异己糖醇的单醚以及其制造方法
【专利说明】异己糖醇的单醚以及其制造方法
[0001] 优先权要求
[0002] 本申请要求2013年4月9日提交的美国临时【申请号】61/809, 949的优先权权益， 该申请的内容结合在此。 发明领域
[0003] 本申请涉及通常作为两亲性化合物和中间体有用的异己糖醇的环状双官能醚，并 且涉及制造此种化合物的具体的方法。
【背景技术】
[0004] 传统上，已经由石油衍生的原料制备了许多聚合物和商品化学品。随着石油供应 变得越来越昂贵和难以利用，已增加了从生物衍生的化学品源发展可再生的或"绿色的"替 代材料的兴趣和研究，这些化学品源将充当常规的、石油基或石油衍生的对应物的商业上 可接受的替代品，或者用于生产与由化石（不可再生源）所生产的相同的材料。
[0005] 对于此类材料最丰富种类的生物衍生的或可再生的替代原料之一是碳水化合物。 然而，碳水化合物通常不适合现在高温工业方法。与具有低官能度的石油基、疏水的、脂肪 族、或芳香族的原料相比，碳水化合物（如多糖）是复杂的过官能化的亲水材料。其结果 是，研究人员已经寻求生产以下生物基化学品，这些生物基化学品可以衍生自碳水化合物， 但是他们是更少高度官能化的，包括更稳定的双官能化合物，如2, 5-呋喃二甲酸（FDCA)、 乙酰丙酸、以及1，4:3, 6-二无水己糖醇。
[0006] 1，4:3, 6-二无水己糖醇（在此还被称为异己糖醇）衍生自来自谷物基多糖的可再 生资源。异己糖醇体现为一类衍生自相应的还原糖醇（对应地D-山梨糖醇、D-甘露糖醇、 以及D-艾杜糖醇）的二环呋喃二醇。根据手性，对应地存在异己糖醇的三种异构体，S卩，A) 异山梨醇、B)异甘露醇、以及C)异艾杜糖醇；它们的结构在方案1中展示。
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[0008] 这些分子实体已经得到相当大的重视并且由于种种原因被认为是一种有价值的、 有机化学支架。一些有益的属性包括它们的制备和纯化的相关设施、在它们制备中所使用 的母体原料的固有的经济，不仅由于它们可再生的生物质来源（作为用于不可再生的石油 化学产品的替代物提供了非常大的潜力）而且可能最为显着地是允许有待设计并且合成 的衍生物的几乎无限制的扩展的固有的手性双官能度。
[0009] 这些异己糖醇由两个顺式稠合的四氢呋喃环组成，这些环几乎平面并且在环之间 具有120°角度的V形。这些羟基位于碳2和5处并且置于该V形分子的或者内部或者外 部上。对应地将它们指定为内型或外型。异艾杜糖醇具有两个外型羟基，而在异甘露醇中 羟基都是内型，并且在异山梨醇中一个外型和一个内型羟基。这些外型取代基的存在增加 了其所附接的环的稳定性。再者外型和内型基团展示了不同的反应性，因为它们取决于衍 生反应的空间要求是更容易或更不容易接近的。
[0010] 随着在衍生自自然资源的化学品的兴趣的增加，潜在的工业应用已经在异己糖醇 的生产和使用上产生兴趣。例如，在聚合物材料的领域中，这些工业应用已经包括使用这些 二醇来合成或改性缩聚物。作为单体它们有吸引力的特征与它们的刚性、手性、无毒性、以 及它们不是衍生自石油的事实相关。出于这些原因，具有优良的热机械耐受性和/或具有 特定光学特性的高玻璃化转变温度聚合物的合成是有可能的。再者这些分子的无害特征打 开了在包装或医学设备中的应用的可能性。例如，在工业规模下具有满足聚合物合成要求 的纯度的异山梨醇的生产表明异山梨醇可以在工业聚合物应用中很快出现。（参见例如， F.Fenouillot等人，"来自可再生的1，4:3, 6-二无水己糖醇（异山梨醇、异甘露醇以及异 艾杜糖醇）的聚合物：综述（PolymersFromRenewable1,4:3, 6-Dianhydrohexitols(Iso sorbide,IsommanideandIsoidide):AReview) "聚合物科学进展（ProgressinPolymer Science)，第35卷，第578-622页（2010)，或者X.Feng等人，"环境可持续应用的糖基化学 品（Sugar-basedChemicalsforEnvironmentallysustainableApplications) '，聚合物 材料的现代科学（ContemporaryScienceofPolymericMaterials)，美国化学会志（Am. Chem.Society)，2010年12月，其内容通过引用结合在此。）
