本发明大体涉及有机化学领域。其特别涉及氢从醇到α-官能化酯的催化转移，以形成1,2-二醇。
背景技术：
制备乙二醇(eg)和丙二醇(pg)的常规方法需要使乙烯或丙烯部分氧化，然后将所得的环氧化物水合。最近，已提出将乙醇酸酯或草酸酯的氢化作为替代性的方法，以由替代性的原料制备eg。然而，这些后来的方法面临有一种或多种缺点，例如需要使用昂贵的贵金属或稀有金属催化剂、高温和/或高的氢气压力。
因此，本领域需要一种没有面临这些缺点的氢化α-官能化酯(例如乙醇酸酯、乳酸酯和草酸酯)的方法。
本发明解决了这种需求以及其他需求，这将在以下描述和所附权利要求中变得明显。
技术实现要素：
本发明如在所附权利要求中阐述的。
简言之，本发明提供了一种制备1,2-二醇的方法。该方法包括：在反应器中，在环境压力和升高的温度下，在式(i)的催化剂存在下
使式(iv)或(v)的酯与无水c2-c12醇接触一段时间，该段时间足以形成1,2-二醇
其中，
r1和r2各自独立地为具有1至12个碳原子的烷基、芳基、烷氧基、芳氧基、二烷基氨基、二芳基氨基或烷基芳基氨基；
如果e是氮，则r3和r4各自独立地为具有1至12个碳原子的烷基或芳基；
如果e是磷，则r3和r4各自独立地为具有1至12个碳原子的烷基、芳基、烷氧基、芳氧基、二烷基氨基、二芳基氨基或烷基芳基氨基；
r1、r2和p可连接以形成5或6元杂环；
r3、r4和e可连接以形成5或6元杂环；
r5和r6各自独立地为c1-c6亚烷基或亚芳基；
e是磷或氮；
l是中性配体；
r10是具有1至20个碳原子的烷基或芳基；
r11各自独立地为氢，或者具有1至20个碳原子的烷基或芳基；以及
r12是氢，或者具有1至20个碳原子的烷基、芳基、烷氧基或芳氧基。
具体实施方式
令人惊讶地发现，在存在作为牺牲性供体的醇时，某些铁基催化剂对于将α-官能化酯(例如乙醇酸酯或草酸酯)转移氢化到1,2-二醇的是有效的。转移氢化(transferhydrogenation，th)使用牺牲性醇(rr’choh)供体分子代替h2气体作为还原剂。由于不需要额外的h2压力，这些反应可以在环境压力(或接近于环境压力)和温和的温度(例如～100℃)下进行。
因此，本发明提供了一种制备1,2-二醇的方法。该方法包括：在反应器中，在环境压力和升高的温度下，在式(i)的催化剂存在下
使式(iv)或(v)的酯与无水c2-c12醇接触一段时间，该段时间足以形成1,2-二醇
式(i)中的r1和r2各自独立地为具有1至12个碳原子的烷基、芳基、烷氧基、芳氧基、二烷基氨基、二芳基氨基或烷基芳基氨基。
如果e是氮，则式(i)中的r3和r4各自独立地为具有1至12个碳原子的烷基或芳基。
如果e是磷，则式(i)中的r3和r4各自独立地为具有1至12个碳原子的烷基、芳基、烷氧基、芳氧基、二烷基氨基、二芳基氨基或烷基芳基氨基。
式(i)中的r5和r6各自独立地为c1-c6亚烷基或亚芳基。
式(i)中的e为磷或氮。
式(i)中的l为中性配体。
式(i)中的r1、r2和p可连接以形成5或6元杂环。
式(i)中的r3、r4和e可连接以形成5或6元杂环。
式(iv)或(v)中的r10是具有1至20个碳原子的烷基或芳基。
式(iv)中的r11各自独立地为氢，或者具有1至20个碳原子的烷基或芳基。
式(v)中的r12是氢，或者具有1至20个碳原子的烷基、芳基、烷氧基或芳氧基。
r1、r2、r3和r4中的一个或多个可取代有选自醚和酰胺的一个或多个基团。如果有的话，r1、r2、r3和r4上的取代基可以相同或不同。
