用于制备烷基呋喃的方法
【专利说明】用于制备烷基呋喃的方法
[0001] 相关申请的夺叉参考
[0002] 本申请要求2013年3月15日提交的美国临时专利申请第61/792, 021号优先权， 其通过引用的方式全部并入本文。 发明领域
[0003] 本公开内容主要涉及制备取代呋喃的方法，更具体地，涉及制备烷基呋喃例如 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。
【背景技术】
[0004] 烷基呋喃可以用于燃料和其他产品的商业制造。例如，2, 5-二甲基呋喃可以用 作制造可用于制造聚酯的对二甲苯和对苯二甲酸的起始原料。参见，例如，美国专利第 8, 314, 267 号。
[0005] 本领域目前已知有若干种制造烷基呋喃的方法。例如，可以通过在高于700°C的 温度下使丙酮热解小于1秒并然后使反应气体在液体介质中冷却来合成2, 5-二甲基呋 喃。参见美国专利第2, 098, 592号。2, 5-二甲基呋喃也可以通过在含汞催化剂的存在下将 己-3-烯-5-炔-2-醇加热至100°C而合成。参见美国专利第2, 470, 070号。此外，通过 将果糖脱水成5-(羟基甲基）糠醛，然后使用CuRu/C催化剂和氢将5-(羟基甲基）糠醛转 化成2, 5-二甲基咲喃，可以合成2, 5-二甲基咲喃。参见Y. Romdn-Leshkov等人，Nature 2007, 447, 982-985。
[0006] 但是，仍然存在对制造烷基呋喃例如2, 5-二甲基呋喃的新方法的需求。
【发明内容】
[0007] 本公开内容通过提供制备一种或多种式（I)的烷基呋喃的方法来解决这一需求：
[0008]
[0009] 其中R1是H或C x烷基，其中x是等于或大于1的整数；并且其中R 2是C y烷基，其 中y是等于或大于1的整数。在一些实施方式中，#是(^烷基。
[0010] 在一些方面，方法包括使式（C-1)或（C-2)的亚胺与还原剂在催化剂的存在下反 应，以产生式（I)的烷基呋喃。式（C-1)或（C-2)的亚胺是：
[0011]
[0012] 其中：
[0013] R1 (如果存在）如式（I)中所定义；
[0014] Rla(如果存在）是Cxl烷基，其中x如式（I)中所定义，条件是当x是1时1^是 H；
[0015] R2fCyl烷基，其中y如式⑴中所定义，条件是当y是1时R 2fH;
[0016] m 是 0、1、2、3、4 或 5 ;并且
[0017] 各个R3 (如果存在）独立地为卤代基、烷基、卤代烷基、环烷基、烷氧基或-C (0) 〇-烷基。
[0018] 在一些实施方式中，方法还包括使式（A-1)或（A-2)的化合物与式（B)的苯胺反 应，以提供式（C-1)或（C-2)的亚胺。式（A-1)或（A-2)的化合物是：
[0019]
[0020] 其中：
[0021] R1如式⑴中所定义；
[0022] RlPR23(如果存在）各自如式（C-1)或（C-2)中所定义。式⑶的苯胺是：
[0023]
[0024] 其中：
[0025] m和R3如式（C-1)或（C-2)中所定义。
[0026] 在其他方面，提供用于制备上述式（I)的烷基呋喃的方法，其中该方法包括使式 (C-3)的亚胺与还原剂在催化剂的存在下反应，以产生式（I)的烷基呋喃。式（C-3)的亚胺 是：
[0027]
[0028] 其中：
[0029] R1如式⑴中所定义；
[0030] R2fH或Cyl烷基，其中y如式⑴中所定义，条件是当y是1时R 2fH;
[0031] m 是 0、1、2、3 或 4 ;并且
[0032] 各个R3独立地为卤代基、烷基、卤代烷基、环烷基、烷氧基或-C (0) 〇-烷基。
[0033] 在一些实施方式中，方法还包括使式（A-1)的化合物与式（B-1)的二氨基苯反应， 以提供式（C-3)的亚胺。式（A-1)的化合物是：
