專利名稱：合成氨基甲酸酯化合物的改進方法
背景技術：
本發(fā)明涉及一種制備氨基甲酸酯化合物的方法。具體來說，本發(fā)明涉及使用一類能增加氨基甲酸酯化合物的生成速率同時大大降低副產(chǎn)物生成速率的催化劑。
氨基甲酸酯化合物是工業(yè)上非常重要的一類有機化合物。在許多有機化合物如殺微生物劑、農(nóng)藥和藥物試劑的合成中，氨基甲酸酯用作中間體。許多氨基甲酸酯本身就是人們熟悉的殺微生物劑、農(nóng)藥和藥物試劑。
氨基甲酸酯化合物可通過各種方法合成，這些方法包括在醇存在下酰胺與適當催化劑反應、醇與鹵化氰反應、次氯酸烷基酯與異腈反應、鹵代甲酸酯與胺反應和異氰酸酯與肟或醇反應。工業(yè)上制備氨基甲酸酯化合物最重要的方法是那些涉及異氰酸酯的方法。這類異氰酸酯制備法一般需要使用催化劑如金屬鹽使反應順利進行，通常會導致氨基甲酸酯產(chǎn)物中存在較大量副產(chǎn)物，其后必須化較大費用和工作來提純得到的氨基甲酸酯化合物。
EP 824 862 A(Hsu等人)公開了通過將某些二鹵代甲醛肟與適當?shù)漠惽杷狨ピ诖呋慷鹿瘐６』a存在下反應來制備某些二鹵代甲醛肟氨基甲酸酯的方法。盡管此類方法能得到所需的氨基甲酸酯，但反應速度慢，產(chǎn)物的產(chǎn)率低，且生成大量副產(chǎn)物。該專利申請既未介紹也未公開其它特殊催化劑。
EP 014 032A(Brand等人)公開了通過將炔醇與異氰酸酯任選在一種催化劑存在下反應，然后碘化的方法制備氨基甲酸碘丙炔酯的技術。提及有機和無機堿化合物以及金屬鹽通常作為可行的催化劑。該專利文獻未披露有關某些催化劑在氨基甲酯制備過程中減少副產(chǎn)物生成方面特別有效的內(nèi)容。
因此，一直以來都需要能快速、高效率和極少副產(chǎn)物產(chǎn)生的制備氨基甲酸酯化合物的方法。
本發(fā)明另一個目的在于通過權利要求1的方法生產(chǎn)的氨基甲酸酯化合物。發(fā)明詳述說明書中所用的下列術語具有如下定義，除非另有明確說明。
“鏈烷基”、“鏈烯基”和“鏈炔基”是指直鏈、支鏈或環(huán)狀碳鏈，或它們的任何組合形式?！胞u代”或“鹵原子”是指氟、氯、溴和碘?！胺蓟笔侵副交⑷〈交?、雜芳基和取代雜芳基?！叭〈蓟笔侵阜辑h(huán)上的一或多個氫被另外的取代基如氰基、羥基、(C1-C4)鏈烷基、硝基、巰基、(C1-C4)烷硫基、鹵和(C1-C4)烷氧基取代?！叭〈溚榛薄ⅰ叭〈溝┗?、“取代鏈炔基”是指碳鏈上的一或多個氫原子被其它取代基如氰基、羥基、(C1-C4)鏈烷基、硝基、巰基、(C1-C4)烷硫基、鹵和(C1-C4)烷氧基取代?！叭〈纪榛笔侵阜辑h(huán)或烷基鏈上的一或多個氫原子被氰基、羥基、(C1-C4)鏈烷基、硝基、巰基、(C1-C4)烷硫基、鹵和(C1-C4)烷氧基取代。“雜芳基”是指環(huán)內(nèi)有一或多個雜原子的5-7元芳環(huán)?！叭〈s芳基”是指芳環(huán)上的一或多個氫原子被另外的取代基如氰基、羥基、(C1-C4)鏈烷基、硝基、巰基、(C1-C4)烷硫基、鹵和(C1-C4)烷氧基取代。
