甲基丙烯酸二(三甲基甲矽氧基)甲矽基烷基甘油酯的製造方法
2023-12-01 05:13:46 2
專利名稱：甲基丙烯酸二(三甲基甲矽氧基)甲矽基烷基甘油酯的製造方法
技術領域：
本發明涉及矽氧烷單體，更具體涉及甲基丙烯酸二(三甲基甲矽氧基)甲矽基烷基甘油酯的製造方法。
背景技術：
已經發現各種含有矽氧烷的單體具有在製造醫用器械，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(三甲基甲矽氧基)甲矽基烷基甘油酯(SiAGMA)。一種用於製造SiAGMA的方法包括使SiAGMA的環氧化物、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸的Na、K或Li鹽以及阻聚劑比如氫醌單甲基醚反應。反應條件包括加熱大約15小時，得到純度大約75～95％的SiAGMA和包括二甲基丙烯酸酯副產物在內的多種副產物。當含有單體的混合物被用來製造眼科器械比如接觸鏡時，此二甲基丙烯酸酯副產物起著交聯劑的作用，即使很少量也會改變得到的器械的模量。因此，必須嚴格控制這些二官能副產物的濃度或使之儘可能少。通常是通過繁雜的矽凝膠柱狀色譜的方法來除去這些二官能副產物的。
因此，在先有技術中仍然需要用來製造SiAGMA型化合物的改進的方法，特別是使得儘可能減少形成二官能副產物的方法。
發明概要本發明涉及一種方法，該方法包括在高於大約60℃的溫度下，使取代環氧化物，優選是含有矽氧烷的取代環氧化物與至少一種丙烯酸鋰鹽、至少一種丙烯酸和任選至少一種阻聚劑反應，形成取代的羥基丙烯酸酯的步驟。更具體說，本發明涉及一種方法，該方法包括在高於大約60℃的溫度下，使含有取代環氧化物的第一反應混合物與至少一種鋰鹽、至少一種丙烯酸反應直至大約一天，形成取代的羥基丙烯酸酯和所述取代環氧化物的步驟。
發明詳述適用的取代環氧化物包括如下通式I的化合物 其中R1是不與親核化合物反應的任何取代基。
優選的環氧化物包括在如下通式II中所示的化合物 其中R2是被至少一個含矽片段，優選至少一個矽氧烷取代的C1～C12烷基。適當的含矽化合物是包括通式III的化合物 其中A1和A2相同或不同選自低級烷基、烷氧基和B；B是低級烷基、烷氧基或如下結構的基團通式IIIa 通式IIIb 其中R3、R4、R5、R8和R9相同或不同，選自低級烷基、苯基、苄基和三烷基甲矽氧基取代基，y是1～25的整數。正如在本文中使用的，術語「低級烷基」指的是具有1～4個碳原子的烷基。
適當的環氧化物的特定例子包括通式IV的化合物 其中R6和R7獨立地選自具有1～4個碳原子的烷基，n是1～12的整數，x是0～3的整數。更具體說，此環氧化物是(3-甘油氧丙基)二(三甲基甲矽氧基)甲基矽烷的環氧化物。
可以通過幾個途徑直至環氧化物，這些路徑包括但不限於用過氧酸氧化烷烴、通過分子內的SN2反應形成環氧滷代烷、在α，β-不飽和羰基化合物上加成親核氧化劑(比如環氧環起的鹼性溶液)和使化物與羰基化合物反應。另外，可通過已經形成的含有烯丙基官能團的環氧化物氫矽甲基化製備被含矽基團取代的環氧化物。這些方法對先有技術的專業人員是公知的，對於環氧化物和被含矽基團取代的環氧化物的合成路線的清單決不會將本發明的範圍限制在這些製備當中。
按照本發明的方法，用至少一種丙烯酸和至少一種所述丙烯酸的鋰鹽處理該環氧化物。適當的丙烯酸含有1～4個碳原子。優選的所述酸是甲基丙烯酸。環氧化物和丙烯酸之間的反應可以是等摩爾的，然而添加過量的丙烯酸可能是有利的。因此，每摩爾的環氧化物，可以使用大約1～大約3mol的丙烯酸。
本發明的鋰鹽含有鋰和至少一種具有1～4個碳原子的丙烯酸。優選的所述鋰鹽是甲基丙烯酸的鋰鹽。鋰鹽的添加量要足以催化該反應，基於環氧化物，其添加量優選直至大約0.5eq.。
