CN105051020A - 不饱和脂肪酸的脱水多羟糖醇酯和它们的制备 - Google Patents

Abstract

公开了制备不饱和脱水多羟糖醇酯的方法，其通过使具有四个或者更多个碳的多羟糖醇的分子内缩合物与易位衍生的不饱和脂肪酸在碱性催化剂的存在下和在足以形成前述不饱和脱水多羟糖醇脂肪酯的条件下反应。R²、R³和R⁴为氢，或者-(O)C-(CH₂)_m-CH＝CH-R¹或者-(CH₂CH₂O)_nH或者其混合物；其中m为1至9；以及其中n为1至100。

Description

不饱和脂肪酸的脱水多羟糖醇酯和它们的制备

相关申请的交叉引用

本申请要求保护2013年3月14日提交的美国临时申请61/783,319的权益，将其全部内容通过引用的方式并入本文。

背景技术

基于脂肪酸的脱水多羟糖醇酯(最特别是脂肪酸的单脱水山梨糖醇酯)的表面活性剂由于它们相对于其它表面活性剂在显著的皮肤病学性质和与标准产品的良好相容性以及它们的有利的环境特征方面的优势而获得日益增加的关注。另外，它们的低毒性、良好生物相容性和快速生物降解使得这种分子不仅对于个人护理产品，而且对于大范围技术应用非常有吸引力。

更具体地，不饱和脂肪酸的脱水多羟糖醇酯是非离子的两性材料，其提供与其它非离子表面活性剂相当的乳化和湿润性质。它们按惯例通过使具有四个或者更多个碳的多羟糖醇的分子内缩合物与脂肪酸反应产生。用于制备这种脂肪酸酯的脂肪酸通过水解甘油三酯制备，所述甘油三酯典型地来源于动物或者植物脂肪。因此，具有饱和的和内部不饱和链的混合物的酸的脂肪部分典型地具有6-22个碳。取决于来源，脂肪酸经常主要具有C₁₆至C₂₂组分。譬如，大豆油的水解提供饱和的棕榈(C₁₆)酸和硬脂(C₁₈)酸和不饱和油(C₁₈单-不饱和的)酸、亚油(C₁₈二-不饱和的)酸，和α-亚麻(C₁₈三-不饱和的)酸。这些酸中的不饱和具有唯一地或者主要的顺式构型。因此，用于制备饱和的和不饱和脱水多羟糖醇脂肪酯的脂肪酸的传统来源通常具有主要的或者唯一的顺式-异构体并且缺乏相对短的链(例如，C₁₀或者C₁₂)不饱和脂肪部分。

易位催化剂的改进(参见J.C.Mol,GreenChem.4(2002)5)提供了生成降低的链长的单不饱和原料的机会，所述降低的链长的单不饱和原料对于由富含C16至C22的天然油如大豆油或者棕榈油制备去污剂和表面活性剂是有价值的。大豆油和棕榈油可比例如椰子油(其为用于制备去污剂的传统起始材料)更加经济。如教授Mol所解释的，易位依赖于烯烃通过由过渡金属卡宾络合物介导的碳-碳双键的破裂和再形成转化成新产物。不饱和脂肪酯的自易位可提供起始材料、内不饱和烃和不饱和二酯的平衡混合物。譬如，油酸甲酯(顺式-9-十八烯酸甲酯)部分转化成9-十八烯和9-十八烯-1,18-二酸二甲酯，这两种产物主要由反式-异构体组成。易位有效地将油酸甲酯的顺式-双键异构化，在“未转化的”起始材料和易位产物中得到顺式-和反式-异构体的平衡混合物，其中反式-异构体占优势。

不饱和脂肪酯与烯烃的交叉易位产生新烯烃和新不饱和酯，其可具有降低的链长并且以其它方式可能难以制备。譬如，油酸甲酯和3-己烯的交叉易位提供3-十二烯和9-十二烯酸甲酯(还参见美国专利4,545,941)。末端烯烃是特别理想的合成目标，以及ElevanceRenewableSciences,Inc.近来描述了通过在亚烷基钌催化剂的存在下内烯烃和α-烯烃的交叉易位而制备它们的改善的方法(参见美国专利申请公布2010/0145086)。描述了牵涉α-烯烃和不饱和脂肪酯(作为内烯烃源)的多种交叉易位反应。因此，例如，大豆油与丙烯反应，然后水解，得到1-癸烯、2-十一碳烯、9-癸烯酸，和9-十一碳烯酸等。

发明内容

在一个方面，方法包括：通过使具有四个或者更多个碳的多羟糖醇(糖醇类，glycitols)的分子内缩合物与易位衍生的不饱和脂肪酸在碱性催化剂的存在下和在足以形成前述不饱和脱水多羟糖醇脂肪酯(unsaturatedglycitanester)的条件下反应制备不饱和脱水多羟糖醇酯。

在另一方面，组合物(化合物，composition)包括以下结构：

其中R¹为氢、烷基、芳基，或者(CH₂)_1-9-COOR⁵；以及其中R⁵为

其中R²、R³和R⁴为氢，或者-(O)C-(CH₂)_m-CH＝CH-R¹或者-(CH₂CH₂O)_nH或者其混合物；其中m为1至9；以及其中n为1至100。

具体实施方式

如本文中使用的，术语“烃基”或者“烃基基团”当表示连接至易位衍生的烃基不饱和酸的分子的剩余部分的基团时是指具有纯烃或者主要烃特征的一个或者多个基团。这些基团可包括：(1)纯烃基团(即，脂族的(烷基)、脂环族的、芳族的、支链的、脂族-和脂环族-取代的芳族的、芳族-取代的脂族的和脂环族的基团，以及环状基团，其中所述环通过分子的另一部分完成(即，任何两个指出的取代基可一起形成脂环族基团))；(2)取代的烃基(即，含有非烃取代基如羟基、氨基、硝基、氰基、烷氧基、酰基、卤素等的基团)；和(3)杂化基团(即，在链或者环中含有原子如N、O或者S的基团，这些链或者环否则的话由碳原子构成)。通常，在烃基中，对于每10个碳原子，可存在不超过约三个取代基或者杂原子，或者不超过一个。烃基可含有一个、两个、三个或者四个碳-碳双键。

如本文中使用的，术语“天然油”、“天然原料”或者“天然油原料”可表示得自植物或者动物来源的油。术语“天然油”包括天然油衍生物，除非另有说明。该术语还包括改性的植物或者动物来源(比如，基因修饰的植物或者动物来源)，除非另有说明。天然油的实例包括，但不限于，植物油、藻油、鱼油、动物脂肪、妥尔油、这些油的衍生物、这些油中的任意油的组合等。植物油的代表性的非限制性实例包括芥花油(低芥酸菜子油，canolaoil)、菜子油、椰子油、玉米油、棉子油、橄榄油、棕榈油、花生油、红花油、芝麻油、大豆油、葵花油、亚麻子油、棕榈仁油、桐油、麻风树油、芥子油、菥蓂油、亚麻荠油，和蓖麻油。动物脂肪的代表性的非限制性实例包括猪油、牛脂、禽类脂肪、黄脂膏、和鱼油。妥尔油是木浆制造的副产物。

如本文中使用的，术语“天然油衍生物”可指使用本领域中已知的方法的任一种或者组合由天然油得到的化合物或化合物的混合物。这样的方法包括但不限于皂化、脂肪分解、转酯化、酯化、氢化(部分的或者完全的)、异构化、氧化、和还原。天然油衍生物的代表性的非限制性实例包括天然油的胶(胶质，gum)、磷脂、皂脚、酸化的皂脚、馏出物或馏出物淤渣、脂肪酸和脂肪酸烷基酯(比如非限制性实例诸如2-乙基己基酯)、其羟基取代变体。例如，所述天然油衍生物可为得自天然油的甘油酯的脂肪酸甲酯(“FAME”)。在一些实施方式中，原料包括芥花或者大豆油，作为非限制性实例，炼制的、漂白的，和除臭的大豆油(即，RBD大豆油)。大豆油典型地包含约95重量％或者更多(比如，99重量％或者更多)的脂肪酸甘油三酯。在大豆油的多元醇酯中的主要脂肪酸包括饱和脂肪酸，作为非限制性实例，棕榈酸(十六烷酸)和硬脂酸(十八烷酸)，和不饱和脂肪酸，作为非限制性实例，油酸(9-十八碳烯酸)、亚油酸(9,12-十八碳二烯酸)，和亚麻酸(9,12,15-十八碳三烯酸)。

如本文中使用的，术语“易位(metathesize)”和“易位化(metathesizing)”可表示原料在易位催化剂的存在下反应以形成包含新烯烃化合物的“易位的产物”。易位可表示交叉易位(也叫做共易位)、自易位、开环易位、开环易位聚合(“ROMP”)、闭环易位(“RCM”)，和非环状二烯易位(“ADMET”)。作为非限制性实例，易位可表示存在于天然原料中的两个甘油三酯在易位催化剂的存在下反应(自易位)，其中每个三甘油酯具有不饱和碳-碳双键，由此形成烯烃和酯(其可包括三甘油酯二聚体)的新混合物。这种三甘油酯二聚体可具有超过一个烯键，由此也可形成高级低聚物。另外，易位可表示使烯烃如乙烯和天然原料中的具有至少一个不饱和碳-碳双键的三甘油酯反应，由此形成新烯烃分子以及新酯分子(交叉易位)。