所有的量均為重量百分比(“％(重)”)，除非另有注明，所有的范圍均包括本數(shù)。說明書全文中使用了如下縮寫g=克；mg=毫克；C=攝氏溫度；ml=毫升；mol=摩爾；mmol=毫摩爾；mm=毫米；v=體積；且GC=氣相色譜。
在從異氰酸酯制備氨基甲酸酯的過程中使用某一類催化劑能使氨基甲酸酯的產(chǎn)率提高，同時基本無副產(chǎn)物生成，本發(fā)明正是針對這一驚人發(fā)現(xiàn)。本發(fā)明方法可用來制備任何以異氰酸酯化合物為原料的氨基甲酸酯化合物。可通過本發(fā)明方法制備的適宜氨基甲酸酯包括但不限于丁氨基甲酸磺丙炔酯、N-甲基-二溴甲醛肟氨基甲酸酯、N-(2-氯乙基)-二溴甲醛肟氨基甲酸酯、N-(4-氯苯基)-二溴甲醛肟氨基甲酸酯、N-(2，4-二氯苯基)-二溴甲醛肟氨基甲酸酯、N-乙基-二溴甲醛肟氨基甲酸酯、N-(正丁基)-二溴甲醛肟氨基甲酸酯、N-(正辛基)-二溴甲醛肟氨基甲酸酯、N-(正己基)-二溴甲醛肟氨基甲酸酯和N-(4-甲基苯基)-二溴甲醛肟氨基甲酸酯。
任何能與含羥基化合物反應的異氰酸酯均適用于本發(fā)明方法，該異氰酸酯化合物可以是脂族、芳族、取代芳族、雜芳族或取代雜芳族異氰酸酯、適宜的脂族異氰酸酯包括但不限于異氰酸(C1-C12)鏈烷基酯、異氰酸取代(C1-C12)鏈烷基酯、異氰酸(C2-C12)鏈烯基酯、異氰酸取代(C2-C12)鏈烯基酯、異氰酸(C2-C12)鏈炔基酯、異氰酸取代(C2-C12)鏈炔基酯、異氰酸(C7-C12)芳烷基酯和異氰酸取代(C7-C12)芳烷基酯。適用于本發(fā)明的異氰酸酯的實例包括但不限于異氰酸苯酯、異氰酸芐酯、異氰酸甲酯、異氰酸乙酯、異氰酸丁酯、異氰酸-2，6-二氯苯酯。
適用于本發(fā)明的含羥基化合物是任何含羥基且能與異氰酸酯化合物反應的化合物。這類含羥基化合物包括醇和肟。適用于本發(fā)明的醇包括但不限(C1-C12)鏈烷醇、鹵代(C1-C12)鏈烷醇、(C2-C12)鏈烯醇、鹵代(C2-C12)鏈烯醇、(C2-C12)鏈炔醇、鹵代(C2-C12)鏈炔醇、(C1-C12)芳烷醇、鹵代(C1-C12)芳烷醇、苯酚、取代苯酚、異噻唑、取代異噻唑、萘酚和取代萘酚。優(yōu)選的醇包括甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、芐醇、苯乙醇、炔丙醇、鹵代炔丙醇和烯丙醇。
優(yōu)選含羥基化合物為一種肟化合物。任何只要能與異氰酸酯化合物反應的肟化合物都適用于本發(fā)明。適用于本方法的肟化合物包括但不限于甲醛肟、鹵代甲醛肟、二鹵代甲醛肟、鹵代(肟基)乙酸、鹵代(肟基)乙酸(C1-C8)鏈烷酯、1-鹵-1-(肟基)-2-(C1-C8)鏈烷酮、鹵代乙二肟、二鹵代乙二肟、二烷基酮肟、二芳基酮肟、烷基芳基酮肟、鏈烷基醛肟和芳基醛肟。優(yōu)選肟是一種鹵代肟，更優(yōu)選為二鹵代肟。
本發(fā)明中異氰酸酯化合物和含羥基化合物的用量取決于具體欲制備的氨基甲酸酯。典型的情況是異氰酸酯化合物的量為含羥基化合物的從0．75到2．5摩爾當量，優(yōu)選0．8到1．5摩爾當量。
