专利名称：多环内酯化合物、具有多环内酯结构的(甲基)丙烯酸酯及其制备方法
技术领域：
本发明涉及具有多环结构的内酯化合物和通过向内酯化合物加成丙烯酸或甲基丙烯酸而获得的(甲基)丙烯酸酯及其制备方法。
这些化合物不仅用作官能化学品例如药物和杀虫剂的中间体，而且它们(特别是(甲基)丙烯酸酯)适合作为电子材料或与光学相关的材料的丙烯酸类树脂用起始单体。
背景技术：
通过还原在同一分子中具有碳-碳双键的环状酸酐，已知有多种方法作为仅仅选择性地还原酸酐而保留双键以将其转化为多环内酯化合物的方法(参见非专利文献1-3)。在这些方法中，硼氢化钠/二甲基甲酰胺体系、氢化铝锂等用作还原剂，和在具有类似半导体性质的金属或非金属的氢化物反应后，根据常规方法用酸性水溶液处理反应溶液，以水解络合物，由此获得产物。
此外，已知通过在酸催化剂存在下，多环内酯和羧酸之间的加成反应获得具有多环内酯结构的(甲基)丙烯酸酯化合物(参见专利文献1和2和非专利文献4和5)。
JP-A-3-148239[专利文献2]JP-A-63-8355[非专利文献1]M.M.Kayser等人的Canadian Journal of Chemistry，1978，vol.56，p.1524-1532[非专利文献2]E.M.Mangnus等人的Synthetic Communications，1992，vol.22，p.783-786[非专利文献3]J.Haslouin等人的Tetrahedron Letters，1976，p.4651-4654[非专利文献4]A.Heidekum等人的Journal of Catalysis，1999，vol.181，p.217-222[非专利文献5]J-M.N.Mebah等人的New Joumal of Chemistry，1993，vol.17，p.835-841发明内容然而，对于用作电子材料或光学相关材料的原料的化合物，需要尽可能减小杂质，例如具有半导体性质的金属或非金属的含量。但是，在使用还原剂还原上述多环酸酐的方法中，发现所得多环内酯化合物含有大量来自还原剂的杂质，并且这些杂质不能通过简单操作除去。
此外，由于含有大量来自还原剂的杂质，在酸催化剂存在下使所得环状内酯化合物和(甲基)丙烯酸进行加成反应时，因为多环内酯化合物的(甲基)丙烯酸酯化合物作为目标化合物和(甲基)丙烯酸作为原料形成了非常不稳定的体系，并且在反应过程中以及反应后的分离操作工艺中聚合反应易于进行，发现难以稳定地进行工业化生产。
本发明的目的是提供多环内酯化合物和具有多环内酯结构的(甲基)丙烯酸酯化合物，其不含有来自还原剂的杂质，结果能够稳定地进行工业化生产，还提供其制备方法。
本发明的发明人为解决上述问题进行了深入研究，结果发现在酸催化剂存在下的多环内酯化合物和(甲基)丙烯酸之间的加成反应步骤中以及通过将来自在上述多环酸酐的还原反应中使用的还原剂的特定元素的量降低至规定量或更低的接下来的纯化步骤中，有可能进行稳定地工业化生产。发明人还发现可以通过对通过还原多环酸酐获得的多环内酯化合物进行一次开环和再次闭环，将在多环内酯化合物和具有多环内酯结构的(甲基)丙烯酸酯化合物中含有的来自还原剂的特定元素的量减小，所述具有多环内酯结构的(甲基)丙烯酸酯化合物是通过加成多环内酯化合物和(甲基)丙烯酸获得的。由此，完成了本发明。
即，本发明的第一要旨在于下式(1)表示的多环内酯化合物，其中选自周期表13-14族的元素的含量为500ppm或更小 其中R1和R2各自独立地表示氢原子或具有1-12个碳原子的烷基，和n表示0或1。
本发明的第二要旨在于制备上述多环内酯化合物的方法，其中使用含有选自周期表13-14族的元素的还原剂还原下式(2)表示的不饱和多环酸酐，且选自周期表13-14族的元素的浓度为500ppm或更小 其中R1、R2和n具有与式(1)相同的含义。
本发明的第三要旨在于下式(3)和/或(4)表示的具有多环内酯结构的(甲基)丙烯酸酯化合物，其中选自周期表13-14族的元素的含量为500ppm或更小 其中R1、R2和n具有与通式(1)相同的含义，和R为氢原子、甲基或三氟甲基。
本发明的第四要旨在于制备具有多环内酯结构的(甲基)丙烯酸酯化合物的方法，其中通过上述多环内酯化合物和(甲基)丙烯酸之间的加成反应制备上式(3)和/或(4)表示的化合物。
本发明的第五要旨在于制备外型酸酐(exo-acid anhydride)的方法，其中使用溶剂从其中R1和R2的构型都为内型的不饱和多环酸酐(下文称作外型酸酐)和其中R1和R2的构型都为外型的不饱和多环酸酐(下文称作内型酸酐)的混合物中主要沉淀(predominantly precipitated)外型酸酐的晶体。
本发明的多环内酯化合物和具有多环内酯结构的(甲基)丙烯酸酯化合物不含有来自还原剂的杂质，结果能够稳定地进行工业化生产。
此外，根据本发明的制备多环内酯化合物和具有多环内酯结构的(甲基)丙烯酸酯化合物的方法，可以通过简单操作减小化合物中的来自还原剂的杂质。
具体实施例方式
下面将详细描述本发明。
(多环内酯化合物)本发明的多环内酯化合物是下面通式(1)表示的化合物。
在通式(1)中，R1和R2各自独立地表示氢原子；或具有1-12个碳原子的烷基。
作为烷基，可以提及直链、支链或环状烷基，例如甲基、乙基、正丙基、异丙基或正丁基。其中，优选氢原子或具有1-4个碳原子的直链烷基，并且特别优选氢原子。