如本文中使用的，术语“酯”可表示具有通式R-COO-R’的化合物，其中R和R’表示任何有机化合物(诸如烷基、芳基，或者甲硅烷基)，包括携带含杂原子的取代基基团的那些。在某些实施方式中，R和R’表示烷基或者芳基。在某些实施方式中，术语“酯”可表示具有上述通式的化合物组，其中所述化合物具有不同碳长度。

在某些实施方式中，本申请所述的产物是一种组合物，其包含以下结构：

其中R¹为氢、烷基、芳基或者(CH₂)_1-9-COOR⁵；其中R⁵为

其中R²、R³和R⁴为氢，或者-(O)C-(CH₂)_m-CH＝CH-R¹或者-(CH₂CH₂O)_nH或者其混合物；其中m为1至9；以及其中n为1至100。

优选地，m为7或者9，并且最优选为7。优选地，R₁、R₂、R₃，和R₄均为氢。

可选择地，R₁为(CH₂)_1-9-COOR⁵和R⁵为

从而得到二-脱水多羟糖醇二酯。

本申请所述的方法涵盖多羟糖醇分子内缩合物的不饱和脂肪酯的制备，所述分子内缩合物具有1-2个单氧杂环状的5-至7-元碳-氧环(环状醚环)，具有2、3或者4个羟基，并且衍生自具有四个或者更多个碳的多羟糖醇。通常，分子内缩合物可在脂肪酸酯化反应条件下和在脂肪酸酯化反应期间通过在原反应混合物中使用多羟糖醇来形成，并且优选地，分子内缩合物可同样在原反应混合物中使用。如上所述的分子内缩合物可具有1-2个单氧杂环状的5-至7-元的碳-氧环，和至少2个可用于与不饱和脂肪酸或者不饱和脂肪酸混合物反应的羟基。可将分子内缩合物定义为含有每个环具有1个氧的碳-氧环(被称为氧化环)并且可通过分子内缩合衍生自多羟糖醇的化合物。如果将仅1分子的水通过分子内缩合除去，那么得到主要含有1个碳-氧环的单脱水衍生物。如果所述缩合从多元醇除去2个分子的水，那么得到主要含有2个碳-氧环的二脱水化合物。可得到的在环中的核的数目和氧化环的数目取决于衍生出分子内缩合物的多羟糖醇的链中的碳原子的构型和反应条件。可形成含有具有不同的核数目的碳-氧环的二脱水化合物，例如，含有5-和6-元环的化合物。

适用于制备本申请所述产物的多羟糖醇具有这种结构：所述的分子内缩合可按数个不同的方式进行。无论在任何具体反应中，单-或者二脱水化合物占优势通常取决于反应条件、时间和温度，并且具体为所用的催化剂类型。作为多羟糖醇的缩合结果，可形成各种分子内缩合物的混合物。作为适合使用的多羟糖醇的实例，可使用任何具有4个或者更多碳原子的脂族的直链多元醇，但是优选的是使用六碳直链己糖醇。也优选使用己糖醇诸如甘露醇、山梨醇，和卫矛醇，由于它们的可用性。

应理解的是，形成本发明分子内缩合物的分子内缩合反应可在多羟糖醇的任何非相邻的携带羟基的碳原子之间发生。呋喃环是在通常条件下从分子内缩合反应主要得到的产物，尽管可存在较少量的其它单-和二脱水型的分子内缩合产物。各种多羟糖醇的分子内缩合物可通过名称指定，所述名称通过将醇的特征性后缀"itol"替换成环状单脱水衍生物的后缀"itan"和二脱水分子内缩合衍生物的后缀"ide"而得自母体醇的主干，因此：甘露醇、单脱水甘露醇、二脱水甘露醇；山梨醇、单脱水山梨糖醇、二脱水山梨糖醇；卫矛醇、单脱水卫矛醇、二脱水卫矛醇等。应理解的是，在本说明书中使用以“itan”和“ide”结尾的术语的任何地方，这些术语不一定描述单一化学化合物，而是可表示落在其中的数种脱水衍生物的混合物。因此，在糖醇物质的情况中，脱水多羟糖醇不一定是单一的单脱水多羟糖醇，而是可包括数种异构的单脱水多羟糖醇。在一些实施方式中，将所产生的多羟糖醇的分子内缩合物的不饱和脂肪酯的羟基氧基亚烷基化(oxyalkylenated)。

在本申请所述的方法中使用的不饱和脂肪酸是易位方法的产物。用于通过易位制备烃基不饱和脂肪酸和酯的操作的非限制性实例公开在WO2008/048522中，将其全部内容通过引用的方式并入本文。具体地，WO2008/048522的实施例8和9可用于产生9-癸烯酸甲酯和9-十二烯酸甲酯，9-癸烯酸和9-十二碳烯酸的水解前体。适合的操作也出现在美国专利申请公布2011/0113679中，将其全部教导也通过引用的方式并入本文。

优选地，至少一部分易位衍生的烃基不饱和脂肪酸具有“Δ9”不饱和，即，酸中的碳-碳双键存在于酸羰基的9-位。换句话说，在酸羰基和C9和C10处的烯烃基团之间优选具有七个碳。对于C11至C17酸，相应地具有1至7个碳的烷基链连接至C10。优选地，所述不饱和为至少1摩尔％反式-Δ9，优选为至少25摩尔％反式-Δ9，更优选为至少50摩尔％反式-Δ9，并且甚至更优选为至少80％反式-Δ9。所述不饱和可为大于90摩尔％，大于95摩尔％，或者甚至100％反式-Δ9。相反，具有Δ9不饱和的天然来源的脂肪酸如油酸通常具有～100％顺式-异构体。

尽管高比例的反式-几何构型(特别为反式-Δ9几何构型)在本申请所述的方法中使用的易位衍生的不饱和脂肪酸中可为希望的，但是技术人员将认识到，碳-碳双键的构型和确切位置将取决于反应条件、催化剂选择，和其它因素。易位反应常伴有异构化，其可为希望的或者不希望的。参见，例如，G.Djigoué和M.Meier,Appl.Catal.,A346(2009)158，尤其是图3。因此，技术人员可改变反应条件以控制异构化程度或者改变产生的顺式-和反式-异构体的比例。譬如，在灭活的易位催化剂的存在下加热易位产物可允许技术人员诱导双键迁移以得到较低比例的具有反式-Δ9几何构型的产物。

反式-异构体含量相对于常规得到的烃基不饱和脂肪酸的通常主要的或者全部的顺式构型的提高的比例给予制备的易位衍生的不饱和脂肪酸和由易位衍生的不饱和脂肪酸制备的易位衍生的不饱和脱水多羟糖醇脂肪酯不同物理性质。这些物理性质区别包括例如改善的物理形式、熔融范围、致密性，和其它重要性质。当使用由本申请所述的方法制备的不饱和脱水多羟糖醇脂肪酯的制剂者在清洁剂、去污剂、个人护理、农业用途、特种发泡体和其它最终用途中使用由本申请所述的方法制备的不饱和脱水多羟糖醇脂肪酯时，这些区别给予这些制剂者更大范围或者更宽选择。

在不饱和脱水多羟糖醇脂肪酯的烯基部分中的不饱和也可给予在它们的饱和对应物中所看不见的优势。例如，不饱和脱水多羟糖醇脂肪酯具有比它们的饱和对应物较低的熔点，其因此在它们的水溶液中减少液晶形成。不饱和脱水多羟糖醇脂肪酯在有机溶剂中和在它们的水溶液中也更加稳定，并因此相对于它们的类似的饱和对应物呈现较高临界胶束浓度值。而且，不饱和脱水多羟糖醇脂肪酯与它们的类似饱和对应物相比在不含溶剂的情况下和在它们的水溶液中显示相对较低的固有粘度。与由常规来源的饱和脂肪酸制备的脱水多羟糖醇脂肪酯的水溶液相比，不饱和脱水多羟糖醇脂肪酯的水溶液在宽范围的所用表面活性剂浓度内显示不同的液体多型性行为。这种不同性能可基于在不饱和脱水多羟糖醇脂肪酯和由常规来源的脂肪酸制备的脱水多羟糖醇脂肪酯的胶束结构之间的区别而合理化。此外，在不饱和脱水多羟糖醇脂肪酯的烯基部分中的不饱和影响亲水/亲油平衡值，其可对它的清洁、乳化和分散性质具有积极影响。因为结晶度被碳-碳双键的存在干扰，不饱和脱水多羟糖醇脂肪酯可在与它们的饱和对应物相比较高的活性水平(有时高得多)浓缩和配制。因此，不饱和产物的表面上微小的结构变化可使得能够更浓缩的产物的运输，降低或者消除对于特殊处理设备的需要，和/或最终提供显著的成本节省。