本發(fā)明方法在一種選自鹵代脂肪族、碳酸酯、芳族和雜芳族溶劑中實施。碳酸酯類溶劑可以是碳酸亞烷基酯或碳酸二烷基酯。適宜的溶劑包括但不限于二氯甲烷、二溴甲烷、二氯乙烷、二溴乙烷、甲磺、氯仿、溴仿、四氯化碳、四溴化碳、苯、氯苯、二氯苯、甲苯、三氟甲苯、氯甲苯、碳酸二乙酯、碳酸亞乙酯、碳酸二甲酯和碳酸亞丙酯。優(yōu)選二氯甲烷、二溴甲烷、甲苯和三氟甲苯。
異氰酸酯化合物或含羥基化合物在反應溫度下為液體時，此物質可用作反應溶劑。優(yōu)選在反應中加入另外溶劑。
本發(fā)明方法中所用的催化劑為鋅鹽、鐵鹽、二鹵化錫、四鹵化錫和乙酰丙酮鋁。適宜的鋅鹽和鐵鹽包括但不限于二溴化鋅、二氯化鋅、新癸酸鋅、硬脂酸鋅、乙酰丙酮鋅、三氟甲磺酸鋅、2-乙基己酸鋅、乙酸鋅、三氟乙酸鋅、六氟乙酰丙酮鋅、氧化鋅、三溴化鐵、二溴化鐵、三氯化鐵、二氯化鐵和乙酰丙酮鐵。
優(yōu)選的催化劑是那些能提供基本不含副產(chǎn)物的氨基甲酸酯化合物及提供較快的氨基甲酸酯化合物生成速率的催化劑?；静缓碑a(chǎn)物的意思是指以氨基甲酸酯化合物的重量為基準，氨基甲酸酯化合物所含副產(chǎn)物小于1％(重)，優(yōu)選小于0．1％(重)。優(yōu)選催化劑是二溴化鋅、新癸酸鋅、乙酰丙酮鋅、2-乙基己酸鋅、乙酸鋅、三溴化鐵和二溴化鐵。這些優(yōu)選催化劑中，更優(yōu)選鋅鹽。
本發(fā)明方法中催化劑用量取決于具體的異氰酸酯化合物和具體的含羥基化合物。催化劑的用量可以是具體催化劑在反應溶劑中的溶解度極限范圍內(nèi)任一值。按異氰酸酯化合物和含羥基化合物合并重量計，催化劑的典型用量為0．01％至5％(重)。催化劑用量優(yōu)選為0．05到4％(重)，更優(yōu)選為0．1到3％(重)。例如，當含羥基化合物為肟時，催化劑典型用量為0．5到4％(重)。當含羥基化合物為醇時，催化劑典型用量為0．01到3％(重)。
本發(fā)明所用催化劑在市場上可購到，例如從Alfa Aesar公司(WardHill，Massachusetts)購買，且無需進一步提純就可使用。
異氰酸酯化合物，含羥基化合物、溶劑和催化劑可以任何順序混合。優(yōu)選先將溶劑加入到反應容器中，然后加入含羥基化合物和催化劑，最后加入異氰酸酯。當含羥基化合物為固體時，優(yōu)選在加入含羥基化合物前先加入溶劑，或是在加到反應容器中之前，先將含羥基化合物溶解于溶劑中。
本發(fā)明方法可在很寬的溫度范圍內(nèi)實施。一般來說，本方法可在-10到100℃范圍的溫度下操作。優(yōu)選反應溫度在-5到65℃范圍，更優(yōu)選在0℃到35℃范圍。
本方法的反應速率取決于催化劑濃度。增加催化劑濃度會提高反應速率，導致反應時間更短。減少催化劑濃度會降低反應速率而使反應時間延長。當使用2％(重)催化劑時，優(yōu)選反應在0．5小時內(nèi)至少完成10％，16小時內(nèi)至少完成20％。更優(yōu)選在使用2％(重)催化劑時，反應在0．5小時內(nèi)完成85％，且特別優(yōu)選在0．5小時內(nèi)反應完成90％。
