)量，相對(duì)于環(huán)戊二烯骨架，但是優(yōu)選為0.5摩爾當(dāng)量-5摩爾當(dāng)量，進(jìn)一步優(yōu)選為0.7摩爾當(dāng)量-2摩爾當(dāng)量，特別優(yōu)選為0.8摩爾當(dāng)量-1.5摩爾當(dāng)量。
在獲得外型酸酐和內(nèi)型酸酐(其中n為1)的混合物時(shí)，在使用馬來酐作為酸酐和二環(huán)戊二烯作為二烯時(shí)，酸酐的用量通?？梢赃x自0.05摩爾當(dāng)量-1摩爾當(dāng)量，相對(duì)于環(huán)戊二烯骨架，但是優(yōu)選為0.1摩爾當(dāng)量-0.8摩爾當(dāng)量，進(jìn)一步優(yōu)選為0.2摩爾當(dāng)量-0.75摩爾當(dāng)量，特別優(yōu)選為0.3摩爾當(dāng)量-0.7摩爾當(dāng)量。
在獲得外型酸酐和內(nèi)型酸酐(其中n為1)的混合物時(shí)，在使用內(nèi)-3，5-二氧代-4-氧雜三環(huán)[5.2.1.02，6]癸-8-烯作為酸酐和二環(huán)戊二烯作為二烯時(shí)，酸酐的用量通常可以選自為0.1摩爾當(dāng)量-10摩爾當(dāng)量，相對(duì)于環(huán)戊二烯骨架，但是優(yōu)選為0.5摩爾當(dāng)量-5摩爾當(dāng)量，進(jìn)一步優(yōu)選為0.7摩爾當(dāng)量-2摩爾當(dāng)量，特別優(yōu)選為0.8摩爾當(dāng)量-1.5摩爾當(dāng)量。
在獲得外型酸酐和內(nèi)型酸酐(其中n為1)的混合物時(shí)，可以使用在本發(fā)明中獲得的外-3，5-二氧代-4-氧雜三環(huán)[5.2.1.02，6]癸-8-烯，但是優(yōu)選使用市售的內(nèi)-3，5-二氧代-4-氧雜三環(huán)[5.2.1.02，6]癸-8-烯。
反應(yīng)溫度的下限通常為140℃或更高，優(yōu)選為160℃或更高，特別優(yōu)選為170℃或更高，上限通常為300℃或更低，優(yōu)選為270℃或更低，特別優(yōu)選為250℃或更低。
反應(yīng)時(shí)間優(yōu)選為1分鐘或更長(zhǎng)，優(yōu)選為5分鐘-10小時(shí)。反應(yīng)中，可以同時(shí)存在上面(f-1-1)列舉的溶劑。
此外，在酸酐與環(huán)戊二烯反應(yīng)時(shí)，還有可能通過使用另一設(shè)備，二環(huán)戊二烯發(fā)生裂化反應(yīng)(反向Diels-Alder反應(yīng))形成環(huán)戊二烯，然后使其與酸酐在上述條件下接觸。
反應(yīng)溫度的下限通常為140℃或更高，上限通常為300℃或更低，優(yōu)選為160℃或更高和優(yōu)選為270℃或更低，特別優(yōu)選為170℃或更高和進(jìn)一步優(yōu)選250℃或更低。反應(yīng)時(shí)間優(yōu)選為1分鐘或更長(zhǎng)，優(yōu)選5分鐘-10小時(shí)。反應(yīng)時(shí)，可以同時(shí)存在上面(f-1-1)列舉的溶劑。
(f-2)主要沉淀外型酸酐晶體的方法可以通過使用溶劑處理外型酸酐和內(nèi)型酸酐的混合物，主要使外型酸酐結(jié)晶。
在-20℃-100℃的任意溫度下，此時(shí)使用的溶劑的外型酸酐溶解度小于內(nèi)型酸酐的溶解度。
此外，可以優(yōu)選使用以下溶劑，其中25℃時(shí)溶解在100重量份溶劑中的外型酸酐量為30重量份或更小。更優(yōu)選，該溶劑為以下溶劑，其中該量為20重量份或更小和特別優(yōu)選該量為10重量份或更小的溶劑作為溶劑。
