形成2H-苯并三唑主体和同类物的新方法

摘要

本发明涉及一种制备2H‑苯并三唑化合物和同类物的方法、新型2H‑苯并三唑化合物和同类物及其作为涂料和本体塑料中的UV吸收剂的用途。

说明书

本发明涉及一种制备2H-苯并三唑化合物和同类物的方法、新型2H-苯并三唑化合物和同类物及其作为涂料和本体塑料中的UV吸收剂的用途。更特别地，该制备方法是高效和广泛适用的。就形成不希望的化学废弃物和必要的能量输入而言，与常规方法相比，该新方法还更可持续。该方法还避免了目前危险的制备条件。

2H-苯并三唑是一类众所周知的用于保护各种有机涂料和清漆免受UV降解的化学品。此外，如WO 2005/093007A1所述，苯并三唑化合物已经用作OLED的发光层中的添加剂。

根据WO 2006/082145A1，许多结构不同的苯并三唑化合物已经应用于汽车涂料工业。就消费者的需求而言，该类苯并三唑化合物的光化学稳定性具有很大的技术重要性。此外，通过改变苯并三唑主体的化学结构，可以微调它们的UV吸收波长，这使得针对客户的定制应用成为可能。如DE 10001832A1所述，与苯并三唑主体连接的其他化学基团使得可以设计与高级涂料和清漆混合物的相应相容性。

通常，苯并三唑化合物通过形成1,2-卤代-或1,2-硝基-取代的二芳基偶氮中间体化合物而组装。随后在升高的温度下用过量叠氮化物处理1,2-卤代二芳基偶氮中间体化合物以取代卤素并引入第三个氮，从而以苯并三唑产物结束(参见例如T Zincke等，Chem.Ber.

或者，通过还原硝基将1,2-硝基二芳基偶氮中间体化合物环化成所需的苯并三唑产物(参见例如US 4347180和US 4275004)。然而，这两种方法都受到包括制备二芳基偶氮中间体的危险重氮盐前体所需的浓硫酸和硝酸在内的苛刻和腐蚀性条件的阻碍。此外，基于1,2-硝基二芳基偶氮中间体的还原性环化的路线导致硝基还原的副产物，这需要冗长且昂贵的纯化程序。此外，化学敏感的官能团不能在这些苛刻的反应条件下存活。

因此，需要一种改进的、广泛适用的制备2H-苯并三唑化合物及同类物的方法。该方法应该适于工业规模，以高产率和高纯度提供所需的化合物。

本发明通过提供2H-苯并三唑化合物的新的、直接的合成路线实现了该目的。

在第一方面中，本发明涉及一种制备通式(I)的苯并三唑化合物的方法：

其中：

R

R

-OR

-SR

-(CH

其中*表示键；

或者当Y为直接键时，Z还可额外为直接键；

m为0、1或2；

p为1，或者当X和Y分别为-N(R

R

R

R

R

R

A

其中A

其中B

所述方法包括在金属盐的存在下通过氧化闭环将式(III)的邻羟基二芳基偶氮化合物转化为式(I)的苯并三唑化合物的步骤，

其特征在于，用金属盐进行的氧化反应在0.001-4.5，优选为0.005-1.5，更优选为0.01-1.0，最优选为0.02-0.5的金属盐与二芳基偶氮化合物(III)的摩尔比下进行。

在优选实施方案中，所述方法包括通过在路易斯酸存在下使1,2-亚苯基二胺化合物(IV)与邻亚硝基苯酚化合物(V)反应而制备式(III)的邻羟基二芳基偶氮化合物，从而获得式(III)的二芳基偶氮化合物的新的在先步骤，

其中取代基A

在另一优选实施方案中，制备式(III)的邻羟基二芳基偶氮化合物的额外步骤包括使1,2-亚苯基二胺化合物(IV)与邻亚硝基苯酚化合物(V)在选自B(OR)

在另一优选实施方案中，所述路易斯酸选自B(OR)