采用本發(fā)明方法生產(chǎn)的氨基甲酸酯化合物可通過任何已知方法與反應混合物分離，例如過濾、蒸發(fā)、萃取等方法。得到的氨基甲酸酯化合物無需進一步提純就可使用。
本發(fā)明方法的一個優(yōu)點是采用本方法所生產(chǎn)的氨基甲酸酯化合物其副產(chǎn)物含量大大低于已知方法生產(chǎn)的氨基甲酸酯。本方法另一個優(yōu)點是氨基甲酸酯化合物的生成速率較已知方法有很大提高。例如，從某些肟化合物制備氨基甲酸酯化合物的過程一般相當緩慢，當在此過程中采用本發(fā)明催化劑時，氨基甲酸酯化合物的生成速率得以大大提高。因此，本發(fā)明方法能提供比先有已知制備方法純度更高且所需時間更短的氨基甲酸酯化合物。
在從異氰酸酯制備氨基甲酸酯時使用各種金屬鹽作為催化劑是眾所周知的。例如，參見Britain等人，“異氰酸酯-羥基反應的催化劑”，應用聚合物科學雜志，第Ⅳ卷，No．11，207-211頁(1960)，該文列出了可用于此類反應的催化劑。該文僅依據(jù)反應混合物凝膠化時間討論了氨基甲酸酯的生成速率，但該文并未認識到某些金屬鹽催化劑能提供基本不含副產(chǎn)物的氨基甲酸酯化合物。
下列實施例用于進一步說明本發(fā)明的各個方面，但并不意味著在任何方面限制本發(fā)明范圍。
實施例1本實施例說明本發(fā)明催化劑的有效性。
在配有攪拌棒和氮氣氛保護的50ml三頸圓底燒瓶中裝入1g(4．9mmol)二溴甲醛肟，向其中加入10g含2％(重)適當催化劑的二氯甲烷。攪拌混合物至固體全部溶解。然后在燒瓶中加入0．49g(4．9mmol)異氰酸正丁酯。反應混合物在室溫下攪拌。
反應0．5小時和16小時后，各取出一份反應混合物(50mg)，用50／50(v／v)己烷／乙酸乙酯混合物將取出的一份混合物急冷，然后經(jīng)GC分析測定生成的N-正丁基二溴甲醛肟氨基甲酸酯和副產(chǎn)物的百分比。通過與化合物的分析標準對照，確定N-正丁基二溴甲醛肟氨基甲酸酯和副產(chǎn)物的身份。
試驗的催化劑，連同生成的氨基甲酸酯百分比和副產(chǎn)物百分比一起報告于表1。副產(chǎn)物-1為二丁脲，副產(chǎn)物-2為三丁基縮二脲。
表1氨基甲酸酯生成百分比
這些數(shù)據(jù)清楚地表明本發(fā)明催化劑能使氨基甲酸酯的生成速率很快，沒有副產(chǎn)物產(chǎn)生。
實施例2本實施例示出本發(fā)明所用催化劑的用量范圍。
使用表2所列催化劑，按表示用量重復實施例1的過程。按實施例1方法取樣并分析。所生成的氨基甲酸酯和副產(chǎn)物百分比報告于表2。
表2氨基甲酸酯生成百分比 *NA=未分析這些數(shù)據(jù)表明，0．5％(重)乙酰丙酮鋅能提供較其它已知催化劑更純的氨基甲酸酯，產(chǎn)率也更高。
實施例3本實施例說明本發(fā)明適用的一些溶劑。
