CN100480243C - 烷氧基羰基氨基三嗪的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种通过在醇和作为碱的碱金属醇盐或碱土金属醇盐存在下将二氨基三嗪或三氨基三嗪与环状碳酸酯以及非必要的次要量的非环状碳酸酯反应而制备式(I)烷氧基羰基氨基三嗪的方法。在所述式中Y1是氢、C1-C4烷基、任选被C1-C4烷基、C1-C4烷氧基或卤素取代的苯基、或者式NR5R6的基团，而R1、R2、R3、R4、R5和R6各自独立地是氢或式COOX或式X的基团，其中X是C1-C13烷基，所述C1-C13烷基的碳骨架可以被1或2个氧原子以醚官能形式间隔和/或被羟基取代，或者C3-C6烯基，条件是式I中R1至R4基团中的至少一个是COOX，或者当Y1是NR5R6时所述式中的R1至R6基团中的至少一个是COOX。

Description

烷氧基羰基氨基三嗪的制备方法
本发明涉及一种制备烷氧基羰基氨基三嗪的新方法，该方法通过在链烷醇和作为碱的碱金属醇盐或碱土金属醇盐存在下将二氨基三嗪或三氨基三嗪与环状碳酸酯以及非必要的少量非环状碳酸酯反应。
EP624577A公开了通过在碱存在下将三嗪例如三聚氰胺与非环状碳酸酯反应而制备烷氧基羰基氨基三嗪的方法。一般地，其中将三聚氰胺与碳酸酯(例如碳酸二甲酯)在该碳酸酯的母体链烷醇(例如这种情况下为甲醇)存在的条件下以及在基于该碳酸酯的母体链烷醇(例如这种情况下为甲醇的碱金属醇盐)作为碱存在的条件下反应。另外描述了在高级醇(例如丁醇或2-乙基己醇)和相应的醇钠(例如这种情况下为丁醇钠或2-乙基己醇钠)作为碱存在的条件下三聚氰胺与例如碳酸二甲酯的反应。
EP624577A给予本领域技术人员的教导是其中所述的方法可以专门以非环状碳酸酯进行。
本发明的一个目的是提供一种制备烷氧基羰基氨基三嗪的新方法，其可以以简单的方式进行并且允许以高产率和纯度通过利用工业上容易获得的环状碳酸酯制备混合官能化和/或同分异构的烷氧基羰基氨基三嗪的宽范围混合物。
我们已经发现可以有利地通过在醇和碱存在下将式II的三嗪与碳酸酯反应而制备式I的烷氧基羰基氨基三嗪而实现该目的，
其中
Y1 是氢、C1-C4烷基、任选被C1-C4烷基、C1-C4烷氧基或卤素取代的苯基、或者式NR5R6的基团，和
R1、R2、R3、R4、R5和R6各自独立地是氢或式COOX或式X的基团，其中X是C1-C13烷基，所述C1-C13烷基的碳骨架可以被1或2个氧原子以醚官能形式间隔和/或被羟基取代，或者C3-C6烯基，
条件是式I中R1至R4基团中的至少一个或者当Y1是NR5R6时R1至R6基团中的至少一个是COOX，
Figure C200380106393D00061
其中
Y2 是氢、C1-C4烷基、氨基或者任选被C1-C4烷基、C1-C4烷氧基或卤素取代的苯基，和
R1至R4各自定义如上，
条件是在式II中，当Y2不是氨基时，R1至R4基团中的至少一个是氢，所述方法包括在碱金属醇盐或碱土金属醇盐作为碱存在下将式II的三嗪与式III的环状碳酸酯，
Figure C200380106393D00062
其中
L是亚乙基、1，2-或1，3-亚丙基、或1，2-、1，4-、2，3-或1，3-亚丁基，
以及还任选地与少量式IV的非环状碳酸酯，
Z1O-CO-OZ2  (IV)，
其中
Z1和Z2各自独立地是C1-C8烷基，
以及C1-C13链烷醇，其碳骨架可以被1或2个氧原子以醚官能形式间隔和/或被羟基取代，或者C3-C6链烯醇反应。
