CN102498089B - 合成氨基醇的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及合成氨基醇(例如含有未取代、单取代或二取代的胺基的氨基醇)的方法和由该方法形成的产物。在一种实施方案中，本发明涉及由相应的氨基醛合成氨基醇的方法和由该方法形成的产物。在另一实施方案中，本发明涉及由相应的氨基醛通过使用合适催化剂(例如镍)的氢化工艺合成氨基醇的方法和由该方法形成的产物。在另一实施方案中，本发明涉及在不存在将氨基醛起始物料转化成盐的居间步骤的情况下由相应的游离氨基醛通过直接氢化形成的氨基醇。
Description
发明领域
本发明涉及合成氨基醇(例如含有未取代、单取代或二取代的胺基的氨基醇)的方法和由该方法形成的产物。在一种实施方案中，本发明涉及由相应的氨基醛合成氨基醇的方法和由该方法形成的产物。在另一实施方案中，本发明涉及由相应的氨基醛通过使用合适催化剂(例如镍)的氢化工艺合成氨基醇的方法和由该方法形成的产物。在另一实施方案中，本发明涉及在不存在将氨基醛起始物料转化成盐的居间步骤的情况下由相应的游离氨基醛通过直接氢化形成的氨基醇。
发明背景
多种方法用于合成氨基醇。然而，它们全都存在下文详述的各种缺点。目前用于合成氨基醇的多种方法的论述将利用3-二甲基氨基-2，2-二甲基-1-丙醇(DMADMPOL)作为示例性的情形。
本领域已知的第一条路线是如同下面显示的示例性合成路线中所示的还原酯或酰胺：
其中LDA为二异丙基氨基锂[(CH3)2CH]2NLi。该合成路线由于低产率和用于该体系的锂试剂的高成本而不实用(例如参见Madder等，J.Chem. Sci.，PerkinTrans.1997，2，第2787页)。
本领域已知的第二条路线是如同下面显示的示例性合成路线中所示的还原相应的醛：
上述路线包括用诸如Na[Hg](例如参见Mannich等，Ber.，1932，65，第378页)或NaBH4(例如参见，Traynelis等，J.J.Org.Chem.，1961，26，第686-691页)的还原剂还原3-二甲基氨基-2，2-二甲基-丙醛。这些路线尽管是可能的，但是仍然需要大量的还原剂以便产生期望的氨基醇。另外，第一还原路线的产率太低以至于不实用。
已经尝试过的第三条路线是如同下面显示的示例性合成路线中所示的用催化剂使相应的醛经受氢化：
然而，已经报道了多种关于上面所示的氢化这种醛的困难(例如参见，W.Wenner，J.Org.Chem.，1950，15，2，第301-304页)。如同其中所报道的，DMADMPAL的氢化不会停止在期望的醇阶段(例如参见，W.Wenner，J.Org.Chem.，1950，15，2，第301-304页；Mannich等，Ber.，1922，55，第356-365页；以及Mannich等，Ber.，1932，65，第385-390页)。
还已经报道了用贵金属催化剂氢化3-二甲基氨基-2，2-二甲基-1-丙醛(DMADMPAL)的盐酸盐时，仅仅得到低产率的期望产物3-二甲基氨基-2，2-二甲基-1-丙醇(DMADMPOL)。上述低产率的原因部分在于观察到胺官能团的氢解。即使试验了贵金属和镍催化剂，游离胺的氢化也产生甚至更糟的结果(例如参见，W.Wenner，J.Org.Chem.，1950，15，2，第301-304页)。当采用所述盐酸盐连同作为催化剂的镍时，最终实现3-二甲基氨基-2，2-二甲基-1-丙醛(DMADMPAL)的氢化(例如参见，W.Wenner，J.Org.Chem.，1950，15，2，第301-304页和美国专利2,477,842)。由于氨基醛的胺部分的质子化和去质子化给最终产物增加了显著的加工成本，该工艺也不是成本有效的。
关于美国专利2,477,842，该专利采用如下方法将氢基醛转化成氨基醇：该方法需要使用酸化合物将氨基醛转化成盐以便实现充分的胺基质子化以容许期望的转化。如同本领域技术人员将会显见的，美国专利2,477,842的工艺依赖pH而且需要稍后使用碱化合物以允许盐化合物再转化成期望的氨基醇。美国专利2,477,842所公开的工艺的其它缺点为：(i)需要使用至少化学计量量的(或者甚至超过化学计量量的)酸以确保氨基醛起始物料完全质子化成必需的氨基醛盐；和(ii)需要使用化学计量量的(或者甚至超过化学计量量的)碱以中和反应过程中使用的酸以及允许盐化合物再转化成期望的氨基醇。
鉴于上述内容，需要由合适的起始组分(例如，游离氨基醛)生产氨基醇的合成路线，该路线既实用又容许实现适宜地高的产率而不需要将氨基醛起始物料的胺部分质子化以及随后将氨基醇反应产物的胺部分去质子化以回收游离氨基醇的中间步骤。
发明概述
本发明涉及合成氨基醇(例如含有未取代、单取代或二取代的胺基的氨基醇)的方法和由该方法形成的产物。在一种实施方案中，本发明涉及由相应的氨基醛合成氨基醇的方法和由该方法形成的产物。在另一实施方案中，本发明涉及由相应的氨基醛通过使用合适催化剂(例如镍)的氢化工艺合成氨基醇的方法和由该方法形成的产物。在另一实施方案中，本发明涉及在不存在将氨基醛起始物料转化成盐的居间步骤的情况下由相应的氨基醛通过直接氢化形成的氨基醇。
