专利名称：生产旋光性醇或羧酸的氢化方法
技术领域：
本发明涉及一种通过将相应取代的旋光性一元或二元羧酸或它们的酸衍生物氢化来制备旋光性的羟基-、烷氧基-、氨基-、烷基-、芳基-或氯取代的具有3-25个碳原子的醇或羟基羧酸或它们的酸衍生物或环化产物的方法。
所述目标化合物构成制药和化妆品工业上用于制备药剂、香料和其他有机精细化学品的很有价值的中间体，该中间体很难廉价得到。
EP-A 0696575描述了一种通过在Ru催化剂存在下将相应的氨基酸氢化来制备旋光性氨基醇的方法，该催化剂在50-150℃的温度和5-300巴的压力下用氢气还原。
EP-A 0717023涉及一种通过在Ru催化剂存在下将相应的旋光性羧酸还原来制备旋光性醇的方法，该催化剂在＜160℃的温度和＜250巴的压力下用氢气还原。
WO 99/38838描述了一种通过使用双金属或三金属未负载或负载型Ru催化剂并同时加入酸，将相应的氨基酸催化氢化来制备旋光性氨基醇的方法。
WO 99/38613制备了含有钌和至少一种原子序数为23-82的其他金属的未负载氢化催化剂。使用这些催化剂，可以在温和的条件下将羧酸和它们的衍生物氢化。在纯对映异构底物的情况下，可实现的对映异构效果在收率低于80％下最大为98.8％。
WO 99/38824描述了一种在Ru催化剂存在下还原旋光性羧酸来制备旋光性醇的方法，该催化剂已用氢气还原并且含有至少一种原子序数为23-82的其他金属。
EP-A 1051388描述了未负载Ru/Re悬浮催化剂，通过该催化剂可在60-100℃和200巴的氢气压力下将手性α-氨基酸或α-羟基酸还原成相应的手性醇。
US-4,659,686公开了在苹果酸氢化中使用含有一种Pt族金属和碳载Re的碱金属或碱土金属掺杂催化剂，形成的反应产物是四氢呋喃(THF)和/或丁二醇(BDO)。使用这些催化剂没有发现丁三醇。
EP-A 147 219描述了Pd-Re催化剂和它们在制备THF和BDO的方法中的用途。实施例39显示苹果酸在200℃和170巴下氢化导致THF收率为66％和BDO收率为21％。没有发现丁三醇。
“高级合成催化剂(Adv.Synth.Catal.)”[2001，343，第8期]描述了Nishimura催化剂(Rh-Pt氧化物)用于α-氨基酸酯或α-羟基羧酸酯无外消旋化氢化。然而，其中需要大量(10重量％)昂贵的催化剂体系。另外，游离羧酸必须在另一合成步骤中转化成相应的酯。
在羧酸氢化中使用Ru催化剂的一个问题在于它们有很高的使所用反应物或所得产物脱羰释放出一氧化碳的趋势。除了伴有高的压力上升外，释放出的一氧化碳还原成甲烷也构成了很大安全风险。
本发明的一个目的在于提供一种将旋光性羧酸或它们的酸衍生物氢化成相应的旋光性醇的方法，在该方法中非常充分地防止了所用反应物或所形成的产物发生不希望的脱羰作用。
根据本发明，通过提供一种在催化剂存在下，将相应取代的旋光性一元或二元羧酸或它们的酸衍生物氢化来制备旋光性的羟基-、烷氧基-、氨基-、烷基-、芳基-或氯取代的具有3-25个碳原子的醇或羟基羧酸或它们的酸衍生物或环化产物的方法，此目的得以实现，该催化剂的活性组分包括选自Pt、Pd、Rh、Ir、Ag、Au的贵金属和至少一种选自如下元素的其他元素Sn、Ge、Mo、W、Ti、Zr、V、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、In、Pb、Bi、Cr、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu。
本发明的方法适合将具有3-25个、优选3-12个碳原子的旋光性一元或二元羧酸氢化，该羧酸可以是直链、支化或环状的并具有至少一个、典型地1-4个取代基，每个取代基键合在不对称取代的碳原子上。该方法同样适合将所述取代羧酸的酸衍生物氢化。这里，在本发明全部的上下文中，术语酸衍生物的意思是酸官能团以酯、偏酯、酐或酰胺形式存在，优选以酯或偏酯形式存在。