易位方法的初始组合物包括不饱和脂肪酸或者不饱和脂肪酯或者其混合物。本申请使用的术语“不饱和脂肪酸”和“烃基不饱和脂肪酯”是指包含具有末端羧酸基团的烯烃链的化合物。烯烃链可为直链的或者支链的，并且可任选包含一个或者多个除了羧酸基团之外的官能团。例如，一些羧酸包括一个或者多个羟基。烯烃链典型地含有约4至约30个碳原子，更典型地约4至约22个碳原子。在许多实施方式中，烯烃链含有18个碳原子(即，C18脂肪酸)。不饱和脂肪酸在烯烃链中具有至少一个碳-碳双键(即，单不饱和脂肪酸)，并且在烯烃链中可具有超过一个双键(即，多不饱和脂肪酸)。在示例性实施方式中，不饱和脂肪酸在烯烃链中具有1至3个碳-碳双键。

还可用作易位方法的初始组合物的是不饱和脂肪酯。本申请使用的术语“不饱和脂肪酯”是指包含具有末端酯基团的烯烃链的化合物。烯烃链可为直链的或者支链的，并且可任选包括一个或者多个除了酯基团之外的官能团。例如，除了酯基团之外，一些不饱和脂肪酯包括一个或者多个羟基。不饱和脂肪酯包括"不饱和单酯"和"不饱和多元醇酯"。不饱和单酯具有在酯基团处终结的烯烃链，例如，烷基酯基团，诸如甲酯。不饱和单酯的烯烃链典型地含有约4至约30个碳原子，更典型地约4至22个碳原子。在示例性实施方式中，烯烃链含有18个碳原子(即，C18脂肪酯)。不饱和单酯在烯烃链中具有至少一个碳-碳双键并且在烯烃链中可具有超过一个双键。在示例性实施方式中，不饱和脂肪酯在烯烃链中具有1至3个碳-碳双键。

在许多实施方式中，不饱和脂肪酸或者酯具有直烯烃链并且可通过以下通式表示：

CH₃-(CH₂)n₁-[-(CH₂)n₃-CH＝CH-]_x(CH₂)n₂--COOR

其中：R为氢(脂肪酸)、脂族基团(脂肪酯)，或者金属离子(羧酸盐)；n1为等于或者大于0的整数(典型为0至15；更典型为0、3，或者6)；n2为等于或者大于0的整数(典型为2至11；更典型为3、4、7、9，或者11)；n3为等于或者大于0的整数(典型为0至6；更典型为1)；以及x为等于或者大于1的整数(典型为1至6，更典型为1至3)。一些适合的脂肪酸和脂肪酯的总结提供在公布的美国专利申请2009/0264672A1的表A中，将其全部内容通过引用的方式并入本文。

适合的不饱和单酯包括烷基酯(比如，甲酯)或者芳基酯并且可通过用一元醇转酯化衍生自不饱和脂肪酸或者不饱和甘油酯。一元醇可为能够与不饱和游离脂肪酸或者不饱和甘油酯反应以形成相应的不饱和单酯的任何一元醇。在一些实施方式中，一元醇为C1至C20一元醇，例如，C1至C12一元醇、C1至C8一元醇，或者C1至C4一元醇。一元醇的碳原子可排列在直链中或者排列在支链结构中，并且可取代有一个或者多个取代基。一元醇的代表性实例包括甲醇、乙醇、丙醇(比如，异丙醇)，和丁醇。

不饱和三甘油酯的转酯化可如下表示。

1个不饱和甘油三酯+3个醇→1个甘油+3个单酯

取决于不饱和甘油三酯的构成，上面的反应可得到1、2或者3摩尔的不饱和单酯。转酯化典型地在催化剂(例如，碱催化剂、酸催化剂或者酶)的存在下进行。代表性碱转酯化催化剂包括NaOH、KOH、烷氧基钠和烷氧基钾(比如，甲醇钠)、乙醇钠、丙醇钠，和丁醇钠。代表性酸催化剂包括硫酸、磷酸、盐酸和磺酸。非均相催化剂也可用于转酯化。这些包括碱土金属或者它们的盐如CaO、MgO、乙酸钙、乙酸钡、天然粘土、沸石、Sn、Ge或者Pb(支撑在各种材料上，诸如ZnO、MgO、TiO₂、活性炭或者石墨)，和无机氧化物如氧化铝、二氧化硅-氧化铝、氧化硼(boria)、P、Ti、Zr、Cr、Zn、Mg、Ca，和Fe的氧化物。在示例性实施方式中，将三甘油酯用甲醇转酯化以形成游离脂肪酸甲酯。

在一些实施方式中，不饱和脂肪酯为不饱和多元醇酯。本申请使用的术语“不饱和多元醇酯”是指具有至少一个与多元醇的羟基酯化的不饱和脂肪酸的化合物。多元醇的其它羟基可为未反应的，或者可用饱和的或者不饱和脂肪酸酯化。在多元醇酯中的脂肪酸可为直链的或者支链的，并且可任选具有不同于羧酸的官能团如一个或者多个羟基。多元醇的实例包括甘油、1,3-丙二醇、丙二醇、赤藓醇、三羟甲基丙烷、季戊四醇，和山梨醇。

在许多实施方式中，不饱和多元醇酯具有通式：

R(O-Y)_m(OH)_n(O-X)_b

其中R为化合价为(n+m+b)的有机基团；m为0至(n+m+b-1)的整数，典型为0至2；b为1至(n+m+b)的整数，典型为1至3；n为0至(n+m+b-1)的整数，典型为0至2；(n+m+b)为2或者较大的整数；X为-(O)C-(CH₂)_n2-[-CH＝CH--(CH₂)_n3-]_x--(CH₂)_n1-CH₃；Y为-(O)C--R'；R'为直链或者支链的链烷基或者烯基；n₁为等于或者大于0的整数(典型为0至15；更典型为0、3，或者6)；n₂为等于或者大于0的整数(典型为2至11；更典型为3、4、7、9，或者11)；n₃为等于或者大于0的整数(典型为0至6；更典型为1)；以及x为等于或者大于1的整数(典型为1至6，更典型为1至3)。

在许多实施方式中，不饱和多元醇酯为不饱和甘油酯。本申请使用的术语"不饱和甘油酯"是指多元醇酯，其具有至少一个(比如，1至3个)与甘油分子酯化的不饱和脂肪酸。脂肪酸基团可为直链的或者支链的并且可包括侧链羟基。在许多实施方式中，不饱和甘油酯通过以下通式表示：

ACH₂-CHB-CH₂C

其中-A；-B；和-C选自-OH；-O(O)C-(CH₂)_n2-[-CH＝CH-(CH₂)_n3-]-(C-H₂)_n1-CH₃；和-O(O)C-R'；条件是，-A、-B，或者-C中的至少一个为-O(O)C-(CH₂)_n2-[-CH＝CH-(CH₂)_n3-]-(CH₂)_n1-CH₃。在上式中：R'为直链或者支链的链烷基或者烯基；n₁为等于或者大于0的整数(典型为0至15；更典型为0、3，或者6)；n₂为等于或者大于0的整数(典型为2至11；更典型为3、4、7、9，或者11)；n₃为等于或者大于0的整数(典型为0至6；更典型为1)；以及x为等于或者大于1的整数(典型为1至6，更典型为1至3)。

如上式中所示，不饱和甘油酯可包括单不饱和脂肪酸、多不饱和脂肪酸，和与甘油分子酯化的饱和脂肪酸。各个脂肪酸的主链可具有相同或者不同的链长。因此，不饱和甘油酯可含有至多三个不同的脂肪酸，只要至少一个脂肪酸为不饱和脂肪酸即可。具有两个–OH基团(比如，-A和-B为-OH)的不饱和甘油酯通常被称为不饱和单甘油酯。具有一个-OH基团的不饱和甘油酯通常被称为不饱和二甘油酯。不具有-OH基团的不饱和甘油酯通常被称为不饱和甘油三酯。

在许多实施方式中，可用的初始组合物得自天然油，诸如基于植物的油或者动物脂肪。基于植物的油的代表性实例包括芥花油、菜子油、椰子油、玉米油、棉子油、橄榄油、棕榈油、花生油、红花油、芝麻油、大豆油、葵花油、亚麻子油、棕榈仁油、桐油、蓖麻油等。动物脂肪的代表性实例包括猪油、牛脂、鸡脂肪(黄脂膏)，和鱼油。其它有用的油包括妥尔油和藻油。

在许多实施方式中，基于植物的油为大豆油。大豆油包含不饱和甘油酯，例如，在许多实施方式中约95重量％或者更多(比如，99重量％或者更多)甘油三酯。构成大豆油的主要脂肪酸包括饱和脂肪酸，例如，棕榈酸(十六烷酸)和硬脂酸(十八烷酸)，和不饱和脂肪酸，例如，油酸(9-十八碳烯酸)、亚油酸(9,12-十八碳二烯酸)，和亚麻酸(9,12,15-十八碳三烯酸)。大豆油为高度不饱和植物油，其具有许多具有至少两个不饱和脂肪酸的甘油三酯分子。