此外，本发明的多环内酯化合物含有来自用于羰基的还原反应的还原剂的选自周期表13-14族的元素，例如硼原子或铝原子，特别是硼原子，所述元素的含量为500ppm或更小，优选为200ppm或更小，更优选为100ppm或更小，特别优选为50ppm或更小，特别优选为20ppm或更小，特别优选为5ppm或更小。
同时，在上式(1)表示的多环内酯化合物中，存在其中内酯部分的构型为外型的化合物(下文称作外型内酯化合物式(5))和其中构型为内型的化合物(下文称作内型内酯化合物通式(6))。在本发明中，在上述两种化合物的总量中，外型内酯化合物的量优选为两种化合物总量的70摩尔％或更大。外型内酯的量优选为90摩尔％或更大，更优选为95摩尔％，最优选为99摩尔％或更大 其中R1、R2和n具有与通式(1)相同的含义。
根据发明人的研究，发现其中n为0的内型内酯化合物在约35℃为固体和其中n为0的外型内酯化合物在约35℃为溶液形式。因此，由于外型内酯化合物在环境温度下为液体，通过增加外型化合物的量，在通过蒸馏纯化多环内酯化合物时，在冷却缩合时不会发生固化，从而容易处理，因此存在工业价值。
此外，通过增加外型化合物的量，可以在用(甲基)丙烯酸酯进行酯化以制备具有交联内酯结构的(甲基)丙烯酸酯化合物时，抑制副反应的进行，因此可以改善产物的纯度和产率。
(制备多环内酯化合物的方法)(a)不饱和多环酸酐的还原反应可以根据已知方法或与其相似的方法通过还原下式(2)表示的不饱和多环酸酐的一个羰基而获得多环内酯化合物。可以根据已知方法，例如亲双烯体化合物(例如相应的马来酸酐)和二烯(例如环戊二烯)之间的Diels-Alder反应，制备下式(2)表示的化合物
其中R1、R2和n具有与通式(1)相同的含义。
用于上述还原反应的还原剂没有特别限制，只要其用于还原羰基即可，但是其优选实例包括周期表13-14族元素的氢化物，例如硼氢化钠和氢化铝锂或通过用醇盐代替上述周期表13-14族元素的氢化物中的部分活性氢而获得的化合物，例如二(2-甲氧基乙氧基)氢化铝钠(Red-Al)。此时，可以通过在还原反应前混合化学计量量的相应金属氢化物和醇来制备醇盐基还原剂。
就氢化物相对于上式(1)表示的化合物而言，还原剂以摩尔比计通常为1或更大，优选为1.5或更大，更优选为2或更大，特别优选为大于2，更优选为3或更大。
另一方面，当还原剂的量太大时，导致工业上不利的问题，例如后处理问题，因此通常其用量以摩尔比计为40或更小，优选为30或更小，更优选为20或更小，特别优选为10或更小，以氢化物计。
一般通过将还原剂和酸酐中的任一种的溶液或悬浮液逐份加入另一种的溶液或悬浮液中，进行还原剂和酸酐之间的反应。在完全加入后，在与加入时的温度条件相同或不同的温度条件下搅拌混合物预定的时间，以完成反应。加入时的温度和接下来的搅拌温度通常为-50℃-100℃，但是在使用氢化铝锂或其部分醇盐取代的衍生物时优选为-20-50℃，在使用硼氢化钠或其部分醇盐取代的衍生物时优选为0-80℃。
反应时间和加成反应后的搅拌时间基于诸如反应温度等条件而变化，但是反应时间和搅拌时间各自的下限通常为0.1小时或更大，优选为0.2小时或更大，各自的上限通常为100小时或更小，优选为80小时或更小。在惰性气体，例如充分干燥的氦气、氮气或氩气的气氛中进行反应。
对于反应溶剂，在例如M.M.Kayser等人的Canadian Journal of Chemistry，vol.56，p.1524(1978)等描述的方法中推荐二甲基甲醛，但是当考虑整体方便性，例如产物的分离时，反应优选在以下溶剂中进行脂族直链醚，例如二乙醚、二丙醚、二丁醚或1，2-二甲氧基乙烷；或环状醚，例如四氢呋喃、吡喃、1，3-二氧戊环或1，4-二噁烷。其用量是非绝对限定的和任选的，但是作为原料浓度，下限通常为0.1重量％或更大，优选为0.5重量％或更大，上限通常为80重量％或更小，优选为70重量％或更小。
(b)还原剂的失活处理在完成上述还原反应后，优选进行以下步骤通过混合反应溶液和无机酸，例如硫酸或盐酸，分解和失活未反应的还原剂以及基质中间体与还原剂的络合物，接着使用与水不混溶的有机溶剂萃取目标产物。
作为与水不混溶的有机溶剂，可以提及例如脂族烃，例如己烷、庚烷和辛烷；芳族烃，例如苯、甲苯和二甲苯；酯，例如乙酸甲酯、乙酸乙酯和乙酸丁酯；醚，例如二乙醚、二丙醚和二丁醚。并且当与水以任何比例混溶的溶剂(例如四氢呋喃)用作反应溶剂时，萃取效率降低，因此如果必要地话优选通过常规方法例如减压蒸馏在萃取前除去部分或全部反应溶剂。
上述无机酸的浓度没有特别限制，但是通常使用0.1-5N水溶液。在使用这些酸水溶液水解后获得的溶液优选为酸性的，例如pH为2或更低。分解反应所需的反应温度和反应时间随起始材料的种类而变化，并且用无机酸处理的时间影响产率和难以分离的副产物的量。一般地，温度的下限通常为-5℃或更高，优选为0℃或更高，上限通常为80℃或更低，优选为50℃或更低，时间的下限通常为0.1小时或更大，优选为0.2小时或更大，上限通常为100小时或更小，优选为80小时或更小。
(c)在对还原剂进行失活处理后，用pH低于12的碱性水溶液的洗涤处理在本发明的制备方法中，在如上所述用无机酸使还原剂失活后，通过提供用pH低于12的碱性水溶液的洗涤步骤，可以降低来自还原剂并结合到通式(2)和/或(3)表示的多环内酯化合物中的、选自周期表13-14族的元素的量，该多环内酯化合物作为上述还原反应的产物。