[0034]
[0035] 其中：
[0036] R1如式⑴中所定义；
[0037] 俨和1?&各自如式（C-3)中所定义。
[0038] 式（B-1)的二氨基苯是：
[0039]
[0040] 其中：
[0041] m和R3如式（C-3)中所定义。
[0042] 在其他的方面，提供用于制备烷基呋喃的混合物的方法，其中该混合物包含式 (I'）的烷基呋喃和式（I"）的烷基呋喃，且该方法包括使式（C-4)的亚胺与还原剂在催化 剂的存在下反应，以产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] 各个R1'和R1''独立地为H或Cx烷基，其中x在各次出现时独立地为等于或大于1 的整数；并且
[0046] 各个R2'和R2''独立地为Cy烷基，其中y在各次出现时独立地为等于或大于1的整 数。
[0047] 式（C-4)的亚胺是：
[0048]
[0049] 其中：
[0050] R1'如式（I'）中所定义；
[0051] r2'如式a"）中所定义；
[0052]R2a'是H或Cyi烷基，其中y如式（I'）中所定义，条件是当y是1时R2a'是H ;
[0053] R2a"是H或Cyi烷基，其中y如式（I "）中所定义，条件是当y是1时R2a"是H ;
[0054] m 是 0、1、2、3或4 ;并且
[0055] 各个R3独立地为卤代基、烷基、卤代烷基、环烷基、烷氧基或-C (0) 0-烷基。
[0056] 在一些实施方式中，方法还包括使包含式（A-1'）的化合物和式（A-1"）的化合物 的化合物混合物与式（B-1)的二氨基苯反应，以提供式（C-4)的亚胺。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'）中所定义；并且
[0060] R1''和R2a"如式（I"）中所定义。
[0061] 另外提供一种用于制备2, 5-二甲基呋喃的方法，通过使未取代的或取代的 ((5-甲基呋喃-2-基）亚甲基）苯胺与还原剂在催化剂的存在下反应来产生2, 5-二甲基 呋喃。
[0062] 另外提供一种用于制备2, 5-二甲基呋喃的方法，通过使未取代的或取代的双 ((5-甲基呋喃-2-基）亚甲基）苯-1，4-二胺与还原剂在催化剂的存在下反应以产生 2, 5-二甲基呋喃。
[0063] 提供一种组合物，其包含：本文所述的式（C-1)或式（C-2)的亚胺；还原剂；和催 化剂。在一些方面，提供一种组合物，其包含：未取代的或取代的（(5-甲基呋喃-2-基）亚 甲基）苯胺或者未取代的或取代的双（(5-甲基呋喃-2-基）亚甲基）苯-1，4-二胺；还原 剂；和催化剂。另外提供一种组合物，其包含：式（A-1)或（A-2)的化合物；和式⑶的苯 胺。
[0064] 提供一种组合物，其包含：本文所述的式（C-3)的亚胺；还原剂；和催化剂。在一 些方面，提供一种组合物，其包含：未取代的或取代的双（(5-甲基呋喃-2-基）亚甲基）二 氨基苯；还原剂；和催化剂。另外提供一种组合物，其包含：式（A-1)或（A-2)的化合物；和 式（B-1)的二氨基苯。
[0065] 提供一种组合物，其包含：本文所述的式（C-4)的亚胺；还原剂；和催化剂。另外 提供一种组合物，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。
【附图说明】
[0066] 本申请可以参考以下说明并结合附图而加以理解。
[0067] 图1示出由任选取代的（(5-甲基呋喃-2-基）亚甲基）苯胺产生2, 5-二甲基呋 喃的示意性反应路线。
[0068] 图2示出由5-甲基糠醛和任选取代的苯胺产生任选取代的（(5-甲基呋喃-2-基） 亚甲基）苯胺的示例性反应路线。
[0069] 图3示出由任选取代的N-(呋喃-2-基亚甲基）苯胺产生2-甲基呋喃的示例性 反应路线。
