CN101245055B - 通过作为中间体的5-酰氧基甲基糠醛制备5-羟甲基糠醛的方法 - Google Patents

通过作为中间体的5-酰氧基甲基糠醛制备5-羟甲基糠醛的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种通过作为中间体的5-酰氧基甲基糠醛制备下式(II)的5-羟甲基糠醛的新方法：

Description

通过作为中间体的5-酰氧基甲基糠醛制备5-羟甲基糠醛的方法
技术领域
本发明涉及一种通过作为中间体的5-酰氧基甲基糠醛制备5-羟甲基糠醛的新方法。本发明还涉及用于制备5-酰氧基甲基糠醛中间体的新方法。
背景技术
下式(I)的5-羟甲基糠醛在各种其它性质中具有抗菌和抑制腐蚀的性质，并适合用于多种反应中：
Figure S2008100807424D00011
可以毫无任何困难地从该5-羟甲基糠醛制备糠醛二醇、糠醛二醛和糠醛二羧酸及其衍生物；同样地，环的氢化导致双官能的2，5-四氢呋喃衍生物。在C-2和C-5上不同取代的双官能呋喃衍生物也可以方便地从5-羟甲基糠醛得到。可以从5-羟甲基糠醛制备的前述和其它有益的有机中间体可用来制备众多的化学品，例如溶剂、表面活性剂、农作物保护剂和树脂。另外，报道了将5-羟甲基糠醛用于处理恶性肿瘤的用途(US-A-5006551)。
5-羟甲基糠醛是己糖(己醛糖和己酮糖)的分子内三重脱水产物。可再生原料如淀粉、纤维素、蔗糖或旋复花粉(inulin)是用于制备己糖如葡萄藤和果糖的便宜的初始物。5-羟甲基糠醛原则上是己糖脱水分解至乙酰丙酸和甲酸的中间体，即其对于在恰当的时间停止所述反应是至关重要的。这使得从原料糖和副产物中除去5-羟甲基糠醛在其制备中成为重要的步骤。
已知有大量不同的方法被用于实验室规模制备5-羟甲基糠醛。
已经描述的用于脱水的催化剂是不同的酸或盐，例如草酸(参见W.N.Haworth等，J.Chem.Soc.1944，667)，盐，例如盐酸吡啶(参见Fayet等，Carbohy dr.Res.122，59(1983))，酸性离子交换剂(参见DE-A-3033527)，或路易斯酸，例如二氯氧化锆(参见SU-A-1054349，引用CA 100，120866a)，或三氟化硼醚合物(参见H.H.Szmant等，J.Chem.Tech.Biotechnol 31，135(1981))。
就工业规模制备  5-羟甲基糠醛而言，所用的催化剂应该是便宜且非腐蚀性的。打算重复使用的固体催化剂由于易于形成不溶性副产物，所以是不合适的，原因在于从这些副产物中除去催化剂是不经济或不可能的。
由于涉及腐蚀保护的考虑，路易斯酸如二氯氧化锆或氯化铝同样会被拒绝。因此，硫酸或磷酸的使用被认为是有利的，因为在此情况下反应的酸性水溶液可以任选被碱中和，例如在使用氢氧化钙或碳酸钙的情况下，催化剂酸至可以通过过滤除去的不太可溶的盐的转化是可能的。
糖类脱水的反应介质通过其溶解性来确定。除水外，已使用的特别是偶极非质子溶剂，例如二甲基甲酰胺或二甲亚砜。
通过在无水二甲基甲酰胺中加热蔗糖的蔗糖的果糖部分碘催化转化为5-羟甲基糠醛使得不仅需要使用昂贵的溶剂，还要有复杂的工艺，具体而言是萃取和纸张层析(参见TG.Bonner等，J.Chem.Soc.，1960，787)。
在采用不同催化剂分解果糖中，在二甲亚砜中发现了5-羟甲基糠醛有良好的收率(＞90％)(参见H.H.Szmant等，J.Chem.Tech.Biotechnol 31，135(1981))。但是，所需产物的分离困难，因为在诸多原因中溶剂的沸点高，需要使用多级萃取。
因此，DE-A-3309564提出为了从含二甲亚砜的溶液分离5-羟甲基糠醛，对5-酰氧基甲基糠醛进行衍生化。除了真空蒸馏外，其还需要两个反应步骤(乙酰化、脱乙酰化)，因此耗时且耗费化学品。
有几种方法使用水和有机溶剂的混合物作为反应介质。在US-A-2929823中，糠醛被加入糖类的水溶液中，并短暂(0.1-120s)加热至250-380℃。焦油状副产物被加入的有机溶剂如5-羟甲基糠醛所溶解。由此，纯态形式的5-羟甲基糠醛的制备似乎难以实现。
其它的两阶段方法描述在DE-A-3033527中。在此方法中，在相对温和的条件下(低于100℃)，果糖水溶液被酸性阳离子交换剂所分解，酸性阳离子交换剂是一种有机溶剂，它与水不可混溶，然而，它对于存在的5-羟甲基糠醛具有良好的蒸馏容量。该方法的较大缺点是需要基于有机相非常大过量的(＞7:1)的有机溶剂，且所需溶剂昂贵且有毒。而且，5-羟甲基糠醛在水中非常良好的溶解性使得用有机溶剂从水溶液中进行的任何萃取都异常困难。