作為滿足該要求的溶劑的實(shí)例，可以列舉芳族烴，例如苯、甲苯和二甲苯；脂族烴，例如己烷、庚烷和辛烷；直鏈或環(huán)狀醚，例如二丁醚、二甘醇二甲基醚和四氫呋喃；酯，例如乙酸乙酯和乙酸丁酯；內(nèi)酯，例如丁內(nèi)酯和戊內(nèi)酯。具體地，優(yōu)選芳族烴和脂族烴，更優(yōu)選單環(huán)芳族烴，例如苯、甲苯和二甲苯。
在制備反應(yīng)溶液時(shí)存在溶劑的情況下，當(dāng)使用的溶劑具有極低沸點(diǎn)時(shí)，蒸汽壓變高，因此需要耐高壓的設(shè)備，所以優(yōu)選考慮溶劑的沸點(diǎn)選擇溶劑。
為了通過該處理獲得高純外型酸酐，重要的是根據(jù)溶劑設(shè)定溫度。當(dāng)從母液中通過過濾分離晶體時(shí)的溫度太高時(shí)，純度高但是產(chǎn)量降低。相反地，當(dāng)液體被冷卻得太低時(shí)，產(chǎn)率高但是純度降低。對(duì)于結(jié)晶溫度，基于溶劑的種類和數(shù)量選擇最佳條件。溫度的下限通常為-20℃或更高，優(yōu)選為0℃或更高，特別優(yōu)選為10℃或更高，上限通常為100℃或更低，優(yōu)選為50℃或更低，特別優(yōu)選為40℃或更低。
此外，在使用溶劑的情況下，當(dāng)溶劑的量過大時(shí)，產(chǎn)率降低。優(yōu)選范圍的下限通常為0.1重量當(dāng)量或更大，優(yōu)選為0.5重量當(dāng)量或更大，相對(duì)于內(nèi)型酸酐和外型酸酐的總重量，上限通常為20重量當(dāng)量或更小，優(yōu)選為10重量當(dāng)量或更小。當(dāng)進(jìn)行重結(jié)晶時(shí)，如果有必要，可以進(jìn)一步提高純度。在結(jié)晶或重結(jié)晶時(shí)，加入種晶也是合適的。
(f-3)在結(jié)晶后重新使用母液在通過過濾分離酸酐的晶體后的溶液中，存在被除去的內(nèi)型酸酐和溶解的外型酸酐。通過對(duì)該溶液再次進(jìn)行處理，例如異構(gòu)化反應(yīng)等，如果需要，可以增加存在的外型酸酐的量。此外，通過再次進(jìn)行結(jié)晶處理以及根據(jù)需要的任選重結(jié)晶處理，可以獲得外型酸酐。
可以通過還原通過上述方法獲得的作為起始材料的外型酸酐，獲得相應(yīng)外型內(nèi)酯化合物。
(制備具有多環(huán)內(nèi)酯結(jié)構(gòu)的(甲基)丙烯酸酯化合物的方法)可以根據(jù)已知方法(其中與(甲基)丙烯酸的加成反應(yīng)在酸催化劑存在下進(jìn)行)或其類似方法，將通過上述方法獲得的多環(huán)內(nèi)酯化合物轉(zhuǎn)化為下式(3)和/或(4)表示的化合物 其中R1、R2和n具有與式(1)相同的含義。
作為R，可以提及氫原子、甲基或三氟甲基，和優(yōu)選氫原子或甲基。
適用的酸催化劑沒有特別限制，其具體實(shí)例包括1)無機(jī)酸，例如鹽酸、硫酸和磷酸；有機(jī)磺酸，例如苯磺酸、甲苯磺酸和甲酚磺酸；Brφnsted酸，例如磺酸型離子交換樹脂，2)通常使用的Lewis酸，例如三氟化硼及其絡(luò)合物(下文中有時(shí)簡(jiǎn)寫為三氟化硼(絡(luò)合物))、無水鹵化鋅、無水鹵化鋁、無水鹵化鐵、鹵化錫，三氟甲磺酸的金屬鹽，例如三氟甲磺酸鐿；族4金屬(例如鈦、鋯和鉿)的無水鹵化物或烷氧化物。其中，優(yōu)選上述酸或其水溶液的pKa為6或更低的那些。這些酸催化劑可以單獨(dú)使用或組合使用。無機(jī)酸中，優(yōu)選硫酸。Lewis酸中，優(yōu)選三氟化硼。
此外，酸催化劑的使用量隨催化劑的種類而變，但是通常下限為0.01摩爾％或更大，優(yōu)選為0.1摩爾％或更大；上限通常為100摩爾％或更小，優(yōu)選為50摩爾％或更小，相對(duì)于作為起始材料的多環(huán)內(nèi)酯化合物。
