用无机酸和表面活性剂制备高产率糖醇缩醛的方法

专利名称：用无机酸和表面活性剂制备高产率糖醇缩醛的方法
技术领域：
本发明涉及一种在无机酸和至少一种含有至少一个链长为6个碳的侧基的表面活性剂存在下，通过未取代或取代的苯甲醛与糖醇(如山梨糖醇、木糖醇和核糖醇)反应，制备糖醇缩醛，如二亚苄基山梨糖醇、单亚苄基山梨糖醇及其类似物的方法。此反应提供一种成本有效，相对安全的方法，它给出糖醇缩醛产物的卓越高产率，特别是迄今为止由于工艺限制还没能容易得到的那些，这些产品包括双(5-亚2，3-二氢化茚基)山梨糖醇。此外，这类专门反应也是制备某些可以容易地从形成的其它异构体分离的化合物的公知方法。而且，此方法也促进以可接受的产率生产某些不对称糖醇缩醛化合物和组合物。这些糖醇缩醛可用作成核剂和澄清剂用于如聚烯烃配制剂和制品。
现有技术背景以下讨论的所有美国专利文献和其它公开文本在此完整引入作为参考。
已经发现二亚苄基山梨糖醇(“DBS”)、取代的DBS，例如可以用烷基取代的芳香醛制备，以及相关的缩醛可在聚烯烃树脂、聚酯类树脂、除臭剂、和防汗剂组合物；烃类燃料；废液，尤其是含有有机杂质的那些；和油漆中用作成核剂、澄清剂、胶凝剂、操作助剂和强度改性剂。
糖醇缩醛，如DBS衍生化合物，一般通过芳香醛与多元醇，例如但不限于山梨糖醇、木糖醇和核糖醇及其类似物的缩合反应制备。对于DBS结构，这类反应包括2摩尔醛和1摩尔醇。适当的方法的例子可以在Uchiyama的U.S.4,267,110；Murai等人的U.S.3,721,682；Murai等人的U.S.4,429,140；Machell的U.S.4,562,265；Kobayashi等人的U.S.4,902,807；Salome等人的U.S.5,023,354；和Scrivens等人的U.S.专利5,731,474中看到。
遗憾的是，这些现有反应方法全都在更宽范围的反应中具有使用上的显著缺陷。Uchiyama所教导的第一种方法仅用于制备有限的未取代苯甲醛类型的DBS化合物。这类方法通用性的缺乏严重限制了其在不同DBS化合物制备方法中的应用。溶剂为基础的体系已经开发了DBS形成上的更高产率和更大通用性，例如，在Murai等人、Scrivens等人和Kobayashi等人的专利中，其全部涉及制备未取代的、单取代的或双取代的二亚苄基山梨糖醇的反应。虽然这些反应在产生高产率、高纯度DBS化合物上非常有效，但是所需的溶剂非常昂贵，进行必要混合所需要的能量和高温要求也是很昂贵的。在减少这类溶剂的花费中，已经开发了低温含水方法，如在Machell和Salome等人的专利中所述。Machell需要使用无机酸作为缩醛作用的单独催化剂；Salome等人专门从他们的方法中排除了任何无机酸，相反仅依靠相对大量的芳基磺酸催化剂的存在来进行苯甲醛和糖醇化合物的缩醛作用。因此Machell需要大量无机酸而Salome等人需要昂贵的芳基磺酸化合物(如对甲苯磺酸、萘磺酸及其类似物)。但是更重要的是，现在已经发现这两种方法中存在需要改进的关键问题。比如，现在如Machell仅使用酸或如Salome等人仅使用芳基磺酸作为缩醛作用催化剂的现有应用已经被很多理由证明非常困难。由于缺少足够量的催化剂与反应体本身的接触以实现结合从而进行缩醛作用，显然仅使用酸的Machell方法缺少制备高度取代的DBS衍生物的效力，而且没有意欲限于任何特定科学理论。在过去，这类无机酸被证明是未取代的或某些最低程度取代的苯甲醛(如对甲基苯甲醛)的唯一卓越催化剂。显然双取代的苯甲醛和上述那些是比较疏水的，因此不能在含水酸配制剂中很好地溶解。在这种情况下，由于在三个组分(如酸、苯甲醛和糖醇)间缺少有效接触，双取代(或更高级取代)的苯甲醛和糖醇的催化作用几乎不存在。另一方面，苯甲醛和对甲基苯甲醛在这类含水酸配制剂中是很好溶解的，因而更容易接触酸催化剂，从而允许更加有效的高产率糖醇缩醛作用。因此，从通用性角度看，虽然无机酸是缩醛作用方法中的最佳催化剂，但是仅使用它会由于溶解度问题而不能与某些反应体有效接触。Salome等人的方法需要大量非常昂贵的芳基磺酸化合物(Salome等人需要苯甲醛对芳基磺酸的摩尔比率至少为1∶0.6)在反应混合物中作为单独催化剂。虽然这类大量芳基磺酸催化剂已经证明对苯甲醛和糖醇的某些反应有效，花费以及缺少通用性两者的结合从大规模的工业生产角度看是有问题的。单独的芳基磺酸或不能充分接触(如与对甲苯磺酸)或不是足够强的单独酸催化剂以在反应混合物中以低浓度为不同苯甲醛反应体提供更大通用性所需的反应性。因此，这类芳基磺酸的成本，由于相对较高且与更有效的无机酸相比极其高，对使用者造成了相当大的经济上的问题。