也可以與反應物一起添加阻聚劑。可以使用能夠降低聚合反應速度的任何一種阻聚劑。適當的阻聚劑包括硫化物、硫醇、奎寧、酚噻嗪、硫、苯酚和苯酚衍生物以及它們的混合物。特定的例子包括但不限於氫醌單甲基醚、丁基化的氫醌和它們的混合物。阻聚劑的添加量可直至大約10,000ppm，優選為大約1至大約1,000ppm。
反應在高溫下，優選在高於大約60℃，更優選在大約80～110℃的溫度下進行。適當的反應時間包括直至大約一天，優選在大約4～大約20小時，更優選在6小時至大約20小時。先有技術的專業人員都能夠理解，溫度和反應時間是成反比的，反應溫度越高則反應時間越短，反之亦然。然而，在本發明的方法中，希望反應進行到接近完成(比如取代環氧化物的轉化率為大約95％，取代環氧化物的轉化率優選高於大約98％)。
已經發現，使用鋰作為鹽中的金屬離子，在給定的一組反應條件下產生比較少的雜質。因此，本發明提供一種以比傳統方法更高的純度製造取代的羥基丙烯酸酯的方法。可使用超臨界流體萃取的方法進一步提純此取代的羥基丙烯酸酯。適當的萃取流體是對待提純的含矽氧烷化合物呈惰性的流體，其臨界點低於引起含矽氧烷化合物降解的範圍。其例子包括二氧化碳、乙烷、乙烯、丙烷、丙烯、三氟氯甲烷和它們的混合物等。二氧化碳是優選的超臨界流體，因為它具有低的臨界點，而且一般對含矽氧烷的化合物是呈惰性的，是不燃的，對環境是友好的。
適當的條件包括一個或幾個分離區域，其中在第一區中的超臨界流體包括大約0.5～0.7g/mL的密度和0.1～大約0.3g/mL的密度。控制反應區中的壓力和溫度可以達到所需的密度。可以包括任何數量的附加的分離區。
為了說明本發明，提出如下的實施例。這些實施例並不限制本發明。它們僅僅意味著推薦一個實施本發明的方法。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明的其它方法。然而相信這些方法都在本發明的範圍內。
在實施例中適用的縮寫詞如下SiMAA2甲基丙烯酸二(三甲基甲矽氧基)甲基甲矽基丙基甘油酯(CA檢索名是2-丙烯酸、2-甲基、2-羥基-3-[3-[1，3，3，3-四甲基-1-[(三甲基甲矽基)氧]二矽氧烷基]丙氧基]丙酯))MEHQ 氫醌單甲基醚環氧化物 (3-甘油氧丙基)二(三甲基甲矽基)甲基矽烷實施例1在一個裝有磁性攪拌棒、帶有乾燥管的冷凝器和熱點偶的5000mL三頸圓底燒瓶中依加入92g無水甲基丙烯酸鋰(1mol，0.17eq.)和1023g甲基丙烯酸(11.91mol，2eq.)。在反應燒瓶中加入MEHQ(4.65g，0.037mol，0.006eq.)。攪拌反應物，伴隨著攪拌加入2000g環氧化物(來源於Wright公司，5.95mol)，將反應混合物加熱到90℃。
在大約15小時以後，將反應混合物撤熱，讓其冷卻到大約50℃，並使用≈3200mL用於轉移和稀釋的己烷將其轉移到分液漏鬥中(得到反應混合物與己烷的比為1∶1)。相繼用4×≈3200mL和1×2000mL的0.5M氫氧化鈉水溶液以及3×≈3200mL的2.5wt％氯化鈉水溶液洗滌己烷層。然後用250g硫酸鈉乾燥有機層並過濾。
在過濾液中加入800g快速級矽凝膠。在室溫下攪拌非均相的混合物3小時，在燒結玻璃漏鬥上過濾。然後在55℃下在旋轉乾燥器中濃縮過濾液，得到SiMAA2。用LC-MS分析得到的SiMMA的純度。純度的結果列在下面的表1中。
實施例2在一個裝有磁性攪拌棒、帶有乾燥管的冷凝器和熱點偶的5000mL三頸圓底燒瓶中依加入59g無水甲基丙烯酸鉀(0.476mol，0.08eq.)和1023g甲基丙烯酸(11.91mol，2eq.)。在反應燒瓶中加入MEHQ(4.65g，0.037mol，0.006eq.)。攪拌反應物，伴隨著攪拌加入2000g環氧化物(來源於Wright公司，5.95mol)，將反應混合物加熱到100℃。