在另一优选实施方案中，所述金属盐选自过渡金属盐，其包含阳离子Cu

在另一优选实施方案中，用金属盐进行的氧化在大气条件下进行。

在另一优选实施方案中，在氧释放剂如过氧化氢和/或过氧化脲的存在下，用亚化学计量量的金属盐进行氧化。

在另一优选实施方案中，在至少一种空气或氧气气氛存在下，用亚化学计量量的金属盐进行氧化。

在另一优选实施方案中，所述氧化用与配体络合的金属盐进行，其中所述配体优选选自NR

在另一优选实施方案中，所述金属盐中的抗衡离子选自SO

在另一优选实施方案中，在式(I)化合物中，

R

在另一优选实施方案中，所述化合物选自以下结构列表：

在另一优选实施方案中，在式(I)化合物中，

R

在另一优选实施方案中，所述化合物选自以下结构：

在另一优选实施方案中，式(I)化合物定义为下式(II)：

其中B

在另一优选实施方案中，式(II)化合物定义为下式(VI)：

其中R

在另一优选实施方案中，式(II)或(VI)的化合物选自以下结构：

在另一方面中，本发明还涉及一种制备通式(III)的邻羟基二芳基偶氮化合物的方法：

包括使1,2-亚苯基二胺化合物(IV)与邻亚硝基苯酚化合物(V)在路易斯酸存在下反应以获得式(III)的二芳基偶氮化合物的步骤，其中R

在另一方面中，本发明还涉及选自下列化合物的苯并三唑化合物：

在另一方面中，本发明还涉及所述苯并三唑化合物作为涂料或本体塑料中的紫外线(UV)吸收剂和/或可见光(VIS)吸收剂的用途。

下文将更详细地描述本发明。

由1,2-二芳基偶氮苯胺化合物制备2H-苯并三唑产物

在现有技术中，有时在非常高过量的金属盐存在下由重氮基苯胺制备苯并三唑化合物，从而导致氧化环化成苯并三唑核。然而，该反应不适合工业规模，同时额外造成环境挑战。此外，产物中的痕量残留金属盐严重损害了材料的预期技术用途。

本发明人现在改进了该方法，并且出乎意料地发现，邻羟基二芳基偶氮(或1,2-二芳基偶氮苯胺)化合物氧化环化得到相应的2H-苯并三唑化合物在催化的亚化学计量量的金属盐中发生(基团R

甚至更令人惊讶的是，该反应可以以直接的方式进行，可广泛地应用于各种不同的结构改性，并且在大多数情况下以非常高的产率获得苯并三唑化合物，从而构成了将规模扩大到工业水平的理想方法。事实上，本发明人可以证明当使用催化量的金属盐时，基本上定量地转化为2H-苯并三唑化合物。

因此，在金属盐与二芳基偶氮化合物(II)的摩尔比为0.001-4.5，优选为0.005-1.5，更优选为0.01-1.0，最优选为0.02-0.5的金属盐存在下，可实现邻羟基二芳基偶氮化合物(III)氧化成式(I)的苯并三唑化合物。

用于将式(II)的二芳基偶氮化合物转化为式(I)的苯并三唑化合物的金属盐的优选金属阳离子为过渡金属盐。优选的金属盐是包含选自Cu

金属盐中的抗衡离子的选择也可对将式(III)的邻羟基二芳基偶氮化合物转化为式(I)的苯并三唑化合物的产率具有正面影响，并减少后处理期间金属盐的去除。术语抗衡离子是指金属盐的阴离子部分。金属盐中优选的抗衡离子通常有助于在溶剂中的良好溶解度。因此，优选的抗衡离子包括SO

更优选的抗衡离子为SO

在金属盐的存在下，式(III)的邻羟基二芳基偶氮化合物向式(I)的苯并三唑化合物的转化可任选在额外络合配体的存在下进行。优选的配体包括NR

配体优选以稍微过量，例如相对于金属盐的金属阳离子过量2-15mol％，更优选5-12mol％，或者甚至更优选8-10mol％使用。

配体也可用作反应中的助溶剂。用作助溶剂的合适配体包括吡啶、N-甲基咪唑或NR

取决于离析物的溶解度和金属盐/配体的组合，可使用有机和/或羟基溶剂及其混合物。优选的溶剂包括氨、水和具有通式R-OH的醇的混合物，其中R为直链或支化的C

在一些情况下，本发明人发现最优选的是在严格无水条件下进行还原环化为苯并三唑化合物的反应。因此，在这些情况下，最优选使用无水溶剂，并且进一步添加配体和/或添加剂如分子筛。