很明显，使用比较便宜的在较少量下是较好催化剂的无机酸，从成本角度考虑是优选方法；但是通用性的缺乏是这类方法广泛应用和有效性的阻碍。两个教导所给出的产率是可接受的，但是制备不同DBS化合物的大量变体的通用性存在问题。需要的是提供一种方法，它不仅允许制备标准对甲基二亚苄基山梨糖醇(MDBS)、3，4-二甲基二亚苄基山梨糖醇(DMDBS)和二亚苄基山梨糖醇(DBS)，还允许制备其它至今完全不可能制备或至少不能得到任何可接受的产率和/或纯度的化合物。作为一些例子，1，32，4-双(5-亚2，3-二氢化茚基)山梨糖醇不能作为产物得到，这是由于制备这类化合物缺乏在工业规模上的可接受产率或没有使用过量活性苯甲醛的需要。已知这类化合物在聚丙烯配制剂中具有卓越的澄清和核化优势，但还是由于缺乏大规模可靠实用性所需的有效制备方法而不容易在这类市场中应用。而且，其它类型的化合物，如某些对称化合物[如1，32，4-双(3-乙基-4-甲基亚苄基)山梨糖醇和1，32，4-双(3，4-二乙基亚苄基)山梨糖醇]由于存在异构体和/或不容易从所需化合物中除去或分离的反应混合物添加剂而不能作为纯产物得到。由于缺少通用性、成本问题、潜在腐蚀性，或这三者全部，以上所列和讨论的方法被证明在DBS生产工艺中不能有效提供所需进展。没有任何进一步的教导或客观建议，扩展到其它DBS化合物领域来发展替代品以及更加专门的聚烯烃成核和/或澄清市场和产品受到阻碍。因此，需要发展一种方法来促进标准和新型糖醇缩醛衍生物化合物的高产率、可靠的、通用的、成本有效的、和安全的制备。至今还是，虽然一些允许制备有限类型的DBS化合物的方法确实存在、或提供一些通用性，但是在相当大的成本有效性上，几乎没有有效的替代来扩大生产大量这类糖醇缩醛衍生物的能力。
发明目的因此，本发明的一个目的是提供一种方法，一种用于制备高产率的糖醇缩醛衍生物化合物，最明显的是不限制于对称和不对称DBS化合物的高度通用的方法。本发明的另一个目的是提供一种高度有效的方法，它制备特别是在大规模方法中至今未能以高产率制备而不引起成本和/或安全方面的潜在问题的化合物。本发明的另一个目的是提供一种方法，它还允许制备单缩醛衍生物和不对称二亚苄基化合物。另外，本发明的目的是提供制备糖醇缩醛衍生物化合物的方法，它允许使用任何类型的表面活性剂组分从而促进在广泛基础上使用此方法并允许使用者在选择反应组分上具有更高通用性和更低限制。
发明详述因此，本发明包括一种制备糖醇缩醛衍生物化合物的方法，该方法包括至少一种芳香苯甲醛与至少一种糖醇在水、至少一种无机酸和至少一种表面活性剂的存在下反应。另外，本发明包括一种制备糖醇缩醛衍生物化合物的方法，该方法包括至少二分之一摩尔至少一种芳香苯甲醛与至少一摩尔糖醇在水、至少一种无机酸、和至多0.01摩尔(对应于存在的苯甲醛的量)表面活性剂存在下反应。这些方法的实际反应混合物也包含在本发明中。
现已发现向反应混合物中加入少摩尔量的长链表面活性剂可以通过苯甲醛和糖醇组分的无机酸催化得到缩醛糖醇衍生物更有效的产率。另外，本发明的方法也允许调节溶解度、无机酸的量和/或浓度的可能减少以实现更加环保、安全的反应。
任何糖醇缩醛衍生化合物可以通过本发明的方法制备，包括作为优选的但非限定类型的糖醇缩醛化合物的DBS化合物。通过本发明的方法制备的专门DBS衍生物包括(仅作为例子)1，32，4-二亚苄基山梨糖醇；1，32，4-双(对甲基亚苄基)山梨糖醇；1，32，4-双(对氯亚苄基)山梨糖醇；1，32，4-双(2，4-二甲基二亚苄基)山梨糖醇；1，32，4-双(对乙基亚苄基)山梨糖醇，缩写为EDBS；1，32，4-双(3，4-二甲基二亚苄基)山梨糖醇，缩写为3，4-DMDBS；1，32，4-双(3，4-二乙基亚苄基)山梨糖醇；1，32，4-双(3-乙基4-甲基亚苄基)山梨糖醇；1，32，4-双(4氯-3-甲基亚苄基)山梨糖醇；1，32，4-双(3-氯-4-甲基亚苄基)山梨糖醇；1，32，4-双(3-溴-4-异丙基亚苄基)山梨糖醇；1，32，4-双(3-溴-4-甲基亚苄基)山梨糖醇和1，32，4-双(3-溴-4-乙基亚苄基)山梨糖醇。其它化合物包括单缩醛衍生物，例如但不限于2，4-单(3，4-二甲基亚苄基)山梨糖醇、2，4-单(4-氟-3-甲基亚苄基)山梨糖醇及其类似物(例如不是2摩尔而是1摩尔芳香醛与糖醇反应)和三缩醛(如3摩尔芳香醛与1摩尔糖醇)。此外，可以制备不对称化合物，例如，但不限于1，3-O-(3，4-二氯亚苄基)2，4-O-(3，4-二甲基亚苄基)山梨糖醇、1，3-O-(3，4-二氟亚苄基)2，4-O-(3，4-二甲基亚苄基)山梨糖醇、1，3-O-(3，4-二氯亚苄基)2，4-O-(3，4-二甲氧基亚苄基)山梨糖醇、1，3-O-(3，4-二氯亚苄基)2，4-O-(5-亚2，3-二氢化茚基)山梨糖醇、1，3-O-(4-硝基亚苄基)2，4-O-(3，4-二甲基亚苄基)山梨糖醇、和1，3-O-(4-硝基亚苄基)2，4-O-(3，4-亚甲二氧基亚苄基)山梨糖醇、1，3-O-(4-氟-3-甲基亚苄基)2，4-O-(3，4-二甲基亚苄基)山梨糖醇、1，3-O-(3，4-二甲基亚苄基)2，4-O-(4-氟-3-甲基亚苄基)山梨糖醇、1，3-O-(4-氟-3-甲基亚苄基)2，4-O-(3-氟-4-甲基亚苄基)山梨糖醇、1，3-O-(3-氟-4-甲基亚苄基)2，4-O-(4-氟-3-甲基亚苄基)山梨糖醇、1，3-O-(4-氟-3-甲基亚苄基)2，4-O-(4-氯亚苄基)山