CN113166092A - 用于制备乙交酯的方法 - Google Patents
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Abstract
根据本发明，提供了一种用于生产乙交酯的方法，该方法包括使乙醇醛二聚体与氧化剂接触以产生乙交酯产物。优选地，该方法在非质子环境中(例如在包含乙醇醛二聚体、氧化剂、乙交酯产物和非质子溶剂的反应混合物中)进行。
Description
技术领域：
本发明涉及用于制备乙交酯的新方法。该方法使用乙醇醛二聚体作为起始材料。
发明背景
乙交酯是有价值的市售的化合物，其用作例如生产聚合物聚(乙醇酸)PGA的单体/前体
PGA可以通过乙醇酸的缩聚直接形成，但该方法不是优选的，因为其仅产生低分子量聚合物。与之相比，PGA是通过乙交酯的开环聚合(ROP)形成的，其产生分子量高得多的PGA。
用于从乙醇酸生产乙交酯的现有技术方法涉及两个步骤：第一步骤是乙醇酸水溶液的缩聚以形成低分子量PGA。这通过如下来实现：将乙醇酸加热至约190℃，同时将压力降低至5kPa，以便除去也在缩合反应中形成的水。第二步骤是低分子量PGA的解聚反应(也称为反咬(backbiting)步骤)以获得环状乙交酯。这通过使通常溶解在高沸点溶剂中的低MwPGA在约0.3kPa的减压下加热至250℃来实现。从反应混合物中连续蒸馏出所形成的乙交酯。
仍然需要用于生产PGA的新的和更简单且更有效的方法，例如用于生产乙交酯单体的新的和更有效的方法。特别地，需要从可持续的生物基来源支持PGA的生产的新方法。
发明内容
用于生产PGA前体乙交酯的现有技术方法是涉及亚大气压和高温的两步工艺。对于工业规模生产，这样的工艺参数增加了工艺设备的成本，增加了能耗，并且通常要求在该方法中涉及的化合物具备高稳定性。
本发明人现已发现用于生产乙交酯的新方法，该方法操作简单，涉及温和的反应条件，并且其可以使用生物基资源作为起始材料。该方法使用乙醇醛(GA)二聚体作为反应物。
根据本发明，提供了一种用于生产乙交酯的新方法，该方法包括使乙醇醛二聚体与氧化剂接触以产生乙交酯产物的氧化步骤。
根据本发明的方法具有若干优点。乙醇醛二聚体在单一反应步骤中被转化成乙交酯，这使得该方法能够在单个反应器中进行。反应可以在温和的反应条件(例如，大气压、中等温度和pH)下进行。即使具有高起始浓度的乙醇醛二聚体，乙交酯的产率和选择性也是良好的。此外，反应产生有限量的水。这是一个优点，因为必须在使乙交酯进行聚合之前除去水。乙醇醛二聚体可以从例如可再生资源以纯化形式获得。
发明详述
从文献中已知，溶液中的乙醇醛是不稳定的，并且以多达九种不同的彼此平衡的单体和二聚体形式的复杂混合物形式存在，其中一种是乙醇醛二聚体(Kua et.al.,J.Phys.Chem.A.2013,117,2997—3008)。因此，在溶液中各种形式的乙醇醛之间存在复杂的平衡。
本发明人现已发现，这些反应中的一些在实践中几乎不可逆(或逆向反应非常缓慢)，并且他们发现了利用这一点来生产乙交酯的方法。因此，发明人已经发现，在溶液中，已溶解的尚未转化成乙交酯的乙醇醛二聚体(A)与乙醇醛单体(B)处于平衡，而乙醇醛单体到乙醇酸和其它副产物的转化实际上是不可逆的。这可以通过以下反应方案来表示：
方案1：说明乙醇醛二聚体的最重要转化及其转化产物的反应方案
