專利名稱：改進的制備高純度混合(甲基)丙烯酸酐的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及制備下列通式(Ⅰ)代表的混合酸酐的方法 (Ⅰ)其中-R1代表H或CH3；和-R2代表烷基、鏈烯基、芳基、烷芳基或芳烷基殘基；該方法包括使下列通式(Ⅱ)代表的(甲基)丙烯酸堿金屬鹽 (Ⅱ)其中-R1如上所定義；和-M為堿金屬；與下列通式(Ⅲ)代表的氯代甲酸酯反應 (Ⅲ)其中，R2如上所定義。
所述混合酸酐為溫和的?；噭?，其在肽類合成中的用途已經(jīng)被介紹，以便代替常規(guī)的酸酐 和酰氯 此外，在所述?；磻杏墒?Ⅰ)的混合酸酐僅產(chǎn)生的副產(chǎn)物是CO2和醇R2OH，它們比(甲基)丙烯酸或HCl更容易除去。
在文獻中已經(jīng)描述的、用于合成非丙烯酸混合酸酐的方法主要是基于Vaughan的方法(J.Am.Chem.Soc.73,3547,1951)通過在低溫下(一般低于0℃)、在溶劑介質(四氫呋喃、丙酮、甲苯、氯仿等)中，氯代甲酸烷基酯與叔胺羧酸鹽之間的等摩爾反應合成所述混合酸酐。除了需要在溶劑介質中，在極低的溫度下進行所述反應外，所述方法的一個主要的限制在于需要通過過濾分離介質中沉淀出的氯化三烷基銨。
在Bull.Chem.Soc.Jap.1968,41,2521-3中，Harada和Kondo在實施例中描述了在溶劑介質(氯仿)中、在0℃、在吡啶的存在下通過甲基丙烯酸鉀與氯代甲酸乙酯的反應來合成羰基乙氧基甲基丙烯酸酐的方法 在法國專利申請FR-A-2 212 340中也描述了羰基乙氧基甲基丙烯酸酐的合成方法，該方法以甲基丙烯酸三乙銨和氯代甲酸乙酯為原料、在溶劑介質(乙腈)中進行。
德國專利DE-C-1 133 727描述了通過羧酸鹽與氯代甲酸酯以氯代甲酸酯/羧酸鹽為0.95-1.10的摩爾比反應合成非丙烯酸混合酸酐的方法。
在文獻中所述的方法主要涉及非丙烯酸混合酸酐，根據(jù)這種情況存在許多缺點，主要缺點是使用溶劑和以相對所述羧酸的化學計算量或以催化量使用胺。需要通過過濾分離出氯化烷基銨也是一個缺點。
在文獻中所述的大多數(shù)方法中，使用0.95-1.1的等摩爾比的試劑(Ⅱ)和(Ⅲ)。在這樣的條件下，可能得到含有極少量對稱酸酐 的混合(甲基)丙烯酸酐 其中R1如上所定義。當需要合成含有極少量甲基丙烯酸酐的羧基烷氧基(甲基)丙烯酸酐時，這是特別不方便的。令人驚奇的是申請人的公司已經(jīng)發(fā)現(xiàn)通過改變化合物(Ⅱ)和(Ⅲ)之間的反應條件，特別是通過采用高于或等于1.15的化合物(Ⅲ)/化合物(Ⅱ)的摩爾比進行該反應可以解決這些問題。
因此，本發(fā)明的主題是通過上述化合物(Ⅱ)和(Ⅲ)之間的反應，制備高純度混合(甲基)丙烯酸酐(Ⅰ)的方法，其特征在于所述反應在含水介質中、在不存在胺的條件下進行，氯代甲酸酯(Ⅲ)/(甲基)丙烯酸堿金屬鹽(Ⅱ)的摩爾比至少等于1.15。
一般而言，采用化合物(Ⅱ)和(Ⅲ)進行所述反應，其中-R2選自C1-C40烷基、C2-C40鏈烯基、苯基、苯基-(C1-C40烷基)和(C1-C40烷基)-苯基殘基；和-M代表Na或K。
其中，R2代表C1-C40烷基例如乙基、正丙基、異丙基、正丁基、異丁基的式(Ⅰ)混合酸酐是特別重要的酸酐并構成一組本發(fā)明優(yōu)選的混合酸酐。它們?yōu)闇睾偷孽；瘎?，可以非常有利地取代在?；磻挟a(chǎn)生甲基丙烯酸或氫氯酸的甲基丙烯酸酐或(甲基)丙烯酰氯。