醚基的例子包括甲氧基、乙氧基、异丙氧基等。
酰胺基的例子包括二甲基氨基、二乙基氨基、二异丙基氨基等。
如本文所用，术语“烷基”是指直链、支化或环状烷基。这些基团的例子包括甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、仲丁基、异丁基、叔丁基、正戊基、叔戊基、新戊基、异戊基、仲戊基、3-戊基、环戊基、正己基、异己基、环己基等。
术语“芳基”通常是指苯基或萘基。但是结合r10和r11，术语“芳基”不仅包括苯基和萘基，还包括含有交替的单键和双键的其他烃环，例如茚、苊烯、蒽、菲、三亚苯、芘等。
术语“亚烷基”是指二价烷基。
术语“亚芳基”是指二价芳基。
术语“烷氧基”是指-or基团，例如，-och3、-oet、-oipr、-obu、-oibu等。
术语“芳氧基”是指-oar基团，例如-oph、-o(取代的ph)、-o萘基等。
术语“二烷基氨基”是指-nr'r"基团，例如二甲基氨基、二乙基氨基、二异丙基氨基等。
术语“二芳基氨基”是指-nar'ar"基团，例如二苯基氨基。
术语“烷基芳基氨基”是指-nrar基团，例如甲基苯基氨基。
术语“中性配体”是指具有中性电荷的配体。中性配体的例子包括一氧化碳、醚化合物、膦化合物、胺化合物、酰胺化合物、腈化合物和含n杂环化合物等。中性膦配体的例子包括三甲基膦、三环己基膦、三苯基膦等。中性胺配体的例子包括三烷基胺、烷基芳基胺和二烷基芳基胺，例如三甲胺和n,n-二甲基苯胺。中性腈配体的例子包括乙腈。中性含n杂环配体的例子包括吡啶和1,3-二烷基-或二芳基-咪唑碳烯。
在一实施例中，r1、r2、r3和r4都是异丙基。在另一实施例中，r1、r2、r3和r4都是苯基。
在一实施例中，r5和r6都是-(ch2ch2)-。
在一实施例中，e是磷。
在多种实施例中，式(i)的催化剂具有式(1c)：
其中ipr代表异丙基。
对于在本发明中有用的式(iv)或(v)的酯没有特别的限制。在多种实施例中，酯包括式(iv)的化合物。这种α-羟基羧酸酯有时是指乙醇酸酯。在多种其它实施例中，酯包括式(v)的化合物，其中r12是氢或烷基或芳基。这种α-羰基羧酸酯有时称为乙醛酸酯。在另外的其它实施例中，酯包括式(v)的化合物，其中r12是烷氧基或芳氧基。这种1,2-二酯有时是指草酸酯。
式(iv)的乙醇酸酯的例子包括：乙醇酸甲酯、乙醇酸乙酯、乙醇酸丙酯、乙醇酸异丙酯、乙醇酸丁酯、乙醇酸异丁酯、乙醇酸仲丁酯、乙醇酸-2-乙基己酯、乙醇酸叔丁酯、乙醇酸环己酯、乙醇酸苯酯、乙醇酸苄酯、乙醇酸萘酯、乳酸甲酯、乳酸乙酯、乳酸丙酯、乳酸异丙酯、乳酸丁酯、乳酸异丁酯、乳酸仲丁酯、乳酸-2-乙基己酯、乳酸叔丁酯、乳酸环己酯、乳酸苄酯、α-羟基丁酸甲酯、α-羟基戊酸甲酯、α-羟基-4-甲基戊酸甲酯、α-羟基己酸甲酯、α-羟基-3-甲基丁酸甲酯、α-羟基-3-甲基戊酸甲酯、α-羟基-3,3-二甲基丁酸甲酯、α-羟基-3,3-二甲基丁酸甲酯、扁桃酸甲酯、α-羟基-3-苯基丙酸甲酯、α-羟基异丁酸甲酯、α-羟基异丁酸乙酯、α-羟基异丁酸丙酯、α-羟基异丁酸异丙酯、α-羟基异丁酸丁酯、α-羟基-2-乙基丁酸甲酯、α-羟基-2-乙基丁酸乙酯、α-羟基-2-乙基丁酸丙酯、乙二醇二乙醇酸酯，乙醇酸乙二醇酯，丙二醇二乳酸酯，丙二醇单乳酸酯等。乙交酯或丙交酯(其为结构式(iv)的环状二聚体)、低聚乙醇酸酯或乳酸酯，以及乙醇酸或乳酸的可溶性低分子量聚酯，或在其组成中含有乙醇酸或乳酸单体的共聚酯，是式(iv)的乙醇酸酯的其它例子。
