用二取代碳二亚胺和二亚丙基三胺生产1,5,7-三氮杂双环4.4.0癸-5-烯

摘要

公开了使用二取代的碳二亚胺,二亚丙基三胺和任选地醚属溶剂和/或醇，生产1,5,7-三氮杂双环[4.4.0]癸-5-烯的方法。海公开了在可电沉积的涂料组合物中使用通过这一方法生产的1,5,7-三氮杂双环[4.4.0]癸-5-烯，和在基底上电泳沉积这一涂层，形成涂布的基底。

说明书

相关申请的交叉参考

本申请是2012年4月25日提交的美国专利申请序列号13/455,651 的部分继续申请。

发明领域

本发明涉及生产1,5,7-三氮杂双环[4.4.0]癸-5-烯的方法。

发明背景

已知双环胍类，例如1,5,7-三氮杂双环[4.4.0]癸-5-烯(TBD)是化 学活性的且可被用于催化各种化学反应。商业利用双环胍类作为催化剂 (用于任何反应)的重要考虑因素是，双环胍类的购买相对便宜和/或容 易生产。

然而，已经公布的合成双环胍类的方法常常复杂，例如通过使用多 步和/或耗时的工艺。其他方法使用非常昂贵和/或危险的起始材料。进 一步地，许多公布的方法没有产生高产率的所需产物，或者产生难以与 双环胍类相分离且本身可能危险的副产物，例如苯胺。此外，这些方法 中的许多方法产生可能难以彼此分离的不同类型的双环胍类，和/或产生 难以处理形式的水合胍类。

因此，需要安全且有效的生产双环胍类的方法。

发明概述

本发明涉及生产1,5,7-三氮杂双环[4.4.0]-5-烯的方法，该方法 包括形成含二取代的碳二亚胺，二亚丙基三胺和醚属溶剂(ethereal  solvent)和/或醇的混合物；和加热该混合物，引起二取代的碳二亚胺与 二亚丙基三胺反应。

本发明进一步涉及生产1,5,7-三氮杂双环[4.4.0]癸-5-烯的方法， 该方法包括形成含二取代的碳二亚胺和二亚丙基三胺的混合物；和加热 该混合物，引起二取代的碳二亚胺与二亚丙基三胺反应。

发明详述

本发明涉及生产双环胍类的方法。更具体地，本发明涉及生产 1,5,7-三氮杂双环[4.4.0]-5-烯的方法，该方法包括使二取代的碳二亚 胺与也称为双(3-氨丙基)胺的二亚丙基三胺(“DPTA”)反应。

本文中所使用的术语“二取代的碳二亚胺”是指具有化学式 RN＝C＝NR¹的化合物，其中R和R¹独立地包括烷基，芳基或其混合物。R 和R¹可以相同或不同。在某些实施方案中，二取代的碳二亚胺包括二烷 基碳二亚胺，和R/R¹基是脂族和/或脂环族烷基，例如具有1-10个碳的 脂族和/或脂环族烷基；尤其合适的二烷基碳二亚胺没有限制地包括 N,N'-二异丙基碳二亚胺(DIC)(即，当R/R¹是异丙基时)，N,N'-二环己基 碳二亚胺(DCC)(即，当R/R¹是环己基时)，N,N'-二叔丁基碳二亚胺(当 R/R¹是叔丁基时)，及其任何组合。

在某些实施方案中，二取代的碳二亚胺包括二芳基碳二亚胺，和 R/R¹基是芳基。尤其合适的二芳基碳二亚胺是N,N'-二对甲苯基碳二亚胺 (其中R/R¹是甲苯残基)。在某些实施方案中，使用一种或更多种二烷基 碳二亚胺和/或一种或更多种二芳基碳二亚胺的组合。

在某些实施方案中，生产1,5,7-三氮杂双环[4.4.0]癸-5-烯的方 法包括首先在醚属溶剂中和/或在醇中溶解二取代的碳二亚胺，之后使二 取代的碳二亚胺与DPTA反应。这些实施方案在本文中有时称为“溶剂 法”。在以下进一步讨论的备选的实施方案中，生产1,5,7-三氮杂双环 [4.4.0]癸-5-烯的方法没有利用醚属溶剂或醇，和在本文中有时称为“无 溶剂法”。