因此，发明人现已发现，如果乙醇醛单体被氧化成乙醇酸等，则其不再可用于被转化为第一乙醇醛二聚体和然后的乙交酯。然而，发明人还已发现，可以选择有利于将乙醇醛二聚体转化为乙交酯，而不是将乙醇醛二聚体转化为乙醇醛单体再由其转化为例如乙醇酸的反应条件。发明人还发现，乙醇醛二聚体氧化为乙交酯实际上是不可逆的，因此所形成的乙交酯不抑制通过任何可逆的相互作用进一步形成乙交酯。由于乙醇醛二聚体的单体化是可逆的，并且乙醇醛单体副产物的形成实际上是不可逆的，所以希望减少此类副产物的形成。因此，乙交酯的产率可通过选择反应条件来改善，使得乙交酯的形成相对于单体化而言是有利的。
换句话说，如果可逆的单体化步骤(1)以一定速率r1发生，并且乙醇醛二聚体(A)在氧化剂的存在下在氧化步骤(2)中以一定速率r2不可逆地转化为乙交酯(C)，则应优选地选择反应条件，使得速率r2高于速率r1。这将导致从乙醇醛二聚体直接净形成乙交酯(C)。发明人现已发现，该反应的速率r1和r2将随反应条件(例如氧化剂的选择、pH、温度、质子化合物的浓度和溶剂的选择)而变化。因此，发明人现已发现，乙醇醛二聚体是用于生产乙交酯的合适的起始材料。根据本发明的方法包括使乙醇醛二聚体与氧化剂接触以产生乙交酯产物的氧化步骤。
根据本发明的方法具有以下优点：不要求高或低压力或高温，此外，乙醇醛二聚体到乙交酯的转化在单一反应步骤中发生，因此它仅要求单个反应器来实施根据本发明的方法。此外，存在合适的氧化剂，其可以在温和的反应条件下将乙醇醛二聚体氧化为乙交酯。
术语“乙醇醛二聚体”(或“GA二聚体”)意在指式I的化合物1,4-二氧杂环己烷-2,5-二醇；2,5-二羟基-1,4-二氧杂环己烷：
乙醇醛二聚体也可以被称为羟基乙醛二聚体。乙醇醛二聚体可以以三种不同的构象存在：顺式异构体，其中一个羟基是平伏的，另一个羟基是直立的；以及两种不同的反式异构体；其中一个的两个羟基均在平伏位置，另一个的两个羟基均在直立位置。已经证明，结晶的乙醇醛二聚体通常以反式异构体形式存在，其中所有羟基取代基均处于直立位置。由于具有对称的平面，所以尽管存在两个立体中心，乙醇醛二聚体的这种构象是内消旋形式。它也被称为对称的乙醇醛二聚体。在本文中，GA二聚体可以指代其结晶形式(固体)、在溶液中或者部分溶解部分固体的GA二聚体。当基于重量计算GA二聚体的量(例如最初在实验中测量出的GA二聚体的量)时，其是被测量和记录的所添加的固体GA二聚体的量，无论其是否溶解。
术语“乙交酯”是指式II的化合物1,4-二氧杂环己烷-2,5-二酮；2,5-二氧代-1,4-二氧杂环己烷：
术语“氧化剂”意指促进底物氧化的化合物。这涉及：通过使用分子氧作为实际氧化剂来起作用的氧化催化剂；促进从底物到存在于反应混合物中的氢受体的氢转移的氧化催化剂；通过使以亚化学计量量存在的氧化试剂再生而起作用的氧化催化剂；和在氧化过程中基于化学计量而被消耗的氧化试剂。优选地，氧化剂能够在100℃以下，例如0-100℃、20-80℃或30-60℃的温度下发挥其作用。根据本发明的一个实施方案，氧化步骤在100℃以下，例如0-100℃、20-80℃或30-60℃的温度下进行。
术语“乙交酯产物”是指通过实施根据本发明的方法而获得的产物。除了乙交酯之外，它可以例如含有溶剂、未反应的乙醇醛二聚体、形成的任何副产物、仍然存在的任何氧化剂等，或者它可以是部分或完全纯化的形式。
发明人已经发现，溶液中各种形式的乙醇醛之间的平衡高度依赖于溶剂的性质。例如，在水溶液中，约90％的乙醇醛是水合的偕二醇(gem-diol)的形式，而乙醇醛的二甲基亚砜(DMSO)溶液主要含有二聚体形式的混合物。
因此，本发明人已经发现，当在非质子环境中实施根据本发明的方法时，有利于乙醇醛二聚体的氧化，而不是乙醇醛二聚体到乙醇醛单体和从单体到乙醇酸的转化。根据本发明的一个实施方案，氧化步骤在非质子溶剂中进行。