式(v)的乙醛酸酯的例子包括乙醛酸甲酯、乙醛酸乙酯、乙醛酸丙酯、乙醛酸异丙酯、乙醛酸丁酯、乙醛酸异丁酯、乙醛酸仲丁酯、乙醛酸叔丁酯、乙醛酸-2-乙基己酯、乙醛酸苯酯、乙二醇单乙醛酸酯和乙二醇二乙醛酸酯及其混合物、丙酮酸甲酯、丙酮酸乙酯、丙酮酸异丙酯、丙酮酸丁酯、丙酮酸异丁酯、丙酮酸仲丁酯、丙酮酸叔丁酯、丙酮酸苯酯、丙二醇单丙酮酸酯和丙二醇二丙酮酸酯及其混合物、苯基乙醛酸甲酯、苯基乙醛酸乙酯、苯基乙醛酸丙酯、苯基乙醛酸异丙酯、苯基乙醛酸丁酯、苯基乙醛酸异丁酯、苯基乙醛酸仲丁酯、苯基乙醛酸叔丁酯、苯基乙醛酸和2-苯基的单酯和二酯等。
式(v)的草酸酯的例子包括草酸二甲酯、草酸二乙酯、草酸二丙酯、草酸二异丙酯、草酸二丁酯、草酸二异丁酯、草酸二仲丁酯、草酸双(2-乙基己)酯、草酸二叔丁酯、草酸二苯酯、草酸二环己酯、草酸二苄酯，以及由草酸(例如上述那些)和不同量的乙二醇缩合而成的低分子量低聚酯。
可以使用本发明的方法生产的1,2-二醇没有特别的限制。这种二醇的例子包括：1,2-乙二醇、1,2-丙二醇、1,2-丁二醇、1,2-戊二醇、1,2-己二醇、2-甲基-1,2-丙二醇、1-苯基-1,2-乙二醇和3-苯基-1,2-丙二醇。
在本发明中有用的无水醇通常含有2至12个碳原子。醇可以是线型的、支化的或环状的。合适的醇的具体例子包括乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇等。
在各种实施例中，醇是乙醇。无水乙醇可以以各种等级商购获得，例如：200标准酒精度、按体积计乙醇≥99％、按体积计乙醇≥99.5％、按体积计水＜1％、按体积计水＜0.5％，或按体积计水＜0.005％。这些等级中的任何一种都可用于th反应。
优选地，基于反应混合物的总重量，反应混合物含有如下含量的水：小于1wt％、小于0.5wt％、小于0.4wt％、小于0.3wt％、小于0.2wt％、小于0.1wt％、小于0.05wt％、小于0.01wt％、小于0.005wt％或小于0.001wt％。在一实施例中，th反应在无水情况下进行。
优选使用过量的醇进行接触步骤/th反应。例如，c2-c12醇与酯的摩尔比可以是2:1至100:1，以及在此之间的所有范围——包括2:1至50:1和10:1至30:1。
在一实施例中，酯包括乙醇酸甲酯，c2-c12醇包括乙醇，1,2-二醇包括乙二醇。
在另一实施例中，酯包括草酸二甲酯，c2-c12醇包括乙醇，1,2-二醇包括乙二醇。
在又一实施例中，酯包括乳酸甲酯，c2-c12醇包括乙醇，1,2-二醇包括丙二醇。
根据本发明的转移氢化方法可以生产有价值的副产物，例如乙酸乙酯。乙酸乙酯可以通过常规方法分离和纯化，并作为商品化学品出售。或者，乙酸乙酯可以在温和条件下氢化，并在环境压力eg方法中作为还原剂再循环。
式(i)的催化剂可以以多种方式制备。例如，催化剂可原位形成：通过将式(iia)或(iib)的预催化剂引入反应器中
并将该预催化剂暴露于热、酸、碱或其组合，以形成式(i)的催化剂。
式(iia)或(iib)中的r1、r2、r3、r4、r5、r6、e和l如式(i)中所定义。
式(iia)中的z为r7或x。
r7为氢或烷基或芳基。
x为[bh4]-或卤化物。
式(iib)中的l2为中性配体。