上述碱性水溶液的pH大于7，优选为8或更大上限小于12，优选为11.5或更小。作为用于该水溶液中的碱性物质，优选碱金属碳酸氢盐，例如碳酸氢钠或碱金属碳酸盐例如碳酸钠。
作为待使用的上述碱性水溶液的量，其用量为2重量当量(weightequivalents)或更大，优选为3重量当量或更大，更优选为5重量当量或更大，特别优选为10重量当量或更大，相对于内酯化合物。另一方面，因为在使用太大量时，没有获得与增加用量相应的效果，因此上限通常为200重量当量或更小，优选为100重量当量或更小，更优选为50重量当量或更小。
碱性物质在碱性水溶液中的浓度没有特别限制，但是因为太低的浓度将导致差的洗涤效率，所以浓度通常设定在饱和浓度的1％。当浓度接近于饱和浓度时，有可能在洗涤操作过程中碱性物质沉淀下来，因此该浓度优选设定在饱和浓度的99％或更小，优选为95％或更小，更优选为90％或更小。
此外，上述碱性水溶液可以一次施加到内酯化合物，或者分成多次用于洗涤处理。此时洗涤的次数取决于待使用的碱性水溶液的总量，或者是否将洗涤处理与下面描述的多环内酯化合物的蒸馏处理或者内酯环的开环和重建操作组合，但是优选进行多次洗涤处理，该处理通常进行两次或多次，优选为三次或更多次，更优选为五次或更多次。
通常在0℃或更高，优选为10℃或更高进行洗涤操作。另一方面，因为太高的温度会导致内酯化合物的分解，通常在50℃或更低，优选为40℃或更低，更优选为30℃或更低进行该操作。
洗涤时间为5分钟或更长，优选为10分钟或更长，更优选为30分钟或更长，和充分地，其为5小时或更短，优选为约2或3小时或更短。
可以在用有机溶剂萃取前，而在上述酸处理后，使用碱性水溶液进行洗涤处理，或者可以在使用有机溶剂萃取后进行洗涤处理，但是优选在萃取后进行。
此外，为了防止残余碱性物质出现，优选在用碱性水溶液进行洗涤处理后，用水进行洗涤处理。
(d)蒸馏内酯化合物对于本发明的多环内酯化合物，也可以通过蒸馏处理减少选自周期表13-14族的元素。蒸馏方法可以为已知的蒸馏方法并且没有限制。取决于内酯化合物的物理性能，可以通过选择减压程度和温度进行蒸馏。
具体地，外-3-氧代(oxo)-4-氧杂三环[5.2.1.02，6]癸-8-烯与内型异构体相比具有接近室温的熔点，并且由于其可以容易地通过工业上简便的蒸馏处理减少上述元素，因此是优选的。
(e)内酯环的开环对于本发明的多环内酯化合物，可以通过提供以下步骤而减小来自结合到式(2)和/或(3)表示的多环内酯化合物中的还原剂的、选自周期表13-14族的元素的量多环内酯化合物内酯环的一次开环的步骤；将开环的化合物萃取到水层的步骤；分离水层和有机层以将有机层排出到体系外部的步骤；将开环的化合物再次闭环成内酯环的步骤；以及加入有机溶剂和将形成内酯环的闭环化合物萃取到有机溶剂中的步骤，所述一次开环的步骤是通过在水和与水不混溶的有机溶剂中，使通过上述方法获得的含有多环内酯化合物的溶液与pH为12或更高的碱性水溶液接触而进行的。在本发明的多环内酯化合物中，因为存在许多具有高沸点和高熔点的化合物，所以存在不能容易地进行通过蒸馏进行工业纯化的情况，因此本发明的过程特别有效。
作为在碱性水溶液中使用的碱性化合物的种类，可以提及例如碱金属(例如锂、钠和钾)的氢氧化物、碳酸盐和碳酸氢盐，或者碱土金属(例如钙和镁)的氢氧化物、碳酸盐和碳酸氢盐。其中，特别优选氢氧化钠或氢氧化钾。
此处使用的碱性水溶液的pH优选为12或更高，更优选为13或更高。
待使用的碱性化合物的量为0.1当量或更大，优选为0.5当量或更大，更优选为1当量或更大，特别优选为1.05摩尔或更大，相对于待处理的内酯环的摩尔数。另一方面，当碱性化合物太多时，成本和后处理工作等方面存在问题，因此该化合物的用量为100当量或更小，优选为20当量或更小，更优选为10当量或更小。
处理温度的下限通常为-5℃或更高，优选为0℃或更高，更优选为10℃或更高，上限通常为200℃或更低，优选为150℃或更低，更优选为100℃或更低，但是存在优选处理温度随着n的数目增加而升高的趋势。处理时间没有特别限制，但是最佳处理时间取决于碱的量和处理温度，但是下限通常为0.01小时或更大，优选为0.02小时或更大，更优选为0.1小时或更大，上限通常为50小、时或更小，优选为20小时或更小，更优选为10小时或更小。
在上述处理后，优选彼此分离水层和有机层，并且如果必要用水稀释所得水层，然后用在上述(b)中描述的与水不混溶的有机溶剂洗涤，由此将上述开环化合物萃取到水层中并将杂质萃取到有机层中，从体系中除去有机层。
(f)再形成内酯环通过酸化在内酯环的开环反应后获得的水溶液，开环内酯环发生闭环再次形成内酯环。待使用的酸没有特别限制，只要其为质子酸，但是通常为无机酸，例如盐酸或硫酸。任意选择浓度，但是为了避免中和产生强烈热量，该步骤的通常操作优选通过在开环反应后加入任一种碱性水溶液或将该酸的水溶液逐份加入到另一种水溶液中。
根据反应体系的pH决定使用的酸的量，并且加入完成后的反应系统的pH优选为小于7，更优选为小于2。
为了完成中和反应和环化反应，如果必要，可以在添加后再连续搅拌0.1-50小时。加入温度和加入后的搅拌时间不必在特别高的温度下进行，它们可以为任何温度和时间。
当反应完成后，分离有机物质。由此，分离各层，并且用适当有机溶剂萃取残余水层，接着与前面回收的有机物质合并，然后从水层分离出来。
