直接合成生物基烷基和呋喃二元醇醚、乙酸酯、醚-乙酸酯以及碳酸酯的制作方法
【專利摘要】提供了一種用于從亞烷基二醇、HMF或其還原衍生產(chǎn)物(即，F(xiàn)DM、bHMTHF)制備二醇單醚或單乙酸酯、或碳酸酯的方法，該方法涉及兩種途徑中的任一種。具體地，根據(jù)一種途徑，使該亞烷基二醇、HMF或FDM、bHMTHF與碳酸二烷基酯在去質(zhì)子化劑的存在下、在基本上不存在外來催化劑下進行反應(yīng)以產(chǎn)生一種醚，并且隨后使該醚與一種酸堿進行反應(yīng)。根據(jù)另一種途徑，使亞烷基二醇與乙酸酯供體在酸、堿存在下進行反應(yīng)以產(chǎn)生一種亞烷基單乙酸酯，并且用碳酸酯在去質(zhì)子化劑存在下進行醚化。
【專利說明】直接合成生物基烷基和呋喃二元醇醚、乙酸酯、醚-乙酸酯以 及碳酸酯
[0001 ]優(yōu)先權(quán)權(quán)益
[0002] 本申請要求于2013年12月20日提交的美國臨時申請?zhí)?1/918,795、2014年12月5 日提交的PCT/US 2014/68809以及2014年12月18日提交的美國臨時申請?zhí)?2/093683的優(yōu) 先權(quán)權(quán)益，各自的內(nèi)容通過引用結(jié)合在此。 發(fā)明領(lǐng)域
[0003] 本發(fā)明涉及一種用于使生物衍生的二醇轉(zhuǎn)換成有用的產(chǎn)物的方法。具體地，本發(fā) 明涉及一種從亞烷基二醇或呋喃二元醇合成多種化合物的簡單且綠色的方法。
【背景技術(shù)】
[0004] 在同一分子中具有醚和醇官能團兩者，二醇醚是有機溶劑最通用種類之一。這些 分子結(jié)合了醇和醚的最好的溶解力特點，這允許在寬范圍有機化學(xué)品和油中的良好可混合 性和溶解力，以及在水中的溶解度。二醇醚還具有較高的沸點。由于這些原因，二醇醚在(i) 表面涂層工業(yè)中作為用于樹脂的活性溶劑、（ii)剎車油工業(yè)中作為溶劑、（iii)石油工業(yè)中 作為各種石油基燃料中的防冰劑、（iv)汽車工業(yè)中作為防凍劑、以及(v)用于日用商品的專 業(yè)產(chǎn)品是杰出的。
[0005] 典型地，二醇醚被冠以或者"e-系列"或者"p-系列"二醇醚，取決于它們對應(yīng)地是 由乙烯還是由丙烯制成。典型地，e-系列二醇醚被發(fā)現(xiàn)于藥品、防曬霜、化妝品、墨水、染料 以及水性涂料中，而P-系列二醇醚被用于脫脂劑、清潔劑、氣溶膠涂料以及粘合劑中。E-系 列二醇醚在分子量上是更高的，并且可以用作經(jīng)受進一步化學(xué)反應(yīng)的中間體。P-系列二醇 醚通常是高性能工業(yè)溶劑。
[0006] 二醇醚的制備已經(jīng)常規(guī)涉及一種環(huán)氧烷的產(chǎn)生。例如，可以使環(huán)氧乙烷(E0)或環(huán) 氧丙烷(P0)與對應(yīng)地在e_系列和P-系列中的醇反應(yīng)。二醇醚分子可以在它們中含有一個或 多個E0或P0分子。所使用的典型的醇包括甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、戊醇以及己醇。這種反應(yīng) 可以產(chǎn)生具有不同鏈長的二醇醚，取決于反應(yīng)的摩爾比和在該反應(yīng)中所使用的溫度與壓 力。較溫和的條件和較低的該環(huán)氧烷與醇的摩爾比將產(chǎn)生單亞烷基氨基乙酰基醚，而使用 更多環(huán)氧烷和更高的溫度與壓力產(chǎn)生二亞烷基二醇醚和三亞烷基二醇醚。這些產(chǎn)物通過蒸 餾進行純化。然后可以使二醇醚進一步與乙酸反應(yīng)(酯化）以產(chǎn)生對應(yīng)的乙酸酯產(chǎn)物。因此， 存在具有多種可能組合的整族產(chǎn)物。（總體上參見，例如，Henry Chinn等人，"市場調(diào)研報 告：二醇釀(Marketing Research Report:Glycol Ethers)，"化學(xué)經(jīng)濟學(xué)手冊（Chemical Economics Handbook)，663.5000A-633.5005Q( 2010年11 月），SRI 咨詢公司（SRI Consulting)〇)
[0007] 可替代地，該環(huán)氧烷可以通過該亞烷基與次氯酸的水合隨后堿催化的環(huán)氧化或通 過該亞烷基與叔丁基氫過氧化物的直接環(huán)氧化來合成。
