制备烷基咪唑啉酮(甲基)丙烯酸酯的方法

专利名称：制备烷基咪唑啉酮(甲基)丙烯酸酯的方法技术领域：本发明涉及一种方法用以制造下式化合物 其中-R1表示氢或甲基;-A及B各表示直键或支键的C2-C5亚烷基，该方法由至少一种下式的(甲基)丙烯酸酯 其中-R1具上述定义;及-R2表示C1-C4烷基，与下式的杂环醇反应 其中A及B具上述定义。此类式(Ⅰ)化合物在聚合物结构中的地位已为已知，它们可用于涂覆和粘合剂，尤其在美国专利US-A-2，871，223的处理纸张和织物，同时其可用为处理皮革的试剂，及制造乳液涂料。乙基咪唑啉酮甲基丙烯酸酯(EIOM)主要用为湿式粘合促进剂。上述方法可由欧洲专利申请EP-A-0，236，994得知，其催化剂是选自醇钛如钛酸四烷基酯，及Ti，Zr，Fe或Zn与1，3-二羰基化合物的螯合物。由欧洲专利申请EP-A-0，433，135亦可知，对此一相同反应使用的催化剂有氧化二烷基锡，二烷基二烷醇锡及二烷基锡二酯。氧化二正丁基锡(DBTO)亦可能在其他文献中被提及。此反应利用此类催化剂进行具选择性并且可转到工厂规模施行。但是，在合成EIOM之具体例中，寻求对羟乙基咪唑啉酮(HEIO)达到可能的最完全转化，其中以DBTO为催化剂且需要至低103℃的温度，这是难与反应介质的低热稳定性相容的。因此，人们在寻求一种可容许较低温度，不同于DBTO及其类似物的催化剂。至今已发现使用钙与一种1，3-羰基化合物的螯合物，尤其是乙酰丙酮酸钙(Ca(ac-ac)2)，或此类螯合物与锡的二烷基氧化物，二烷基二烷醇盐及二烷基二酯的至少其中一种混合，可能使反应在温度低于100℃施行(尤其是95℃-96℃)，且同时由EIOM的收率及HEIO的转化率观点而言具有可比较性的结果。本发明的主题是制造如上述定义的式(Ⅰ)化合物的方法，在至少一种选自钙与1，3-二羰基化合物的螯合物存在下进行。在二羰基化合物的实例中可提及一种β-酮酸的酯类，如乙酰乙酸酯，或一种1，3-二酮如乙酰丙酮、3-甲基乙酰丙酮、苯甲酰丙酮、二苯甲酰甲烷、2，4-己二酮、3，5-庚二酮、3-苯基乙酰丙酮、4，4，4-三氟-1-苯基-1，3-丁二酮、2，2，6，6-四甲基-3，5-庚二酮、1，1，1-三氟-5，5-二甲基-2，4-己二酮及1，1，1-三氟-2，4-戊二酮。根据本发明，尤其是乙酰丙酮酸钙可视为一种有效的催化剂。如式(Ⅱ)反应物的实例中，可特别地被提及者有丙烯酸和甲基丙烯酸的甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基和异丁基酯。如式(Ⅲ)的杂环醇之一实例中，特别地被提及者为1-(2-羟乙基)-2-咪唑啉酮(HEIO)。根据本发明，施行本方法所使用的催化剂量一般为每摩尔式(Ⅲ)杂环醇约0.05%和2%摩尔之间，较佳约为0.1和1摩尔%之间。更甚者，其可更优异地使用至少一种附加的催化剂，选自锡的二烷基氧化物，二烷基二烷醇盐及二烷基二酯，尤其是氧化二正丁基锡(DBTO)。附加的催化剂量与钙螯合物型的催化剂相同。根据本发明，此反应可施行于存在有过量的一种或其他反应物的情况下。但是，建议的式(Ⅱ)(甲基)丙烯酸酯/式(Ⅲ)杂环醇的摩尔比为约1.1至7.0之间，较佳在2.0至6.0之间。总而言之，当本方法是于(甲基)丙烯酸酯相对于杂环醇摩尔倍数极大过量时，可得到式(Ⅰ)化合物于(甲基)丙烯酸酯中的溶液，其可直接用于某些应用中，如得到涂料和涂覆层或可用于处理皮革。