C.Fayet等在Carbohydr.Res.122(1983)，59的出版物中描述了没有溶剂、但是有等摩尔量的催化剂时的糖类分解。但是，盐酸吡啶不适合于工业用途的方法。此外，加入水之后是采用乙酸乙酯的艰巨的萃取(20h)。
这点也表述在D.W.Brown等，J.Chem.Tech.Biotechnol.32，920(1982)的出版物中，其中其类似地陈述到，更近期的制备5-羟甲基糠醛的方法缺点在于所述产物存在于水相或在极性溶剂中，而从水相或在极性溶剂的分离是困难的。
EP-A 0230250描述了一种制备5-羟甲基糠醛的方法，其中将糖类用水溶液中的酸性催化剂分解，并任选在100℃以上加入有机溶剂。在除掉任何存在的溶剂后，借助于特别使用水作为溶剂的离子交换柱，对反应混合物进行色谱分离，对于当相对大量使用时可以得到的混合级分再次进行色谱分离，5-羟甲基糠醛从相应的级分中结晶出来。虽然所描述的方法据说会导致高纯度的5-羟甲基糠醛，但就工业规模而言，多次的色谱分离和结晶太过复杂和昂贵。
其它制备5-羟甲基糠醛的方法披露在例如Bull.Soc.Chem.France 1987.5，855；J.Chem.Tech.Biotechnol.1992，55，139、FR-A-2669635、FR-A-2664273、US-A-3483228、US-A-2917520、US-A-3071599、US-A-3066150和US-A-2750394中。
从以上实例明显可看出，尤其是就工业规模而言，制备5-羟甲基糠醛中的最大问题是将该产物从初始物、副产物和溶剂中分开。因此，本发明的目的是提供制备5-羟甲基糠醛的方法，其中，所述产物以高纯度得到。同时，所述制备方法应该可实现具有可接受的5-羟甲基糠醛的收率，并且是以经济上可行的方式进行。尤其是在随后使用5-羟甲基糠醛作为药物中，至关重要的是在制备中没有使用高毒性物质。
发明内容
该目的通过经由作为中间体的5-酰氧基甲基糠醛来制备5-羟甲基糠醛的方法而得以实现。本发明因此提供了一种由单糖单元中具有6个碳原子的糖类制备下式(II)的5-酰氧基甲基糠醛的方法：
Figure S2008100807424D00041
其中，
x＝1或2，
当x等于1时，R是烷基、链烯基、芳基或杂芳基，
当x等于2时，R是亚烷基、链亚烯基、亚芳基或杂亚芳基，
该方法包括以下步骤：
(a)使所述糖类与以下组分反应：
(i)在选自以下的金属阳离子存在下的非酸性离子交换剂的酸：碱金属离子、碱土金属离子、铝离子、及它们的混合物，或(ii)在极性非质子溶剂存在下的H形式的酸性离子交换剂，以及
除去如果使用时的所述酸性离子交换剂，
(b)添加羧酸R-(-COOH)x的酸酐和/或氯化物，其中R和x各自如以上对步骤(a)中混合物的定义，并使其反应，以形成5-酰氧基甲基糠醛，和
(c)回收所述5-酰氧基甲基糠醛，
本发明还提供了进一步处理5-酰氧基甲基糠醛至下式的5-羟甲基糠醛的方法：
该方法包括以下其它步骤：
(d)在醇中溶解所述5-酰氧基甲基糠醛，
(e)向步骤(d)的溶液中加入选自以下的碱：(i)碱金属碳酸盐和碳酸氢盐、碱土金属碳酸盐和氢氧化物、碱土金属的碱式盐、碳酸铝、氢氧化铝、氢氧化氧化铝(aluminium oxide hydroxide)、以及铝的碱式盐和以上所述的混合物，(ii)OH形式的碱性离子交换剂，以及使其反应，以形成5-羟甲基糠醛，和
(f)回收所述5-羟甲基糠醛。
用于制备5-酰氧基甲基糠醛或5-羟甲基糠醛的初始物是在单糖单元中具有6个碳原子的糖类。原则上，术语“糖类”也包括不同糖的混合物。所用的初始物也任选可以是混合物，该混合物除多糖外，也可包括其它物质，只要它们不干扰所述方法，并且所述糖类以足够多的量存在。术语“糖类”意指单糖、低聚糖和多糖。单糖和低聚糖也总称为“糖(sugar)”。具有6个碳原子的单糖也称为“己糖”，这里，术语“己糖”应包括己醛糖和己酮糖。适宜作为初始物的单糖的实例是果糖、葡萄糖、甘露糖、阿洛糖、阿卓糖、古洛糖、艾杜糖、半乳糖和塔罗糖。适宜作为初始物的低聚糖的实例是二糖、例如蔗糖、异麦芽糖、龙胆二糖、蜜二糖、海藻糖、吡喃甘露糖基吡喃甘露糖、麦芽糖、乳糖、海藻糖和纤维二糖，以及三糖，例如棉子糖。适宜作为初始物的多糖的实例是果聚糖(具有10-40个果糖单元的多糖)，例如旋复花粉，以及淀粉和纤维素。所用糖类优选是糖或包含糖的糖类混合物。所用糖类更优选为选自游离形式的D-果糖、含有结合形式的D-果糖的糖类(例如蔗糖、旋复花粉)、以及含有游离形式的D-果糖和/或含有结合形式的D-果糖的糖类的糖类混合物。