[0008] 在另一方法中，二醇醚可以通過醇與烯烴氧化物在酸性催化劑或堿性催化劑存在 下的反應(yīng)產(chǎn)生。例如，美國專利號6,124,506描述了二醇醚合成的另一種方法，該方法涉及 使烯烴氧化物與醇在催化劑上反應(yīng)，該催化劑包括一種層狀雙氫氧化物(LDH)粘土 (其中其 層狀結(jié)構(gòu)是完整的）并且具有層間的陰離子，這些陰離子中的至少一些是金屬陰離子或 (聚)金屬氧酸鹽陰離子。以一種類似的方式，美國專利號8,748,635B2描述了一種用于使用 固相沸石催化劑通過烷化脫水糖醇制備脫水糖醚的方法。
[0009] 亞烷基二醇可以通過多種方法產(chǎn)生。例如，在一種途徑中，使葡萄糖經(jīng)受氫化作用 和氫解作用以產(chǎn)生丙二醇(PG)或乙二醇(EG)。在另一種途徑中，使葡萄糖發(fā)酵以產(chǎn)生乙醇 和C02。然后用一種銀催化劑使乙醇轉(zhuǎn)化成環(huán)氧乙烷，然后使該環(huán)氧乙烷與C02反應(yīng)以形成環(huán) 狀的碳酸亞乙基酯，當(dāng)與一種醇反應(yīng)時該碳酸亞乙基酯產(chǎn)生了對應(yīng)的碳酸二烷基酯。在制 造環(huán)氧化合物的脫水/還原步驟中，要求一個附加的反應(yīng)步驟。這些方法都涉及多個步驟， 這些步驟增加了產(chǎn)生所希望產(chǎn)物的復(fù)雜度和成本兩者。
[0010] 商業(yè)制造商希望一種更簡單的、單步醚化方法。然而，用于合成的當(dāng)前可用的方法 不能使得直接從衍生自生物基資源的亞烷基二醇(如乙二醇(EG)和丙二醇(PG))制造醚。若 干在前的或中間的步驟必須首先發(fā)生。目前，沒有可以選擇性地使生物基亞烷基二醇直接 無氧化地成為對應(yīng)的單醚的已知的方法。因此，提供一種用于直接醚化不僅亞烷基二醇而 且環(huán)狀(呋喃)二元醇作為起始材料的途徑的一種新方法將是受歡迎的進展。
[0011] 發(fā)明概述
[0012] 本披露涉及一種用于從二元醇化合物制備單醚的方法，該方法包含或者第一途徑 或者第二途徑。在該第一途徑中，使該二元醇化合物在布朗斯特酸存在下在一定溫度下并 且持續(xù)足以形成該二元醇化合物的一種R1單酯的時間接觸R1有機酸，然后使該二元醇化合 物的R1單酯在去質(zhì)子化劑的存在下在一定溫度下并且持續(xù)足以形成該單酯醚的時間接觸 一種具有式R2(C〇3)R2的R2烷基二酯。在該第二途徑中，使該二元醇化合物在去質(zhì)子化劑的 存在下在一定溫度下并且持續(xù)足以形成該二元醇化合物的一種單酯的時間接觸具有式R2(C03)R2的R2烷基二酯，然后使該二元醇化合物的單酯在布朗斯特酸的存在下在一定溫度下 并且持續(xù)足以形成該單酯醚的時間接觸一種R1有機酸。該R1和R2是或者相同或者不同的烷 基、環(huán)烷基或芳香族部分。
[0013] 本發(fā)明方法的另外的特征和優(yōu)點將披露于以下詳細(xì)說明中。應(yīng)理解的是上述概述 以及以下詳細(xì)說明和實例都僅代表本發(fā)明，并且旨在提供用于理解如所要求保護的本發(fā)明 的綜述。
[0014] 附圖簡要說明
[0015] 圖1是一個通用示意圖，該圖示出了在從一種亞烷基二元醇制備醚化或乙?；?元醇中的兩種合成途徑。
[0016]圖2是根據(jù)本發(fā)明方法的一個實施例的反應(yīng)的示意圖，該圖示出了丙二醇和丙二 醇-乙酸酯烷基醚化。
[0017] 圖3是根據(jù)本發(fā)明方法的另一個實施例的反應(yīng)的示意圖，該圖示出了FDM和FDM乙 酸酯烷基醚化。
[0018] 圖4是根據(jù)本發(fā)明方法的一個替代實施例的反應(yīng)的示意圖，該圖示出了bHMTHF和 bHMTHF乙酸酯的烷基醚化。
[0019] 圖5是根據(jù)本發(fā)明方法的另一個實施例的反應(yīng)的示意圖，該圖展示了亞烷基二醇 碳酸酯的合成。
[0020]圖6是根據(jù)本發(fā)明方法的另一個實施例的反應(yīng)的示意圖，該圖揭示了FDM碳酸酯的 合成。
[0021 ]圖7是根據(jù)本發(fā)明方法的另一個實施例的反應(yīng)的示意圖，該圖展示了bHMTHF碳酸 酯的合成。
[0022]發(fā)明的詳細(xì)說明 [0023]部分I·-說明
[0024] A.