反應(yīng)溫度隨催化劑的種類而變化，但是其下限通常為-50℃或更高，優(yōu)選為0℃或更高；其上限通常為200℃或更低，優(yōu)選為150℃或更低。
對(duì)于(甲基)丙烯酸的用量，當(dāng)考慮多環(huán)內(nèi)酯化合物的工藝產(chǎn)率時(shí)，下限通常為0.1摩爾當(dāng)量或更大，優(yōu)選為1摩爾當(dāng)量或更大，和上限通常為20摩爾當(dāng)量或更小，優(yōu)選為10摩爾當(dāng)量或更小，相對(duì)于當(dāng)量或更大。
此外，如果需要，反應(yīng)時(shí)可以同時(shí)存在溶劑。
在反應(yīng)后，可以通過常規(guī)方法分離(甲基)丙烯酸酯。例如，可以列舉在中和酸催化劑后通過例如萃取和蒸餾的操作進(jìn)行分離的方法。
(具有多環(huán)內(nèi)酯結(jié)構(gòu)的(甲基)丙烯酸酯化合物)在通過上述制備方法得到的含有內(nèi)酯環(huán)的多環(huán)(甲基)丙烯酸酯中，來自在制備上式(2)和/或(3)表示的多環(huán)內(nèi)酯化合物時(shí)使用的還原劑的、周期表族13或14的元素的量為500ppm或更小，優(yōu)選為200ppm或更小，更優(yōu)選為100ppm或更小，特別優(yōu)選為50ppm或更小，特別優(yōu)選為20ppm或更小，特別優(yōu)選為5ppm或更小。該量越小，穩(wěn)定性越好。
此外，當(dāng)通過上述方法獲得的具有高含量外型內(nèi)酯化合物的化合物作為多環(huán)內(nèi)酯化合物起始材料時(shí)，可以制備具有多環(huán)內(nèi)酯結(jié)構(gòu)的(甲基)丙烯酸酯化合物，其中內(nèi)酯部分的構(gòu)型為外型的化合物(下文稱作外-(甲基)丙烯酸酯化合物)和其中內(nèi)酯部分的構(gòu)型為內(nèi)型的化合物(下文稱作內(nèi)-(甲基)丙烯酸酯化合物)的總量中，外(甲基)丙烯酸酯化合物的量為70摩爾％或更大。在本申請(qǐng)中，在兩種化合物的總量中，外(甲基)丙烯酸酯化合物的量?jī)?yōu)選為兩種化合物的總量的70摩爾％或更大。外(甲基)丙烯酸酯化合物的量?jī)?yōu)選為90摩爾％或更大，更優(yōu)選為95摩爾％，最優(yōu)選為99摩爾％。
實(shí)施例下面將更詳細(xì)地描述本發(fā)明，但是本發(fā)明并不局限于下面的實(shí)施例中，除非超出了其實(shí)質(zhì)。
實(shí)施例1(制備多環(huán)內(nèi)酯化合物)向反應(yīng)器中加入1083g四氫呋喃(THF)和84gNaBH4，然后開始攪拌。
另一方面，通過混合328g市售內(nèi)-3，5-二氧代-4-氧雜三環(huán)[5.2.1.02，6]癸-8-烯(內(nèi)-5-降冰片烯-2，3-二羧酸酐)和64g甲醇和1313g預(yù)先獲得的溶液在2小時(shí)內(nèi)逐滴加入上述反應(yīng)器中。同時(shí)，反應(yīng)器的內(nèi)溫控制在25℃。在逐滴加入完畢后，在攪拌下將全部物質(zhì)保持在25℃2小時(shí)。
接著，攪拌下，在2小時(shí)的時(shí)間內(nèi)將1200g的2N硫酸水溶液逐滴加入其中。反應(yīng)器的內(nèi)溫控制到25℃。此外，加入657g水。然后，在攪拌下將全部物質(zhì)保持在25℃3小時(shí)。
向反應(yīng)器中加入164g甲苯，在攪拌后將全部物質(zhì)靜置。反應(yīng)器中的內(nèi)容物分為兩層。除去水層，并僅僅取出油層。油層中的內(nèi)酯濃度為6.4％.