在本发明的上下文中，旋光性化合物指的是那些直接或者以溶解形式能够使通过的线式偏振光的偏振面旋转的化合物。具有立构中心的化合物是两种对映异构体的非外消旋混合物，即其中两种对映异构体不是等份存在的混合物。在具有不止一个立构中心的化合物转化的情况下，可以得到不同的非对映异构体，它们从每一个单独来看可以认为是旋光性化合物。
键合在不对称取代碳原子上的可能取代基包括羟基、烷氧基、氨基、烷基、芳基或氯取代基，并且烷氧基取代基特别指其键合在氧原子上的有机基团具有1-8个碳原子的那些，氨基取代基可以游离胺形式存在或者优选作为铵盐以质子化形式存在并且如果合适的话具有一个或两个分别具有1-5个碳原子的有机基团，烷基取代基具有1-10个碳原子以及芳基取代基具有3-14个碳原子并且其自身可带有在反应条件下稳定的取代基，芳基取代基还可具有1-3个杂原子，例如N、S和/或O。
所述取代基原则上可以连接在要转化的一元或二元羧酸上任何可能的位置。在本发明的上下文中优选的底物是具有至少一个所述取代基的那些，该取代基在要氢化的酸官能团的α-或β-位，更优选在α-的不对称碳原子上。
在二元羧酸转化的情况下，本发明的氢化反应可以根据需要这样进行将存在于底物分子中的仅一个或两个羧酸官能团或羧酸衍生物官能团氢化成羟基官能团。
例如，本发明的方法适合将通式I的旋光性羧酸或它们的酸衍生物或他们的酸酐转化成相应的旋光性醇 其中基团分别定义如下R1直链和支化的C1-C12烷基、C7-C12芳烷基或C6-C14芳基，其中所述基团可以被NR3R4、OH、COOH和/或在反应条件下稳定的其他基团取代，R2氢、直链或支化的C1-C12烷基或C3-C8环烷基，X、Y各自独立地为氢、氯、NR5R6或OR7、直链或支化的C1-C10烷基或C6-C14芳基，条件是至少基团X或Y之一不是氢，X和R1或Y和R1也可以一起为5-8员环，R3、R4、R5和R6各自独立地为氢、直链或支化的C1-C12烷基、C7-C12芳烷基、C6-C14芳基、C3-C8环烷基或其中一个CH2基团被O或NR8替代的C3-C8环烷基，R3和R4以及R5和R6各自独立地一起为-(CH2)m-，其中m是4-7的整数，R1和R5也可一起为-(CH2)n-，其中n是2-6的整数，R7氢、直链或支化的C1-C12烷基或C3-C8环烷基，R1和R7也可一起为-(CH2)n-，其中n是2-6的整数，和R8氢、直链或支化的C1-C12烷基、C7-C12芳烷基或C6-C14芳基。
基团R1可以广泛变化，并且也可带有例如1-3个在反应条件下稳定的取代基，如NR3R4、OH和/或COOH。
基团R1的例子包括如下基团C1-C6烷基如甲基、乙基、丙基、1-甲基乙基、丁基、1-甲基丙基、2-甲基丙基、1，1-二甲基乙基、戊基、1-甲基丁基、2-甲基丁基、3-甲基丁基、2，2-二甲基丙基、1-乙基丙基、己基、1，1-二甲基丙基、1，2-二甲基丙基、1-甲基戊基、2-甲基戊基、3-甲基戊基、4-甲基戊基、1，1-二甲基丁基、1，2-二甲基丁基、1，3-二甲基丁基、2，2-二甲基丁基、2，3-二甲基丁基、3，3-二甲基丁基、1-乙基丁基、2-乙基丁基、1，1，2-三甲基丙基、1，2，2-三甲基丙基、1-乙基-1-甲基丙基或1-乙基-2-甲基丙基，C1-C12烷基如C1-C6烷基(如上所述)或者未支化或支化的庚基、辛基、壬基、癸基、十一烷基或十二烷基，C7-C12芳烷基如苯基甲基、1-苯基乙基、2-苯基乙基、1-苯基丙基、2-苯基丙基或3-苯基丙基，C6-C14芳基如苯基、萘基或蒽基，其中芳族基团可以带有取代基如NR9R10、OH和/或COOH。
R2的定义的例子如下氢、直链或支化的C1-C12烷基(如上所述)或C3-C8环烷基，例如环丙基、环丁基、环戊基、环己基、环庚基和环辛基。
所用的羧酸衍生物也可以用酸酐代替羧酸酯。
基团X和Y各自独立地是氯、NR5R6或OR7，其中R5和R6正如R3和R4或R9和R10一样各自独立地是氢，直链或支化的C1-C12烷基，特别是C1-C6烷基，C7-C12芳烷基或C6-C14芳基，特别是苯基，或C3-C8环烷基(每种情况下都如上面对于基团R1和R2所述)，并且其中至少基团X和Y之一不是氢。