“非质子环境”是指具有非常有限量的可用的反应性质子或质子供体化合物的环境。通常，非质子环境以非质子液体的形式提供。可以通过在非质子溶剂中实施根据本发明的方法来提供非质子环境。然而，可以存在少量的质子化合物。
在本文中，“非质子溶剂”应被理解为缺乏直接与在Pauling标度上的电负性为高于2.6的原子(例如但不限于氧和氮)结合的氢原子的溶剂。因此，非质子溶剂不能与溶质(在这种情况下是乙醇醛二聚体)形成氢键。
在本文中，“质子化合物”应被理解为具有直接与在Pauling标度上的电负性为高于2.6的原子(例如但不限于氧和氮)结合的氢原子并因此能够向溶质提供氢原子或与溶质形成氢键的化合物。
在一个实施方案中，非质子溶剂是氧代化合物。包含氧代化合物的溶剂通常是非质子性的。
在本发明的一个实施方案中，非质子溶剂选自N-甲基吡咯烷酮、二氯甲烷、四氢呋喃(THF)、乙酸乙酯(EtOAc)、丙酮、甲基乙基酮、甲基异丁基酮、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、乙腈(MeCN)、二甲基亚砜(DMSO)、碳酸丙烯酯(PC)、二噁烷和环己酮；或其混合物。
以少量存在的质子化合物例如可以是水；任何醇(例如甲醇、乙醇、丙醇、丁醇等)；任何酸(例如甲酸、乙酸、丙酸、乙醇酸等)；以及各种形式的乙醇醛，例如乙醇醛单体和乙醇醛二聚体为质子化合物。因此，希望限制反应混合物中各种副产物形式的乙醇醛的形成，因为这些物质将影响乙醇醛二聚体解离成单体而不是形成乙交酯的趋势。
在本发明的一个实施方案中，非质子溶剂包含小于5wt％的水，优选小于1wt％的水。为避免疑惑，在该实施方案中，溶剂中水的下限是0wt％。
根据本发明的一个实施方案，通常通过将至少氧化剂、乙醇醛二聚体和溶剂混合以形成“反应混合物”，来进行“使乙醇醛二聚体与氧化剂接触以在非质子溶剂中产生乙交酯产物”。在反应混合物中，使乙醇醛二聚体在氧化剂的存在下氧化成乙交酯。因此，形成的乙交酯也将是反应混合物的一部分。优选地，反应混合物优选通过非质子溶剂的存在而提供非质子环境。此外，可能在反应混合物内形成各种副产物，包括乙醇醛单体和乙醇酸。存在的任何未溶解的乙醇醛二聚体也被认为是反应混合物的一部分。
根据本发明的一个实施方案，少量的质子化合物可以存在于反应混合物中。因此，当“氧化步骤在非质子溶剂中进行”时，应当理解，至多20wt％的反应混合物可以由质子化合物组成；但优选小于15wt％，10wt％，5wt％或1wt％的反应混合物由质子化合物(包括乙醇醛二聚体、乙醇醛单体或其它形式的乙醇醛)组成。为避免疑惑，在该实施方案中，反应混合物中质子化合物的下限是0wt％。
发明人已经发现，作为在实施本发明时形成的副产物之一的乙醇酸特别是由于其质子性质而不利地影响乙醇醛二聚体的稳定性。在本发明的一个实施方案中，反应混合物包含小于10wt％的乙醇酸，优选小于5wt％或小于1wt％的乙醇酸。为避免疑惑，在该实施方案中，反应混合物中乙醇酸的下限是0wt％。
在本发明的一个实施方案中，非质子溶剂占反应混合物的至少70wt％，例如至少80、90、95或98wt％。
乙醇醛二聚体可以在一些非质子溶剂中具有有限的溶解度，并且部分乙醇醛二聚体可以因此以固体形式存在于反应混合物中。在本发明的一个实施方案中，反应混合物的液相中溶解的乙醇醛二聚体的浓度为60g/l(1M)以下，优选为30g/l(0.5M)以下，例如60g/l(1M)至3g/l(0.05M)或30g/l(0.5M)至6g/l(0.1M)。如果根据本发明的方法在分批或分批进料法中进行，则所给出的浓度是指在液相中的乙醇醛二聚体的初始浓度。因此，反应器中的乙醇醛二聚体的总量可以高于溶解在反应混合物中的量。在这种情况下，固体乙醇醛二聚体可以随着乙醇醛二聚体转化为乙交酯而逐渐溶解。