根据本发明，此方法较佳于存在有至少一种聚合作用抑制剂时进行反应，其所使用的量为基于式(Ⅲ)杂环醇重量的例如0.05至0.5%重量。可使用的聚合作用抑制剂实例中，特别被提及者为吩噻嗪、对苯二酚甲基醚、二叔丁基邻苯二酚、对苯二酚、对苯胺基酚、对亚苯基二胺及其按各种比例的混合物。根据本发明，此方法较佳于不高于常压的压力进行反应，例如介于0.3及1巴之间。此反应较有利的是于空气气泡中进行。其进行是混合式(Ⅱ)的(甲基)丙烯酸酯与式(Ⅲ)的杂环醇，加热此反应混合物至回流，一般于约85至100℃的温度，此温度取决于醇和(甲基)丙烯酸酯的具体性质及所使用的催化剂体系。根据本发明，建议的实施方法是在加入催化剂之前达到最大去水作用，以避免后者被水的去活化作用。例如，此结果可因加热式(Ⅱ)的(甲基)丙烯酸酯与式(Ⅲ)的杂环醇和聚合作用抑制剂的初始混合物至回流而达到，接着利用蒸馏而分离(甲基)丙烯酸酯和水的共沸物。在此阶段，在分离馏出液及充分冷却反应混合物以冷凝塔中所有蒸汽后，于是将催化剂导入反应混合物中。根据本发明，反应时间依反应条件而定，如温度、压力和使用的催化剂量，反应时间一般约为1至10小时，其亦依所用反应物的性质而定。此反应混合物于是加热回流直至塔顶温度达到(甲基)丙烯酸酯与在反应中形成的化学式为R2OH的醇两者的共沸物的蒸馏温度。此蒸馏温度对甲醇和甲基丙烯酸甲酯的共沸物约为65℃，对乙醇和甲基丙烯酸乙酯的共沸物约为82℃，对乙醇和丙烯酸乙酯的共沸物约为84℃。无论塔存在何种化合物，塔顶温度需维持在低于约120℃，若必要时需使用减压以避免任何聚合作用的可能。可能的过量(甲基)丙烯酸酯接着可以蒸发方式移去，从而由反应介质中分离出式(Ⅰ)化合物，一般为固态;于是，1-(2-羟乙基)-2-咪唑啉酮丙烯酸酯为熔点43℃的白色晶形固体，其于冷却状态可溶于酮类、醇类、芳香族烃类和水，于冷却状态不溶于饱和的烃类，且在0℃于丙烯酸乙酯中沉淀。1-(2-羟乙基)咪唑啉酮甲基丙烯酸酯为熔点47℃的白色晶形固体，具有与上述产物相同的溶解度性质。蒸发步骤的结果，此固态晶形产物可进一步以低碳醇如甲醇和/或以石油醚清洗，接着过滤和干燥以纯化。分离化合物(Ⅰ)亦可采用部分蒸发(甲基)丙烯酸酯，接着在足够低的温度(较佳为低于或等于0℃)及足够长的期间(其可能长达15小时)条件下结晶，然后过滤，接着进行上述的纯化步骤。最后，由含有式(Ⅰ)化合物的溶液中将其分离的第三种方法包括用水萃取，接着分开两相，蒸发(甲基)丙烯酸酯以及如上述的纯化步骤。以下的实施例仅为说明本发明而非对其限制。于此等实施例中，百分率除非特别指出是以重量表示。实施例1(比较例)和本发明实施例2至17一般步骤向装置有一测温度探头(于底端)，一可变速机械搅拌及一装填料的绝热式塔柱、且装载有一回流头的玻璃夹套反应器中加入130克HEIO及560克MMA，同时加入0.12克吩噻嗪(PTZ)及0.15克对苯二酚甲基醚(HQME)作为稳定剂。使用HQME于MMA的0.1%溶液建立使塔顶稳定的手段。以塔顶温度为98-100℃及塔底低于或等于100℃使反应器的内容物回流1小时以移去MMA-水的共沸物。接着将一种或多种催化剂以所表示的量加入反应器，同时MMA的需用量达到依MMA/HEIO摩尔比例＝5.2。