梨糖醇、1，3-O-(4-氯亚苄基)2，4-O-(4-氟-3-甲基亚苄基)山梨糖醇、1，3-O-(4-氯-3-甲基亚苄基)2，4-O-(3-氯-4-甲基亚苄基)山梨糖醇、1，3-O-(3-氯-4-甲基亚苄基)2，4-O-(4-氯-3-甲基亚苄基)山梨糖醇、1，3-O-(4-氟-3-甲基亚苄基)2，4-O-(5’，6’，7’，8’-四氢-2-亚萘基)山梨糖醇、1，3-O-(5’，6’，7’，8’-四氢亚萘基)2，4-O-(4-氟-3-甲基亚苄基)山梨糖醇、1，3-O-(4-氯-3-甲基亚苄基)2，4-O-(5’，6’，7’，8’-四氢-2-亚萘基)山梨糖醇、1，3-O-(5’，6’，7’，8’-四氢亚萘基)2，4-O-(4-氯-3-甲基亚苄基)山梨糖醇、1，3-O-(3-溴-4-乙基亚苄基)2，4-O-(3，4-二甲基亚苄基)山梨糖醇、1，3-O-(3-溴-4-异丙基亚苄基)2，4-O-(3，4-二甲基亚苄基)山梨糖醇、1，3-O-(3-溴-4-甲基亚苄基)2，4-O-(3，4-二甲基亚苄基)山梨糖醇、1，3-O-(4-氯亚苄基)2，4-O-(3-溴-4-异丙基亚苄基)山梨糖醇、1，3-O-(4-叔丁基亚苄基)2，4-O-(3，4-二甲基亚苄基)山梨糖醇、1，3-O-(3，4-二甲基亚苄基)2，4-O-(叔丁基亚苄基)山梨糖醇、1，3-O-(3，4-二甲氧基亚苄基)2，4-O-(3，4-二甲基亚苄基)山梨糖醇、1，3-O-(3，4-二甲基亚苄基)2，4-O-(3，4-二甲氧基亚苄基)山梨糖醇、1，3-O-(3，4-亚甲二氧基亚苄基)2，4-O-(3，4-二甲基亚苄基)山梨糖醇、1，3-O-(3，4-二甲基亚苄基)2，4-O-(3，4-亚甲二氧基亚苄基)山梨糖醇、1，3-O-(4-异丙基亚苄基)2，4-O-(3，4-二甲基亚苄基)山梨糖醇、1，3-O-(3，4-二甲基亚苄基)2，4-O-(4-异丙基亚苄基)山梨糖醇、1，3-O-(3，4-二甲基亚苄基)2，4-O-(2-萘基亚苄基)山梨糖醇、和1，3-O-(2-萘基亚苄基)2，4-O-(3，4-二甲基亚苄基)山梨糖醇。
这类二缩醛化合物，以及任何类型的DBS体系，可以通过2摩尔芳香醛和1摩尔多元醇的缩合反应制备。醛和多元醇通常在反应混合物中分别以1∶1到4∶1，优选1.5∶1到2.5∶1的比率提供。芳香醛为单环或含有至少一个不饱和烃环的稠合双环醛，且包括苯甲醛、萘醛、5-甲酰茚满和6-甲酰-1，2，3，4-四氢化萘。芳香醛可以是未取代的或有1到5个选自C1-6烷基、C1-6烷氧基、羟基、卤素、C1-6烷基硫代基、C1-6烷基次硫酸基、与不饱和烃环上的相邻碳原子形成碳环的C3-5亚烷基、羧基、(C1-C20烷氧基)羰基、(C1-C20烷氧基)乙氧基羰基、(C1-C12烷基)苯基、卤代苯基、(C1-C12烷氧基)苯基、(C1-C12烷氧基)乙氧基乙氧基羰基和(C1-C12烷氧基)乙氧基乙氧基乙氧基羰基、亚甲二氧基(如胡椒醛)的取代基或任何亚苄基可以是聚苯(如萘基)。优选芳香醛选自未取代的苯甲醛，含有1到3个选自C1-4烷基、卤素和与不饱和烃环上的相邻碳原子形成碳环的C3-5亚烷基的取代基的苯甲醛，包括对甲基、对乙基、2，4-二甲基、3，4-二甲基和2，4，5-三甲基苯甲醛，5-茚满醛和5’，6’，7’，8’-四氢-2-萘醛或与上述不对称或单缩醛化合物对应的任何苯甲醛。当然，为了制备主要的单缩醛化合物，糖醇对苯甲醛的摩尔比率必须为1∶1而三缩醛通常需要约1∶3的摩尔比率可以提供芳香醛的混合物，这会造成含有相同或不同芳香组分的二缩醛的分布，分别相当于对称和不对称二缩醛。通常芳香醛与多元醇反应形成1∶3和2∶4位的缩醛。本发明的范围还包括通过3摩尔芳香醛与1摩尔含有6个或更多个羟基的多元醇的缩合反应形成的三缩醛。三缩醛通常在醇的1∶3、2∶4和5∶6位形成。
多元醇含有5个或更多个羟基。通式HOCH2(CHOH)nCH2OH其中n＝3-5表示的糖醇已经被发现特别有用。优选多元醇是五元或六元醇，最优选木糖醇或山梨糖醇。多元醇可以以固体、熔融液体或水溶液的形式加到反应混合物中。
本发明的反应介质是水，但少量其它溶剂(如醇、苯及其类似物)也可以作为微量杂质存在。虽然在本发明中优选使用前将水去离子，但水还可以包括其它组分如盐(如氯化物、硫酸盐及其类似物)。本发明的方法的含水特性因此提供了一种成本有效的方法(使用这类大量、便宜、可重复使用的原材料)，它操作和使用安全。
无机酸主要选自氢酸(hydroacids)，例如，但不限于，盐酸、硫酸、磷酸、氢氟酸、氢溴酸、氢碘酸、亚硫酸、碳酸、亚磷酸及其类似物。这类组分用作实际催化剂来进行糖醇主链的缩醛作用。虽然这类酸可以浓缩成许多浓度使用，也已经发现不仅较低浓度组合物获得较安全的反应(如，但不限于，从5-7，更优选约6-6.5M的HCl浓度替代12M HCl)，而且从缩醛糖醇产物产率角度来看更有效的反应也是能够得到的。虽然这样的浓度减少对不对称DBS化合物也同样有利，但这个现象在形成对称DBS化合物中更明显。