游离氨基醛是指氨基醛化合物上存在的胺部分处于其游离态(即，未经质子化或中和的)。在反应中用作起始反应物的氨基醛化合物不是盐。游离氨基醇是指氨基醇上存在的胺部分处于其游离态(即，未经质子化或中和的)。反应中合成的氨基醇产物不是盐。
本发明的反应、反应物、组合物和产物可以适宜地包含本文所述的组分、要素和工艺叙述、由它们组成或基本上由它们组成。本文说明性公开的发明可以适宜地在缺少任何本文没有明确公开的要素的情况下进行实施。
在一种实施方案中，本发明涉及由氨基醛生产氨基醇的方法，所述方法包括如下步骤：(i)通过将氨基醛与氢气和催化剂合并而使下式(I)的氨基醛经受氢化反应以产生相应的氨基醇：
其中每个R1独立地选自氢、直链或支化C1-C30烷基、C3-C20环烷基、饱和C2-C20杂环基、可以含有一个或多个C3-C20环烷基或饱和C2-C20杂环基或它们的任意混合物的直链或支化C1-C30烷基，或者其中两个R1取代基和它们所连的碳原子可以形成饱和或不饱和的C3-C20环状基团、杂环基团或碳环基团；其中每个R2独立地选自氢、直链或支化C1-C30烷基、C3-C20环烷基、饱和C2-C20杂环基、可以含有一个或多个C3-C20环烷基或饱和C2-C20杂环基或它们的任意混合物的直链或支化C1-C30烷基，或者其中两个R2取代基和它们所连的碳原子可以形成饱和或不饱和的C3-C20环状基团、杂环基团或碳环基团；其中一个R1取代基和一个R2取代基和它们所连的碳原子可以形成饱和的C3-C20环状基团或饱和的C3-C20杂环基团，其中剩余的R1取代基和R2取代基形成另一个如上限定的环状结构或者其中剩余的R1取代基和R2取代基单独地被上文列出的基团取代；其中每个R3独立地选自氢、直链或支化C1-C30烷基、含有一个或多个杂原子的直链或支化C1-C30烷基、直链或支化C2-C30烯基、含有一个或多个杂原子的直链或支化C2-C30烯基、直链或支化C2-C30炔基、含有一个或多个杂原子的直链或支化C2-C30炔基、C4-C20芳基、含有一个或多个杂原子的C4-C20芳基、C4-C20环烷基、含有一个或多个杂原子的C4-C20环烷基、C4-C20杂环基，或者其中两个R3取代基和它们所连的氮原子可以形成饱和或不饱和的C2-C20杂环基团或具有两个或更多个杂原子的饱和或不饱和的C2-C20杂环基团；以及其中n等于1-约30的整数；和(ii)收集所述氨基醇。
在另一实施方案中，本发明涉及由部分中和的氨基醛生产氨基醇的方法，所述方法包括如下步骤：(A)将下式(I)的氨基醛与少于化学计量量的酸合并以形成部分中和的氨基醛组合物。
其中每个R1独立地选自氢、直链或支化C1-C30烷基、C3-C20环烷基、饱和C2-C20杂环基、可以含有一个或多个C3-C20环烷基或饱和C2-C20杂环基或它们的任意混合物的直链或支化C1-C30烷基，或者其中两个R1取代基和它们所连的碳原子可以形成饱和或不饱和的C3-C20环状基团、杂环基团或碳环基团；其中每个R2独立地选自氢、直链或支化C1-C30烷基、C3-C20环烷基、饱和C2-C20杂环基、可以含有一个或多个C3-C20环烷基或饱和C2-C20杂环基或它们的任意混合物的直链或支化C1-C30烷基，或者其中两个R2取代基和它们所连的碳原子可以形成饱和或不饱和的C3-C20环状基团、杂环基团或碳环基团；其中一个R1取代基和一个R2取代基和它们所连的碳原子可以形成饱和的C3-C20环状基团或饱和的C3-C20杂环基团，其中剩余的R1取代基和R2取代基形成另一个如上限定的环状结构或者其中剩余的R1取代基和R2取代基单独地被上文列出的基团取代；其中每个R3独立地选自氢、直链或支化C1-C30烷基、含有一个或多个杂原子的直链或支化C1-C30烷基、直链或支化C2-C30烯基、含有一个或多个杂原子的直链或支化C2-C30烯基、直链或支化C2-C30炔基、含有一个或多个杂原子的直链或支化C2-C30炔基、C4-C20芳基、含有一个或多个杂原子的C4-C20芳基、C4-C20环烷基、含有一个或多个杂原子的C4-C20环烷基、C4-C20杂环基，或者其中两个R3取代基和它们所连的氮原子可以形成饱和或不饱和的C2-C20杂环基团或具有两个或更多个杂原子的饱和或不饱和的C2-C20杂环基团；以及其中n等于1-约30的整数；和(B)通过将所述氨基醛盐与氢气和催化剂合并而使该氨基醛盐经受氢化反应以产生相应的氨基醇；和(C)收集所述氨基醇，其中步骤(A)中使用的酸的量为每1当量的氨基醛少于约0.9摩尔当量。
附图简要说明
图1为粗制3-二甲基氨基-2，2-二甲基-1-丙醛(DMADMPAL)的500mHz1HNMR谱图；
图2为经过蒸馏的3-二甲基氨基-2，2-二甲基-1-丙醛(DMADMPAL)的500mHz1HNMR谱图；
图3为对比例1的500mHz1HNMR谱图；
图4为对比例2的500mHz1HNMR谱图；
图5为对比例3的500mHz1HNMR谱图；
图6为实施例1的500mHz1HNMR谱图；
图7为实施例2的500mHz1HNMR谱图；
图8为实施例3的500mHz1HNMR谱图；
图9为实施例4的500mHz1HNMR谱图；和