这里列出的式中包含的所有烷基可以是直链的或者是支化的。
Y1、Y2、X、Z1和Z2基团例如是甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、异丁基、仲丁基或叔丁基。
X、Z1和Z2基团还例如是戊基、异戊基、新戊基、叔戊基、己基、2-甲基戊基、庚基、辛基、2-乙基己基和异辛基。
X基团另外例如为壬基、异壬基、癸基、异癸基、十一烷基、十二烷基、十三烷基、异十三烷基、2-甲氧基乙基、2-乙氧基乙基、2-丙氧基乙基、2-丁氧基乙基、2-或3-甲氧基丙基、2-或3-乙氧基丙基、2-或3-丙氧基丙基、2-或4-甲氧基丁基、2-或4-乙氧基丁基、3，6-二氧基庚基、3，6-二氧杂辛基、3，7-二氧杂辛基、4，7-二氧杂辛基、2-或3-丁氧基丙基或2-4-丁氧基丁基、2-羟基乙基、2-或3-羟基丙基、2-或4-羟基丁基、3-羟基丁-2-基、烯丙基、甲代烯丙基、乙代烯丙基、2-、3-或4-戊烯-1-基或2-、3-、4-或5-己烯-1-基。(上述术语异辛基、异壬基、异癸基和异十三烷基是俗名，它们源自通过羰基合成法得到的醇—就这方面参见Ullmann′s Encyclopedia ofIndustrial Chemistry，第五版、第A1卷，第290至293页，以及第A10卷第284和285页)。
Y1和Y2基团另外例如为苯基；2-、3-或4-甲基苯基；2-、3-或4-乙基苯基；2，4-二甲基苯基；2-、3-或4-甲氧基苯基；2-、3-或4-乙氧基苯基；2，4-二甲氧基苯基；2-、3-或4-氟苯基或2-、3-或4-氯苯基。
可用于本发明方法的合适的链烷醇例如是甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇、异丁醇、仲丁醇、叔丁醇、戊醇、异戊醇、新戊醇、叔戊醇、己醇、2-甲基戊醇、庚醇、辛醇、2-乙基己醇、异辛醇、壬醇、异壬醇、癸醇、异癸醇、十一烷醇、十二烷醇、十三烷醇、异十三烷醇、2-甲氧基乙醇、2-乙氧基乙醇、2-丙氧基乙醇、2-丁氧基乙醇、2-或3-甲氧基丙醇、2-或3-乙氧基丙醇、2-或3-丙氧基丙醇、2-或4-甲氧基丁醇、2-或4-乙氧基丁醇、3，6-二氧杂庚醇、3，6-二氧杂辛醇、3，7-二氧杂辛醇、4，7-二氧杂辛醇、2-或3-丁氧基丙醇、2-或4-丁氧基丁醇、乙-1，2-二醇、丙-l，2-二醇、丙-1，3-二醇、3-氧杂-5-羟基戊醇、3，6-二氧杂-8-羟基辛醇、3-氧杂-5-羟基-2，5-二甲基戊醇或3，6-二氧杂-8-羟基-2，5，8-三甲基辛醇。
可用于本发明方法的合适的C3-C6-链烯醇例如是烯丙醇、甲代烯丙醇、乙代烯丙醇、2-、3-或4-戊烯-1-醇或2-、3-、4-或5-己烯-1-醇。
优选使用C1-C13链烷醇，特别提及使用C1-C7链烷醇。
用于本发明方法的醇可以单独地使用或者以彼此混合物的形式使用。就后一种情形来说，混合成员的数目以及混合比可以根据需要而定。
当下文提及链烷醇或醇盐时，这些术语也包括上述链烯醇或烯醇盐。
可用于本发明方法的合适的碱金属醇盐或碱土金属醇盐例如是以上详细描述的链烷醇的锂、钠、钾、镁或钙盐。优选使用碱金属甲醇盐，特别是甲醇钠。
碱金属醇盐或碱土金属醇盐可以以固态、或以被溶解或被悬浮的形式使用。
优选的溶剂/稀释剂在这种情形下是特别上文详细描述的醇，它们单独或者以彼此混合物的形式使用。然而，也可以使用本身是已知的其它常用惰性稀释剂。
