CN115701284A

CN115701284A - 妥尔油衍生的缩水甘油酯及其制备方法

Info

Publication number: CN115701284A
Application number: CN202180031294.2A
Authority: CN
Inventors: 王兵; 密特拉·加内瓦特
Original assignee: Ingevity South Carolina LLC
Current assignee: Ingevity South Carolina LLC
Priority date: 2020-03-20
Filing date: 2021-03-17
Publication date: 2023-02-07
Also published as: US20230357174A1; EP4121420A4; WO2021188613A1; AU2021239986A1; CA3171447A1; EP4121420A1; KR20220152321A; JP2023518264A; MX2022011350A

Abstract

目前描述的是制备缩水甘油酯的方法。本文所述的方法使用少量过量的表卤代醇将羧酸底物定量转化为卤代醇中间体，并在最高30℃的温度下进行闭环步骤，出人意料地减少了闭环步骤中副产物的形成。所述方法也适用于松香衍生物和脂肪酸衍生物。利用这些缩水甘油酯作为原料，可以制备纯度提高的缩水甘油酯衍生物。

Description

妥尔油衍生的缩水甘油酯及其制备方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2020年3月20日提交的申请号为62/992,461的美国申请的权益，该申请通过引用整体并入本文。

背景技术

1、发现的领域

本公开涉及制备松香酸、脂肪酸及其衍生物的缩水甘油酯的方法。在某些方面，松香酸、脂肪酸及其衍生物源自于妥尔油松香(tall oil rosin)、树胶松香(gum rosin)或木松香(wood rosin)。本公开还提供了由这些缩水甘油酯制备衍生物的方法。

2、背景信息

热固性聚合物(如环氧树脂)已广泛用于涂料、粘合剂和复合材料。历史上，已经使用石油基化学品作为原料合成了环氧树脂。然而，由于日益增长的环境问题，需要源自于生物可再生原材料的环氧树脂。

松香，一种生物可再生原材料，可从市场上购得，并且可通过蒸馏含油树脂(树胶松香是蒸馏的残余物)、提取松树树桩(木松香)或分馏妥尔油(妥尔油松香)从松树中获得。松香含有松香酸、脂肪酸和其他不皂化化合物的混合物。

妥尔油，一种松香(源自瑞典语单词“tallolja”(“松油(pine oil)”))，是造纸过程中硫酸盐制浆的副产物。硫酸盐法的产物，粗妥尔油(CTO)，可以通过蒸馏进一步纯化，得到妥尔油轻馏分、妥尔油脂肪酸(TOFA)、蒸馏妥尔油(DTO)、妥尔油松香(TOR)和妥尔油沥青。这些产物长期用于传统领域，如油墨、粘合剂、油田、采矿、纸张上胶和洗涤剂。

如专利号为2,893,875的美国专利所述，由羧酸制备缩水甘油酯的常规方法利用羧酸的碱金属皂，然后在单一步骤中与表氯醇反应，得到羧酸的缩水甘油酯。该反应通常是两相的，其中皂在水相中，酸在有机相中。除了缩水甘油酯产物，这种方法还会产生副产物，如开环的环氧化物和二聚体(如甘油二酯)。因此，使用该方法获得的缩水甘油酯产物的％产率低，并且缩水甘油酯产物由于被不希望的副产物污染而不纯。

制备缩水甘油酯的另一种方法包括两个步骤：羧酸与表氯醇反应得到开环(即卤代醇)中间体；随后进行闭环反应以提供缩水甘油酯产物。使用这种常规方法的闭环步骤由于副产物的产生、特别是在伯羧酸(如脂肪酸)的情况下变得复杂。一些文献方法试图通过在碱性条件下以两相反应的形式进行闭环反应来克服形成副产物的问题。在这种方法中，卤代醇中间体在有机相中并与碱水溶液紧密接触，因此由于需要较高的反应温度(通常高达80℃)而易于水解。因此，闭环反应产生大量水解副产物(即皂)，这使得缩水甘油酯的分相和分离变得复杂。

一些方法试图通过添加CaO来除去第二步中产生的水。由于缓慢的液/固相互作用，这种方法是无效的，但它也使随后从缩水甘油酯产物中分离废苛性固体变得复杂。

虽然常规方法可用于由羧酸制备缩水甘油酯，但它们存在几个主要缺点，包括产率低、形成不希望的副产物、过于繁琐，因此不适于扩大规模。因此，需要改进的由羧酸底物制备缩水甘油酯的方法，该方法适合于扩大程序规模，因此适合于工业应用。

发明内容

目前描述的是制备松香酸、脂肪酸及其衍生物的缩水甘油酯的方法。本文描述的方法令人惊讶且出乎意料地得到了具有良好的产率和纯度的缩水甘油酯。利用所述缩水甘油酯作为原料，可以制备纯度提高的松香酸缩水甘油酯和脂肪酸缩水甘油酯的衍生物。