本发明制备5-羟甲基糠醛是通过式(II)的5-酰氧基甲基糠醛作为中间体进行的。在式(II)中，R是一价或二价的基团。当x等于1时，R是烷基，优选C1-C20的烷基；链烯基，优选乙烯基；芳基，优选苯基；或杂芳基，例如吡啶基、嘧啶基、吡嗪基、吡咯基、呋喃基或苯硫基。当x等于2时，R是亚烷基，优选C1-C20的亚烷基；链亚烯基，优选亚乙烯基；亚芳基，优选亚苯基，或杂亚芳基，例如亚吡啶基、亚嘧啶基、亚吡嗪基、亚吡咯基、亚呋喃基或亚苯硫基。更优选R是甲基，即，5-乙酰氧基甲基糠醛被制备为中间体。
在本发明方法的步骤(a)中，使糖类与以下组分反应：(i)在金属阳离子存在下与酸反应，或(ii)在极性非质子溶剂存在下与H形式的酸性离子交换剂反应。在其它反应中，所述糖类脱水至5-羟甲基糠醛。
在变化例(i)中，所述酸可以是溶解糖类和提供金属阳离子的盐的任何酸。特别适宜的酸是草酸、乙酸和盐酸，及它们的组合，优选草酸，以及草酸与乙酸的组合。除所述酸以外，优选在步骤(a)(i)中不添加其它的溶剂，即所述酸优选以基本无水的形式使用，虽然由于工业制备所述酸而可能导致的低含水量不会干扰反应。在变化例(i)中，尤其优选在随后难以除去的溶剂如二甲亚砜的存在下分散。当使用乙酸时，部分乙酰化早在步骤(a)中就进行，并且形成了5-乙酰氧基甲基糠醛。
在步骤(a)(i)中的阳离子选自碱金属离子、碱土金属离子、铝离子、及它们的混合物。优选的是Mg2+、Ca2+、Na+和Al3+离子，特别优选为Mg2+。所述金属阳离子有利为以固体盐的形式加入；非常合适的盐是氯化物，如MgCl2，但也可以是溴化物如MgBr2，及氟化物如MgF2。
不希望受限于该理论，但假设的是所述阳离子如MgCl2会稳定呋喃糖形式的己糖，相信这在形成呋喃化合物的“糖-阳离子络合物”中起重要作用，并因此催化脱水。
在优选的实施方案中，所述糖类和含有金属阳离子的盐首先被进料并任选被加热，然后加入酸。原则上，也可以是任何其它顺序的组合。
通常，糖类和金属阳离子以基于单糖单元的摩尔比为0.5∶1-2∶1使用，优选1∶1-1.5∶1，特别优选以约等摩尔量使用糖类和金属阳离子。因为在步骤(a)的变化例(i)中所述酸同时起到溶剂的作用，所以通常其是大为过量地使用，例如基于单糖单元的2倍-20倍摩尔过量。
在步骤(a)的变化例(ii)中，使所述糖类在极性非质子溶剂存在下与H形式的酸性离子交换剂反应，且所述离子交换剂在步骤(b)进行之前又被除去。所述酸性离子交换剂是有机或无机阳离子的，通常是有机的离子交换剂。有机离子交换剂是通常为颗粒形式的固体的聚电解质，其具有三维的不溶于水的高分子量的聚合物骨架(基质)，该骨架中引入了大量带电荷的“结合基团”。其松散结合的反离子可以被其它具有相同种类电荷的离子所替换。所使用的基质树脂主要是苯乙烯共聚物，优选二乙烯基苯交联的聚苯乙烯，以及丙烯酸聚合物，例如各自用二乙烯基苯交联的丙烯酸盐、甲基丙烯酸盐和丙烯腈的共聚物。在H形式的酸性离子交换剂的情况下，所述结合基团是质子化形式(酸形式)的酸性基团，即可交换的反离子是H+。在本发明的步骤(a)(i)中，优选使用H形式的强酸性阳离子交换剂，其带有质子化形式的磺酸基团作为结合基团。也可以使用带有质子化形式的羧酸基团的弱酸阳离子交换剂；但是，此时反应时间将会延长。特别优选的是以具有质子化的磺酸基团作为结合基团的苯乙烯-二乙烯基苯共聚物。
通常，所述酸性离子交换剂以基于所用糖类的单糖单元大为摩尔过量的量使用，优选2-20倍、尤其是10-20倍的摩尔过量。酸性结合基团的数目以及因此所需的离子交换剂的量通过交换容量计算，其通常以当量/升或当量/千克记录。
步骤(a)(ii)中的极性非质子溶剂的实例包括二甲亚砜(DMSO)、N-甲基吡咯烷酮(NMP)、二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、乙腈、及它们的混合物。优选的是DMSO和NMP，特别优选是NMP。
通常，所用的糖类和极性非质子溶剂的摩尔比是1∶2-1∶20，优选1∶2-1∶10。
在优选的实施方式中，步骤(a)在温度为80-140℃、更优选80-110℃下进行，反应时间为4-7h，更优选4-6h。在相对较长反应时间的情况下，也可以采用较低的温度。温度的上限通过反应混合物的沸点得到。
在步骤(b)中，向步骤(a)的混合物中加入羧酸R-(-COOH)x的酸酐和/或氯化物，其中R和x各自如定义以上，并进行乙酰化反应，得到5-酰氧基甲基糠醛。如上所述，R优选是甲基，即在步骤(b)中优选加入乙酸酐和/或乙酰氯，尤其是加入乙酸酐，由此形成5-乙酰氧基甲基糠醛。当酸化在步骤(a)中用乙酸进行、则因此在该第一步骤中就已经进行了部分乙酰化时，然后所述乙酰化通过加入乙酸酐和/或乙酰氯而在步骤(b)中完成。