使用催化剂的工艺同样也是可以的。
例如，可以使用如Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry，第五版，第A19卷，第页所述类型的相转移催化剂。239-248
其它催化剂可以是金属盐或配合物，优选碱金属、碱土金属或过渡金属的氧化物、硫化物(chalcogenate)、碳酸盐或卤化物。这里应当特别提及例如氯化锂、氯化镁和碳酸钠。
在本发明的方法中，对于1摩尔当量的式II三嗪中的氨基，通常使用1～50摩尔、优选3～30摩尔的链烷醇。
此外，在本发明的方法中，对于1摩尔当量的式II三嗪中的氨基，通常使用0.1～10摩尔、优选1～3摩尔的式III环状碳酸酯。
此外，在本发明的方法中，对于1摩尔当量的式II三嗪中的氨基，通常使用0.1～10摩尔当量、优选1～7摩尔当量的碱金属醇盐或碱土金属醇盐。
如果本发明的方法在催化剂存在下进行，那么分别以式II三嗪的重量计，通常使用10-10～10重量％、优选10-3～1重量％的催化剂。
本发明的方法通常在20～180℃、优选50～120℃的温度下进行。
通常在大气压下实施所述方法，不过可以使用升高的压力、通常最高可达8巴。
本发明的方法通过式HI的环状碳酸酯和非必要的少量非环状碳酸酯进行。基于本发明的目的，少量意味着最高可达30摩尔％的式III环状碳酸酯可以被式IV非环状碳酸酯代替。
优选其中0～25摩尔％、优选0～10摩尔％的式III环状碳酸酯可被式IV非环状碳酸酯代替的方法。
如果式IV非环状碳酸酯也用于本发明的方法，那么优选其中Z1、Z2各自独立地是C1-C4-烷基的非环状碳酸酯。
特别有益的是使用其中Y2为氨基的式II三嗪作为本发明方法中的反应物，特别强调使用三聚氰胺(2，4，6-三氨基-1，3，5-三嗪)。
另外特别有益的是使用其中L为亚乙基或1，2-亚丙基、特别是亚乙基的式III环状碳酸酯。
特别有益的是通过本发明的方法制备式V的烷氧基羰基氨基三嗪：
Figure C200380106393D00091
其中
R1至R6各自定义如上，条件是：这些基团中的三个分别为氢，并且这些基团中的其余三个分别为式COOX基团，其中X定义如上。
根据本发明的烷氧基羰基氨基三嗪可通过多种变换方案(A-F)制备。
有利的是，本发明的方法以如下方式下进行：首先供入三嗪II和链烷醇，然后以任何所需的顺序将呈固态和/或溶解在链烷醇中的碱金属醇盐或碱土金属醇盐以及碳酸酯计量供入，碱金属醇盐或碱土金属醇盐以及碳酸酯可以在反应开始之前全部计量供入，或者在反应开始之前部分计量供入并在反应开始之后部分计量供入。可以采用在反应之前和/或反应过程中从反应混合物中蒸出一定量的链烷醇，以得到所需的链烷醇比例。
在变换方案A)中，将三嗪II、链烷醇和溶解的碱金属醇盐或碱土金属醇盐合并，随后在升高的温度(一般30～85℃)下加入碳酸酯。
在变换方案B)中，在反应开始之前首先供入所有组分。
在变换方案C)中，首先供入三嗪II、链烷醇和碳酸酯，并且在反应开始之前计量供入部分溶解且部分呈固态的一部分碱金属醇盐或碱土金属醇盐，在反应开始之后计量供入余下部分。
在变换方案D)中，首先供入三嗪II、链烷醇和碳酸酯，并且在反应开始之前计量供入呈溶解形式或固态的一部分碱金属醇盐或碱土金属醇盐，在反应开始之后计量供入余下部分。
在变换方案E)中，在反应之前或反应过程中加入催化剂。
