由thf-二醇合成二酸、二醛、或二胺的制作方法
【專利說明】由THF-二醇合成二酸、二醇、或二胺
[0001] 優(yōu)先權(quán)要求
[0002] 本申請(qǐng)要求于2013年10月17日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)?zhí)?1 /891，928的優(yōu)先權(quán)。 發(fā)明領(lǐng)域
[0003] 本申請(qǐng)的技術(shù)領(lǐng)域設(shè)及作為單體在聚合物合成中并且一般作為中間體有用的環(huán) 狀雙官能材料，并且設(shè)及制備此類材料所用的方法。特別地，本發(fā)明設(shè)及由可再生的生物質(zhì) 資源合成臘類、簇酸類、醒類、和胺類。
[0004] 背景
[000引近年來，隨著石油資源變得越來越稀缺并且昂貴，對(duì)于已經(jīng)由基于石油或化石的 控常規(guī)地制備的環(huán)狀雙官能材料的基于可再生資源的替代品的興趣已經(jīng)增加。作為豐富的 生物基或可再生資源，碳水化合物代表一種用于生產(chǎn)此類材料的可行的替代原料。生物質(zhì) 含有可W由可再生的控源轉(zhuǎn)化為增值產(chǎn)品的碳水化合物或糖(即，己糖和戊糖）。
[0006] 近年來，研究人員已經(jīng)將其努力指向發(fā)現(xiàn)用于將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為用于各種通用的有 機(jī)化學(xué)平臺(tái)的可持續(xù)原料的有效方法。當(dāng)考慮到可能的下游化學(xué)處理技術(shù)時(shí)，糖轉(zhuǎn)化為增 值化學(xué)品是非常重要的。近來，因?yàn)閷?shí)現(xiàn)可持續(xù)能源供應(yīng)和化學(xué)品生產(chǎn)的可能性，所W從糖 生產(chǎn)巧喃衍生物在化學(xué)中已經(jīng)變得激動(dòng)人屯、。
[0007] 作為一種易于由碳水化合物制備的重要的中間體物質(zhì)，化合物5-巧圣甲基)-巧喃- 2-甲醒(HMF)例示了一種多層面的基質(zhì)。HMF是一種用于形成各種巧喃環(huán)衍生物的合適的起 始材料，運(yùn)些衍生物是用于化學(xué)合成的中間體，并且作為通常從石油資源獲得的基于苯的 環(huán)化合物的潛在替代物。在大規(guī)模制造工藝中的最新發(fā)展已經(jīng)容許HMF成為更可商購(gòu)的。此 進(jìn)展提供了制造各種次級(jí)或衍生物產(chǎn)品的機(jī)會(huì)，運(yùn)可W增加增值化合物的潛能而不帶來過 度的成本。HMF，然而，除了作為一種制備衍生物的來源，自身作為化學(xué)品具有有限的用途。 此外，HMF本身相當(dāng)不穩(wěn)定，并且隨著長(zhǎng)時(shí)間的儲(chǔ)存傾向于聚合和或氧化。由于HMF本身的不 穩(wěn)定性和有限的應(yīng)用，研究已經(jīng)拓寬到包括多種HMF衍生物的合成和純化。
[000引HMF A的催化完全還原(氨化），如在方案1中所描繪的，在溫和的條件下產(chǎn)生呈90: 10順式:反式非對(duì)映異構(gòu)混合物的THF-二醇，也W其IUPAC名稱熟知：（（2R，5S)-四氨巧喃- 2,5-二基）二甲醇B和（（2S，5S)-四氨巧喃-2,5-二基）二甲醇C(共同地視為2,5-雙徑甲基- 四氨巧喃(在此又稱為bHMTHF))。
[0009] 方案1.來自HMF的還原的細(xì)MTHF B和C。
[0010]
[0011] 地MTHF是當(dāng)被改性時(shí)可W充當(dāng)各種各樣的結(jié)構(gòu)類似分子的替代物的通用分子，運(yùn) 些結(jié)構(gòu)類似分子已經(jīng)常規(guī)地源自于基于石油的來源。