这种易位方法可用于制造多种有机酸化合物。如下面所讨论，最接近羧酸或者羧酸酯基团的碳-碳双键的位置支配通过本申请所述的方法形成的有机酸化合物的链长。在一个优选实施方式中，易位方法的初始组合物包含Δ9不饱和脂肪酸、Δ9不饱和脂肪酯(比如，单酯或者多元醇酯)，或者其混合物。Δ9不饱和起始材料在不饱和脂肪酸或者酯的烯烃链中具有位于第9和第10个碳原子之间(即，C9和C10之间)的碳-碳双键。在确定该位置中，将烯烃链从不饱和脂肪酸或者酯的羰基中的碳原子开始编号。Δ9不饱和脂肪酸、酯和盐包括多不饱和脂肪酸、酯或者盐(即，在烯烃链中具有超过一个碳-碳双键)，只要碳-碳双键中的一个位于C9和C10之间即可。例如，包含在Δ9不饱和脂肪酸或者酯的定义中的是Δ9、12不饱和脂肪酸或者酯，和Δ9、12、15不饱和脂肪酸或者酯。

在许多实施方式中，Δ9不饱和起始材料具有直烯烃链并且可通过以下的一般结构表示：

CH₃-(CH₂)_n1-[-(CH₂)_n3-CH＝CH-]_x-(CH-₂)₇-COOR，

其中R为氢(脂肪酸)、脂族基团(脂肪单酯)或者金属离子(羧酸盐)；n1为等于或者大于0的整数(典型为0至6；更典型为0、3、6)；n3为等于或者大于0的整数(典型为1)；以及x为等于或者大于1的整数(典型为1至6，更典型为1至3)。

在示例性实施方式中，Δ9不饱和起始材料在烯烃链中总共具有18个碳。实例包括

CH₃-(CH₂)₇-CH＝CH-(CH₂)₇-COOR；

CH₃-(CH₂)₄-CH＝CH₂-CH＝CH-(CH₂)₇-COOR；和

CH₃-CH₂-CH＝CH-CH₂-CH＝CH-CH₂-CH＝CH-(CH₂)₇-COOR。

其中R为氢(脂肪酸)或者脂族基团(脂肪单酯)；

Δ9不饱和脂肪酯可为单酯或者多元醇酯。在许多实施方式中，Δ9不饱和多元醇酯具有以下的一般结构：

ACH₂-CHB-CH₂C，

其中-A；-B；和-C独立地选自-OH；-O(O)C-R'；和-O(O)C-(CH₂)₇-[-CH＝CH-(CH₂)_n3-]_x-(CH₂)_n1-CH₃；条件是，–A、-B或者-C中的至少一个为-O(O)C-(CH₂)₇-[-CH＝CH-(CH₂)_n3-]_x-(CH₂)_n1-CH₃。在上式中：R'为直链或者支链的链烷基或者烯基；n₁为等于或者大于0的整数(典型为0至6；更典型为0、3、6)；n3为等于或者大于0的整数(典型为1)；以及x为等于或者大于1的整数(典型为1至6，更典型为1至3)。

在示例性实施方式中，易位方法的初始组合物包括一种或者多种C18脂肪酸，例如，油酸(即，9-十八碳烯酸)、亚油酸(即，9,12-十八碳二烯酸)，和亚麻酸(即，9,12,15-十八碳三烯酸)。在其它示例性实施方式中，初始组合物包括一种或者多种C18脂肪酯，例如，油酸甲酯、亚油酸甲酯，和亚麻酸甲酯(methyllinolenate)。在又一示例性实施方式中，初始组合物包括包含Δ9脂肪酸(例如，C18Δ9脂肪酸)的不饱和甘油酯。

易位方法的Δ9初始组合物可得自例如植物油，诸如大豆油、菜子油、玉米油、芝麻油、棉子油、葵花油、芥花油、红花油、棕榈油、棕榈仁油、亚麻子油、蓖麻油、橄榄油、花生油等。由于这些植物油主要以甘油酯的形式得到，所以通常将所述油加工(比如，通过转酯化)以得到不饱和游离脂肪酯、不饱和游离脂肪酸，或者其羧酸盐。Δ9起始材料也可得自桐油，其典型地含有甘油酯形式的油酸、亚油酸，和桐油酸(C18；Δ9、11、13)。Δ9起始材料也可得自妥尔油、鱼油、猪油和牛脂。

将用于易位方法的初始组合物在第一易位催化剂的存在下在第一易位步骤中用短链烯烃交叉易位以形成交叉易位产物，其包含：(i)一种或者多种烯烃化合物；和(ii)一种或者多种单羧酸脂肪酸-或者酯-官能化的具有至少一个碳-碳双键的烯烃。这种单羧酸脂肪酸或者酯可用于在本申请所述的方法中与具有四个或者更多个碳的多羟糖醇的分子内缩合物反应，以产生不饱和脂肪脱水多羟糖醇酯。

短链烯烃是具有至少一个碳-碳双键的短链长有机化合物。在许多实施方式中，短链烯烃具有约4至约9个碳原子。短链烯烃可通过以下结构表示：

R⁷R⁸C＝CR⁹R¹⁰，

其中R⁷、R⁸、R⁹，和R¹⁰各自独立地为氢，或者有机基团，条件是，R⁷或者R⁸中的至少一个是有机基团。所述有机基团可为脂族基团、脂环族基团，或者芳族基团。有机基团可任选包含杂原子(比如，O、N，或者S原子)以及官能团(比如，羰基)。术语脂族基团是指饱和的或者不饱和的，直链或者支链的烃基。该术语用于涵盖烷基。术语烷基是指单价的饱和的、直链的、支链的或者环状的烃基。烷基的代表性实例包括甲基、乙基、丙基(正丙基或者异丙基)、丁基(正丁基或者叔丁基)、戊基、己基，和庚基。脂环族基团是在一个或者多个闭环结构中排列的脂族基团。该术语用于涵盖饱和的(即，环状石蜡烃)或者不饱和(环状烯烃或者环状乙炔)基团。芳族基团或者芳基是具有共轭环结构的不饱和环烃。包括在芳族基团或者芳基中的是同时拥有芳族环结构和脂族或者脂环族基团的那些。当R⁸、R⁹和R¹⁰各自为氢时，短链烯烃为α-烯烃，诸如1-丙烯、1-丁烷、1-戊烯、1-己烯、1-辛烯，和1-壬烯。

在许多实施方式中，短链烯烃为短链内部烯烃。短链内部烯烃可通过以下结构表示：

R⁷R⁸C＝CR⁹R¹⁰，

其中R⁷、R⁸、R⁹和R¹⁰各自独立地为氢或者有机基团，条件是，R⁷或者R⁸中的至少一个为有机基团，并且R⁹或者R¹⁰中的至少一个为有机基团。短链内部烯烃可为对称的或者不对称的。具有一个碳-碳双键的对称的短链内部烯烃可通过以下结构表示：

R⁷HC＝CHR⁹，

其中R⁷和R⁹为相同有机基团。对称短链内部烯烃的代表性实例包括2-丁烯、3-己烯，和4-辛烯。在一些实施方式中，短链内部烯烃是不对称的。不对称短链内部烯烃的代表性实例包括2-戊烯、2-己烯、2-庚烯、3-庚烯、2-辛烯、3-辛烯、2-壬烯、3-壬烯，和4-壬烯。

在许多实施方式中，对称短链内部烯烃优选用于交叉易位，因为与不对称短链内部烯烃用于交叉易位相比所得的交叉易位产物将包括较少产物。例如，如下所示，当第一含双键化合物(即，A＝B)与对称短链内部烯烃(即，由C＝C表示)交叉易位时，产生两种交叉易位产物。相比之下，当相同含双键化合物与不对称短链内部烯烃(即，由C＝D表示)交叉易位时，产生四种交叉易位产物。对称短链内部烯烃(C＝C)的交叉易位如下反应：

A＝B+C＝C→A＝C+B＝C

不对称短链内部烯烃的交叉易位

$A=B+C=D\↔A=C+B=C+A=D+B=D$

前述不饱和脂肪酸、不饱和脂肪酯，或者不饱和脂肪酸盐在催化有效量的易位催化剂的存在下经受与前述短链烯烃的易位。术语"易位催化剂"包括催化烯烃易位反应的任何催化剂或者催化剂体系。可使用任何已知或者未来开发的易位催化剂，单独地或者与一种或者多种另外的催化剂组合。示例性易位催化剂包括基于过渡金属如钌、钼、锇、铬、铼和钨的金属卡宾催化剂。

在第一易位步骤中用作第一易位催化剂的适合的均相易位催化剂包括过渡金属卤化物或者氧代-卤化物(比如，WOCl₄或者WCl₆)与烷基化助催化剂(比如，Me₄Sn)的组合。优选的均相催化剂是过渡金属(特别是Ru、Mo或者W)的定义明确的亚烷基(或者卡宾)络合物。这些包括第一和第二代Grubbs催化剂、Grubbs-Hoveyda催化剂等。适合的亚烷基催化剂具有一般结构：