基团X和R1或Y和R1也可以一起为5-8员、饱和或不饱和并且任选取代的环，例如环戊基、环己基或环辛基。
基团R3和R4、R5和R6及R9和R10也可以各自独立地一起为-(CH2)m-，其中m是4-7的整数，特别是4或5。一个CH2基团可以被O或NR8替代。
R1和R5基团也可以一起为-(CH2)n-，其中n是2-6的整数。
R7基团优选氢或直链或支化的C1-C12烷基或C3-C8环烷基，更优选甲基、乙基、1-甲基乙基、1，1-二甲基乙基、己基、环己基或十二烷基。它还可以与R1一起为-(CH2)n-，其中n是2-6的整数。
本发明的方法还适合将旋光性二元羧酸或它们的酸衍生物，特别是通式(II)的那些，转化为相应的旋光性羟基羧酸或它们的酸衍生物，或者在两个羧酸官能团都被氢化的情况下，将其转化成相应的旋光性取代二醇 其中X′、Y′各自独立地是氢、氯、NR5’R6’或OR7’、直链或支化的C1-C10烷基或C6-C10芳基，条件是至少X’或Y’基团之一不是氢，R1′、R2′各自独立地是氢、直链或支化的C1-C12烷基或C3-C8环烷基，以及n是一个0-8的整数，R5’、R6’各自独立地是氢、直链或支化的C1-C12烷基、C7-C12芳烷基、C6-C14芳基、C3-C8环烷基或其中一个CH2基团被O或NR8’替代的C3-C8环烷基，以及也可以一起为-(CH2)m-，其中m是4-7的整数，R7’氢、直链或支化的C1-C12烷基或C3-C8环烷基，和R8’氢、直链或支化的C1-C12烷基、C7-C12芳烷基或C6-C14芳基。
例如，也可能将旋光性羟基二元羧酸氢化成相应的旋光性三醇。
R1’和R2’可以通过例子各自独立地采取如下定义氢、直链或支化的C1-C12烷基(如上面对通式I中基团R1所述)或C3-C8环烷基，例如，环丙基、环丁基、环戊基、环己基、环庚基和环辛基。
所用的羧酸衍生物也可以用酸酐代替羧酸酯。
基团X′和Y′各自独立地为氢，氯，NR5’R6’或OR7’，其中R5’和R6’各自独立地为氢，直链或支化的C1-C12烷基，特别是C1-C6烷基，C7-C12芳烷基或C6-C14芳基，特别是苯基，或C3-C8环烷基(每种情况下都如上面对通式I中基团R1和R2所定义)。
基团R5’和R6’各自独立地也可以一起为-(CH2)m-，其中m是4-7的整数，特别是4或5。一个CH2基团可以被O或NR8’替代。
基团R7’优选是氢或直链或支化的C1-C12烷基或C3-C8环烷基，更优选甲基、乙基、1-甲基乙基、1，1-二甲基乙基、己基、环己基或十二烷基。
根据本发明的方法，可以通过氢化旋光性二元羧酸如通式II的那些得到的旋光性羟基羧酸或二醇，在适合的条件下也可以通过分子内环化作用形成旋光性环化产物，例如内酯、内酰胺或环醚。优选的环化产物是内酯和环醚，通过将旋光性二元羧酸氢化并接着环化来制备该旋光形式的环化产物也形成本发明部分主题。以本发明的方式由通式II的旋光性二元羧酸起始得到的优选旋光性内酯例如是通式III或IV的那些 其中基团X′、Y′和n分别如对通式II所定义。
以本发明的方式由通式II的旋光性二元羧酸起始以旋光性形式得到的优选环醚例如是通式V或VI的那些
其中基团X′、Y′和n分别如对通式II所定义。
这样，本发明的方法使得能够得到例如下列旋光性内酯2-羟基-γ-丁内酯、3-羟基-γ-丁内酯、2-氯-γ-丁内酯、3-氯-γ-丁内酯、2-氨基-γ-丁内酯、3-氨基-γ-丁内酯、2-甲基-γ-丁内酯、3-甲基-γ-丁内酯、3-羟基-δ-戊内酯、4-羟基-δ-戊内酯。
其中在本发明制备方法的上下文中特别优选旋光性3-羟基-γ-丁内酯。
通过本发明方法制得的旋光性环醚的例子包括2-羟基四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃和2-氨基四氢呋喃。
