CN103917533A - 环状(聚)甘油硫酸酯及其制备和用途 - Google Patents
环状(聚)甘油硫酸酯及其制备和用途 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及新颖的环状(聚)甘油硫酸酯,特别是涉及新颖的4-(羟甲基)-1,3,2-二氧硫杂戊烷-2,2-二氧化物化合物。本发明还涉及该环状硫酸酯化合物的制备方法,并且涉及其作为制备含硫酸酯基团的绿色表面活性剂的中间体的用途。
Description
发明领域
本发明涉及一种新颖的具有游离羟基的甘油或聚甘油的环状硫酸酯,更特别是涉及新颖的4-(羟甲基)-1,3,2-二氧硫杂戊烷-2,2-二氧化物化合物。本发明还涉及该新颖的环状硫酸酯化合物的制备方法,并且涉及其作为制备含硫酸酯基团的表面活性剂的中间体的用途。
发明背景
大多数通过化学工业生产的表面活性剂是基于石油化学产品。通过传统的方法从石油化学产品制备的表面活性剂包含可能对人类致癌的1,4-二噁烷。已经报道了许多努力来使用碳水化合物作为本体原料用于合成非离子表面活性剂。参见Kosaka,T;Yamada T.的SucrochemistryACS Symposium Series,No.41Sucrochemistry ACS[Symposium Series ACS系列研讨会,第41期];John L.Hickson,Ed.;Am.Chem.Soc.[美国化学会]:华盛顿州,华盛顿市(Washington,DC),1977,p84;James,C.E.;Hough,L.;Khan,R.Prog.Chem.Org.Natl.Products[有机化学天然产品进展]1989,55,117;以及Kunz,M.的Carbohydrates as Organic Raw Materials[作为有机原料的磁水化合物].F.W.Lichtenthaler,Ed.;VCH:Weinheim,1991,p127。对于绿色表面活性剂,尤其是含一个或多个硫酸酯基团的那些存在快速增长的需求。
常规地,大多数的化学工作者使用受保护的环状亚硫酸酯通过氧化作用来制备相应的环状硫酸酯,其中起始化合物没有游离的伯羟基或者此种基团需要在氧化之前保护。参见,Hiyas A.Sayyed等人,Tetrahedron[四面体],61(2005)2831-2838。必须去除保护基团来释放羟基用于进一步反应。对于含伯羟基的环状亚硫酸酯,至今尚无将它们以高产率同时在不会影响这些羟基的情况下转化成相应的环状硫酸酯的一步法。因此,仍然需要制备环状硫酸酯的改进的方法。
发明概述
项目1.本发明涉及一种具有化学式(I)的环状(聚)甘油硫酸酯化合物:
其中n是从0到20的整数;并且每个-C3H6O2-独立地是甘油残基。
项目2.根据项目1所述的化合物,其中n是0-10。
项目3.根据项目1或2所述的化合物,其中n是0-4。
项目4.根据以上项目中任一项目所述的化合物,其中每个-C3H6O2-独立地是
项目5.根据以上项目中任一项所述的化合物,其中n是0并且该具有化学式(I)的化合物是具有以下化学式(I’)的化合物
项目6.本发明进一步涉及一种用于制备根据以上项目中任一项所述的化合物的方法,包括使具有化学式(II)的化合物与氧化剂反应的步骤
其中n和-C3H6O2-是如以上项目中任一项中所定义的。
项目7.根据前一项目所述的方法,其中n是0并且该具有化学式(II)的化合物是具有以下化学式(II’)的化合物
项目8.根据项目6或7所述的方法,其中该氧化剂是选自由以下各项组成的组:KMO4/H3O+、RuO4、RuO2/NaIO4、RuCl3.3H2O/NaIO4、Ca(MO4)2和Ba(MnO4)。