[0011] 已经得到有限的重视的另一种应用涉及异己糖醇衍生的两亲物、化合物，这些两 亲物、化合物显示出离散的亲水和疏水的区域，这些区域提供了响应于环境刺激的独特的 分子间和分子内自组装。常规地，异己糖醇基两亲性酯特别在通常使用的非中性水性基质 中倾向于水解。对于水解条件可以提供大得多的稳健性的替代域包括烷基醚。
[0012] 为了更好利用异己糖醇作为一种绿色原料，用于制备作为可以随后被改性以合成 其他化合物的单醚的异己糖醇的清洁并且简单的方法受到在绿色或可再生的化学工业中 技术人员所欢迎。
【发明内容】
[0013] 本发明部分地提供了一种用于制备异己糖醇的单醚的方法。该方法涉及使异己糖 醇与布朗斯特碱以及烷基-X物种根据以下反应式反应：
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[0015] 其中："X"是一个离去基团；"n"是从0至23的整数，并且"CA"是该布朗斯特碱 的一种共辄酸。该离去基团"X"是以下各项中的至少一种：卤离子、甲磺酸根（OMs)、甲苯 磺酸根（OTs)、以及三氟甲磺酸根（还被称为三氟甲烷磺酸根（triflate)) (OTf)。该异己 糖醇立体异构体和该布朗斯特碱的共辄酸各自具有酸离解常数pKa，并且在该异己糖醇立 体异构体与该布朗斯特碱的该共辄酸的pKa之间的差异的绝对值（ApKa = pKa布朗斯特 碱-PKa异己糖醇-OH)是至少0。该合成反应可以按照使单醚产物的产率最大化的受控制 方式生产多种单烷基醚。
[0016] 在另一个方面，本发明涉及可以由这些异己糖醇单醚衍生的化合物。这些化合物 具有如下的通式：
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[0018] 其中R是汛或C3-C22;并且R'是SO3H以及对应的阴离子、PO3H2以及一种或多种 对应的阴离子、以及烷基、烷基醚、或具有(： 4_(：25链的烷基聚醚。
[0019] 发明详细说明
[0020] 第I部分-说明
[0021] 作为用于不可再生的石油化学产品的替代物提供非常大的潜力的生物质衍生的 化合物，1，4:3, 6-二无水己糖醇是一类作为可再生的分子实体有价值的二环的呋喃二醇。 (为了方便起见，1，4:3, 6-二无水己糖醇在以下说明中将被称为"异己糖醇"或"异己糖醇 立体异构体")。如以上提到的，这些异己糖醇是优良的化学平台，这些化学平台由于它们固 有的手性双官能度最近已经得到重视，该双官能度可以允许可合成现存和新的衍生化合物 的显著发展。
[0022] 异己糖醇起始材料可以通过对应地制造异山梨醇、异甘露醇、或异艾杜糖醇的已 知的方法获得。异山梨醇和异甘露醇可以衍生自对应的糖醇（D-山梨糖醇和D甘露糖醇） 的脱水。作为一种商业产品，异山梨醇还是容易从制造商可获得的。第三种异构体（异艾杜 糖醇）可以从很少存在于自然中并且不能够从植物生物质中提取的1-艾杜糖中生产。由 于这个原因，研究人员已经积极地探索异艾杜糖醇的不同的合成方法。例如，异艾杜糖醇起 始材料可以从异山梨醇通过差向异构作用制备。在L.W.Wright,J.D.Brandner，有机化学期 刊（J.Org.Chem. )，1964, 29 (10)，第2979 - 2982页中，差向异构作用是借助于使用负载在 硅藻土上的镍的Ni催化剂诱导的。在相对苛刻的条件（如220°C至240°C的温度在150大 气压的压力）下进行该反应。在约两小时之后该反应达到稳态，其中平衡混合物包含异艾 杜糖醇（57% -60% )、异山梨醇（30% -36% )和异甘露醇（5% -7-8% )。当从异艾杜糖 醇或异甘露醇开始时，获得了可比较的结果。增加PH至10-11发现具有促进的作用，与增 加温度和镍催化剂浓度一样。在美国专利号3, 023, 223中可以发现类似的披露，其提出了 将异山梨醇或异甘露醇异构化。最近，P.Fuertes提出了通过将L-艾杜糖醇和L-山梨糖的 混合物色谱分离用于获得L-艾杜糖醇（用于异艾杜糖醇的前体）的方法（美国专利公开 号2006/0096588 ;美国专利号7, 674, 381B2)。L-艾杜糖醇是从山梨糖醇开始制备的。在第 一步骤中，将山梨糖醇通过发酵转化为L-山梨糖，随后将L-山梨糖氢化为D-山梨糖醇和 L-艾杜糖醇的混合物。然后将这种混合物转化为L-艾杜糖醇和L-山