本申请要求2014年10月9日提交的题为“溴离子在2,5-呋喃二甲酸生产中的用途”(UseofBromineIonsintheProductionof2,5-FuranducarboxylicAcid)的美国临时专利申请系列号62/061859的利益，所述临时申请整体通过参考并入本文。
背景技术：
：2,5-呋喃二甲酸(FDCA)和FDCA酯被公认为在大量化学领域中潜在的中间体。例如，FDCA被鉴定为塑料、燃料、聚合材料、药品、农用化学品和食品增强剂等的生产中有希望的前体。此外，FDCA被美国能源部强调为是用于开发未来“绿色”化学的优先化学品。发明概述下文提出了简化的概述以便提供本公开的某些情况的基础理解。所述概述不是本公开的广泛综述。它既不打算指定本公开的关键或重要要素，也不打算描绘本公开的范围。下面的概述以简化形式提出了本公开的一些概念，作为后文中描述的序幕。本公开的各个方面提供了生产2,5-呋喃二甲酸(FDCA)的有效、高效且方便的方式。具体来说，本公开的某些方面提供了用于将4-脱氧-5-脱氢葡萄糖二酸(DDG)脱水以获得FDCA的技术。所述脱水反应通过将一种或多种催化剂和/或一种或多种溶剂与DDG起始原料合并来进行。在某些情况下，所述催化剂可以充当脱水剂，并且可以与DDG上的羟基相互作用，由此促进消除反应以形成FDCA。所述催化剂和/或溶剂可以协助所述脱水反应，由此产生提高的FDCA得率。在第一实施方式中，生产FDCA的方法包括使DDG与溶剂在催化剂存在下发生接触(例如，将DDG、溶剂和催化剂在反应器中合并)，其中所述催化剂选自溴化物盐、氢溴酸、元素溴及其组合，以及允许DDG反应以产生FDCA、任何副产物和水。在其他实施方式中，生产FDCA的方法包括使DDG与溶剂在催化剂存在下发生接触(例如，将DDG、溶剂和催化剂在反应器中合并)，其中所述催化剂选自卤化物盐、氢卤酸、元素离子及其组合，以及允许DDG反应以产生FDCA、任何副产物和水。在另一个实施方式中，生产FDCA的方法包括使DDG与酸性溶剂在水存在下发生接触，以及允许DDG、所述酸性溶剂和水相互反应，以产生FDCA、任何副产物和水。在某些实施方式中，生产FDCA的方法包括使DDG与羧酸发生接触，以及允许DDG与所述羧酸相互反应，以产生FDCA、任何副产物和水。这些特点以及许多其他特点，在下文中更详细讨论。附图简述在附图中对本公开进行示例而非限制性的说明，附图中类似的指称数字指示相似的要素，并且其中：图1示出的图描绘了按照一种或多种实施方式，使用水和酸性溶剂的益处。详细描述对于本领域普通技术人员来说，已知本公开的益处之后，本文公开的主题内容的各种不同实例、情况和实施方式都是可能并且显而易见的。在本公开中，对“某些示例性实施方式”或情况(以及类似的短语)的指称，意味着那些实施方式或情况仅仅是主题内容的非限制性实例，并且不排除可能存在其他可替选实施方式或情况。除非另有指明或除非从描述它的上下文明显看出不是如此，否则在下面的实施方式和实例以及上面的概述中的可替选要素或特点都可以彼此互换。在一个实例中描述的要素可以与另一个实例中描述的一个或多个对应的要素互换或替换它。同样地，与特定实施方式或实例相结合公开的任选或非必需特点，应该被理解为被公开以用于所公开的主题内容的任何其他实施方式中。更普遍来说，所述实例的要素应该被理解为被普遍公开以用于本文中公开的产品和方法的其他情况和实例。对具有操作性、即能够执行一种或多种功能、任务和/或操作等的组分或成分的指称，意味着它在至少某些实施方式中能够执行所述明确叙述的功能、任务和/或操作，并且很可能是操作性的，也执行一种或多种其他功能、任务和/或操作。尽管本公开包含了具体实例，包括目前优选的模式或实施方式，但本领域技术人员应该认识到，存在大量在随附的权利要求书中所阐述的本发明的精神和范围之内的改变和修改。在权利要求书中使用的每个词语打算包括与它在本公开中的用法和/或与它在任何相关
技术领域：
中的技术和工业用法相符的所有字典意义。不定冠词和定冠词以及其他这样的词语和短语，在权利要求书中以在专利中通常且传统的方式使用，意味着“至少一个”或“一个或多个”。词语“包含”在权利要求书中以其传统的开放式意义使用，也就是说，意味着由权利要求项所定义的产品或方法也可以任选地具有明确叙述的之外的其他特点、要素、步骤等。DDG到FDCA的脱水反应本发明涉及通过氧化的糖产品(其可以包括例如DDG)的脱水来合成2,5-双取代的呋喃类化合物(其可以包括例如FDCA)。根据本发明的某些方面，所述脱水方法产生与以前已知的脱水反应相比产生更高得率和/或更高纯度的2,5-双取代的呋喃类化合物。在某些情况下，所述DDG可以是DDG盐和/或DDG酯。例如，DDG的酯可以包括二丁酯(DDG-DBE)。DDG的盐可以包括DDG2K，其是DDG二钾盐。