r7所代表的烷基或芳基可含有1至12个碳原子。
x所代表的卤化物包括氯化物、溴化物和碘化物。在一实施例中，x是氯化物或溴化物。
中性配体l2的例子包括醚化合物、酰胺化合物、腈化合物和含n杂环化合物等。
在一实施例中，当x是卤化物时，将预催化剂暴露于碱中，并且可选地暴露于热，以产生催化剂。
在另一实施例中，当x为[bh4]-时，将预催化剂暴露于热，但可选地不存在碱，以产生催化剂。
除非上下文另外明确地建议，否则如本文所用，“不存在”这一表述是指不由外部来源(即，独立于反应物的来源)添加所提及的组分，或者，如果添加的话，不以在可察觉的程度上影响th反应的量添加，例如这样的量——可以使相应的醇的产率改变超过10％、超过5％、超过1％、超过0.5％或超过0.1％。
在多种实施例中，式(iia)的预催化剂具有式(1a)：
其中ipr代表异丙基。
在多种实施例中，式(iib)的预催化剂具有式(1b)：
其中ipr代表异丙基。
或者，式(i)的催化剂可以通过以下步骤原位形成：
(a)将下述物质引入反应器中以形成预催化剂混合物：(i)包含中性配体(l)的铁盐或铁络合物，(ii)式(iii)的配体
可选地，和(iii)中性配体(l)；以及
(b)可选地，将预催化剂混合物暴露于热、酸、碱或其组合，以形成式(i)的催化剂。
式(iii)中的r1、r2、r3、r4、r5、r6和e如式(i)中所定义。
适于制备式(i)催化剂的铁盐的例子包括[fe(h2o)6](bf4)2、fe(co)5、fecl2、febr2、fei2、[fe3(co)12]、fe(no3)2、feso4等。
包含中性配体(l)的铁络合物可通过本领域已知的方法制备和/或商购获得。
式(iii)的配体可通过本领域已知的方法制备和/或商购获得。
用于产生催化剂的所采用的热没有特别限制。它可以与用于th反应的热相同。例如，可将预催化剂或预催化剂混合物暴露在升高的温度下，例如40至200℃、40至160℃、40至150℃、40至140℃、40至130℃、40至120℃、40至100℃、80至160℃、80至150℃、80至140℃、80至130℃、80至120℃或80至100℃，以形成催化剂。
用于形成催化剂的酸没有特别限制。合适的酸的例子包括甲酸、hbf4、hpf6、hoso2cf3等。
用于形成催化剂的碱没有特别限制。无机碱和有机碱均可使用。合适的无机碱的例子包括na、k、nah、naoh、koh、csoh、lihco3、nahco3、khco3、cshco3、li2co3、na2co3、k2co3、cs2co3等。合适的有机碱包括金属醇盐和含氮化合物。合适的金属醇盐的例子包括碱金属c1-c6醇盐，例如lioet、naoet、koet和kot-bu。在一实施例中，碱是甲醇钠(naome)。在另一实施例中，碱是乙醇钠(naoet)。含氮碱的例子包括三烷基胺，例如三乙胺。
通常，使用1:1摩尔当量的碱与催化剂前体来产生催化剂。可以使用大于1:1的摩尔当量比，例如，碱与催化剂前体的比为2:1。然而，应避免使用大量过量的碱，因为它可能会抑制1,2-二醇的形成。
有效形成1,2-二醇的条件包括升高的温度。有利于th反应的温度可以在例如50至180℃的范围内，包括在此之间的所有范围，例如75至100℃。
有利地，th反应可以在环境压力或接近于环境压力下进行。如上所述，本发明的方法不需要分子氢气氛。因此，优选地，反应在不存在外源分子氢(h2)的情况下进行。