图10为实施例5的500mHz1HNMR谱图。
发明详述
本发明涉及合成氨基醇(例如含有未取代、单取代或二取代的胺基的氨基醇)的方法和由该方法形成的产物。在一种实施方案中，本发明涉及由相应的氨基醛合成氨基醇的方法和由该方法形成的产物。在另一实施方案中，本发明涉及由相应的氨基醛通过使用合适催化剂(例如镍)的氢化工艺合成氨基醇的方法和由该方法形成的产物。在另一实施方案中，本发明涉及在不存在将氨基醛起始物料转化成盐的居间步骤的情况下由相应的游离氨基醛通过直接氢化形成的氨基醇。
在一种实施方案中，本发明涉及由相应的氨基醛通过使用镍催化剂的氢化形成的氨基醇。
在一种实施方案中，所述氨基醛选自式(I)所表示的那些：
其中每个R1独立地选自氢、直链或支化C1-C30烷基、C3-C20环烷基、其中杂原子选自羰基、N、S、P或O的饱和C2-C20杂环基、或者可以含有一个或多个C3-C20环烷基或饱和C2-C20杂环基或它们的任意混合物的直链或支化C1-C30烷基，其中杂原子如果存在的话选自羰基、N、S、P或O；其中每个R2独立地选自氢、直链或支化C1-C30烷基、C3-C20环烷基、其中杂原子选自羰基、N、S、P或O的饱和C2-C20杂环基、或者可以含有一个或多个C3-C20环烷基或饱和C2-C20杂环基或它们的任意混合物的直链或支化C1-C30烷基，其中杂原子如果存在的话选自羰基、N、S、P或O；其中n等于1-约30的整数；以及其中每个R3独立地选自氢、直链或支化C1-C30烷基、直链或支化C2-C30烯基、直链或支化C2-C30炔基、C3-C20芳基、C3-C20环烷基或C2-C20杂环基，其中杂原子如果存在的话选自羰基、N、S、P或0。
在另一实施方案中，两个R1取代基和它们所连的碳原子可以形成饱和或不饱和的C3-C20环状基团、杂环基团或碳环基团，其中杂原子如果存在的话选自羰基、N、S、P或O。在另一实施方案中，两个R2取代基和它们所连的碳原子可以形成饱和或不饱和的C3-C20环状基团、杂环基团或碳环基团，其中杂原子如果存在的话选自羰基、N、S、P或O。在另一实施方案中，一个R1取代基和一个R2取代基和它们所连的碳原子可以形成饱和的C3-C20环状基团或饱和的C3-C20杂环基团，其中杂原子如果存在的话选自羰基、N、S、P或O。在该实施方案中，剩余的R1取代基和一个R2取代基可以形成另一个如上限定的环状结构或者剩余的R1取代基和R2取代基单独地被上文列出的基团取代。
在另一实施方案中，每个R3独立地选自氢、含有一个或多个杂原子(例如，羰基、N、S、P或O)的直链或支化C1-C30烷基、含有一个或多个杂原子(例如，羰基、N、S、P或O)的直链或支化C2-C30烯基、含有一个或多个杂原子(例如，羰基、N、S、P或O)的直链或支化C2-C30炔基、含有一个或多个杂原子(例如，羰基、N、S、P或O)的C4-C20芳基、含有一个或多个杂原子(例如，羰基、N、S、P或O)的C4-C20环烷基。在另一实施方案中，两个R3取代基和它们所连的氮原子可以形成取代或未取代的、饱和或不饱和的C2-C20杂环基团、或者具有包括上述桥联氮原子在内的两个或更多个杂原子(以及取代的杂原子)的取代或未取代的、饱和或不饱和的C2-C20杂环基团，其中一个或多个另外的杂原子和取代的杂原子选自羰基、NH、NC(O)CH3、NC(O)CH2CH3、N、S、P或O。当被取代时，所述杂环基团被一个或多个选自C1-C10烷基、C6-C12芳基和羧基的取代基取代。在此处以及说明书和权利要求书中的其它地方，单个数值(包括碳原子数值)或端值可以进行组合以形成另外的未公开和/或未指明的范围。
在另一实施方案中，每个R1独立地选自氢、直链或支化C3-C15烷基、C4-C10环烷基、其中杂原子选自羰基、N、S、P或O的饱和C3-C10杂环基、或者可以含有一个或多个C4-C10环烷基或饱和C3-C10杂环基或它们的任意混合物的直链或支化C3-C15烷基，其中杂原子如果存在的话选自羰基、N、S、P或O；每个R2独立地选自氢、直链或支化C3-C15烷基、C4-C10环烷基、其中杂原子选自羰基、N、S、P或O的饱和C3-C10杂环基、或者可以含有一个或多个C4-C10环烷基或饱和C3-C10杂环基或它们的任意混合物的直链或支化C3-C15烷基，其中杂原子如果存在的话选自羰基、N、S、P或O；以及每个R3独立地选自氢、直链或支化C3-C15烷基、直链或支化C4-C20烯基、直链或支化C4-C20炔基、C4-C10芳基、C4-C10环烷基或C3-C10杂环基，其中杂原子如果存在的话选自羰基、N、S、P或O。
在另一实施方案中，两个R1取代基和它们所连的碳原子可以形成饱和或不饱和的C4-C10环状基团、杂环基团或碳环基团，其中杂原子如果存在的话选自羰基、N、S、P或O。在另一实施方案中，两个R2取代基和它们所连的碳原子可以形成饱和或不饱和的C4-C10环状基团、杂环基团或碳环基团，其中杂原子如果存在的话选自羰基、N、S、P或O。在另一实施方案中，一个R1取代基和一个R2取代基和它们所连的碳原子可以形成饱和的C4-C10环状基团或饱和的C4-C10杂环基团，其中杂原子如果存在的话选自羰基、N、S、P或O。在该实施方案中，剩余的R1取代基和一个R2取代基可以形成另一个如上限定的环状结构或者剩余的R1取代基和R2取代基单独地被上文列出的基团取代。