其它可以从在本发明的步骤(b)中使用的酸酐和氯化物从以上所述R基团的实例立即得出。显然，当在x＝2时要得到5-酰氧基甲基糠醛，就需要使用相应的二羧酸。很多二羧酸由于其分子结构而形成环状的酸酐。非常适宜的酸酐是例如便宜的马来酸、富马酸、吡啶基-2，3-二甲酸(dicarboxylicacid)和吡嗪-2，3-二甲酸(dicarboxylic acid)的酸酐。
在本发明优选的实施方式中，步骤(b)在碱性催化剂的存在下进行，例如4-(N，N-二甲氨基)吡啶。所述碱性催化剂通常以催化量添加，例如催化剂与单糖单元的摩尔比为1∶10-1∶100。
由于水的反应，在本发明方法的变化例(i)中，羧酸R-(-COOH)x的酸酐和/或氯化物通常以较大的摩尔过量添加。优选的是使用的所用糖类在开始时的单糖单元与羧酸R-(-COOH)x的酸酐和/或氯化物的当量比为至少1∶4，更优选1∶4-1∶12。
在本方法的变化例(ii)中，使用的单糖单元和羧酸R-(-COOH)x的酸酐和/或氯化物通常当量比为1∶0.7-1∶3，优选1∶0.8-1∶1.2，特别优选以约等量(即对x＝1为等摩尔量)地使用单糖单元和羧酸R-(-COOH)x的酸酐和/或氯化物。不希望受限于该理论，据猜想反应的形成水被结合到离子交换剂。
优选的是在搅拌下进行步骤(b)。
通常，步骤(b)在温度为0-40℃下进行，反应时间为0.5-3h。在相对较长反应时间的情况下，也可以采用较低的温度。因为乙酰化反应是放热的，所以可能需要冷却。温度的上限通过反应混合物的沸点得到。
为了使步骤(b)中的乙酰化反应的平衡向右移动，有利的是从混合物中除掉形成的羧酸R-(-COOH)x。这可以通过常规的手段来进行，例如通过蒸馏脱除，任选地添加非质子型与水不混溶的有机溶剂，例如甲苯、二甲苯、叔丁基甲基醚(MtBE)、甲基异丁基酮(MIBK)，更优选MtBE。在此情况下，将得到的5-酰氧基甲基糠醛溶解在所述有机溶剂中。当本发明方法的步骤(a)通过变化例(ii)进行时，即在极性非质子溶剂存在下进行时，此时优选也在步骤(b)中蒸馏掉大部分。在此情况下，所述蒸馏也可以在加入上述非质子型与水不混溶的有机溶剂下进行。
在随后的步骤(c)中，将所述5-酰氧基甲基糠醛回收，即将其与不需要的副产物、未转化的初始物和任何溶剂分开。所述5-酰氧基甲基糠醛通过工业上的常规方法来纯化，例如萃取、过滤、蒸馏及它们的组合。就萃取而言，水和非质子与水不混溶有机溶剂被如上所述加入，如果后者没有在步骤(b)中加入的话。同样有利的是加入活性炭，以便将其结合到聚合物副产物上，活性炭在水中或在所述有机溶剂中都是不溶的。然后活性炭可以与固体副产物一同过滤掉，如果适宜可加入过滤助剂，例如Celite
Figure 2008100807424_0
。然后将水相从其中存在有需要的5-酰氧基甲基糠醛的有机相中除掉，有机溶剂蒸馏掉，而剩下的5-酰氧基甲基糠醛被蒸馏用于纯化，优选在减压下纯化。但是，加工5-酰氧基甲基糠醛的方式对于本发明是不重要的，任何其它适宜的回收5-酰氧基甲基糠醛的方法都可以。
通常，5-酰氧基甲基糠醛基于糖类的收率为20-80％，优选30-80％，更优选40-80％，最优选42-80％。
如果要将5-酰氧基甲基糠醛进一步加工成为5-羟甲基糠醛，则在步骤(d)中将其溶解在醇中，优选脂族伯醇或仲醇，例如甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、戊醇、己醇、异丙醇或异丁醇，或苯甲醇，如果合适可同时加热。特别优选使用甲醇作为所述醇，其中，例如5-乙酰氧基甲基糠醛甚至在室温下(约20-25℃)下可方便地溶解。通常，5-酰氧基甲基糠醛以1∶5-1∶10的摩尔比溶解在醇中。
然后，在步骤(e)中，加入选自以下的碱：(i)碱金属碳酸盐和碳酸氢盐、碱土金属碳酸盐和氢氧化物、碱土金属的碱式盐、碳酸铝、氢氧化铝、氢氧化氧化铝、以及铝的碱式盐和以上所述的混合物，和(ii)OH形式的碱性离子交换剂，并且水解酰基(酯基)而形成需要的5-羟甲基糠醛产物。优选的碱是OH形式的碱性离子交换剂、碳酸钾、碳酸钠和碳酸钙，特别优选的是OH形式的碱性离子交换剂和碳酸钾。
碱性离子交换剂是阴离子的有机或无机的、通常为有机的离子交换剂。有机离子交换剂及其基质聚合物在以上已有概括性的描述。在OH形式的碱性离子交换剂中，结合基团是带正电荷的基团，可交换的反离子是OH-。在本发明的步骤(e)中，优选的是使用带有季铵基团的强碱性的阴离子交换剂，尤其是苄基三甲氨基(称为类型1)，或苄基二甲基乙醇氨基团(称为类型2)作为结合基团，并含有氢氧离子作为反离子。也可以使用具有叔胺基团的弱碱性阴离子交换剂。特别优选为以其OH形式的苄基三甲氨基作为结合基团的苯乙烯-二乙烯基苯的共聚物，例如商购自Rohm and Haas Company.Philadelphia，U.S.A.的AMBERLYST
