用于制備烷基呋喃的方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】用于制備烷基呋喃的方法
[0001] 相關(guān)申請(qǐng)的奪叉參考
[0002] 本申請(qǐng)要求2013年3月15日提交的美國(guó)臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)第61/792, 021號(hào)優(yōu)先權(quán)， 其通過(guò)引用的方式全部并入本文。 發(fā)明領(lǐng)域
[0003] 本公開(kāi)內(nèi)容主要涉及制備取代呋喃的方法，更具體地，涉及制備烷基呋喃例如 2, 5-二烷基呋喃（例如，2, 5-二甲基呋喃）和2-烷基呋喃（例如，2-甲基呋喃）的方法。
【背景技術(shù)】
[0004] 烷基呋喃可以用于燃料和其他產(chǎn)品的商業(yè)制造。例如，2, 5-二甲基呋喃可以用 作制造可用于制造聚酯的對(duì)二甲苯和對(duì)苯二甲酸的起始原料。參見(jiàn)，例如，美國(guó)專(zhuān)利第 8, 314, 267 號(hào)。
[0005] 本領(lǐng)域目前已知有若干種制造烷基呋喃的方法。例如，可以通過(guò)在高于700°C的 溫度下使丙酮熱解小于1秒并然后使反應(yīng)氣體在液體介質(zhì)中冷卻來(lái)合成2, 5-二甲基呋 喃。參見(jiàn)美國(guó)專(zhuān)利第2, 098, 592號(hào)。2, 5-二甲基呋喃也可以通過(guò)在含汞催化劑的存在下將 己-3-烯-5-炔-2-醇加熱至100°C而合成。參見(jiàn)美國(guó)專(zhuān)利第2, 470, 070號(hào)。此外，通過(guò) 將果糖脫水成5-(羥基甲基）糠醛，然后使用CuRu/C催化劑和氫將5-(羥基甲基）糠醛轉(zhuǎn) 化成2, 5-二甲基咲喃，可以合成2, 5-二甲基咲喃。參見(jiàn)Y. Romdn-Leshkov等人，Nature 2007, 447, 982-985。
[0006] 但是，仍然存在對(duì)制造烷基呋喃例如2, 5-二甲基呋喃的新方法的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本公開(kāi)內(nèi)容通過(guò)提供制備一種或多種式（I)的烷基呋喃的方法來(lái)解決這一需求：
[0008]
[0009] 其中R1是H或C x烷基，其中x是等于或大于1的整數(shù)；并且其中R 2是C y烷基，其 中y是等于或大于1的整數(shù)。在一些實(shí)施方式中，#是(^烷基。
[0010] 在一些方面，方法包括使式（C-1)或（C-2)的亞胺與還原劑在催化劑的存在下反 應(yīng)，以產(chǎn)生式（I)的烷基呋喃。式（C-1)或（C-2)的亞胺是：
[0011]
[0012] 其中：
[0013] R1 (如果存在）如式（I)中所定義；
[0014] Rla(如果存在）是Cxl烷基，其中x如式（I)中所定義，條件是當(dāng)x是1時(shí)1^是 H；
[0015] R2fCyl烷基，其中y如式⑴中所定義，條件是當(dāng)y是1時(shí)R 2fH;
[0016] m 是 0、1、2、3、4 或 5 ;并且
[0017] 各個(gè)R3 (如果存在）獨(dú)立地為鹵代基、烷基、鹵代烷基、環(huán)烷基、烷氧基或-C (0) 〇-烷基。
[0018] 在一些實(shí)施方式中，方法還包括使式（A-1)或（A-2)的化合物與式（B)的苯胺反 應(yīng)，以提供式（C-1)或（C-2)的亞胺。式（A-1)或（A-2)的化合物是：
[0019]
[0020] 其中：
[0021] R1如式⑴中所定義；