在取出的油層中，將其中的543g放入燒瓶中，通過在蒸發(fā)器上蒸餾除去溶劑。逐漸增強(qiáng)溫度和減壓程度，并且最終通過蒸餾來除去通過在50℃和30torr的條件下蒸餾將被除去的組分。
(使用堿性水溶液的洗滌)將上面獲得的全部量的濃縮物、151g甲苯和65.7g 5％NaHCO3溶液作為堿性水溶液倒入反應(yīng)器中。室溫?cái)嚢韬?，使混合物靜置，然后除去水層獲得油層。重復(fù)這些操作總共6次以獲得含21g內(nèi)-3，5-二氧代-4-氧雜三環(huán)[5.2.1.02，6]癸-8-烯的油層。
(內(nèi)酯環(huán)的開環(huán))將該油層倒入反應(yīng)器中，攪拌下，將72.6g10％NaOH水溶液在室溫下于30分鐘內(nèi)逐滴加入其中，接著將全部物質(zhì)保持在室溫30分鐘。然后，使混合物靜置，除去油層，取出水層。向全部量的該水層中加入65.7g甲苯。在攪拌全部物質(zhì)和靜置后，取出水層并除去油層。在水層中，存在呈以下形式的化合物內(nèi)酯化合物已經(jīng)開環(huán)。
(再形成內(nèi)酯環(huán))向反應(yīng)器中加入上述水層和65.7g甲苯，然后將全部物質(zhì)在攪拌下加熱到50℃。在30分鐘內(nèi)向其中加入109g的2N硫酸，接著將全部物質(zhì)保持30分鐘。然后，使混合物靜置，除去水層獲得油層。接著，加入65.7g水。在全部物質(zhì)被攪拌和靜置后，除去水層獲得油層。重復(fù)類似的水處理總共三次。濃縮如此獲得的油層，以除去溶劑，由此獲得純化的內(nèi)酯(18.9g)。
純化的內(nèi)酯中所含的硼的濃度為9ppm。
(酯化反應(yīng))在將0.83g的95％硫酸逐滴加入6.6g甲苯和6.9g甲基丙烯酸中后，在攪拌下將全部物質(zhì)加熱到110℃。30分鐘內(nèi)型其中逐滴加入3g上述純化的內(nèi)酯和4.2g甲苯的混合溶液。完成逐滴添加后，攪拌下將全部物質(zhì)保持在110℃6小時(shí)，然后冷卻反應(yīng)器。此時(shí)，在反應(yīng)器中沒有發(fā)現(xiàn)聚合產(chǎn)物。
接著，將上述反應(yīng)溶液傾入20g水中，然后加入10.8g甲苯。在攪拌后，使混合物靜置，然后除去水層，獲得油層。重復(fù)以下步驟三次將18g的5％NaHCO3水溶液加入該油層并且在全部物質(zhì)被攪拌和靜置后除去水層的步驟。然后，重復(fù)以下步驟3次再將18g的水加入所得油層中并在攪拌全部物質(zhì)和靜置后除去水層的步驟。之后，通過蒸餾除去溶劑。此時(shí)，逐漸強(qiáng)化溫度和減壓程度，通過蒸餾除去在50℃和30torr的條件下將被除去的組分。同時(shí)，在濃縮物中沒有出現(xiàn)聚合，并獲得3.5g含有甲基丙烯酸酯作為主要組分的濃縮物。在酯化產(chǎn)物中硼的濃度為0.14ppm。
對(duì)比例1按照與實(shí)施例1相同的方式制備環(huán)狀內(nèi)酯化合物后，僅僅進(jìn)行一次堿性水溶液洗滌。此時(shí)獲得的油層稱作粗內(nèi)酯溶液-1。在該粗內(nèi)酯-1中硼濃度為1370ppm。
當(dāng)使用其以與實(shí)施例1相同的方式進(jìn)行酯化反應(yīng)時(shí)，反應(yīng)器的內(nèi)容物形成團(tuán)塊而不是溶液，這表示發(fā)生了聚合。
實(shí)施例2按照與實(shí)施例1相同的方式制備環(huán)狀內(nèi)酯化合物后，僅僅進(jìn)行三次堿性水溶液洗滌。此時(shí)獲得的油層稱作粗內(nèi)酯溶液-2。在該粗內(nèi)酯-2中硼的濃度為170ppm。
當(dāng)使用其以與實(shí)施例1相同的方式進(jìn)行酯化反應(yīng)時(shí)，獲得了含有甲基丙烯酸酯作為主要組分的目標(biāo)濃縮物。
實(shí)施例3在以與實(shí)施例2相同的方式獲得粗內(nèi)酯溶液-2后，以與實(shí)施例1相同的方式對(duì)內(nèi)酯結(jié)構(gòu)進(jìn)行開環(huán)處理和重建。此時(shí)，硼的濃度為15ppm。按照實(shí)施例1相同的方式使用其進(jìn)行酯化反應(yīng)。在冷卻反應(yīng)器后，在反應(yīng)器中沒有發(fā)現(xiàn)聚合產(chǎn)物。