M[X¹X²L¹L²(L³)_n]＝C_m＝C(R¹)R²，

其中M为第8族过渡金属，L¹、L²和L³为中性给电子配体，n为0(使得L³可不存在)或者1，m为0、1，或者2，X¹和X²为阴离子配体，以及R¹和R²独立地选自H、烃基、取代的烃基、含杂原子的烃基、取代的含杂原子的烃基，和官能团。X¹、X²、L¹、L²、L³、R¹和R²中的任何两个或者多个可形成环状基团并且这些基团中的任何基团可连接至载体。

第一代Grubbs催化剂落在该类中，其中m＝n＝0以及n、X¹、X²、L¹、L²、L³、R¹和R²的具体选择如美国专利申请公布2010/0145086(“‘086公布”)中所述，将其涉及所有易位催化剂的教导通过引用的方式并入本文。

第二代Grubbs催化剂也具有上述通式，但是L¹为卡宾配体，其中卡宾碳位于N、O、S或者P原子，优选两个N原子的侧面。通常，卡宾配体为环状基团的一部分。适合的第二代Grubbs催化剂的实例也出现在‘086公布中。

在另一类适合的亚烷基催化剂中，L¹如在第一代和第二代Grubbs催化剂中一样为强配位中性电子给体，以及L²和L³为任选取代的杂环基团的形式的弱配位中性给电子配体。因此，L²和L³为吡啶、嘧啶、吡咯、喹啉、噻吩等。

在又一类适合的亚烷基催化剂中，使用一对取代基形成二齿或者三齿配体，诸如二膦、二烷氧化物，或者烷基二酮酸盐。Grubbs-Hoveyda催化剂是这种催化剂的亚组，其中L²和R²连接。典型地，中性氧或者氮与金属配位，同时也键合至在卡宾碳的α-、β-或者γ-位的碳以提供二齿配体。适合的Grubbs-Hoveyda催化剂的实例出现在‘086公布中。

在第一易位步骤中适用于第一易位催化剂的非均相催化剂包括某些铼和钼化合物，比如，如J.C.Mol在GreenChem.4(2002)5中在11-12页所述。具体实例为包括在氧化铝上的Re₂O₇的催化剂体系，其通过烷基化助催化剂如四烷基锡、铅、锗或者硅化合物促进。其它包括通过四烷基锡活化的在二氧化硅上的MoCl₃或者MoCl₅。

固定的催化剂可用于易位方法。固定的催化剂是包含催化剂和载体的系统，催化剂与所述载体关联。在催化剂和载体之间的示例性关联可通过化学键或者弱相互作用(比如氢键、供体受体相互作用)在催化剂或其任何部分和所述载体或其任何部分之间发生。载体意图包括适于支撑催化剂的任何材料。典型地，固定的催化剂是在液相或者气相反应物和产物上发挥作用的固相催化剂。示例性载体为聚合物、二氧化硅或者氧化铝。这种固定的催化剂可用于流动方法中。固定的催化剂可简化产物纯化和催化剂回收，使得再循环催化剂可更加便利。

在催化剂领域中应理解的是，用于本申请所述的任何催化剂的适合的固体载体可具有合成的、半合成的或者天然存在的材料，其可为有机的或者无机的，比如，聚合物材料、陶瓷材料或者金属材料。与所述载体的附接通常将为共价的(尽管不是必须)，并且共价连接可为直接的或者间接的，如果是间接的，则典型地通过载体表面上的官能团。

易位方法可在足以产生一种或多种希望的易位产物的任何条件下进行。例如，可选择化学计量、气氛、溶剂、温度和压力以产生希望的产物和最小化不希望的副产物。易位方法可在惰性气氛下进行。类似地，如果烯烃试剂作为气体供应，则可使用惰性气体稀释剂。惰性气氛或者惰性气体稀释剂典型地为惰性气体，这意味着，气体不与易位催化剂相互作用以实质地阻碍催化。例如，具体惰性气体选自氦气、氖气、氩气、氮气及其组合。

类似地，如果使用溶剂，那么所选溶剂可选择成对于易位催化剂实质上惰性。例如，实质上惰性溶剂包括但不限于芳族烃，诸如苯、甲苯、二甲苯等；卤化的芳族烃，诸如氯苯和二氯苯；脂族溶剂，包括戊烷、己烷、庚烷、环己烷等；以及氯化烷烃，诸如二氯甲烷、氯仿、二氯乙烷等。

在某些实施方式中，可将配体添加至易位反应混合物。在许多使用配体的实施方式中，将配体选择成这样的分子：其稳定催化剂，并由此可为催化剂提供提高的转换数。在一些情况中，配体可改变反应选择性和产物分布。可使用的配体的实例包括Lewis碱配体，诸如，非限制性地，三烷基膦，例如三环己基膦和三丁基膦；三芳基膦，诸如三苯基膦；二芳基烷基膦，诸如，二苯基环己基膦；吡啶，诸如2,6-二甲基吡啶、2,4,6-三甲基吡啶；以及其它Lewis碱性配体，诸如膦氧化物和次亚膦酸酯(phosphinite)。在易位期间也可存在提高催化剂寿命的添加剂。

通过使用目前已知的催化剂，在第一易位步骤中的加工温度可在很大程度上为速率相关的变量，其中选择温度以按可接受的生产速率提供希望的产物。选择的温度可大于约-40℃.，可超过约-20℃.，并且通常选择超过约0℃.或者超过约20℃。通常，加工温度可不超过约150℃.，并且可不超过约120℃。因此，在第一易位步骤中反应的示例性温度范围可为约20℃.至约120℃。可使用较低的温度，例如，以将不希望的杂质的产生最小化或者促进特定反应路径。

选择的第一易位催化剂的任何有用量可在第一易位步骤中使用。例如，不饱和多元醇酯与催化剂的摩尔比可为约5:1至约10,000,000:1或者约50:1至500,000:1。

第一易位步骤可在任何希望的压力下进行。例如，典型地在约10kPa至约7000kPa或者约100kPa至约3000kPa的压力进行。在一些实施方式中，优选的是，第一易位步骤在低压力，例如约0.01kPa至约100kPa，更典型地约0.01kPa至约50kPa进行。通过在低压力进行第一易位，在反应期间形成的低沸点烯烃产物(比如，短链内部烯烃或者α-烯烃)可容易地从较高沸点官能化的烯烃产物(比如，一种或者多种二酸烯烃、二酯烯烃或者二盐烯烃)分离。这种短链内部烯烃产物的分离允许这种材料再循环返回至进行交叉易位步骤的反应器。

交叉易位产物的混合物包括单羧基不饱和脂肪酸或者单羧基不饱和脂肪酯中的至少一种，然后将其至少一部分从剩余的交叉易位产物分离。这允许分离步骤从可存在于交叉易位产物中的任何类似烷烃中分离单羧基不饱和脂肪酸或者单羧基不饱和脂肪酯。

用于从剩余交叉易位产物分离单羧基不饱和脂肪酸或者单羧基不饱和脂肪酯的有用的技术包括，例如，蒸馏、反应性蒸馏、色谱法、分级结晶、膜分离、液体/液体萃取，或者其组合。

在许多实施方式中，可使用上述技术中的一种或者多种将单羧基不饱和脂肪酸或者单羧基不饱和脂肪酯高度纯化。例如，可将单羧基不饱和脂肪酯纯化至90％wt.或者更高的水平(比如，95％wt.或者更高、96％wt.或者更高、97％wt.或者更高、98％wt.或者更高、99％wt.或者更高、99.5％wt.或者更高，或者99.9％wt.或者更高)。因此，高纯度单羧基不饱和脂肪酸和单羧基不饱和脂肪酯可使用一种或者多种常规分离方法得到。

实现这种高纯度允许在本申请所述的方法中具有四个或者更多个碳的多羟糖醇的分子内缩合物与单羧基不饱和脂肪酸反应形成的高纯度不饱和脂肪脱水多羟糖醇酯的生产。例如，在一些实施方式中，产生的不饱和脂肪酸具有90％wt.或者更高的纯度(比如，95％wt.或者更高、96％wt.或者更高、97％wt.或者更高、98％wt.或者更高、99％wt.或者更高、99.5％wt.或者更高，或者99.9％wt.或者更高)。

如果在本申请所述的方法中具有四个或者更多个碳的多羟糖醇的分子内缩合物应与二羧基不饱和脂肪酸反应，那么在前述分离后，使分离的单羧基不饱和脂肪酸或者单羧基不饱和脂肪酯在自易位或者交叉易位的第二易位步骤中与第二酸-或者酯-官能化的烯烃在第二易位催化剂的存在下反应。

当单羧基不饱和脂肪酸或者单羧基不饱和脂肪酯在第二易位催化剂的存在下自易位时，产生一种组合物，其包含一种或者多种不饱和二羧酸或者不饱和二羧酸酯。例如，当Δ9酸-官能化的初始组合物被使用并且与2-丁烯交叉易位时，所得酸-官能化的烯烃具有结构HOOC-(CH₂)₇-CH＝CH-CH₃。在分离后，酸-官能化的烯烃的自易位根据下式得到不饱和C18二酸和2-丁烯：