[0025] 本發(fā)明合成方法提供了一種用于直接從烷基或呋喃二元醇無需使來自可再生、生 物基材料的起始材料或者脫水或者還原來制備醚和/或乙酸酯的簡單、清潔以及簡潔的方 法。相比于常規(guī)的醚合成的時常復(fù)雜且苛刻的條件，本發(fā)明方法涉及使烷基二醇與碳酸二 烷基酯試劑的溶液在去質(zhì)子化劑的存在下、并且在基本上不存在任何其他外來催化劑下進 行反應(yīng)。如在此所用，該術(shù)語"基本上不存在"是指一種情況，其中一種外來催化劑或者在很 大程度上或者完全不存在，或者以小于催化效力的微量或痕量存在。換句話說，沒有外來催 化劑存在，或以相對于反應(yīng)中的碳酸二烷基酯試劑的量小于5 %、3 %、或1 %重量/重量的水 平存在。
[0026]該方法可用于從可再生的亞烷基、烷基、或呋喃二元醇來制造單醚、單酯、以及烷 氧基酯而無需或者氧化以形成氧化物或者脫水和還原以形成環(huán)氧化物。二元醇的實例是二 醇如乙二醇(EG)、丙二醇(PG)、以及2,3_丁二醇(BD0)?？商娲兀@些反應(yīng)物材料可以是乙 二醇單乙酸酯、丙二醇單乙酸酯、或其混合物。該呋喃二元醇反應(yīng)物可以是HMF的還原類似 物(呋喃-2，-5_二甲醇(FDM)、和/或2，5_雙-羥甲基-四氫呋喃(bHMTHF))?？商娲兀?dāng)HMF 是反應(yīng)物時，可以在本發(fā)明反應(yīng)條件下醚化或乙?；疕MF自身。
[0027] 總體上根據(jù)本發(fā)明方法，根據(jù)一種堿介導(dǎo)的方法合成二醇單醚。根據(jù)一個實施例， 以一種簡單、直接的方式使用碳酸烷基酯作為一種烷化劑和/或酸催化的費歇爾乙酰化直 接從亞烷基二醇前體制備單乙酸酯、或醚-乙酸酯或二醇、單-或二碳酸酯。在另一個實施例 中，該方法還使得能夠從呋喃二元醇選擇性地制備醚、乙酸酯、醚-乙酸酯聚合體、單碳酸酯 以及二碳酸酯。根據(jù)某些實施例，該單醚是產(chǎn)生自該反應(yīng)的有利且主要的產(chǎn)物。
[0028] 圖1表示根據(jù)本發(fā)明的用于制備一種二醇單醚或單乙酸酯的兩種替代途徑的一個 示意圖。兩種途徑將使得能夠產(chǎn)生或者醚或者乙酸酯產(chǎn)物。在該第一途徑中，使任一種亞烷 基二醇與一種二碳酸酯試劑的溶液在去質(zhì)子化劑的存在下、在基本上不存在外來催化劑下 反應(yīng)以產(chǎn)生一種醚，并且隨后使用一種酸催化劑、堿催化劑或酶催化劑乙?；撁?。根據(jù)該 第二途徑，使該亞烷基二醇與一種乙酸酯供體在酸催化劑、堿催化劑或酶催化劑存在下反 應(yīng)以產(chǎn)生一種亞烷基單乙酸酯，并且然后用一種碳酸酯在去質(zhì)子化劑或堿存在下醚化。在 一個隨后的步驟中，使該第一途徑的醚產(chǎn)物或該第二途徑的乙酸酯產(chǎn)物與一種含有C3鏈或 更長、烯丙基、苯基、或芐基的碳酸酯反應(yīng)以產(chǎn)生一種單碳酸酯或二碳酸酯或兩者。
[0029]因此，當(dāng)根據(jù)該第一途徑用一種亞烷基二醇開始時，將在第一步驟中產(chǎn)生一種醚。 可替代地，將在另一種第二途徑中的第一步驟中制造一種乙酸酯。具體地，根據(jù)該第一途 徑，使該亞烷基二醇在去質(zhì)子化劑的存在下在基本上不存在外來催化劑下接觸一種碳酸二 烷基酯試劑以產(chǎn)生醚。隨后，用如示出的任一種酸（如乙酸）、或可替代地用堿(如任何醇鹽 堿（甲醇鹽））、或酶催化劑乙?；撁旬a(chǎn)物。根據(jù)該第二途徑，使亞烷基二醇與一種乙酸酯 供體(如游離酸、酸酐、醚)在無機酸(可替代地堿或酶催化劑)存在下進行反應(yīng)以產(chǎn)生一種 亞烷基單乙酸酯，然后用一種碳酸酯在去質(zhì)子化劑或堿存在下醚化該亞烷基單乙酸酯。在 后一步驟中，使該中間體醚或乙酸酯產(chǎn)物對應(yīng)地乙?；蛎鸦梢环N最終產(chǎn)物。
[0030] 該碳酸二烷基酯試劑可以具有一種有1至20個碳原子的R-基團。當(dāng)該R-基團是一 個甲基、乙基、丙基時，該反應(yīng)的產(chǎn)物通常是一種醚。當(dāng)該R-基團是一個C4-C2Q基團時，產(chǎn)生 了一種碳酸單烷基酯。該更大或更龐大的R-部分傾向于促進一種碳酸單烷基酯的形成。當(dāng) 該醚化劑含有一個為烯丙基、苯基、或芐基部分或具有C4或更大鏈的R-基團時，該產(chǎn)物傾向 于是碳酸單烷基酯或碳酸二烷基酯或兩者的混合物。
[0031] 在其他實施例中，本發(fā)明方法使烷基或呋喃二元醇或二醇乙酸酯與碳酸烷基酯在 弱堿(如pKa = 8-ll)的存在下直接反應(yīng)以產(chǎn)生對應(yīng)的單醚或二醚化合物，假如這些碳酸酯 具有小于或等于約3個碳的烷基R-基團。
[0032]該反應(yīng)由一種去質(zhì)子化劑或質(zhì)子接受體(如布朗斯特堿)輔助。多種質(zhì)子接受體可 以包括，例如，以下項中的至少一種:碳酸鈣、碳酸鉀或碳酸鈉、胺、氨等等。無機碳酸鹽，具 體地，展示了在反應(yīng)器介質(zhì)中的低溶解度，這使得這些碳酸酯在下游處理中更容易從最終 產(chǎn)物中分離。