在变换方案F)中，在反应之前或反应过程中加入不同的碱金属醇盐(例如锂醇盐和钠醇盐)。
另外，所述反应也可以以如下方式进行：在反应过程中分批或者连续地计量加入三聚氰胺。
本发明的方法可以在常用的反应装置例如罐式或管式反应器中进行。当在式II的三嗪与链烷醇的摩尔比非常高的情形下进行本发明的方法时，优选对于高度粘稠的或非均质的反应混合物使用具有混合作用的装置，例如捏合反应器。也可以使用具有混合作用的自动清洗装置。所述装置本身是已知的，并可市售获得。这种类型的合适反应器是室式反应器、循环反应器或螺旋式反应器。
有利的是在没有另外的溶剂存在下处理得到的反应混合物。
为此，通过计量加入酸或者将反应混合物转移到合适的酸中而将所述链烷醇反应混合物与酸直接接触。
所述酸可以以浓缩的形式加入，并且可以在计量加入酸的过程中或之后加入水。尤其当使用含水的或高度浓缩的酸时，在计量加入过程中必须确保适当的混合。可以使用所有常用的和工业上可获得的有机酸和无机酸以任何所需的浓度、优选以30～85重量％的水溶液酸化所述反应混合物。优选使用其盐具有高水溶性的无机酸，例如硝酸、硫酸或磷酸，但是这里还应当提到羧酸甲酸。
在向所述反应混合物中加入酸之后，形成彼此分离的水相和链烷醇相，水相可能还含有式HO-L-OH的二醇，其中L定义如上。相分离依赖于温度和pH值，因此在10～70℃、优选15～50℃和pH为0～8、优选2～5下加入附加水。
直接以10～80重量％的链烷醇溶液得到目标产物。随后浓缩所述链烷醇相并同时通过共沸除去一些夹带水(例如丁醇的情形)，因此不需要进一步的干燥步骤、例如加入干燥剂。
应当理解的是在用任何所需的酸中和之后，也可以通过萃取、洗涤和/或过滤处理所述反应混合物。
可以连续或间歇进行的本发明方法可以以高产率和纯度得到目标产物。本发明方法的另一优点是环状碳酸酯的使用，与非环状碳酸酯相比，环状碳酸酯就安全性而言可以被认为是无害的。
可通过本发明方法获得的烷氧基羰基氨基三嗪是有用的涂料原料。
用下面的实施例阐明本发明。
所有的反应在没有湿气的情况下进行。就烷氧基羰基氨基三嗪混合物而言，可以通过HPLC(20微升环；UV检测仪(250纳米)；1毫升/分钟，乙腈:磷酸二氢钾水溶液(0.05摩尔/升)＝1:1；Purospher RP18e柱)分离出各个组分。下面实施例中组分的量以面积百分比(面积％)记。所述物质通过高分辨率质谱(在某些情形下以直接HPLC-MS联用的形式)或通过1H和13C核磁共振谱鉴定。
实施例1
首先在20℃下加入31.5克(0.25摩尔)三聚氰胺、1200毫升丁醇、88.1克(1摩尔)碳酸亚乙酯和94.5克(1.75摩尔)甲醇钠(固体)。然后，将反应混合物加热到大约70℃，并在约70℃下再搅拌120分钟。当将混合物冷却到大约30℃之后，搅拌加入367.6克(1.75摩尔)的30％硝酸水溶液。除去水相，进一步用水洗涤均匀的有机相3次，每次使用300毫升水。浓缩有机相得到50重量％的丁醇制品溶液，其主要包含2，4，6-三(丁氧基羰基氨基)-1，3，5-三嗪(30.2面积％)、2-甲氧基羰基氨基-4，6-二(丁氧基羰基氨基)-1，3，5-三嗪(35.5面积％)、2，4-二(丁氧基羰基氨基)-6-氨基-1，3，5-三嗪(7.3面积％)、2，4-二(甲氧基羰基氨基)-6-丁氧基羰基氨基-1，3，5-三嗪(12.1面积％)、2-丁氧基羰基氨基-4-甲氧基羰基氨基-6-氨基-1，3，5-三嗪(5.9面积％)和三(甲氧基羰基氨基)-1，3，5-三嗪(4面积％)(HPLC，1H，13C NMR)。