在本文所述的任何方面或实施方案中，公开了一种制备缩水甘油酯的方法，包括以下步骤

a.将包含松香酸或其衍生物、脂肪酸或其衍生物或者其组合的羧酸底物与催化剂、基于羧酸基团的总摩尔数摩尔过量的表卤代醇和任选的有机溶剂混合，以形成反应混合物；

b.在约60℃至约125℃的温度下加热反应混合物以形成卤代醇中间体；

c.将来自步骤(b)的包含卤代醇中间体的反应混合物与包含碱性碱(alkalinebase)、水、任选的水溶性有机溶剂的碱性溶液和任选的有机溶剂混合，以形成反应混合物；和

d.在最高约30℃的温度下进行反应，得到缩水甘油酯。

仅通过示例的方式给出了上述一般应用领域，并且不旨在限制本公开和所附权利要求的范围。根据本申请的权利要求、说明书和实施例，本领域普通技术人员将理解与本公开的组合物、方法和过程相关的其他目的和优点。例如，本公开的各个方面和实施方案可以以多种组合使用，所有这些都是可通过本公开明确预期的。这些额外的优点、目的和实施方案明确地包括在本公开的范围内。本文中用于阐明本发明背景的出版物和其他材料，以及在特定情况下用于提供关于实践的额外细节的出版物和其他材料通过引用并入本文。

具体实施方式

现在将在下文中更全面地描述本公开，但是没有示出本公开的所有实施方案。虽然已经参考示例性实施方案描述了本公开，但是本领域技术人员将理解，在不脱离本公开的范围的情况下，可以进行各种改变，并且可以用等同物替换其元素。此外，在不脱离本公开的基本范围的情况下，可以进行许多修改以使特定的结构或材料适应本公开的教导。

在提供数值范围的情况下，应该理解的是，该范围的上限和下限之间的每个中间值以及该范围内的任何其它规定值或中间值都包含在本发明内。这些较小范围的上限和下限可以独立地包括在较小范围内，也包括在本发明内，接受在规定的范围内的任何具体排除的限制。当规定的范围包括一个或两个极限值时，不包括这两个极限值的范围也包括在本公开中。

以下术语用于描述本发明。在术语在本文中没有被具体定义的情况下，该术语被本领域普通技术人员赋予本领域公认的含义，在描述本发明时将该术语应用于其使用的上下文中。

除非上下文明确指出，否则本文和所附权利要求中使用的冠词“一个/种(a)”和“一个/种(an)”在本文中用于指代一个/种或多于一个/种(即至少一个/种)该冠词的语法对象。举例来说，“一个/种元素”意味着一个/种元素或一个/种以上的元素。

本文在说明书和权利要求中使用的短语“和/或”应该被理解为表示如此结合的元素的“任一个/种或两个/种”，即在一些情况下结合存在而在其他情况下分离存在的元素。用“和/或”列出的多个元素应该以相同的方式解释，即“一个/种或多个/种”这样连接的元素。除了由“和/或”从句具体指明的元素之外，还可以任选地存在其他元素，无论是否与具体指明的那些元素相关。因此，作为非限制性实例，当与诸如“包括/包含(comprising)”的开放式语言结合使用时，引用“A和/或B”在一个实施方案中可以仅指A(任选地包括除B之外的元素)，在另一个实施方案中可以仅指B(任选地包括除A以外的元素)，在又一实施方案中可以指A和B两者(任选地包括其他元素)，等等。

如本文说明书和权利要求书中所使用的，“或”应该理解为具有与上面定义的“和/或”相同的含义。例如，当分隔列表中的项目时，“或”或“和/或”应被解释为包含性的，即包括至少一个/种，但也包括多于一个/种的多个或一系列元素，以及任选地，附加的未列出的项目。只有明确表示相反的术语，例如“仅一个/种”或“正好一个/种”，或者当在权利要求中使用时，“由……组成(consisting of)”，将指包括多个/种元素或一系列元素中的正好一个/种元素。一般而言，本文所用的术语“或”仅应被解释为在前面带有排他性术语(例如“任一个/种”、“一个/种”、“仅一个/种”或“正好一个/种”)时表示排他性选择(即，“一个/种或另一个/种，但不是两个/种”)。

在权利要求以及上面的说明书中，所有过渡短语，例如“包括/包含(comprising)”、“包括/包含(including)”、“负载(carrying)”、“具有/含有(having)”、“含有(containing)”、“涉及(involving)”、“保持(holding)”、“由……组成(composed of)”等，都应理解为开放式的，即意味着包括但不限于。只有过渡短语“由...组成(consistingof)”和“基本上由...组成(consisting essentially of)”应该分别是封闭或半封闭的过渡短语，如美国专利局专利审查程序手册第2111.03节所述。