通过本发明方法所得优选的旋光性化合物的例子包括通过转化相应的旋光性α-或β-氨基酸或它们的酸衍生物得到的1，2-和1，3-氨基醇，例如α-丙氨醇，以及在每种情况下α-或β-形式的亮氨醇、异丝氨醇、缬氨醇、异亮氨醇、丝氨醇、苏氨醇、赖氨醇、苯丙氨醇、酪氨醇、脯氨醇，以及由下列氨基酸得到的醇鸟氨酸、瓜氨酸、天冬酰胺(aspartine)、天冬氨酸、谷氨酰胺和谷氨酸，通过转化相应的旋光性α-或β-羟基羧酸或它们的酸衍生物得到的1，2-和1，3-链烷二醇，例如1，2-丙二醇、1，2-丁二醇、1，2-戊二醇、1，3-戊二醇，通过转化相应的旋光性α-或β-氯代羧酸、α-或β-氯代二元羧酸或它们的酸衍生物得到的1，2-和1，3-氯代醇，例如2-氯丙醇，通过转化相应的旋光性α-或β-烷基羧酸或它们的酸衍生物得到的1，2-和1，3-烷基醇，例如2-甲基-1-丁醇、2，3-二甲基-1，4-丁二醇或者2-甲基-1，4-丁二醇，通过转化相应的旋光性α-或β-羟基羟基二元羧酸得到的三醇，例如1，2，4-丁三醇、1，2，5-戊三醇、1，2，6-己三醇，和通过转化相应的旋光性二元羧酸得到的二羟基羧酸或它们的酸衍生物，例如3，4-二羟基丁酸。
适合实施本发明氢化方法的是其活性组分包括选自Pt、Pd、Rh、Ir、Ag、Au的贵金属和至少一种选自Sn、Ge、Mo、W、Ti、Zr、V、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、In、Pb、Bi、Cr、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu的其他元素的那些催化剂。
在本发明方法的上下文中，优选的催化剂是其活性组分包括选自Pt、Pd、Rh、Ir的贵金属和至少一种选自上述该组元素的其他元素的那些。在这些其他元素中，优选元素Sn、Ge、Cr、Mo和W，特别优选Sn。
在本发明方法的上下文中，特别优选的催化剂在活性组分中包括选自Pt、Pd、Rh、Ir的贵金属和至少一种选自Sn、Ge、Cr、Mo和W的其他元素。那些特别优选的催化剂其活性组分包括选自Pt、Pd、Rh、Ir的贵金属和作为其他组分的Sn。非常特别优选的催化剂其活性组分包括Pt和Sn。
本发明的催化剂可以很成功地用作未负载催化剂或负载型催化剂。负载型催化剂的特征是选择的活性组分已经施涂于适合的载体表面。为实施本发明的氢化方法，特别优选具有高表面积并从而要求少量活性金属的负载型催化剂。
例如可以通过还原贵金属和金属形式或化合物形式的本发明其他活性组分在水性介质或有机介质中的淤浆和/或溶液来制备未负载催化剂，该其他活性组分的化合物形式例如为氧化物、氧化物水合物、碳酸盐、硝酸盐、羧酸盐、硫酸盐、磷酸盐、卤化物、维尔纳配合物、有机金属配合物或螯合物或它们的混合物。
当催化剂以负载型催化剂形式使用时，载体优选如木炭、炭黑、石墨、高表面活性石墨(HSAG)、SiO2、Al2O3、TiO2、ZrO2、SiC、粘土、硅酸盐、蒙脱石、沸石或它们的混合物。特别优选木炭、石墨、HSAG、TiO2和ZrO2用作载体材料。
在碳基载体(活性炭、石墨、炭黑、HSAG)的情况下，根据本发明有利的是将载体材料用常规氧化剂如HNO3、H2O2、O2、空气、O3、过硫酸铵、次氯酸钠、次氯酸、高氯酸、硝酸盐和/或用酸如HNO3、H3PO4、HCl或HCOOH进行氧化性处理。特别优选用HNO3、H3PO4、或HCOOH预处理。载体可以在金属施涂之前或在施涂过程中进行处理。预处理使得在本发明氢化中负载型催化剂的活性和选择性得以提高。
本发明的负载型催化剂典型地包括大约0.01-30重量％选自金属形式或化合物形式的Pt、Pd、Rh、Ir、Ag、Au的贵金属和0.01-50重量％、优选大约0.1-30重量％及更优选大约0.5-15重量％金属形式或化合物形式或其混合物形式的至少一种选自如下元素的其他元素Sn、Ge、Mo、W、Ti、Zr、V、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、In、Pb、Bi、Cr、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu。在每种情况下重量百分比均以成品催化剂的总重量为基础并以金属形式计算。
