微波辅助的脱水糖衍生物羟甲基糠醛、乙酰丙酸、无水糖醇、及其醚的合成制造技术

本申请涉及微波辅助的脱水糖衍生物羟甲基糠醛、乙酰丙酸、无水糖醇、及其醚的合成。描述了使用微波(MW)照射产生脱水糖和脱水糖衍生物的方法以及纯化它们的方法。脱水糖衍生物包括5-羟甲基-2-糠醛(HMF)和无水糖醇如脱水山梨糖醇以及异山梨醇。这些衍生物包括HMF醚、乙酰丙酸酯、和无水糖醇的醚衍生物。所述的方法比本领域已知的非微波介导的相似反应要求更低的反应温度和更短的反应时间。常见的反应条件是120-210℃，并且常见的反应时间是30分钟或更短。

【技术实现步骤摘要】
本申请是申请日为2011年7月18日，申请号为201180035990.7，专利技术名称为“微波辅助的脱水糖衍生物羟甲基糠醛、乙酰丙酸、无水糖醇、及其醚的合成”的申请的分案申请。
本披露内容涉及使用催化反应的微波辐射产生脱水糖衍生物如2,5-(羟甲基)糠醛、乙酰丙酸酯、无水糖醇以及其醚和酯衍生物的改良方法。
技术介绍
已经显示来自植物物质、葡萄糖和果糖的主要糖是用于生产多种可以替代基于石油的化合物的有机化合物的有用可再生原料。例如，呋喃化合物2,5-(羟甲基)呋喃糠醛，也称作2,5-(羟甲基)糠醛(HMF)，一种通过己糖脱水获得的5元杂环，最高效地来自果糖。HMF在工业及商业应用中具有强大潜力，尤其用于聚合物应用，原因在于其允许作为聚合反应中单体使用的多官能度。通过果糖脱水生成HMF，这产生3个当量的水作为副产物并且形成3个双键(两个烯和一个醛)。为了作为化学品市场中的代用品或替代物有竞争性，必须以相对低的成本产生HMF。已经研究HMF的生产多年，但是未曾找到产生HMF的高效且有成本效益的方法。在进行脱水后，延长的反应时间、高温和高压引起因HMF再水化所致的难题，这经常产生副产物乙酰丙酸和甲酸。另一种竞争性副反应是HMF和/或果糖聚合以形成腐黑物。在含水条件下进行合成时，一般获得低HMF产率，原因是因为脱水反应的选择性低。低选择性同时导致增加的聚合反应和腐黑物形成，这也干扰HMF的合成。尽管已经尝试解决与含水体系相关的问题，然而一旦HMF反应产物形成，总体上通过有机溶剂提取或吸附到树脂上阻隔它。这些体系不能直接解决HMF的低选择性问题。此外，这些体系总体上遭遇HMF的高度稀释或部分不可逆性吸附问题并且因处置和使用有机溶剂或树脂而增加成本。因此，其中HMF为优势产物的选择性含水反应体系将是所希望的。通过以下方式产生乙酰丙酸：将己糖脱水，这产生HMF作为中间体，随后是去甲酰化以引起甲酸丢失。已经使用乙酰丙酸和乙酰丙酸酯作为制药和精细化学品工艺中的重要中间体。无水糖醇，如源自葡萄糖的脱水山梨糖醇和异山梨醇，是通过分别从己糖醇中使1个或4个水分子脱水所产生的单环状和双环状环化合物，其中该己糖醇一般通过己糖的氢化产生。在全部的已知异二脱水己六醇(isohexide)当中，认为异山梨醇是具有高度重要性的一种山梨醇，因为它用于形成药物化合物、用于食品生产、化妆品生产、塑料和聚合物生产中、和用于其他潜在工业用途，如用于生产聚氨酯、聚碳酸酯、聚酯、和聚酰胺(Stoss和Hemmer，1991)。已经报道了用于产生无水糖醇(包括异二脱水己六醇如异山梨醇)的几种方法。例如，PCT申请号PCT/US99/00537(WO00/14081)披露了采用有机溶剂再循环的收集方法和连续生产方法。大部分方法涉及使用浓酸和有机溶剂。Goodwin等人，CarbohydrateRes[碳水化合物综述].79:133-141(1980)已经披露了涉及使用酸性阳离子交换树脂替代腐蚀性浓酸的方法，但是异山梨醇产物的产率低。一种替代方法是基于过饱和的方法，如美国专利号4,564,692(Feldmann等人，1月14，1986)中公开。然而，继续需要以合理产率产生非常纯的二无水糖醇的方法。这些脱水的环状己糖衍生物也可以用于制造其他几种化合物，例如，通过产生如下文所示的游离醇基团的醚衍生物：其中R可以是烷基、烯丙基、或芳基例如，无水糖醇(异山梨醇)可以用作形成异山梨醇二甲基醚和硝酸异山梨酯的原料或用作多种有机合成反应中的中间体。异山梨醇二甲基醚用作工业溶剂、药物添加物和用于个人护理产品，而硝酸异山梨酯用作药物以通过改善抵达心脏的血流量缓解心绞痛发作的疼痛或减少这类发作的次数。因此，在本领域存在需要来找到具有成本效益且高效的制造多种脱水糖化合物及其衍生物的方法。