參考例1使用上述實(shí)施例1的純化內(nèi)酯和實(shí)施例2的粗內(nèi)酯溶液-2，相似地進(jìn)行酯化反應(yīng)，獲得甲基丙烯酸酯。此時(shí)，在將反應(yīng)器保持在110℃6小時(shí)和冷卻后，將其繼續(xù)在室溫下保持14小時(shí)。在使用上述實(shí)施例1的純化內(nèi)酯時(shí)，沒有觀察到反應(yīng)器的內(nèi)容物發(fā)生變化，但是在使用實(shí)施例2的粗內(nèi)酯溶液-2時(shí)，反應(yīng)器的內(nèi)容物的粘度稍稍增加，并且認(rèn)為部分進(jìn)行了聚合。因此，發(fā)現(xiàn)與其它情況相比，在使用上述實(shí)施例1的純化內(nèi)酯(硼濃度降低到9ppm)時(shí)，反應(yīng)溶液的儲(chǔ)存穩(wěn)定性較高。
實(shí)施例4(酸酐的異構(gòu)化)向反應(yīng)器中加入150g的市售內(nèi)-3，5-二氧代-4-氧雜三環(huán)[5.2.1.02，6]癸-8-烯(內(nèi)-5-降冰片烯-2，3-二羧酸酐)和150g甲苯。在攪拌體系內(nèi)部時(shí)，將全部物質(zhì)加熱到190℃和保持2小時(shí)。之后，當(dāng)反應(yīng)器冷卻到25℃時(shí)，在反應(yīng)溶液中沉淀晶體。在通過過濾除去晶體后，干燥晶體，發(fā)現(xiàn)其重量為61g。將該晶體溶解到THF中并通過氣相色譜法分析的結(jié)果是，發(fā)現(xiàn)外-3，5-二氧代-4-氧雜三環(huán)[5.2.1.02，6]癸-8-烯(外-5-降冰片烯-2，3-二羧酸酐)以82.3重量％的純度存在。
(沉淀外型酸酐)向玻璃容器中加入51g該晶體和51g甲苯。將全部物質(zhì)加熱到95℃，以完全溶解晶體。之后，將溶液冷卻到25℃。在反應(yīng)器中沉淀晶體，然后通過過濾除去晶體。之后，當(dāng)干燥晶體時(shí)，發(fā)現(xiàn)其重量為39g。作為將該晶體溶于THF和通過氣相色譜體法分析的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)外-3，5-二氧代-4-氧雜三環(huán)[5.2.1.02，6]癸-8-烯以94.2重量％的純度存在。
實(shí)施例5(異構(gòu)化反應(yīng))向反應(yīng)器中加入100g市售內(nèi)-3，5-二氧代-4-氧雜三環(huán)[5.2.1.02，6]癸-8-烯和50g甲苯。在攪拌下加熱反應(yīng)器以通過蒸餾除去甲苯。繼續(xù)加熱反應(yīng)器并保持在190℃1小時(shí)。
在將反應(yīng)器冷卻到100℃后，向其中加入甲苯。將反應(yīng)器的內(nèi)溫冷卻到50℃并加入少量的種晶。之后，將反應(yīng)器冷卻到25℃。在反應(yīng)器中沉淀晶體。在通過過濾除去晶體后，當(dāng)干燥晶體時(shí)，發(fā)現(xiàn)其重量為28g。作為將該晶體溶于THF和通過氣相色譜法分析的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)外-3，5-二氧代-4-氧雜三環(huán)[5.2.1.02，6]癸-8-烯以87.9重量％的純度存在。
(沉淀外型酸酐)向玻璃容器中加入23g該晶體和34.5g甲苯。將全部物質(zhì)加熱到100℃，以完全溶解晶體。在95℃下加入少量種晶。之后，將溶液冷卻到25℃。在反應(yīng)器中沉淀晶體，然后通過過濾除去晶體。之后，當(dāng)干燥晶體時(shí)，發(fā)現(xiàn)其重量為18.4g。作為將該晶體溶于THF和通過氣相色譜法分析的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)外-3，5-二氧代-4-氧雜三環(huán)[5.2.1.02，6]癸-8-烯以97.5重量％的純度存在。
(制備多環(huán)內(nèi)酯化合物)向反應(yīng)器中加入33g的THF和2.3g的NaBH4，然后開始攪拌。另一方面，將通過混合10g上述晶體和2g甲醇和60g THF預(yù)先獲得的溶液在1小時(shí)內(nèi)逐滴加入上述反應(yīng)器中。同時(shí)，將反應(yīng)器的內(nèi)溫控制在25℃。在逐滴加入完畢后，在攪拌下將全部物質(zhì)保持在25℃達(dá)2小時(shí)。
接著，攪拌下，在1小時(shí)的時(shí)間內(nèi)將36.5g的2N硫酸水溶液逐滴加入其中。將反應(yīng)器的內(nèi)溫控制到25℃。此外，加入20g水。