Figure 2008100807424_1
A26 OH。
在步骤(e)的两种变化例中，5-酰氧基甲基糠醛与碱的用量通常是当量比为1∶0.9-1∶3，优选1∶1-1∶2，更优选1∶1-1∶1.5，优选的是使用约等量的两种反应物。当使用碱性离子交换剂时，其需要的量在考虑到上述当量比后从交换容量来计算，其通常是以当量/升或当量/千克记录。
步骤(e)中的水解优选在相对较低的温度下(约20-35℃)进行，反应时间是1-3h。但是，根据5-酰氧基甲基糠醛的酰基类型，也可以采用较高的温度。
在随后的步骤(f)中，将5-羟甲基糠醛回收，即将其与不需要的副产物、未转化的初始物、如果使用时的固体离子交换剂和任何溶剂分开。5-羟甲基糠醛通过工业上的常规方法来纯化，例如过滤、蒸馏和/或结晶。优选的是首先过滤掉固体产物，和如果使用时的固体离子交换剂，然后蒸馏滤液，以回收纯形式的5-羟甲基糠醛。因为5-羟甲基糠醛是热敏性，并且常常会在其它物质中形成聚合物和醚，所以建议实施减压下的分子蒸馏或短程蒸馏，例如借助于短程蒸发器、降膜式蒸发器或薄膜蒸发器。在另外的优选实施方式中，过滤后的5-羟甲基糠醛通过在合适温度下的适宜溶剂中的结晶而回收，该溶剂例如二乙醚，二异丙基醚、MtBE或叔丁基乙基醚(EtBE)，优选MtBE。
通常，5-羟甲基糠醛的收率为基于糖类的10-70％，优选20-70％，更优选25-70％，最优选30-70％。
通常，在本发明的方法中，得到的5-羟甲基糠醛的纯度为至少90％，优选至少95％，更优选至少98％，最优选至少99％。该纯度因此比类似不采用色谱分离方法可获取的纯度要高。这种可获取的高纯度使得根据本发明制备的5-羟甲基糠醛适合用于化妆品或制药目的。
在本发明中，首次提供了以下的制备5-羟甲基糠醛的方法，该方法使得能够工业规模地生产高纯度的5-羟甲基糠醛。
现将通过参考以下工作实施例详细说明本发明。
具体实施方式
实施例1A：使用MgCl2的5-乙酰氧基甲基糠醛的制备
将107g(0.6mol)D-果糖和122g(0.6mol)MgCl2·6H2O加入具有搅拌的21三口烧瓶中，并加热至75℃30min。将反应混合物与420ml无水乙酸(冰乙酸)掺混，并加热至90-95℃4h。其后，将约80％的乙酸蒸馏掉，并将混合物冷却至室温，再加入5g(0.04mol)的4-(N，N-二甲氨基)吡啶。在搅拌下在30-40℃逐滴加入616ml(6.5mol)乙酸酐至反应混合物中，并将600-700ml的乙酸蒸馏掉。在约80℃，将反应混合物缓慢与500ml水、500ml MIBK和50g活性炭掺混。经压力过滤器过滤后，将有机相和水相分开。在旋转蒸发器上除掉有机相的溶剂，残余物在117-125℃/7mbar减压下蒸馏。产量：45.9g(0.27mol，45％)的5-乙酰氧基甲基糠醛。
实施例1B：使用碳酸钾的5-乙酰氧基甲基糠醛的水解
将179.1g(1.07mol)实施例1A中制备的5-乙酰氧基甲基糠醛溶解在1.11的甲醇中，并在搅拌及20-25℃下与140g(1.01mol)碳酸钾掺混。1h后，将反应混合物与10g活性炭掺混并搅拌20min，过滤掉固体组分，并用100ml的MeOH洗涤。在减压下在旋转蒸发器上将清澈的甲醇溶液浓缩。将残余物与300ml的MtBE掺混。过滤掉沉淀的盐，并用20ml的MtBE洗涤。将溶液在旋转蒸发器上浓缩，残余物在短程蒸发器中在90℃/0.03mbar下蒸馏。产量：85.2g(0.68mol，63％基于5-乙酰氧基甲基糠醛，29％基于D-果糖)。或者，也可以将残余物与MtBE掺混，产品在0℃下结晶(产量：98.4g)(0.78mol，73％基于5-乙酰氧基甲基糠醛，33％基于D-果糖))。
实施例2A：使用酸性离子交换剂的5-乙酰氧基甲基糠醛的制备
将39.4kg(219mol)D-果糖和5.9kg干燥的H形式的酸性Dowex50WX8-200离子交换剂(具有SO3H基团的苯乙烯-二乙烯基苯共聚物树脂，商购自Dow Chemical Company，Midland，U.S.A.)在搅拌下加入90lNMP中，并加热至110℃6h。冷却后，过滤反应混合物，并用8l的NMP洗涤。在搅拌下将滤液与390g(3.2mol)的4-(N，N-二甲氨基)吡啶及20.5l(217mol)乙酸酐在20-25℃下在1h内掺混。继续反应1h后，在90-100℃、减压下(50-10mbar)从棕色的反应混合物除掉溶剂。冷却后，将残余物与160lMtBE、60l水和4kg活性炭掺混。通过Celite
