5-(氯甲基)-2-呋喃甲醛向5-甲基-2-糠酸及其衍生物的转化制造技术

本发明专利技术涉及由5-(氯甲基)-2-呋喃甲醛（CMF）来合成5-甲基-2-糠酸，包括它的酯、酰胺以及硫代酯衍生物。如此制备的这些分子作为制药、食品以及香料分子的中间体、以及燃料或燃料添加剂是有用的。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及由5-(氯甲基)-2-呋喃甲醛(CMF)来合成5-甲基_2_糠酸，包括它的酯、酰胺以及硫代酯衍生物。如此制备的这些分子作为制药、食品以及香料分子的中间体、以及燃料或燃料添加剂是有用的。
技术介绍
由可再生原料产生商品化学品仍然是绿色化学领域中最优先的项目之一。此外，可以在催化形式下进行而使得可以避免化学计量的有毒副产物的化学过程对于开发感兴趣的分子的长期且可持续的路径而言将是重要的。虽然现在使用的大多数催化过程是通过过渡金属的作用来介导的，但是最近的进展已经显示，某些全有机的支架，即仅包含非金属原子如碳、氢、氮、硫、氧或磷，可以在催化形式中起作用并且影响反应底物上的在表面上不明显的转化。能够实现特殊转化的一种这样的支架包括杂环，其中在该环中有三个连续的碳原子具有‘X+=C_X’的形式，其中‘X’为氮、硫、硅或磷(图2)。在用适合的碱进行处理时，这些分子产生包含二价碳中心的稳定的单线态卡宾。该卡宾能够向某些有机官能团赋予非常特殊的活性；最普遍理解的是在新陈代谢期间丙酮酸盐上的硫胺素维他命。目前对这些卡宾进行的许多学术研究都关注着以下集合(grouping): ‘R(R’)，也被称为“N杂环卡宾(NHC)”，以及它们对醛类的作用。经典地，醛基团被认为是高反应性的亲电体，具有位于碳原子上的部分正电荷。NHC有机催化能够在被称为“极反转(umpolong)”反应的现象中逆转这个电荷，其中这个碳现在在醛-NHC加成物中携带了部分负电荷(参见泽巴赫(Seebach) AnRewandte Chemie International Edition in EnRlish (德国应用化学国际版，英语)18，239 (1979))。该化学文件包括加成、消除、环加成以及涉及该中间体的许多其他反应的实例。来自美国加利福尼亚大学戴维斯校区的马克.马斯卡(Mark Mascal)最近的出版物详细地阐述了可以由多种可再生的纤维的以及半纤维的原料产生5_(氯甲基)-2_呋喃甲醒(CMF)的一种高产率的方法(参见马斯卡(Mascal)和尼吉丁(Nikitin)EnerRY & Fuels(能源与燃料)24,2170 (2009))。由于该方法利用了强无机酸，糖单元的立体化学以及糖苷键是不可知的，并且会将六个碳的糖转化为CMF，脱氧糖或葡萄糖酸是例外。在来源于碳水化合物的呋喃的领域中相似的工作集中在产生5-(羟甲基)-2-呋喃甲醛(HMF)(参见宾得(Binder)和雷恩斯(Raines) Energy &Environmental Science (倉R源与环境科学)3,677(2010))。CMF和HMF均可以转化为有价值的化学品，首先是通过催化加氢来提供5-甲基-2-呋喃甲醛或2，5- 二甲基呋喃、或者另外被氧化成2，5-呋喃-二羧酸酯,可以用作塑料单体。与本专利技术特别相关的是马斯卡(Mascal)的CMF向5_ (乙氧基甲基)_2_呋喃甲醒(EMF)的转化(参见尼吉丁(Nikitin)和马斯卡(Mascal) Angewandte ChemieInternational Edition (德国应用化学国际版)47,47 (2008)),这种转化证实了就其能量含量而言的有利的燃料特性(30.3MJL-1)。虽然在此方面与汽油相似，但EMF不能与汽油在可观的水平上掺合、并且还易于因为反应性醛基而在长时间静置时自动氧化(图3)。