[0070] 图4示出由糠醛和任选取代的苯胺产生任选取代的N-(呋喃-2-基亚甲基）苯胺 的示例性反应路线。
[0071] 图5示出由任选取代的双（(5-甲基呋喃-2-基）亚甲基）二氨基苯产生2, 5-二 甲基呋喃的示例性反应路线。
[0072] 图6A示出由5-甲基糠醛和任选取代的二氨基苯产生任选取代的双（(5-甲基呋 喃-2-基）亚甲基）二氨基苯的示例性反应路线。
[0073] 图6B示出由5-甲基糠醛和糠醛以及任选取代的二氨基苯产生亚胺混合物的示例 性反应路线。
[0074] 图7示出由任选取代的双（呋喃-2-基亚甲基）苯-1，2-二胺产生2-甲基呋喃 的示例性反应路线。
[0075] 图8示出由糠醛和任选取代的二氨基苯产生任选取代的双（呋喃-2-基亚甲基） 苯-1，2-二胺和（呋喃-2-基亚甲基）苯-1，2-二胺的示例性反应路线。
【具体实施方式】
[0076] 以下描述列出示例性的方法、参数等。但应当认识到，这些描述无意作为对本公开 内容范围的限定，而是提供为示例性实施方式的说明。
[0077] 如在本说明书中所用，以下词语、短语和符号通常意在具有以下列出的含义，除非 在其使用的上下文另外指出的程度例外。
[0078] 不在两个字母或符号之间的短线用来指示取代基的连接点。例如，_0CH3 通过氧原子连接。
[0079] "烷基"是指直链的或支化的饱和烃链。在一些实施方式中，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 个碳原子（即Q :。烷基）、1-10个碳原子（即C : 9烷基）、1-8个碳原子（即C : s烷基）、1-7 个碳原子（即Q 7烷基）、1_6个碳原子（即C : 6烷基）、1_5个碳原子（即C : 5烷基）、1-4 个碳原子（即Q 4烷基）、1-3个碳原子（即C : 3烷基）、1-2个碳原子（即C : 2烷基）或1 个碳原子（即Q烷基）。烷基的例子包括甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、仲丁基、叔丁 基、正戊基、2-戊基、异戊基、新戊基、己基、2-己基、3-己基和3-甲基戊基。在命名具有特 定碳原子数的烷基残基时，所有具有该碳数的几何异构体均可以包括其中；因此，例如，"丁 基"可以包括正丁基、仲丁基、异丁基和叔丁基；"丙基"可以包括正丙基和异丙基。
[0080] "环烷基"是指环状烷基。在一些实施方式中，如本文所用的环烷基，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个环碳原子（即C31。环烷基）、3-9个环碳原子（即C 39环烷 基）、3-8个环碳原子（即C3 s环烷基）、3-7个环碳原子（即C 3 7环烷基）、3-6个环碳原子 (即C3 6环烷基）或5个环碳原子（即C 5环烷基）或6个环碳原子（即C 6环烷基）。环烷 基的例子包括环丙基、环丁基、环戊基和环己基。
[0081] "烷氧基"是指基团烷基"。烷氧基的例子可以包括甲氧基、乙氧基、正丙氧 基、异丙氧基、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] "卤代基"可以包括，例如，氟代、氯代、溴代和碘代；且术语"卤素"包括氟、氯、溴 和碘。"卤代烷基"是指如上文所定义的直链或支链烷基，其中一个或多个氢原子被卤素取 代。例如，当残基被多于一个卤素取代时，其可以通过使用与所连接卤素部分的数目对应的 前缀称呼。例如，二卤代烷基或三卤代烷基是指被两个（"二"）或三个（"三"）卤代基团 取代的烷基，这些卤代基团可以是，但并不必需是相同的卤素；因此，例如， -CHFC1在二齒 代烷基的范围内。卤代烷基的其他例子包括二氟甲基（_CHF2)和三氟甲基（_CF 3)。
[0083] 通讨亚胺还原制备烷基呋喃的方法
