由thf-二醇合成二酸、二醛、或二胺的制作方法
【专利说明】由THF-二醇合成二酸、二醇、或二胺
[0001] 优先权要求
[0002] 本申请要求于2013年10月17日提交的美国临时申请号61 /891，928的优先权。 发明领域
[0003] 本申请的技术领域设及作为单体在聚合物合成中并且一般作为中间体有用的环 状双官能材料，并且设及制备此类材料所用的方法。特别地，本发明设及由可再生的生物质 资源合成腊类、簇酸类、醒类、和胺类。
[0004] 背景
[000引近年来，随着石油资源变得越来越稀缺并且昂贵，对于已经由基于石油或化石的 控常规地制备的环状双官能材料的基于可再生资源的替代品的兴趣已经增加。作为丰富的 生物基或可再生资源，碳水化合物代表一种用于生产此类材料的可行的替代原料。生物质 含有可W由可再生的控源转化为增值产品的碳水化合物或糖(即，己糖和戊糖）。
[0006] 近年来，研究人员已经将其努力指向发现用于将生物质转化为用于各种通用的有 机化学平台的可持续原料的有效方法。当考虑到可能的下游化学处理技术时，糖转化为增 值化学品是非常重要的。近来，因为实现可持续能源供应和化学品生产的可能性，所W从糖 生产巧喃衍生物在化学中已经变得激动人屯、。
[0007] 作为一种易于由碳水化合物制备的重要的中间体物质，化合物5-巧圣甲基)-巧喃- 2-甲醒(HMF)例示了一种多层面的基质。HMF是一种用于形成各种巧喃环衍生物的合适的起 始材料，运些衍生物是用于化学合成的中间体，并且作为通常从石油资源获得的基于苯的 环化合物的潜在替代物。在大规模制造工艺中的最新发展已经容许HMF成为更可商购的。此 进展提供了制造各种次级或衍生物产品的机会，运可W增加增值化合物的潜能而不带来过 度的成本。HMF，然而，除了作为一种制备衍生物的来源，自身作为化学品具有有限的用途。 此外，HMF本身相当不稳定，并且随着长时间的储存倾向于聚合和或氧化。由于HMF本身的不 稳定性和有限的应用，研究已经拓宽到包括多种HMF衍生物的合成和纯化。
[000引HMF A的催化完全还原(氨化），如在方案1中所描绘的，在溫和的条件下产生呈90: 10顺式:反式非对映异构混合物的THF-二醇，也W其IUPAC名称熟知：（（2R，5S)-四氨巧喃- 2,5-二基）二甲醇B和（（2S，5S)-四氨巧喃-2,5-二基）二甲醇C(共同地视为2,5-双径甲基- 四氨巧喃(在此又称为bHMTHF))。
[0009] 方案1.来自HMF的还原的細MTHF B和C。
[0010]
[0011] 地MTHF是当被改性时可W充当各种各样的结构类似分子的替代物的通用分子，运 些结构类似分子已经常规地源自于基于石油的来源。
[0012] 迄今为止，对于使用地MTHF的化学衍生物的研究已经部分地由于运些化合物的很 大成本和相对缺乏(例如，商业上每克约$200)而受到有限的关注。最近，对于发掘bHMTHFW 及它们的衍生化合物的潜能的方式出现一种需要，因为运些化学实体作为用于制备聚合 物、溶剂、添加剂、润滑剂、W及增塑剂等的有价值的乙醇酸前体已经受到关注。此外， 地MTHF的固有的、不变的手性使得运些化合物作为用于药物应用的潜在物种或在不对称有 机合成的新兴手性助剂领域中的候选物是有用的。鉴于运些潜在用途，可W从bHMTHF合成 衍生物的一种有成本效益的且简单的方法作为更好地利用生物质衍生的碳资源的方式同 样将受到工业和专用化学品两者的制造商欢迎。
【发明内容】
[0013] 本披露部分地描述了一种用于合成环状双官能分子的氧化产物例如酸和醒、或其 他衍生物产物例如胺和腊的简单且简洁的化学方法，运些环状双官能分子由可再生的、生 物基来源如HMF和/或其还原产物2，5-双巧圣甲基)-四氨巧喃(地MTHF)制成。总体上，该方法 包括:a)使用一种横酸醋将地MTHF衍生化W便产生四氨巧喃-2,5-二基-双(亚甲基)-双(横 酸醋）;b)用一种亲核体从该四氨巧喃-2,5-二基-双(亚甲基)-双(横酸醋)取代至少横酸醋 离去基团；并且C)用一种具有含0的地a的强的布朗斯特酸完全水解W便产生二酸，或者d) 部分还原W便产生二醒，或者e)完全还原W便产生二胺。
[0014] 在另一方面，本发明的概念还包括不同的顺式和反式异构的前体或中间体，W及 本发明的方法的产品：
[001引当该横酸醋离去基团的亲核取代中使用氯化物时，产生THF-2,5-二乙腊:2,2'- ((2R，5S)-四氨巧喃-2,5-二基)二乙腊A和2,2'-((25,55)-四氨巧喃-2,5-二基)二乙腊8:
[0016]