压力调至使反应器的温度维持于下表中的T℃。MMA/MeOH共沸物的移去依调定的塔顶温度(共沸物沸点+2)来调节。当甲醇被移去的量相当于预期的量时，反应持续至不再观察到有甲醇的生成为止(塔顶温度＝MMA的沸点)，在全回流条件与所考虑的压力条件下。冷却后，取得精EIOM，分析得知具有30-40%之EIOM。EIOM的收率与HEIO的转化率的确定是以粗反应产物依下列方程式以HPLC液相色谱分析而得HEIO转化率(%)＝ ((初始HEIO-最终HEIO))/(初始HEIO) ×100EIOM率(%)＝ (生成EIOM摩尔数)/(初始HEIO摩尔数) ×100对于所进行之不同的测试结果列于下表中。 本表中的比较测试显示，使用Ca(acac)2及Ca(acac)2+DBTO比使用DBTO用以合成EIOM其更优异方面在于-较低的反应温度，所以在过程中具更高安全性与较易控制;-EIOM的收率与HEIO的转化率数值较佳于用DBTO的情况。权利要求1.一种制造下式化合物的方法 其中-R1表示氢或甲基；-A及B各表示直键或支键的C2-C5亚烷基，该方法包括由至少一种下式的(甲基)丙烯酸酯 其中-R1具上述定义；及-R2表示C1-C4烷基，与下式的杂环醇反应 其中A及B具上述定义，并且存在有至少一种催化剂，其选自钙与1，3-二羰基化合物的螯合物。2.按权利要求1的方法，其中的钙螯合物为钙与一种β-酮酯酯的螯合物，如乙酰乙酸酯，或一种1，3-二酮如乙酰丙酮、3-甲基乙酰丙酮、苯甲酰丙酮、二苯甲酰甲烷、2，4-己二酮、3，5-庚二酮、3-苯基乙酰丙酮、4，4，4-三氟-1-苯基-1，3-丁二酮、2，2，6，6-四甲基-3，5-庚二酮、1，1，1-三氟-5，5-二甲基-2，4-己二酮及1，1，1-三氟-2，4-戊二酮。3.按权利要求2的方法，其中用乙酰丙酮酸钙作为催化剂。4.按权利要求1至3中任一项的方法，其中所使用的催化剂量为每摩尔式(Ⅲ)杂环醇使用由0.05%至2%摩尔。5.按权利要求1至4中任一项的方法，其中使用至少一种附加的催化剂，其选自氧化二烷基锡，二烷基二烷醇锡及二烷基锡二酯。6.按权利要求5的方法，其中使用氧化二正丁基锡作为附加的催化剂。7.按权利要求5或6的方法，其中所使用的附加催化剂量为每摩尔式(Ⅲ)杂环醇使用由0.05%至2%摩尔。8.按权利要求1至7中任一项的方法，其中反应进行的温度于85和100℃之间。9.按权利要求1至8中任一项的方法，其中所使用式(Ⅱ)的(甲基)丙烯酸酯对式(Ⅲ)的杂环醇的摩尔比为1.1至7.0之间。10.按权利要求1至9中任一项的方法，其中反应进行时间在1和10小时之间，且采用不超过常压的压力。11.按权利要求1至10中任一项的方法，其中反应是在至少一种聚合作用抑制剂存在下进行，其选自吩噻嗪、对苯二酚甲基醚、二叔丁基邻苯二酚、对苯二酚、对苯胺基酚、对亚苯基二胺及其各种比例之混合物。全文摘要制备烷基咪唑啉酮(甲基)丙烯酯的方法化合物(I)是由至少一种(甲基)丙烯酸酯(II)与一种杂环醇(III)反应而制备，并且存在有至少一种催化剂，其选自钙与1，3-二羰基化合物的螯合物，如乙酰丙酮酸钙。文档编号C07D243/04GK1097742SQ9410406公开日1995年1月25日 申请日期1994年4月6日 优先权日1993年4月6日发明者G·赫斯特, A·里昂德尔 申请人:埃勒夫阿托化学有限公司