接著，向反應(yīng)器中加入5g甲苯，攪拌后使全部物質(zhì)靜置。反應(yīng)器中的內(nèi)容物分為兩層。除去水層，并僅僅取出油層。通過在蒸發(fā)器上蒸餾除去溶劑。
除去溶劑后，將45g甲苯和20g的5％NaHCO3水溶液加入除去溶劑后的殘余物中，然后攪拌混合物并使之靜置，除去水層。此外，加入20g的5％NaHCO3水溶液，類似地除去水層。重復(fù)六次這種NaHCO3水溶液洗滌。當(dāng)在蒸發(fā)器上通過蒸餾除去所得甲苯層中的溶劑時(shí)，獲得了5.6g液體化合物。氣相色譜分析的結(jié)果是，獲得了內(nèi)酯化合物的混合物，外-3，5-二氧代-4-氧雜三環(huán)[5.2.1.02，6]癸-8-烯/內(nèi)-3，5-二氧代-4-氧雜三環(huán)[5.2.1.02，6]癸-8-烯的比例＝97.9/2.1。
將上述內(nèi)酯化合物倒入燒瓶中。在15mmHg的低壓下，使用簡(jiǎn)單蒸餾設(shè)備進(jìn)行蒸餾。在燒瓶的內(nèi)溫為約148℃下，蒸餾內(nèi)酯化合物。在冷卻到25℃的蒸餾管中，內(nèi)酯化合物流動(dòng)而沒有粘附，以獲得經(jīng)蒸餾的內(nèi)酯化合物。
實(shí)施例6通過實(shí)施例5中描述的方法獲得相同的外型酸酐，并進(jìn)一步進(jìn)行相同的還原反應(yīng)。用5％碳酸氫鈉水溶液洗滌一次，用水洗滌一次。當(dāng)在蒸發(fā)器上通過蒸餾除去所得甲苯層中的溶劑時(shí)，測(cè)量在溶劑除去后獲得的液體化合物中所含的硼的濃度，發(fā)現(xiàn)硼濃度為940ppm。通過實(shí)施例5描述的方法純化該液體，獲得含有外型作為主要組分的內(nèi)酯化合物。發(fā)現(xiàn)內(nèi)酯化合物中的硼濃度為3.5ppm。使用如此獲得的內(nèi)酯化合物，進(jìn)行實(shí)施例1中描述的(內(nèi)酯開環(huán))和(再形成內(nèi)酯環(huán))。發(fā)現(xiàn)最后獲得的內(nèi)酯化合物的硼濃度小于檢出限(小于0.1ppm)。
對(duì)比例2(使用內(nèi)-3，5-二氧代-4-氧雜三環(huán)[5.2.1.02，6]癸-8-烯制備環(huán)狀內(nèi)酯化合物)使用市售內(nèi)-3，5-二氧代-4-氧雜三環(huán)[5.2.1.02，6]癸-8-烯，通過實(shí)施例2描述的方法進(jìn)行還原反應(yīng)。在用NaHCO3水溶液洗滌后，濃縮甲苯層，獲得白色晶體。用氣相色譜分析所得白色晶體，結(jié)果發(fā)現(xiàn)晶體是純度為99.3％的內(nèi)-3，5-二氧代-4-氧雜三環(huán)[5.2.1.02，6]癸-8-烯。
實(shí)施例7(內(nèi)酯化合物的甲基丙烯酸酯形成反應(yīng))將外-3-氧代-4-氧雜三環(huán)[5.2.1.02，6]癸-8-烯溶解在4當(dāng)量的甲基丙烯酸中，然后向其中加入95％硫酸，相對(duì)于內(nèi)酯的摩爾比為0.2，接著在85℃攪拌1小時(shí)。當(dāng)對(duì)內(nèi)容物進(jìn)行氣相色譜分析時(shí)，發(fā)現(xiàn)起始材料的轉(zhuǎn)化率為50％，并觀察到形成了外-3-氧代-4-氧雜三環(huán)[5.2.1.02，6]癸-8-基甲基丙烯酸酯和外-3-氧代-4-氧雜三環(huán)[5.2.1.02，6]癸-9-基甲基丙烯酸酯。
另一方面，將內(nèi)-3-氧代-4-氧雜三環(huán)[5.2.1.02，6]癸-8-烯溶解在4當(dāng)量甲基丙烯酸中，然后向其中加入95％硫酸，相對(duì)于內(nèi)酯的摩爾比為0.2，接著在85℃攪拌1小時(shí)。當(dāng)對(duì)內(nèi)容物進(jìn)行氣相色譜分析時(shí)，發(fā)現(xiàn)起始材料的轉(zhuǎn)化率為5％或更小。
如上所述，很明顯外型內(nèi)酯的甲基丙烯酸酯形成反應(yīng)進(jìn)行得比內(nèi)型內(nèi)酯進(jìn)行得明顯快。
因此，通過使用還原外型酸酐而獲得的外型內(nèi)酯作為起始材料，可以有效制備具有脂族多環(huán)結(jié)構(gòu)的內(nèi)酯化合物的衍生物。
雖然已經(jīng)參考具體實(shí)施例描述了本發(fā)明，但是對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員很明顯，可以在不脫離本發(fā)明的精神和實(shí)質(zhì)的情況下，對(duì)其進(jìn)行各種改進(jìn)和改變。