实施例2
以与实施例1相似的方式进行实施例2，不同的是反应温度为75℃。120分钟之后，该反应混合物主要包含2，4，6-三(丁氧基羰基氨基)-1，3，5-三嗪(33.6面积％)、2-甲氧基羰基氨基-4，6-二(丁氧基羰基氨基)-1，3，5-三嗪(32.1面积％)、2，4-二(丁氧基羰基氨基)-6-氨基-1，3，5-三嗪(9.1面积％)、2，4-二(甲氧基羰基氨基)-6-丁氧基羰基氨基-1，3，5-三嗪(8.8面积％)、2-丁氧基羰基氨基-4-甲氧基羰基氨基-6-氨基-1，3，5-三嗪(5.3面积％)和三(甲氧基羰基氨基)-1，3，5-三嗪(4.5面积％)。
实施例3
在20℃下将31.5克(0.25摩尔)三聚氰胺、112毫升丁醇、88.1克(1摩尔)碳酸亚乙酯和151.3克(1.75摩尔)甲醇钠(固体)加入到捏合反应器(List反应器)中。然后，将反应混合物在75℃捏合1小时。直接分析反应混合物鉴定该混合物的主要组分为2，4，6-三(甲氧基羰基氨基)-1，3，5-三嗪、2-丁氧基羰基氨基-4，6-二(甲氧基羰基氨基)-1，3，5-三嗪和2，4-二(丁氧基羰基氨基)-6-甲氧基羰基氨基-1，3，5-三嗪、2，4，6-三(丁氧基羰基氨基)-1，3，5-三嗪(HPLC，HPLC-MS)。
实施例4
首先在20℃下加入29克(0.23摩尔)三聚氰胺、976毫升丁醇、81克(0.92摩尔)碳酸亚乙酯和87克(1.61摩尔)甲醇钠(固体)。然后，将反应混合物加热到大约70℃，并在约70℃下再搅拌120分钟。当将混合物冷却到大约30℃以后，搅拌加入338克(1.61摩尔)的30％硝酸水溶液。除去水相，进一步用水洗涤均匀的有机相3次，每次使用300毫升水。浓缩有机相得到50重量％的丁醇制品溶液，其主要包含2，4，6-三(丁氧基羰基氨基)-1，3，5-三嗪(29.3面积％)、2-甲氧基羰基氨基-4，6-二(丁氧基羰基氨基)-1，3，5-三嗪(37.5面积％)、2，4-二(丁氧基羰基氨基)-6-氨基-1，3，5-三嗪(6.3面积％)、2，4-二(甲氧基羰基氨基)-6-丁氧基羰基氨基-1，3，5-三嗪(13.2面积％)、2-丁氧基羰基氨基-4-甲氧基羰基氨基-6-氨基-1，3，5-三嗪(5.8面积％)和三(甲氧基羰基氨基)-1，3，5-三嗪(4.7面积％)(HPLC，1H，13C NMR)。
实施例5
首先在20℃下加入29克(0.23摩尔)三聚氰胺、1200毫升丁醇、72.9克(0.83摩尔)碳酸亚乙酯、8.3克(0.09摩尔)碳酸二甲酯和87.0克(1.61摩尔)甲醇钠(固体)。然后，将反应混合物加热到大约80℃，并在约80℃下再搅拌120分钟。当将混合物冷却到大约30℃以后，搅拌加入338.2克(1.61摩尔)的30％硝酸水溶液。除去水相，进一步用水洗涤均匀的有机相3次，每次使用300毫升水。浓缩有机相得到50重量％的丁醇制品溶液，其主要包含2，4，6-三(丁氧基羰基氨基)-1，3，5-三嗪(27.3面积％)、2-甲氧基羰基氨基-4，6-二(丁氧基羰基氨基)-1，3，5-三嗪(33.9面积％)、2，4-二(丁氧基羰基氨基)-6-氨基-1，3，5-三嗪(6.9面积％)、2，4-二(甲氧基羰基氨基)-6-丁氧基羰基氨基-1，3，5-三嗪(12.6面积％)、2-丁氧基羰基氨基-4-甲氧基羰基氨基-6-氨基-1，3，5-三嗪(4.9面积％)和三(甲氧基羰基氨基)-1，3，5-三嗪(8.0面积％)(HPLC，1H，13C NMR)。