在另一实施方案中，每个R3独立地选自氢、含有一个或多个杂原子(例如，羰基、N、S、P或O)的直链或支化C3-C15烷基、含有一个或多个杂原子(例如，羰基、N、S、P或O)的直链或支化C4-C20烯基、含有一个或多个杂原子(例如，羰基、N、S、P或O)的直链或支化C4-C20炔基、含有一个或多个杂原子(例如，羰基、N、S、P或O)的C5-C10芳基、含有一个或多个杂原子(例如，羰基、N、S、P或O)的C5-C10环烷基。在另一实施方案中，两个R3取代基和它们所连的氮原子可以形成取代或未取代的、饱和或不饱和的C3-C10杂环基团、或者具有包括上述桥联氮原子在内的两个或更多个杂原子(以及取代的杂原子)的取代或未取代的、饱和或不饱和的C3-C10杂环基团，其中一个或多个另外的杂原子和取代的杂原子选自羰基、NH、NC(O)CH3、NC(O)CH2CH3、N、S、P或O。当被取代时，所述杂环基团被一个或多个选自C1-C10烷基、C6-C12芳基和羧基的取代基取代。在此处以及说明书和权利要求书中的其它地方，单个数值(包括碳原子数值)或端值可以进行组合以形成另外的未公开和/或未指明的范围。
在另一实施方案中，每个R1独立地选自氢、直链或支化C5-C8烷基、C5-C8环烷基、其中杂原子选自羰基、N、S、P或O的饱和C4-C8杂环基、或者可以含有一个或多个C5-C8环烷基或饱和C4-C8杂环基或它们的任意混合物的直链或支化C5-C8烷基，其中杂原子如果存在的话选自羰基、N、S、P或O；每个R2独立地选自氢、直链或支化C5-C8烷基、C5-C8环烷基、其中杂原子选自羰基、N、S、P或O的饱和C4-C8杂环基、或者可以含有一个或多个C5-C8环烷基或饱和C4-C8杂环基或它们的任意混合物的直链或支化C5-C8烷基，其中杂原子如果存在的话选自羰基、N、S、P或O；以及每个R3独立地选自氢、直链或支化C5-C8烷基、直链或支化C6-C10烯基、直链或支化C6-C10炔基、C5-C8芳基、C5-C8环烷基或C4-C8杂环基，其中杂原子如果存在的话选自羰基、N、S、P或O。
在另一实施方案中，两个R1取代基和它们所连的碳原子可以形成饱和或不饱和的C5-C8环状基团、杂环基团或碳环基团，其中杂原子如果存在的话选自羰基、N、S、P或O。在另一实施方案中，两个R2取代基和它们所连的碳原子可以形成饱和或不饱和的C5-C8环状基团、杂环基团或碳环基团，其中杂原子如果存在的话选自羰基、N、S、P或O。在另一实施方案中，一个R1取代基和一个R2取代基和它们所连的碳原子可以形成饱和的C5-C8环状基团或饱和的C5-C8杂环基团，其中杂原子如果存在的话选自羰基、N、S、P或O。在该实施方案中，剩余的R1取代基和一个R2取代基可以形成另一个如上限定的环状结构或者剩余的R1取代基和R2取代基单独地被上文列出的基团取代。
在另一实施方案中，每个R3独立地选自氢、含有一个或多个杂原子(例如，羰基、N、S、P或O)的直链或支化C5-C8烷基、含有一个或多个杂原子(例如，羰基、N、S、P或O)的直链或支化C6-C10烯基、含有一个或多个杂原子(例如，羰基、N、S、P或O)的直链或支化C6-C10炔基、含有一个或多个杂原子(例如，羰基、N、S、P或O)的C5-C8芳基、含有一个或多个杂原子(例如，羰基、N、S、P或O)的C5-C8环烷基。在另一实施方案中，两个R3取代基和它们所连的氮原子可以形成取代或未取代的、饱和或不饱和的C4-C8杂环基团、或者具有包括上述桥联氮原子在内的两个或更多个杂原子(以及取代的杂原子)的取代或未取代的、饱和或不饱和的C4-C8杂环基团，其中一个或多个另外的杂原子和取代的杂原子选自羰基、NH、NC(O)CH3、NC(O)OCH3、NC(O)OCH2CH3、N、S、P或O。当被取代时，所述杂环基团被一个或多个选自C1-C10烷基、C6-C12芳基和羧基的取代基取代。在此处以及说明书和权利要求书中的其它地方，单个数值(包括碳原子数值)或端值可以进行组合以形成另外的未公开和/或未指明的范围。
在另一实施方案中，每个R1独立地选自氢、或者直链或支化C1-C6烷基；每个R2独立地选自氢、或者直链或支化C1-C6烷基，n等于1-约20的整数；以及每个R3独立地选自氢、直链或支化C1-C15烷基、直链或支化C2-C15烯基、直链或支化C2-C15炔基、C4-C10芳基、C4-C10环烷基或C4-C10杂环基。在另一实施方案中，每个R3独立地选自氢、含有一个或多个杂原子(例如，羰基、N、S、P或O)的直链或支化C1-C15烷基、含有一个或多个杂原子(例如，羰基、N、S、P或O)的直链或支化C2-C15烯基、含有一个或多个杂原子(例如，羰基、N、S、P或O)的直链或支化C2-C15炔基、含有一个或多个杂原子(例如，羰基、N、S、P或O)的C4-C10芳基、含有一个或多个杂原子(例如，羰基、N、S、P或O)的C4-C10环烷基。