2HOOC-(CH₂)₇-CH＝CH-CH₃→

HOOC-(CH₂)_7-CH＝CH-(CH₂)₇-COOH+H₃C-CH＝CHCH₃

以类似的方式，当Δ9甲酯-官能化的初始组合物被使用并且与2-丁烯交叉易位时，所得甲酯-官能化的烯烃具有结构CH₃OOC-(CH₂)₇-CH＝CH-CH₃。酯-官能化的烯烃的自易位根据下式得到不饱和C18二酯和2-丁烯：

2CH₃OOC-(CH₂)₇-CH＝CH-CH₃→CH₃OOC-(CH₂)₇-CH＝CH-(CH₂)₇-COOCH₃+H₃C-CH＝CH-CH₃

可选择地，当在第二易位步骤中单羧基不饱和脂肪酸或者单羧基不饱和脂肪酯与第二官能化的烯烃化合物在第二易位催化剂的存在下交叉易位时，形成二官能有机化合物。可通过这种方法得到的示例性二官能有机化合物包括二酸、二酯或者混合的酸/酯物质。在一些实施方式中，第二官能化的烯烃化合物具有至少一个碳-碳双键和具有至少两个羧酸或者羧酸酯作为官能团。然而，在许多实施方式中，第二官能化的烯烃具有一般结构：

R¹²-CH＝CH-(CH₂)_n-R¹³，

其中n为0或者整数(典型为1至20)；-R¹²为氢、烷基、芳基，或者-(CH₂)_n-R¹³；-R¹³为官能团(典型为-COOH、-COOR¹⁴，或者-COOX；-R¹⁴为烷基或者芳基；以及-X为金属。

第二官能化的烯烃化合物的实例包括2-丁烯-1,4-二酸、丙烯酸、2-丁烯酸、2-戊烯酸、2-己烯酸、3-己烯二酸、3-己烯二酸二甲酯、3-己烯酸、3-己烯酸甲酯、3-戊烯酸、3-戊烯酸甲酯、4-戊烯酸、4-己烯酸、4-庚烯酸、4-辛烯酸和它的酯、4-辛烯-1,8-二酸和它的酯、5-己烯酸、5-庚烯酸、5-辛烯酸和它的酯、5-癸烯-1,10-二酸和它的酯、6-庚烯酸、6-辛烯酸、6-壬烯酸、6-癸烯酸和它的酯、6-十二烯-1,12-二酸和它的酯、7-辛烯酸、7-壬烯酸、7-癸烯酸、7-十一碳烯酸，和7-十二碳烯酸和它的酯。

在示例性实施方式中，第二官能化的烯烃关于它的碳-碳双键对称。即，基团-R₁₂与基团-(CH₂)_n-R¹³相同。有利地，当第二官能化的烯烃对称时，在第二易位步骤中形成的产物的数目与第二官能化的烯烃不对称时的交叉易位反应相比减少。这可提供较高的收率和/或希望的二官能化合物的更容易的分离。对称官能化的烯烃的代表性实例包括马来酸及其酯、3-己烯二酸及其酯和酸盐(比如，3-己烯二酸二甲酯)、4-辛烯-1,8-二酸及其酯和酸盐、5-癸烯-1,10-二酸及其酯和酸盐，和6-十二烯-1,12-二酸酯。

在一种示例性实施方式中，Δ9酸-官能化的初始组合物被使用并且在第一易位步骤中与2-丁烯交叉易位，从而提供具有结构HO₂C-(CH₂)₇-CH＝CH-CH₃的酸-官能化的烯烃。在分离后，在第二易位步骤中酸-官能化的烯烃与3-己烯二酸交叉易位。在二步骤易位方法中的第二易位步骤根据下式得到不饱和C12二酸：

HO₂C--(CH₂)₇—CH＝CH-CH₃+HO₂CCH₂CH＝C-HCH₂COH.→

HO₂C-(CH₂)_7-CH＝CH-CH₂-CO₂H+CH_3-CH＝CHCH₂CO₂H。

在另一示例性实施方式中，Δ9酸-官能化的初始组合物被使用并且在第一易位步骤中与2-丁烯交叉易位，从而提供具有结构HO₂C--(CH₂)₇-CH＝CH-CH₃的酸-官能化的烯烃。在分离后，在第二易位步骤中酸-官能化的烯烃与马来酸(HO₂C-CH＝CH-CO₂H)交叉易位。在二步骤易位方法中的第二易位步骤根据下式得到不饱和C11二酸：

HO₂C-(CH₂)₇-CH＝CH-CH₃+HO₂C-CH＝CHCO₂H→

HO₂C-(CH₂)₇-CH＝CH-CO₂H+CH₃-CH＝CH-CO₂H。

上文所述的在第一易位步骤中适用于第一易位催化剂的组合物及其量也适用于在第二易位步骤中的第二易位催化剂。第二易位催化剂可与第一易位催化剂相同或者不同。在第二易位步骤中使用的温度和压力分别在上文对于第一易位步骤所述的温度和压力的范围内。

在第二易位步骤中产生的单羧基不饱和脂肪酸适于与具有四个或者更多个碳的多羟糖醇的分子内缩合物反应以产生不饱和脱水多羟糖醇脂肪酯。

适合的易位衍生的不饱和脂肪酸具有下式：

R¹⁶-CH＝CH-(CH₂)_m-R¹⁷，

其中R¹⁶为氢、烷基、芳基或者(CH₂)₇-R¹⁷；R¹⁷为-COOH；以及m为1至20的整数。

在本申请所述的方法中使用的易位衍生的不饱和脂肪酸可为单羧酸，在这种情况中上面的R¹⁶为氢、烷基或者芳基，或者二羧酸，在这种情况中R¹⁶为-COOH。单羧基不饱和脂肪酸是上文所述的第一易位步骤的产物，和二羧基不饱和脂肪酸是上文所述的第二易位步骤的产物。优选使用的易位衍生的不饱和脂肪酸是9-癸烯酸、9-十二碳烯酸、9-十三碳烯酸、9-十五碳烯酸、9-十八烯酸，和9-十八烯-1,18-二酸并且更优选为9-癸烯酸、9-十二碳烯酸和9-十八烯-1,18-二酸。在本申请所述的方法中可用非易位衍生的9-癸烯酸、9-十二碳烯酸、9-十三碳烯酸、9-十五碳烯酸和9-十八碳烯酸和9-十八烯-1,18-二酸替代它们的易位衍生的对应物，但是在这种情况中得不到高反式-异构体含量的益处。

如上文所指出的，描述了制备不饱和脱水多羟糖醇脂肪酯的方法，其中脱水多羟糖醇经具有四个或者更多个碳的多羟糖醇的分子内缩合反应制备。用于制备不饱和脱水多羟糖醇脂肪酯的优选的多羟糖醇是山梨醇、木糖醇、甘露醇和卫矛醇；更优选为山梨醇、木糖醇和甘露醇；最优选用于制备不饱和脱水多羟糖醇脂肪酯的是山梨醇。本申请完全出于便利的目的，本申请所述的用于制备不饱和脱水多羟糖醇脂肪酯的方法根据山梨醇的不饱和脂肪酯的制备来说明和描述。

当制备山梨醇的不饱和脂肪酯时，重要的是首先制备脱水山梨醇或者“单脱水山梨糖醇”，然后在单独的步骤中使这种脱水山梨醇或者“单脱水山梨糖醇”与单-或者二羧基脂肪酸在不超过约215℃的温度在碱性催化剂的存在下反应，以产生希望的单脱水山梨糖醇脂肪酯。重要的是使用不超过215℃的温度以避免颜色形成，其表征了通过常规方法制备的单脱水山梨糖醇酯。要点是作为单独步骤而非作为单一步骤实施酐化(分子内缩合过程)和酯化，以满足产物规格如羟基数值、酸值和皂化值。在低于215℃的温度在碱性催化剂的存在下山梨醇而非单脱水山梨糖醇的脂肪酸酯化得到这样的产物：其不符合对于单脱水山梨糖醇脂肪酯表面活性剂所确立的规格。

在预备步骤中，将山梨醇在碱或者酸催化剂的存在下酐化，直到得到具有希望的酐化程度的脱水山梨醇。酐化程度可通过根据已知技术测量样品的羟基数值测定。纯山梨醇例如具有1850的羟基数值。脱水山梨醇(即，单脱水山梨糖醇)(对于初始存在的每摩尔山梨醇，平均1.0摩尔水已经从其化学除去)具有1368的羟基值。大体上，脱水山梨醇的羟基数值应为约1150至约1400，其代表约1.0至约1.4的酐化程度。更具体地，在本申请所述的方法中，脱水山梨醇的希望的酐化程度取决于单-或者二羧基脂肪酸或者酯和在酯化中使用的温度。例如，用于制备9-十二烯酸单脱水山梨糖醇酯表面活性剂的希望的脱水山梨醇具有约1150至约1250的羟基数值，而用于制备9-十八烯酸单脱水山梨糖醇酯表面活性剂的希望的脱水山梨醇具有约1250至约1400的羟基数值。在每一情况中，当使用接近215℃的酯化温度时，选择具有接近所述范围的较高端的羟基值的脱水山梨醇，以及当使用较低酯化温度时，选择具有所述范围内的较低羟基值的脱水山梨醇。