[0022] RlPR23(如果存在）各自如式（C-1)或（C-2)中所定義。式⑶的苯胺是：
[0023]
[0024] 其中：
[0025] m和R3如式（C-1)或（C-2)中所定義。
[0026] 在其他方面，提供用于制備上述式（I)的烷基呋喃的方法，其中該方法包括使式 (C-3)的亞胺與還原劑在催化劑的存在下反應(yīng)，以產(chǎn)生式（I)的烷基呋喃。式（C-3)的亞胺 是：
[0027]
[0028] 其中：
[0029] R1如式⑴中所定義；
[0030] R2fH或Cyl烷基，其中y如式⑴中所定義，條件是當(dāng)y是1時(shí)R 2fH;
[0031] m 是 0、1、2、3 或 4 ;并且
[0032] 各個(gè)R3獨(dú)立地為鹵代基、烷基、鹵代烷基、環(huán)烷基、烷氧基或-C (0) 〇-烷基。
[0033] 在一些實(shí)施方式中，方法還包括使式（A-1)的化合物與式（B-1)的二氨基苯反應(yīng)， 以提供式（C-3)的亞胺。式（A-1)的化合物是：
[0034]
[0035] 其中：
[0036] R1如式⑴中所定義；
[0037] 儼和1?&各自如式（C-3)中所定義。
[0038] 式（B-1)的二氨基苯是：
[0039]
[0040] 其中：
[0041] m和R3如式（C-3)中所定義。
[0042] 在其他的方面，提供用于制備烷基呋喃的混合物的方法，其中該混合物包含式 (I'）的烷基呋喃和式（I"）的烷基呋喃，且該方法包括使式（C-4)的亞胺與還原劑在催化 劑的存在下反應(yīng)，以產(chǎn)生烷基呋喃的混合物。式（I'）的烷基呋喃和式（I"）的烷基呋喃 是：
[0043]
[0044] 其中：
[0045] 各個(gè)R1'和R1''獨(dú)立地為H或Cx烷基，其中x在各次出現(xiàn)時(shí)獨(dú)立地為等于或大于1 的整數(shù)；并且
[0046] 各個(gè)R2'和R2''獨(dú)立地為Cy烷基，其中y在各次出現(xiàn)時(shí)獨(dú)立地為等于或大于1的整 數(shù)。
[0047] 式（C-4)的亞胺是：
[0048]
[0049] 其中：
[0050] R1'如式（I'）中所定義；
[0051] r2'如式a"）中所定義；
[0052]R2a'是H或Cyi烷基，其中y如式（I'）中所定義，條件是當(dāng)y是1時(shí)R2a'是H ;
[0053] R2a"是H或Cyi烷基，其中y如式（I "）中所定義，條件是當(dāng)y是1時(shí)R2a"是H ;
[0054] m 是 0、1、2、3或4 ;并且
[0055] 各個(gè)R3獨(dú)立地為鹵代基、烷基、鹵代烷基、環(huán)烷基、烷氧基或-C (0) 0-烷基。
[0056] 在一些實(shí)施方式中，方法還包括使包含式（A-1'）的化合物和式（A-1"）的化合物 的化合物混合物與式（B-1)的二氨基苯反應(yīng)，以提供式（C-4)的亞胺。式（A-1'）的化合物 和式（A-1"）的化合物是：
[0057]
[0058]其中：
[0059] R1'和R2a'如式（I'）中所定義；并且
[0060] R1''和R2a"如式（I"）中所定義。
[0061] 另外提供一種用于制備2, 5-二甲基呋喃的方法，通過(guò)使未取代的或取代的 ((5-甲基呋喃-2-基）亞甲基）苯胺與還原劑在催化劑的存在下反應(yīng)來(lái)產(chǎn)生2, 5-二甲基 呋喃。
[0062] 另外提供一種用于制備2, 5-二甲基呋喃的方法，通過(guò)使未取代的或取代的雙 ((5-甲基呋喃-2-基）亞甲基）苯-1，4-二胺與還原劑在催化劑的存在下反應(yīng)以產(chǎn)生 2, 5-二甲基呋喃。