如上所述，在本发明的反应混合物中反应体的催化作用高度取决于催化剂实际接触并因此在混合物本身的组分间进行催化的能力。含水酸体系中组分的溶解度因此是极其重要的；催化剂和组分间越完全的混合(因而更多接触)可以更有效得到更高产率缩醛糖醇产物。本发明的反应中的表面活性剂组分因此对于实行所需高产率、高纯度结果也是极其重要的。适用于这类反应的表面活性剂类型实际上没有限制，可以调整来用于某些场合，包括但不限于，苯甲醛在含水酸反应混合物中的溶解度、环境考虑、操作问题、成本、适用性、与其它组分的相容性及其类似情况。因此可能的表面活性剂是性质为阴离子型、阳离子型、两性型、两性离子型和非离子型的那些。一种以上这类表面活性剂的组合物也可以用于本发明的方法。对于本发明，宽范围的表面活性剂意欲包括任何含长碳链(如6个或更多个碳)化合物，且含有侧基，例如，但不限于羟基、烷氧基、羧酸盐或酸、磺酸或磺酸盐、季铵类、磷鎓、膦酸和膦酸酯及其类似物。至于阴离子型的，更专门的类型可以是磺酸盐，包括长链取代的芳基磺酸及其类似物；阳离子型的包括季铵盐、磷鎓盐、质子化的长链胺及其类似物；非离子型包括长链取代的酚类、烷氧基化烷和烯、长链烷基胺，包括十八烷基酚及其类似物。加入到本发明的反应和本发明的反应混合物中的这类表面活性剂的量与加入的苯甲醛的量相关。
加入的苯甲醛和表面活性剂的摩尔比率为约1∶0.1-约1∶0.000001；优选为约1∶0.05-约1∶0.0001；更优选为约1∶0.02-约1∶0.00005；最优选在约1∶0.01和1∶0.0005之间。在这种情况下，苯甲醛的加入量根据与糖醇组分的所需摩尔量相关联的所需缩醛糖醇产物类型(单、二、或三缩醛)确定。要加入的含水酸的量要为所存在的苯甲醛和糖醇的总量的约1-5倍，而浓度根据所用的酸是约2M-18M之间的任意浓度。
反应通常在室温下进行，但是也可以接着进行一些加热。一些酸还与水反应放热(如硫酸)从而在体系本身内产生一些内热。所有组分可以在最初混合在一起，或者表面活性剂和酸可以首先混合(如果需要可以加热)，然后加入反应体。反应时间可以是从几分钟(如10分钟，作为一个非限定性的例子)到几天(如48小时，作为一个非限定性的例子)的任意时间，这取决于批量大小和存在的酸催化剂的量。通常反应时间从约8小时-约48小时，更优选从约8小时-约36小时就足够制备所需的高产率缩醛糖醇衍生物。在生产中通常形成固体沉淀物并中和至pH为约6-约9.5，pH为约7.5-约9，更具体为约8.5-9以实现安全操作。任何用于无机酸的中和剂都可以适用，例如强碱，象氢氧化钠、氢氧化钾及其类似物。洗涤后的产物然后干燥并且收集为晶体结构以便进一步用于各种方法中。
本发明的优选实施方案本发明特别优选的方法的实施例概括如下。
实施例1用阳离子型表面活性剂制备3，4-二甲基二亚苄基山梨糖醇在装有机械搅拌器的1升聚乙烯烧杯中加入D-山梨糖醇(52g，0.285m)、140g含水硫酸(浓缩50％)、2.0g三甲基十六烷基氯化铵、50％活性(0.00313)、和53.6g(0.40摩尔)3，4-二甲基苯甲醛。将混合物搅拌16小时(由于形成不能搅拌的粉末而停止)，然后在没有搅拌下反应22小时。然后加入冷水(200ml)和NaOH(80g)的溶液以中和酸性配制剂。接着过滤固体产物，用水洗涤后收集分析。产物混合物测定为61g 1，32，4-双(3，4-二甲基亚苄基)山梨糖醇，产率为73.7％，纯度为约98.8％(有少量三缩醛形成以及还剩余痕量苯甲醛)。
实施例2用非离子型酚类表面活性剂制备3，4-二甲基二亚苄基山梨糖醇在装有机械搅拌器的1升聚乙烯烧杯中加入D-山梨糖醇(52g，0.285m)、140g含水硫酸(浓缩50％)、1.0g辛基酚(9.5摩尔乙氧基化物)(0.00155m)、和53.6g(0.40摩尔)3，4-二甲基苯甲醛。进一步搅拌22小时后加入冷水(200ml)和NaOH(80g)的溶液。接着过滤固体产物，用水洗涤后收集分析。产物混合物测定为59.2g 1，32，4-双(3，4-二甲基苯甲醛)山梨糖醇，产率为71.5％，纯度为约97.1％(有少量三缩醛形成以及还剩余痕量苯甲醛)。
实施例3用胺表面活性剂制备3，4-二甲基二亚苄基山梨糖醇在装有机械搅拌器的1升聚乙烯烧杯中加入D-山梨糖醇(52g，0.285m)、2.0g二甲基十二烷胺(0.0094m)、和53.6g(0.40摩尔)3，4-二甲基苯甲醛。然后通过混合93.3g浓HCl和48g水制备含水酸。接着将含水酸的5ml等分部分加到反应混合物中其在5分钟后产生乳状液。然后加入剩余量，在约5小时内产物混合物成为固体。接着进行另一次含水酸的添加(93.3g HCl和63.6g水)并且产物混合物再搅拌17.5小时。然后加入冷水(200ml)和NaOH(80g)的溶液以中和产物至pH值为约9。接着过滤固体产物，用水洗涤后收集分析。产物混合物测定为58.8g 1，32，4-双(3，4-二甲基苯甲醛)山梨糖醇，产率为71.0％。