优选地，接触步骤/th反应在不存在碱的情况下进行。反应期间的碱性条件可趋于抑制1,2-二醇的形成。
th反应可以在存在或不存在溶剂的情况下进行。在一实施例中，接触步骤/th反应在存在溶剂的情况下进行。在另一实施例中，接触步骤/th反应在不存在溶剂的情况下进行。
如果需要，th反应可以在普通的非极性溶剂中进行，例如脂族或芳族的烃，或者在弱极性、非质子溶剂中进行，例如醚。脂族溶剂的例子包括戊烷和己烷。芳族溶剂的例子包括苯、二甲苯、甲苯和三甲苯。醚的例子包括四氢呋喃、二噁烷、乙醚和聚醚。
在各种实施例中，在大气压下，反应在苯、二甲苯、均三甲苯或甲苯中进行。
如果使用，相对于醇反应物的量，溶剂可以以1:1至100:1或1:1至20:1(v/v)的量加入。
可以以≥10ppm(0.001mol％)的催化剂负载量发生th反应。例如，反应可以以如下催化剂负载量进行：10至20000ppm(0.001至2mol％)、10至15000ppm(0.001至1.5mol％)、10至10000ppm(0.001至1mol％)、10至1000ppm(0.001至0.1mol％)或10至500ppm(0.01至0.05mol％)。
本发明的方法可以以分批或连续模式进行。可以通过常规方式分离反应产物，并且可以将催化剂再循环。
根据本发明的方法可以生产1,2-二醇，其产率为：至少50％、至少60％、至少70％、至少80％、至少85％、至少90％、至少95％或至少99％。可以得到这些产率的反应时间包括：20小时或更短、18小时或更短、16小时或更短、12小时或更短、10小时或更短，或者8小时或更短。
通过th进行的酯的低压氢化允许生产二醇，例如eg和pg，其在投资成本和运营成本、操作安全性、对于较小规模分批操作(其中高压设备可能不容易是可用的)的灵活性上具有优势。
本发明包括并明确地考虑了本文公开的实施例、特征、特性、参数和/或范围的任何的和所有的组合。也就是说，本发明可由本文提到的实施例、特征、特性、参数和/或范围的任何组合来限定。
如本文所用，不定冠词“一(个/种)”是指一个/种或者多个/种，除非上下文另外明确地建议。类似地，名词的单数形式包括其复数形式，反之亦然，除非上下文另外明确地建议。
尽管已经尝试精确，但是本文描述的数值和范围应被认为是近似值(即使在没有用术语“约”限定时)。这些值和范围可以根据其声称的数值而变化，这取决于本发明试图获得的期望特性以及在测量技术中发现的由标准偏差引起的变化。此外，本文描述的范围旨在并且具体地预期为包括所声称范围内的所有子范围和值。例如，50至100的范围旨在描述并包括该范围内的所有值，包括子范围，例如60至90以及70至80。
本文引用的所有文献的内容，包括专利和非专利文献，均通过引用其全文而并入本文。在任何并入的主题与本文的任何公开内容相矛盾的程度上，本文的公开内容应优先于并入的内容。
本发明可以通过其优选实施例的以下实例进一步说明，但是应当理解，除非另有明确说明，仅是出于说明的目的而包括这些实例，并不旨在限制本发明的范围。
实例
总体实验信息
除非另有说明，否则所有的有机金属化合物都是在氮气气氛下使用标准schlenk(施兰克)和手套箱技术制备和处理的。无水etoh(200标准酒精度)和甲苯购自西格玛奥德里奇公司(sigmaaldrich)并用
实例1
1a[(iprpnhp)fe(h)(co)(br)]的合成