在另一实施方案中，两个R1取代基和它们所连的碳原子可以形成饱和或不饱和的C4-C6环状基团、杂环基团或碳环基团，其中杂原子如果存在的话选自羰基、N、S、P或O。在另一实施方案中，两个R2取代基和它们所连的碳原子可以形成饱和或不饱和的C4-C6环状基团、杂环基团或碳环基团，其中杂原子如果存在的话选自羰基、N、S、P或O。在另一实施方案中，两个R3取代基和它们所连的氮原子可以形成取代或未取代的、饱和或不饱和的C4-C6杂环基团、或者具有包括上述桥联氮原子在内的两个或更多个杂原子(以及取代的杂原子)的取代或未取代的、饱和或不饱和的C4-C6杂环基团，其中一个或多个另外的杂原子和取代的杂原子选自羰基、NH、NC(O)CH3、NC(O)CH2CH3、N、S、P或O。在另一实施方案中，n等于约2-约15的整数，或者甚至约4-约10的整数。在此处以及说明书和权利要求书中的其它地方，单个数值(包括碳原子数值)或端值可以进行组合以形成另外的未公开和/或未指明的范围。
在另一实施方案中，每个R1为甲基，每个R2为氢；每个R3选自氢、直链或支化C1-C8烷基；以及其中n等于1-5的整数。
在一种实施方案中，上述用于转化成相应氨基醇的“起始”氨基醛经由本领域技术人员已知的合成路线生产(例如参见美国专利2,477,842和1,824,676，这两篇专利都为了其对于生产氨基醛的合成路线的教导而并入本文)。在另一实施方案中，以下的示例性合成路线可以用于生产期望的氨基醛“起始”物料。应当注意，以下的氨基醛合成路线本质上是示例性的，本发明不限于此。
在一种实施方案中，按照以下的反应路线合成3-二甲基氨基-2，2-二甲基-1-丙醛(DMADMPAL)：
其中n为1-约100、或2-约50、或约4-约25、或者甚至约8-约15的整数。在此处以及说明书和权利要求书中的其它地方，单个数值(包括碳原子数值)或端值可以进行组合以形成另外的未公开和/或未指明的范围。在另一实施方案中，n等于1(即甲醛)或n等于8(多聚甲醛)。在另一实施方案中，不管重复单元数如何(即，n可以具有任何合适的值而且不限于上文指出的范围)，使用多聚甲醛。
在一种特定的合成实施方案中，由异丁醛(144g，2mol)、多聚甲醛(97％-63g，2mol)和二甲胺溶液(40％-226g，2mol)形成DMADMPAL起始物料。粗制产物DMADMPAL为黄色至浅棕色液体。如同从图1的1HNMR谱图中能够看出的，该粗制产物具有良好的纯度。粗制DMADMPAL产物可以通过真空蒸馏进一步纯化以获得无色液体。图2为纯化过的DMADMPAL产物的1HNMR谱图。
如同上文论述的，本发明涉及由相应的氨基醛合成氨基醇的方法和由该方法形成的产物。在另一实施方案中，本发明涉及由相应的游离氨基醛通过使用合适催化剂(例如金属氢化催化剂或二元金属氢化催化剂)的氢化工艺合成氨基醇的方法和由该方法形成的游离氨基醇产物。在一种实施方案中，本发明的氢化催化剂选自含有或者基于一种或多种过渡金属的任何合适的氢化催化剂，所述过渡金属包括但不限于Ni、Pd、Pt、Cu、Ag、Au、Cr、Mo、Fe、Ru、Rh、Re、Zn、Cd、Hg、Al或它们中两种或更多种的合适组合。在另一实施方案中，本发明的氢化催化剂可以是一种或多种金属、一种或多种金属氧化物、一种或多种金属盐化合物、或者它们中两种或更多种的合适组合，其中该一种或多种金属选自Ni、Pd、Pt、Cu、Ag、Au、Cr、Mo、Fe、Ru、Rh、Re、Zn、Cd、Hg或Al。在另一实施方案中，本发明可以采用设计连同含氮反应物一起使用的任何种类的氢化催化剂。将会理解的是，在该实施方案中，连同本发明一起使用的氢化催化剂应当在不使氨基醛起始物料的氮原子氢化的情况下选择性地氢化醛官能团。
在另一实施方案中，连同本发明一起使用的氢化催化剂为二元金属氢化催化剂。所述催化剂包括但不限于镍-铝(Ni-Al)二元催化剂。镍-铝二元催化剂在本领域也称为镍-铝骨架催化剂和镍-铝海绵金属催化剂。一方面，镍-铝二元催化剂的制备包括通过如美国专利1,628,190和1,915,473中所述的火法冶金技术使约50份镍与约50份铝成合金、将镍-铝合金粉碎然后用氢氧化钠水溶液将大多数铝溶解掉[J.Am.Chem.Soc.54，4116(1932)]以得到多孔基材。然后洗涤该多孔镍-铝以除去任何残留的氢氧化钠[Ind.andEng.Chem.331199(1940)]。用于该合金中的镍与铝的比率可以是约1-约4。
在一种情况下，本发明的方法包括按照上式(I)的期望的氨基醛通过使用合适催化剂的氢化反应而受控氢化。在一种实施方案中，所述催化剂为镍-铝二元金属催化剂如镍以及例如可购自W.R.Grace&Co.、Pfaltz＆Bauer或Sigma-Aldrich。镍-铝二元金属催化剂也可以以SpongeMetalTM商品名购自JohnsonMattheyCatalysts。然而，本发明不限于此。在一种情况下，期望的氨基醇的受控合成路线采用游离氨基醛而且如下在反应方案1中所示：
反应方案1