使用表3所列溶劑，用乙酰丙酮鋅為催化劑重復實施例1過程。反應0．5小時和16小時后，取出一份反應樣品，樣品用GC分析生成的氨基甲酸酯量。結果報告于表3。
表3氨基甲酸酯生成百分比 *NA=未分析這些數(shù)據(jù)表明有些類型的溶劑適用于本發(fā)明方法。
實施例4本實施例示出使用本發(fā)明催化劑制備N-正丁基二溴甲醛肟氨基甲酸酯。
在配有磁性攪拌棒、溫度計、加料漏斗和惰性氣氛保護的500mL夾套式三頸圓底燒瓶中，加入二溴甲醛肟(50．0g，0．247mol)于二氯甲烷(250g)中的溶液。在此攪拌溶液中加入1．49g乙酰丙酮鋅水合物作為催化劑，然后自加料漏斗加入24．5g(0．247mol)異氰酸正丁酯，同時維持反應溫度在0-5℃。室溫下進一步攪拌混合物16小時。此后將反應混合物用5％碳酸氫鈉溶液(2×175g)和去離子水(2×175g)洗滌。有機層經(jīng)無水MgSO4干燥，過濾，并在旋轉蒸發(fā)器上濃縮，得到純度94．9％的黃色油狀物(70．7g，0．220mol)產(chǎn)率89．1％)。NMR(CDCl3)δ0．95(t，3H)；1．38(m，2H)；1．56(m，2H)；3．31(t，2H)；5．73(s，1H)。未經(jīng)進一步純化處理的產(chǎn)物還分析了副產(chǎn)物，發(fā)現(xiàn)含0％副產(chǎn)物-1和0％副產(chǎn)物-2。
這些數(shù)據(jù)表明本發(fā)明方法能以高產(chǎn)率短反應時間提供氨基甲酸酯化合物，且不產(chǎn)生副產(chǎn)物。
實施例5(比較實施例)本實施例示出按EP 824 862(Hsu等人)方法制備N-正丁基二溴甲醛肟氨基甲酸酯。
在配有磁性攪拌棒和惰性氣氛保護的300mL三頸圓底燒瓶中加入50．7g(0．25mol)二溴甲醛肟和100mL二氯甲烷，冰浴中冷卻至2℃。此后滴加異氰酸正丁酯(24．8g，0．25mol)，然后加入30滴二月桂酰二丁基錫(1．58g，0．0025mol)作為催化劑。室溫下進一步攪拌反應混合物41小時，直到氨基甲酸酯產(chǎn)物與甲醛肟之比大于15∶1(由GC測定)。反應混合物用5％碳酸氫鈉溶液(2×250mL)和水(2×250mL)洗滌。有機層經(jīng)無水MgSO4干燥并過濾。濾液在旋轉蒸發(fā)器上減壓濃縮，得到60．4g(粗產(chǎn)物產(chǎn)率80％)純度約80％的黃色油狀物。用硅膠柱色譜，以己烷／乙酸乙酯(80／20 v／v)為洗脫劑提純后得到較純(98．5％)的淺黃色油狀物49．5g(提純后產(chǎn)率66％)。
NMR(CDCl3)δ0．95(t，3H)；1．38(m，2H)；1．56(m，2H)；3．31(t，2H)；5．73(s，1H)。提純后的產(chǎn)物還分析了副產(chǎn)物，發(fā)現(xiàn)含0．6％副產(chǎn)物-1和1．6％副產(chǎn)物-2。
比較實施例4和實施例5的結果，先有的氨基甲酸酯已知制備方法速率慢，產(chǎn)率低且含有大量副產(chǎn)物，而本發(fā)明方法則速率快，產(chǎn)率高，所得氨基甲酸酯無副產(chǎn)物。