一般地，溶剂法始于在醚属溶剂中和/或在醇中溶解二取代的碳二 亚胺。接下来，将二亚丙基三胺加入到已溶解的二取代的碳二亚胺中。 在一些实施方案中，加热二取代的碳二亚胺和溶剂和/或醇混合物，例如 到60℃的温度，之后添加DPTA，和在一些实施方案中，在添加DPTA之 后，加热该混合物到约60℃。然后进一步加热该混合物到升高的温度， 并保持充足的时间段，使二取代的碳二亚胺和二亚丙基三胺反应，首先 形成中间体(通常N,N'-二取代的单环胍类)，然后形成1,5,7-三氮杂双 环[4.4.0]癸-5-烯和胺。通过使二取代的碳二亚胺和二亚丙基三胺反应 生成的胺取决于R/R¹基团。例如，若R/R¹是异丙基，则胺将是异丙基胺， 或者若R/R¹是环己基，则胺将是环己基胺。这一胺副产物可在反应过程 中蒸馏掉，使得当反应完成时，在反应容器内与1,5,7-三氮杂双环[4.4.0] 癸-5-烯一起残留的所有物质是醚属溶剂和/或醇。或者，胺副产物可以 在反应完成时除去。

可在本发明的溶剂法中使用的合适的醚属溶剂包括，但不限于丁基 卡必醇缩甲醛(butyl carbitol formal)。

可在本发明的溶剂法中使用的合适的醇(即，醇类溶剂)包括，但不 限于，一元醇或多元醇，例如2-丁氧基乙醇(即，丁基溶纤剂)，二甘醇 单丁醚(即，丁基CARBITOL)，六乙氧基化双酚A多元醇及其组合。在某 些实施方案中，使用2-丁氧基乙醇。

一般地，本发明的溶剂法始于引入二取代的碳二亚胺到反应容器 中。接下来，将二亚丙基三胺缓慢地加入到反应容器中，其中所得混合 物开始反应并放热。然后加热该混合物到升高的温度，并保持充足的时 间段，使二取代的碳二亚胺和二亚丙基三胺反应，首先形成中间体，然 后形成1,5,7-三氮杂双环[4.4.0]癸-5-烯和胺。这一胺副产物在反应过 程中可以蒸馏掉，或者当反应完成时被除去。稀释剂，例如六乙氧基化 双酚A多元醇可加入到反应容器内形成的1,5,7-三氮杂双环[4.4.0]癸 -5-烯中。

当在本发明方法的上下文中使用时，术语“升高的温度”是二取代 的碳二亚胺与二亚丙基三胺反应形成1,5,7-三氮杂双环[4.4.0]癸-5-烯 和胺时的温度。在某些实施方案中，升高的温度是大于或等于160℃， 大于或等于170℃，或者大于或等于180℃，且可以高达220℃，230℃， 240℃或甚至更高。典型地，较高温度导致较短的反应时间。在某些溶剂 法中，升高的温度对应于所使用的醚属溶剂和/或醇或共混物的回流温 度。例如，当使用2-丁氧基乙醇时，升高的温度对应于2-丁氧基乙醇的 回流温度(约170℃)。在特别的实施方案中，二取代的碳二亚胺包括二 芳基碳二亚胺和升高的温度是大于或等于160℃，大于或等于170℃，或 者大于或等于180℃。

当在本发明方法的上下文中使用时，术语“充足的时间段”是引起 二取代的碳二亚胺与二亚丙基三胺基本上或完全反应所需的时间。“基 本上反应”是指转化率大于或等于70％；“完全反应”是指转化率大于 或等于85％。这一时间段可以随确切的反应条件而变化，和在溶剂法的 情况下，随所使用的醚属溶剂和/或醇而变化。典型地，充足的时间段为 1-6小时，例如1-4小时或者2-4小时。可使用已知的光谱技术(IR,¹³C NMR 等)，通过分析反应容器的内容物，确定反应程度，以证实二取代的碳二 亚胺和二亚丙基三胺存在与否，并证实1,5,7-三氮杂双环[4.4.0]癸-5- 烯的存在。