在本發(fā)明的方法中，氯代甲酸酯(Ⅲ)/(甲基)丙烯酸堿金屬鹽(Ⅱ)的摩爾比可以為1.15-2，優(yōu)選1.5-1.7，以便限制例如 類型的副產(chǎn)物的形成。在1.15和高于1.15的情況下，可以觀察到在選擇性和收率上明顯的提高；因此，當通過甲基丙烯酸鈉與氯代甲酸乙酯之間的反應進行羰基乙氧基甲基丙烯酸酐的合成時，可以觀察到甲基丙烯酸酐和副產(chǎn)物形成的減少。此外，高摩爾比有利于選擇性，但是對于產(chǎn)率不利。
按照本發(fā)明的反應最好在-10至+30℃下進行，優(yōu)選在+10至+20℃下進行。
根據(jù)本發(fā)明的一個具體的實施方案，通過用氫氧化物MOH中和(甲基)丙烯酸，在水溶液中制備(甲基)丙烯酸的堿金屬鹽(Ⅱ),MOH/(甲基)丙烯酸的摩爾比為1-1.5，尤其是1-1.1，水/(甲基)丙烯酸的堿金屬鹽(Ⅱ)的重量比為1.5-7，尤其是1.5-2，其后使氯代甲酸酯(Ⅲ)與(甲基)丙烯酸的堿金屬鹽(Ⅱ)反應。
根據(jù)本發(fā)明的一個特別有利的特征，(甲基)丙烯酸堿金屬鹽(Ⅱ)與氯代甲酸酯(Ⅲ)的反應在溶于或固定于聚合物載體例如苯乙烯-二乙烯基苯共聚物或交聯(lián)聚乙烯吡啶樹脂上，尤其以每摩爾(甲基)丙烯酸堿金屬鹽(Ⅱ)0.001-0.02摩爾、特別是0.005-0.01摩爾使用的相轉移催化劑存在下進行。
所述相轉移催化劑最好選自季銨鹽、鏻鹽和冠醚。-作為季銨鹽 的實例，可以提到這樣的季銨鹽其中-R4-R7各自代表C1-C40烷基例如甲基、乙基、丁基、辛基、十六烷基或芳基例如苯基或芳烷基例如芐基；-X代表氯、溴、碘、羥基和HSO4之一；特別是氯化四甲基銨、氯化芐基三甲基銨、氯化芐基三-正-丁基銨、氯化四-正-丁基銨、溴化四-正-丁基銨、溴化甲基三辛基銨和硫酸氫四-正-丁基銨；-作為鏻鹽的實例可以提到的是(C4H9)4P+Cl-、(C4H9)4P+Br-、(C8H17)3C2H5P+Cl-、(C4H9)3C6H5P+Cl-；和-作為冠醚可以提到的是18-冠-6和二苯甲?；?18-冠-6。
在相轉移催化劑的存在下進行可以顯著地加速反應(3-5小時，相對沒有催化劑時為15小時)。
根據(jù)本發(fā)明的反應一般在恒溫控制夾層反應器中、在攪拌下進行，同時嚴格控制溫度。如果停止攪拌，通過沉降，所述反應混合物粗品析出分成兩相(或如果使用固定在聚合物載體上相轉移催化劑，則分成三相)。通過定期取出水相樣品并測定殘留的(甲基)丙烯酸堿金屬鹽(Ⅱ)來監(jiān)測反應的進行。當(甲基)丙烯酸堿金屬鹽(Ⅱ)的轉化率高于95％時，則認為反應完全。
在反應結束時，于室溫下傾析兩相或三相反應混合物，于室溫下用水有利地洗滌(用量為所述有機相重量的20-100％，優(yōu)選30-40％)，然后于低于或等于35℃下，減壓除去含有混合酸酐(Ⅰ)和過量氯代甲酸酯(Ⅲ)的有機相的溶劑。從而得到純度非常高的混合酸酐。
需要向所述反應介質中導入至少一種聚合抑制劑，該抑制劑以相對于(甲基)丙烯酸堿金屬鹽(Ⅱ)或相對于其前體(甲基)丙烯酸為500-5000ppm、特別是500-1000ppm的比例的量加入，以便使后者超穩(wěn)定。
作為聚合抑制劑的實例可以提到的有氫醌甲基醚、氫醌、酚噻嗪和二叔丁基對甲基酚。