由山梨醇制备单脱水山梨糖醇优选在约90℃，优选110℃至约130℃，优选至约120℃的温度，和在降低的压力(比如，5或者5-40mmHg)，在作为酸催化剂的对甲苯磺酸的存在下进行。继续反应，直到达到具有希望的羟基数值的产物。应理解的是，可使用其它酸催化剂和条件。优选的是在脱色碳的存在下进行酐化。酐化程度可通过控制反应时间来控制。当在120℃和在5mm绝对汞柱进行山梨醇的分子内脱水时，当希望具有约1300的羟基数值的产物时，反应时间为约70分钟，以及当希望具有约1200的羟基数值的产物时，反应时间为约110分钟。可选择地，酐化程度可通过选择反应温度、压力、酸催化剂、催化剂浓度，或者这些参数的组合来控制。温度、催化剂浓度或者酸催化剂强度的提高，或者绝对压力的降低提高酐化程度。

在本申请所述的方法中使用的脱水山梨醇典型地为单脱水山梨糖醇(即，1,4-单脱水山梨糖醇、2,5-单脱水山梨糖醇和3,6-单脱水山梨糖醇)与少量二脱水异山梨糖醇和未反应的山梨醇的混合物；1,4-单脱水山梨糖醇是脱水山梨醇的最大组分。使脱水山梨醇(具有约1150至约1400的羟基数值并且优选如上所述制备)与前述易位衍生的不饱和单-或者二羧基脂肪酸在碱的存在下在不超过约215℃的温度反应，以制备希望的不饱和单脱水山梨糖醇脂肪酯。所述反应通过以下方法进行：在一起加热脱水山梨醇、前述单-或者二羧基脂肪酸、碱性催化剂，和脱色碳(当使用时)，优选在惰性(比如，氮气)气氛中，直到达到希望的反应温度，并且维持该温度足够长的时间以获得希望的产物。前述单-或者二羧基不饱和脂肪酸可含有约8至约30个碳原子，不过，含有10至18个碳原子的天然存在的材料是优选的。前述单-或者二羧基不饱和脂肪酸不需要是纯化学化合物。单-或者二羧基不饱和脂肪酸的用量通常超过形成希望的产物所需要的化学计量的量。在一些实施方式中，易位衍生的不饱和脂肪酸与山梨醇的摩尔比为约1.1(当制备9-十二烯酸单脱水山梨糖醇酯时)至约1.33(当制备9-十八烯酸单脱水山梨糖醇酯时)。

酯化温度不应高于约240℃，因为当使用较高温度时颜色形成量不希望地大。另一方面，温度通常不低于约180℃，因为反应变得太慢并且酯化在较低温度可能不完全。通常，约190℃至约210℃的温度是优选的。甚至在此范围内，反应速率显著较慢并且产物颜色在190℃显著好于在210℃。通常，需要约2.5至约7.0小时的反应时间。酯化应在基本无水介质中进行。反应优选在活性炭的存在下进行，所述活性炭用作脱色剂。反应也优选在惰性(比如，氮气)气氛中进行。

氢氧化钠是用于酯化的优选的碱性催化剂，因为它的高效和低成本。然而，如果希望的化，可使用其它碱性材料如氢氧化钾、碳酸钠、乙酸钠、硬脂酸钠或者磷酸三钠替代氢氧化钠。应限制碱性催化剂的量，使得最终产物在中和后不含不希望的大量游离脂肪酸。氢氧化钠的用量很少超过1重量％，基于产物重量。甚至优选更小量。优选地，氢氧化钠的用量不超过这样的数量：其在化学上等于在产物中的希望的游离酸的最大数量。可使用等量的其它碱性材料替代氢氧化钠。

当反应完成时，反应可通过以下方法终止：冷却反应产物混合物并且添加足以中和存在的碱的少量酸，优选磷酸。产物的颜色稳定性通过以下方法改善：每使用1.5摩尔氢氧化钠催化剂，使用至少约一摩尔磷酸。

根据本发明方法得到的不饱和脱水多羟糖醇脂肪酯可根据现有技术中已知的操作乙氧基化。可制备环氧乙烷加合物，其每摩尔具有四个或者更多个碳的多羟糖醇的分子内缩合物的易位衍生的不饱和脂肪酯含有平均约4至约100或者更多摩尔环氧乙烷。所得环氧乙烷加合物是现有技术中已知的并且可用作亲水表面活性剂和乳化剂。不饱和脱水多羟糖醇脂肪酯和相应的聚氧乙烯加合物的组合可用作乳化剂，具体地在食品中。通过乙氧基化程度的适当控制和脂肪酯和它的乙氧基化衍生物的相对量的适当选择，可实现宽范围的HLB(亲水/亲油平衡)值和表面活性剂效果。

实施例

实施例1大豆油与1-丁烯的交叉易位

将配有浸管、顶置式搅拌器、内部冷却/加热蛇管、温度探针、取样阀，和顶空气体释放阀的洁净的干燥的不锈钢夹套式5-加仑Parr反应器器皿用氩气吹洗至15psig。将大豆油(SBO,2.5kg,2.9mol,Costco,MWn＝864.4g/mol,通过气相色谱分析(“通过gc”)测定的85重量％不饱和,在5-加仑容器中的1小时氩气鼓泡)添加至Parr反应器中。然后将Parr反应器密封，并将SBO用氩气吹洗2小时，同时冷却至10℃。在2小时后，将反应器排空，直到内部压力达到10psig。将反应器上的浸管阀连接至1-丁烯钢瓶(Airgas,CP级,33psig顶空压力,>99重量％)并重新加压至15psig1-丁烯。将反应器再次排空至10psig以除去顶空中的残留氩气。将SBO在350rpm和9-15℃在18-28psig1-丁烯下搅拌，直到将每SBO烯烃键3mol1-丁烯转移至反应器中(大约2.2kg1-丁烯，历时大约4-5小时)。将[1,3-二-(2,4,6-三甲基苯基)-2-咪唑烷亚基]二氯化钌(3-甲基-2-丁烯亚基)(三环己基膦)(C827,Materia)的甲苯溶液在Fischer-Porter压力器皿中通过将130mg催化剂溶解在30克作为催化剂载剂的甲苯中(每SBO烯烃键10molppm)制备，并经反应器浸管通过用氩气将Fischer-Porter器皿内的顶空加压至50-60psig添加至反应器。将Fischer-Porter器皿和浸管用另外的30g甲苯洗涤。将反应混合物在60℃搅拌2.0小时。将反应混合物冷却至环境温度，同时将顶空中的气体排空。在释放压力后，将反应混合物转移至含有58g漂白用粘土(2％w/wSBO,PureFlowB80CG)和磁力搅拌子的3颈圆底烧瓶。将反应混合物通过搅拌在85℃在氩气下处理。在2小时后(在此期间允许任何剩余1-丁烯排空)，将反应混合物冷却至40℃并通过烧结玻璃滤器过滤。通过气相色谱分析(在60℃用1％w/w甲醇钠/甲醇转酯化后)发现，产物混合物的等分试样含有大约22重量％9-癸烯酸甲酯、大约16重量％9-十二烯酸甲酯、大约3重量％9-十八烯二酸二甲酯和大约3重量％9-十八烯酸甲酯(通过gc)。

实施例2通过易位产生9-十八烯-1,18-二酸二甲酯

二元酸的酯组合物根据下面的示例性操作产生，其包括在9-癸烯酸甲酯(9-癸烯酸甲酯,9-DAME)和9-十二烯酸甲酯(9-十二碳烯酸甲酯,9-DDAME)之间的交叉易位反应。将9-DAME和9-DDAME的1.0:1.0摩尔比混合物(332g)添加至1L圆底烧瓶并加热至60℃。将压力用ChemGlass隔膜真空泵型号CG-4812-30/和J-Kem科学数字真空调节器型号200调节至100mgHg，并用磁力搅拌子开始搅拌。在系统稳定在希望的条件后，添加80ppmC-827(作为甲苯溶液)(t＝0分钟)。在大约15-20分钟，反应开始剧烈鼓泡并且压力升至大约500mmHg。在另外大约5-10分钟后，压力重新稳定在100mmHg。在180分钟时，添加另外40ppm催化剂C-827(作为甲苯溶液)。随后，将催化剂用相对于C-82725当量三羟甲基膦(THMP)在80℃灭活120分钟，THMP。然后将催化剂通过水萃取(5:1油:水)除去。将组合物用MgSO4干燥。然后，轻FAME汽提在1mmHg和大约100℃进行。该反应的产物包括大分数的18:1二元酸的酯。