在本发明的一个实施方案中，反应混合物由与未溶解的固体乙醇醛二聚体接触的液相组成。随着溶剂化的乙醇醛二聚体转化成乙交酯，固体未溶解的乙醇醛二聚体将逐渐溶解。这样，溶液中GA二聚体的浓度保持恒定，而乙交酯的浓度缓慢增加。
这是一个优点，因为固体乙醇醛二聚体不转化为GA单体，直到其溶解，因此需要较低量的氧化剂。
通常，反应混合物形成可被称为反应区的区。反应区可以例如由反应器壁界定。
在根据本发明的一个实施方案中，将乙醇醛二聚体作为对称的乙醇醛二聚体进料到反应或反应混合物或反应区中。根据本发明的一个实施方案，将乙醇醛二聚体作为固体乙醇醛二聚体进料到反应或反应混合物或反应区中。
乙交酯二聚体可以衍生自生物基资源。当使用生物基资源作为生产乙醇醛二聚体的原料时，14C含量将通常相对于每万亿份总碳含量为0.5份。
在根据本发明的一个实施方案中，氧化剂选自戴斯-马丁试剂(Dess-Martinperiodinane)、过乙酸、氧、过氧化氢、Oppenauer氧化催化剂、金属硅酸盐、Shvo催化剂和异丙醇铝；或其混合物。
术语“Shvo催化剂”是指式C62H42O6Ru2的化合物(CAS号104439-77-2)。它是用作转移氢化催化剂的有机钌化合物。该术语意在包括其中对甲苯基取代了一些苯基的相关已知衍生物。
术语“戴斯-马丁试剂”是指式C13H13IO8的化合物(CAS号87413-09-0)。它是用于将伯醇氧化成醛和将仲醇氧化成酮的化学试剂。
术语“Oppenauer氧化催化剂”是指催化Oppenauer氧化或Meerwein-Pondorff-Verley还原(统称为MPVO-反应)的任何化合物。MPVO反应被理解为这样的反应：其中通过将氢转移到合适的酮(其相应地转化为仲醇)而将仲醇氧化成酮。这包括特别是式Al(OR)3的任何化合物，其中R＝烷基或芳基取代基C1-C20，其不含或者含有一些选自O、N、S、Cl、Br、I或其混合物的杂原子。
术语“金属硅酸盐”(也被称为金属硅酸盐材料、金属硅酸盐组合物或金属硅酸盐催化剂)意指一种或多种固体材料，其包含氧化硅结构和活性金属和/或金属氧化物组分，其中活性金属和/或金属氧化物组分被掺入和/或接枝到氧化硅框架结构的表面上(即，氧化硅结构包括M-O-Si键)。氧化硅框架结构也被称为硅酸盐。金属硅酸盐材料可以是结晶的或非结晶的。非结晶的金属硅酸盐材料包括有序介孔无定形或其它介孔无定形形式。结晶的微孔材料包括沸石材料和沸石型材料。根据本发明的一个实施方案，金属硅酸盐材料具有选自BEA、MFI、FAU、MOR、FER和MWW的沸石框架结构。在一个实施方案中，金属硅酸盐具有介孔框架结构MCM-41和SBA-15。
根据Corma et al.,Chem.Rev.1995,95pp 559-614，沸石材料是具有微孔结晶结构的结晶铝硅酸盐。沸石材料的铝原子可以部分地或完全地被活性金属取代；这些材料落入沸石型材料范围内。为了本申请的目的，沸石型材料涵盖沸石材料，并且金属硅酸盐材料可以被赋予该材料路易斯酸度的活性金属取代。金属硅酸盐材料作为电子对受体起作用，以增加底物的反应性。根据本发明的一个实施方案，金属硅酸盐材料包括选自以下的一种或多种活性金属：Al、Sn、Ti、Pb、Zr、Zn、V、Nb、Ta、Ge和Hf，优选Sn、Zr、Ge和Hf，更优选Sn。