[0012] 迄今為止，對(duì)于使用地MTHF的化學(xué)衍生物的研究已經(jīng)部分地由于運(yùn)些化合物的很 大成本和相對(duì)缺乏(例如，商業(yè)上每克約$200)而受到有限的關(guān)注。最近，對(duì)于發(fā)掘bHMTHFW 及它們的衍生化合物的潛能的方式出現(xiàn)一種需要，因?yàn)檫\(yùn)些化學(xué)實(shí)體作為用于制備聚合 物、溶劑、添加劑、潤(rùn)滑劑、W及增塑劑等的有價(jià)值的乙醇酸前體已經(jīng)受到關(guān)注。此外， 地MTHF的固有的、不變的手性使得運(yùn)些化合物作為用于藥物應(yīng)用的潛在物種或在不對(duì)稱有 機(jī)合成的新興手性助劑領(lǐng)域中的候選物是有用的。鑒于運(yùn)些潛在用途，可W從bHMTHF合成 衍生物的一種有成本效益的且簡(jiǎn)單的方法作為更好地利用生物質(zhì)衍生的碳資源的方式同 樣將受到工業(yè)和專用化學(xué)品兩者的制造商歡迎。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013] 本披露部分地描述了一種用于合成環(huán)狀雙官能分子的氧化產(chǎn)物例如酸和醒、或其 他衍生物產(chǎn)物例如胺和臘的簡(jiǎn)單且簡(jiǎn)潔的化學(xué)方法，運(yùn)些環(huán)狀雙官能分子由可再生的、生 物基來源如HMF和/或其還原產(chǎn)物2，5-雙巧圣甲基)-四氨巧喃(地MTHF)制成?？傮w上，該方法 包括:a)使用一種橫酸醋將地MTHF衍生化W便產(chǎn)生四氨巧喃-2,5-二基-雙(亞甲基)-雙(橫 酸醋）;b)用一種親核體從該四氨巧喃-2,5-二基-雙(亞甲基)-雙(橫酸醋)取代至少橫酸醋 離去基團(tuán)；并且C)用一種具有含0的地a的強(qiáng)的布朗斯特酸完全水解W便產(chǎn)生二酸，或者d) 部分還原W便產(chǎn)生二醒，或者e)完全還原W便產(chǎn)生二胺。
[0014] 在另一方面，本發(fā)明的概念還包括不同的順式和反式異構(gòu)的前體或中間體，W及 本發(fā)明的方法的產(chǎn)品：
[001引當(dāng)該橫酸醋離去基團(tuán)的親核取代中使用氯化物時(shí)，產(chǎn)生THF-2,5-二乙臘:2,2'- ((2R，5S)-四氨巧喃-2,5-二基)二乙臘A和2,2'-((25,55)-四氨巧喃-2,5-二基)二乙臘8:
[0016]
[0017]當(dāng)用酸氧化THF-2，5-二乙臘時(shí)，產(chǎn)生THF-2，5-二乙酸:2，2 '-((2R，5S)-四氨巧喃- 2.5- 二基)二乙酸A、和2,2'-((25,55)-四氨巧喃-2,5-二基)二乙酸8:
[001 引
[0019] 當(dāng)選擇性地還原THF-2,5-二乙臘時(shí)，產(chǎn)生THF-2,5-二乙醒:2,2'-((23,55)-四氨 巧喃-2,5-二基)二乙醒A、和2,2'-((25,55)-四氨巧喃-2,5-二基)二乙醒8:
[0020]
[0021 ] 當(dāng)完全還原THF-2，5-二乙臘時(shí)，產(chǎn)生THF-2，5-二乙胺:2，2 ' -((2R，5S)-四氨巧喃- 2.5- 二基)二乙胺A、和2,2'-((25,55)-四氨巧喃-2,5-二基)二乙胺8:
[0022]
[0023] 本發(fā)明純化方法的另外的特征和優(yōu)點(diǎn)將披露于W下詳細(xì)說明中。應(yīng)理解的是上述 概述W及W下詳細(xì)說明和實(shí)例都僅代表本發(fā)明，并且旨在提供理解如所要求的本發(fā)明的概 述。
[0024] 發(fā)明詳述 [002引部分I.-說明
[0026] 本發(fā)明的合成方法為從THF-二醇潛在工業(yè)、大量生產(chǎn)1)氧化產(chǎn)物、2)部分地還原 的產(chǎn)物、或3)完全還原的產(chǎn)物開辟了一條新途徑?？傮w上，用于不同產(chǎn)物的整個(gè)制備方法設(shè) 及一個(gè)Ξ步反應(yīng)順序。對(duì)于該產(chǎn)品合成的每一種常見的是，前兩個(gè)反應(yīng)步驟由THF-二醇產(chǎn) 生二乙臘變體。第Ξ個(gè)反應(yīng)步驟可W依賴于希望的產(chǎn)物而改變;特別地，當(dāng)氧化二乙臘物種 時(shí)，產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的二乙酸物種；當(dāng)部分或選擇性地還原二乙臘時(shí)，產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的二醒物種;并且 當(dāng)全部或完全還原二乙臘物種時(shí)，制備對(duì)應(yīng)的二乙胺物種。