本申請(qǐng)基于2003年4月28日提交的日本專利申請(qǐng)2003-124292和2003年5月15日提交的日本專利申請(qǐng)2003-137371，其內(nèi)容在此引入作為參考。
工業(yè)實(shí)用性本發(fā)明的多環(huán)內(nèi)酯化合物和具有多環(huán)內(nèi)酯結(jié)構(gòu)的(甲基)丙烯酸酯化合物不含有來自還原劑的雜質(zhì)，因此可能穩(wěn)定地進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)。
此外，根據(jù)本發(fā)明的制備多環(huán)內(nèi)酯化合物和具有多環(huán)內(nèi)酯結(jié)構(gòu)的(甲基)丙烯酸酯化合物的方法，可以通過簡(jiǎn)單和方便的操作減少化合物中的來自還原劑的雜質(zhì)。
權(quán)利要求
1.下式(1)表示的多環(huán)內(nèi)酯化合物，其中選自周期表13-14族的元素的含量為500ppm或更小 其中R1和R2各自獨(dú)立地表示氫原子或具有1-12個(gè)碳原子的烷基，和n表示0或1。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的多環(huán)內(nèi)酯化合物，其中選自周期表族13-14的元素為硼原子。
3.權(quán)利要求1或2的多環(huán)內(nèi)酯化合物，其中內(nèi)酯環(huán)的構(gòu)型為外型。
4.制備權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)的多環(huán)內(nèi)酯化合物的方法，其中使用含有選自周期表13-14族的元素的還原劑還原下式(1)表示的不飽和多環(huán)酸酐，并且選自周期表13-14族的元素的濃度為500ppm或更小 其中R1，R2和n具有與式(1)相同的含義。
5.權(quán)利要求4的制備多環(huán)內(nèi)酯化合物的方法，其包括以下步驟在完成不飽和多環(huán)酸酐的還原反應(yīng)后加入無機(jī)酸使還原劑失活，和接著用pH小于12的堿性水溶液洗滌所得處理溶液。
6.權(quán)利要求5的制備多環(huán)內(nèi)酯化合物的方法，其中無機(jī)酸為硫酸或鹽酸。
7.權(quán)利要求5或6的制備多環(huán)內(nèi)酯化合物的方法，其中pH小于12的堿性水溶液含有堿金屬碳酸氫鹽或堿金屬碳酸鹽。
8.權(quán)利要求4-7中任一項(xiàng)的制備多環(huán)內(nèi)酯化合物的方法，其包括在完成不飽和多環(huán)酸酐的還原反應(yīng)后，蒸餾式(1)表示的多環(huán)內(nèi)酯化合物的步驟。
9.權(quán)利要求4-8中任一項(xiàng)的制備多環(huán)內(nèi)酯化合物的方法，其包括在完成不飽和多環(huán)酸酐的還原反應(yīng)后，在水和與水不混溶的有機(jī)溶劑中開環(huán)式(1)表示的多環(huán)內(nèi)酯化合物的內(nèi)酯環(huán)的步驟、將開環(huán)化合物萃取到水相中的步驟、分離水層和有機(jī)層以將有機(jī)層排出到體系外的步驟、再次將開環(huán)化合物閉環(huán)成內(nèi)酯環(huán)的步驟以及加入有機(jī)溶劑以將閉環(huán)成內(nèi)酯環(huán)的化合物萃取到有機(jī)溶劑中的步驟。
10.權(quán)利要求9的制備多環(huán)內(nèi)酯化合物方法，其中內(nèi)酯環(huán)的開環(huán)通過使該化合物與pH為12或更高的堿性水溶液接觸而進(jìn)行。
11.權(quán)利要求9或10的制備多環(huán)內(nèi)酯化合物方法，其中內(nèi)酯環(huán)的閉環(huán)通過使該化合物與無機(jī)酸接觸來進(jìn)行。
12.權(quán)利要求4-11中任一項(xiàng)的制備多環(huán)內(nèi)酯化合物的方法，其中不飽和多環(huán)酸酐是通過使用溶劑，從其中R1和R2的構(gòu)型都為內(nèi)型的不飽和多環(huán)酸酐(下文稱作外型酸酐)和其中R1和R2的構(gòu)型都為外型的不飽和多環(huán)酸酐(下文稱作內(nèi)型酸酐)的混合物中主要沉淀外型酸酐的晶體的步驟而獲得的。