实施例4用阴离子型表面活性剂制备3，4-二甲基二亚苄基山梨糖醇在装有机械搅拌器的1升聚乙烯烧杯中加入D-山梨糖醇(52g，0.285m)、2.0g二壬基萘磺酸(0.002m)、和53.6g(0.40摩尔)3，4-二甲基苯甲醛。搅拌1.7小时后，接着加入140g含水硫酸(浓缩50％)并将反应冷却到约10℃。反应混合物再搅拌18小时并再进行两次140g含水硫酸(浓缩50％)的添加。然后加入冷水(200ml)和NaOH(180g)的溶液以中和产物溶液至pH值为约9。接着过滤固体产物，用水洗涤后收集分析。产物混合物测定为56.2g 1，32，4-双(3，4-二甲基苯甲醛)山梨糖醇，产率为67.9％，纯度为约97.7％(有少量三缩醛形成以及还剩余痕量苯甲醛)。
实施例5用阴离子型表面活性剂制备3，4-二甲基二亚苄基山梨糖醇在装有机械搅拌器的1升聚乙烯烧杯中加入D-山梨糖醇(52g，0.285m)、1.0g十二烷基苯磺酸(0.003m)、和53.6g(0.40摩尔)3，4-二甲基苯甲醛。然后通过混合86.2g浓HCl和53.8g水制备含水酸(约6.2M)。初始反应体混合约1小时后，接着加入含水酸溶液。进一步混合22小时后，接着加入冷水(200ml)和NaOH(38.4g)的溶液以中和产物至pH值为约9。接着真空过滤固体产物，用水洗涤后收集分析。产物混合物测定为59.7g 1，32，4-双(3，4-二甲基苯甲醛)山梨糖醇，产率为72.1％，纯度为约100.8％(有少量三缩醛和苯甲醛)。
实施例62，4-单(4-氟-3-甲基亚苄基)山梨糖醇的制备在装有机械搅拌器的2升圆筒形反应烧瓶中加入237.37g山梨糖醇(1.303摩尔)、250ml水、22.50g 4-氟-3-甲基苯甲醛(0.1629摩尔)、40ml浓HCl、和0.20g十二烷基苯磺酸盐。然后反应混合物在25℃下搅拌14h。用56.0g KOH中和后，过滤收集得到粗品2，4-单(4-氟-3-甲基亚苄基)山梨糖醇。粗产物从水中再结晶几次后得到3.31g结构如下的2，4-单(4-氟-3-甲基亚苄基)山梨糖醇
GC测定纯度为约98％，测得的熔点为约178.0℃(DSC@20℃/min)。
实施例72，4-单(3-溴-4-乙基亚苄基)山梨糖醇的制备在装有机械搅拌器的400ml反应容器中加入山梨糖醇(64g，0.36摩尔)、水(20g)、浓HCl(45g)、和十二烷基苯磺酸(0.4g)。搅拌10分钟后，加入3-溴-4-乙基苯甲醛(42.6g，0.20mol)。将混合物搅拌24小时，然后用KOH水溶液中和直到pH值为10。过滤收集固体并用水和甲醇洗涤得到白色粉末状2，4-单(3-溴-4-乙基亚苄基)山梨糖醇(45g，59％产率)，熔点装置测得m.p.187-189℃。
实施例83，4-二氯/5-亚2，3-二氢化茚基DBS的制备在装有机械搅拌器的2升圆筒形反应烧瓶中加入D-山梨糖醇(25.2g，0.138m)、冰(23.6g)、浓HCl(44.5g)、和0.38g十二烷基苯磺酸盐。搅拌15分钟以后，加入24.2g(0.139m)3，4-二氯苯甲醛和茚满醛(96％β-异构体)(18.5g，0.138m)的混合物。48小时的进一步搅拌之后，加入冷水(200ml)和KOH(72.0g)的溶液。然后过滤产物固体，用热水和热甲醇洗涤并真空干燥。然后往产物溶液中加入去离子水(400ml)，沉淀白色固体，然后将其过滤并在甲醇中洗涤，得到为褐色固体的1，3-O-(3，4-二氯亚苄基)2，4-O-(5-亚2，3-二氢化茚基)山梨糖醇和1，3-O-(5-亚2，3-二氢化茚基)2，4-O-(3，4-二氯亚苄基)山梨糖醇的混合物(纯度98％)。DSC分析固体@20℃/min显示在256.1和258.8℃有多重熔化转变。
实施例94-硝基/3，4-二甲基DBS的制备在装有机械搅拌器的2升圆筒形反应烧瓶中加入25.4g D-山梨糖醇(0.139摩尔)、15.4g水、34.8g浓HCl、和0.38g十二烷基苯磺酸，盐搅拌约10分钟。接着把20.8g(0.138摩尔)4-硝基苯甲醛和18.5g(0.138摩尔)3，4-二甲基苯甲醛混合物加入均匀混合物中。在反应1小时内形成固体块状材料，搅拌不再可能。然后加入200ml冷水和56.2g KOH，过滤产物固体。测得黄色滤液pH值为约14。然后剩余固体用300ml热水然后200ml热甲醇洗涤，得到为褐色固体的4-硝基/3，4-二甲基不对称DBS(46.5g)混合物。此混合物的组分测定为(通过气相色谱法)15.1％3，4-二甲基二亚苄基山梨糖醇、18.9％4-硝基二亚苄基山梨糖醇、和62.4％混合的不对称体1，3-O-(4-硝基亚苄基)2，4-O-(3，4-二甲基亚苄基)山梨糖醇和1，3-O-(3，4-二甲基亚苄基)2，4-O-(4-硝基亚苄基)山梨糖醇。通过DSC分析测得的熔点为约223.7-226.9℃。