根据本发明的一个实施方案，金属硅酸盐材料是Sn-BEA、Sn-MCM-41或可溶性锡盐。可溶性锡盐可以选自氯化锡(SnCl4和SnCl2)、氟化锡(SnF4和SnF2)、溴化锡(SnBr4和SnBr)、碘化锡(SnI4和SnI2)、乙酰丙酮锡(Sn(C5H7O2)2)、焦磷酸锡(Sn2P2O7)、乙酸锡(Sn(CH3CO2)4和Sn(CH3CO2)2)、草酸锡(Sn(C2O4)2和SnC2O4)、三氟甲磺酸锡(Sn(CF3SO3)2和Sn(CF3SO3)4)。诸如Al、Ti、Pb、Zr、Zn、V、Nb、Ta、Ge和Hf的相应盐也适合用作氧化剂。
在根据本发明的一个实施方案中，氧化步骤在中等温度下进行。因此，氧化步骤优选在0-100℃，例如在20-80或30-60℃的温度下进行。在这样的温度下实施本发明具有几个优点。首先，在较低温度下运行工业规模工艺是更经济的。其次，在较低的温度下，存在的不稳定化合物如乙醇醛单体和乙醇醛二聚体分解的风险较低。
在根据本发明的一个实施方案中，氧化步骤在低于乙醇醛二聚体的熔点的温度下进行。乙醇醛二聚体的熔点为约80-90℃。这具有使平衡保持在更接近二聚体而不是单体的优点。此外，溶解的乙醇醛二聚体越少，二聚体在溶液中的停留时间就越短，从而更少的二聚体可能会自发单体化。这也有利于转化成乙交酯。因此，80℃以下的反应温度是有利的，并且80℃以下的反应温度和接近大气压的压力的组合是有利的。
根据本发明的一个实施方案，氧化步骤在液相中进行。根据本发明的一个实施方案，氧化步骤在大气压下进行。根据本发明的一个实施方案，氧化步骤在接近大气压和在20-80或30-60℃的温度下进行。
氧化步骤可以以分批模式进行。在此，使乙醇醛二聚体、氧化剂和溶剂接触，以在反应容器中形成反应混合物，在该反应容器中它们可以充分混合并且温度被控制在所需水平。将它们保持在该容器中足够的时间，以将乙醇醛二聚体转化成乙交酯。然后通过回收反应混合物来排空反应容器。任选地，乙交酯可以从反应混合物中纯化，例如通过蒸馏、离子交换、色谱法、蒸发、沉淀或重结晶。
氧化过程也可以作为连续方法进行，例如使用连续搅拌的罐反应器(CSTR)。在这种情况下，将乙醇醛二聚体、氧化剂和溶剂以与从反应容器中取出产物大约相同的速率添加到反应容器中。因此，连续反应器通常包括在反应器内的一个或多个入口和一个或多个出口和搅拌装置。连续方法具有工业规模生产乙交酯的优点，因为通常其运行的劳动密集性更低并且不具有停产周期。而且，已经观察到乙交酯随时间降解(解离)的趋势。使用CSTR反应器的另一个优点是反应混合物特别是进料在反应区中的时间保持较短。
在根据本发明的一个实施方案中，氧化步骤作为连续方法进行。
在本文中，术语“连续方法”应被理解为这样的过程，其中包含乙醇醛二聚体的进料流被进料到包含非质子溶剂、氧化剂以及正在被消耗的乙醇醛二聚体和正在被形成的乙交酯的反应混合物或反应区中。在反应混合物/反应区中，使乙醇醛二聚体在氧化剂存在下和在非质子溶剂提供的非质子环境中氧化成乙交酯。从反应混合物/反应区中回收包含乙交酯的产物流。进料流和产物流任选地包含非质子溶剂和/或氧化剂。
在本发明的一个实施方案中，反应混合物的pH被保持在6-8的范围内。
发明人已经发现，乙醇醛二聚体转化成乙交酯比乙交酯解离成乙醇酸快得多。因此，促进短的反应时间是有利的。在本发明的一个实施方案中，氧化步骤在0.1分钟至48小时的范围内进行，例如在1分钟至24小时或5分钟至2小时的范围内进行。
在本发明的一个实施方案中，例如通过冷却直接从反应混合物中沉淀乙交酯，并且收集固体乙交酯沉淀物来回收乙交酯。乙交酯可以通过洗涤或重结晶进一步纯化。
可以蒸发反应混合物中存在的任何水。
从根据本发明的方法获得的经纯化的乙交酯可以与市售的乙交酯相同的方式使用，例如用于生产PGA。
实施例
实施例1：乙交酯的稳定性
1a：通过气相色谱法(GC)评估稳定性