在某些实施方案中，在没有催化剂的情况下，进行本文中描述的方 法。然而，在其他实施方案中，使用催化剂。根据目前的方法，可使用 增加二取代的碳二亚胺和二亚丙基三胺之间反应速率的任何催化剂，例 如弱酸催化剂。合适的弱酸催化剂包括，但不限于，硫脲，叔十二烷基 硫醇，2-巯基乙醇和双酚A。在某些实施方案中，催化剂是添加剂，和 在其他实施方案中，催化剂可作为碳二亚胺内的杂质(可能地作为制造工 艺的副产物形式生成)引入。甚至这些痕量的催化剂可增加反应速率。若 使用的话，则催化剂可与碳二亚胺一起添加。

在某些实施方案中，通过在大气压下蒸馏，将1,5,7-三氮杂双环 [4.4.0]癸-5-烯与醚属溶剂和/或醇相分离。在某些实施方案中，在蒸馏 工艺之后，可以以粉末形式回收1,5,7-三氮杂双环[4.4.0]癸-5-烯。或 者，1,5,7-三氮杂双环[4.4.0]癸-5-烯可与醚属溶剂和/或与醇维持在溶 液内以供随后使用。如上所述，在溶剂和无溶剂法二者中，可借助蒸馏， 从反应容器中除去胺副产物。在某些实施方案中，这一蒸馏与反应同时 进行。“同时(concurrent)”是指在其中在形成1,5,7-三氮杂双环[4.4.0] 癸-5-烯的反应过程中进行蒸馏。尽管发明人不希望束缚于任何机理，但 在某些实施方案中，蒸馏掉副产物与反应同时进行可导致更加有效地， 亦即更加快速地和/或在更高转化率百分比下发生反应。

在以上所述的或者溶剂或者无溶剂法中形成的分离的双环胍 (1,5,7-三氮杂双环[4.4.0]癸-5-烯(TBD))(它为溶液形式或者粉末形式) 然后可加入到双环胍可在其内使用的任何组合物中。例如，在某些实施 方案中，由本文描述的方法形成的双环胍可加入到可电沉积的涂料组合 物，例如在美国专利No.7,842,762中描述的可电沉积的涂料组合物中， 在此通过参考将其全文引入。

除非另外明确说明，本文中所使用的所有数值，例如表达值、范围， 用量或百分比的那些数值可以如同冠以措辞“约”来阅读一样，即使该 术语没有明确地出现。本文中引证的任何数值范围拟包括本文中包含的 所有子范围。复数包括单数和相反。例如，尽管就“一种”二取代的碳 二亚胺，“一种”醇描述了本发明，“该(the)”R/R¹基团和类似基团， 但可使用这些和其他组分的混合物。此外，本文中所使用的术语“聚合 物”拟指预聚物，低聚物，和均聚物与共聚物二者；前缀“聚”是指两 个或更多个。当给出范围时，在这些范围内，这些范围和/或数值的任何 终点可与本发明的范围组合。“包括”，“例如”和类似术语是指“包 括/例如/例如，但不限于”。