權利要求
1．一種制備基本無副產(chǎn)物的氨基甲酸酯化合物的方法，包括將異氰酸酯化合物與含羥基化合物在選自鋅鹽、鐵鹽、二鹵化錫、四鹵化錫和乙酰丙酮鋁的催化劑存在下反應。
2．按權利要求1的方法，其中鋅鹽和鐵鹽選自二溴化鋅、二氯化鋅、新癸酸鋅、硬脂酸鋅、乙酰丙酮鋅、三氟甲磺酸鋅、2-乙基己酸鋅、乙酸鋅、三氟乙酸鋅、六氟乙酰丙酮鋅、氧化鋅、三溴化鐵、二溴化鐵、三氯化鐵、二氯化鐵和乙酰丙酮鐵。
3．按權利要求2的方法，其中鋅鹽和鐵鹽選自二溴化鋅、新癸酸鋅、乙酰丙酮鋅、2-乙基己酸鋅、乙酸鋅、三溴化鐵和二溴化鐵。
4．按權利要求1的方法，其中根據(jù)異氰酸酯化合物和含羥基化合物的總重量，催化劑的用量為0．01到5％(重)。
5．按權利要求1的方法，進一步包括一種選自鹵代脂族烴、碳酸酯、芳烴和鹵代芳烴的溶劑。
6．按權利要求1的方法，其中含羥基化合物是一種選自如下一組的醇(C1-C12)鏈烷醇、鹵代(C1-C12)鏈烷醇、(C2-C12)鏈烯醇、鹵代(C2-C12)鏈烯醇、(C2-C12)鏈炔醇、鹵代(C2-C12)鏈炔醇、(C1-C12)芳烷醇、鹵代(C1-C12)芳烷醇、苯酚、取代苯酚、異噻唑、取代異噻唑、萘酚和取代萘酚。
7．按權利要求1的方法，其中含羥基化合物是一種選自如下一組的肟甲醛肟、鹵代甲醛肟、二鹵代甲醛肟、鹵代(肟基)乙酸、鹵代(肟基)乙酸(C1-C8)鏈烷酯、1-鹵-1-(肟基)-2-(C1-C8)鏈烷酮、鹵代乙二肟、二鹵代乙二肟、二烷基酮肟、二芳基酮肟、烷基芳基酮肟、鏈烷基醛肟和芳基醛肟。
8．按權利要求1的方法，其中氨基甲酸酯化合物選自如下一組化合物丁氨基甲酸磺丙炔酯、N-甲基-二溴甲醛肟氨基甲酸酯、N-(2-氯乙基)-二溴甲醛肟氨基甲酸酯、N-(4-氯苯基)-二溴甲醛肟氨基甲酸酯、N-(2，4-二氯苯基)-二溴甲醛肟氨基甲酸酯、N-乙基-二溴甲醛肟氨基甲酸酯、N-(正丁基)-二溴甲醛肟氨基甲酸酯、N-(正辛基)-二溴甲醛肟氨基甲酸酯、N-(正己基)-二溴甲醛肟氨基甲酸酯和N-(4-甲基苯基)-二溴甲醛肟氨基甲酸酯。
9．按權利要求1的方法，其中異氰酸酯化合物選自如下一組化合物異氰酸(C1-C12)鏈烷基酯、異氰酸取代(C1-C12)鏈烷基酯、異氰酸(C2-C12)鏈烯基酯、異氰酸取代(C2-C12)鏈烯基酯、異氰酸(C2-C12)鏈炔基酯、異氰酸取代(C2-C12)鏈炔基酯、異氰酸(C7-C12)芳烷基酯和異氰酸取代(C7-C12)芳烷基酯。
10．通過權利要求1的方法生產(chǎn)的氨基甲酸酯化合物。
全文摘要
本發(fā)明公開一種制備基本不含副產(chǎn)物的氨基甲酸酯的方法;通過將異氰酸酯與含羥基化合物在一些能提高甲氨酰化反應速率同時降低副產(chǎn)物生成速率的催化劑存在下反應來制備氨基甲酸酯化合物。
文檔編號B01J27/138GK1290692SQ9910887
公開日2001年4月11日 申請日期1999年6月23日 優(yōu)先權日1998年6月25日
發(fā)明者J·V·伯里爾 申請人:羅姆和哈斯公司