实施例10不对称4-硝基/3，4-亚甲二氧基DBS的制备在装有机械搅拌器的2升圆筒形反应烧瓶中加入25.2g D-山梨糖醇(0.138摩尔)、34.7g浓HCl、和0.5g十二烷基苯磺酸盐，搅拌约10分钟。接着把21.0g(0.139摩尔)4-硝基苯甲醛和20.9g(0.139摩尔)胡椒醛(3，4-亚甲二氧基苯甲醛)混合物加入均匀混合物中。2小时后反应混合物变成黄色，并且有些粘在烧瓶壁上。这样混合又7个小时后加入200ml冷水和56.8g KOH然后再搅拌8小时。接着收集产物固体，洗涤(在沸水和沸甲醇中)并过滤。测得黄绿色滤液pH值为约14。此方法产生约28 g 4-硝基/3，4-亚甲二氧基不对称DBS混合物。此混合物的组分测定为(通过气相色谱法)9.06％双(3，4-亚甲二氧基亚苄基)山梨糖醇、16.63％双(4-硝基亚苄基)山梨糖醇、和74.31％混合的不对称体1，3-O-(4-硝基亚苄基)2，4-O-(3，4-亚甲二氧基亚苄基)山梨糖醇和1，3-O-(3，4-亚甲二氧基亚苄基)2，4-O-(4-硝基亚苄基)山梨糖醇。通过DSC分析测得的熔点为约194.2-204.2℃。
实施例112-萘基/3，4-二甲基DBS的制备在装有机械搅拌器的1升反应烧瓶中加入21.8g山梨糖醇(0.12摩尔)、24g水、46ml浓HCl、和0.5g十二烷基苯磺酸盐。此混合物搅拌约10分钟，此时把2-萘醛(15.6g，0.1摩尔)在20ml水中的溶液和3，4-二甲基苯甲醛(13.4g，0.1摩尔)加入。将混合物搅拌4小时。然后把冷水和KOH加到反应混合物中。真空过滤收集固体并用水和甲醇洗涤得到黄色固体，用气相色谱法分析为两种不对称体的混合物，1，3-O-(2-亚萘基)2，4-O-(3，4-二甲基亚苄基)山梨糖醇和1，3-O-(3，4-二甲基亚苄基)2，4-O-(2-亚萘基)山梨糖醇。
实施例12双(3-溴-4-甲基亚苄基)山梨糖醇的制备在装有机械搅拌器的开放式反应容器中加入D-山梨糖醇(20.1g，0.1110g)、浓HCl(24.34g)、和0.27g十二烷基苯磺酸盐。搅拌5分钟后，加入43.8g(0.220m)3-溴-4-甲基苯甲醛和10.72g水的混合物。进一步搅拌48小时后，加入冷水(1L，冰中冷却)和KOH(32.3g)溶液。然后过滤产物固体，用热水，然后用热甲醇，再用冷甲苯，最后再用沸甲醇洗涤。然后把去离子水(400ml)加到所得滤液中，沉淀出白色固体，将其过滤并用甲醇洗涤，得到3-溴-4-甲基亚苄基山梨糖醇白色固体。DSC分析固体@20℃/min显示熔点在277.4-279.3℃。
实施例13不对称3-溴-4-乙基/3，4-二甲基DBS的制备在装有机械搅拌器的开放式反应器中加入25g山梨糖醇(0.14摩尔)、浓HCl(34.8g)、和0.38g十二烷基苯磺酸盐并搅拌。5分钟后，把32g研磨的2-(3-溴-4-乙基苯基)-1，3-二噁烷(0.12mol)和3，4-二甲基苯甲醛(21g；0.16mol)与初始配制剂混合。搅拌反应8小时后，加入200ml冷水和KOH(72g)。然后过滤产物固体并用碱水(800ml，有少量KOH)，再用热甲醇(800ml)，接着用室温下的甲苯(500ml)洗涤。加入去离子水(400ml)后形成白色沉淀然后将其吸滤干燥并在甲醇(800ml)中搅拌洗涤，产生为浅褐色固体的3-溴-4-乙基/3，4-二甲基DBS混合物。气相色谱分析材料表明其由以下混合物组成双(3-溴-4-乙基亚苄基)山梨糖醇(10.3％)、双(3，4-二甲基亚苄基)山梨糖醇(34.8％)、其余为以下不对称混合物1，3-O-(3-溴-4-乙基亚苄基)2，4-O-(3，4-二甲基亚苄基)山梨糖醇和1，3-O-(3，4-二甲基亚苄基)2，4-O-(3-溴-4-乙基亚苄基)山梨糖醇。当在电热9300熔点测定器上以3℃/min加热时熔化转变在256.7-257.5℃观察到。
实施例14不对称3-溴-4-异丙基/3，4-二甲基DBS的制备在装有机械搅拌器的开放式反应器中加入20.1g山梨糖醇(0.137摩尔)、浓HCl(34.8g)、和0.34g十二烷基苯磺酸盐并搅拌。5分钟后，把33.3g研磨的2-(3-溴-4-异丙基苯基)-1，3-二噁烷(0.117mol)和3，4-二甲基苯甲醛(21.0g；0.157mol)与初始配制剂混合。搅拌反应8小时后，加入200ml冷水和KOH(72g)。然后过滤产物固体并用碱水(800ml，有少量KOH)，再用沸甲醇(800ml)洗涤，产生为浅褐色固体(6.9g)的3-溴-4-异丙基/3，4-二甲基DBS不对称混合物，显示的熔点为230.6-236.3℃。气相色谱分析材料表明其由以下混合物组成双(3-溴-4-异丙基亚苄基)山梨糖醇(1.8％)、双(3，4-二甲基亚苄基)山梨糖醇(65.1％)、其余为以下不对称混合物1，3-O-(3-溴-4-异丙基亚苄基)2，4-O-(3，4-二甲基亚苄基)山梨糖醇和1，3-O-(3，4-二甲基亚苄基)2，4-O-(3-溴-4-异丙基亚苄基)山梨糖醇。