实施例

下述实施例拟例举本发明且绝不打算限制本发明。

实施例1：在2-丁氧基乙醇内的DIC路线

四颈烧瓶配有温度探针，不锈钢机械搅拌器，和冰水冷凝器。干燥 氮气吹扫通过该烧瓶，经冷凝器出来，然后通过含有干冰与乙醇的附着 的冷阱，以捕获异丙基胺蒸馏物。向该烧瓶中引入2-丁氧基乙醇(220mL) 和N,N'-二异丙基碳二亚胺(151.4g,1.2mol)，并温热到60℃。然后， 缓慢地添加二亚丙基三胺(131.2g,1.0mol)。一旦添加二亚丙基三胺， 则观察到40℃的放热(～60℃→100℃)。反应被缓慢地温热到170℃，并 在该温度下回流12小时。然后冷却橙色的均匀溶液，倾倒出反应容器， 并在没有进一步纯化的情况下使用。通过HPLC，测定最终溶液内的TBD 浓度(38.8wt％,94.6％转化率)。¹³C NMR分析表明该物质仅仅由在2-丁 氧基乙醇内的1,5,7-三氮杂双环[4.4.0]癸-5-烯组成。蒸馏物的¹³C NMR 分析证实了捕获副产物异丙基胺(129mL)作为唯一的化合物。

实施例2：在2-丁氧基乙醇内的DCC路线

四颈烧瓶配有温度探针，不锈钢机械搅拌器，和冰水冷凝器。干燥 氮气吹扫通过该烧瓶，并经冷凝器出来。向该烧瓶中引入2-丁氧基乙醇 (220mL)和N,N'-二环己基碳二亚胺(247.6g,1.2mol)，并温热到60℃。 然后，缓慢地添加二亚丙基三胺(131.2g,1.0mol)。一旦添加二亚丙 基三胺，则观察到14℃的放热(～58℃→72℃)。反应被缓慢地温热到 170℃，并在该温度下回流18小时。然后冷却橙色的均匀溶液，倾倒出 反应容器，并在没有进一步纯化的情况下使用。通过HPLC，测定最终溶 液内的TBD浓度(32.9wt％,80.2％转化率)。¹³C NMR分析表明该物质仅 仅由在2-丁氧基乙醇内的1,5,7-三氮杂双环[4.4.0]癸-5-烯和环己基 胺(2.5％)组成。

实施例3：在二甘醇单丁醚内的DCC路线

四颈烧瓶配有全蒸馏装置以及温度探针，和不锈钢机械搅拌器。干燥氮气吹扫通过该烧瓶，并经蒸馏装置出来。向该烧瓶中引入二甘醇单 丁醚(210mL)和N,N'-二环己基碳二亚胺(247.6g,1.2mol)，并温热 到60℃。然后，缓慢地添加二亚丙基三胺(131.2g,1.0mol)。一旦添 加二亚丙基三胺，则观察到41℃的放热(～61℃→102℃)。反应被温热到 140℃，并保持1小时，然后加热到220℃，并保持2小时。然后冷却橙 色的均匀溶液，倾倒出反应容器，并在没有进一步纯化的情况下使用。 通过HPLC，测定最终溶液内的TBD浓度(35.4wt％,81.0％转化率)。¹³C NMR 分析表明该物质仅仅由在二甘醇单丁醚内的1,5,7-三氮杂双环[4.4.0] 癸-5-烯组成。蒸馏物的¹³C NMR和GC/MS分析证实了捕获环己基胺(199 mL)。

实施例4：在2-丁氧基乙醇内的DpTC路线

四颈烧瓶配有温度探针，磁搅拌棒，和冰水冷凝器。干燥氮气吹扫 通过该烧瓶，并经冷凝器出来。在环境温度下向该烧瓶中引入2-丁氧基 乙醇(11mL),N,N'-二-对甲苯基碳二亚胺(13.5g,0.06mmol)，和二 亚丙基三胺(6.64g,0.05mol)，观察到34℃的放热(～23℃→57℃)。 反应被缓慢地温热到170℃，并在该温度下回流15小时。然后冷却橙- 棕色的均匀溶液，倾倒出反应容器，并在没有进一步纯化的情况下使用。 通过HPLC，测定最终溶液内的TBD浓度(19.9wt％,79.1％转化率)。¹³C NMR 和GC分析表明该物质仅仅由在2-丁氧基乙醇内的1,5,7-三氮杂双环 [4.4.0]癸-5-烯和对甲苯胺(36.8％)组成。

实施例5：DCC路线(100％固体，后添加的多元醇，DCC过量20％)