[0063] 提供一種組合物，其包含：本文所述的式（C-1)或式（C-2)的亞胺；還原劑；和催 化劑。在一些方面，提供一種組合物，其包含：未取代的或取代的（(5-甲基呋喃-2-基）亞 甲基）苯胺或者未取代的或取代的雙（(5-甲基呋喃-2-基）亞甲基）苯-1，4-二胺；還原 劑；和催化劑。另外提供一種組合物，其包含：式（A-1)或（A-2)的化合物；和式⑶的苯 胺。
[0064] 提供一種組合物，其包含：本文所述的式（C-3)的亞胺；還原劑；和催化劑。在一 些方面，提供一種組合物，其包含：未取代的或取代的雙（(5-甲基呋喃-2-基）亞甲基）二 氨基苯；還原劑；和催化劑。另外提供一種組合物，其包含：式（A-1)或（A-2)的化合物；和 式（B-1)的二氨基苯。
[0065] 提供一種組合物，其包含：本文所述的式（C-4)的亞胺；還原劑；和催化劑。另外 提供一種組合物，其包含：式（A-r)的化合物和式（A-1"）的化合物；和式（B-1)的二氨基 苯。
【附圖說(shuō)明】
[0066] 本申請(qǐng)可以參考以下說(shuō)明并結(jié)合附圖而加以理解。
[0067] 圖1示出由任選取代的（(5-甲基呋喃-2-基）亞甲基）苯胺產(chǎn)生2, 5-二甲基呋 喃的示意性反應(yīng)路線(xiàn)。
[0068] 圖2示出由5-甲基糠醛和任選取代的苯胺產(chǎn)生任選取代的（(5-甲基呋喃-2-基） 亞甲基）苯胺的示例性反應(yīng)路線(xiàn)。
[0069] 圖3示出由任選取代的N-(呋喃-2-基亞甲基）苯胺產(chǎn)生2-甲基呋喃的示例性 反應(yīng)路線(xiàn)。
[0070] 圖4示出由糠醛和任選取代的苯胺產(chǎn)生任選取代的N-(呋喃-2-基亞甲基）苯胺 的示例性反應(yīng)路線(xiàn)。
[0071] 圖5示出由任選取代的雙（(5-甲基呋喃-2-基）亞甲基）二氨基苯產(chǎn)生2, 5-二 甲基呋喃的示例性反應(yīng)路線(xiàn)。
[0072] 圖6A示出由5-甲基糠醛和任選取代的二氨基苯產(chǎn)生任選取代的雙（(5-甲基呋 喃-2-基）亞甲基）二氨基苯的示例性反應(yīng)路線(xiàn)。
[0073] 圖6B示出由5-甲基糠醛和糠醛以及任選取代的二氨基苯產(chǎn)生亞胺混合物的示例 性反應(yīng)路線(xiàn)。
[0074] 圖7示出由任選取代的雙（呋喃-2-基亞甲基）苯-1，2-二胺產(chǎn)生2-甲基呋喃 的示例性反應(yīng)路線(xiàn)。
[0075] 圖8示出由糠醛和任選取代的二氨基苯產(chǎn)生任選取代的雙（呋喃-2-基亞甲基） 苯-1，2-二胺和（呋喃-2-基亞甲基）苯-1，2-二胺的示例性反應(yīng)路線(xiàn)。
【具體實(shí)施方式】
[0076] 以下描述列出示例性的方法、參數(shù)等。但應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，這些描述無(wú)意作為對(duì)本公開(kāi) 內(nèi)容范圍的限定，而是提供為示例性實(shí)施方式的說(shuō)明。
[0077] 如在本說(shuō)明書(shū)中所用，以下詞語(yǔ)、短語(yǔ)和符號(hào)通常意在具有以下列出的含義，除非 在其使用的上下文另外指出的程度例外。
[0078] 不在兩個(gè)字母或符號(hào)之間的短線(xiàn)用來(lái)指示取代基的連接點(diǎn)。例如，_0CH3 通過(guò)氧原子連接。