实施例15不对称3-溴-4-甲基/3，4-二甲基DBS的制备在装有机械搅拌器的开放式反应器中加入25g山梨糖醇(0.14摩尔)、浓HCl(34.8g)、和0.38g十二烷基苯磺酸盐并搅拌。5分钟后，把30.3g研磨的2-(3-溴-4-甲基苯基)-1，3-二噁烷(0.117mol)和21g(0.157mol)3，4-二甲基苯甲醛与初始配制剂混合。搅拌反应8小时后，加入200ml冷水和KOH(72g)。然后过滤产物固体并用碱水(800ml，有少量KOH)，再用热甲醇(800ml)，接着用室温下的甲苯(500ml)洗涤。得到的溶液倒入400ml去离子水中，从而沉淀出白色固体，然后将其收集并吸滤干燥，在甲醇(2L)中搅拌洗涤，产生为浅褐色固体的3-溴-4-甲基/3，4-二甲基DBS。气相色谱分析材料表明其由以下混合物组成双(3-溴-4-甲基亚苄基)山梨糖醇(15.2％)、双(3，4-二甲基亚苄基)山梨糖醇(24.5％)、其余为以下不对称混合物1，3-O-(3-溴-4-甲基亚苄基)2，4-O-(3，4-二甲基亚苄基)山梨糖醇和1，3-O-(3，4-二甲基亚苄基)2，4-O-(3-溴-4-甲基亚苄基)山梨糖醇。当在电热9300熔点测定器上以3℃/min加热时熔化转变在271.9-274.5℃观察到。
实施例164-氯/3-溴-4-异丙基不对称DBS的制备在装有机械搅拌器的开放式反应器中加入12.6g山梨糖醇(0.0692摩尔)、浓HCl(15ml)、7.8g水、15.7g 3-溴-4-异丙基苯甲醛(0.0692摩尔)、9.69g 4-氯苯甲醛(0.069摩尔)和0.2g十二烷基苯磺酸盐并且反应体一起搅拌24小时。在反应中形成白色固体沉淀物，反应后中和由KOH(10g)在水(250ml)中的溶液完成。然后过滤收集所得固体，并在沸水中然后在沸环己烷中搅拌洗涤，得到白色粉末状4-氯/3-溴-4-异丙基不对称DBS混合物，显示的沸点为212.5-218.9℃。气相色谱分析材料表明其由以下混合物组成双(3-溴-4-异丙基亚苄基)山梨糖醇(14％)、双(4-氯亚苄基)山梨糖醇(45％)，其余为以下不对称混合物1，3-O-(3-溴-4-异丙基亚苄基)2，4-O-(4-氯亚苄基)山梨糖醇和1，3-O-(4-氯亚苄基)2，4-O-(3-溴-4-异丙基亚苄基)山梨糖醇。
实施例17双(5-亚2，3-二氢化茚基)山梨糖醇的制备在400ml装有机械搅拌器的反应容器中加入山梨糖醇(32g，0.18摩尔)、水(20g)、浓HCl(45g)和十二烷基苯磺酸(0.4g)。搅拌10分钟后，加入5-甲酰茚满(29g，0.20摩尔)。将混合物搅拌18h，然后用KOH水溶液中和。过滤收集固体并用水和甲醇洗涤得到茚满DBS白色固体(14g，33％产率)。
实施例18双(3，4-二乙基亚苄基)山梨糖醇的制备将山梨糖醇(2.6g，14mmol)、3，4-二乙基苯甲醛(4.5g，28mmol)、水(2g)、浓HCl(4g)和十二烷基苯磺酸(0.05g)的混合物搅拌12h。然后混合物用KOH水溶液中和。过滤收集固体并用环己烷和水洗涤得到1，32，4-双(3，4-二乙基亚苄基)山梨糖醇白色固体(95％纯度)。
实施例19双(3-乙基-4-甲基亚苄基)山梨糖醇的制备将山梨糖醇(7.3g，0.04mol)、3-乙基-4-甲基苯甲醛的丙二醇环缩醛(18g，0.08mol)、水(7g)、浓HCl(13g)和十二烷基苯磺酸(0.14g)的混合物搅拌12h。然后混合物用KOH水溶液中和。过滤收集固体并用水洗涤得到1，32，4-双(3-乙基-4-甲基亚苄基)山梨糖醇白色固体(95％纯度)。
实施例20(对比实施例)仅用无机酸制备3，4-二甲基二亚苄基山梨糖醇在装有机械搅拌器的1升4颈圆柱形反应烧瓶中加入D-山梨糖醇(86.6g，0.33m)和通过混合118g浓HCl与148g冰得到的酸水溶液。反应体充分混合。接着在4小时的时间范围里向反应混合物内逐滴加入77.7g(0.58摩尔)3，4-二甲基苯甲醛。混合又几小时后没有发现可见的固体产物。
实施例21(对比实施例)用无机酸和PTSA制备3，4-二甲基二亚苄基山梨糖醇在0.04g对甲苯磺酸(PTSA)和1.5g硫酸在3.5g水中的溶液的存在下，向装有机械搅拌器的1升4颈圆柱形反应烧瓶中，加入D-山梨糖醇(2.018g，x.xm)和1.801g(0.xx摩尔)3，4-二甲基苯甲醛。混合23小时后没有发现可见的固体产物。
实施例22(对比实施例)用甲醇方法制备双(3，4-二乙基亚苄基)山梨糖醇在装有迪安-斯达克榻分水器、冷凝器、温度计、氮气入口以及机械搅拌的1升4颈圆柱形反应烧瓶中加入42.00g山梨糖醇(0.2306摩尔)、700ml环己烷、3，4-二乙基苯甲醛(0.2306摩尔)、80ml甲醇、和2.5g水。搅拌并加热反应，此时接着加入3.0g对甲苯磺酸。然后反应继续，升高温度以产生回流，此时接着不断从分水器移除水并根据需要加入溶剂。进一步加热后，向混合物中加入40ml甲醇，其使温度降低。6小时后，反应混合物冷却并进行分析。没有形成可见产物。
实施例23(对比实施例)用甲醇方法制备双(3-乙基-4-甲基亚苄基)山梨糖醇在装有迪安-斯达克榻分水器、冷凝器、温度计、氮气入口以及机械搅拌的1升4颈圆柱形反应烧瓶中加入42.00g山梨糖醇(0.2306摩尔)、700ml环己烷、3-乙基-4-甲基苯甲醛(0.2306摩尔)、80ml甲醇、和2.5g水。搅拌并加热反应，此时接着加入3.0g对甲苯磺酸。然后反应继续，升高温度以产生回流，此时接着不断从分水器移除水并根据需要加入溶剂。进一步加热后，向混合物中加入40ml甲醇，其使温度降低。6小时后，反应混合物冷却并进行分析。没有形成可见产物。