其中每个R1、R2和R3独立地选自上文限定的基团；以及其中n如上限定。在一种实施方案中，连同反应方案1可以采用任何合适的氢化催化剂用量，其包括但不限于超过以氨基醛起始物料量计的重量当量的用量。在反应方案1的一种实施方案中，控制氨基醛与催化剂的比率以使得约1重量当量的氨基醛与约0.0001-约0.8重量当量的催化剂反应。在另一实施方案中，控制氨基醛与催化剂的比率以使得约1重量当量的氨基醛与约0.001-约0.75重量当量的催化剂反应。在另一实施方案中，控制氨基醛与催化剂的比率以使得约1重量当量的氨基醛与约0.1-约0.5重量当量的催化剂反应。在此处以及说明书和权利要求书中的其它地方，单个数值(适用的话包括碳原子数值)或端值可以进行组合以形成另外的未公开和/或未指明的范围。
在一种实施方案中，在约1psi-约10,000psi、或者约10psi-约5,000psi、或者约50psi-约1,000psi、或者甚至约250psi-约750psi的压力下进行反应方案1。在一种实施方案中，在约0℃-约300℃、或者约15℃-约250℃、或者约25℃-约200℃、或者甚至约30℃-约150℃的温度下进行反应方案1。在此处以及说明书和权利要求书中的其它地方，单个数值(适用的话包括碳原子数值)或端值可以进行组合以形成另外的未公开和/或未指明的范围。
在另一实施方案中，期望的氨基醇的受控合成路线采用其中所述组合物中氨基醛上的仅仅一部分的胺部分被质子化(用酸中和)的氨基醛组合物。按照反应方案2形成氨基醛盐：
反应方案2
其中每个R1、R2和R3独立地选自上文限定的基团；以及其中n如上限定。在反应方案2的一种实施方案中，游离氨基醛向相应的氨基醛盐的转化通过采用每1摩尔当量游离氨基醛少于约0.9摩尔当量合适的酸(例如，HCl)来控制。在另一实施方案中，游离氨基醛向相应的氨基醛盐的转化通过采用每1摩尔当量游离氨基醛少于约0.8摩尔当量、少于约0.75摩尔当量、少于约0.6摩尔当量、少于约0.5摩尔当量、少于约0.4摩尔当量、少于约0.3摩尔当量、少于约0.2摩尔当量、或者甚至少于约0.1摩尔当量的酸(例如，HCl)来控制。在另一实施方案中，不用酸，而是在没有转化成相应的氨基醛盐的情况下将游离氨基醛转化成期望的游离氨基醇。如同本领域技术人员将会显见的，当不用酸(即，0摩尔当量的酸)时，反应按照上述反应方案1而不是反应方案2进行。在此处以及说明书和权利要求书中的其它地方，单个数值(适用的话包括碳原子数值)或端值可以进行组合以形成另外的未公开和/或未指明的范围。
在反应方案2的一种情况中，将氨基醛起始物料中和至小于90％中和程度，在另一种情况中小于80％，在另一种情况中小于75％，在本发明的另一种情况中小于60％、50％、40％、30％、20％和10％。
在一种实施方案中，连同反应方案2可以采用任何合适的氢化催化剂用量，其包括但不限于超过以如下的量计的重量当量的用量：(a)存在的游离氨基醛起始物料的量，(b)存在的相应氨基醛盐的量；或(c)存在的游离氨基醛起始物料和存在的相应氨基醛盐的量。在上述氢化反应的一种实施方案中，控制如上所述的(a)、(b)或(c)与催化剂的比率以使得约1重量当量的氨基醛与约0.0001-约0.8重量当量的催化剂反应。在另一实施方案中，控制如上所述的(a)、(b)或(c)与催化剂的比率以使得约1重量当量的氨基醛与约0.001-约0.75重量当量的催化剂反应。在另一实施方案中，控制如上所述的(a)、(b)或(c)与催化剂的比率以使得约1重量当量的氨基醛与约0.1-约0.5重量当量的催化剂反应。在此处以及说明书和权利要求书中的其它地方，单个数值(适用的话包括碳原子数值)或端值可以进行组合以形成另外的未公开和/或未指明的范围。
应当注意，尽管上述反应方案2采用盐酸，但是本发明不限于此。相反，可以将任何合适的酸化合物用于形成反应方案2中所示的中间体氨基醛盐化合物。在一种实施方案中，连同反应方案2可以采用各种无机和有机酸。示例性的无机酸包括但不限于盐酸、硝酸、硫酸、氨基磺酸、磷酸、或者它们中两种或更多种的合适混合物。示例性的有机酸包括但不限于甲酸、乙酸、柠檬酸、水杨酸、乳酸、乙醇酸、或者它们中两种或更多种的合适混合物。在另一实施方案中，在反应方案2中可以采用一种或多种无机酸与一种或多种有机酸组合的任何合适的混合物。
关于反应方案2的碱中和步骤，由于这类反应为本领域技术人员已知，示意性地显示出反应的这一部分。应当注意，尽管上述反应方案2以氢氧化钠作为例子，但是本发明不限于此。相反，可以采用任何合适的碱性pH调节剂和/或碱化合物以将反应方案2的中间体氨基醇盐化合物“再转化”成期望的氨基醇。在一种实施方案中，连同反应方案2可以采用各种无机和有机碱性pH调节剂和/或碱。示例性的无机碱性pH调节剂和/或碱包括但不限于碱金属氢氧化物(例如，氢氧化钠和氢氧化钾)、氢氧化铵、无机酸的碱金属盐(例如，硼酸钠(即，硼砂)、磷酸钠、焦磷酸钠、或者它们中两种或更多种的合适混合物。示例性的有机碱性pH调节剂和/或碱包括但不限于三乙醇胺、二异丙基胺、十二烷基胺、二异丙醇胺、氨基甲基丙醇、椰油胺、油胺、吗啉、三戊基胺、三乙基胺、氨基丁三醇(2-氨基-2-羟基甲基)-1，3-丙二醇)、四(羟丙基)乙二胺、或者它们中两种或更多种的合适混合物。在另一实施方案中，在反应方案2中可以采用一种或多种无机碱性pH调节剂和/或碱与一种或多种有机碱性pH调节剂和/或碱组合的任何合适的混合物。