选自Pt、Pd、Rh、Ir、Ag、Au的贵金属的比例基于成品负载型催化剂总重量以金属计算优选大约0.1-20重量％，更优选大约0.5-15重量％。
所用的贵金属组分典型地是氧化物、氧化物水合物、碳酸盐、硝酸盐、羧酸盐、硫酸盐、磷酸盐或卤化物，优选硝酸盐、羧酸盐或卤化物。
除了选自Pt、Pd、Rh、Ir、Ag、Au的贵金属外，通常将至少一种选自Sn、Ge、Mo、W、Ti、Zr、V、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、In、Pb、Bi、Cr、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu的其他元素以金属、氧化物、氧化物水合物、碳酸盐、硝酸盐、羧酸盐、硫酸盐、磷酸盐、维尔纳配合物、螯合物或卤化物的形式施涂于载体材料上。优选Sn、Ge、Cr、Mo或W的化合物，特别优选氧化物或卤化物形式的Sn，例如SnCl2、SnCl4、SnO2、GeCl4或GeO2。
可以通过用特定溶解的盐或氧化物的水溶液或醇溶液或者溶解的氧化物胶体或金属胶体分一步或多步浸渍，或者通过溶解在水溶液或醇溶液中的盐或氧化物或溶解的氧化物胶体或金属胶体分一步或多步平衡吸附来施涂活性组分。在各个平衡吸附或浸渍步骤之间，在每种情况下都可以进行干燥步骤以除去溶剂，并且如果需要的话可以进行焙烧或还原步骤。
在每种情况下在大约25-350℃，优选大约40-280℃和更优选大约50-150℃的温度下有利地进行干燥。
如果需要的话，可以在每个施涂或干燥步骤之后，在大约100-800℃，优选大约200-600℃和更优选大约300-500℃的温度下进行焙烧。
如果需要的话，可以在每个施涂步骤之后进行还原。
在制备可用于本发明的负载型催化剂的一个特别实施方案中，在第一个浸渍步骤中，将一种选自如下的元素施于载体上Sn、Ge、Mo、W、Ti、Zr、V、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、In、Pb、Bi、Cr、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu，该元素来自于特定的氧化物、氧化物水合物、碳酸盐、硝酸盐、羧酸盐、硫酸盐、磷酸盐、维尔纳配合物、螯合物或卤化物，然后有一个干燥步骤并且如果需要的话有一个焙烧步骤以及如果需要的话有一个还原步骤。之后，如果需要的话，用选自如下的一种或多种元素进一步浸渍Sn、Ge、Cr、Mo、W、Ti、Zr、V、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、In、Pb、Bi、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu，该元素来自于特定的氧化物、氧化物水合物、碳酸盐、硝酸盐、羧酸盐、硫酸盐、磷酸盐、维尔纳配合物、螯合物或卤化物，接着干燥并且如果需要的话进行焙烧。在最后的制备步骤中，将选自Pt、Pd、Rh、Ir、Ag、Au的贵金属以硝酸盐、羧酸盐或卤化物的形式施涂于载体上。最后，有一个进一步的干燥步骤，并且如果需要的话有一个焙烧步骤。
制备本发明的负载型催化剂的另外方式包括将选自Pt、Pd、Rh、Ir、Ag、Au的贵金属和至少一种选自Sn、Ge、Mo、W、Ti、Zr、V、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、In、Pb、Bi、Cr、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu的其他金属组分无电沉积到载体材料上，该其他金属元素来自于特定的氧化物、氧化物水合物、碳酸盐、硝酸盐、羧酸盐、硫酸盐、磷酸盐、维尔纳配合物、螯合物或卤化物。通过加入还原剂，例如醇或次磷酸钠、甲酸或碱金属甲酸盐，特别是甲酸钠，在载体材料和特定金属化合物的水淤浆或醇淤浆中，无电沉积有利地进行。特别优选乙醇和NaH2PO2。