Figure 2008100807424_3
过滤悬浮体。相分离后，在50℃和减压下(20mbar)蒸馏掉滤液的溶剂，残余物则在106-110℃/5mbar的减压下分馏。
产量：15.5kg(92mol，42％)的5-乙酰氧基甲基糠醛。
实施例2B：使用碱性离子交换剂的5-乙酰氧基甲基糠醛的水解
将10.9kg(65mol)5-乙酰氧基甲基糠醛溶解在60l的甲醇中，并在25-30℃、搅拌下与1.1kg干燥的强碱性Amberlyst
Figure 2008100807424_4
A26OH离子交换剂(具有OH形式的季铵基团的苯乙烯-二乙烯基苯共聚物树脂(类型1)，商购自Rohm and Haas Company，Philadelphia，U.S.A.)掺混。1h后，将反应混合物与1kg活性炭掺混，搅拌60min，通过Celite
Figure 2008100807424_5
过滤，并用10l甲醇洗涤。在不超过40℃、减压下浓缩清澈的甲醇溶液。将残余物与8l的MtBE掺混，并缓慢冷却至5℃。在抽吸下过滤掉沉淀的产物，用1.5l冰冷却的MtBE洗涤，并在20℃、减压下干燥。
产量：7.01kg(56mol，86％基于5-乙酰氧基甲基糠醛，36％基于D-果糖)的5-羟甲基糠醛。或者，残余物可以在90℃/0.03mbar下的短程蒸发器中蒸馏。(产量：5.42kg(43mol，67％基于5-乙酰氧基甲基糠醛，28％基于D-果糖))。
通过H-PLC和NMR测定的制备的5-羟甲基糠醛在所有实施例中的纯度为＞99％。

Claims (14)

1.一种由单糖单元中具有6个碳原子的糖类制备下式(II)的5-酰氧基甲基糠醛的方法：
Figure FDA00002672512100011
其中，
x＝1或2，
当x等于1时，R选自C1-C20的烷基、乙烯基、苯基、或吡啶基、嘧啶基、吡嗪基、吡咯基、呋喃基、苯硫基，当x等于2时，R是C1-C20的亚烷基、亚乙烯基、亚苯基、或亚吡啶基、亚嘧啶基、亚吡嗪基、亚吡咯基、亚呋喃基、亚苯硫基，
该方法包括以下步骤：
(a)使所述糖类与以下组分反应：
(i)在选自以下的金属阳离子存在下的非酸性离子交换剂的酸：碱土金属离子、铝离子、及它们的混合物，以及
(b)添加羧酸R-(-COOH)x的酸酐和/或氯化物，其中R和x各自如以上的定义，以及使其反应，以形成5-酰氧基甲基糠醛，和
(c)回收所述5-酰氧基甲基糠醛。
2.权利要求1的方法，
其特征在于，R是甲基。
3.权利要求2的方法，
其特征在于，在步骤(b)中加入乙酸酐。
4.权利要求1-3之一的方法，
其特征在于，在步骤(a)(i)中的酸选自草酸、乙酸、盐酸、及它们的混合物。
5.权利要求1-3之一的方法，
其特征在于，在步骤(a)(i)中的金属阳离子是Mg2+。
6.权利要求1-3之一的方法，
其特征在于，在步骤(a)中使用的糖类是糖或包含糖的糖类混合物。
7.权利要求1-3之一的方法，
其特征在于，在步骤(a)使用的糖类选自游离形式的D-果糖、含有结合形式的D-果糖的糖类、以及含有游离形式的D-果糖和/或含有结合形式的D-果糖的糖类的糖类混合物。
8.权利要求1-3之一的方法，
其特征在于，所述步骤(b)在碱性催化剂的存在下进行。
9.权利要求8的方法，
其特征在于，所述碱性催化剂是4-(N,N-二甲氨基)吡啶。
10.一种制备以下式(I)的5-羟甲基糠醛的方法，
Figure FDA00002672512100021
该方法包括根据权利要求1-9之一的方法制备5-酰氧基甲基糠醛，并进一步包括以下步骤：
(d)在醇中溶解所述5-酰氧基甲基糠醛，
(e)向步骤(d)的溶液中加入选自以下的碱：(i)碱金属碳酸盐和碳酸氢盐、碱土金属碳酸盐和氢氧化物、碱土金属的碱式盐、碳酸铝、氢氧化铝、氢氧化氧化铝、以及铝的碱式盐、和以上所述的混合物，(ii)OH形式的碱性离子交换剂，以及使其反应，以形成5-羟甲基糠醛，和
(f)回收所述5-羟甲基糠醛。
11.权利要求10的方法，
其特征在于，在步骤(d)中用于溶解5-酰氧基甲基糠醛的醇是甲醇。
12.权利要求10或11的方法，
其特征在于，在步骤(e)中的碱是碳酸钾。
13.权利要求10或11的方法，
其特征在于，在步骤(f)中回收5-羟甲基糠醛包括短程蒸馏5-羟甲基糠醛。
14.权利要求10或11的方法，
其特征在于，在步骤(f)中回收5-羟甲基糠醛包括从适宜的溶剂结晶5-羟甲基糠醛。