分离后，优选用纯水洗涤。通常使用与油层的体积比为0.1-10的纯水，和洗涤次数优选为两次或更多次。
可以通过适当地组合(c)对还原剂进行失活处理后使用碱性水溶液的洗涤处理和(d)蒸馏内酯化合物，和(e)和(f)开环和再形成内酯环，降低选自周期表13-14族的元素的量。
通过上述操作制备的多环内酯化合物具有能够按原样作为产品的纯度，或者该化合物具有用作(甲基)丙烯酸的加成反应的起始材料的纯度，但是如果必要的话，可以通过使用通常方法，例如结晶或层析分离进行进一步纯化。
(g)多环内酯化合物的制备方法，其中外型为整体的70摩尔％或更大(g-1)多环内酯化合物的起始材料为了制备多环内酯化合物，其中外型的量为外型和内型总量的70摩尔％或更大，有必要控制作为起始材料的不饱和多环酸酐的构型。对于不饱和多环酸酐，存在其中R1和R2的构型都为内型的不饱和多环酸酐(下文称作外型酸酐下式(7))和其中R1和R2的构型都为外型的不饱和多环酸酐(下文称作内型酸酐下式(8))，但是通常市售的为内型。因此，当通过上述方法对其进行还原，以制备多环内酯化合物时，形成内型作为主要组分。为了获得外型内酯化合物，有必要增加待用作起始材料的不饱和多环酸酐的外型 量其中R1、R2和n具有与式(1)相同的含义。
为了获得外型酸酐和内型酸酐的混合物，列举说明下面的方法。
(g-1-1)内型酸酐的异构化反应通过热处理内型酸酐，形成外型酸酐，由此形成内型酸酐和外型酸酐的混合物。加热范围的下限通常为140℃或更高，优选为160℃或更高，特别优选为170℃或更高，上限通常为300℃或更低，优选为270℃或更低，特别优选为250℃或更低。
异构化反应时间优选为1分钟或更大，优选为5分钟-10小时。优选在适当的溶剂中进行该反应。
可用溶剂的种类没有特别限制，只要其对起始材料、中间体和产物是非活性的，但是其实例包括脂族烃，例如己烷、庚烷和辛烷；芳族烃，例如苯、甲苯和二甲苯；酯，例如乙酸乙酯和乙酸丁酯；内酯，例如丁内酯和戊内酯；直链或环状醚，例如二丁醚、二甘醇二甲基醚和四氢呋喃；等。
(g-1-2)酸酐和二烯之间的Diels-Alder反应通过在酸酐和二烯的共同存在下加热，形成外型酸酐和内型酸酐的混合物。
作为酸酐，可以提及马来酐和内-3，5-二氧代-4-氧杂三环[5.2.1.02，6]癸-8-烯。作为二烯，可以提及二环戊二烯、环戊二烯等等。
在通过使用马来酐作为酸酐和二环戊二烯作为二烯，获得外型酸酐和内型酸酐(其中n为0)的混合物时，形成外-3，5-二氧代-4-氧杂三环[5.2.1.02，6]癸-8-烯和内-3，5-二氧代-4-氧杂三环[5.2.1.02，6]癸-8-烯。
此时，待加入的酸酐的量通常选自0.1摩尔当量-10摩尔当量，相对于环戊二烯骨架，但是优选为0.5摩尔当量-5摩尔当量，进一步优选为0.7摩尔当量-2摩尔当量，特别优选为0.8摩尔当量-1.5摩尔当量。
在获得外型酸酐和内型酸酐(其中n为1)的混合物时，在使用马来酐作为酸酐和二环戊二烯作为二烯时，酸酐的用量通常可以选自0.05摩尔当量-1摩尔当量，相对于环戊二烯骨架，但是优选为0.1摩尔当量-0.8摩尔当量，进一步优选为0.2摩尔当量-0.75摩尔当量，特别优选为0.3摩尔当量-0.7摩尔当量。
在获得外型酸酐和内型酸酐(其中n为1)的混合物时，在使用内-3，5-二氧代-4-氧杂三环[5.2.1.02，6]癸-8-烯作为酸酐和二环戊二烯作为二烯时，酸酐的用量通常可以选自为0.1摩尔当量-10摩尔当量，相对于环戊二烯骨架，但是优选为0.5摩尔当量-5摩尔当量，进一步优选为0.7摩尔当量-2摩尔当量，特别优选为0.8摩尔当量-1.5摩尔当量。
在获得外型酸酐和内型酸酐(其中n为1)的混合物时，可以使用在本发明中获得的外-3，5-二氧代-4-氧杂三环[5.2.1.02，6]癸-8-烯，但是优选使用市售的内-3，5-二氧代-4-氧杂三环[5.2.1.02，6]癸-8-烯。
反应温度的下限通常为140℃或更高，优选为160℃或更高，特别优选为170℃或更高，上限通常为300℃或更低，优选为270℃或更低，特别优选为250℃或更低。
反应时间优选为1分钟或更长，优选为5分钟-10小时。反应中，可以同时存在上面(f-1-1)列举的溶剂。
此外，在酸酐与环戊二烯反应时，还有可能通过使用另一设备，二环戊二烯发生裂化反应(反向Diels-Alder反应)形成环戊二烯，然后使其与酸酐在上述条件下接触。
反应温度的下限通常为140℃或更高，上限通常为300℃或更低，优选为160℃或更高和优选为270℃或更低，特别优选为170℃或更高和进一步优选250℃或更低。反应时间优选为1分钟或更长，优选5分钟-10小时。反应时，可以同时存在上面(f-1-1)列举的溶剂。
(f-2)主要沉淀外型酸酐晶体的方法可以通过使用溶剂处理外型酸酐和内型酸酐的混合物，主要使外型酸酐结晶。
在-20℃-100℃的任意温度下，此时使用的溶剂的外型酸酐溶解度小于内型酸酐的溶解度。
此外，可以优选使用以下溶剂，其中25℃时溶解在100重量份溶剂中的外型酸酐量为30重量份或更小。更优选，该溶剂为以下溶剂，其中该量为20重量份或更小和特别优选该量为10重量份或更小的溶剂作为溶剂。