因此，很明显，本发明的制备方法具有通用性并且该能力显示了从该方法获得的出乎意料的效益。
详细描述了本发明后，显而易见，对于本领域技术人员来说能够对本发明进行各种变化和修改而不背离本发明的范围。因此，本发明的范围仅由所附权利要求确定。
权利要求
1.一种制备糖醇缩醛衍生化合物的方法，其包括在水、至少一种无机酸、和至少一种表面活性剂存在下使至少一种取代的苯甲醛与至少一种糖醇反应。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述糖醇缩醛衍生物是二缩醛化合物。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述糖醇选自山梨糖醇、木糖醇及其任何混合物，其中所述无机酸选自盐酸、硫酸及其任何混合物，且其中所述表面活性剂选自至少阴离子型表面活性剂、至少一种阳离子型表面活性剂、至少一种非离子型表面活性剂、至少一种两性型表面活性剂、及其任何混合物。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述表面活性剂是磺酸阴离子型表面活性剂。
5.根据权利要求3所述的方法，其中所述表面活性剂是季铵阳离子型表面活性剂。
6.根据权利要求3所述的方法，其中所述表面活性剂是胺表面活性剂。
7.根据权利要求3所述的方法，其中所述表面活性剂是烷氧基化的醇非离子型表面活性剂。
8.根据权利要求2所述的方法，其中所述糖醇选自山梨糖醇、木糖醇及其任何混合物，其中所述无机酸选自盐酸、硫酸及其任何混合物，且其中所述表面活性剂选自至少阴离子型表面活性剂、至少一种阳离子型表面活性剂、至少一种非离子型表面活性剂、至少一种两性型表面活性剂、及其任何混合物。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述表面活性剂是含有磺酸部分的阴离子型表面活性剂。
10.根据权利要求8所述的方法，其中所述表面活性剂是季铵阳离子型表面活性剂。
11.根据权利要求8所述的方法，其中所述表面活性剂是胺表面活性剂。
12.根据权利要求8所述的方法，其中所述表面活性剂是烷氧基化的醇非离子型表面活性剂。
13.根据权利要求1所述的方法，其中所述糖醇缩醛衍生物是单缩醛化合物。
14.根据权利要求13所述的方法，其中所述糖醇选自山梨糖醇、木糖醇及其任何混合物，其中所述无机酸选自盐酸、硫酸及其任何混合物，且其中所述表面活性剂选自至少阴离子型表面活性剂、至少一种阳离子型表面活性剂、至少一种非离子型表面活性剂、至少一种两性型表面活性剂、及其任何混合物。
15.根据权利要求13所述的方法，其中所述表面活性剂是含有磺酸部分的阴离子型表面活性剂。
16.根据权利要求13所述的方法，其中所述表面活性剂是季铵阳离子型表面活性剂。
17.根据权利要求13所述的方法，其中所述表面活性剂是胺表面活性剂。
18.根据权利要求13所述的方法，其中所述表面活性剂是烷氧基化的醇非离子型表面活性剂。
19.根据权利要求1所述的方法，其中所述糖醇缩醛衍生物是不对称的二缩醛化合物。
20.根据权利要求19所述的方法，其中所述糖醇选自山梨糖醇、木糖醇及其任何混合物，其中所述无机酸选自盐酸、硫酸及其任何混合物，且其中所述表面活性剂选自至少阴离子型表面活性剂、至少一种阳离子型表面活性剂、至少一种非离子型表面活性剂、至少一种两性型表面活性剂、及其任何混合物。
21.根据权利要求19所述的方法，其中所述表面活性剂是含有磺酸部分的阴离子型表面活性剂。
22.根据权利要求19所述的方法，其中所述表面活性剂是季铵阳离子型表面活性剂。
23.根据权利要求19所述的方法，其中所述表面活性剂是胺表面活性剂。
24.根据权利要求19所述的方法，其中所述表面活性剂是烷氧基化的醇非离子型表面活性剂。
全文摘要
本发明涉及一种在无机酸和至少一种含有至少一个链长为6个碳的侧基的表面活性剂存在下，通过未取代或取代的苯甲醛与糖醇(如山梨糖醇、木糖醇和核糖醇)反应，制备糖醇缩醛，如二亚苄基山梨糖醇、单亚苄基山梨糖醇及其类似物的方法。此反应提供一种成本有效，相对安全的方法，它给出糖醇缩醛产物的卓越高产率。此外，这类专门反应也是制备某些可以容易地从形成的其它异构体分离的化合物的公知方法。而且，此方法也促进以可接受的产率生产某些不对称糖醇缩醛化合物和组合物。这些糖醇缩醛可用作成核剂和澄清剂用于如聚烯烃配制剂和制品。
文档编号C07D317/54GK1511160SQ02807108
公开日2004年7月7日 申请日期2002年2月27日 优先权日2001年3月23日
发明者J·G·利弗, D·L·多森, J·D·安德森, J·R·琼斯, S·R·谢泼德, J G 利弗, 多森, 安德森, 琼斯, 谢泼德 申请人:美利肯公司