以下實施例說明本發(fā)明，然而對其范圍不加以限制。在這些實施例中，除非特別指明，百分比以重量計。
實施例1將已加入900mg氫醌甲基醚的408g的26.5％甲基丙烯酸鈉水溶液加入夾層反應器中，夾層反應器的溫度借助于循環(huán)水恒溫調(diào)節(jié)在20℃來維持；然后，用5分鐘加入162.8g氯代甲酸乙酯(氯代甲酸乙酯/甲基丙烯酸鈉的摩爾比為1.5∶1)。
將該多相混合物攪拌15分鐘。然后，于室溫下傾析。經(jīng)硫酸鈣干燥有機相，并于低于35℃下減壓除去揮發(fā)物，以便除去過量的氯代甲酸酯。
從而得到羰基乙氧基甲基丙烯酸酐產(chǎn)物153g(收率96.7％)，NMR純度為95％，其余5％為甲基丙烯酸酐
實施例2-5重復實施例1，但是改變溫度和氯代甲酸乙酯/甲基丙烯酸鈉的摩爾比。其結果報告于表1中。
表1
實施例6在與實施例1相同的設備中進行所述過程。
加入用1.2g氫醌甲基醚穩(wěn)定的445.1g的33.2％甲基丙烯酸鈉水溶液。然后，加入8.8g溴化四-正-丁基銨(0.02mol/每摩爾甲基丙烯酸鈉)。隨后在攪拌下加入193.2g氯代甲酸乙酯，同時介質的溫度維持在20℃(氯代甲酸乙酯/甲基丙烯酸鈉的摩爾比=1.3)。
繼續(xù)攪拌所述反應混合物，同時控制溫度在20℃。通過檢測傾析出的水相中殘留的甲基丙烯酸鈉來監(jiān)測反應進程(一旦攪拌停止，則傾析出所述混合物)。反應3小時后，甲基丙烯酸鈉的轉化率大于99％。然后排空反應器，于室溫下傾析，用57g水洗滌有機相，傾析洗滌后的有機相。
從而回收到234.5g洗滌的粗品，用0.02g二叔丁基對甲基酚穩(wěn)定該產(chǎn)物。于低于35℃的溫度下，用旋轉蒸發(fā)儀減壓除去過量的氯代甲酸酯。
得到198g羰基乙氧基甲基丙烯酸酐，在以下表2中顯示NMR純度及收率。
實施例7、8(對比例)和9(對比例)重復實施例6，但是改變氯代甲酸乙酯/甲基丙烯酸鈉的摩爾比。
表2 當氯代甲酸酯/甲基丙烯酸鹽的摩爾比低于1.15時，觀察到對羰基乙氧基甲基丙烯酸酐的差的選擇性。在此摩爾比下獲得良好純度的產(chǎn)物是不可能的。
實施例10在與實施例1相同的設備中進行所述過程。
加入309.3g用0.8g氫醌甲基醚穩(wěn)定的33.5％的甲基丙烯酸鈉的水溶液。然后加入192g甲苯，再以每摩爾甲基丙烯酸鈉加入0.02mol溴化四-正-丁基銨。然后，在攪拌下加入125.1g氯代甲酸乙酯，同時控制所述介質的反應溫度在15℃(氯代甲酸乙酯/甲基丙烯酸鈉的摩爾比為1.2)。
如實施例3所述監(jiān)測反應進程。反應4小時后，甲基丙烯酸鈉的轉化率大于99％。然后傾析粗品產(chǎn)物，但是不用洗滌，于低于35℃下減壓除去揮發(fā)物。
除去揮發(fā)物后的產(chǎn)物的NMR分析如下·羰基乙氧基甲基丙烯酸酐…………………………………… 95.5％·甲基丙烯酸酐………………………………………………… 4.5％羰基乙氧基甲基丙烯酸酐的收率為87.5％。
實施例11重復實施例6，但是使用甲基丙烯酸鉀代替甲基丙烯酸鈉并在10℃進行反應。
最終產(chǎn)物的組成如下(％(重量))·羰基乙氧基甲基丙烯酸酐……………………………………93％·甲基丙烯酸酐…………………………………………………6％· ……………………………………… 1％