作为满足该要求的溶剂的实例，可以列举芳族烃，例如苯、甲苯和二甲苯；脂族烃，例如己烷、庚烷和辛烷；直链或环状醚，例如二丁醚、二甘醇二甲基醚和四氢呋喃；酯，例如乙酸乙酯和乙酸丁酯；内酯，例如丁内酯和戊内酯。具体地，优选芳族烃和脂族烃，更优选单环芳族烃，例如苯、甲苯和二甲苯。
在制备反应溶液时存在溶剂的情况下，当使用的溶剂具有极低沸点时，蒸汽压变高，因此需要耐高压的设备，所以优选考虑溶剂的沸点选择溶剂。
为了通过该处理获得高纯外型酸酐，重要的是根据溶剂设定温度。当从母液中通过过滤分离晶体时的温度太高时，纯度高但是产量降低。相反地，当液体被冷却得太低时，产率高但是纯度降低。对于结晶温度，基于溶剂的种类和数量选择最佳条件。温度的下限通常为-20℃或更高，优选为0℃或更高，特别优选为10℃或更高，上限通常为100℃或更低，优选为50℃或更低，特别优选为40℃或更低。
此外，在使用溶剂的情况下，当溶剂的量过大时，产率降低。优选范围的下限通常为0.1重量当量或更大，优选为0.5重量当量或更大，相对于内型酸酐和外型酸酐的总重量，上限通常为20重量当量或更小，优选为10重量当量或更小。当进行重结晶时，如果有必要，可以进一步提高纯度。在结晶或重结晶时，加入种晶也是合适的。
(f-3)在结晶后重新使用母液在通过过滤分离酸酐的晶体后的溶液中，存在被除去的内型酸酐和溶解的外型酸酐。通过对该溶液再次进行处理，例如异构化反应等，如果需要，可以增加存在的外型酸酐的量。此外，通过再次进行结晶处理以及根据需要的任选重结晶处理，可以获得外型酸酐。
可以通过还原通过上述方法获得的作为起始材料的外型酸酐，获得相应外型内酯化合物。
(制备具有多环内酯结构的(甲基)丙烯酸酯化合物的方法)可以根据已知方法(其中与(甲基)丙烯酸的加成反应在酸催化剂存在下进行)或其类似方法，将通过上述方法获得的多环内酯化合物转化为下式(3)和/或(4)表示的化合物 其中R1、R2和n具有与式(1)相同的含义。
作为R，可以提及氢原子、甲基或三氟甲基，和优选氢原子或甲基。
适用的酸催化剂没有特别限制，其具体实例包括1)无机酸，例如盐酸、硫酸和磷酸；有机磺酸，例如苯磺酸、甲苯磺酸和甲酚磺酸；Brφnsted酸，例如磺酸型离子交换树脂，2)通常使用的Lewis酸，例如三氟化硼及其络合物(下文中有时简写为三氟化硼(络合物))、无水卤化锌、无水卤化铝、无水卤化铁、卤化锡，三氟甲磺酸的金属盐，例如三氟甲磺酸镱；族4金属(例如钛、锆和铪)的无水卤化物或烷氧化物。其中，优选上述酸或其水溶液的pKa为6或更低的那些。这些酸催化剂可以单独使用或组合使用。无机酸中，优选硫酸。Lewis酸中，优选三氟化硼。
此外，酸催化剂的使用量随催化剂的种类而变，但是通常下限为0.01摩尔％或更大，优选为0.1摩尔％或更大；上限通常为100摩尔％或更小，优选为50摩尔％或更小，相对于作为起始材料的多环内酯化合物。
反应温度随催化剂的种类而变化，但是其下限通常为-50℃或更高，优选为0℃或更高；其上限通常为200℃或更低，优选为150℃或更低。
对于(甲基)丙烯酸的用量，当考虑多环内酯化合物的工艺产率时，下限通常为0.1摩尔当量或更大，优选为1摩尔当量或更大，和上限通常为20摩尔当量或更小，优选为10摩尔当量或更小，相对于当量或更大。
此外，如果需要，反应时可以同时存在溶剂。
在反应后，可以通过常规方法分离(甲基)丙烯酸酯。例如，可以列举在中和酸催化剂后通过例如萃取和蒸馏的操作进行分离的方法。
(具有多环内酯结构的(甲基)丙烯酸酯化合物)在通过上述制备方法得到的含有内酯环的多环(甲基)丙烯酸酯中，来自在制备上式(2)和/或(3)表示的多环内酯化合物时使用的还原剂的、周期表族13或14的元素的量为500ppm或更小，优选为200ppm或更小，更优选为100ppm或更小，特别优选为50ppm或更小，特别优选为20ppm或更小，特别优选为5ppm或更小。该量越小，稳定性越好。
此外，当通过上述方法获得的具有高含量外型内酯化合物的化合物作为多环内酯化合物起始材料时，可以制备具有多环内酯结构的(甲基)丙烯酸酯化合物，其中内酯部分的构型为外型的化合物(下文称作外-(甲基)丙烯酸酯化合物)和其中内酯部分的构型为内型的化合物(下文称作内-(甲基)丙烯酸酯化合物)的总量中，外(甲基)丙烯酸酯化合物的量为70摩尔％或更大。在本申请中，在两种化合物的总量中，外(甲基)丙烯酸酯化合物的量优选为两种化合物的总量的70摩尔％或更大。外(甲基)丙烯酸酯化合物的量优选为90摩尔％或更大，更优选为95摩尔％，最优选为99摩尔％。
实施例下面将更详细地描述本发明，但是本发明并不局限于下面的实施例中，除非超出了其实质。
实施例1(制备多环内酯化合物)向反应器中加入1083g四氢呋喃(THF)和84gNaBH4，然后开始搅拌。
另一方面，通过混合328g市售内-3，5-二氧代-4-氧杂三环[5.2.1.02，6]癸-8-烯(内-5-降冰片烯-2，3-二羧酸酐)和64g甲醇和1313g预先获得的溶液在2小时内逐滴加入上述反应器中。同时，反应器的内温控制在25℃。在逐滴加入完毕后，在搅拌下将全部物质保持在25℃2小时。
接着，搅拌下，在2小时的时间内将1200g的2N硫酸水溶液逐滴加入其中。反应器的内温控制到25℃。此外，加入657g水。然后，在搅拌下将全部物质保持在25℃3小时。
向反应器中加入164g甲苯，在搅拌后将全部物质静置。反应器中的内容物分为两层。除去水层，并仅仅取出油层。油层中的内酯浓度为6.4％.