项目9.根据项目6或7所述的方法,其中该氧化剂是钌基氧化剂系统,该系统包含催化量的钌化合物以及氧化该钌化合物来完成该催化剂循环的第二试剂。
项目10.根据项目9所述的方法,其中所述钌化合物选自由以下各项组成的组:RuO2、RuCl3以及其水合物和其混合物;优选RuCl3.3H2O或RuO2。
项目11.根据项目9-10中任一项所述的方法,其中所述第二试剂是选自由以下各项组成的组:过氧化氢、高碘酸盐、高锰酸盐、次氯酸盐、溴酸盐、过乙酸、高碘酸、氧、硫酸铈、电化学产生的氯、和单过氧硫酸盐;优选地NaIO4、KMnO4、NaClO或其混合物。
项目12.根据项目9-11中任一项所述的方法,其中该所述钌化合物和所述第二试剂以约1∶10-1∶500、优选地约1∶50-1∶300、更优选地约1∶100的摩尔比使用。
项目13.根据项目9-12中任一项所述的方法,其中该具有化学式(II)的环状亚硫酸酯与该钌化合物的摩尔比是约1∶0.0001至1∶0.01;优选地约1∶0.001至1∶0.005。
项目14.根据前述项目中任一项所述的方法,其中该反应在极性或非极性溶剂系统中进行。
项目15.根据项目14所述的方法,其中所述溶剂系统是水与乙腈的混合物。
项目16.根据项目6-15中任何一项所述的方法,其中该反应是在约0℃到约100℃之间的温度下、优选地约室温下进行的。
项目17.根据项目1-5中任一项所述的化合物在含硫酸酯部分的表面活性剂制备中的用途。
项目18.如以上权利要求1-5中任一项定义的具有化学式(I)的化合物在THF中的一种溶液。
项目19.根据项目18所述的溶液,其中该化合物是具有化学式(I’)的化合物。
附图简要说明
图1是具有化学式(I’)的环状硫酸酯的1H NMR(CDCl3)谱图;
图2是具有化学式(I’)的环状硫酸酯的13C NMR(CDCl3)谱图;
发明的详细说明
本发明涉及新颖的环状(聚)甘油硫酸酯。这些化合物作为制备绿色表面活性剂的中间体是有用的。
具体而言,本发明涉及一种具有化学式(I)的环状(聚)甘油硫酸酯化合物:
其中n是从0到20的一个整数;并且每个-C3H6O2-独立地是一个甘油残基。
在化学式(I)中,甘油残基-C3H6O2-的数目(n)可以是从0至20的任何数,即0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19或20。优选地,n是从0至10的一个整数,更优选地n是从0至4,并且最优选地n是0。
在化学式(I)中,甘油残基-C3H6O2-各自独立地可以是以下基团之一:
因此,具有化学式(I)的化合物的聚甘油部分可以是以上嵌段之一的均聚物或两种-C3H6O2-嵌段的共聚物。
在一个优选的方面,本发明提供了一种具有化学式(I’)的化合物(4-(羟甲基)-1,3,2-二氧硫杂戊烷-2,2-二氧化物):
这种具有化学式(I)的化合物并且尤其是具有化学式(I’)的化合物包含一个不对称中心。它可以作为(S)对映异构体或(R)对映异构体或其任何混合物存在。本发明涉及这种化合物的这些不同形式中的任一种或混合物。具体而言,本发明的化合物同时包含硫酸酯基团和游离羟基并且可以用作合成绿色表面活性剂的中间体。
有意义的是,现在已经发现了具有化学式(I)的化合物,尤其是具有化学式(I’)的化合物在通常的保存条件下在四氢呋喃(THF)中是非常稳定的。因此,本发明涉及一种具有化学式(I)的化合物在THF中的溶液。具体而言,本发明涉及一种具有化学式(I’)的化合物在THF中的溶液。