在100ml圆底烧瓶中装入50ml溶剂(丙酮或1,4-二噁烷)，并将500mg乙交酯与100mg萘(内标)一起添加到烧瓶中。烧瓶配备有水冷冷凝器，并且将烧瓶在油浴中加热，设置在允许反应混合物沸腾(通常比所选溶剂的沸点高10℃)的温度。因此，烧瓶中的有效反应温度分别是丙酮(56℃)或1,4-二噁烷(101℃)的沸点温度。将混合物回流150分钟，然后向烧瓶中添加1ml水(2vol％)。在另外120分钟后，将溶解在另外1ml水中的50mg乙醇酸(与乙交酯相为10wt％)添加到混合物中。然后将最终的反应混合物再回流2小时。
取中间样品并通过GC进行分析。乙交酯的浓度通过使用萘作为内标的校准曲线确定。乙交酯回收率(％)被定义为反应混合物中乙交酯的量与添加到烧瓶中的乙交酯的初始量的比。
参见下表1中的结果：
表1：乙交酯的稳定性
1b：通过NMR评估乙交酯的稳定性
通过NMR评估乙交酯在各种条件下在丙酮中的稳定性。
在45℃的丙酮中，乙交酯似乎完全稳定，并且在样品运行约90分钟期间没有其它峰出现。即使溶剂中存在5％(v/v)的水(其显著加快乙醇醛二聚体的单体化)，该化合物似乎也非常稳定。酸的存在(在含水(5v/v％)的丙酮中为1％(w/w)的乙醇酸)使情况完全改变，并且在4小时内，乙交酯几乎完全转化成乙醇酸。
实施例2：乙醇醛二聚体的稳定性
溶液中的乙醇醛以几种不同单体和二聚体形式之间的平衡存在。Kua等人(Kuaet.al.,J.Phys.Chem.A.2013,117,2997—3008)对它们进行了描述和编号。下面示出了具有编号的示意性概述。固体乙醇醛二聚体仅由对称的二聚体形式(1)组成。这是具有直立定位的羟基的反式形式。
实验
通过将10mg乙醇醛二聚体溶解在1ml溶剂中并随时间运行溶液的NMR来评估对称的乙醇醛二聚体(1)在各种溶剂中和在不同温度下的单体化速率。
结论：
在室温下的丙酮中，二聚体(1)非常稳定。观察到该二聚体和其它二聚体形式(3、4&5)之间的缓慢平衡，但甚至在4小时后，主要物质仍然是对称的二聚体(1)。使样品继续运行约16小时，此时将温度升高到40℃。在此温度下，平衡速率增加，但仍然缓慢，且主要保持二聚体形式之间的平衡。
在丙酮溶剂中存在5％(v/v)水的情况下，平衡发生得更快得多，在大约1小时之后，对称的二聚体(1)的量已经减少到初始浓度的大约一半。所形成的物质仍然主要是其它环状二聚体形式(3、4&5)。当使用纯水作为溶剂时，在实验开始后，在几分钟内达到不同的二聚体形式之间的平衡。从这里观察到水合乙醇醛单体(7)的逐渐增加，随后是不同二聚体形式的浓度的缓慢降低。
酸的存在对单体化具有很强的作用：在丙酮/水混合物中具有1％(w/w)乙醇酸时，在NMR实验开始之前已经达到平衡。
在室温下的二噁烷中，二聚体也是相当稳定的，尽管可以看到浓度的逐渐下降。在40℃下，二聚体的减少是相当可观的，并且在大约1小时之后，对称的二聚体的浓度已经小于初始值的一半。在60℃下，在测量开始之前似乎就已经达到平衡。
实施例3：用戴斯-马丁试剂作为氧化剂将乙醇醛二聚体转化为乙交酯
在25ml圆底烧瓶中装入428mg戴斯-马丁试剂(DMP；1.00mmol)和5ml作为溶剂的丙酮。向烧瓶中添加104mg GA二聚体(0.87mmol)，在室温下搅拌所得反应混合物。分别在lh、2h和18h之后取样。
通过GC以如下方式分析反应混合物的每个样品：
将反应混合物转移到容量瓶中并稀释至精确体积。将来自所得溶液的样品通过注射器过滤器(0.45μm膜)过滤到GC瓶中并在GC上进行分析。将结果与在同一溶剂中的标准市售乙交酯进行比较。
参见下表2中的结果
1小时后，乙酸的浓度为32.7g/L，表明所有DMP已在1小时后与GA二聚体反应(每摩尔消耗的DMP形成2摩尔乙酸)。
