專利名稱：從環(huán)氧化物制造酯的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及連位二酯的制造方法。
背景技術：
已經發(fā)現各種含有硅氧烷的單體具有在制造醫(yī)用器械，比如眼科器械，特別是具有改善了氧氣透過率的軟接觸鏡時使用的原料的用途。一類適用的單體包括甲基丙烯酸三和二(三甲基甲硅氧基)甲硅基烷基甘油酯(SiAGMA)。在合成SiAGMA的過程中，還產生某些丙烯酸二酯雜質。在SiAGMA與其它形成聚合物的組分聚合的過程中，該丙烯酸二酯或自由基活性的二官能基團起著交聯劑的作用。因此，必須對該丙烯酸二酯的濃度進行控制，以確保得到的醫(yī)用器械的性能不要改變到不可接受的程度。
制備1，2-二酯的傳統(tǒng)方法涉及到在堿存在下用酰氯或酸酐處理1，2-二元醇。然而比如三甲基甲硅基醚之類的官能基對這樣的條件是敏感的，需要再進行提純以得到高純度的所需產物。用來制造連位二酯的一個方法在酸酐和甲基丙烯酸存在下用胺來催化環(huán)氧化物的親核開環(huán)，以形成含有連位甲基丙烯酸根的化合物的部分丙烯酸化的混合物。在制造單官能自由基活性單體的過程中得到的二官能的自由基雜質，必須使用不同的合成途徑或使用各種提純的步驟進行控制。在單體材料中制造出具有自由基活性的官能基，而且它們強烈地依存于各種方式的合成后提純的方法。
因此，在先有技術中就需要以高產率和高純度制造連位二酯的方法。
發(fā)明概要本發(fā)明涉及一種方法，該方法包括在環(huán)氧開環(huán)催化劑存在下，使一種取代的環(huán)氧化物，優(yōu)選是含有硅氧烷的取代環(huán)氧化物與至少一種羧酸和至少一種保護劑反應，形成連位二烷基酯或連位二甲硅基酯的步驟。更具體說，本發(fā)明涉及一種方法，該方法包括在大約60℃以上的溫度下，使取代環(huán)氧化物與至少一種環(huán)氧開環(huán)催化劑、至少一種羧酸、至少一種保護劑和至少一種阻聚劑反應，以形成通式VI或VII化合物的步驟通式VI 通式VII 其中，R2是與所述環(huán)氧化物相比，與含氧親核試劑反應更慢的任何基團，R5是具有1～10個碳原子的直鏈或支鏈烷基或烯基，而R6是所述能夠形成酯鍵或醚鍵的保護基團殘基。通過本發(fā)明方法形成的連位二烷基酯或連位二烯丙基酯可用作用于生物醫(yī)學器械，特別是用于眼科器械比如接觸鏡的聚合組分。
發(fā)明詳述適用的取代環(huán)氧化物包括如下通式I的化合物 其中R1是與該環(huán)氧基團相比與含氧親核試劑反應更慢的任何取代基。優(yōu)選的取代環(huán)氧化物包括在通式II中所示的化合物 其中R2是與該環(huán)氧基團相比與含氧親核試劑反應更慢的任何取代基。適當的R2基團的例子包括酯、酰胺、取代或未取代的烷基、硅氧烷、醚等。特定而又是非限定性的例子包括被至少一個含硅取代基，優(yōu)選被至少一個硅氧烷鏈取代的C1～C3烷基。適當的取代環(huán)氧化物的特定例子包括通式III的化合物 其中R3和R4獨立地選自具有1～3個碳原子的烷基，n是1～3，x是0～3。更具體說，取代環(huán)氧化物可以是甘油氧丙基七甲基三硅氧烷。
可以用幾種方法形成環(huán)氧化物，這些方法包括但不限于用過氧酸氧化烷烴、通過其中具有反式環(huán)氧鹵代烷片段的分子內SN2反應形成、在α，β-不飽和羰基化合物上加成親核氧化劑(比如過氧化氫的堿性溶液)和使化物與羰基化合物反應。
另外，通過對已經形成的含有烯丙基官能團的環(huán)氧化物進行氫硅甲基化可以制備被含硅基團取代的環(huán)氧化物。這些方法對先有技術的專業(yè)人員是公知的，對于環(huán)氧化物和被含硅基團取代的環(huán)氧化物的合成路線的清單決不會將本發(fā)明的范圍限制在這些制備當中。
按照本發(fā)明的方法，取代環(huán)氧化物與至少一種可溶性羧酸鹽R5CO2X、至少一種羧酸R5CO2H和至少一種能夠阻斷自由基活性片段與羥基反應的保護劑反應。適當的保護劑包括酸酐、三甲基甲硅基氯、烯丙基鹵等。酸酐是優(yōu)選的保護劑。適當的酸酐包括具有通式R5CO2OCR5的化合物。R5可以相同或不同，可選自具有1～10個碳原子的直鏈或支鏈烷基和烯基。優(yōu)選的R5選自具有1～5個碳原子的烯基，更優(yōu)選是乙烯基、苯乙烯基、烯丙基。在羧酸鹽、羧酸和保護劑中優(yōu)選R5是相同的。