四颈烧瓶配有全蒸馏装置以及温度探针，和不锈钢机械搅拌器。干 燥氮气吹扫通过该烧瓶，并经蒸馏装置出来。向该烧瓶中引入N,N'-二 环己基碳二亚胺(247.6g,1.2mol)，接着缓慢添加二亚丙基三胺(131.2 g,1.0mol)。当添加二亚丙基三胺时，观察到31℃的放热(～24℃→55℃)。 反应被温热到170℃，并保持1小时，然后加热到220℃，并保持2小时。 在最后的保持之后，添加六乙氧基化双酚A多元醇(417.0g,0.85mol) 作为稀释剂。然后搅拌、冷却橙色的均匀溶液，倾倒出反应容器，并在 没有进一步纯化的情况下使用。通过HPLC，测定最终溶液内的TBD浓度 (21.3wt％,94.4％转化率)。¹³C NMR分析表明该物质仅仅由在六乙氧基 化双酚A多元醇内的1,5,7-三氮杂双环[4.4.0]癸-5-烯组成。蒸馏物的 ¹³C NMR和GC/MS分析证实了捕获环己基胺(175mL)。

实施例6：DCC路线(100％固体，后添加多元醇，DCC过量2％)

四颈烧瓶配有全蒸馏装置以及温度探针，和不锈钢机械搅拌器。干 燥氮气吹扫通过该烧瓶，并经蒸馏装置出来。向该烧瓶中引入N,N'-二 环己基碳二亚胺(210.5g,1.02mol)，接着缓慢添加二亚丙基三胺 (131.2g,1.00mol)。当添加二亚丙基三胺时，观察到32℃的放热(～23℃ →55℃)。反应被温热到170℃，并保持1小时，然后加热到220℃，并 保持2小时。在最后的保持之后，添加六乙氧基化双酚A多元醇(319.8g, 0.65mol)作为稀释剂。然后搅拌、冷却橙色的均匀溶液，倾倒出反应容 器，并在没有进一步纯化的情况下使用。通过HPLC，测定最终溶液内的 TBD浓度(28.0wt％,93.7％转化率)。¹³C NMR分析表明该物质仅仅由在六 乙氧基化双酚A多元醇内的1,5,7-三氮杂双环[4.4.0]癸-5-烯组成。蒸 馏物的¹³C NMR和GC/MS分析证实了捕获环己基胺(229mL)。

实施例7：DCC路线(100％固体，后添加的多元醇，DCC过量2％，98％ 纯度的DCC，弱酸催化剂)

四颈烧瓶配有全蒸馏装置以及温度探针，和不锈钢机械搅拌器。干 燥氮气吹扫通过该烧瓶，并经蒸馏装置出来。向该烧瓶中连续引入N,N'- 二环己基碳二亚胺(210.5g,1.02mol，98％纯度-Dalian Harsou Chemical  Co.,Ltd)，双酚A(0.570g,0.0025mol)和二亚丙基三胺(131.2g,1.00 mol)。当添加二亚丙基三胺时，观察到30℃的放热(24℃→54℃)。反应 被温热到140℃，并保持1小时，然后缓慢地加热到220℃，并保持2小 时。在最后的保持之后，添加六乙氧基化双酚A多元醇(319.8g,0.65mol) 作为稀释剂。然后搅拌、冷却橙色的均匀溶液，倾倒出反应容器，并在 没有进一步纯化的情况下使用。通过HPLC，测定最终溶液内的TBD浓度 (29.3wt％,96.7％转化率)。¹³C NMR分析表明该物质仅仅由在六乙氧基 化双酚A多元醇内的1,5,7-三氮杂双环[4.4.0]癸-5-烯组成。应当注意， 尝试在不存在双酚A情况下的上述工序得到显著较低的TBD转化率，这 通过HPLC来分析(26.9wt％,88.7％转化率)。这证明在DPTA与98％纯度 的DCC反应中，使用弱酸催化剂，例如双酚A改进了TBD的转化率。

尽管为了阐述的目的，以上描述了本发明的特别的实施方案，但对 于本领域技术人员来说，明显的是可在没有脱离所附权利要求定义的本 发明的情况下，作出本发明细节的许多改变。