在取出的油层中，将其中的543g放入烧瓶中，通过在蒸发器上蒸馏除去溶剂。逐渐增强温度和减压程度，并且最终通过蒸馏来除去通过在50℃和30torr的条件下蒸馏将被除去的组分。
(使用碱性水溶液的洗涤)将上面获得的全部量的浓缩物、151g甲苯和65.7g 5％NaHCO3溶液作为碱性水溶液倒入反应器中。室温搅拌后，使混合物静置，然后除去水层获得油层。重复这些操作总共6次以获得含21g内-3，5-二氧代-4-氧杂三环[5.2.1.02，6]癸-8-烯的油层。
(内酯环的开环)将该油层倒入反应器中，搅拌下，将72.6g10％NaOH水溶液在室温下于30分钟内逐滴加入其中，接着将全部物质保持在室温30分钟。然后，使混合物静置，除去油层，取出水层。向全部量的该水层中加入65.7g甲苯。在搅拌全部物质和静置后，取出水层并除去油层。在水层中，存在呈以下形式的化合物内酯化合物已经开环。
(再形成内酯环)向反应器中加入上述水层和65.7g甲苯，然后将全部物质在搅拌下加热到50℃。在30分钟内向其中加入109g的2N硫酸，接着将全部物质保持30分钟。然后，使混合物静置，除去水层获得油层。接着，加入65.7g水。在全部物质被搅拌和静置后，除去水层获得油层。重复类似的水处理总共三次。浓缩如此获得的油层，以除去溶剂，由此获得纯化的内酯(18.9g)。
纯化的内酯中所含的硼的浓度为9ppm。
(酯化反应)在将0.83g的95％硫酸逐滴加入6.6g甲苯和6.9g甲基丙烯酸中后，在搅拌下将全部物质加热到110℃。30分钟内型其中逐滴加入3g上述纯化的内酯和4.2g甲苯的混合溶液。完成逐滴添加后，搅拌下将全部物质保持在110℃6小时，然后冷却反应器。此时，在反应器中没有发现聚合产物。
接着，将上述反应溶液倾入20g水中，然后加入10.8g甲苯。在搅拌后，使混合物静置，然后除去水层，获得油层。重复以下步骤三次将18g的5％NaHCO3水溶液加入该油层并且在全部物质被搅拌和静置后除去水层的步骤。然后，重复以下步骤3次再将18g的水加入所得油层中并在搅拌全部物质和静置后除去水层的步骤。之后，通过蒸馏除去溶剂。此时，逐渐强化温度和减压程度，通过蒸馏除去在50℃和30torr的条件下将被除去的组分。同时，在浓缩物中没有出现聚合，并获得3.5g含有甲基丙烯酸酯作为主要组分的浓缩物。在酯化产物中硼的浓度为0.14ppm。
对比例1按照与实施例1相同的方式制备环状内酯化合物后，仅仅进行一次碱性水溶液洗涤。此时获得的油层称作粗内酯溶液-1。在该粗内酯-1中硼浓度为1370ppm。
当使用其以与实施例1相同的方式进行酯化反应时，反应器的内容物形成团块而不是溶液，这表示发生了聚合。
实施例2按照与实施例1相同的方式制备环状内酯化合物后，仅仅进行三次碱性水溶液洗涤。此时获得的油层称作粗内酯溶液-2。在该粗内酯-2中硼的浓度为170ppm。
当使用其以与实施例1相同的方式进行酯化反应时，获得了含有甲基丙烯酸酯作为主要组分的目标浓缩物。
实施例3在以与实施例2相同的方式获得粗内酯溶液-2后，以与实施例1相同的方式对内酯结构进行开环处理和重建。此时，硼的浓度为15ppm。按照实施例1相同的方式使用其进行酯化反应。在冷却反应器后，在反应器中没有发现聚合产物。
参考例1使用上述实施例1的纯化内酯和实施例2的粗内酯溶液-2，相似地进行酯化反应，获得甲基丙烯酸酯。此时，在将反应器保持在110℃6小时和冷却后，将其继续在室温下保持14小时。在使用上述实施例1的纯化内酯时，没有观察到反应器的内容物发生变化，但是在使用实施例2的粗内酯溶液-2时，反应器的内容物的粘度稍稍增加，并且认为部分进行了聚合。因此，发现与其它情况相比，在使用上述实施例1的纯化内酯(硼浓度降低到9ppm)时，反应溶液的储存稳定性较高。
实施例4(酸酐的异构化)向反应器中加入150g的市售内-3，5-二氧代-4-氧杂三环[5.2.1.02，6]癸-8-烯(内-5-降冰片烯-2，3-二羧酸酐)和150g甲苯。在搅拌体系内部时，将全部物质加热到190℃和保持2小时。之后，当反应器冷却到25℃时，在反应溶液中沉淀晶体。在通过过滤除去晶体后，干燥晶体，发现其重量为61g。将该晶体溶解到THF中并通过气相色谱法分析的结果是，发现外-3，5-二氧代-4-氧杂三环[5.2.1.02，6]癸-8-烯(外-5-降冰片烯-2，3-二羧酸酐)以82.3重量％的纯度存在。
(沉淀外型酸酐)向玻璃容器中加入51g该晶体和51g甲苯。将全部物质加热到95℃，以完全溶解晶体。之后，将溶液冷却到25℃。在反应器中沉淀晶体，然后通过过滤除去晶体。之后，当干燥晶体时，发现其重量为39g。作为将该晶体溶于THF和通过气相色谱体法分析的结果，发现外-3，5-二氧代-4-氧杂三环[5.2.1.02，6]癸-8-烯以94.2重量％的纯度存在。
实施例5(异构化反应)向反应器中加入100g市售内-3，5-二氧代-4-氧杂三环[5.2.1.02，6]癸-8-烯和50g甲苯。在搅拌下加热反应器以通过蒸馏除去甲苯。继续加热反应器并保持在190℃1小时。