在羧酸鹽打開環(huán)氧烷烴的環(huán)以后，保護劑與羥基反應，避免金屬烷氧化物從羧酸變?yōu)轸然⑾拗芆H與在反應混合物中存在的其它活性基團反應。因此，使用保護劑使得能夠以超過80％的純度得到所需產物，優(yōu)于任何提純的方法。
在本發(fā)明的第一步中使用的環(huán)氧開環(huán)催化劑可以是先有技術已知可以打開環(huán)氧環(huán)的任何催化劑。適當的環(huán)氧化物開環(huán)催化劑包括Lewis酸、Lewis堿、Bronsted酸和卟啉絡合物或者它們的組合。一類優(yōu)選的環(huán)氧化物開環(huán)催化劑包括羧酸鹽。對于此羧酸鹽，適當的陽離子包括堿金屬比如Li、Na、K和銨。優(yōu)選的所述陽離子是Li或Na，優(yōu)選的羧酸鹽包括甲基丙烯酸Li和甲基丙烯酸Na。環(huán)氧化物開環(huán)催化劑應該在所選擇的反應溫度下可溶于所選擇的反應溶劑。環(huán)氧化物開環(huán)催化劑的添加量要足以催化該反應，基于該環(huán)氧化物優(yōu)選可直至大約0.5eq.。
在一個優(yōu)選的實施方案中，該羧酸是甲基丙烯酸，保護劑是酸酐，優(yōu)選是甲基丙烯酸酐，環(huán)氧化物開環(huán)催化劑是甲基丙烯酸堿金屬鹽。
基于環(huán)氧化物的量，羧酸的用量為大約0.01～大約0.2摩爾當量，優(yōu)選為大約0.05～大約0.15摩爾當量。
保護劑使用得稍為過量，基于環(huán)氧化物的量，其用量優(yōu)選為大約1～大約1.5摩爾當量，優(yōu)選為大約1～大約1.1摩爾當量。
反應混合物還可以含有阻聚劑?？梢允褂萌魏巫杂苫杈蹌m當的非限定性的例子包括MEHQ、BHT、酚噻嗪、氫醌和它們的混合物。阻聚劑的用量為大約1～大約1,000ppm，更優(yōu)選為大約1～大約750ppm。
可以使用稍為過量的羧酸作為溶劑，或者可以使用任何惰性溶劑。適當的惰性溶劑是在所選擇的反應條件下無助于或者無損于所需反應的溶劑，包括但不限于非親核的溶劑，比如DMF、苯、THF和它們的混合物。
反應在高溫下，優(yōu)選在高于大約60℃，更優(yōu)選為大約80～大約120℃之間的溫度下進行。
適當的反應時間包括至少大約4小時，優(yōu)選至少大約6小時，更優(yōu)選在大約6～大約15小時之間。先有技術的專業(yè)人員都能夠理解，溫度和反應時間成反比的關系，反應溫度越高，則所需的反應時間越短，反之亦然。也可以改變影響反應的其它反應條件，比如催化劑濃度來改變本發(fā)明方法的反應時間和溫度。
反應產物是如下通式VI或VII的化合物通式VI
通式VII 其中R2、R5如在前面所定義，R6是能夠形成酯鍵或醚鍵的保護劑殘基。
在一個實施方案中，保護劑是酸酐，本發(fā)明方法的產物是含有硅氧烷片段的二酯，其純度為至少大約80％。通過用快速級硅凝膠處理己烷的溶液，可進一步提高二酯的純度。將此硅凝膠的漿液攪拌(研制)幾個小時再過濾，除去明顯數量的其極性大于所需產物的雜質。另外，通過其它的提純方法，比如超臨界流體萃取，可以提高連位二酯的純度。
因此，本發(fā)明的方法提供了單罐串聯的化學轉化，在此反應中，環(huán)氧化物首先通過與羧酸鹽的反應而被開環(huán)，得到的醇立即被酸酐封閉形成所需的連位二酯。由于在反應混合物中羥基是短命的，所以避免了由于在反應混合物中存在有羥基和硅氧烷片段而發(fā)生的副反應。
為了說明本發(fā)明，提供了如下的實施例。這些實施例并不限制本發(fā)明。它們僅僅意味著推薦一種實施本發(fā)明的方法。在接觸鏡和其它專門領域中所認識到的知識可以找到實施本發(fā)明的其它方法。然而相信這些方法都在本發(fā)明的范圍內。
實施例1在一個裝有磁性攪拌棒、熱點偶和干燥管的100mL干燥三頸圓底燒瓶中依次加入如下數量的反應物1.47g 甲基丙烯酸鋰(0.016mol)12.9mg丁基化的氫醌16.17g甲基丙烯酸酐(0.105mol)17.20g甲基丙烯酸(0.2mol)33.60g甘油氧丙基七甲基三硅氧烷(0.1mol)激烈攪拌混合物，在100℃下加熱7.5小時。一旦反應完成，將其冷卻到室溫，并轉移到500mL的分液漏斗中。