本领域已知的是使用环状亚硫酸酯通过氧化作用制备相应的环状硫酸酯。因此,环状硫酸酯可以通过使相应的环状亚硫酸酯与一种氧化剂反应来制备。该氧化剂可以是例如KMO4/H3O+、RuO4、RuO2/NaIO4、RuCl3.3H2O/NaIO4、Ca(MO4)2或Ba(MnO4)。任选地,该环状亚硫酸酯的一个或多个游离羟基在氧化作用之前进行保护并且在氧化作用之后去除这个或这些保护基团以释放羟基。
已经出人意料地发现了含伯羟基的环状亚硫酸酯能够以高产率同时不影响这些羟基而氧化成相应的环状硫酸酯。因此,在另一个方面中,本发明提供了一种用于制备本发明的具有化学式(I)的化合物的方法,该方法包括使一种具有化学式(II)的化合物与一种钌基氧化剂系统反应的步骤
在该化学式(II)中,n是从0到20的一个整数;并且每个-C3H6O2-独立地是一个甘油残基,
该钌基氧化剂系统包含一种催化剂量的钌化合物以及氧化该钌化合物的第二试剂。
在化学式(II)中,甘油残基-C3H6O2-的数目(n)可以是从0至20的任何数,即0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19或20。优选地,n是从0至10的一个整数,更优选地n是从0至4,并且最优选地n是0。
在化学式(II)中,甘油残基-C3H6O2-各自独立地可以是以下基团之一:
因此,具有化学式(I)的化合物的聚甘油部分可以是以上-C3H6O2-嵌段之一的均聚物或两种-C3H6O2-嵌段的共聚物。
在一个优选的方面,具有化学式(II)的化合物是一种具有化学式(II’)的化合物(4-(羟甲基)-1,3,2-二氧硫杂戊烷-2-二氧化物):
如在此使用的,除非另外指明,以下定义将适用。
如在此所使用的,术语“亚硫酸酯”涉及具有的结构。
如在此所使用的,术语“硫酸酯”涉及具有的结构。
如在此使用的,术语“第二试剂”是指一种可以氧化在本发明的反应中使用的钌化合物的氧化剂。优选地,该第二试剂可以将该反应中使用的钌化合物氧化以完成该催化循环。
根据本发明的钌基氧化剂系统,优选地主要由或由一种催化量的钌化合物以及氧化该钌基化合物的第二试剂组成。
优选地,根据本发明的钌化合物的实例是RuO4,二氧化钌、三氯化钌和其水合物,更优选地RuCl3.3H2O。
根据本发明的第二试剂的优选实例是过氧化氢、高碘酸盐、高锰酸盐、次氯酸盐、溴酸盐、过乙酸、高碘酸、氧、硫酸铈、电化学产生的氯、和单过氧硫酸盐。更优选地,根据本发明的第二试剂选自包括以下项的组:高碘酸盐、高锰酸盐、次氯酸盐,更优选地NaIO4、KMnO4、NaClO、和其混合物。
因为在本发明的氧化剂系统工作时可以重复地生产钌化合物,催化量的钌化合物足以完成本发明的反应。总体来说钌化合物是昂贵的试剂并且有利地使用尽可能更少的这些试剂。优选地,该所述钌化合物和所述第二试剂以1∶10-1∶500、更优选地1∶50-1∶300、最优选地1∶100的摩尔比使用。
优选地,该具有化学式(II)的环状亚硫酸酯与该钌化合物的摩尔比是约1∶0.0001至1∶0.01;更优选地约1∶0.001至1∶0.005。
对于本发明的方法,不存在对反应条件的特殊要求。实际上,本发明的钌催化氧化反应可以在温和条件下进行。例如,该氧化反应可以在约1分钟至1小时内在溶剂中从0℃至100℃的温度下进行。该反应温度优选地是约室温。优选地,该反应可以在约3-10分钟内完成。
本发明的氧化反应可以在一种溶剂中进行。该溶剂可以是非极性的亦或极性的。有利的是使用由一种或多种水性溶剂和一种或多种有机溶剂组成的溶剂系统。该水性溶剂可以是水或其与甲醇和/或乙醇的混合物。所述有机溶剂是,例如四氯化碳、二氯甲烷和/或乙腈。优选地,所述水性溶剂是水。
此外,将乙腈加入到该溶剂系统中显著提高了产率并且缩短了反应时间。因此,乙腈是本发明的一种优选的有机溶剂。
此外,有利的是在该反应的整个过程中搅拌该反应混合物以实现反应组分的良好的接触。