[0017]当用酸氧化THF-2，5-二乙腊时，产生THF-2，5-二乙酸:2，2 '-((2R，5S)-四氨巧喃- 2.5- 二基)二乙酸A、和2,2'-((25,55)-四氨巧喃-2,5-二基)二乙酸8:
[001 引
[0019] 当选择性地还原THF-2,5-二乙腊时，产生THF-2,5-二乙醒:2,2'-((23,55)-四氨 巧喃-2,5-二基)二乙醒A、和2,2'-((25,55)-四氨巧喃-2,5-二基)二乙醒8:
[0020]
[0021 ] 当完全还原THF-2，5-二乙腊时，产生THF-2，5-二乙胺:2，2 ' -((2R，5S)-四氨巧喃- 2.5- 二基)二乙胺A、和2,2'-((25,55)-四氨巧喃-2,5-二基)二乙胺8:
[0022]
[0023] 本发明纯化方法的另外的特征和优点将披露于W下详细说明中。应理解的是上述 概述W及W下详细说明和实例都仅代表本发明，并且旨在提供理解如所要求的本发明的概 述。
[0024] 发明详述 [002引部分I.-说明
[0026] 本发明的合成方法为从THF-二醇潜在工业、大量生产1)氧化产物、2)部分地还原 的产物、或3)完全还原的产物开辟了一条新途径。总体上，用于不同产物的整个制备方法设 及一个Ξ步反应顺序。对于该产品合成的每一种常见的是，前两个反应步骤由THF-二醇产 生二乙腊变体。第Ξ个反应步骤可W依赖于希望的产物而改变;特别地，当氧化二乙腊物种 时，产生对应的二乙酸物种；当部分或选择性地还原二乙腊时，产生对应的二醒物种;并且 当全部或完全还原二乙腊物种时，制备对应的二乙胺物种。
[0027] 例如，根据氧化产物的一个实施例，如在方案2中说明的，THF-二醇首先通过横化 来衍生化;其次，使所产生的二横酸醋与亲核体反应，该亲核体取代横酸醋离去基团；并且 第Ξ，氧化或部分还原所产生的二腊W便分别产生二酸或二醒。该方法在相对溫和的条件 (例如，依赖于试剂，约-20°C或-10°C至约150°C)下进行，并且产生THF-二醇至对应的酸或 醒的超过50 %或60 %转化率的良好产率。
[002引方案2.-氧化产物合成方法
[0029]
[0030] 在方案2中还示出的另一个实施例中，遵循前两个反应步骤，当二腊物种被完全还 原时，制备二胺。方案3说明了此完全还原步骤。该方法产生了超过50%的显著产率的二胺 物种。
[0031] 方案3.-二胺合成
[0032]
[0033] 该THF-二乙腊物种是对应的THF-二乙酸、THF-二乙醒、或THF-二胺的通用前体。特 别地，运些产生的化合物可W是例如:a)2,2'-((2R，5S)-四氨巧喃-2,5-二基)二乙酸和2， 2'-((2S，5S)-四氨巧喃-2,5-二基)二乙酸，（共同地，THF-2,5-二乙酸）；b)2,2'-((2R，5S)- 四氨巧喃-2,5-二基）二乙醒和2,2'-((2S，5S)-)-四氨巧喃-2,5-二基）二乙醒（共同地， THF-2,5-二乙醒）；或c)2,2'-((2R，5S)-四氨巧喃-2,5-二基)二乙胺和2,2'-((2S，5S)-)- 四氨巧喃-2,5-二基)二乙胺(共同地，THF-2,5-二胺）。
[0034]设想运些产生的化合物中的每一种可W充当化学平台或原料；即，在各种应用中 有用的结构单元，如聚合物合成，或作为前体用于各种其他化学和工业材料。运些前体的固 定的手性中屯、也是有吸引力的特征。随着运些类似物作为增值化学品获得更多的吸引力， 将有可能进一步研究其新的衍生物、Ξ级产物W便掲示具有工业潜能的独特的特性。
[003引 A.横化
[0036] 为了在本发明的制备方法的横化反应中产生地MTHF的二横酸醋，可W使用各种横
酸醋，包括但不限于，甲横酸醋（甲烧横酸醋）， .Ξ氣甲 5： 横酸醋氣甲烧横酸醋）
，甲苯横酸醋（对甲苯横酸 醋）、
.乙横酸醋（乙烧横酸醋）、
苯石黄酸醋（besylate)(苯礦酸醋（benzenesulfonate))、
W及其他烷基和芳基横酸醋物种而没有限制。
[0037] 作为最强大的离去基团，Ξ氣甲横酸醋(TfO)是更优选的。运种反应呈现了比较快 的动力学并且产生一种活化的Ξ氣甲横酸络合物。通常在小于〇°C(例如，典型地约-10°C 或-12°C至约-20°C或-25°C)的低溫下进行该反应，W便更容易地控制反应动力学。运种反 应基本上是不可逆的，因为所释放的Ξ氣甲横酸醋基完全是非亲核的。然后该Ξ氣甲横酸 络合物与地MTHF容易地反应，形成一种地MTHF-S氣甲横酸醋，同时伴随亲核碱（例如，喀 晚、二甲基-氨基化晚、咪挫、化咯烧、和吗嘟）的释放和质子化。
[0038]