13.權(quán)利要求12的制備多環(huán)內(nèi)酯化合物方法，其中溶劑為以下溶劑在-20℃-100℃的任意溫度下，外型酸酐的溶解度小于內(nèi)型酸酐的溶解度。
14.權(quán)利要求12或13的制備多環(huán)內(nèi)酯化合物方法，其中溶劑為以下溶劑其中25℃下，溶解在100重量份溶劑中的外型酸酐的量為30重量份或更小。
15.權(quán)利要求12-14中任一項(xiàng)的制備多環(huán)內(nèi)酯化合物方法，其中溶劑為芳族烴或脂肪烴。
16.權(quán)利要求12-15中任一項(xiàng)的制備多環(huán)內(nèi)酯化合物方法，其中不飽和多環(huán)酸酐是通過在沉淀晶體的步驟之前的以下步驟獲得的加熱內(nèi)型酸酐和使至少部分內(nèi)型酸酐異構(gòu)化，以將其轉(zhuǎn)化為外型酸酐。
17.權(quán)利要求16的制備多環(huán)內(nèi)酯化合物方法，其中異構(gòu)化時(shí)的加熱溫度為140-300℃。
18.權(quán)利要求4-17中任一項(xiàng)的制備多環(huán)內(nèi)酯化合物方法，其中不飽和多環(huán)酸酐是通過對(duì)二環(huán)戊二烯和/或環(huán)戊二烯與馬來酐和/或內(nèi)-3，5-二氧代-4-氧雜三環(huán)[5.2.1.02，6]癸-8-烯進(jìn)行Diels-Alder反應(yīng)步驟而獲得的。
19.由下式(3)和(4)表示的具有多環(huán)內(nèi)酯結(jié)構(gòu)的(甲基)丙烯酸酯化合物，其中選自周期表13-14族的元素的含量為500ppm或更小 其中R1、R2和n具有與式(1)相同的含義，和R為氫原子、甲基或三氟甲基。
20.一種制備具有多環(huán)內(nèi)酯結(jié)構(gòu)的(甲基)丙烯酸酯化合物的方法，其中由上式(4)和/或(5)表示的化合物是通過權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)的多環(huán)內(nèi)酯化合物和(甲基)丙烯酸的加成反應(yīng)獲得的。
21.一種制備外型酸酐的方法，其中使用溶劑從其中R1和R2的構(gòu)型都為內(nèi)型的不飽和多環(huán)酸酐(下文稱作外型酸酐)和其中R1和R2的構(gòu)型都為外型的不飽和多環(huán)酸酐(下文稱作內(nèi)型酸酐)的混合物中主要沉淀外型酸酐的晶體。
22.根據(jù)權(quán)利要求21的制備外型酸酐的方法，其中溶劑為以下溶劑在-20℃-100℃的任意溫度下，外型酸酐的溶解度小于內(nèi)型酸酐的溶解度。
23.根據(jù)權(quán)利要求21或22的制備外型酸酐的方法，其中溶劑為以下溶劑25℃下溶解在100重量份溶劑中的外型酸酐的量為30重量份或更小。
24.根據(jù)權(quán)利要求21-23中任一項(xiàng)的制備外型酸酐的方法，其中溶劑為芳族烴或脂族烴。
25.根據(jù)權(quán)利要求21-24中任一項(xiàng)的制備外型酸酐的方法，其中不飽和多環(huán)酸酐是通過以下步驟獲得的在沉淀晶體步驟前，加熱內(nèi)型酸酐和使至少部分內(nèi)型酸酐異構(gòu)化，以將其轉(zhuǎn)化為外型酸酐。
26.根據(jù)權(quán)利要求25的制備外型酸酐的方法，其中異構(gòu)化時(shí)的加熱溫度為140-300℃。
全文摘要
本發(fā)明的目的是提供多環(huán)內(nèi)酯化合物和具有多環(huán)內(nèi)酯結(jié)構(gòu)的(甲基)丙烯酸酯化合物，其不含有來自用于制備工藝的還原劑的雜質(zhì)，結(jié)果能夠穩(wěn)定地進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)。本發(fā)明涉及下式(1)表示的多環(huán)內(nèi)酯化合物，其中選自周期表13－14族的元素的量為500ppm或更小，其中R
文檔編號(hào)C07D307/93GK1809550SQ20048001747
公開日2006年7月26日 申請(qǐng)日期2004年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月28日
發(fā)明者鈴木敏之, 高橋裕子, 河村茂德, 浜島薰, 本田耕史 申請(qǐng)人:三菱化學(xué)株式會(huì)社