本发明的还另一个方面是使用具有化学式(I)的化合物作为制备含硫酸酯部分的表面活性剂的中间体。
该具有化学式(II)的化合物可以从(聚)甘油和SOCl2如下所示来制备。
其中n和-C3H6O2-是如以上所定义的。
可以提及,例如,Tetrahedron[四面体]61(2005)2831-2838。
据信二噁烷不能在基于环状硫酸酯的表面活性剂生产方法的过程中形成。而且,基于它们的环状硫酸酯和表面活性剂可以是100%生物基的。含游离羟基的环状硫酸酯会是一种非常重要绿色表面活性剂的制备的中间体。使用这种中间体,人们将不仅能够制备大量有用的并且新的含硫酸酯的产物,而且还可以选择性地控制反应位置来获得所希望的产物。
通过本发明的环状硫酸酯获得的绿色表面活性剂可以在许多应用中使用。例如,这些表面活性剂可以用作药物赋形剂,例如灌肠剂中的泻药,作为例如阿司匹林和其他纤维疗法中的可溶囊片上的赋形剂。这些表面活性剂还可以在以下项中使用:洗涤剂、织物柔软剂、乳剂、涂料、粘合剂、墨水、防雾剂、滑雪蜡、滑雪板蜡、再循环纸张的脱墨、洗涤和酶过程、农用化学品配制品、量子点涂层、杀生物剂(消毒杀菌剂),化妆品,包括香波、头发调节剂(香波之后)以及牙膏。
实例
以下实例用来通过举例更详细地展示本发明而不是将本发明的范围限制于以下的实施例。
该具有化学式(II’)的化合物可以从甘油和SOCl2根据在Tetrahedron[四面体]61(2005)2831-2838中描述的方法来制备。这种化合物还是从CHEMOS GmbH(CAS NO.:13897-37-5)可商购的。NaIO4是自制的,RuCl3.3H2O来自奥利奇公司(Aldrich)CH3CN来自默克公司(Merck)。
实例1:制备具有化学式(I’)的化合物的方法
向250mL的三颈圆底烧瓶中加入6.9g环状亚硫酸酯(4-(羟甲基)-1,3,2-二氧硫杂戊烷-2-氧化物(50mmol))、50mL乙腈、100mgRuCl3.3H2O(0.75mmol)和16g NaIO4(75mmol),将该混合物通过冰-盐浴冷却到0~5℃。然后将75mL的冷水加入到该混合物中,将温度升高到30℃。将混合物搅拌5分钟,该混合物变成绿色悬浮液。将400mL乙酸乙酯和40mL饱和NaHCO3水溶液加入到该混合物中。将该混合物分离成两个相。将水相用乙酸乙酯(100ml×2)萃取。将合并的有机相用40mL水洗涤并且经无水Na2SO4干燥。通过旋转蒸发器除去溶剂以产生5.6g所希望的黄色液体产品,粗产率:72.7%。
1H NMR(CDCl3,500MHz),δ:5.05-5.08(m,1H),4.75-4.78(m,1H),4.63-4.68(m,1H),3.95-3.96(m,1H),3.80-3.82(m,1H),如图1所示。
13C NMR(CDCl3,500MHz),δ:81.3,68.2,58.7,如图2所示。
实例2:制备环状二甘油硫酸酯的方法
向250mL的三颈圆底烧瓶中加入如以上所示的亚硫酸酯II(50mmol)、50mL乙腈、100mg RuCl3.3H2O(0.75mmol)和16g NaIO4(75mmol),将该混合物通过冰-盐浴冷却到0~5℃。然后将75mL的冷水加入到该混合物中,将温度升高到30℃。将混合物搅拌5mins,该混合物变成绿色悬浮液。将400mL乙酸乙酯和40mL饱和NaHCO3水溶液加入到该混合物中。将该混合物分离成两个相。将水相用乙酸乙酯(100ml×2)萃取。将合并的有机相用40mL水洗涤并且经无水Na2SO4干燥。通过旋转蒸发器除去溶剂以产生6.0g所希望的黄色液体产品,粗产率:52.7%。
实例3:应用实例