就将邻羟基二芳基偶氮(或1,2-二芳基偶氮苯胺)化合物转化为相应的2H-苯并三唑化合物的反应温度而言，可使用宽范围的温度。优选地，反应温度应为20℃(室温)至100℃，更优选为30-90℃，甚至更优选为40-80℃，最优选为50-75℃。

有趣的是，本发明人进一步发现，当存在催化量的金属盐时，大气氧通常已经足以完成氧化环化为苯并三唑产物的反应。然而，通过提高反应混合物中的氧含量来加速氧化过程是可能的，并且是更优选的。因此，有利地是氧化过程在反应表面上方1-2个氧气大气压(101,325kPa至202,65kPa)下进行。

也可将氧络合物(或氧释放剂)加入到反应混合物中，例如通过加入可溶且易定量的氧络合物，如过氧化氢和/或氢过氧化脲或类似化合物。

1,2-亚苯基二胺化合物与1,2-亚硝基苯酚化合物的反应

如上所述，在催化量的金属盐存在下，由相应的邻羟基二芳基偶氮化合物(III)可以直接得到式(I)的苯并三唑化合物。

与此相反，该反应中的苯并三唑化合物的前体，即邻羟基二芳基偶氮化合物(III)被证明更难制备，因为本发明人发现现有技术中的大量基本的可用程序不适合通式(III)的邻羟基取代的二芳基偶氮化合物。例如，根据以下非常基本的合成方案，在乙酸存在下用亚硝基苯将苯胺转化成相应的重氮化合物(参见例如：Houben-Weyl 1965，Band 10/3，332-338)：

本发明人也将该方法应用于合成邻羟基二芳基偶氮化合物(III)，但不能得到化合物(III)。本发明人在他们的研究中发现，由于亚硝基化合物的邻羟基取代，根据上述方程式没有得到邻羟基二芳基偶氮化合物(III)，因为由于邻羟基亚硝基化合物与相应的邻醌肟的互变异构现象，发生了亚苯基二胺前体与邻醌肟的双加成。然而，本发明人已经开发了一种替代的直接方法，该方法使得通过使广泛可得的1,2-亚苯基二胺化合物(IV)与邻亚硝基苯酚化合物(V)(基团R

1,2-亚苯基二胺化合物(IV)和邻亚硝基苯酚化合物(V)在该反应步骤中是必需的，并且通过应用本发明的反应条件最终可以得到所需的邻羟基二芳基偶氮化合物(III)。本发明的反应可在温和的反应条件下以高产率进行，并且具有广泛的适用性。在该新方法中，1,2-亚苯基二胺化合物(IV)和邻亚硝基苯酚化合物(V)在仔细选择的路易斯酸存在下反应。

不希望受特定理论的束缚，额外存在温和的路易斯酸有助于避免由邻亚硝基苯酚与1,2-亚苯基二胺反应形成那些不希望的产物。还选择所选的温和亲氧性路易斯酸以便不与1,2-亚苯基二胺化合物(IV)络合。相反，该反应以非常高的产率得到所需的邻羟基二芳基偶氮化合物(III)，对于许多化合物而言，以接近定量的产率进行，而仅需要应用令人惊讶的温和且直接的反应条件。

另一个重要的优点是所述温和的反应条件和温和的路易斯酸与最终所需的苯并三唑体系(I)中的许多温度和酸敏感的官能团相容，从而使得该反应可用于制备宽范围的结构多样的苯并三唑化合物。首先，用于获得苯并三唑化合物的自动化制备方法成为可能，从而通过高通量筛选(HTS)得到通式(III)的邻羟基二芳基偶氮化合物的大库，这使得满足客户对于高度专业化应用所需的要求。中间体化合物(III)随后可如本文所述在金属盐的存在下氧化环化。

带有二氨基官能团的芳族体系可以是富电子的或缺电子的。在优选的实施方案中，1,2-亚苯基二胺化合物的氨基的相邻位置应该是未取代的，即被氢占据以实现最高产率。1,2-亚苯基二胺化合物可以是可商购获得的，或者通过本领域技术人员已知的合适路线合成。