沉积之后，在大约25-350℃，优选大约40-280℃和更优选大约50-150℃的温度下，干燥步骤有利地进行。
如果需要的话，沉积之后可以在大约为100-800℃，优选大约200-600℃和更优选大约300-500℃的温度下进行焙烧。
本发明所用的催化剂典型地在使用之前被活化。在催化剂通过无电沉积制备的情况下，如果需要的话，可以免除此活化步骤。优选用氢气或氢气与惰性气体的混合物，典型地是H2和N2的混合物，进行活化。在100-大约500℃，优选大约140-400℃，和更优选大约180-330℃的温度下进行活化。在大约1-300巴，优选大约5-200巴和更优选在大约10-100巴的压力下进行活化。
本发明可用的催化剂典型地具有的比表面积为大约5-3000m2/g，优选大约10-1500m2/g。
本发明的氢化反应典型地在氢气存在下，在大约10-300℃，优选大约30-180℃和更优选大约50-130℃的温度下进行。一般来说，使用的压力为大约1-350巴，优选大约10-300巴及更优选大约100-300巴。
在本发明旋光性二元羧酸氢化成相应的旋光性二醇的情况下，优选压力为大约150-250巴，更优选大约180-250巴并最优选大约200-250巴。
在本发明方法的一个优选实施方案中，尤其是对于氢化氨基取代的底物，上述旋光性原料在有机或无机酸存在下氢化。一般来说，加入的酸基于原料中存在的1当量任何碱性基团为0.5-1.5当量，更优选1-1.3当量。有用的有机酸包括例如乙酸、丙酸和己二酸。优选加入无机酸，尤其是硫酸、盐酸和磷酸。酸例如可以直接、以水溶液形式或以其与要被氢化的原材料单独制备的盐形式使用，例如作为硫酸盐、硫酸氢盐、盐酸化物、磷酸盐、磷酸氢盐或磷酸二氢盐。
要转化的旋光性羧酸或二元羧酸可以很成功地直接使用或者以水溶液或有机溶液的形式使用。氢化可以在悬浮液中或在液相或气相中于固定床反应器中以连续的方式进行。
在间歇反应的情况下，例如，基于1mol所用的旋光性起始化合物可以使用0.1-50g要用于本发明的未负载催化剂或0.1-50g要用于本发明的负载型催化剂。
在连续方法中，有利地选择催化剂和要转化的起始化合物的比例，使得催化剂时空间速度为大约0.005-1kg/I催化剂h，优选大约0.02-0.5kg/I催化剂h。
适合的反应溶剂例如是氢化产物本身，水，醇如甲醇、乙醇、丙醇、丁醇，醚如THF或乙二醇醚。优选水或甲醇或其混合物作为溶剂。
氢化可以分一段或多段在气相或液相中进行。在液相中，可以是悬浮液或固定床模式。实施本发明方法适合的反应器是本领域熟练技术人员已知的适合进行氢化的所有那些反应器，例如搅拌釜、固定床反应器、竖式反应器、管束反应器、泡罩塔或流化床反应器。
反应典型地在不再有氢气吸收时完成。反应时间典型地为大约1-72小时。
离析和如果需要的话分离所得反应产物原则上可以通过所有本身已为本领域熟练技术人员所知的常规方法进行。尤其适合于此目的的是萃取和蒸馏法，以及通过结晶进行纯化或离析。
可以通过本领域熟练技术人员已知的所有方法研究所用的旋光性反应物或所得产物的对映异构体纯度。特别适合于此目的的特别是色谱法，尤其是气相色谱法或高效液相色谱法(HPLC)。测定反应物或产物的对映异构体纯度适合的量度是对映异构体过量(ee)。
本发明方法特征在于在氢化中基本抑制了用作起始化合物的旋光形式的取代一元或二元羧酸立构中心的外消旋化。因此，本发明方法所得产物中对映异构体过量典型地基本相当于所用的反应物。优选选择反应条件，使得所需产物的对映异构体过量相当于所用起始化合物的至少90％，更优选至少95％，最优选至少98％。
本发明方法的一个优点在于基本抑制了这些反应中已知的讨厌的副反应，即脱羰释放出一氧化碳并且一氧化碳接着还原成甲烷或其他低级链烷烃。这产生了相当重要的安全优点。