在将反应器冷却到100℃后，向其中加入甲苯。将反应器的内温冷却到50℃并加入少量的种晶。之后，将反应器冷却到25℃。在反应器中沉淀晶体。在通过过滤除去晶体后，当干燥晶体时，发现其重量为28g。作为将该晶体溶于THF和通过气相色谱法分析的结果，发现外-3，5-二氧代-4-氧杂三环[5.2.1.02，6]癸-8-烯以87.9重量％的纯度存在。
(沉淀外型酸酐)向玻璃容器中加入23g该晶体和34.5g甲苯。将全部物质加热到100℃，以完全溶解晶体。在95℃下加入少量种晶。之后，将溶液冷却到25℃。在反应器中沉淀晶体，然后通过过滤除去晶体。之后，当干燥晶体时，发现其重量为18.4g。作为将该晶体溶于THF和通过气相色谱法分析的结果，发现外-3，5-二氧代-4-氧杂三环[5.2.1.02，6]癸-8-烯以97.5重量％的纯度存在。
(制备多环内酯化合物)向反应器中加入33g的THF和2.3g的NaBH4，然后开始搅拌。另一方面，将通过混合10g上述晶体和2g甲醇和60g THF预先获得的溶液在1小时内逐滴加入上述反应器中。同时，将反应器的内温控制在25℃。在逐滴加入完毕后，在搅拌下将全部物质保持在25℃达2小时。
接着，搅拌下，在1小时的时间内将36.5g的2N硫酸水溶液逐滴加入其中。将反应器的内温控制到25℃。此外，加入20g水。
接着，向反应器中加入5g甲苯，搅拌后使全部物质静置。反应器中的内容物分为两层。除去水层，并仅仅取出油层。通过在蒸发器上蒸馏除去溶剂。
除去溶剂后，将45g甲苯和20g的5％NaHCO3水溶液加入除去溶剂后的残余物中，然后搅拌混合物并使之静置，除去水层。此外，加入20g的5％NaHCO3水溶液，类似地除去水层。重复六次这种NaHCO3水溶液洗涤。当在蒸发器上通过蒸馏除去所得甲苯层中的溶剂时，获得了5.6g液体化合物。气相色谱分析的结果是，获得了内酯化合物的混合物，外-3，5-二氧代-4-氧杂三环[5.2.1.02，6]癸-8-烯/内-3，5-二氧代-4-氧杂三环[5.2.1.02，6]癸-8-烯的比例＝97.9/2.1。
将上述内酯化合物倒入烧瓶中。在15mmHg的低压下，使用简单蒸馏设备进行蒸馏。在烧瓶的内温为约148℃下，蒸馏内酯化合物。在冷却到25℃的蒸馏管中，内酯化合物流动而没有粘附，以获得经蒸馏的内酯化合物。
实施例6通过实施例5中描述的方法获得相同的外型酸酐，并进一步进行相同的还原反应。用5％碳酸氢钠水溶液洗涤一次，用水洗涤一次。当在蒸发器上通过蒸馏除去所得甲苯层中的溶剂时，测量在溶剂除去后获得的液体化合物中所含的硼的浓度，发现硼浓度为940ppm。通过实施例5描述的方法纯化该液体，获得含有外型作为主要组分的内酯化合物。发现内酯化合物中的硼浓度为3.5ppm。使用如此获得的内酯化合物，进行实施例1中描述的(内酯开环)和(再形成内酯环)。发现最后获得的内酯化合物的硼浓度小于检出限(小于0.1ppm)。
对比例2(使用内-3，5-二氧代-4-氧杂三环[5.2.1.02，6]癸-8-烯制备环状内酯化合物)使用市售内-3，5-二氧代-4-氧杂三环[5.2.1.02，6]癸-8-烯，通过实施例2描述的方法进行还原反应。在用NaHCO3水溶液洗涤后，浓缩甲苯层，获得白色晶体。用气相色谱分析所得白色晶体，结果发现晶体是纯度为99.3％的内-3，5-二氧代-4-氧杂三环[5.2.1.02，6]癸-8-烯。
实施例7(内酯化合物的甲基丙烯酸酯形成反应)将外-3-氧代-4-氧杂三环[5.2.1.02，6]癸-8-烯溶解在4当量的甲基丙烯酸中，然后向其中加入95％硫酸，相对于内酯的摩尔比为0.2，接着在85℃搅拌1小时。当对内容物进行气相色谱分析时，发现起始材料的转化率为50％，并观察到形成了外-3-氧代-4-氧杂三环[5.2.1.02，6]癸-8-基甲基丙烯酸酯和外-3-氧代-4-氧杂三环[5.2.1.02，6]癸-9-基甲基丙烯酸酯。
另一方面，将内-3-氧代-4-氧杂三环[5.2.1.02，6]癸-8-烯溶解在4当量甲基丙烯酸中，然后向其中加入95％硫酸，相对于内酯的摩尔比为0.2，接着在85℃搅拌1小时。当对内容物进行气相色谱分析时，发现起始材料的转化率为5％或更小。
如上所述，很明显外型内酯的甲基丙烯酸酯形成反应进行得比内型内酯进行得明显快。
因此，通过使用还原外型酸酐而获得的外型内酯作为起始材料，可以有效制备具有脂族多环结构的内酯化合物的衍生物。
虽然已经参考具体实施例描述了本发明，但是对于本领域技术人员很明显，可以在不脱离本发明的精神和实质的情况下，对其进行各种改进和改变。
本申请基于2003年4月28日提交的日本专利申请2003-124292和2003年5月15日提交的日本专利申请2003-137371，其内容在此引入作为参考。
工业实用性本发明的多环内酯化合物和具有多环内酯结构的(甲基)丙烯酸酯化合物不含有来自还原剂的杂质，因此可能稳定地进行工业化生产。
此外，根据本发明的制备多环内酯化合物和具有多环内酯结构的(甲基)丙烯酸酯化合物的方法，可以通过简单和方便的操作减少化合物中的来自还原剂的杂质。
权利要求
1.下式(1)表示的多环内酯化合物，其中选自周期表13-14族的元素的含量为500ppm或更小 其中R1和R2各自独立地表示氢原子或具有1-12个碳原子的烷基，和n表示0或1。