所述FDCA可以是FDCA酯(例如FDCA-DBE)。例如，可以将DDG-DBE起始原料脱水以产生FDCA-DBE。为了易于讨论，当在本文中使用时，“DDG”和“FDCA”是指广义的DDG和FDCA(包括但不限于其酯)，而不是指DDG和FDCA的任何特定化学形式。特定的化学形式例如FDCA和DDG的酯被具体指明。DDG被脱水以产生FDCA。除了FDCA之外，所述脱水反应可能另外产生各种不同副产物。在某些情况下，将DDG与溶剂(例如酸性溶剂)和/或催化剂合并，并允许其反应以产生FDCA。在将DDG添加到催化剂之前，可以将DDG溶解在第一溶剂中。在某些情况下，可以将DDG溶解在第一溶剂中，然后向催化剂和/或第二溶剂添加所述DDG(即所述溶解的DDG和第一溶剂)。在某些情况下，将DDG溶解在水中，然后向催化剂和/或酸性溶剂添加所述DDG。众所周知的是，通过在添加任何其他组分(例如催化剂)之前将DDG溶解在水中，引起从FDCA到DDG的更高效的反应。可以发生更高效的反应的几个原因包括：通过在添加催化剂或酸性溶剂之前将DDG-2K溶解在水中，DDG-2K在溶液中更有效；当首先溶解在水中时，DDG可以采取其优选的形式；以及溶液中的DDG可能提高FDCA的得率。在某些情况下，所述催化剂是溶剂。在某些情况下，所述催化剂还充当脱水剂。所述催化剂可以是盐、气体、元素离子和/或酸。在某些情况下，所述催化剂和/或溶剂选自一种或多种元素卤素(例如元素溴、元素氯、元素氟、元素碘等)、氢卤酸(例如氢溴酸、盐酸、氢氟酸、氢碘酸等)、碱和碱土金属盐(例如溴化钠、溴化钾、溴化锂、溴化铷、溴化铯、溴化镁、溴化钙、溴化锶、溴化钡、氯化钠、氯化钾、氯化锂、氯化铷、氯化铯、氯化镁、氯化钙、氯化锶、氯化钡、氟化钠、氟化钾、氟化锂、氟化铷、氟化铯、氟化镁、氟化钙、氟化锶、氟化钡、碘化钠、碘化钾、碘化锂、碘化铷、碘化铯、碘化镁、碘化钙、碘化锶、碘化钡、其他碱或碱土金属盐、其中至少某些负离子是卤素的其他盐等)、乙酰氯、其他酰基卤或活化物质、其他非均相酸催化剂、三氟乙酸、乙酸、水、甲醇、乙醇、1-丙醇、2-丙醇、1-丁醇、n-甲基吡咯烷酮酸、丙酸、丁酸、甲酸、其他离子性液体、硝酸、硫酸、磷酸、甲磺酸、对甲苯磺酸、其他负载型磺酸(例如nafion、-15、其他磺酸树脂等)、杂多酸(例如钨硅酸、磷钼酸、磷钨酸等)、第一pKa小于2的酸，以及其他负载型有机或无机酸和负载型或固体酸。催化剂可以从在反应混合物中产生该催化剂的任何来源获得(例如，含溴催化剂可以从在反应混合物中产生溴离子的任何化合物获得)。乙酸是特别理想的溶剂，这是因为最终的FDCA产品具有较低的颜色值，例如它比使用其他溶剂生产的产品更白。三氟乙酸和水是另外的用于FDCA生产的优选溶剂。此外，由于是低成本溶剂，三氟乙酸与水的组合和乙酸与水的组合是特别理想的。通常理解，通过本文中讨论的方法将DDG脱水成FDCA，提供的FDCA的摩尔得率大于从以前已知的脱水反应获得的得率。在某些情况下，所述脱水反应产生可以从作为起始原料的DDG生产的至少20％、至少30％、至少40％、至少50％、至少55％、至少60％、至少65％、至少70％、至少75％、至少80％、至少85％、至少90％、至少95％或至少99％摩尔得率的FDCA。在其他情况下，所述脱水反应产生可以从作为起始原料的DDG生产的20％至100％之间、20％至90％之间、20％至80％之间、30％至100％之间、30％至90％之间、30％至80％之间、40％至100％之间、40％至90％之间、40％至80％之间、40％至70％之间、40％至60％之间、50％至100％之间、50％至90％之间、50％至80％之间、50％至70％之间、55％至95％之间、55％至90％之间、55％至85％之间、55％至80％之间、55％至75％之间、55％至70％之间、60％至99％之间、60％至95％之间、60％至90％之间、60％至85％之间、60％至80％之间、65％至99％之间、65％至95％之间、65％至90％之间、65％至85％之间、65％至80％之间、70％至99％之间、70％至95％之间、70％至90％之间、70％至85％之间、75％至99％之间、75％至95％之间、75％至90％之间、75％至85％之间、80％至99％之间、80％至95％之间、85％至99％之间或90％至99％之间的摩尔得率的FDCA。通过所述脱水反应生产的FDCA可以被分离和/或纯化。适合的分离或纯化技术包括过滤和用水清洗所述FDCA产物或从水重结晶所述FDCA。所述纯化的FDCA在工业中可能具有多种用途，例如在生产聚对苯二甲酸乙二酯(PET)中替代对苯二甲酸。PET常用于制造聚酯纤维织物、瓶子和其他包装物。FDCA也可以作为己二酸、喷气飞机燃料、其他基于二醇、二胺或二醛的化学品的前体。