表2：以g/L和mol％表示的GA二聚体的转化率(每摩尔添加的GA二聚体的化合物的mol)
结论：乙交酯产物的一些降解似乎随着时间的增加而发生，并且似乎有可能甚至更短的反应时间将有利于获得更高产量的乙交酯。假设乙交酯与乙醇酸平衡。这可以解释乙交酯随时间的消失。
实施例4：以过乙酸为氧化剂，将乙醇醛二聚体转化成乙交酯
向25ml双颈圆底烧瓶中的0.1623g GA二聚体、0.1025NaBr、0.0375g Co(OAc)2和6ml丙酮(溶剂)的搅拌溶液中添加0.5ml的35wt％过乙酸(AcOOH)溶液。将所得反应混合物回流18小时。
以与实施例3所述相同的方式通过GC来分析反应混合物的样品。此外，在HPLC上分析样品。该分析显示出81％的乙醇醛转化率以及1.3％的乙交酯形成和3.3％的乙醇酸形成。
实施例5：以锡-β-沸石为氧化剂，将乙醇醛二聚体转化为乙交酯
在20ml ace-小瓶中装入3ml作为溶剂的丙酮、0.0662g GA二聚体和0.018g锡-β-沸石(使用按照根据S.Tolborg et.al.,Journal of Materials Chemistry A,47,2014,2,20252-20262的氟化物路线制备的Sn-β(Si/Sn＝200))。在过夜搅拌(约18小时)下将所得反应混合物加热至100℃。
以与实施例3所述相同的方式通过GC来分析反应混合物的样品。样品显示乙交酯以3％的产率形成。
实施例6：以Shvo催化剂作为氧化剂，将乙醇醛二聚体在各种溶剂中和各种催化剂负载下转化为乙交酯
实施例6A：丙酮作为溶剂：
在Schlenk烧瓶中装入0.0596g GA二聚体和0.0139g Schvo催化剂。将烧瓶抽空并用N2吹扫三次。通过注射器添加6ml丙酮，并将反应混合物在N2下在50℃加热3小时。
以与实施例3所述相同的方式通过GC来分析反应混合物的样品。GC分析结果示于下表3中。
实施例6B：环己酮作为溶剂：
在Schlenk烧瓶中装入0.0788g GA二聚体和0.0142g Schvo催化剂。将烧瓶抽空并用N2吹扫三次。通过注射器添加6ml环己酮，并将反应混合物在N2下在75℃加热2小时。
以与实施例3所述相同的方式通过GC来分析反应混合物的样品，此外，取样品用于NMR。GC分析结果示于下表3中。NMR分析证实了乙交酯以3.5g/l的浓度存在。
实施例6C：环己酮作为溶剂和增加催化剂负载：
在Schlenk烧瓶中装入0.0687g GA二聚体和0.0221g Schvo催化剂。将烧瓶抽空并用N2吹扫三次。通过注射器添加6ml环己酮，并将反应混合物在N2下在75℃加热2小时。
以与实施例3所述相同的方式通过GC来分析反应混合物的样品。GC分析结果示于下表3中。
实施例6D：甲醇作为溶剂(质子溶剂)：
在Schlenk烧瓶中装入0.0788g GA二聚体和0.0142g Schvo催化剂。将烧瓶抽空并用N2吹扫三次。通过注射器添加6ml甲醇(溶剂)和0.5ml丙酮(氢受体)，并将反应混合物在N2下在65℃加热3小时。
以与实施例3所述相同的方式通过GC来分析反应混合物的样品。GC分析结果示于下表3中。
表3：
| 实施例 | 6A | 6B | 6C | 6D |
| 催化剂负载 | 1.29mol％ | 0.98mol％ | 1.7mol％ | 1.00mol％ |
| 初始GA二聚体浓度 | 9.9g/l | 13.2g/l | 11.5g/l | 12.0g/l |
| 反应温度 | 50℃ | 75℃ | 75℃ | 65℃ |
| 溶剂 | 丙酮 | 环己酮 | 环己酮 | 甲醇 |