如本文说明书和权利要求中所使用的，对于一个/种或多个/种元素的列表，短语“至少一个/种”应该被理解为表示从元素列表中的任何一个/种或多个/种元素中选择的至少一个/种元素，但是不一定包括元素列表中具体列出的每个/种元素中的至少一个/种，并且不排除元素列表中元素的任何组合。该定义还允许除了在短语“至少一个/种”所指向的元素列表中具体标识的元素之外，元素可以任选地存在，无论与具体标识的那些元素相关与否。因此，作为非限制性实例，“A和B中的至少一个/种”(或者等效地，“A或B中的至少一个/种”，或者等效地“A和/或B中的至少一个/种”)在一个实施方案中可以指至少一个/种、任选地包括多于一个/种A，不存在B(并且任选地包括除B之外的元素)；在另一个实施方案中，可以指至少一个/种、任选地包括多个/种B，不存在A(并且任选地包括除A之外的元素)；在又一个实施方案中，可以指至少一个/种、任选地包括多个/种A，和至少一个/种、任选地包括多个/种B(和任选地包括其它元素)；等等。还应当理解，除非明确指出相反的情况，否则在本文要求保护的包括多于一个步骤或动作的任何方法中，该方法的步骤或动作的顺序不必限于记载的该方法的步骤或动作的顺序。

示例性方面和实施方案

令人惊讶和出乎意料地，发明人发现松香酸、脂肪酸或其衍生物的缩水甘油酯可以在一锅反应中通过以下步骤制备：将羧酸底物的羧酸基团与少量过量的表卤代醇任选地在有机溶剂中反应以形成卤代醇中间体，随后在最高约30℃的温度下进行闭环反应得到缩水甘油酯，同时减少了形成的副产物的量。特别令人惊讶的是，该闭环反应在比常规闭环方法所用温度更低的温度下进行，其通常在约8h或更短时间内完成。在一些实施方案中，取决于反应温度和碱性溶液的加入速率，反应时间小于约8h、小于约6h、小于约4h、小于约2h、小于约1h或小于约0.5h。使用常规方法时，闭环步骤通常需要加热约24h，并伴随有大量副产物形成(15-25％)。因此，所公开的方法的闭环步骤在较低温度下比常规方法进行得更快，并且形成的不希望的副产物更少。所公开的方法涉及由松香酸、脂肪酸及其衍生物制备缩水甘油酯；使用公开的方法获得的松香酸、脂肪酸及其衍生物的缩水甘油酯；由缩水甘油酯制备衍生物；使用所公开的方法获得的缩水甘油酯的衍生物；由缩水甘油酯衍生的产物；和源自于缩水甘油酯衍生物的产物。

如上所述，由羧酸底物制备缩水甘油酯的现有方法具有众所周知的缺点，这些缺点阻碍了它们的实施，包括不可规模化、经济上不可行、由于副产物的形成而具有低收率和/或纯度、和/或涉及废物流管理问题。

因此，在一个方面，说明书提供了一种方法，包括以下步骤：(a)将包含松香酸或其衍生物、脂肪酸或其衍生物、或其组合的羧酸底物、催化剂、基于羧酸基团的总摩尔数摩尔过量的表卤代醇、和任选的有机溶剂混合，以形成反应混合物；(b)在约60℃至约125℃的温度下加热反应混合物以形成卤代醇中间体；(c)将来自步骤(b)的包含卤代醇中间体的反应混合物与包含碱性碱、水、任选的水溶性有机溶剂的碱性溶液和任选的有机溶剂混合，以形成反应混合物；和(d)在最高约30℃的温度下进行反应，得到缩水甘油酯。

有利地，本文所述的方法在较短的总反应时间内得到具有良好产率和良好纯度的缩水甘油酯。

在本文所述的任何方面或实施方案中，羧酸底物包含松香酸或其衍生物、脂肪酸或其衍生物、或其组合。

松香酸包含其核具有稠合碳环系统的C₂₀单羧酸，该稠合碳环系统包含数量和位置不同的双键。松香酸的实例包括枞香酸(abietic acid)、新枞香酸(neoabietic acid)、海松酸(pimaric acid)、左旋海松酸(levopimaric acid)、山达海松酸(sandaracopimaricacid)、异海松酸(isopimaric acid)和长叶松酸(palustric acid)。TOR可以进一步包含在硫酸盐法和CTO蒸馏过程中形成的二聚松香酸和脱氢枞香酸。

