用于制备噁唑烷酮化合物的方法
【专利说明】用于制备噁唑烷酮化合物的方法
[0001] 本发明涉及用于制备噁唑烷酮化合物的方法，其包括在路易斯酸催化剂的存在下 使异氰酸酯化合物与环氧化物化合物反应的步骤。本发明进一步涉及可通过根据本发明的 方法获得的噁唑烷酮化合物，其根据ASTMD1209 - 05 (2011)确定的色度（colour)彡 200且噁唑烷酮化合物与异氰脲酸酯副产物的摩尔比率o/i为多85/15。最后，本发明涉及 低聚的或聚合的噁唑烷酮化合物，其可通过根据本发明的方法使用每分子具有两个或更多 个NC0基团的异氰酸酯化合物和每分子具有两个或更多个环氧基团的环氧化物化合物获 得，所述噁唑烷酮化合物包含至少一个衍生自异氰酸酯化合物的单元和至少两个衍生自环 氧化物化合物的单元，其根据ASTMD1209 - 05 (2011)确定的色度彡200。
[0002] 环氧化物由于它们的高反应性在有机合成中是有用的中间体。在许多化学过程 中，环氧化物与杂累积多稀（heterocumulene)的环加成反应是用于合成杂环化合物如〖惡挫 烧酮的有效的方法。噁挫烧酮是药物应用中广泛使用的结构模体（structural motif )，且 芳族环氧化物和异氰酸酯的环加成似乎是方便的对其"一锅法"合成的途径。在早期报道 (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))中昂贵的催化剂，反应性的极性溶剂， 长反应时间和低选择性是十分常见的。因此，对合适的催化剂体系的开发和对改进的反应 条件的鉴别是所需要的。
[0003] 二异氰酸酯与二环氧化物的催化反应产生线性低聚噁唑烷酮或聚噁唑烷酮。为 了使它们在升高的温度下熔化且可用作热塑性塑料，化学转化应具有对噁唑烷酮的高选择 性。
[0004] 关于催化剂，这些对于异氰酸酯与环氧化物的反应而言通常是已知的。例如，出版 物 H.-Y. Wu, J.-C. Ding 和 Y.-K. Liu, J. IndianChem. Soc.，80，36 (2003)讨论了 511113作为催化剂。然而，该反应用1〇1]1〇1%的催化剂运行。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 催化剂体系。由于有机锡化合物的毒性，使用其是不利的。更进一步地，5 mol%的催化剂浓 度是相当高的。由于催化剂将保留在最终的聚合物产物中，因此仅使用低量的催化剂是优 选的路线。
[0005] US 3, 471，442涉及热塑性聚合物的制备，所述制备通过如下步骤进行：在至少 115°C的温度下加热溶解在惰性有机溶剂中的二环氧化物单体的溶液，所述溶剂含有催化 量的碱金属醇盐。在约一个小时的时间内以少的增量将芳族二异氰酸酯添加至前述的溶 液，并在二异氰酸酯的增量添加已经完成后继续加热，直到二环氧化物与二异氰酸酯之间 的反应基本上完成。然后，将聚合材料从溶剂分离。
[0006] W0 86/06734公开了用于由环氧化物和异氰酸酯制备聚噁唑烷酮化合物的方法。 该反应可成批或连续运行。然而，在W0 86/06734中未公开将异氰酸酯化合物连续或分步 地添加至环氧化物化合物。
[0007] US 2010/227090公开了用于由环氧化物和异氰酸酯制备聚噁唑烷酮的方法。该反 应由2-苯基咪唑催化。未公开使用路易斯酸作为催化剂。
[0008] US 3, 020, 262公开了在三烷基胺，碱金属卤化物和卤化铵的存在下由环氧化物和 异氰酸酯制备2-噁唑烷酮的方法。