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Families Citing this family (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
MX2010006504A (es) * 2007-12-12 2010-08-31 Archer Daniels Midland Co Conversion de carbohidratos a hidroxi-metilfurfural (hmf) y derivado.
EP2744799A1 (en) * 2011-08-18 2014-06-25 Danmarks Tekniske Universitet Purification of 5-hydroxymethylfurfural (hmf) by crystallization
WO2013066776A1 (en) * 2011-10-31 2013-05-10 E. I. Du Pont De Nemours And Company Processes for producing 5-(hydroxymethyl)furfural
US8884035B2 (en) 2011-12-30 2014-11-11 E I Du Pont De Nemours And Company Production of tetrahydrofuran-2, 5-dimethanol from isosorbide
US8865940B2 (en) 2011-12-30 2014-10-21 E I Du Pont De Nemours And Company Process for preparing 1,6-hexanediol
US8889912B2 (en) 2011-12-30 2014-11-18 E I Du Pont De Nemours And Company Process for preparing 1,6-hexanediol
WO2013101970A1 (en) 2011-12-30 2013-07-04 E. I. Du Pont De Nemours And Company Production of 5-hydroxymethyl-2-furfural from levoglucosenone
US8981130B2 (en) 2011-12-30 2015-03-17 E I Du Pont De Nemours And Company Process for the production of hexanediols
WO2013101980A1 (en) 2011-12-30 2013-07-04 E. I. Du Pont De Nemours And Company Process for preparing 1, 6-hexanediol
US8846985B2 (en) 2012-04-27 2014-09-30 E I Du Pont De Nemours And Company Production of alpha, omega-diols
US9018423B2 (en) 2012-04-27 2015-04-28 E I Du Pont De Nemours And Company Production of alpha, omega-diols
US8859826B2 (en) 2012-04-27 2014-10-14 E I Du Pont De Nemours And Company Production of alpha, omega-diols
DE102013106530A1 (de) * 2013-06-21 2014-12-24 Christoph Pallua Krebsmedikament
CN107429276A (zh) 2014-12-22 2017-12-01 巴斯夫欧洲公司 使用脂肪酶生产糠醇的(甲基)丙烯酸酯的方法
US10171025B2 (en) 2015-07-08 2019-01-01 Lumeta, Llc Apparatus and method for solar panel module mounting inserts
BR112018008730A8 (pt) * 2015-11-04 2019-02-26 Basf Se ?processo para preparar uma mistura e uso de um éster de ácido carboxílico?