2.根据权利要求1的多环内酯化合物，其中选自周期表族13-14的元素为硼原子。
3.权利要求1或2的多环内酯化合物，其中内酯环的构型为外型。
4.制备权利要求1-3中任一项的多环内酯化合物的方法，其中使用含有选自周期表13-14族的元素的还原剂还原下式(1)表示的不饱和多环酸酐，并且选自周期表13-14族的元素的浓度为500ppm或更小 其中R1，R2和n具有与式(1)相同的含义。
5.权利要求4的制备多环内酯化合物的方法，其包括以下步骤在完成不饱和多环酸酐的还原反应后加入无机酸使还原剂失活，和接着用pH小于12的碱性水溶液洗涤所得处理溶液。
6.权利要求5的制备多环内酯化合物的方法，其中无机酸为硫酸或盐酸。
7.权利要求5或6的制备多环内酯化合物的方法，其中pH小于12的碱性水溶液含有碱金属碳酸氢盐或碱金属碳酸盐。
8.权利要求4-7中任一项的制备多环内酯化合物的方法，其包括在完成不饱和多环酸酐的还原反应后，蒸馏式(1)表示的多环内酯化合物的步骤。
9.权利要求4-8中任一项的制备多环内酯化合物的方法，其包括在完成不饱和多环酸酐的还原反应后，在水和与水不混溶的有机溶剂中开环式(1)表示的多环内酯化合物的内酯环的步骤、将开环化合物萃取到水相中的步骤、分离水层和有机层以将有机层排出到体系外的步骤、再次将开环化合物闭环成内酯环的步骤以及加入有机溶剂以将闭环成内酯环的化合物萃取到有机溶剂中的步骤。
10.权利要求9的制备多环内酯化合物方法，其中内酯环的开环通过使该化合物与pH为12或更高的碱性水溶液接触而进行。
11.权利要求9或10的制备多环内酯化合物方法，其中内酯环的闭环通过使该化合物与无机酸接触来进行。
12.权利要求4-11中任一项的制备多环内酯化合物的方法，其中不饱和多环酸酐是通过使用溶剂，从其中R1和R2的构型都为内型的不饱和多环酸酐(下文称作外型酸酐)和其中R1和R2的构型都为外型的不饱和多环酸酐(下文称作内型酸酐)的混合物中主要沉淀外型酸酐的晶体的步骤而获得的。
13.权利要求12的制备多环内酯化合物方法，其中溶剂为以下溶剂在-20℃-100℃的任意温度下，外型酸酐的溶解度小于内型酸酐的溶解度。
14.权利要求12或13的制备多环内酯化合物方法，其中溶剂为以下溶剂其中25℃下，溶解在100重量份溶剂中的外型酸酐的量为30重量份或更小。
15.权利要求12-14中任一项的制备多环内酯化合物方法，其中溶剂为芳族烃或脂肪烃。
16.权利要求12-15中任一项的制备多环内酯化合物方法，其中不饱和多环酸酐是通过在沉淀晶体的步骤之前的以下步骤获得的加热内型酸酐和使至少部分内型酸酐异构化，以将其转化为外型酸酐。
17.权利要求16的制备多环内酯化合物方法，其中异构化时的加热温度为140-300℃。
18.权利要求4-17中任一项的制备多环内酯化合物方法，其中不饱和多环酸酐是通过对二环戊二烯和/或环戊二烯与马来酐和/或内-3，5-二氧代-4-氧杂三环[5.2.1.02，6]癸-8-烯进行Diels-Alder反应步骤而获得的。
19.由下式(3)和(4)表示的具有多环内酯结构的(甲基)丙烯酸酯化合物，其中选自周期表13-14族的元素的含量为500ppm或更小 其中R1、R2和n具有与式(1)相同的含义，和R为氢原子、甲基或三氟甲基。
20.一种制备具有多环内酯结构的(甲基)丙烯酸酯化合物的方法，其中由上式(4)和/或(5)表示的化合物是通过权利要求1-3中任一项的多环内酯化合物和(甲基)丙烯酸的加成反应获得的。
21.一种制备外型酸酐的方法，其中使用溶剂从其中R1和R2的构型都为内型的不饱和多环酸酐(下文称作外型酸酐)和其中R1和R2的构型都为外型的不饱和多环酸酐(下文称作内型酸酐)的混合物中主要沉淀外型酸酐的晶体。
22.根据权利要求21的制备外型酸酐的方法，其中溶剂为以下溶剂在-20℃-100℃的任意温度下，外型酸酐的溶解度小于内型酸酐的溶解度。
23.根据权利要求21或22的制备外型酸酐的方法，其中溶剂为以下溶剂25℃下溶解在100重量份溶剂中的外型酸酐的量为30重量份或更小。
24.根据权利要求21-23中任一项的制备外型酸酐的方法，其中溶剂为芳族烃或脂族烃。
25.根据权利要求21-24中任一项的制备外型酸酐的方法，其中不饱和多环酸酐是通过以下步骤获得的在沉淀晶体步骤前，加热内型酸酐和使至少部分内型酸酐异构化，以将其转化为外型酸酐。
26.根据权利要求25的制备外型酸酐的方法，其中异构化时的加热温度为140-300℃。
全文摘要
本发明的目的是提供多环内酯化合物和具有多环内酯结构的(甲基)丙烯酸酯化合物，其不含有来自用于制备工艺的还原剂的杂质，结果能够稳定地进行工业化生产。本发明涉及下式(1)表示的多环内酯化合物，其中选自周期表13－14族的元素的量为500ppm或更小，其中R
文档编号C07D307/93GK1809550SQ20048001747
公开日2006年7月26日 申请日期2004年4月27日 优先权日2003年4月28日
发明者铃木敏之, 高桥裕子, 河村茂德, 浜岛薰, 本田耕史 申请人:三菱化学株式会社