[0009] 鉴别这样的反应条件将是所需要的：其导致具有较高选择性的噁唑烷酮和聚噁唑 烷酮，其采用较少的催化剂且其避免了对有毒的(助）催化剂的使用。与较低的催化剂负载 量和较高的选择性相一致，能够获得具有减少的变色的低聚或聚合的噁唑烷酮化合物也将 是所需要的。
[0010] 本发明具有提供用于制备噁唑烷酮化合物的此种方法的目的。
[0011] 根据本发明，该目的通过用于制备噁唑烷酮化合物的方法来实现，其包括以下步 骤：在路易斯酸催化剂的存在下使异氰酸酯化合物与环氧化物化合物反应，其中该反应在 不存在碱强度pK b< 5的碱的情况下进行，该反应在多150°C的温度下进行，且以连续或分 步方式将异氰酸酯化合物添加至环氧化物化合物，所述分步方式在分步添加中具有两个或 更多个单独的添加步骤，其中在每个单独的添加步骤中添加的异氰酸酯化合物的量为待添 加的异氰酸酯化合物的总量的< 50 wt%。
[0012] 令人惊讶地，已经发现根据本发明的反应条件，即异氰酸酯化合物的相当缓慢的 添加，比较高的反应温度和路易斯酸性催化剂的使用，导致了所需要的(线性）噁唑烷酮化 合物。副反应例如异氰酸酯三聚可被抑制且可获得较少变色的低聚物或聚合物。令人惊讶 地，当以半成批模式添加异氰酸酯时，与以成批模式添加异氰酸酯相比，对于异氰酸酯的全 部转化需要更短的反应时间。
[0013] 如在此使用的，术语"噁唑烷酮化合物"旨在表示可通过单异氰酸酯与单环氧化物 反应获得的单噁唑烷酮化合物。更进一步地，该术语旨在表示可通过多异氰酸酯与单环氧 化物的反应，单异氰酸酯与多环氧化物的反应或多异氰酸酯与多环氧化物的反应获得的低 聚噁唑烷酮化合物和聚噁唑烷酮化合物。特别优选的低聚和聚噁唑烷酮化合物是线性的低 聚和聚噁唑烷酮化合物。
[0014] 如在此使用的，术语"异氰酸酯化合物"旨在表示单异氰酸酯化合物，多异氰酸酯 化合物(具有两个或更多个NC0基团)，NC0-封端的缩二脲、异氰脲酸酯、脲二酮、氨基甲酸 酯和NC0-封端的预聚物。
[0015] 如在此使用的，术语"环氧化物化合物"旨在表示单环氧化物化合物和多环氧化物 化合物(具有两个或更多个环氧基团)。
[0016] 如在此使用的，术语"路易斯酸"遵从由IUPAC给出的定义作为分子实体(和对应 的化学物种)，其为电子对受体且因此通过共享由路易斯碱提供的电子对而能够与路易斯 碱反应以形成路易斯加合物。因此，路易斯酸催化剂可为在该定义内的金属离子或金属离 子络合物。伴随路易斯酸催化剂的对应的路易斯碱优选具有低亲核性。例子包括溴根，碘 根，四苯基硼酸根，六氟磷酸根，triflate (三氟甲烧磺酸根）和tosylate (对-甲苯磺酸 根)。特别优选的亲核试剂的特征在于低亲核性，其具有的按CH3I标度（J. Am. Chem. Soc. 99:24 (1977) 7968)的值彡 2.0,更优选彡 4.0。
[0017] 根据本发明的方法的一个特征是反应在不存在碱强度pKb< 5的碱的情况下进 行。优选该pKb值< 2,更优选< 0,甚至更优选< -1.5。碱强度可由对应的酸在25°C下 在水溶液中的解离常数pKa来确定。在多元碱化合物的情况下，使用第一解离步骤的碱强 度。从pKb值的角度来看，NH 3的pK b值为4. 79,且OF离子的pKb值为-1. 74。叔丁醇钾 的pKb值为-3。
[0018] 待排除的特定的碱为醇盐例如丁醇盐。除了由强碱本身带来的不需要的副反应之 外，对用于醇盐的溶剂例如醇的使用可导致由末端氨基甲酸酯基团的形成(与NC0基团）造 成的或由末端醚基团的形成(与环氧基团）造成的链终止。
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