[0033] 這些途徑可以被倒置，即，首先可以使該二醇單乙?；?，然后以上述的方式進行醚 化。該醚化在沒有外來催化劑下發(fā)生，但僅通過部署一種布朗斯特堿以促進該烷基化。該布 朗斯特堿具有至少4的pKa，這有助于該多元醇的-OH去質(zhì)子化。
[0034]用于該反應(yīng)中的碳酸二烷基酯試劑的量可以是處于每亞烷基二醇分子至少1(1) 至約3(3)化學(xué)計量當(dāng)量的量。為了制備一種單醚，碳酸二烷基酯試劑的量是以每該烷基二 元醇的羥基(0H)基團約2(2)化學(xué)計量當(dāng)量存在。
[0035] 在某些實施例中，該碳酸酯試劑可以是以下官能團之一:單丙基、單丁基、單戊基、 單己基、單芐基、單苯基、單烯丙基、二丙基、二丁基、二戊基、二己基、二芐基、二苯基、二烯 丙基。所產(chǎn)生的醚或碳酸酯產(chǎn)物對應(yīng)地可以是或者:單烷基醚或二烷基醚，或者碳酸單烷基 酯、碳酸單烯丙基酯、碳酸單芳基酯，或者碳酸二烷基酯、碳酸二烯丙基酯、或碳酸二芳基 酯。
[0036] 在另一個方面，本披露涉及根據(jù)前述方法合成的醚、乙酸酯以及碳酸烷基酯?？傮w 上，該亞烷基二醇化合物的單醚是以下項中至少一種：乙二醇(EG)的單醚、丙二醇(PG)的單 醚、或2,3_ 丁二醇(BD0)的單醚。該亞烷基二醇化合物的單乙酸酯是以下項中至少一種：乙 二醇、丙二醇單乙酸酯、或2,3_ 丁二醇(BD0)。
[0037]總體上，該亞烷基二醇化合物的乙酸酯是以下項中至少一種:對應(yīng)地乙二醇(EG)、 丙二醇(PG)、2,3-丁二醇(BD0)、乙二醇單醚、或丙二醇單醚、2,3_ 丁二醇。
[0038] 總體上，該碳酸單烷基酯或碳酸二烷基酯產(chǎn)物可以含有以下烷基、烯丙基或芳基 基團中的至少一種:單丁基、單戊基、單己基、單芐基、單苯基、單烯丙基、二丁基、二戊基、二 己基、二芐基、二苯基、二烯丙基、或從C3-C2Q碳原子的單烷基或二烷基基團。
[0039] B.
[0040] 圖2中說明了根據(jù)本發(fā)明方法的一個實施例的合成。如在這個實施例中示出的，使 該丙二醇與一種二碳酸酯在加熱下并且在親核體(如碳酸鉀)存在下反應(yīng)以產(chǎn)生丙二醇烷 基醚。
[0041 ] 這些醚可以通過用一種乙酰醇和酸處理進一步加工以制造丙二醇烷基醚乙酸酯。 類似地，在圖3和4中所描繪的烷基化反應(yīng)示出了對應(yīng)地使用呋喃二元醇、FDM以及bHMTHF的 替代實施例。在圖3中，使FDM與碳酸二烷基酯反應(yīng)以產(chǎn)生FDM烷基醚，隨后使該FDM烷基醚轉(zhuǎn) 化成Π )Μ烷基醚乙酸酯。在圖4中，使兩種bHMTHF異構(gòu)體通過與乙醇和一種酸催化劑反應(yīng)轉(zhuǎn) 化成三種bHMTHF烷基醚異構(gòu)體，并且隨后在用乙酸進行酸處理后轉(zhuǎn)化成3種bHMTHF烷基醚 乙酸酯異構(gòu)體。
[0042]本發(fā)明方法的一個優(yōu)點是它們可以提供用于直接從一種亞烷基二醇(特別是生物 衍生的亞烷基二醇）制備醚的簡單、清潔且簡潔的方法。如在此使用的，術(shù)語"生物衍生的" 或"生物基"是指產(chǎn)生自可再生生物資源(如植物、纖維素、或農(nóng)業(yè)生物質(zhì)或它們的衍生物） 的碳?xì)浠衔锓肿?，相比于所謂的化石基或石油基碳?xì)浠衔?。該清潔方法可以有助于?化下游分離和純化過程。
[0043] 根據(jù)一個實施例，當(dāng)在純的碳酸二烷基酯中進行醚化時，二烷基醚類似物是觀察 到的僅有的產(chǎn)物。當(dāng)用約一當(dāng)量的碳酸二烷基酯（即，化學(xué)計算量的烷基化劑)進行該醚化 時，僅產(chǎn)生單醚產(chǎn)物，盡管以相對低的產(chǎn)率(如，< 10%)。大多數(shù)該丙二醇或乙二醇仍然未 反應(yīng)。然而，條件的優(yōu)化可以改進目標(biāo)產(chǎn)率。目標(biāo)單烷基醚的改進的產(chǎn)率，例如，可以使用約 2或3當(dāng)量的碳酸二烷基酯并且修改其他反應(yīng)參數(shù)(如更低的溫度或更長的反應(yīng)時間）來實 現(xiàn)。
[0044] 根據(jù)一種在相對溫和的溫度和環(huán)境壓力下進行的受控的反應(yīng)，該方法提供了一種 用于醚化這些二醇的環(huán)境友好的方式。該反應(yīng)通常是在約70°C與150°C之間的溫度下進行。 典型地，該反應(yīng)是在約70°C或80°C至約130°C或140°C的范圍內(nèi)的溫度下。更典型地，該反應(yīng) 溫度是在從約80°C或90°C至約110°C或120°C的范圍內(nèi)（在大多數(shù)反應(yīng)中，該溫度是在約125 °(：下。這些溫和的反應(yīng)條件有助于控制且最小化副產(chǎn)物化合物或其他潛在異構(gòu)體和雜質(zhì)的 形成。
[0045] 如果本發(fā)明的醚化反應(yīng)在更高的溫度，如約130°C至約150°C下持續(xù)約24小時或40 小時的延長反應(yīng)時間進行操作，則可以以相對高的選擇性和純度水平產(chǎn)生顯著產(chǎn)率的該醚 產(chǎn)物。
[0046] C.