实施例6
实施例6以类似于实施例1的方式进行，不同的是首先在50℃下加入1200毫升丁醇。随后加入31.5克(0.25摩尔)三聚氰胺、110.0克(1.25摩尔)碳酸亚乙酯和121.5克(2.25摩尔)甲醇钠(固体)。然后，将反应混合物在70℃下加热3小时。该反应混合物包含总共88.4％的三羰基氨基三嗪化合物和大约9％的二羰基氨基三嗪化合物。

Claims (10)

1、一种通过在醇和碱存在下将式II的三嗪与碳酸酯反应而制备式I的烷氧基羰基氨基三嗪的方法，
其中
Y1是氢、C1-C4烷基、任选被C1-C4烷基、C1-C4烷氧基或卤素取代的苯基、或者式NR5R6的基团，和
R1、R2、R3、R4、R5和R6各自独立地是氢或式COOX或式X的基团，其中X是C1-C13烷基，所述C1-C13烷基的碳骨架被1或2个氧原子以醚官能形式间隔和/或被羟基取代，或未被间隔和/或未取代，或者C3-C6烯基，
条件是式I中R1至R4基团中的至少一个或者当Y1是NR5R6时R1至R6基团中的至少一个是COOX，
Figure C200380106393C00022
其中
Y2是氢、C1-C4烷基、氨基或者任选被C1-C4烷基、C1-C4烷氧基或卤素取代的苯基，和
R1至R4各自定义如上，
条件是在式II中，当Y2不是氨基时，R1至R4基团中的至少一个是氢，所述方法包括在碱金属醇盐或碱土金属醇盐作为碱存在下将式II的三嗪与式III的环状碳酸酯，
Figure C200380106393C00031
其中
L是亚乙基、1，2-或1，3-亚丙基、或1，2-、1，4-、2，3-或1，3-亚丁基，以及还任选地与少量式IV的非环状碳酸酯，
Z1O-CO-OZ2           (IV)，
其中
Z1和Z2各自独立地是C1-C8烷基，
以及C1-C13链烷醇，其碳骨架被1或2个氧原子以醚官能形式间隔和/或被羟基取代，或未被间隔和/或未取代，或者C3-C6链烯醇反应，
少量是指最高可达30摩尔％的式III环状碳酸酯被式IV非环状碳酸酯代替。
2、根据权利要求1所要求的方法，其中使用C1-C13链烷醇。
3、根据权利要求1所要求的方法，其中所用的碱是碱金属醇盐。
4、根据权利要求1所要求的方法，其中使用其中L是亚乙基或1，2-亚丙基的式III环状碳酸酯。
5、根据权利要求1所要求的方法，其中所述反应在20～180℃的温度下进行。
6、根据权利要求1所要求的方法，其中分别以1摩尔当量的式II三嗪中的氨基计，以1～50摩尔链烷醇进行所述反应。
7、根据权利要求1所要求的方法，其中分别以1摩尔当量的式II三嗪中的氨基计，以0.1～10摩尔环状碳酸酯进行所述反应。
8、根据权利要求1所要求的方法，其中分别以1摩尔当量的式II三嗪中的氨基计，以0.1～10摩尔当量的碱金属醇盐或碱土金属醇盐进行所述反应。
9、根据权利要求1所要求的方法，其中首先加入三嗪II和链烷醇，然后以任何所需的顺序计量加入固态和/或溶解在链烷醇中形式的碱金属醇盐或碱土金属醇盐、以及碳酸酯，并且碱金属醇盐或碱土金属醇盐和碳酸酯可以在反应开始之前全部计量供入，或者在反应开始之前部分计量供入并在反应开始之后部分计量供入。
10、根据权利要求1所要求的方法，其中0～25摩尔％的式III环状碳酸酯可被式IV非环状碳酸酯代替。
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