用100mL的己烷稀釋有機層，用3×200mL的0.5N氫氧化鈉水溶液洗滌，再用3×100mL的2.5％氯化鈉水溶液洗滌。用0.5g硫酸鈉干燥有機層，用燒結玻璃漏斗過濾物料。
用15g硅凝膠處理過濾液，將該系統(tǒng)研制3小時。用燒結玻璃漏斗過濾有機層，再使用15g硅凝膠重復研制3小時。在用燒結玻璃漏斗過濾以后分離出所需產物，任何在＜10mbar的真空下，在55℃下使揮發(fā)組分蒸發(fā)。在研制前和研制后連位二酯的純度如在下面表1中所示。
實施例2-6重復在實施例1中敘述的反應，但條件變化為如在表1中所示。在研制前和研制后連位二酯的純度也顯示在表1中。
表1

權利要求
1.一種包括如下步驟的方法，即在高于大約60℃的溫度下，使取代環(huán)氧化物與至少一種環(huán)氧化物開環(huán)催化劑、至少一種羧酸、至少一種保護劑和至少一種阻聚劑反應至少大約4h，得到通式VI或通式VII的化合物，通式VI 通式VII 其中R2是與所述環(huán)氧化物相比，與含氧親核試劑反應更慢的任何基團，R5是具有1～10個碳原子的直鏈或支鏈烷基或烯基，而R6是所述能夠形成酯鍵或醚鍵的保護基團殘基。
2.如權利要求1的方法，其中所述取代的環(huán)氧化物是通式II的化合物， 其中，R2選自酯、酰胺、取代或未取代的烷基、硅氧烷和醚。
3.如權利要求2的方法，其中R2選自被至少一個含硅取代基取代的C1～C3烷基。
4.如權利要求1的方法，其中所述取代的環(huán)氧化物是通式III的化合物 其中R3和R4獨立地選自具有1～3個碳原子的烷基，n是1～3，x是0～3。
5.如權利要求1的方法，其中所述保護劑選自酸酐、三甲基甲硅基氯和烯丙基鹵。
6.如權利要求5的方法，其中所述保護劑是具有通式R5CO2OCR5的酸酐，其中R5可以相同或不同，選自具有1～10個碳原子的直鏈或支鏈烷基和烯基。
7.如權利要求5的方法，其中R5選自具有1～5個碳原子的烯基。
8.如權利要求5的方法，其中R5選自乙烯基、苯乙烯基和烯丙基。
9.如權利要求1的方法，其中所述羧酸是R5CO2H，其中R5選自具有1～10個碳原子的直鏈或支鏈烷基和烯基。
10.如權利要求9的方法，其中R5選自具有1～5個碳原子的烯基。
11.如權利要求9的方法，其中R5是乙烯基、苯乙烯基和烯丙基。
12.如權利要求1的方法，其中所述環(huán)氧化物開環(huán)催化劑選自Lewis酸、Lewis堿、Bronsted酸和卟啉絡合物。
13.如權利要求1的方法，其中所述環(huán)氧化物開環(huán)催化劑包括堿金屬鹽。
14.如權利要求13的方法，其中所述堿金屬鹽包括至少一種選自Li、Na、K和銨的陽離子。
15.如權利要求13的方法，其中所述堿金屬鹽包括甲基丙烯酸Li或甲基丙烯酸Na。
16.如權利要求1的方法，其中基于環(huán)氧化物，所述環(huán)氧化物開環(huán)催化劑的添加量為直至大約0.5eq.。
17.如權利要求1的方法，其中基于環(huán)氧化物的量，所述羧酸的使用量為大約0.01至大約0.2摩爾當量。
18.如權利要求1的方法，其中基于環(huán)氧化物的量，所述保護劑的使用量為大約1至1.5摩爾當量。
19.如權利要求1的方法，其中所述阻聚劑選自MEHQ、BHT、酚噻嗪、氫醌和它們的混合物。
20.如權利要求1的方法，其中所述阻聚劑的用量為大約1至大約1000ppm。
21.一種方法，該方法包括在大約60℃以上的溫度，使甘油氧丙基七甲基三硅氧烷與至少一種羧酸鹽、至少一種羧酸、至少一種保護劑和至少一種阻聚劑反應至少4小時，以形成甲基丙烯酸二(三甲基甲硅氧基)甲硅基烷基甘油酯的步驟。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種方法，該方法包括在環(huán)氧化物開環(huán)催化劑存在下，使取代的環(huán)氧化物，優(yōu)選是含有硅氧烷的取代環(huán)氧化物與至少一種羧酸和至少一種保護劑反應，形成連位二烷基酯或連位二甲硅基酯的步驟。
文檔編號C07C67/26GK1816517SQ200480018712
公開日2006年8月9日 申請日期2004年6月29日 優(yōu)先權日2003年6月30日
發(fā)明者F·F·莫洛克, J·赫普廷, S·馬哈德文 申請人:莊臣及莊臣視力保護公司