[0047] 1.亞烷基二醇醚化
[0048] 可以適配如在此描述的常規(guī)合成方法以制造多種常見的二醇醚。例如，表1列出了 一些常見的、工業(yè)有用的二醇醚連同它們的縮寫和化學(xué)名。
[0049] 表 1
[0050]
L〇〇51 J 2 ·呋喃醚化
[0052]本發(fā)明反應(yīng)還可以與呋喃化合物一起使用。圖3示出了根據(jù)一個實施例的合成反 應(yīng)的示意圖，其中使FDM與碳酸二烷基酯反應(yīng)以形成一種FDM單烷基醚。隨后，使該醚乙?；?以產(chǎn)生對應(yīng)的FDM烷基醚乙酸酯。圖4描繪了用bHMTHF(THF-二元醇）的一種類似的兩步反 應(yīng)，其中使bHMTHF轉(zhuǎn)化成對應(yīng)的THF烷基醚并且然后乙?；蒚HF烷基醚乙酸酯。
[0053] 總體上，該呋喃二元醇是以下項中的至少一種：FDM，bHMTHF非對映異構(gòu)體 (diestereomer)，分別地;FDM單乙酸酯，bHMTHF單乙酸酯非對映異構(gòu)體，分別地。該醚產(chǎn)物 具有以下烷基基團中的至少一種:單烷基、單乙基、單烯丙基。
[0054] 3.碳酸烷基酯形成
[0055] 在另一個方面，本發(fā)明反應(yīng)可適配于制造有機碳酸酯，這些有機碳酸酯是一類具 有多種效用的反應(yīng)平臺、特別地在酯交換、烷基化或芳基化中。
[0056] 圖5-7表示用于根據(jù)不同實施例制備碳酸酯的三種單獨的通用反應(yīng)，當(dāng)該碳酸二 烷基酯試劑的R-基團是C3或更大、烯丙基、芐基、或芳基時。在圖5中，使丙二醇轉(zhuǎn)化成一種 對應(yīng)的碳酸二烷基酯(diaklokycarbonate)。在圖6中，使FDM轉(zhuǎn)化成一種咲喃碳酸酯，并且 在圖7中，使bHMTHF轉(zhuǎn)化成同分異構(gòu)的THF碳酸酯。
[0057] 部分II·-實例
[0058]以下實例作為從丙二醇和乙二醇合成醚的進一步說明、以及作為本披露的其他方 面提供。參數(shù)和條件的改變(如，溫度、時間和試劑濃度，以及具體的起始物種和催化劑及其 量的改變)可以影響并且延伸本發(fā)明的整個實踐。
[0059] A.二醇單乙酸酯
[0060]以下實例說明了用于合成丙二醇單乙酸酯的反應(yīng)。二醇乙酸酯構(gòu)成了在應(yīng)用如用 于添加劑、粘合劑、增塑劑、潤滑劑以及表面活性劑的溶劑、前體中有用的材料。
[0061]實例1:合成丙二醇單乙酸酯
[0062]向一個配備有迪安斯塔克(dean stark)裝置的500mL圓底燒瓶中裝入100g的丙二 醇、75g的乙酸和5g的用于在高溫多相催化中使用的一種大孔聚合物催化劑（商業(yè)上稱為 Amberlyst?70，來自陶氏化學(xué)公司（Dow Chemical，Inc))。將該反應(yīng)混合物加熱至120°C并 且從該反應(yīng)混合物中去除水。殘余物主要包含丙二醇單乙酸酯。
[0063]實例2:合成丙二醇單乙酸酯
[0064]向一個配備有迪安斯塔克裝置的500mL圓底燒瓶中裝入100g的丙二醇、115g的乙 酸乙酯和0.5g甲醇鈉。將該反應(yīng)混合物加熱至90 °C并且從該反應(yīng)混合物中去除乙醇。殘余 物主要包含丙二醇單乙酸酯。
[0065]實例3:合成丙二醇單乙酸酯
[0066] 向一個1L的爸式工程反應(yīng)器（autoclave engineer reactor)中裝入200g的丙二 醇、150mL的乙酸和2滴濃H2S〇4。組裝該反應(yīng)器主體并且將該反應(yīng)器加熱至130 °C持續(xù)3小時。 使該反應(yīng)器冷卻。產(chǎn)物主要由丙二醇單乙酸酯組成。
[0067] B.直鏈亞烷基二醇單醚
[0068] 實例1:在甲醇中的PG甲基醚化（1:1PG/DMC)
[0069]
[0070] 實驗：向一個l〇〇mL長頸燒瓶中裝入5g的丙二醇(PG，65 · 7mmol)、5 · 53mL的碳酸二 甲酯(65.7mmol)、18.2g的碳酸鉀、以及40mL的甲醇。該混合物配備有一個Friedrichs冷凝 器并且回流(約80°C)過夜。在這段時間之后，使該不均勻的混合物冷卻至室溫，過濾過量碳 酸鉀，并且儲存濾液。使該濾液的一個樣品經(jīng)受定量分析，其結(jié)果表明約10%的PG已經(jīng)對等 地轉(zhuǎn)化成對應(yīng)的單甲基醚A和B。既沒有描述PG二甲基醚也沒有描述其他產(chǎn)物。
[0071] 實例2:在甲醇中的PG甲基醚化（1: 2PG/DMC)
[0072] 實驗:類似于在實例1中描述的反應(yīng)，在另一種反應(yīng)中產(chǎn)生更大量的甲基醚，其中 丙二醇與碳酸二甲酯的比率是處于1:2。向一個100mL長頸燒瓶中裝入5g的丙二醇（PG， 65 · 7mmol)、11.06mL的碳酸二甲酯（131.4mmol)、18 · 2g的碳酸鉀、以及40mL的甲醇。該混合 物配備有一個Freidrichs冷凝器并且回流(約80°C)過夜。在這段時間之后，使該不均勻的 混合物冷卻至室溫，過濾過量碳酸鉀，并且儲存濾液。通過GC/MS定量地分析該濾液的一個 樣品，其結(jié)果表明約40 %的PG已經(jīng)對等地轉(zhuǎn)化成對應(yīng)的單甲基醚（18 % A和18 %B)，其中約 4 %轉(zhuǎn)化為二甲基醚。