| 样品时间(反应时间) | 3h | 2h | 2h | 3h |
| 乙交酯产率(GC分析) | 9.7％ | 29％ | 28％ | 0％ |
使用Shvo催化剂作为氧化剂的实验的结论：乙交酯以相当大的量形成。当溶剂从丙酮变为环己酮时，产率增加，这可以归因于增加的反应温度。增加催化剂负载似乎对产率不具有积极影响，并且增加反应时间似乎也对产率不具有积极影响。在所有实施例中，反应在至少18小时内进行，并且连续取样，但是在所有情况下，第一样品包含最高量的乙交酯。
当氧化反应在质子溶剂中进行时，GA二聚体到单体(1)的单体化比GA二聚体到乙交酯(2)的氧化更快。这可以从以下观察中得出结论：当在环己酮溶剂中进行反应时，其导致乙交酯(29％)的形成，而在甲醇(+7％丙酮作为氢受体)中进行反应导致以约80％产率形成乙醇酸甲酯。在这两种情况下，未反应的乙醇醛均构成剩余的百分比。
乙醇酸甲酯通过以下形成：乙醇醛二聚体(a)的初始单体化形成乙醇醛单体(B)，随后在甲醇和乙醇醛单体之间形成半缩醛，随后半缩醛氧化形成乙醇酸甲酯。因此，乙醇酸甲酯的形成证明了乙醇醛单体的存在。
Claims (12)
1.一种用于生产乙交酯的方法，包括使乙醇醛二聚体与氧化剂接触以产生乙交酯产物的氧化步骤。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述氧化步骤在非质子溶剂中进行。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述氧化步骤在包含所述乙醇醛二聚体、所述氧化剂、所述乙交酯产物和所述非质子溶剂的反应混合物中进行。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述非质子溶剂占所述反应混合物的至少70wt％，例如至少80、90或95wt％。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的方法，其中所述非质子溶剂是氧代化合物。
6.根据权利要求2至5中任一项所述的方法，其中所述非质子溶剂选自N-甲基吡咯烷酮、二氯甲烷、四氢呋喃(THF)、乙酸乙酯(EtOAc)、丙酮、甲基乙基酮、甲基异丁基酮、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、乙腈(MeCN)、二甲基亚砜(DMSO)、碳酸丙烯酯(PC)、二噁烷和环己酮；或其混合物。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述乙醇醛二聚体是生物基的。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述氧化剂选自戴斯-马丁试剂、过乙酸、氧、过氧化氢、Oppenauer氧化催化剂、金属硅酸盐、Shvo催化剂和异丙醇铝；或其混合物。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述氧化步骤在0-100℃，例如20-80或30-60℃的温度下进行。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述氧化步骤以连续方法进行。
11.根据权利要求3至10中任一项所述的方法，其中所述反应混合物具有保持在6至8的范围内的pH。
12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述乙交酯被回收。
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