在一种情况下，上面描述的方法通过将DDG和催化剂和/或溶剂添加到提供有搅拌机械的反应容器中，然后搅拌得到的混合物来进行。所述反应容器可以是分批或连续反应器。连续反应器可以是活塞流反应器、连续搅拌釜反应器和串联的连续搅拌釜反应器。在某些情况下，所述用于脱水反应的反应容器可以在其冶金学的基础上选择(例如，对于利用溴的反应来说，可以选择锆反应器优于特氟龙反应器)。反应容器可以是锆反应器、特氟龙反应器、玻璃内衬反应器等。所述反应容器内的温度和压力可以酌情调整。可以将DDG溶解在水或另一种溶剂中，然后将所述DDG(即所述溶解的DDG和溶剂)添加到所述反应容器。在某些情况下，将DDG与所述溶剂在5℃至40℃范围内的温度下，在更特定情况下在约25℃下混合，以确保在添加催化剂并开始反应之前溶解在所述溶剂中。此外和/或可替选地，可以将所述催化剂与所述溶剂在室温下混合，以确保在添加到DDG之前溶解在所述溶剂中。在某些情况下，所述方法包括在反应期间移除产生的水。减少至少一些产生的水可以降低或消除副反应并重新激活催化剂。结果，可以获得更高的产品得率。可以使用任何适合的手段来调节反应容器中水的量，例如使用水含量调节器。所述FDCA的制造过程可以以分批、半连续或连续方式进行。在某些情况下，FDCA的制造以分批方式操作，其中在预定时间提高温度，在预定时间升高压力，并且在反应期间改变催化剂组成。例如，在反应期间催化剂组成的变化可以通过在预定时间添加一种或多种催化剂来实现。所述温度和压力通常可以从广范围选择。然而，当所述反应在溶剂存在下进行时，所述反应温度和压力可能不是独立的。例如，反应混合物的压力可能由某个温度下的溶剂压力决定。在某些情况下，所述反应混合物的压力被选择成使得所述溶剂主要处于液相中。所述反应混合物的温度可以在0℃至180℃的范围内，并且在某些情况下可以在20至100℃的范围内，并且在更特定情况下在60℃至100℃的范围内。高于180℃的温度可能导致脱羧成其他降解产物，因此可能需要避免这种较高温度。在某些情况下，脱水反应可以运行长达48小时。在可替选情况下，脱水反应可以运行不到5分钟(即所述脱水反应在5分钟内至少95％完成)。在某些优选实例中，脱水反应可以在1分钟至4小时的时间范围内进行(即所述反应混合物的脱水反应在1分钟至4小时内至少95％完成)。在某些情况下，所述反应混合物的反应在不超过1分钟、5分钟、4小时、8小时或24小时内至少95％完成。反应过程的长度可能取决于反应混合物的温度、DDG的浓度、催化剂的浓度和其他试剂的浓度。例如在低温(例如等于或接近所选溶剂的凝固点)下，所述反应可能运行长达2天，但是在高温(例如超过100℃)下，所述反应可能运行少于5分钟就达到至少95％完成。在所述反应过程完成后，可能形成包含FDCA和各种不同副产物的反应产物。当在本文中使用时，术语“副产物”包括除了2,5-呋喃二甲酸和水之外的所有其他物质。在某些情况下，在所述反应产物中获得的副产物的数目、量和类型，可能与使用其他脱水方法产生的不同。不想要的副产物例如2-糠酸和内酯可能以有限的量产生。例如，副产物可能包括等。在某些情况下，不想要的副产物还可能包括含有至少一个溴原子的DDG衍生的有机化合物。反应产物可能含有少于15％、可选地少于12％、可选地10％至12％或优选地少于10％的副产物。所述反应产物可能含有至少0.5％、约0.5％、少于7％、0.5％至7％、5％至7％、或约5％的内酯副产物。当在本文中使用时，“内酯副产物”或“内酯”包括反应产物中存在的一种或多种内酯副产物(例如L1、L2、L3和/或L4)。此外或可替选地，所述反应产物可能含有少于10％、5％至10％或约5％的2-糠酸。在某些情况下，可以从所述反应产物分离和/或纯化得到的FDCA。例如，得到的FDCA可以通过重结晶技术或固/液分离来纯化和/或分离。在某些情况下，所述分离和/或纯化的FDCA仍包含少量副产物。所述纯化的产物可能含有至少0.1％(1000ppm)的内酯副产物。在某些情况下，所述纯化的产物含有少于0.5％(5000ppm)或优选地少于0.25％(2500ppm)的内酯副产物。在某些情况下，所述分离和/或纯化的FDCA产物可能含有约0.1％至0.5％之间的内酯副产物或约0.1％至0.25％之间的内酯副产物。使用卤素催化剂合成FDCA在一种情况下，通过将DDG与溶剂和卤素催化剂合并，从DDG合成FDCA。DDG经历脱水反应，除去两个水基团。例如，可以将DDG二钾盐脱水以形成FDCA：所述催化剂可以是卤化物(例如卤素离子，其可以在盐中与阳离子组合或在酸中与质子组合)或卤素(例如采取元素形式的卤素)。在某些情况下，所述催化剂可以是氢卤酸、碱或碱土金属盐、过渡金属盐、稀土金属盐、其中至少一些负离子是卤素的盐(例如铵盐、离子性液体、与卤化物交换的离子交换树脂或其他金属的盐)或元素卤素。