[0073] 實例3: PG甲基醚化，純凈的
[0074]
[0075]實驗：向一個配備有PTFE涂覆的磁力攪拌棒的單頸100mL長頸燒瓶中裝入lg的丙 二醇（PG，13 · lmmol)、7 · 27g的碳酸鉀（52 · 6mmol)、以及50mL的碳酸二甲酯。將一個水冷 Friedrichs冷凝器配備到該長頸燒瓶上并且然后將該混合物加熱至90°C過夜。在這段時間 之后，移出、過濾、并且通過GC/MS分析一個等分試樣，這揭示了所有的PG已經(jīng)被轉(zhuǎn)化成二甲 醚類似物，無單甲醚產(chǎn)物的證據(jù)。
[0076] 實例4:在甲醇中的EG甲基醚化
[0077]
[0078] 實驗：向一個100mL長頸燒瓶中裝入lg的乙二醇(EG，16.1mmol)、1.35mL的碳酸二 甲酯（16 · lmmol)、11 · 13g的碳酸鉀（52 · 6mmol)、以及40mL的甲醇。該混合物配備有一個 Freidrichs冷凝器并且回流(約80°C)過夜。在這段時間之后，使該不均勻的混合物冷卻至 室溫，過濾過量碳酸鉀，并且儲存濾液。通過GC/MS定量地分析該濾液的一個樣品，其結(jié)果表 明約15%的EG已經(jīng)對等地轉(zhuǎn)化成對應(yīng)的單甲基醚A和B。既沒有觀察到EG二甲基醚也沒有觀 察到其他產(chǎn)物。
[0079] 實例5: EG甲基醚化，純凈的
[0080]
[0081 ]實驗：向一個配備有PTFE涂覆的磁力攪拌棒的單頸100mL長頸燒瓶中裝入lg的乙 二醇（EG，16 · lmmol)、11 · 13g的碳酸鉀（52 · 6mmol)、以及50mL的碳酸二甲酯。將一個水冷 Friedrichs冷凝器配備到該長頸燒瓶上并且然后將該混合物加熱至90°C過夜。在這段時間 之后，移出、過濾、并且通過GC/MS分析一個等分試樣，這揭示了所有EG已經(jīng)被轉(zhuǎn)化成二甲醚 類似物，無單甲醚產(chǎn)物的跡象。
[0082] 實例6:在甲醇中的EG甲基醚化（1:1EG/DMC)
[0083]
[0084] 實驗：向一個l〇〇mL長頸燒瓶中裝入lg的乙二醇(EG，16. lmmol)、1.35mL的碳酸二 甲酯（16 · lmmol)、11 · 13g的碳酸鉀（52 · 6mmol)、以及40mL的甲醇。該混合物配備有一個 Freidrichs冷凝器并且回流(約80°C)過夜。在這段時間之后，使該不均勻的混合物冷卻至 室溫，過濾過量碳酸鉀，并且儲存濾液。通過GC/MS定量地分析該濾液的一個樣品，其結(jié)果表 明約15%的EG已經(jīng)對等地轉(zhuǎn)化成對應(yīng)的單甲基醚A和B。既沒有觀察到EG二甲基醚也沒有觀 察到其他產(chǎn)物。
[0085] C.直鏈亞烷基二醇碳酸酯
[0086]實例7:合成二苯基丙烷-1，2-二基二碳酸酯，PG二苯基碳酸酯C
[0087]
[0088] 實驗：向一個配備有橢圓形PTFE磁力攪拌棒的25mL圓底燒瓶中裝入lg的丙二醇A (13. lmmol)、5.65g的二苯基碳酸酯 13(25.2_31)、以及3.658的碳酸鉀（25.21111]1〇1)。在攪拌 的同時并且在氬氣覆蓋層下，將該不均勻的混合物加熱至l〇〇°C過夜。在這段時間之后，用 20mL二氯甲烷稀釋該混合物，過濾以去除過量固體，并且通過TLC(在乙酸乙酯中的2%甲 醇，UV-Vis和高錳酸鉀照射)進行分析，這表明了所有丙二醇已經(jīng)被消耗并且此外表明了僅 一個點。將該母液的一個等分試樣移出、用⑶Cl3進行稀釋，并且通過匪R進行分析。1Η匪R (CDC13，400ΜΗζ)δ(ρρπι)7· 29-7.27(m，4H)、7.17-7.15(m，4H)、7.13-7.11、4· 70-4 ·69(ι?， 1Η)、4·10-4.08(m，lH)、4. (U-3.99(m，lH)、1.47(s，3H);13C 匪R(CDC13,125MHz)δ(ρρπ〇 158·54、157·51、153·38、151·15、129·78、126·16、121·32、116·14、114·65、74·05、73·02、 16.55〇
[0089] D.呋喃二元醇(FDM 和 bHMTHF)醚
[0090] 實例1.合成(5-(甲氧基甲基)呋喃-2-基）甲醇B、2,5-雙（甲氧基甲基)呋喃C。
[00911
[0092] 實驗：向一個配備有PTFE涂覆的磁力攪拌棒的10mL單頸長頸燒瓶中裝入100mg的A (FDM，0 · 780mmol)、539mg的碳酸鐘（3 · 902mmol)、以及5mL的碳酸二甲酯（413mmol)。將一個 回流冷凝器裝配到該燒瓶上，并且在攪拌的同時，將該不均勻的混合物加熱至90°C持續(xù)8小 時。在這段時間之后，通過過濾去除殘留碳酸鉀，并且使該濾液在減壓下濃縮。使所產(chǎn)生的 淡黃色油狀物溶解在最小量的二氯甲烷中并且裝入預(yù)制的硅膠柱中，其中使用乙酸乙酯的 快速色譜法提供以下兩組餾分:A)包括C作為一種半透明油狀物的那些，Rf = 0.72,在濃縮 后稱重為26mg。這種材料的元素分析揭示了以下結(jié)果：對于C8H1203所預(yù)期的，C，61.52;Η， 7.74。發(fā)現(xiàn)的(：，61.43;!1，7.85。8)表示8作為一種蠟狀米黃色固體的那些，1^ = 0.54，在濃縮 后稱重為2lmg。這種物質(zhì)的元素分析披露了以下結(jié)果：對于C7H1Q03所預(yù)期的，C，59.15 ;Η， 7.09。發(fā)現(xiàn)的(：，59.28;!1，7.07。