在本发明方法中，优选的1,2-亚苯基二胺化合物(IV)定义为具有如下A

基团R

基团R

-OR

-SR

-(CH

其中*表示键；

或者当Y为直接键时，Z还可额外为直接键；

m为0、1或2；

p为1，或当X和Y分别为-N(R

R

R

R

R

在优选实施方案中，A

其中B

在另一优选实施方案中，1,2-亚苯基二胺定义为具有式(IV)的化合物：

其中R

在另一优选实施方案中，1,2-亚苯基二胺定义为具有式(IV)的化合物：

其中R

在另一优选实施方案中，1,2-亚苯基二胺定义为具有式(IVa)的化合物：

其中B

在另一优选实施方案中，1,2-亚苯基二胺定义为具有式(IVb)的化合物：

其中R

由于所有反应都在有机介质中进行，因此优选1,2-亚苯基二胺化合物可溶于适当的惰性有机溶剂中，例如烷基或芳基醚，环醚，例如四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、二噁烷或氯化有机溶剂，例如二氯甲烷，二氯乙烷，氯苯，二或三氯苯的异构体混合物，烷基或芳基腈，甲苯，二甲苯和脂族溶剂，例如己烷、庚烷、辛烷，和长链直链或支化的烷基或所述溶剂的混合物。

就本发明方法的第二反应物邻亚硝基苯酚而言，适用相同的考虑。

根据本发明优选的邻亚硝基苯酚化合物(V)具有下式(V)，其中R

邻亚硝基苯酚化合物(V)可商购获得或者也可通过已知的方法由适当取代的邻醌和羟胺方便地制备，如其他地方所述(参见例如A.Krzan，Acta Chim.Slov.

1,2-亚苯基二胺化合物(IV)与1,2-亚硝基苯酚化合物(V)的反应优选在上文已经提到的溶剂中进行。因此，可优选使用的溶剂包括直链或支化的二烷基醚、芳基醚，或更优选地，环醚，例如四氢呋喃、甲基四氢呋喃、二噁烷或其混合物。

当进行反应时，两种反应物，即1,2-亚苯基二胺化合物和邻亚硝基苯酚，可以在加入路易斯酸之前混合。或者，在不存在1,2-亚苯基二胺化合物的情况下，首先用路易斯酸处理邻亚硝基苯酚或作为邻亚硝基苯酚的互变异构体的相应肟化合物，从而首先形成活性络合物，然后加入1,2-亚苯基二胺化合物。

1,2-亚苯基二胺化合物和邻亚硝基苯酚化合物中的至少一种可以以相对于其他反应物过量5-50mol％，更优选10-40mol％，甚至更优选20-30mol％的量用于本发明方法中。然而，优选两种反应物以等摩尔量或至少接近等摩尔量使用。换言之，基于实施本发明工艺步骤时使用的1,2-亚苯基二胺化合物和邻亚硝基苯酚化合物的摩尔比，1,2-亚苯基二胺化合物与邻亚硝基苯酚化合物的相对量为1.05:1至1:1.05，更优选为1.02:1至1:1.02，最优选为1.1:1至1:1.1。

在该方法中使用的反应温度可选自室温至所选溶剂的回流温度。优选的反应温度为40-120℃，更优选为60-110℃，最优选为75-100℃。

就1,2-亚苯基二胺化合物和邻亚硝基苯酚化合物的浓度而言，或换言之，就所述两种化合物的反应中所用的溶剂的量而言，重要的是反应在足够的稀释下进行以保证1,2-亚苯基二胺化合物和邻亚硝基苯酚化合物完全溶解。

尤其优选的是，1,2-亚苯基二胺化合物与邻硝基苯酚化合物的反应在合适的路易斯酸的存在下进行。路易斯酸的用量优选为0.2-4.0当量，相对于1,2-亚苯基二胺化合物和邻亚硝基苯酚化合物。在1,2-亚苯基二胺化合物和邻亚硝基苯酚化合物不以等摩尔量使用的情况下，所用的路易斯酸的量相对于邻亚硝基苯酚化合物的量计算。更优选地，路易斯酸以0.5-3.0当量，或者更优选1.0-2.0当量的量使用。

优选包括下列路易斯酸以用于1,2-亚苯基二胺化合物和邻亚硝基苯酚化合物的反应：B(OR)

尤其优选的路易斯酸包括：B(OR)