[0079] "烷基"是指直鏈的或支化的飽和烴鏈。在一些實(shí)施方式中，如本文所用的烷基，例 如在式（I)、（I，）、（I"）、（A-l)、（A-1，）、（A-l"）、（A-2)、（B)、（B-l)、（C-l)、（C-2)、（C-3)、 (C-4)、（D-l)、（D-2)、（D-3)、（D-4)、（X-l)、（X-2)、（X-3)或（X-4)的化合物中，具有 1-10 個(gè)碳原子（即Q :。烷基）、1-10個(gè)碳原子（即C : 9烷基）、1-8個(gè)碳原子（即C : s烷基）、1-7 個(gè)碳原子（即Q 7烷基）、1_6個(gè)碳原子（即C : 6烷基）、1_5個(gè)碳原子（即C : 5烷基）、1-4 個(gè)碳原子（即Q 4烷基）、1-3個(gè)碳原子（即C : 3烷基）、1-2個(gè)碳原子（即C : 2烷基）或1 個(gè)碳原子（即Q烷基）。烷基的例子包括甲基、乙基、正丙基、異丙基、正丁基、仲丁基、叔丁 基、正戊基、2-戊基、異戊基、新戊基、己基、2-己基、3-己基和3-甲基戊基。在命名具有特 定碳原子數(shù)的烷基殘基時(shí)，所有具有該碳數(shù)的幾何異構(gòu)體均可以包括其中；因此，例如，"丁 基"可以包括正丁基、仲丁基、異丁基和叔丁基；"丙基"可以包括正丙基和異丙基。
[0080] "環(huán)烷基"是指環(huán)狀烷基。在一些實(shí)施方式中，如本文所用的環(huán)烷基，例如在（B)、 (B-l)、 （C-l)、 （C-2)、 （C-3)、 （C-4)、 （D-l)、 （D-2)、 （D-3)、 （D-4)、 （X-l)、 （X-2)、 （X-3)或 (X-4)的化合物中，具有3-10個(gè)環(huán)碳原子（即C31。環(huán)烷基）、3-9個(gè)環(huán)碳原子（即C 39環(huán)烷 基）、3-8個(gè)環(huán)碳原子（即C3 s環(huán)烷基）、3-7個(gè)環(huán)碳原子（即C 3 7環(huán)烷基）、3-6個(gè)環(huán)碳原子 (即C3 6環(huán)烷基）或5個(gè)環(huán)碳原子（即C 5環(huán)烷基）或6個(gè)環(huán)碳原子（即C 6環(huán)烷基）。環(huán)烷 基的例子包括環(huán)丙基、環(huán)丁基、環(huán)戊基和環(huán)己基。
[0081] "烷氧基"是指基團(tuán)烷基"。烷氧基的例子可以包括甲氧基、乙氧基、正丙氧 基、異丙氧基、正丁氧基、叔丁氧基、仲丁氧基、正戊氧基、正己氧基和1，2-二甲基丁氧基。 [0082] "鹵代基"可以包括，例如，氟代、氯代、溴代和碘代；且術(shù)語(yǔ)"鹵素"包括氟、氯、溴 和碘。"鹵代烷基"是指如上文所定義的直鏈或支鏈烷基，其中一個(gè)或多個(gè)氫原子被鹵素取 代。例如，當(dāng)殘基被多于一個(gè)鹵素取代時(shí)，其可以通過(guò)使用與所連接鹵素部分的數(shù)目對(duì)應(yīng)的 前綴稱(chēng)呼。例如，二鹵代烷基或三鹵代烷基是指被兩個(gè)（"二"）或三個(gè)（"三"）鹵代基團(tuán) 取代的烷基，這些鹵代基團(tuán)可以是，但并不必需是相同的鹵素；因此，例如， -CHFC1在二齒 代烷基的范圍內(nèi)。鹵代烷基的其他例子包括二氟甲基（_CHF2)和三氟甲基（_CF 3)。
[0083] 通討亞胺還原制備烷基呋喃的方法
[0084] 本文提供通過(guò)亞胺還原反應(yīng)來(lái)制備烷基呋喃的方法。烷基呋喃可以包括2, 5-二 烷基呋喃、2-烷基呋喃或其任意組合。
[0085] 例如，參考圖1，過(guò)程100是由亞胺102 (即任選取代的（(5-甲基呋喃-2-基）亞 甲基）苯胺）制備2, 5-二甲基呋喃110的示例性反應(yīng)路線(xiàn)。關(guān)于亞胺102, m可以是0、 1、 2、3、4或5,且各個(gè)R3 (如果存在）可以獨(dú)立地為鹵代基、烷基、鹵代烷基、環(huán)烷基、烷氧基 或-C (〇)〇-烷基。