当卤化物盐包括与卤化物组合的阳离子时，所述阳离子可以选自季铵离子、叔铵离子、仲铵离子、伯铵离子、鏻离子或其任何组合。元素卤素可以在原位还原成卤素离子。所述催化剂可以含有溴、氯、氟和碘中的一者或多者。例如，卤素催化剂可以选自氢溴酸、盐酸、氢氟酸、氢碘酸、溴化钠、溴化钾、溴化锂、溴化铷、溴化铯、溴化镁、溴化钙、溴化锶、溴化钡、氯化钠、氯化钾、氯化锂、氯化铷、氯化铯、氯化镁、氯化钙、氯化锶、氯化钡、氟化钠、氟化钾、氟化锂、氟化铷、氟化铯、氟化镁、氟化钙、氟化锶、氟化钡、碘化钠、碘化钾、碘化锂、碘化铷、碘化铯、碘化镁、碘化钙、碘化锶、碘化钡、元素溴、元素氯、元素氟、元素碘、FeBr3、AlBr3、NH4Br、[EMIM]Br、FeCl3、AlCl3、NH4Cl、[EMIM]Cl、FeF3、AlF3、NH4F、[EMIM]F、FeI3、AlI3、NH4I、[EMIM]I或其任何组合。在某些情况下，所述催化剂包括氢卤酸和卤化物盐。在某些情况下，所述氢卤酸或卤化物盐可以在反应混合物中用作溶剂。在其他情况下，所述氢卤酸或卤化物盐可以与DDG在室温下形成液体混合物。此外或可替选地，在某些情况下，可以用气态氢卤酸处理DDG。在某些情况下，将DDG和所述卤化物与其他溶剂合并。在优选情况下，将卤化物盐与酸例如氢卤酸合并。通过使用卤化物盐和氢卤酸两者，可以既用酸也用卤素离子的有益效应催化所述反应。在某些优选情况下，催化剂和溶剂是同一化合物。例如，催化剂和溶剂可以两者都是氢溴酸，可以都是盐酸，可以都是氢碘酸或可以都是氢氟酸。可以与卤素催化剂合并的溶剂可以选自水、乙酸、丙酸、丁酸、三氟乙酸、甲磺酸、硫酸、甲醇、乙醇、1-丙醇、2-丙醇、1-丁醇、甲酸、N-甲基吡咯烷酮、其他离子性液体或其任何组合。溶剂的各种不同组合可以包括水和乙酸、水和丙酸以及水和三氟乙酸。所述试剂(例如DDG、催化剂、溶剂)可以在任何适合的反应容器例如分批或连续反应器中合并在一起。连续反应器可以是活塞流反应器、连续搅拌釜反应器和串联的连续搅拌釜反应器。反应器可以在其冶金学的基础上选择。例如，反应器可以是锆反应器、特氟龙反应器、玻璃内衬反应器等。优选的反应器可以在与所述脱水反应中利用的卤素的腐蚀和化学相容性的基础上选择。在某些情况下，在开始脱水反应之前将所述反应容器预加热(例如预加热到60℃的温度)。在某些情况下，将DDG溶解在水中，然后与含有卤素的催化剂合并以形成反应混合物。所述反应混合物的反应可以在0℃至200℃范围内或30℃至150℃范围内或优选地60℃至100℃范围内的温度下进行。所述反应容器内的压力可以由反应组分在反应温度下自动产生。在某些情况下，可以将氢溴酸与水在反应容器中合并，并且所述反应容器中的压力可以在1巴至50巴的范围内。在某些情况下，如果反应温度低，所述反应可能进行(即达到95％完成)长达2天，或者如果温度为100℃或更高，所述反应可能进行不到5分钟。反应混合物的优选反应时间在1分钟至4小时的范围内。所述反应可以进行以产生包含FDCA、水和其他副产物(例如内酯)的反应产物。所述FDCA可以被过滤并从所述反应产物中移出。在某些情况下，所述反应可以在固定温度下进行。在可替选情况下，所述反应混合物的温度可能在所述反应混合物形成后快速提高。例如，所述反应混合物的温度可以在2分钟内或在5分钟内或在20分钟内，从环境温度或从不超过30℃提高到60℃或至少60℃。在另一个实例中，所述反应混合物的温度可以在2分钟内或在5分钟内或在20分钟内，从环境温度或从不超过30℃提高到100℃或至少100℃。与缓慢或逐渐的温度升高相比，快的升温时间可以限制和/或阻止在所述反应过程期间发生副反应。通过减少在所述反应过程期间发生的副反应的数目，减少了在所述反应期间产生的副产物的数目。在某些情况下，由所述脱水反应产生的任何副产物以低于15％或低于12％或10％至12％或优选地低于10％存在。在某些情况下，所述卤素催化剂可以以高浓度添加到所述反应混合物。例如，添加到所述反应混合物的卤素催化剂可能具有超过所述反应混合物(包括所述卤化物)的1重量％、超过45重量％、45重量％至70重量％之间、超过55重量％、55重量％至70重量％之间或至少65重量％的卤化物浓度。在某些情况下，所述卤化物浓度为50重量％，并且在其他情况下所述卤化物浓度为62重量％，其中优选的卤化物浓度为包括卤化物的所述反应混合物的58重量％左右。如果向反应添加卤化物盐和氢卤酸两者，合并的卤化物浓度可以在包括所述卤化物盐和氢卤酸的反应混合物的55重量％至70重量％的范围内。在优选情况下，所述卤素催化剂和/或溶剂含有溴。在某些情况下，所述催化剂选自溴化物盐、氢溴酸、元素溴离子或其任何组合。在某些情况下，所述催化剂是氢溴酸。或者，所述催化剂包含氢溴酸和溴化物盐。