将7.64g的N,N-二甲基十二烷-1-胺和25ml的THF加入到50ml的三颈圆底烧瓶中,将5.36g的CGS(具有化学式(I’)的化合物)(在10ml的THF中)在约10分钟内滴加到其中,然后将其使用油浴加热到回流并且搅拌一段时间。在烧瓶的底部观察到许多气泡。然后,将该反应混合物冷却至室温并且过滤,用THF洗涤并且干燥。得到7.9g为白色固体的以下硫酸酯甜菜碱。
HOCH2CH(OSO3 -)CHN+(CH3)2(CH2)11CH3
该反应的最终产品的1H NMR(DMSO-d6)(CDCl3,500MHz),δ:5.1(m,1H);4.5(m,1H);3.75(m,1H);3.3-3.51(m,4H);3.1(d,6H);1.61-1.69(m,2H);1.29(m,18H);0.84(t,3H)。
Claims (19)
1.一种具有化学式(I)的环状(聚)甘油硫酸酯化合物:
其中n是从0到20的整数;并且每个-C3H6O2-独立地是甘油残基。
2.根据权利要求1所述的化合物,其中n是0-10。
3.根据权利要求1所述的化合物,其中n是0-4。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的化合物,其中每个-C3H6O2-独立地是
5.根据权利要求1-4中任一项所述的化合物,其中n是0并且该具有化学式(I)的化合物是具有以下化学式(I’)的化合物
6.一种用于制备根据权利要求1-5中任一项所述的化合物的方法,包括使具有化学式(II)的化合物与氧化剂反应的步骤
其中n和-C3H6O2-是如权利要求1-5中任一项中所定义。
7.根据权利要求6所述的方法,其中n是0并且该具有化学式(II)的化合物是具有以下化学式(II’)的化合物
8.根据权利要求6或7所述的方法,其中该氧化剂是选自由以下各项组成的组:KMO4/H3O+、RuO4、RuO2/NaIO4、RuCl3.3H2O/NaIO4、Ca(MO4)2和Ba(MnO4)。
9.根据权利要求6或7所述的方法,其中该氧化剂是钌基氧化剂系统,该系统包含催化量的钌化合物以及氧化该钌化合物来完成催化剂循环的第二试剂。
10.根据权利要求9所述的方法,其中所述钌化合物选自由以下各项组成的组:RuO2、RuCl3以及其水合物和其混合物;RuCl3.3H2O或RuO2。
11.根据权利要求9-10中任一项所述的方法,其中所述第二试剂是选自由以下各项组成的组:高碘酸盐、高锰酸盐、次氯酸盐、溴酸盐、过乙酸、高碘酸、氧、硫酸铈、电化学产生的氯、和单过氧硫酸盐;NaIO4、KMnO4、NaClO以及其混合物。
12.根据权利要求9-11中任一项所述的方法,其中所述钌化合物和所述第二试剂以约1∶50-1∶300的摩尔比使用;优选地约1∶100。
13.根据权利要求9-12中任一项所述的方法,其中该具有化学式(II)的环状亚硫酸酯与该钌化合物的摩尔比是约1∶0.0001至1∶0.01;优选地约1∶0.001至1∶0.005。
14.根据权利要求6-13中任一项所述的方法,其中该反应在极性或非极性的溶剂系统中进行。
15.根据权利要求14所述的方法,其中所述溶剂系统是水与乙腈的混合物。
16.根据权利要求6-15中任何一项所述的方法,其中该反应是在约0℃到约100℃的温度下、优选地约室温下进行的。
17.根据权利要求1-5中任一项所述的化合物作为含硫酸酯部分的表面活性剂制备中的中间体的用途。
18.如以上权利要求1-5中任一项定义的具有化学式(I)的化合物在THF中的溶液。
19.根据权利要求18所述的溶液,其中所述化合物是具有化学式(I’)的化合物。
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