[0084] 本文提供通过亚胺还原反应来制备烷基呋喃的方法。烷基呋喃可以包括2, 5-二 烷基呋喃、2-烷基呋喃或其任意组合。
[0085] 例如，参考图1，过程100是由亚胺102 (即任选取代的（(5-甲基呋喃-2-基）亚 甲基）苯胺）制备2, 5-二甲基呋喃110的示例性反应路线。关于亚胺102, m可以是0、 1、 2、3、4或5,且各个R3 (如果存在）可以独立地为卤代基、烷基、卤代烷基、环烷基、烷氧基 或-C (〇)〇-烷基。
[0086] 亚胺102可以在钯催化剂106和溶剂108的存在下与氢104反应，生成2, 5-二 甲基呋喃110和任选取代的苯胺112。如图1的示例性反应所示，钯催化剂106是钯在碳 上（Pd/C)，溶剂108是乙酸。但应当理解到，在其他示例性实施方式中，可以使用其他的催 化剂和溶剂，如下文进一步详述。此外，在其他的示例性实施方式中，过程100可以无溶剂 (neat)进行，即在没有溶剂108的情况下进行。
[0087] 本文所述方法中所使用的亚胺102可以是市售可得的。亚胺102也可以由糠醛 化合物或其衍生物制备而来。例如，参考图2,可以将5-甲基糠醛202和任选取代的苯胺 204在高温下合并，生成用作过程100(图1)中的起始原料的亚胺102。应当理解到，过程 200 (图2)中使用的苯胺204可以是与过程100 (图1)中产生的苯胺112相同的化合物，因 为苯胺材料可以由过程1〇〇(图1)的亚胺还原反应而再生。
[0088] 在另一例子中，参考图3,过程300是由亚胺302 (即任选取代的N-(呋喃-2-基 亚甲基）苯胺）制备2-甲基呋喃310的示例性反应路线。关于亚胺302, m可以是0、1、 2、 3、4或5,并且各个R3 (如果存在）可以独立地为卤代基、烷基、卤代烷基、环烷基、烷氧基 或-C (〇)〇-烷基。
[0089] 亚胺302可以在钯催化剂306和溶剂308的存在下与氢304反应，生成2-甲基呋 喃310和任选取代的苯胺312。如图3的示例性反应所示，钯催化剂306是在碳上的钯（Pd/ 0,且溶剂308是乙酸。但应当理解到，在其他的示例性实施方式中，可以使用其他的催化 剂和溶剂，如下文进一步详述。此外，在其他的示例性实施方式中，过程300可以无溶剂进 行，即在没有溶剂308的情况下进行。
[0090] 本文所述的方法中使用的亚胺302可以是市售可得的。亚胺302也可以由糠醛化 合物或其衍生物制备。例如，参考图4,可以将糠醛402和任选取代的苯胺404在升高温度 下合并，生成用作过程300 (图3)中的起始原料的亚胺302。应当理解到，过程400 (图4) 中使用的苯胺404可以是与过程300 (图3)中产生的苯胺312相同的化合物，因为苯胺材 料可以由过程300(图3)的亚胺还原反应而再生。
[0091] 在另一例子中，参考图5,过程500是由亚胺502(即任选取代的双（(5-甲基呋 喃-2-基）亚甲基）二氨基苯）制备2, 5-二甲基呋喃510的示例性反应路线。关于亚胺 502,m可以是0、1、2、3或4,并且各个R3 (如果存在）可以独立地为卤代基、烷基、卤代烷基、 环烷基、烷氧基或-C (0) 0-烷基。
[0092] 亚胺502可以在钯催化剂506和溶剂508的存在下与氢504反应，生成2, 5-二甲 基呋喃510和任选取代的二氨基苯512。如图5的示例性反应所示，钯催化剂506是在碳上 的钯（Pd/C)，且溶剂508是乙酸。但应当理解到，在其他的示例性实施方式中，可以使用其 他的催化剂和溶剂，如下文进一步详述。此外，在其他示例性实施方式中，过程500可以无 溶剂进行，即在没有溶剂508的情况下进行。
[0093] 本文所述的方法中使用的亚胺502可以是市售可得的。亚胺502也可以由糠醛化 合物或其衍生物制备。例如，参考图6A，可以将5-甲基糠醛602和任选取代的二氨基苯604 在升