反应混合物可以含有1M至13M氢溴酸，或者在某些情况下2M至6M氢溴酸。例如，反应混合物可以包含40％至70％的水或约38％的水，以及10M至15M氢溴酸或约12M氢溴酸。所述包含水和氢溴酸的反应混合物可以产生包含FDCA、水和副产物的反应产物。所述反应产物可能包含至多15％的副产物和70％至95％摩尔得率的FDCA。在其他实例中，反应混合物可以包含0％至30％的水或约8％的水、40％至67％的乙酸和1M至6M氢溴酸或约5M氢溴酸。所述包含水、乙酸和氢溴酸的反应混合物可以产生包含FDCA、水和副产物的反应产物。所述反应产物可能包含至多15％的副产物和70％至95％摩尔得率的FDCA。示例性的溶剂/催化剂组合包括但不限于：1)乙酸、水和氢溴酸；2)乙酸和氢溴酸；以及3)氢溴酸和水。示例性的过程参数，包括DDG起始原料、溶剂、催化剂、酸的摩尔浓度、DDG的摩尔浓度、反应时间、反应温度、FDCA的摩尔得率和任何其他备注例如添加到反应混合物的任何水的体积百分数的实例，可以在表1中看到。表1：在其他情况下，所述卤素催化剂和/或溶剂含有氯、氟和/或碘。在某些情况下，所述催化剂选自卤化物盐、氢卤酸、元素卤素离子或其任何组合。在某些情况下，所述催化剂是盐酸。或者，所述催化剂包括氢卤酸和卤化物盐。反应混合物可以含有1M至12M盐酸。例如，反应混合物可能包含63％至97％的水或约70％的水，以及1M至12M盐酸或约11M盐酸。所述反应混合物也可以含有乙酸。所述包含水和盐酸的反应混合物可以产生包含FDCA、副产物和水的反应产物。所述反应产物可能包含至多15％的副产物和30％至60％摩尔得率的FDCA。在其他情况下，所述催化剂是氢碘酸。反应混合物可以含有1M至8M氢碘酸。在某些实例中，反应混合物可能包含40％至97％的水或约50％的水，以及3M至8M氢碘酸或约7M氢碘酸。所述反应混合物也可以含有乙酸。所述包含水和氢碘酸的反应混合物可以产生包含FDCA、水和副产物的反应产物。所述反应产物可能包含至多15％的副产物和30％至60％摩尔得率的FDCA。示例性的溶剂/催化剂组合包括但不限于：1)乙酸和盐酸；2)水和盐酸；3)乙酸、水和氢碘酸；以及4)水和氢碘酸。示例性的过程参数，包括DDG起始原料、溶剂、催化剂、酸的摩尔浓度、DDG的摩尔浓度、反应时间、反应温度、FDCA的摩尔得率和任何其他备注例如添加到反应混合物的任何水的体积百分数的实例，可以在表2中看到。表2：进料溶剂催化剂[酸]，M[DDG]，M时间，h温度，CFDCA得率备注DDG2K乙酸HCl1.00.1410031.0606DDG2K水HCl11.470.0546054.60DDG2K水HCl11.470.05410057.92DDG2K水HCl11.470.05110057.50DDG2K乙酸HI3.00.1410033.2229％H2ODDGDBE乙酸HI3.00.1410034.2329％H2ODDG2K水HI7.200.0546041.11DDG2K水HI6.570.0546041.25尽管不希望受到任何特定理论限制，但所述卤素可能置换DDG的羟基，从而由于其增强的亲核性而有助于所需的DDG的脱水和/或消除反应。或者，所述卤素可能启动涉及卤素氧化状态的另外的脱水机制。在任一情况下，已发现如果将卤素催化剂用于DDG的脱水反应以形成FDCA，则FDCA的得率提高。使用酸性溶剂和水合成FDCA在本发明的实施方式中，通过将DDG与水和酸性溶剂和/或催化剂合并来合成FDCA。在某些情况下，所述水可用作所述反应的主要溶剂。在其他情况下，可以将水添加到其他溶剂例如乙酸，以增强所述反应。在某些情况下，酸性溶剂起到催化剂(例如氢溴酸)的作用。酸性溶剂可以选自盐酸、氢碘酸、氢溴酸、氢氟酸、乙酸、硫酸、磷酸、硝酸、三氟乙酸、甲磺酸、乙磺酸、苯磺酸、对甲苯磺酸、酸性离子交换树脂、其他负载型磺酸(其可以包括例如Nafion、-15、其他磺酸树脂等)、其他非均相酸催化剂、杂多酸(其可以包括例如钨硅酸、磷钼酸、磷钨酸等)、第一pKa小于2的酸、其他负载型有机、无机酸和负载型或固体酸，及其组合。在某些情况下，将DDG与水和酸性溶剂合并，以形成反应混合物。在某些情况下，向所述反应混合物添加催化剂。所述催化剂可以选自卤化物盐(例如碱金属卤化物、碱土金属卤化物、过渡金属卤化物、稀土金属卤化物或与卤素离子相组合的有机阳离子(例如季铵离子、叔铵离子、仲铵离子、伯铵离子或鏻离子))、氢卤酸、元素离子及其任何组合。所述催化剂可以选自氯化钠、氯化钾、氯化锂、氯化铷、氯化铯、氯化镁、氯化钙、氯化锶、氯化钡、FeCl3、AlCl3、NH4Cl、[EMIM]Cl、氟化钠、氟化钾、氟化锂、氟化铷、氟化铯、氟化镁、氟化钙、氟化锶、氟化钡、FeF3、AlF3、NH4F、[EMIM]F、碘化钠、碘化钾、碘化锂、碘化铷、碘化铯、碘化镁、碘化钙、碘化锶、碘化钡、FeI3、AlI3、NH4I、[EMIM]I、溴化钠、溴化钾、溴化锂、溴化铷、溴化铯、溴化镁、溴化钙、溴化锶、溴化钡、FeBr3、AlBr3、NH4Br、[EMIM]Br及其组合。