在大約15小時以後，將反應混合物撤熱，讓其冷卻到室溫，並使用≈2000mL用於轉移和稀釋的己烷將其轉移到分液漏鬥中。相繼用3×≈5000mL的0.5M氫氧化鈉水溶液和3×≈3500mL的2.5wt％氯化鈉水溶液洗滌己烷層。然後用硫酸鈉乾燥有機層並過濾。在55℃下在旋轉乾燥器中濃縮過濾液，得到SiMAA2。用LC-MS分析得到的SiMMA的純度。純度的結果列在下面的表1中。
表1
二官能雜質包括如下化合物 二元醇是 實施例3-8在一個裝有磁性攪拌棒、帶有乾燥管的冷凝器和熱點偶的125mL三頸圓底反應燒瓶中加入6.88g甲基丙烯酸和如表2中所示數量的甲基丙烯酸鹽。攪拌反應物。伴隨著攪拌加入13.44g環氧化物(來源於Silar公司，40mmol)。將反應混合物加熱到90℃。
在15小時以後，將反應混合物撤熱，讓其冷卻到大約50℃，並用≈21.5mL用來轉移和稀釋該混合物的己烷將其轉移到分液漏鬥中。相繼用3×≈33.3mL的0.5N氫氧化鈉水溶液和3×≈33.3mL的2.5wt％氯化鈉水溶液洗滌己烷層。然後用硫酸鈉乾燥有機層並過濾。用LC-MS分析得到的SiMMA2的純度。得到的純度列在如下表2中。
表2
權利要求
1.一種方法，該方法包括在高於大約60℃的溫度下，使含有取代環氧化物的第一反應混合物與至少一種鋰鹽和至少一種丙烯酸反應至少4小時，得到取代的羥基丙烯酸酯的步驟。
2.如權利要求1的方法，其中所述取代環氧化物含有至少一種通式II的化合物 其中R2選自被至少一個含矽片段取代的C1～C6烷基。
3.如權利要求2的方法，其中R2選自被至少一種矽氧烷取代的C1～C6烷基
4.如權利要求1的方法，其中所述取代環氧化物含有至少一種通式III的化合物 其中，R6和R7獨立地選自具有1～4個碳原子的烷基，n是1～12的整數，x是0～3的整數。
5.如權利要求2的方法，其中所述含矽片段具有通式III的結構 其中A1和A2相同或不同，選自低級烷基和B，而B是如下結構的基團 其中R3、R4和R5相同或不同，選自低級烷基、苯基、苄基和三烷基甲矽氧基取代基。
6.如權利要求1的方法，其中所述取代環氧化物含有(3-甘油氧丙基)二(三甲基甲矽氧基)甲基矽烷。
7.如權利要求1的方法，其中所述至少一種鋰鹽含有1～4個碳原子，所述至少一種丙烯酸含有1～4個碳原子。
8.如權利要求1的方法，其中所述丙烯酸含有甲基丙烯酸。
9.如權利要求1的方法，其中所述丙烯酸的用量為每摩爾取代環氧化物使用大約1～大約3mol的丙烯酸。
10.如權利要求1的方法，其中所述溫度為大約80℃至大約110℃。
11.如權利要求1的方法，其中所述的反應步驟進行到實質上所有的環氧化物被轉化為所述取代的羥基丙烯酸酯為止。
12.如權利要求1的方法，其中基於環氧化物，所述鋰鹽的用量可直至大約0.5eq.。
13.如權利要求1的方法，其中所述第一反應混合物還含有至少一種阻聚劑。
14.如權利要求13的方法，其中所述阻聚劑選自硫化物、硫醇、奎寧、酚噻嗪、硫和它們的混合物。
15.如權利要求13的方法，其中所述阻聚劑的添加量可直至大約10,000ppm。
16.如權利要求13的方法，其中所述阻聚劑的添加量為大約1～大約1,000ppm。
17.如權利要求1或10的方法，其中所述方法進行的反應時間為大約4～大約20小時。
18.如權利要求13的方法，其中所述阻聚劑選自氫醌單甲基醚、丁基化的氫醌和它們的混合物。
19.如權利要求1的方法，該方法進一步包括用超臨界流體萃取提純所述取代的羥基丙烯酸酯的步驟。
20.如權利要求19的方法，其中所述超臨界流體是二氧化碳。
全文摘要
本發明涉及一種方法，該方法包括在高於大約60℃的溫度下，使取代環氧化物，優選是含矽氧烷的環氧化物與至少一種丙烯酸鋰鹽、至少一種丙烯酸和任選的至少一種阻聚劑反應，形成取代的羥基丙烯酸酯的步驟。
文檔編號C07F7/08GK1816555SQ200480018711
公開日2006年8月9日 申請日期2004年6月29日 優先權日2003年6月30日
發明者F·F·莫洛克, J·加納, S·馬哈德文 申請人:莊臣及莊臣視力保護公司