实施例3由9-癸烯酸甲酯产生9-癸烯酸

在5L5颈圆底烧瓶中，将1108.5g9-癸烯酸甲酯、540mL水和300mL异丙醇组合。将烧瓶连接至机械搅拌器、加料漏斗、冷凝器、热电偶，和塞子。使氮气经过顶空20分钟。将氢氧化钾水溶液(6.6摩尔在660mL水中)历时30分钟在氮气气氛下在环境压力添加。反应温度最高达54℃。在添加所述氢氧化物水溶液后将混合物再搅拌4小时。在4小时后，反应温度为28℃。将烧瓶置于水浴中，并历时1小时分份添加盐酸水溶液(HCl,37％(v/v))，直到pH为1-2。通过在添加HCl水溶液期间将冰添加至水浴，保持温度低于40℃。然后将溶液转移至分液漏斗，在该处将有机层用饱和的氯化钠洗涤三次并经硫酸镁干燥。将硫酸镁经真空过滤除去，并在旋转蒸发器上浓缩溶液。将粗产物在降低的压力(140℃,2托)下蒸馏，提供9-癸烯酸(995.2g,97％收率)，其为无色液体。

实施例4由9-十二烯酸甲酯产生9-十二碳烯酸

在室温将9-十二烯酸甲酯(1273g,6.00mol)、水(540mL)和异丙醇(300mL)添加至5L4颈圆底烧瓶。将烧瓶配有顶置式搅拌器、冷凝器、热电偶，和加料烧瓶。使氮气经过顶空30分钟，同时搅拌。将氢氧化钾(10M,660mL,6.60mol)历时30分钟滴加。在搅拌约45分钟后，观察到放热，并且混合物变得均匀。在接下来的1小时内，搅拌被凝胶的形成阻碍。为了重新能够搅拌，将另外300mL异丙醇用金属铲捏合至混合物中。反应通过薄层色谱法(在己烷洗脱剂中的10％EtOAc,碘染料)监测；将反应等分试样用盐酸水溶液淬灭，用水洗涤，然后吸收在iPrOH中。当所有起始材料耗尽时，将反应置于冰浴中并用37％HCl水溶液(600mL)酸化，同时维持温度低于40℃。将反应混合物转移至大分液漏斗中并用盐水(3x250mL)洗涤，用硫酸镁干燥，过滤，并真空干燥。将反应通过真空蒸馏纯化，得到9-十二碳烯酸(1054g,5.3mol,89％收率)。

实施例5由山梨醇制备脱水山梨醇(单脱水山梨糖醇)

将70重量％山梨醇水溶液(山梨醇F,150.0g,0.8106mol)添加至配有Dean-Stark冷肼、冷凝器、热电偶、加热套、氮气入口和出口的干燥的500mL三颈圆底烧瓶。在磁力搅拌下，将粘性液体在降低的压力下温热除去水。将真空施加在冷凝器的顶部。预期的45.0g水的大部分在～40℃的内部温度和40托除去。当在反应器处的水质量和收集在Dean-Stark冷肼中的水质量指示希望的脱水水平时，观察到90℃的最后温度和15托的压力。用氮气恢复环境压力，然后将催化量的对甲苯磺酸一水合物(1.5270g,8.027mmol)添加至高度粘性的无水山梨醇。在连续搅拌下，将所得分子内醚化混合物温热至120℃并置于降低的压力(35托；氮气轻微扫掠)下。在100分钟后，希望的水质量(14.70g,0.8157mol)收集在Dean-Stark冷肼中。将反应器用氮气恢复至环境压力，然后添加氢氧化钾(0.4516g,8.048mmol,作为50重量％水溶液)淬灭脱水山梨醇形成反应。将混合物搅拌15分钟，然后用pH指示条测试，以证实中和(7.0<pH<8.0)。淡琥珀色的熔融产物直接用在随后如实施例6中所述的9-癸烯酸的酯化中。

实施例6由9-癸烯酸产生9-癸烯酸单脱水山梨糖醇酯

在约90℃向含有实施例5的中和的脱水山梨醇(单脱水山梨糖醇,0.8116mol)的反应器添加9-癸烯酸(150.1g,0.8817mol)，然后添加催化量的氢氧化钾(0.5049g,8.998mmol,作为大约50重量％水溶液)。将所得非均相混合物历时40分钟在环境压力在氮气气氛下温热至200℃。将内容物在此温度消化6小时，直到混合物的酸值降低至少于5mgKOH/g样品并且反应混合物的FTIR分析不再显示在1709cm-1的羧酸C(O)吸收。将澄清的稻草黄色的材料冷却至120℃并通过经注射器添加85重量％磷酸水溶液(0.53mL,7.7mmol)中和。在中和后形成浑浊混合物。将来自中和的盐通过真空过滤(热)用中孔玻璃烧结漏斗除去。9-癸烯酸单脱水山梨糖醇酯作为澄清的粘性的且淡橙色油状物得到。IR：3408、3076、2927、2855、1739、1640、1172cm-1。

实施例7由9-十二碳烯酸产生9-十二烯酸单脱水山梨糖醇酯

向含有脱水山梨醇(0.638mol,如实施例6中所述制备)的配有Dean-Stark冷肼、冷凝器、热电偶、加热套、氮气入口和出口的500mL三颈圆底烧瓶添加9-十二碳烯酸(139.3g,0.7023mol)。然后在约90℃添加催化量的氢氧化钾(0.358g,6.38mmol)。将所得非均相混合物历时40分钟在磁力搅拌下在环境压力在氮气气氛下温热至200℃。将内容物在此温度消化5小时，直到混合物的酸值降低至少于5mgKOH/g样品和反应混合物的FTIR分析不再显示在1709cm-1的羧酸C(O)吸收。将澄清的稻草黄色的材料冷却至120℃并通过经注射器添加85重量％磷酸水溶液(0.51mL,7.5mmol)中和。在中和后形成浑浊混合物。将来自中和的盐通过真空过滤(热)用中孔玻璃烧结漏斗除去。9-十二烯酸单脱水山梨糖醇酯作为澄清的粘性的且淡橙色油状物得到。IR：3405、2926、2854、1739、1460、1079cm-1。

Claims (22)

1.制备不饱和脂肪酸的脱水多羟糖醇酯的方法，其包括：使具有四个或者更多个碳原子的多羟糖醇的分子内缩合物与易位衍生的不饱和脂肪酸在碱性催化剂的存在下和在足以形成所述脱水多羟糖醇酯的条件下反应。

2.权利要求1的方法，其中所述反应在约180℃至约240℃的温度进行。

3.权利要求2的方法，其中所述反应在约190℃至约210℃的温度进行。

4.权利要求1的方法，其中所述催化剂的用量最高为所产生的不饱和脂肪酯的约0.01至约3.0重量％的当量。

5.权利要求1的方法，其中所述多羟糖醇的分子内缩合物通过在酸催化剂的存在下在足以产生羟基值为约1150至约1400的多羟糖醇的分子内缩合物的条件下的分子内缩合产生。

6.权利要求5的方法，其中所述分子内缩合在约90℃至约130℃的温度和在5-40托的降低的压力下进行。

7.权利要求5的方法，其中所述分子内缩合在约110℃至约120℃的温度在5-40托的降低的压力下进行。

8.权利要求1的方法，其中所述多羟糖醇为己糖醇。

9.权利要求1的方法，其中所述易位衍生的不饱和脂肪酸选自9-癸烯酸、9-十二碳烯酸、9-十三碳烯酸、9-十五碳烯酸，或者9-十八碳烯酸、9-十八烯-1,18-二酸及其任何酯。

10.权利要求8的方法，其中所述己糖醇包括山梨醇、甘露醇、卫矛醇，或者其混合物。

11.权利要求1的方法，其中将所产生的多羟糖醇的分子内缩合物的不饱和脂肪酯的羟基进行氧基亚烷基化。

12.权利要求11的方法，其中所述不饱和脂肪酸通过包括羧基不饱和脂肪酸和/或其酯与烯烃的交叉易位的方法产生。

13.权利要求12的方法，其中所述不饱和脂肪酸通过包括三甘油酯与烯烃的交叉易位的方法产生。

14.权利要求13的方法，其中所述三甘油酯为天然油的形式。

15.权利要求14的方法，其中所述天然油选自：大豆油、菜子油、玉米油、芝麻油、棉子油、葵花油、芥花油、红花油、棕榈油、棕榈仁油、亚麻子油、蓖麻油、橄榄油、花生油、藻油、妥尔油、鱼油、猪油、牛脂、以及其组合。

16.权利要求12的方法，其中所述烯烃选自丙烯、丁烯、戊烯、己烷和庚烯。

17.权利要求12的方法，其中所述交叉易位通过基于钌的易位催化剂介导。

18.通过权利要求1的方法制备的产物。

19.通过权利要求8的方法制备的产物。

20.通过权利要求12的方法制备的产物。

21.一种组合物，其包含以下结构：

其中R¹为氢、烷基、芳基或者(CH₂)_1-9-COOR⁵；其中R⁵为

其中R²、R³和R⁴为氢，或者-(O)C-(CH₂)_m-CH＝CH-R¹或者-(CH₂CH₂O)_nH或者其混合物；其中m为1至9；以及其中n为1至100。

22.权利要求21的组合物，其包含选自以下的化合物：

9-癸烯酸单脱水山梨糖醇酯；

9-十二烯酸单脱水山梨糖醇酯；

9-十三烯酸单脱水山梨糖醇酯；

9-十五烯酸单脱水山梨糖醇酯；

9-十八烯酸单脱水山梨糖醇酯；和

9-十八烯-1,18-二酸二单脱水山梨糖醇酯。