所述试剂(例如DDG、水、酸性溶剂)可以在任何适合的反应容器例如分批或连续反应器中合并在一起。连续反应器可以是活塞流反应器、连续搅拌釜反应器和串联的连续搅拌釜反应器。反应器可以在其冶金学的基础上选择。例如，反应器可以是锆反应器、特氟龙反应器、玻璃内衬反应器等。优选的反应器可以在与所述脱水反应的反应混合物的腐蚀和化学相容性的基础上选择。在某些情况下，在开始脱水反应之前将所述反应容器预加热(例如预加热到60℃的温度)。在某些情况下，将DDG溶解在水中，然后与酸性溶剂和另外一部分水合并。所述反应混合物的反应可以在0℃至200℃范围内或30℃至150℃范围内或优选地60℃至100℃范围内的温度下进行。所述反应容器内的压力可以由反应组分在反应温度下自动产生。所述反应容器中的压力可以在1巴至17巴的范围内。在某些情况下，如果反应温度低，所述反应可能进行(即达到95％完成)长达2天，或者如果温度为100℃或更高，所述反应可能进行不到5分钟。反应混合物的优选反应时间在1分钟至4小时的范围内。所述反应可以进行以产生包含FDCA、水和其他副产物(例如内酯)的反应产物。所述FDCA可以被过滤并从所述反应产物中移出。在某些情况下，所述反应可以在固定温度下进行。在可替选情况下，所述反应混合物的温度可能在所述反应混合物形成后快速提高。例如，所述反应混合物的温度可以在2分钟内或在5分钟内或在20分钟内，从环境温度或从不超过30℃提高到60℃或至少60℃。在另一个实例中，所述反应混合物的温度可以在2分钟内或在5分钟内或在20分钟内，从环境温度或从不超过30℃提高到100℃或至少100℃。与缓慢或逐渐的温度升高相比，快的升温时间可以限制和/或阻止在所述反应过程期间发生副反应。通过减少在所述反应过程期间发生的副反应的数目，减少了在所述反应期间产生的副产物的数目。在某些情况下，由所述脱水反应产生的任何副产物以低于15％或低于12％或10％至12％或优选地低于10％存在。在某些情况下，可以向所述反应混合物添加水。水的包含可能对反应和得率具有显著影响。例如，水可以以至少10％、至少20％、至少30％、10％至70％、10％至30％或30％至65％的量(以体积计)存在于所述反应混合物中。在优选实施方式中，所述反应混合物包含水和氢溴酸。所述反应混合物可能含有1M至13M氢溴酸，或者在某些情况下2M至6M氢溴酸。例如，反应混合物可以包含10％至70％的水或30％至65％的水，以及10M至15M氢溴酸或约12M氢溴酸。所述包含水和氢溴酸的反应混合物可以产生包含FDCA、副产物和水的反应产物。所述反应产物可能包含至多15％的副产物和40％至95％摩尔得率的FDCA。示例性的溶剂/催化剂组合包括但不限于：1)水和氢溴酸；2)水和盐酸；3)水和氢碘酸；4)水和甲磺酸；以及5)水、乙酸和硫酸。示例性的过程参数，包括DDG起始原料、溶剂、催化剂、酸的摩尔浓度、DDG的摩尔浓度、反应时间、反应温度、FDCA的摩尔得率和任何其他备注例如添加到反应混合物的任何水的体积百分数的实例，可以在表3中看到。表3：利用DDG-2K作为起始原料的各种不同的可替选脱水反应的条件提供在表4中。对于每种酸来说，第一行提供了每种反应条件的工作范围，随后的行提供了特定反应条件的实例。正如在图1中看到的，当在脱水反应中利用水和氢溴酸两者时，可以获得更高的FDCA摩尔得率。表4由于水是脱水的产物，并且根据LeChateliers原则，提高水的浓度预期将不利于脱水化学，因此向反应混合物添加水提高了脱水反应中产物的得率，这一点是出人意料的。尽管不希望受到任何特定理论限制，但水的有利效应的可能原因可能是DDG和酸在水中的良好溶解性，FDCA在水中的低溶解性，极性溶剂使脱水化学的过渡态稳定，以及DDG在水中对呋喃类形式的偏好性，所述呋喃类形式倾向于脱水成FDCA。此外，由于水引起DDG采取对于脱水反应来说更好的呋喃类形式，因此水可能是对DDG脱水成FDCA来说有利的溶剂。DDG的呋喃类形式是5元环，其可能容易脱水成FDCA。当DDG采取其优选形式时，它在脱水反应期间产生更少的副产物，并且促进更高效(例如更快)的反应。通过过滤和仅仅用水清洗FDCA产物，可以从上面描述的反应以高纯度(例如约99％)进一步分离FDCA。使用羧酸合成FDCA在本发明的实施方式中，从DDG与羧酸的组合合成FDCA。例如，可以将DDG在羧酸溶剂中脱水以形成FDCA：可以将羧酸与DDG组合以生产包括FDCA的反应产物。在某些情况下，将所述羧酸和DDG与溶剂和/或催化剂合并。在其他情况下，所述羧酸充当溶剂和催化剂两者。