下面的实施例用于说明本发明方法，但不以任何方式加以限制。
载体材料用酸处理活化的一般程序将100g选择的载体材料与200ml选择的酸及400ml水在搅拌下加热到100℃持续45分钟。过滤和用水洗涤后，活化的载体材料在80℃下在强制空气循环炉中干燥。当使用成型体时，为了使载体所受的机械损害降到最小，也可在旋转蒸发器上或在活化溶液流过的固定床反应器中进行活化。
催化剂1的制备方法
首先向2L搅拌装置中加入用HCOOH预处理的25g TimrexHSAG100(Timcal)和800ml乙醇、在800ml水中的1.7g Sn(CH3COO)2和3.4gPt(NO3)2，将其在室温下搅拌30分钟，然后在80℃下搅拌。随后将该混合物通过吸滤器过滤，洗涤并干燥。
催化剂2的制备方法将0.71g钨磷酸水合物(H3PW12O40×H2O)和4.6g Rh(NO3)3溶于水中并配制成18ml总溶液。根据其吸水性将此溶液用来浸渍用HCOOH活化的25g TimrexHSAG 100。干燥16小时后，在200℃下在旋转管中进行焙烧。
催化剂3的制备方法将1.6g GeCl4溶于乙醇中并配制成23ml总溶液。根据其乙醇吸收性将此溶液用来浸渍用HCOOH活化的25g TimrexHSAG 100。干燥16小时后，进行第二次浸渍，为此将4.6g Rh(NO3)3溶于水并配制成18ml总溶液。根据其吸水性将此溶液用于第二次浸渍该材料，再干燥16小时并最后在400℃下在旋转管中焙烧。
催化剂4的制备方法将1g七钼酸铵(NH4)6Mo7O24×H2O和4.6g Rh(NO3)3溶于水中并配制成18ml总溶液。根据其吸水性将此溶液用来浸渍用HCOOH活化的25gTimrexHSAG 100。干燥16小时后，在400℃下在旋转管中进行焙烧。
实施例1旋光性丙氨醇的制备首先向容量为300ml的高压釜中加入5g催化剂1和50ml水并在60巴的氢气压力和270℃下搅拌2小时。随后引入24g L-丙氨酸(＞99％ee)、100g水和13.2g H2SO4，并在180-200巴的压力和100℃的温度下氢化12小时。12小时后，反应流出液含有79.24mol％的L-丙氨醇(ee＞99.4)和9mol％未转化的L-丙氨酸。
实施例2旋光性β-羟基-γ-丁内酯的制备首先向容量为300ml的高压釜中加入5g催化剂1和50ml水并在60巴的氢气压力和270℃下搅拌2小时。随后引入24g苹果酸和120g水并在230-250巴的压力和100℃的温度下氢化36小时。反应流出液含有22mol％1，2，4-丁三醇(ee＞98.2％)、57mol％β-羟基-γ-丁内酯(ee＞99％)、0.1mol％丁二醇和15mol％未转化的苹果酸。
实施例3旋光性1，2，4-丁三醇(BTO)的制备首先向间歇式高压釜(容量300ml)中加入5g催化剂2和50ml水并在60巴的氢气压力和270℃下搅拌2小时。随后引入24g苹果酸(MS)和120g水并在230-250巴的压力和100℃的温度下氢化36小时。反应流出液含有41mol％的丁三醇、9mol％羟基丁内酯、18mol％丁二醇(BDO)，而没有未转化的苹果酸。
实施例4旋光性1，2，4-丁三醇(BTO)的制备首先向间歇式高压釜(容量300ml)中加入5g催化剂3和50ml水并在60巴的氢气压力和270℃下搅拌2小时。随后引入24g苹果酸(MS)和120g水并在230-250巴的压力和100℃的温度下氢化36小时。反应流出液含有38mol％的丁三醇(ee＞98.6％)、6mol％羟基丁内酯、14mol％丁二醇(BDO)和6mol％未转化的苹果酸。
实施例5旋光性1，2，4-丁三醇(BTO)的制备首先向间歇式高压釜(容量300ml)中加入5g催化剂4和50ml水并在60巴的氢气压力和270℃下搅拌2小时。随后引入24g苹果酸(MS)和120g水并在230-250巴的压力和100℃的温度下氢化36小时。反应流出液含有59mol％的丁三醇(ee＞98.6％)、17mol％丁二醇(BDO)，而没有未转化的苹果酸。