在一种实施方案中，在约1psi-约10,000psi、或者约10psi-约5,000psi、或者约50psi-约1,000psi、或者甚至约250psi-约750psi的压力下进行反应方案2。在一种实施方案中，在约0℃-约300℃、或者约15℃-约250℃、或者约25℃-约200℃、或者甚至约30℃-约150℃的温度下进行反应方案2。在此处以及说明书和权利要求书中的其它地方，单个数值(适用的话包括碳原子数值)或端值可以进行组合以形成另外的未公开和/或未指明的范围。
关于反应方案1和/或2所覆盖的实施方案中的任一种，这些反应可以作为净反应(neatreaction)进行。本文使用的净反应为具有少于约10wt％的一种或多种外来和/或添加溶剂的反应。在另一实施方案中，净反应为具有少于约7.5wt％的一种或多种外来和/或添加溶剂、少于约5wt％的一种或多种外来和/或添加溶剂、少于约2.5wt％的一种或多种外来和/或添加溶剂、少于约1wt％的一种或多种外来和/或添加溶剂、少于约0.5wt％的一种或多种外来和/或添加溶剂、少于约0.1wt％的一种或多种外来和/或添加溶剂、或者甚至一种或多种外来和/或添加溶剂用量为0(即，没有附加溶剂，或者不含附加溶剂)的反应。在此处以及说明书和权利要求书中的其它地方，单个数值(适用的话包括碳原子数值)或端值可以进行组合以形成另外的未公开和/或未指明的范围。
在净反应中存在一种或多种外来和/或添加溶剂的实施方案中，该一种或多种外来和/或添加溶剂的重量用量以上述反应方案1和/或2中采用的反应物的总重量计。在其中反应方案1和/或2不含一种或多种外来和/或添加溶剂(即，没有附加溶剂)的实施方案中，在反应方案1和/或2中采用的反应物提供上述反应方案任一种所必需的反应介质以如同举例说明的那样进行。
在另一实施方案中，反应方案1和/或2可以在溶剂中进行。在该实施方案中，连同反应方案1和/或2实施方案中的任一种采用的溶剂的量可以少于约95wt％溶剂、少于约90wt％溶剂、少于约80wt％溶剂、少于约75wt％溶剂、少于约70wt％溶剂、少于约65wt％溶剂、少于约60wt％溶剂、少于约55wt％溶剂、少于约50wt％溶剂、少于约45wt％溶剂、少于约40wt％溶剂、少于约35wt％溶剂、少于约30wt％溶剂、少于约25wt％溶剂、少于约20wt％溶剂、少于约15wt％溶剂、甚至少于约12.5wt％溶剂。在此处以及说明书和权利要求书中的其它地方，单个数值(适用的话包括碳原子数值)或端值可以进行组合以形成另外的未公开和/或未指明的范围。在另一实施方案中，连同反应方案1和/或2可以采用任何的溶剂用量，其包括超过100wt％在内。在反应方案1和/或2与一种或多种溶剂组合进行的实施方案中，一种或多种溶剂的重量用量以上述反应方案1和/或2中采用的反应物的总重量计。
适合用于本发明的溶剂包括但不限于一种或多种极性溶剂、一种或多种非极性溶剂、或者一种或多种极性溶剂与一种或多种非极性溶剂的任何合适混合物。示例性的极性溶剂包括但不限于水、C1-C8直链或支化醇(例如，甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、1-丁醇、2-丁醇、异丁醇、叔丁醇、1-戊醇、2-戊醇、3-戊醇、1-己醇、2-己醇或3-己醇)、N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、二甲砜、二甲亚砜、二苯砜、N-甲基吡咯烷酮、极性环醚(例如，四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃或3-甲基四氢呋喃)、或者它们中两种或更多种的合适混合物。示例性的非极性溶剂包括但不限于C5-C12直链或支化烷烃(例如，戊烷、己烷、庚烷或辛烷)、非极性芳烃(例如，苯、甲苯或二甲苯)、非极性脂族酯(例如，乙酸甲酯或乙酸乙酯)、非极性氯代脂族和芳族烃(例如，二氯甲烷、氯仿、二氯乙烷、氯苯或二氯苯)、非极性二烷基醚(例如，二乙醚、二丙醚、二丁醚、丁基乙基醚、仲丁基乙基醚、叔丁基乙基醚、丁基甲基醚、仲丁基甲基醚或叔丁基甲基醚)、或者它们中两种或更多种的合适混合物。在一种实施方案中，在采用极性/非极性溶剂的混合物的情况下，一种或多种极性溶剂的量与一种或多种非极性溶剂的量可以落在约99∶1-1∶99的重量比范围中的任何地方。
如上所述，本发明的一种实施方案涉及通过用镍作为催化剂氢化DMADMPAL而合成DMADMPOL。将DMADMPAL的盐酸盐形式(即，质子化的变体，将其标为P)和游离胺形式(即，省去使用酸化合物的反应方案，将其标为F)都用作“起始”物料。再一次地，本发明不限于仅仅使用DMADMPAL作为起始物料。相反，本发明的“起始”物料可以是任何按照如上所述的式(I)的化合物。多种实施例的结果列在表1中。粗制产物通过1HNMR进行分析，将粗制产物的主要组分的代表性峰积分并列出。
表1
*为了对照，将3.5ppm峰确定为任意值100