[0027] 例如，根據(jù)氧化產(chǎn)物的一個(gè)實(shí)施例，如在方案2中說明的，THF-二醇首先通過橫化 來衍生化;其次，使所產(chǎn)生的二橫酸醋與親核體反應(yīng)，該親核體取代橫酸醋離去基團(tuán)；并且 第Ξ，氧化或部分還原所產(chǎn)生的二臘W便分別產(chǎn)生二酸或二醒。該方法在相對(duì)溫和的條件 (例如，依賴于試劑，約-20°C或-10°C至約150°C)下進(jìn)行，并且產(chǎn)生THF-二醇至對(duì)應(yīng)的酸或 醒的超過50 %或60 %轉(zhuǎn)化率的良好產(chǎn)率。
[002引方案2.-氧化產(chǎn)物合成方法
[0029]
[0030] 在方案2中還示出的另一個(gè)實(shí)施例中，遵循前兩個(gè)反應(yīng)步驟，當(dāng)二臘物種被完全還 原時(shí)，制備二胺。方案3說明了此完全還原步驟。該方法產(chǎn)生了超過50%的顯著產(chǎn)率的二胺 物種。
[0031] 方案3.-二胺合成
[0032]
[0033] 該THF-二乙臘物種是對(duì)應(yīng)的THF-二乙酸、THF-二乙醒、或THF-二胺的通用前體。特 別地，運(yùn)些產(chǎn)生的化合物可W是例如:a)2,2'-((2R，5S)-四氨巧喃-2,5-二基)二乙酸和2， 2'-((2S，5S)-四氨巧喃-2,5-二基)二乙酸，（共同地，THF-2,5-二乙酸）；b)2,2'-((2R，5S)- 四氨巧喃-2,5-二基）二乙醒和2,2'-((2S，5S)-)-四氨巧喃-2,5-二基）二乙醒（共同地， THF-2,5-二乙醒）；或c)2,2'-((2R，5S)-四氨巧喃-2,5-二基)二乙胺和2,2'-((2S，5S)-)- 四氨巧喃-2,5-二基)二乙胺(共同地，THF-2,5-二胺）。
[0034]設(shè)想運(yùn)些產(chǎn)生的化合物中的每一種可W充當(dāng)化學(xué)平臺(tái)或原料；即，在各種應(yīng)用中 有用的結(jié)構(gòu)單元，如聚合物合成，或作為前體用于各種其他化學(xué)和工業(yè)材料。運(yùn)些前體的固 定的手性中屯、也是有吸引力的特征。隨著運(yùn)些類似物作為增值化學(xué)品獲得更多的吸引力， 將有可能進(jìn)一步研究其新的衍生物、Ξ級(jí)產(chǎn)物W便掲示具有工業(yè)潛能的獨(dú)特的特性。
[003引 A.橫化
[0036] 為了在本發(fā)明的制備方法的橫化反應(yīng)中產(chǎn)生地MTHF的二橫酸醋，可W使用各種橫
酸醋，包括但不限于，甲橫酸醋（甲燒橫酸醋）， .Ξ氣甲 5： 橫酸醋氣甲燒橫酸醋）
，甲苯橫酸醋（對(duì)甲苯橫酸 醋）、
.乙橫酸醋（乙燒橫酸醋）、
苯石黃酸醋（besylate)(苯礦酸醋（benzenesulfonate))、
W及其他烷基和芳基橫酸醋物種而沒有限制。
[0037] 作為最強(qiáng)大的離去基團(tuán)，Ξ氣甲橫酸醋(TfO)是更優(yōu)選的。運(yùn)種反應(yīng)呈現(xiàn)了比較快 的動(dòng)力學(xué)并且產(chǎn)生一種活化的Ξ氣甲橫酸絡(luò)合物。通常在小于〇°C(例如，典型地約-10°C 或-12°C至約-20°C或-25°C)的低溫下進(jìn)行該反應(yīng)，W便更容易地控制反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。運(yùn)種反 應(yīng)基本上是不可逆的，因?yàn)樗尫诺摩畾饧讬M酸醋基完全是非親核的。然后該Ξ氣甲橫酸 絡(luò)合物與地MTHF容易地反應(yīng)，形成一種地MTHF-S氣甲橫酸醋，同時(shí)伴隨親核堿（例如，喀 晚、二甲基-氨基化晚、咪挫、化咯燒、和嗎嘟）的釋放和質(zhì)子化。
[0038]