用于制備噁唑烷酮化合物的方法
【專(zhuān)利說(shuō)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(yīng)的步驟。本發(fā)明進(jìn)一步涉及可通過(guò)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(chǎn)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(guò)根據(jù)本發(fā)明的方法使用每分子具有兩個(gè)或更多 個(gè)NC0基團(tuán)的異氰酸酯化合物和每分子具有兩個(gè)或更多個(gè)環(huán)氧基團(tuán)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(gè)衍生自異氰酸酯化合物的單元和至少兩個(gè)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(yīng)性在有機(jī)合成中是有用的中間體。在許多化學(xué)過(guò)程 中，環(huán)氧化物與雜累積多?。╤eterocumulene)的環(huán)加成反應(yīng)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(yīng)用中廣泛使用的結(jié)構(gòu)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(duì)其"一鍋法"合成的途徑。在早期報(bào)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(yīng)性的極性溶劑， 長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間和低選擇性是十分常見(jiàn)的。因此，對(duì)合適的催化劑體系的開(kāi)發(fā)和對(duì)改進(jìn)的反應(yīng) 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(yīng)產(chǎn)生線性低聚噁唑烷酮或聚噁唑烷酮。為 了使它們?cè)谏叩臏囟认氯刍铱捎米鳠崴苄运芰?，化學(xué)轉(zhuǎn)化應(yīng)具有對(duì)噁唑烷酮的高選擇 性。
[0004] 關(guān)于催化劑，這些對(duì)于異氰酸酯與環(huán)氧化物的反應(yīng)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(yīng)用1〇1]1〇1%的催化劑運(yùn)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(jī)錫化合物的毒性，使用其是不利的。更進(jìn)一步地，5 mol%的催化劑濃 度是相當(dāng)高的。由于催化劑將保留在最終的聚合物產(chǎn)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(guò)如下步驟進(jìn)行：在至少 115°C的溫度下加熱溶解在惰性有機(jī)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(gè)小時(shí)的時(shí)間內(nèi)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(yīng)基本上完成。然后，將聚合材料從溶劑分離。
[0006] W0 86/06734公開(kāi)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(yīng)可成批或連續(xù)運(yùn)行。然而，在W0 86/06734中未公開(kāi)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(kāi)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(yīng)由2-苯基咪唑催化。未公開(kāi)使用路易斯酸作為催化劑。
[0008] US 3, 020, 262公開(kāi)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(yīng)條件將是所需要的：其導(dǎo)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(duì)有毒的(助）催化劑的使用。與較低的催化劑負(fù)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(guò)用于制備噁唑烷酮化合物的方法來(lái)實(shí)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(yīng)，其中該反應(yīng)在 不存在堿強(qiáng)度pK b< 5的堿的情況下進(jìn)行，該反應(yīng)在多150°C的溫度下進(jìn)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(gè)或 更多個(gè)單獨(dú)的添加步驟，其中在每個(gè)單獨(dú)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(yīng)條件，即異氰酸酯化合物的相當(dāng)緩慢的 添加，比較高的反應(yīng)溫度和路易斯酸性催化劑的使用，導(dǎo)致了所需要的(線性）噁唑烷酮化 合物。副反應(yīng)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(dāng)以半成批模式添加異氰酸酯時(shí)，與以成批模式添加異氰酸酯相比，對(duì)于異氰酸酯的全 部轉(zhuǎn)化需要更短的反應(yīng)時(shí)間。
[0013] 如在此使用的，術(shù)語(yǔ)"噁唑烷酮化合物"旨在表示可通過(guò)單異氰酸酯與單環(huán)氧化物 反應(yīng)獲得的單噁唑烷酮化合物。更進(jìn)一步地，該術(shù)語(yǔ)旨在表示可通過(guò)多異氰酸酯與單環(huán)氧 化物的反應(yīng)，單異氰酸酯與多環(huán)氧化物的反應(yīng)或多異氰酸酯與多環(huán)氧化物的反應(yīng)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(shù)語(yǔ)"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(gè)或更多個(gè)NC0基團(tuán))，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(yù)聚物。
[0015] 如在此使用的，術(shù)語(yǔ)"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(gè)或更多個(gè)環(huán)氧基團(tuán))。
[0016] 如在此使用的，術(shù)語(yǔ)"路易斯酸"遵從由IUPAC給出的定義作為分子實(shí)體(和對(duì)應(yīng) 的化學(xué)物種)，其為電子對(duì)受體且因此通過(guò)共享由路易斯堿提供的電子對(duì)而能夠與路易斯 堿反應(yīng)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(nèi)的金屬離子或金屬離 子絡(luò)合物。伴隨路易斯酸催化劑的對(duì)應(yīng)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(duì)-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(biāo)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(gè)特征是反應(yīng)在不存在堿強(qiáng)度pKb< 5的堿的情況下進(jìn) 行。優(yōu)選該pKb值< 2,更優(yōu)選< 0,甚至更優(yōu)選< -1.5。堿強(qiáng)度可由對(duì)應(yīng)的酸在25°C下 在水溶液中的解離常數(shù)pKa來(lái)確定。在多元堿化合物的情況下，使用第一解離步驟的堿強(qiáng) 度。從pKb值的角度來(lái)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(qiáng)堿本身帶來(lái)的不需要的副反應(yīng)之 外，對(duì)用于醇鹽的溶劑例如醇的使用可導(dǎo)致由末端氨基甲酸酯基團(tuán)的形成(與NC0基團(tuán)）造 成的或由末端醚基團(tuán)的形成(與環(huán)氧基團(tuán)）造成的鏈終止。
[00