α -氯-醒是博德(Bode)、罗维斯(Rovis)以及沙伊特(Scheidt)对于NHC催化进行了研究的底物(参见Sohn (索恩)和博德(Bode) Organic Letters (有坑化学通讯)7,3873 (2005^ ;雷诺兹(Reynolds)和罗维斯(Rovis) Tournal of the American ChemicalSociety (美国化学学会杂志)127,16406 (2005):陈(Chan)和沙伊特(Scheidt) OrganicLetters (有机化学通讯)7,905 (2005^)。在机械方面,在卡宾加成为醒之后,在醒-碳中心的负电荷将消除氯化物，从而提供烯醇中间体(图4)。在互变异构化为酮之后，外源亲核体(例如醇、水或胺)将排斥唑鎗(azolium)部分并且重新进行催化循环。得到的酸、酯或酰胺各自对与催化剂的进一步反应是免疫的。CMF可以被认为是α-氯-醛，然而该碳-氯ζ键通过呋喃环系统而与醛η键分离。在η键或η系统连接了某些原子的官能团中，该基团可以被认为是‘插烯的(vinylogous)’、‘双插烯的(doubly-vinylogous)’等。例如,具有将氮连接至羰基上的碳-碳双键的酰胺官能团被称为“插烯酰胺”。在CMF的情况下，该碳-氯基团以及醛是“双插烯的“，或者在当呋喃η系统连接了这些键时也许是‘插呋喃的(furanylogous)’，并且因此保持反应性。本专利技术描述了使用这种新颖的转化、由NHC分子催化的、CMF以及5_甲基_2_呋喃甲醛的相关衍生物向5-甲基-2-糠酸及其衍生物的高产率转化。由可再生碳水化合物原料产生的CMF可以按催化方式被转化为有用的产品，而不需要使用过渡金属、压缩氢气或极端的压力或温度。 专利技术说明在一个实施例中，本专利技术提供了一种制备5-甲基-2-糠酸甲酯的方法，产率大于50%。该方法包括使一种具有化学式II的含呋喃的分子、碱、有机溶剂、催化剂以及甲醇在32° C相接触，这样产生了 5-甲基-2-糠酸甲酯。在另一个实施例中，本专利技术提供了一种制备5-甲基-2-糠酸乙酯的方法，产率大于50%。该方法包括使具有化学式II的含呋喃的分子、碱、有机溶剂、催化剂以及乙醇在32° C相接触，这样产生了 5-甲基-2-糠酸乙酯。附图简要说明附图说明图1展示了具有化学式I和化学式II的分子，它们分别是本专利技术的产物和底物。图2展示了取决于催化剂的存在与否，5-(氯甲基)-2-呋喃甲醛(CMF，I)向5_ (乙氧基甲基)-2-呋喃甲醛(EMF，2)或者5-甲基-2-糠酸乙酯(3)的不同反应。图3展示了本专利技术提出的、以及已知的α -氯代醒(chloroaldehyde)关于NHC催化的催化性循环机制。图4展示了 N-杂环卡宾催化剂的代表性的前体盐、以及用碱对它们去质子化。图5是甘油还原为1，2-丙二醇或者脱水为丙烯醛的示意性图解。图6是作为亲核剂的噻唑鎗或三唑鎗环系统的示意性图解。图7是本专利技术所述的一种示例性方法的示意性图解。图8是本专利技术所述的一种示例性方法的示意性图解。图9是葡萄糖 以及衍生分子的示意性图解。图10是被噻唑鎗环侵入、随后消除了氯化物的氯代醛的示意性图解。互变异构化为酮提供了一种容易水解的中间体。图11是酰基中间体用来提供糠酸酯的不同反应的示意性图解。 本专利技术的实施模式以及工业实用性1.概述 本专利技术所述的一种方法包括由CMF来制备5-甲基-2-糠酸，包括酯、酰胺以及硫代酯衍生物，以作为有用的化学结构单元以及燃料或燃料添加剂。第一步骤涉及使具有化学式II的分子、催化剂、碱、有机溶剂以及反应性的亲核体在10° C与50° C之间的温度下相接触。用水使该反应淬灭，并且疏水性的呋喃产物可以用疏水性溶液本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：彼得·米考奇克，阿维亚德·卡哈纳，
申请(专利权)人：尹斯特有限公司，
类型：
国别省市：