对比例1-3和实施例1-2的1HNMR谱图分别示于图3-7中。DMADMPAL的盐酸盐形式的氢化无法达到与游离DMADMPAL的氢化相同的产率。对比例1-3的转化率较低，这可以通过存在显著量的9.53ppm处的醛峰来证实。然而，DMADMPAL的盐形式的氢化显示良好的选择性，因为与3.5ppm处的产物峰相比3.4ppm处的副产物峰相对较小。如同从1HNMR数据中能够确定的，氨基醛起始物料向期望的氨基醇的转化不是按化学计量的。虽然不希望受任何一个数值约束，但是认为使用上述盐酸盐中间体的氨基醛起始物料向期望的氨基醇的转化产率为约60-70％。
另一方面，游离DMADMPAL的氢化实现几乎按化学计量的转化。这可以从表1中有关实施例1和2的数据看出。这些数据表明明显不存在9.53ppm处的醛峰。当采用经过蒸馏的DMADMPAL时，反应实现约100％转化，同时选择性按照积分为约99％。3.4ppm处的副产物峰最小。因而，本发明在该实施方案中允许实现本领域技术人员认为不可能的游离DMADMPAL的成功氢化。
在另一实施方案中，本发明使粗制游离DMADMPAL的氢化成为可能。该反应方法也是成功的，其中由粗制游离DMADMPAL的氢化产生的DMADMPOL获得约90％的纯度。粗制DMADMPOL产物在另一实施方案中可以进行蒸馏以提供至少约98％的最终产物纯度。因此，在一些情况下有利的是将粗制DMADMPAL用于氢化以避免蒸馏过程中的分解损失。在上述氢化反应完成之后通过蒸馏可以获得高纯度DMADMPOL。考虑到上述内容，本发明包括使用“粗制”游离氨基醛作为起始物料以经由上述游离反应路线形成相应的氨基醇。
DMADMPAL的盐酸盐的氢化的示例性过程(对比例1、2和3)：
向压力容器中装入DMADMPAL(1.0当量)、6NHCl(1.01-1.04当量)。借助于添加氢氧化铵将溶液的pH值调节至期望值。向该溶液中加入出自Sigma-Aldrich、目录号510033的镍淤浆(W.R.GraceandCo.2400，在H2O中的淤浆，活性催化剂)。所用催化剂的量相对于DMADMPAL的量为约5-约100wt％。封闭容器，在搅拌的同时用H2冲洗约5分钟。将容器中的压力升高至约100psi-约1,000psi的压力，然后加热至约30℃-约150℃的温度。继续加热约3小时。然后将反应冷却至室温(例如，约21℃)，释放压力，之后用N2冲洗容器约10分钟。然后将所得的溶液过滤。用NaOH使溶液变成强碱性，通过添加碱或盐提取出有机部分。通过1HNMR分析粗制有机溶液。
游离的经过蒸馏的DMADMPAL的氢化的示例性过程(实施例1和2)：
向压力容器中装入蒸馏过的DMADMPAL(1.0当量)、出自Sigma-Aldrich、目录号510033的镍淤浆(W.R.GraceandCo.2400，在H2O中的淤浆，活性催化剂)。所用催化剂的量相对于DMADMPAL的量为约10-约100wt％。封闭容器，在偶尔搅拌的同时用H2冲洗约5分钟。将容器中的压力升高至约100psi-约1,000psi的压力，然后加热至约30℃-约150℃的温度。继续加热约3小时直至压力不再下降为止。然后将反应容器冷却并释放压力，之后用N2冲洗容器约10分钟。将溶液过滤并通过1HNMR分析。
粗制DMADMPAL的氢化的示例性过程(实施例3、4和5)：
向压力容器中装入粗制DMADMPAL(1.0当量)、出自Sigma-Aldrich、目录号510033的镍淤浆(W.R.GraceandCo.2400，在H2O中的淤浆，活性催化剂)。所用催化剂的量相对于DMADMPAL的量为约10-约100wt％。封闭容器，在偶尔搅拌的同时用H2冲洗约5分钟。将容器中的压力升高至约100psi-约1,000psi的压力，然后加热至约30℃-约150℃的温度。继续加热约3小时直至压力不再下降为止。然后将反应容器冷却并释放压力，之后用N2冲洗容器约10分钟。将溶液过滤并通过1HNMR分析。
虽然按照专利法规已经阐述了本发明的最佳方式和某些实施方案，但是本发明的范围不限于此，而是由所附权利要求的范围限定。同样地，本发明精神和范围内的其它变型是可能的而且将会自身呈现给本领域技术人员。
Claims (5)
1.由氨基醛生产氨基醇的方法，所述方法包括如下步骤：
(i)通过将该氨基醛与氢气和镍氢化催化剂合并而使包含下式(I)的氨基醛的组合物经受氢化反应以产生相应的氨基醇：
其中每个R1独立地选自氢或直链或支化C1-C6烷基，每个R2独立地选自氢直链或支化C1-C6烷基；每个R3独立地选自氢或直链或支化C1-C8烷基；以及其中n等于1-5的整数；和
(ii)收集所述氨基醇，
其中所述方法中没有使用酸。
2.权利要求1的方法，其中每个R1为甲基，每个R2为氢；每个R3选自直链或支化C1-C8烷基；以及其中n等于1-5的整数。
3.权利要求1的方法，其中步骤(i)中使用的氢化催化剂的量为每1重量当量的氨基醛0.0001-0.8重量当量的氢化催化剂。
4.权利要求1的方法，其中步骤(i)在6.89kPa-68.94MPa的压力下进行。
5.权利要求1-4任一项的方法，其中所述氨基醛为3-二甲基氨基-2,2-二甲基-1-丙醛。
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