技术实现思路
提供了产生多种脱水糖衍生物的方法。通常，对于这些脱水糖衍生物的任一种，这些方法包括形成一种包含溶剂和反应物的反应混合物，该反应物选自己糖、糖醇、和无水糖醇；并且使这种混合物与微波辐射接触，使其达到130℃和220℃之间的温度持续一段时间，该时间足以将至少40％的反应物转化成至少一种所希望的脱水糖衍生产物。在一个方面，反应物是己糖并且该所希望的脱水糖衍生物是HMF。在这个方面的一个具体实施例中，该己糖是果糖。在常见的实施例中，反应混合物进一步包含一种酸催化剂。在另一个方面，反应物是糖醇并且该所希望的脱水糖衍生物是无水糖醇。在这个方面的一个具体实施例中，糖醇是山梨醇并且反应产物是脱水山梨糖醇或异山梨醇。在常见的实施例中，反应混合物进一步包含酸催化剂。在一般实践中，温度范围是130℃-190℃。在另一个方面，反应物是己糖，反应混合物含有一种R-醇并且反应产物是一种HMF的醚。在一个相似的方面，产物是乙酰丙酸酯。葡萄糖优选用于制造乙酰丙酸酯。在常见的实施例中，反应混合物进一步包含一种酸催化剂。在一些实施方案中，该酸催化剂可以是一种均相酸并且该所希望的脱水糖衍生物可以是该乙酰丙酸酯。在一些实施方案中，该酸催化剂可以是一种固态酸树脂并且该所希望的脱水糖衍生物可以是HMF。在可以使用酸性催化剂的那些方面，催化剂选自由固态酸和均相酸组成的组。在其中R-醇的实施例中，R可以是烷基、烯丙基、环烷基、或芳基，并且该所希望的脱水糖衍生物选自所希望的脱水糖衍生物的R-醚或R-酯组成的组。在一般实践中，R-醇是一种反应混合物的溶剂。在其中反应物是己糖的那些实施例中，该所希望的脱水糖衍生物选自由R-氧基HMF和R酰基-乙酰丙酸酯组成的组。在其中无水糖醇是所希望的那些方面，在示例性实施例中，反应物是山梨醇，该反应混合物含有酸催化剂，温度是在130℃和190℃之间并且该所希望的脱水糖衍生物包含脱水山梨糖醇和异山梨醇的组合。一般而言，该所希望的脱水糖衍生物优势地是脱水山梨糖醇。在其中反应物是无水糖醇并且所希望的是产生无水糖醇的醚衍生物的某些实施例中，反应混合物进一步含有其中R是烷基、烯丙基、环烷基、或芳基的R-碳酸酯，该溶剂不是水，反应混合物含有有机碱催化剂，并且该所希望的脱水糖衍生物是R-无水糖醇醚。在一个示例性实施例中，异山梨醇是反应物并且脱水糖衍生物是单或双R氧基异山梨醇。在一个示例性实施例中，该溶剂可以是水，该反应物可以是果糖，该温度可以是在18本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种产生脱水糖衍生物的方法，包括：a.形成包含溶剂和反应物的一种反应混合物，该反应物选自下组，该组由以下各项组成：己糖、糖醇、和无水糖醇，其中该反应混合物不包含催化剂；和b.使该反应混合物与微波辐射接触以实现180℃和210℃之间的温度持续一段时间，该时间足以将至少40％的该反应物转化成至少一种所希望的脱水糖衍生物。

【技术特征摘要】
2010.07.30 US 61/369,3501.一种产生脱水糖衍生物的方法，包括：
a.形成包含溶剂和反应物的一种反应混合物，该反应物选自
下组，该组由以下各项组成：己糖、糖醇、和无水糖醇，其中该反应混
合物不包含催化剂；和
b.使该反应混合物与微波辐射接触以实现180℃和210℃
之间的温度持续一段时间，该时间足以将至少40％的该反应物转化成至
少一种所希望的脱水糖衍生物。
2.根据权利要求1所述的方法，其中该反应物是一种果糖并且该所
希望的的脱水糖衍生物是2,5-(羟甲基)糠醛。
3.根据权利要求1所述的方法，其中该反应物是一种糖醇并且该所
希望的脱水糖衍生物是一种无水糖醇。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述反应混合物的所述溶剂是
水。
5.根据权利要求1所述的方法，其中该反应物是己糖并且该所希望
的脱水糖衍生物是乙酰丙酸。<...

【专利技术属性】
技术研发人员：斯蒂芬·J·霍沃德，亚历山德拉·J·桑伯恩，
申请(专利权)人：阿彻丹尼尔斯米德兰德公司，
类型：发明
国别省市：美国;US