CN110272509B (zh) * 2019-06-26 2021-07-30 中国林业科学研究院林产化学工业研究所 一种纤维类生物质高效预处理分离半纤维素及其综合利用方法
CN112933634B (zh) * 2021-03-04 2022-04-08 安徽金禾实业股份有限公司 一种环列式的蔗糖-6-酯连续生产设备及生产工艺流程
IL315257A (en) 2022-03-01 2024-10-01 Celluflux Ltd Synthesis of 5-acetomethylfurfural in the presence of recyclable salt catalysts

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB925812A (en) * 1958-09-05 1963-05-08 Merck & Co Inc Novel ester of hydroxymethylfurfural and process for its preparation
DE3309564A1 (de) * 1983-03-17 1984-09-20 Hoechst Ag, 6230 Frankfurt Verfahren zur herstellung von 5-acetoxymethyl-furfural

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2750394A (en) 1952-05-22 1956-06-12 Food Chemical And Res Lab Inc Manufacture of 5-hydroxymethyl 2-furfural
US2929823A (en) 1956-11-26 1960-03-22 Merck & Co Inc Production of 5-hydroxymethylfurfural
US2917520A (en) 1957-09-11 1959-12-15 Arthur C Cope Production and recovery of furans
US3066150A (en) 1958-01-02 1962-11-27 Merck & Co Inc Conversion of invert molasses
US3071599A (en) 1959-02-25 1963-01-01 Atlas Chem Ind Preparation of hydroxymethyl furfural
US3483228A (en) 1966-10-18 1969-12-09 Merck & Co Inc Method for producing 5-hydroxymethyl furfural
FR2464260A1 (fr) 1979-09-05 1981-03-06 Roquette Freres Procede de fabrication du 5-hydroxymethylfurfural
JPS5928555B2 (ja) * 1980-03-28 1984-07-13 財団法人野口研究所 ５−アシルオキシメチルフルフラ−ルの製法
SU1054349A1 (ru) 1982-04-13 1983-11-15 Ухтинский индустриальный институт Способ получени оксиметилфурфурола
DE3601281A1 (de) 1986-01-17 1987-07-23 Sueddeutsche Zucker Ag Verfahren zur herstellung von 5-hydroxymethylfurfural einschliesslich eines kristallinen produktes unter ausschliesslicher verwendung von wasser als loesungsmittel
AT393221B (de) 1988-02-03 1991-09-10 Leopold Pharma Gmbh Mittel mit zerstoerender wirkung auf maligne tumore, verfahren zu dessen herstellung und praeparation zur anwendung in der therapie von krebskranken
FR2664273B1 (fr) 1990-06-27 1994-04-29 Beghin Say Sa Nouveau procede de preparation du 5-hydroxymethylfurfural a partir de saccharides.
FR2669635B1 (fr) 1990-11-22 1994-06-10 Furchim Procede de fabrication d'hydroxymethylfurfural (hmf) du purete elevee.
JP3001095B2 (ja) * 1998-03-24 2000-01-17 農林水産省食品総合研究所長 ５−ヒドロキシメチル−２−フルフラール有機酸エステル類とその製造法
EP2050742B1 (en) * 2006-03-10 2010-07-07 Furanix Technologies B.V Use of an organic acid esters of 5-hydroxymethylfurfural

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB925812A (en) * 1958-09-05 1963-05-08 Merck & Co Inc Novel ester of hydroxymethylfurfural and process for its preparation
DE3309564A1 (de) * 1983-03-17 1984-09-20 Hoechst Ag, 6230 Frankfurt Verfahren zur herstellung von 5-acetoxymethyl-furfural

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Claude Moreau,et al..Recent catalytic advances in the chemistry of substituted furans from carbohydrates and in the ensuing polymers.《Topics in Catalysis》.2004,第27卷第11-30页.
JP昭56-138177A 1981.10.28
Recent catalytic advances in the chemistry of substituted furans from carbohydrates and in the ensuing polymers;Claude Moreau,et al.;《Topics in Catalysis》;20041231;第27卷;第11-30页 *

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