[0093] 實例2:合成（（2S，5R)-5-(甲氧基甲基）四氫呋喃-2-基）甲醇、（（2S，5S)-5-(甲氧 基甲基）四氫呋喃-2-基）甲醇、（（2R，5R)-5-(甲氧基甲基）四氫呋喃-2-基）甲醇B;(2R，5S)_ 2,5_雙（甲氧基甲基）四氫呋喃、（2S，5S)-2,5-雙（甲氧基甲基）四氫呋喃，C 「00941
B
[0095]實驗：向一個配備有PTFE涂覆的磁力攪拌棒的單頸25mL圓底燒瓶中裝入250g的A (9:1順式/反式，1.89mmol)、1.05g的碳酸鉀(7.57mmol)、以及15mL碳酸二甲酯。將一個回流 冷凝器裝配到該燒瓶上，并且在攪拌的同時，將該不均勻的混合物加熱至90°C持續(xù)12小時。 在這段時間之后，使淺黃色殘余物在減壓下濃縮，提供一種松散、透明的油狀物。然后使這 種油狀物溶解在最小量的二氯甲烷中并且裝入一個預(yù)制的硅膠柱中，其中使用乙酸乙酯洗 脫液的快速色譜法提供以下兩組餾分:A)構(gòu)成C的那些，（Rf = 0.67,在濃縮后68mg的一種松 散、無色的油狀物)披露了以下元素分析結(jié)果:對于C8H1603所預(yù)期的，C，59.98; Η，10.07。發(fā) 現(xiàn)的:(：，59.87;!1，10.01。8)包括8的那些，（1^ = 0.46，在濃縮后9411^的一種松散無色的油狀 物)揭示了以下元素分析結(jié)果:對于C7HMO3所預(yù)期的，C，57.51;H，9.65。發(fā)現(xiàn)的C，57.70，Η 9.53〇
[0096] Ε.呋喃二元醇碳酸酯
[0097] 實例1.(5-(羥甲基）呋喃-2-基）甲基丙基碳酸酯Β、呋喃-2,5_二基雙(亞甲基）二 丙基雙(碳酸酯)C。 「00981
[0099] 實驗：向一個配備有PTFE涂覆的磁力攪拌棒的單頸5mL圓底燒瓶中裝入100mg的A (0 · 780mmol)、1 · 21mL碳酸二丙基酯（DPC，7 · 80mmol)、以及543yL DIEA(3 · 12mmol)。該頸用 一個附接到氬氣入口的橡膠墊片塞住并且在氬氣覆蓋層下在劇烈攪拌下將該混合物加熱 至120°C過夜。在這段時間之后，在高真空下去除過量DPC和DIEA，并且將該混合物溶解在 lmL的二氯甲烷中并且裝入一個預(yù)制的硅膠柱中，其中使用己烷/乙酸乙酯洗脫液梯度快速 色譜法提供了餾分，特別是對于(:(1^^ = 0.72),濃縮后作為一種發(fā)粘、半透明的半固體稱重 為2211^。1!1匪1?分析（40010^，0)(：13)揭示了以下信號3(口口111):6.23((1，了 = 8.2!^，1!〇、6.15 (d，J = 8.2Hz，lH)、5.21(s，2H)、5.10(t，J = 6.8Hz，lH)、4.24(d，J = 6.2Hz，2H)、4.10(t，J = 7 · 4Hz，2H)、1 · 59(m，2H)、1 · 10(t，J = 7 · 0Hz，3H)。此外，分離洗脫液餾分特別是對于B(Rf = 0.54)，提供在濃縮后的28mg-種松散無色的油狀物。該混合物的咕NMR分析揭示了以下信 號δ(ρρπ〇 :6.25(s，2H)、5.20(s，2H)、4.22(d，J = 6.2Hz，2H)、l .61(m，2H)、l .03(t，J = 6·8Ηζ，3Η)〇
[0100] 實例2:合成（（2R，5S)-5-(羥甲基）四氫呋喃-2-基）甲基丙基碳酸酯、（（2S，5S)-5- (羥甲基）四氫呋喃-2-基）甲基丙基碳酸酯、（（2R，5R)-5-(羥甲基）四氫呋喃-2-基）甲基丙 基碳酸酯B;二丙基（（（2R，5S)_四氫呋喃_2,5_二基）雙（亞甲基））雙（碳酸酯）、二丙基 (((2S，5S)_四氫呋喃-2,5-二基)雙(亞甲基））雙(碳酸酯)C。 「01011
[0102] 實驗：向一個配備有PTFE涂覆的磁力攪拌棒的單頸5mL圓底燒瓶中裝入100mg的A (0 · 751mmol)、1 · 17mL碳酸二丙基酯（DPC，7 · 51mmol)、以及522yL DIEA(3 ·OOmmol)。該頸用 一個附接到氬氣入口的橡膠墊片塞住并且在氬氣覆蓋層下在劇烈攪拌下將該混合物加熱 至120 °C過夜。在這段時間之后，在高真空下去除過量DPC和DIEA，并且將該發(fā)粘、黃色油狀 物溶解在最小量的二氯甲烷中，并且裝入一個預(yù)制的硅膠柱中。使用乙酸乙酯作為洗脫液 的快速色譜法提供兩組餾分:A) -種無色、松散的油狀物，Rf = 0.70,在濃縮后的稱重為 1811^，該油狀物通過元素分析進行分析:對于(：141124〇7所預(yù)期的，(：，55.25 ;!1，7.95。發(fā)現(xiàn)的〇 55.12，Η 7.84?；靡环N無色、松散的油狀物，Rf = 0.52，在濃縮后稱重為26mg:對于C1QH1805所 預(yù)期的，(：，55.03;!1，8.31。發(fā)現(xiàn)的〇55.16，!18.24。