权利要求
1.一种在催化剂存在下，将相应取代的旋光性一元或二元羧酸或它们的酸衍生物氢化来制备旋光性的羟基-、烷氧基-、氨基-、烷基-、芳基-或氯取代的具有3-25个碳原子的醇或羟基羧酸或它们的酸衍生物或环化产物的方法，该催化剂的活性组分包括选自Pt、Pd、Rh、Ir、Ag、Au的贵金属和至少一种选自如下元素的其他元素Sn、Ge、Mo、W、Ti、Zr、V、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、In、Pb、Bi、Cr、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu。
2.根据权利要求1的方法，其中贵金属选自Pt、Pd、Rh和Ir。
3.根据权利要求1或2的方法，其中该至少一种其他元素选自Sn、Ge、Cr、Mo和W。
4.根据权利要求1-3中任一项的方法，其中该至少一种其他元素是Sn。
5.根据权利要求1-4中任一项的方法，其中催化剂的活性组分包括Pt和Sn。
6.根据权利要求1-5中任一项的方法，其中使用在要氢化的至少一个羧酸官能团或由其衍生的酸衍生物官能团的α-或β-位上有至少一个立构中心的旋光性一元或二元羧酸或它们的酸衍生物。
7.根据权利要求1-6中任一项的方法，用于制备1，2-丙二醇、1，2-丁二醇、1，2-戊二醇、1，3-戊二醇、亮氨醇、异丝氨醇、缬氨醇、异亮氨醇、丝氨醇、苏氨醇、赖氨醇、苯丙氨醇、酪氨醇、脯氨醇、2-氯丙醇、2-甲基-1-丁醇、2，3-二甲基-1，4-丁二醇、2-甲基-1，4-丁二醇、1，2，4-丁三醇、1，2，5-戊三醇、1，2，6-己三醇、2-羟基-γ-丁内酯、3-羟基-γ-丁内酯、2-氯-γ-丁内酯、3-氯-γ-丁内酯、2-氨基-γ-丁内酯、3-氨基-γ-丁内酯、2-甲基-γ-丁内酯、3-甲基-γ-丁内酯、3-羟基-δ-戊内酯、4-羟基-δ-戊内酯、2-羟基四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、2-氨基四氢呋喃或3，4-二羟基丁酸。
8.根据权利要求1-7中任一项的方法，其中催化剂以负载形式使用。
9.根据权利要求8的方法，其中在每种情况下基于成品催化剂的总重量和以金属来计算，催化剂使用0.01-30重量％的贵金属和0.01-50重量％的至少一种其他元素。
10.根据权利要求8或9的方法，其中所用的载体材料是ZrO2、TiO2、Al2O3、SiO2、活性炭、炭黑、石墨或高表面积石墨。
11.根据权利要求8-10中任一项的方法，其中贵金属和该至少一种其他元素在还原剂存在下施涂于载体上。
12.根据权利要求1-11中任一项的方法，其中在100-300巴的压力下氢化。
13.根据权利要求1-12中任一项的方法，其中在30-180℃的温度下氢化。
14.根据权利要求1-13中任一项的方法，其中在酸存在下氢化。
全文摘要
本发明涉及一种在催化剂存在下，将相应取代的旋光性一元羧酸或二元羧酸或它们的酸衍生物氢化来生产旋光性的羟基－、烷氧基－、氨基－、烷基－、芳基－或氯取代的具有3－25个碳原子的醇或羟基羧酸或它们的酸衍生物或环化产物的方法，该催化剂的活性组分含有选自Pt、Pd、Rh、Ir、Ag、Au的贵金属和至少一种选自如下元素的其他元素Sn、Ge、Mo、W、Ti、Zr、V、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、In、Pb、Bi、Cr、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb和Lu。
文档编号C07C31/22GK1918095SQ200580004888
公开日2007年2月21日 申请日期2005年2月8日 优先权日2004年2月13日
发明者H·乌尔特尔, M·勒施, A·豪纳特 申请人:巴斯福股份公司