最优选的路易斯酸包括B(OR)

路易斯酸中的基团R的结构和分子量通常可以根据路易斯酸在反应介质中的溶解度和/或根据路易斯酸不应从反应介质中沸腾出来的反应温度来选择。

下文举例说明该新的合成路线，然而，正如本领域技术所知的那样，并不限于所给出的实施例。

在另一方面中，本发明还涉及一种制备通式(III)的邻羟基二芳基偶氮化合物的方法，

包括使1,2-亚苯基二胺化合物(IV)，或优选(IVa)或(IVb)与邻亚硝基苯酚化合物(V)在路易斯酸存在下反应以获得式(III)的二芳基偶氮化合物的步骤，其中R

在另一方面中，本发明还涉及选自以下化合物的苯并三唑化合物：

在另一方面中，本发明还涉及本发明的苯并三唑化合物作为涂料或本体塑料中的紫外线(UV)吸收剂和/或可见光(VIS)吸收剂的用途。可见光吸收剂也称为UV防护剂。本领域技术人员熟知术语如UV吸收剂和UV防护剂的一般含义。

用作UV吸收剂和/或可见光吸收剂或UV防护剂的优选化合物包括以下化合物：

通过下文提供的实施例进一步详细地描述本发明。

实施例

制备实施例根据所要求保护的关键步骤II和III的方案4中列出的要求保护的顺序给出。

实施例1：

在无水氩气气氛中，将0.100g肟2、0.075g 1,2-亚苯基二胺1和0.200ml硼酸三乙酯(B(OEt)

对比实施例：

进行该反应而不加入B(OEt)

将溶于0.250ml水中的0.050g中间体3和0.190g CuSO

实施例2：

在无水氩气气氛中，将0.150g肟5、0.070g 1,2-亚苯基二胺1和0.150ml硼酸三乙酯溶解在4ml无水THF中，并在60℃下加热24小时。在TLC显示起始肟消耗后，将混合物蒸发至干，所得残余物用柱色谱法纯化(洗脱剂：己烷-乙酸乙酯：10-1体积/体积)，得到0.171g(92％)重氮-胺中间体6。

用2.5g碱性Al

根据实施例1中制备化合物4的程序，由0.007g(0.016mmol)中间体胺6和0.020g(0.122mmol)CuSO

更有利地，根据表1中所列的条件得到三唑7。如已经观察到的那样，碱敏感性官能团，例如各种所需苯并三唑化合物中的环酰胺或酯，不能在实施例1中给出的用于合成苯并三唑主体的氧化环化的条件下存活而没有明显的降解。

表1：胺6闭环成苯并三唑化合物7的反应产率，取决于催化剂的量

*使用0.050g胺6，回流至析出物消耗；＊＊0.200g的胺6发生反应；＊＊＊N,N,N,N-四甲基乙二胺；＊＊＊＊甲基咪唑；

实施例3：

根据实施例1中给出的制备化合物3的程序，用0.328g肟5和0.300ml B(OEt)

根据实施例2中给出的化合物6轮2的环化程序，将0.300g偶氮-胺9(异构体的混合物)环化得到0.270g(91％)苯并三唑10。

实施例4：

根据实施例1中给出的制备化合物3的程序，用0.430g肟2和0.620ml B(OEt)

根据实施例2中给出的化合物6轮3的环化程序，将0.460g偶氮-胺12环化得到0.282g(62％)苯并三唑13。

实施例5：

根据实施例1中给出的制备化合物3的程序，用0.330g肟2和0.480ml B(OEt)

根据实施例2中给出的化合物6轮3的环化程序，将0.390g偶氮-胺15环化，得到0.267g(69％)苯并三唑16。

实施例6：

根据实施例1中给出的制备化合物3的程序，用0.310g肟2和0.440ml B(OEt)

根据实施例2中给出的化合物6轮3的环化程序，将0.200g偶氮-胺18环化，得到0.125g(63％)苯并三唑19。

实施例7：

根据实施例1中给出的制备化合物3的程序，用1.000g肟2和1.50ml B(OEt)

根据实施例2中给出的化合物6轮1的环化程序—但仅回流7小时—将0.110g偶氮-胺21环化，得到0.100g(92％)苯并三唑22。

实施例8：

根据实施例1中给出的制备化合物3的程序，用0.150g肟5和0.150ml B(OEt)