[0086] 亞胺102可以在鈀催化劑106和溶劑108的存在下與氫104反應(yīng)，生成2, 5-二 甲基呋喃110和任選取代的苯胺112。如圖1的示例性反應(yīng)所示，鈀催化劑106是鈀在碳 上（Pd/C)，溶劑108是乙酸。但應(yīng)當(dāng)理解到，在其他示例性實(shí)施方式中，可以使用其他的催 化劑和溶劑，如下文進(jìn)一步詳述。此外，在其他的示例性實(shí)施方式中，過(guò)程100可以無(wú)溶劑 (neat)進(jìn)行，即在沒(méi)有溶劑108的情況下進(jìn)行。
[0087] 本文所述方法中所使用的亞胺102可以是市售可得的。亞胺102也可以由糠醛 化合物或其衍生物制備而來(lái)。例如，參考圖2,可以將5-甲基糠醛202和任選取代的苯胺 204在高溫下合并，生成用作過(guò)程100(圖1)中的起始原料的亞胺102。應(yīng)當(dāng)理解到，過(guò)程 200 (圖2)中使用的苯胺204可以是與過(guò)程100 (圖1)中產(chǎn)生的苯胺112相同的化合物，因 為苯胺材料可以由過(guò)程1〇〇(圖1)的亞胺還原反應(yīng)而再生。
[0088] 在另一例子中，參考圖3,過(guò)程300是由亞胺302 (即任選取代的N-(呋喃-2-基 亞甲基）苯胺）制備2-甲基呋喃310的示例性反應(yīng)路線(xiàn)。關(guān)于亞胺302, m可以是0、1、 2、 3、4或5,并且各個(gè)R3 (如果存在）可以獨(dú)立地為鹵代基、烷基、鹵代烷基、環(huán)烷基、烷氧基 或-C (〇)〇-烷基。
[0089] 亞胺302可以在鈀催化劑306和溶劑308的存在下與氫304反應(yīng)，生成2-甲基呋 喃310和任選取代的苯胺312。如圖3的示例性反應(yīng)所示，鈀催化劑306是在碳上的鈀（Pd/ 0,且溶劑308是乙酸。但應(yīng)當(dāng)理解到，在其他的示例性實(shí)施方式中，可以使用其他的催化 劑和溶劑，如下文進(jìn)一步詳述。此外，在其他的示例性實(shí)施方式中，過(guò)程300可以無(wú)溶劑進(jìn) 行，即在沒(méi)有溶劑308的情況下進(jìn)行。
[0090] 本文所述的方法中使用的亞胺302可以是市售可得的。亞胺302也可以由糠醛化 合物或其衍生物制備。例如，參考圖4,可以將糠醛402和任選取代的苯胺404在升高溫度 下合并，生成用作過(guò)程300 (圖3)中的起始原料的亞胺302。應(yīng)當(dāng)理解到，過(guò)程400 (圖4) 中使用的苯胺404可以是與過(guò)程300 (圖3)中產(chǎn)生的苯胺312相同的化合物，因?yàn)楸桨凡?料可以由過(guò)程300(圖3)的亞胺還原反應(yīng)而再生。
[0091] 在另一例子中，參考圖5,過(guò)程500是由亞胺502(即任選取代的雙（(5-甲基呋 喃-2-基）亞甲基）二氨基苯）制備2, 5-二甲基呋喃510的示例性反應(yīng)路線(xiàn)。關(guān)于亞胺 502,m可以是0、1、2、3或4,并且各個(gè)R3 (如果存在）可以獨(dú)立地為鹵代基、烷基、鹵代烷基、 環(huán)烷基、烷氧基或-C (0) 0-烷基。
[0092] 亞胺502可以在鈀催化劑506和溶劑508的存在下與氫504反應(yīng)，生成2, 5-二甲 基呋喃510和任選取代的二氨基苯512。如圖5的示例性反應(yīng)所示，鈀催化劑506是在碳上 的鈀（Pd/C)，且溶劑508是乙酸。但應(yīng)當(dāng)理解到，在其他的示例性實(shí)施方式中，可以使用其 他的催化劑和溶劑，如下文進(jìn)一步詳述。此外，在其他示例性實(shí)施方式中，過(guò)程500可以無(wú) 溶劑進(jìn)行，即在沒(méi)有溶劑508的情況下進(jìn)行。
[0093] 本文所述的方法中使用的亞胺502可以是市售可得的。亞胺502也可以由糠醛化 合物或其衍生物制備。例如，參考圖6A，可以將5-甲基糠醛602和任選取代的二氨基苯604 在升