在手套箱中，在氮气气氛下，向200-ml的烘箱干燥的schlenk烧瓶中装入络合物[iprpnhp]febr2(co)(850mg，1.545mmol)、nabh4(60mg，1.545mmol，纯度98％)和100ml干燥etoh。将所得的黄色溶液在室温下搅拌18小时，通过celite(赛力特)过滤。将滤液蒸发至干，得到纯的1a(分离产率86％)。1a的1h和31p{1h}nmr光谱与报道值(参见s.chakrabortyetal.,j.am.chem.soc.2014,136,7869)非常吻合。
实例2
1b[(iprpnhp)fe(h)(co)(hbh3)]的改良合成
在手套箱中，在氮气气氛下，向200-ml的烘箱干燥的schlenk烧瓶中装入络合物[iprpnhp]febr2(co)(850mg，1.545mmol)、nabh4(131mg，3.399mmol，纯度98％)和100ml干燥etoh。将所得的黄色溶液在室温下搅拌18小时，通过celite过滤。将滤液蒸发至干，得到纯的1b(分离产率84％)。1b的1h和31p{1h}nmr光谱与报道值(参见s.chakrabortyetal.,j.am.chem.soc.2014,136,7869)非常吻合。
实例3
1c[(iprpnp)fe(h)(co)]的改良合成
在手套箱中，在氮气气氛下，向200-ml的烘箱干燥的schlenk烧瓶中装入络合物1b(500mg，1.06mmol)、naotbu(106mg，1.07mmol，纯度97％)和60ml干燥thf。立即得到深红色溶液，将其在室温下再搅拌30分钟。之后，在真空下除去溶剂，将所期望的产物萃取到戊烷中，并通过celite塞过滤，以除去nabr。真空下蒸发所得滤液以提供纯的1c(分离产率76％)。1c的1h和31p{1h}nmr光谱与报道值(参见s.chakarabortyetal.,j.am.chem.soc.2014,136,8564)非常吻合。
实例4
在etoh存在下，铁催化的乙醇酸甲酯的转移氢化
在惰性气氛下，向配备有搅拌棒的烘箱干燥的200-ml厚壁schlenk管中装入化合物1c(0.1mmol)、乙醇酸甲酯(0.01mol，0.91g，纯度98％)、无水etoh(0.2mol，11.7ml)和20ml无水甲苯。使用油浴将所得混合物加热至100℃，约16小时。约16小时后，将棕色溶液冷却至室温，在通风橱内小心排出挥发物，并通过气相色谱分析所得液体。
在这些条件下，63.1％的乙醇酸甲酯被转化，以产出51.7％的乙二醇(eg)。还观察到etoac、meoh和痕量甲酸甲酯作为其他挥发性副产物。
实例5
在etoh存在下，铁催化的草酸二甲酯的转移氢化
在惰性气氛下，向配备有搅拌棒的烘箱干燥的200-ml厚壁schlenk管中装入化合物1c(0.1mmol)、草酸二甲酯(0.01mol，1.2g，纯度99％)、无水etoh(0.2mol，11.7ml)和20ml无水甲苯。使用油浴将所得混合物加热至100℃，约16小时。约16小时后，将棕色溶液冷却至室温，在通风橱中小心排出挥发物，并通过气相色谱分析所得液体。
在这些条件下，47.8％的草酸二甲酯被转化，以产出18.4％的乙二醇(eg)和23.5％的乙醇酸甲酯。还观察到etoac、meoh和痕量甲酸甲酯作为其他挥发性副产物。
在说明书中，已经公开了本发明的某些实施例，尽管采用了特定的术语，但是它们仅以一般性和描述性意义使用，而不是为了限制的目的，本发明的范围在伴随的权利要求中阐述。