根据实施例2中给出的化合物6轮2的环化程序，将0.100g偶氮-胺23环化，得到0.077g(77％)苯并三唑24。

实施例9：

根据实施例1中给出的制备化合物3的程序，用0.090g肟2和0.150ml B(OEt)

根据实施例2中给出的化合物6轮3的环化程序，将0.120g偶氮-胺29环化，得到0.101g(85％)苯并三唑30。

实施例10：

根据实施例1中给出的制备化合物3的程序，用0.200g肟5和0.215ml B(OEt)

根据实施例2中给出的化合物6轮3的环化程序，将0.150g偶氮-胺31环化，得到0.125g(83％)苯并三唑32。

实施例11：

根据实施例1中给出的制备化合物3的程序，用0.320g肟2和0.470ml B(OEt)

根据实施例2中给出的化合物6轮2的环化程序，将0.0.40g偶氮-胺26环化，得到0.038g(95％)苯并三唑27。

实施例12：

根据实施例1中给出的制备化合物3的程序，用2.500g肟2和3.75ml B(OEt)

根据实施例2中给出的化合物6轮3的环化程序，将2.00g如上获得的偶氮-胺29的异构体混合物环化，得到1.50g(76％)苯并三唑30。

实施例13：

根据实施例1中给出的制备化合物3的程序，将二胺31的二盐酸盐(3.00g)用3.30g肟2和4.82ml B(OEt)

根据实施例2中给出的化合物6轮3的环化程序，将2.70g如上获得的偶氮-胺32的异构体混合物环化，得到2.50g(91％)苯并三唑33。

起始肟2和5的制备：

肟2

与更稳定的肟2处于互变异构平衡的亚硝基化合物2'最好获自市售醌A(V.T.Kasumov等，Spectrochimica Acta A，

在氩气气氛中，将20.00g邻醌A溶解在450ml异丙醇和24ml吡啶中。在加入6.40g羟胺盐酸盐后，将混合物加热回流3小时，冷却，用乙醚稀释，随后用0.5N盐酸、饱和溶液碳酸氢盐溶液和盐水萃取。将有机相用硫酸钠干燥，过滤并蒸发，得到21.90g(96％)化合物2/2'。

也方便地使用没有结晶(96％)的粗材料，而没有显著的不利影响。由于互变异构平衡，光谱无法很好地分辨。

肟5

我们通过上述两步法获得了亚硝基衍生物5'，其也与其肟互变异构体5处于平衡状态，因为邻醌B目前不能大规模商业获得，而酚B以大吨位的规模生产。

根据已公开的用于酚的邻位氧化方案(M.Uyanik等，Molecular

如对肟2所述，用2.3g羟胺盐酸盐处理10.0g醌B，在后处理之后，得到8.8g(85％)糖浆状的醌5/5'。

起始邻二氨基邻苯二甲酰亚胺28：

首先根据公开的方案(US3980634)将市售氨基邻苯二甲酰亚胺30烷基化。在室温下，将2.50g氨基邻苯二甲酰亚胺30溶解在25ml含有4.25g丁基碘和0.075g 18-冠-6醚的无水二甲基甲酰胺中。然后，将该混合物用4.45g碳酸钾分批处理，剧烈搅拌并搅拌至所有起始化合物被消耗。将混合物过滤，用乙酸乙酯稀释，随后用水和盐水萃取。蒸发有机溶剂，留下3.28g(97％)丁基邻苯二甲酰亚胺31，其纯度足以用于下一步。

胺31被间歇地酰化成酰胺32，以确保完全邻位硝化成化合物33。

在室温下，将3.00g中间体31溶解在20ml二氯甲烷、3.00ml乙酸酐和4.00ml吡啶的混合物中，并在室温下搅拌直至起始胺31被消耗。然后，将混合物用乙酸乙酯稀释，用1N盐酸溶液、饱和碳酸氢钠溶液和盐水萃取。蒸发溶剂得到3.50g(100％)酰胺32，为黄色粉末，其纯度足以用于下一步。

随后根据公开的程序(O.V.Shishkina等，Rus.J.Gen.Chem.

根据公开的程序(A.R.Katrizky等，J.Heterocycl.Chem.