其結果報道于表3中。
實施例3
權利要求
1．制備高純度的、下列通式(Ⅰ)代表的(甲基)丙烯酸酐的方法 (Ⅰ)其中-R1代表H或CH3；和-R2代表烷基、鏈烯基、芳基、烷芳基或芳烷基殘基；該方法包括使下列通式(Ⅱ)的(甲基)丙烯酸堿金屬鹽 (Ⅱ)其中-R1如上所定義；和-M為堿金屬；與下列通式(Ⅲ)的氯代甲酸酯反應 (Ⅲ)其中，R2如上所定義，本方法的特征在于所述反應在含水介質中、在不存在胺的條件下進行，氯代甲酸酯(Ⅲ)/(甲基)丙烯酸堿金屬鹽(Ⅱ)的摩爾比至少等于1.15。
2．根據(jù)權利要求1的方法，其特征在于采用化合物(Ⅱ)和(Ⅲ)進行所述反應，其中-R2選自C1-C40烷基、C2-C40鏈烯基、苯基、苯基-(C1-C40烷基)和(C1-C40烷基)-苯基殘基；和-M代表Na或K。
3．根據(jù)權利要求1和2中任一項的方法，其特征在于氯代甲酸酯(Ⅲ)/(甲基)丙烯酸堿金屬鹽(Ⅱ)的摩爾比可以為1.15-2、優(yōu)選1.5-1.7。
4．根據(jù)權利要求1-3的方法，其特征在于所述反應在-10至+30℃、優(yōu)選在+10至+20℃下進行。
5．根據(jù)權利要求1-4中任一項的方法，其特征在于通過用氫氧化物MOH中和(甲基)丙烯酸來在水溶液中制備(甲基)丙烯酸堿金屬鹽(Ⅱ),MOH/(甲基)丙烯酸的摩爾比為1-1.5，水/(甲基)丙烯酸堿金屬鹽(Ⅱ)的重量比為1.5-7，其后使氯代甲酸酯(Ⅲ)與(甲基)丙烯酸堿金屬鹽(Ⅱ)反應。
6．根據(jù)權利要求5的方法，其特征在于MOH/(甲基)丙烯酸(Ⅱ)的摩爾比為1-1.1，水/(甲基)丙烯酸堿金屬鹽(Ⅱ)的重量比為1.5-2。
7．根據(jù)權利要求1-6中任一項的方法，其特征在于(甲基)丙烯酸堿金屬鹽(Ⅱ)與氯代甲酸酯(Ⅲ)的反應在溶于或固定于聚合物載體上、尤其是以每摩爾(甲基)丙烯酸堿金屬鹽(Ⅱ)0.001-0.02摩爾、特別是0.005-0.01摩爾使用的相轉移催化劑存在下進行。
8．根據(jù)權利要求7的方法，其特征在于所述相轉移催化劑選自季銨鹽、鏻鹽和冠醚。
9．根據(jù)權利要求1-8中任一項的方法，其特征在于如果所述催化劑固定在聚合物載體上則在反應結束時，于室溫下傾析兩相或三相反應混合物，于室溫下用水充分洗滌，然后于低于或等于35℃下，減壓除去含有混合酸酐(Ⅰ)和過量氯代甲酸酯(Ⅲ)的有機相的揮發(fā)物。
10．根據(jù)權利要求1-9中任一項的方法，其特征在于以相對于羧酸堿金屬鹽(Ⅱ)或相對于其前體(甲基)丙烯酸為500-5000ppm、特別是500-1000ppm的量的比例，向所述反應介質中導入至少一種聚合抑制劑。
11．根據(jù)權利要求10的方法，其特征在于所述聚合抑制劑選自氫醌甲基醚、氫醌、酚噻嗪和二叔丁基對甲基酚。
全文摘要
本發(fā)明涉及通過使式(Ⅱ)的(甲基)丙烯酸堿金屬鹽和式(Ⅲ)的氯代甲酸酯反應制備式(Ⅰ)的混合(甲基)丙烯酸酐的方法;在含水介質中、在不存在胺的條件下進行所述反應,式(Ⅲ)的氯代甲酸酯/(甲基)丙烯酸堿金屬鹽(Ⅱ)的摩爾比至少等于1.15。R
文檔編號C07C69/653GK1289320SQ9980253
公開日2001年3月28日 申請日期1999年1月28日 優(yōu)先權日1998年2月2日
發(fā)明者J·－M·保爾, A·里翁代, F·法比斯, S·勞爾特 申請人:埃勒夫阿托化學有限公司