例如，具有低pKa(例如小于3.5)的羧酸可以在所述反应中充当溶剂和催化剂两者。在某些情况下，可以将催化剂添加到所述具有低pKa的羧酸以加速DDG到FDCA的反应。在另一个实例中，可以将具有高pKa(例如大于3.5)的羧酸与催化剂并在某些情况下与溶剂合并。在某些情况下，羧酸可以选自三氟乙酸、乙酸、乙酸、丙酸、丁酸、其他具有低pKa(例如小于3.5或pKa小于2.0)的羧酸、其他具有高pKa(例如大于3.5)的羧酸及其任何组合。在某些情况下，除了所述羧酸之外，还向所述反应混合物添加溶剂。溶剂可以选自水、甲醇、乙醇、1-丙醇、2-丙醇、1-丁醇、N-甲基吡咯烷酮、其他离子性液体或其任何组合。在某些情况下，所述脱水反应可以利用组合的三种溶剂。在可替选情况下，所述脱水反应可以利用组合的两种溶剂。在其他情况下，所述脱水反应可以利用单一溶剂。在某些情况下，向所述反应混合物添加催化剂。所述催化剂可以选自卤化物盐(例如碱金属卤化物、碱土金属卤化物、过渡金属卤化物、稀土金属卤化物或与卤素离子相组合的有机阳离子(例如季铵离子、叔铵离子、仲铵离子、伯铵离子或鏻离子))、氢卤酸、元素离子、强酸或其任何组合。例如，所述催化剂可以选自氯化钠、氯化钾、氯化锂、氯化铷、氯化铯、氯化镁、氯化钙、氯化锶、氯化钡、FeCl3、AlCl3、NH4Cl、[EMIM]Cl、氟化钠、氟化钾、氟化锂、氟化铷、氟化铯、氟化镁、氟化钙、氟化锶、氟化钡、FeF3、AlF3、NH4F、[EMIM]F、碘化钠、碘化钾、碘化锂、碘化铷、碘化铯、碘化镁、碘化钙、碘化锶、碘化钡、FeI3、AlI3、NH4I、[EMIM]I、溴化钠、溴化钾、溴化锂、溴化铷、溴化铯、溴化镁、溴化钙、溴化锶、溴化钡、FeBr3、AlBr3、NH4Br、[EMIM]Br、氢溴酸、氢碘酸、氢氟酸、盐酸、元素溴、元素氯、元素氟、元素碘、甲磺酸、三氟甲磺酸、硫酸及其组合。所述试剂(例如DDG、催化剂、溶剂)可以在任何适合的反应容器例如分批或连续反应器中合并在一起。连续反应器可以是活塞流反应器、连续搅拌釜反应器和串联的连续搅拌釜反应器。反应器可以在其冶金学的基础上选择。例如，反应器可以是锆反应器、特氟龙反应器、玻璃内衬反应器等。优选的反应器可以在与所述脱水反应中利用的羧酸的腐蚀和化学相容性的基础上选择。在某些情况下，在开始脱水反应之前将所述反应容器预加热(例如预加热到60℃的温度)。在某些情况下，将DDG溶解在水中，然后与羧酸并且在某些情况下与催化剂和/或合并，以形成反应混合物。所述反应混合物的反应可以在0℃至200℃范围内或30℃至150℃范围内或优选地60℃至100℃范围内的温度下进行。所述反应容器内的压力可以由反应组分在反应温度下自动产生。在某些情况下，可以在所述反应容器中使用乙酸，并且所述反应容器中的压力可以在1巴至10巴的范围内。在某些情况下，如果反应温度低，所述反应可能进行长达2天，或者如果温度为100℃或更高，所述反应可能进行不到5分钟。反应混合物的优选反应时间(即达到95％完成的时间)在1分钟至4小时的范围内。所述反应可以进行以产生包含FDCA、水和其他副产物(例如内酯)的反应产物。所述FDCA可以被过滤并从所述反应产物中移出。在某些情况下，所述反应可以在固定温度下进行。在可替选情况下，所述反应混合物的温度可能在所述反应混合物形成后快速提高。例如，所述反应混合物的温度可以在2分钟内或在5分钟内或在20分钟内，从环境温度或从不超过30℃提高到60℃或至少60℃。在另一个实例中，所述反应混合物的温度可以在2分钟内或在5分钟内或在20分钟内，从环境温度或从不超过30℃提高到100℃或至少100℃。与缓慢或逐渐的温度升高相比，快的升温时间可以限制和/或阻止在所述反应过程期间发生副反应。通过减少在所述反应过程期间发生的副反应的数目，减少了在所述反应期间产生的副产物的数目。在某些情况下，由所述脱水反应产生的任何副产物以低于15％或低于12％或10％至12％或优选地低于10％存在。在优选情况下，所述羧酸是三氟乙酸。反应混合物可以含有三氟乙酸和氢溴酸。例如，反应混合物可以包含0M至6.0M氢溴酸或约3M氢溴酸。所述包含氢溴酸和三氟乙酸的反应混合物可以产生包含FDCA、副产物和水的反应产物。所述反应产物可能包含至多15％的副产物和50％至80％摩尔得率的FDCA。在一些其他实例中，可以向所述反应混合物添加水。在某些情况下，所述反应混合物的5vol％至30vol％是水。示例性的催化剂或催化剂/溶剂组合包括但不限于：1)三氟乙酸和硫酸；2)乙酸和氢溴酸；3)氢溴酸、三氟乙酸和水；以及4)氢溴酸、三氟乙酸、乙酸和水。示例性的过程参数，包括DDG起始原料、溶剂、催化剂、酸的摩尔浓度、DDG的摩尔浓度、反应时间、反应温度、FDCA的摩尔得率和任何其他备注例如添加到反应混合物的任何水的体积百分数的实例，可以在表5中看到。