[0103] 已總體地并借助于實例詳細(xì)地描述了本發(fā)明。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)理解，本 發(fā)明不必然限于特定披露的實施例，而是在不脫離如由以下權(quán)利要求或其等效物(包括目 前已知或有待開發(fā)的其他等效組分，它們可以在本發(fā)明的范圍內(nèi)使用)所定義的本發(fā)明的 范圍的情況下可以作出修改和變化。因此，除非變化另外脫離本發(fā)明的范圍，否則這些變化 應(yīng)被解釋為被包括在此。
【主權(quán)項】
1. 一種用于從二元醇化合物制備單醚的方法，該方法包括或者第一途徑或者第二途 徑，其中： 在該第一途徑中，使該二元醇化合物與R1有機酸在布朗斯特酸存在下在一定溫度下并 且持續(xù)足以形成該二元醇化合物的一種R1單酯的時間進行接觸，然后使該二元醇化合物的 R1單酯與一種具有式r2(C〇3)R2的R 2烷基二酯在去質(zhì)子化劑的存在下在一定溫度下并且持續(xù) 足以形成單酯醚的時間進行接觸;或者 在該第二途徑中，使該二元醇化合物與具有式R2(C03)R2的R 2烷基二酯在去質(zhì)子化劑的 存在下在一定溫度下并且持續(xù)足以形成該二元醇化合物的一種單酯的時間進行接觸，然后 使該二元醇化合物的單酯與一種R1有機酸在布朗斯特酸的存在下在一定溫度下并且持續(xù) 足以形成該單酯醚的時間進行接觸； 其中R1和R2是相同或不同的烷基、環(huán)烷基或芳香族部分。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中該二元醇化合物是至少一個選自由以下各項組成 的組的成員：乙二醇(EG)、丙二醇(PG)以及2,3丁二醇(BDO)。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中該二元醇化合物是至少一個選自由以下各項組成 的組的成員：呋喃二甲醇(FDM)和四氫呋喃二甲醇(THF二元醇）。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述R1有機酸是乙酸并且所述單酯是一種醚乙酸酯 化合物。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中R1和R2是相同或不同的&至(：8烷基部分。6. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中所述單和/或二碳酸酯具有一種C3-C8的R-基團。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述去質(zhì)子化劑是一種布朗斯特堿。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述去質(zhì)子化劑選自由以下各項組成的組：碳酸 鉀、碳酸鈉、碳酸鈣以及胺。9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中用于與該布朗斯特酸接觸和與該去質(zhì)子化劑接觸 的所述溫度是在約70 °C與150 °C之間的溫度下。10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中用于與該布朗斯特酸接觸和與該去質(zhì)子化劑接觸 的所述溫度是在約80 °C與130 °C之間。11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中用于與該布朗斯特酸接觸和與該去質(zhì)子化劑接觸 的所述溫度是在約90°C至約120°C之間的溫度下。12. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述去質(zhì)子化劑是一種以每二元醇化合物至少1 (1)至約3(3)化學(xué)計量當(dāng)量的量存在的無機碳酸鹽。13. -種用于制造二元醇化合物的烷基碳酸酯的方法，該方法包括:使該二元醇化合物 與一種具有式R2(C0 3)R2的烷基二酯在去質(zhì)子化劑的存在下在一定的溫度下并且持續(xù)足以 形成該二元醇化合物的R 2烷基碳酸酯的時間進行接觸。14. 如權(quán)利要求13所述的方法，其中該二元醇化合物是至少一個選自由以下各項組成 的組的成員：乙二醇(EG)、丙二醇(PG)以及2,3丁二醇(BDO)。15. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中該二元醇化合物是至少一個選自由以下各項組 成的組的成員：咲喃二甲醇(FDM)和四氫呋喃二甲醇(THF二元醇）。
【文檔編號】C07C67/08GK105849080SQ201480071558
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2014年12月19日
【發(fā)明人】肯尼斯·斯滕斯魯?shù)? 帕德麥?zhǔn)病鼗K布拉馬尼亞姆
【申請人】阿徹丹尼爾斯米德蘭德公司