表5：利用DDG-2K作为起始原料并与三氟乙酸、乙酸或三氟乙酸和乙酸的组合相组合的各种不同的可替选脱水反应的条件，提供在表6中。表6：羧酸充当DDG到FDCA的脱水反应的有效介质，这一点是出人意料的。尽管不希望受到任何特定理论的限制，但羧酸是DDG到FDCA的脱水的有利溶剂和/或催化剂可能是因为羧酸导致DDG采取对脱水反应更好的呋喃类形式。DDG的呋喃类形式是5元环，其可能容易脱水成FDCA。当DDG采取其优选形式时，它在脱水反应期间产生更少的副产物，并且促进更高效(例如更快)的反应。乙酸是DDG到FDCA的脱水的有利溶剂可能是因为DDG和其他酸在乙酸中具有良好的溶解性，FDCA在乙酸中具有低溶解性，极性溶剂使脱水化学的过渡态稳定，以及DDG在乙酸中偏好呋喃类形式，所述呋喃类形式倾向于脱水成FDCA。其他羧酸表现出相似的特征。另外，据信羧酸溶剂增强与这些溶剂相组合用作酸催化剂的其他酸(例如氢溴酸、盐酸等)的酸性。此外，具有低pKa(例如小于3.5)的羧酸例如三氟乙酸，在所述羧酸中形成独特类别。与乙酸(pKa为4.76)相反，这些酸具有增强的酸性，其被理解为加速DDG到FDCA的脱水反应。实施例应该理解，可以对下面的实施例做出许多改变并仍获得相似的结果。因此，下面的实施例说明了利用各种不同反应条件和试剂处理DDG以获得FDCA的实施方式，并且旨在说明而不是限制本发明。实施例1：将DDG二钾盐与0.25MH2SO4在乙酸中合并。所述反应在60℃下进行4小时，得到1％的FDCA摩尔得率。实施例2：将DDG二钾盐与0.25MH2SO4在含有NaBr(8wt％)的乙酸中合并。所述反应在60℃下进行4小时，得到19％的FDCA摩尔得率。实施例3：将DDG二钾盐与0.25MH2SO4在乙酸中合并。所述反应在160℃下进行3小时，产生20％的FDCA摩尔得率。实施例4：将DDG二钾盐与0.25MH2SO4在含有NaBr(0.7wt％)的乙酸中合并。所述反应在160℃下进行3小时，产生31％的FDCA摩尔得率。实施例5：将DDG二丁酯与9MH2SO4在1-丁醇中合并。所述反应在60℃下进行2小时，得到53％的FDCA摩尔得率。实施例6：将DDG二丁酯与9MH2SO4在乙酸中合并。所述反应在60℃下进行1小时，得到22％的FDCA-DBE摩尔得率。实施例7：将DDG二丁酯与1MHCl在乙酸中合并。所述反应在60℃下进行4小时，得到43％的FDCA-DBE摩尔得率。实施例8：将DDG二丁酯与2.9MHBr在乙酸中合并。所述反应在60℃下进行4小时，得到61％的FDCA-DBE摩尔得率。实施例9：将0.1MDDG2K与5.7MHBr在乙酸中合并。所述反应在60℃下进行4小时，得到33％的FDCA摩尔得率。实施例10：将0.1MDDG2K与2.9MHBr在乙酸中合并。所述反应在60℃下进行4小时，产生82％的FDCA摩尔得率。实施例11：将0.1MDDG2K与5.7MHBr在含有10vol％水的乙酸中合并。所述反应在60℃下进行4小时，得到89％的FDCA摩尔得率。实施例12：将0.1MDDG2K与5.1MHBr在含有10vol％水的乙酸中合并。所述反应在60℃下进行4小时，得到91％的FDCA摩尔得率。实施例13：将0.05MDDG2K与12.45MHBr在水中合并。所述反应在100℃下进行1小时，得到77％的FDCA摩尔得率。实施例14：将0.05MDDG2K与5.2MHBr在含有8.2vol％水的乙酸中合并。所述反应在100℃下进行4小时，得到71％的FDCA摩尔得率。实施例15：将DDG-DBE与9MH2SO4在1-丁醇中合并。所述反应在60℃下进行2小时，得到53％的FDCA-DBE摩尔得率。实施例16：将DDG-DBE与2.9MHBr在乙酸中合并。所述反应在60℃下进行4小时，得到52％的FDCA-DBE摩尔得率。实施例17：将DDG-DBE与9MH2SO4在1-丁醇中合并。所述反应在60℃下进行2小时，得到53％的FDCA-DBE摩尔得率。实施例18：将DDG-DBE与2.9MHBr在乙酸中合并。所述反应在60℃下进行4小时，得到52％的FDCA-DBE摩尔得率。实施例19：将DDG-DBE与三氟乙酸合并。所述反应在60℃下进行4小时，得到77％的FDCA-DBE摩尔得率。已依据说明性实施方式对本公开的情况进行了描述。对于本领域普通技术人员来说，在考察本公开后，在权利要求书的范围和精神之内的大量其他实施方式、修改和变化将会浮现。例如，除非另有陈述，否则所描述的步骤可以以叙述的顺序之外的顺序执行，并且根据本公开的情况，所说明的一个或多个步骤可能是任选项。当前第1页1 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