TOFA包括脂肪酸的复杂混合物，脂肪酸包括例如棕榈酸、硬脂酸、油酸、反油酸和亚油酸。

所公开的方法可用于制备松香酸衍生物和脂肪酸衍生物的缩水甘油酯。松香酸衍生物和脂肪酸衍生物可以包括Diels-Alder加合物。Diels-Alder环加合可用于由松香酸形成通常所说的“松香加合物”和由脂肪酸形成“脂肪酸加合物”。Diels-Alder加合反应与s-顺式共轭双键或能够实现共轭s-顺式构型的双键一起发生。例如，枞香型松香酸经历Diels-Alder加合反应。在妥尔油产物中存在的脂肪酸中，油酸、亚油酸、亚麻酸具有能够进行烯反应(油酸的情况就是如此，因为其具有单个双键)或Diels-Alder环加合反应(对于亚油酸和亚麻酸)的双键。

可用于与共轭二烯反应的非限制性示例性亲二烯体包括马来酸酐、富马酸、丙烯腈、衣康酸酐和丙烯酸。由马来酸酐与松香酸或脂肪酸反应得到的Diels-Alder产物具有三个羧酸基团，并且分别被称为“马来松香(maleated rosin)”和“马来脂肪酸(maleatedfatty acid)”。类似地，由富马酸与松香酸或脂肪酸反应得到的Diels-Alder产物具有三个羧酸基团，并且分别被称为“富马松香(fumarated rosin)”和“富马脂肪酸(fumaratedfatty acid)”。

松香酸衍生物和脂肪酸衍生物包括二聚体。松香酸的双键可以相互反应形成松香二聚体。类似地，脂肪酸的双键可以相互反应形成脂肪酸二聚体。松香二聚体分子为C₄₀-萜烯，其通常具有两个双键和两个羧酸基团。可以控制松香二聚化以获得适当的二聚化水平；因此，二聚松香产物可以为松香和二聚松香分子的混合物。

松香酸衍生物包括氢化产物。因为松香酸的不饱和双键易于氧化并导致产物变色，所以可能希望通过减少松香酸中双键的数量来降低氧化的可能性。松香酸可以部分氢化以使松香酸的一个双键饱和，或者完全氢化以使两个双键都饱和。

松香酸衍生物包括脱氢产物，也称为歧化产物。这个方法可以用来减少一些松香酸中的共轭双键，使生成的歧化松香不易氧化。反应发生在两种相同松香酸的二烯之间，其中一种被氢化，另一种被脱氢，从而改变了松香酸占未处理松香的比例。类似地，脂肪酸衍生物可以包括歧化产物(例如，油酸)。

松香酸和脂肪酸的衍生物包括羧酸盐。盐包括具有单价阳离子的松香酸盐或具有单价阳离子的脂肪酸盐(“皂”)和具有二价阳离子的松香酸盐(“松香酸酯”)。

松香酸的衍生物和脂肪酸的衍生物包括氧化松香酸和氧化脂肪酸。当暴露于热、空气、光和无机酸时，松香酸和脂肪酸的双键易于异构化和氧化，从而提供混合氧化产物。

羧酸底物可以源自于木松香、树胶松香或妥尔油松香。在一些实施方案中，脂肪酸源自于植物油、粗妥尔油、妥尔油脂肪酸、蒸馏妥尔油、椰子油、棕榈油、松香、妥尔油松香、桉树松香、木松香、软木松香、硬木松香、其衍生物或其组合中的至少一种。在一些实施方案中，松香酸源自于粗妥尔油、松香、妥尔油松香、桉树松香、木松香、软木松香、硬木松香、蒸馏妥尔油、其衍生物或其组合。

羧酸底物可以包含松香酸或其衍生物和脂肪酸或其衍生物的组合。例如，本领域技术人员知晓，商用TOFA包含一些TOR，并且商用TOR也包含各种水平的TOFA。在这样的实施方案中，羧酸底物源自于粗妥尔油、妥尔油脂肪酸、蒸馏妥尔油、妥尔油松香、桉树松香、木松香、软木松香、硬木松香、天然油或其组合。天然油可以包括植物油、红花油、芝麻油、菜籽油、橄榄油、油、椰子油或其组合。

在所公开的方法中，该方法包括由羧酸底物形成反应混合物的第一步。该反应可以以纯净的方式进行或者在有机溶剂的存在下进行。当存在有机溶剂时，有机溶剂可以包括甲苯、二甲苯、己烷、庚烷及其混合物。在第一步中，使用摩尔过量的表卤代醇。在制备缩水甘油酯的常规方法中，可以使用摩尔过量很多的表卤代醇(例如，10当量或更多当量(eq.))，因此需要在闭环步骤或使缩水甘油酯的后处理复杂化之前，从反应混合物中除去未反应的表卤代醇。所公开的方法利用小于约3当量(eq.)、小于约2.5当量、小于约2.0当量、从大于约1当量至约1.5当量、从大于约1当量至约1.4当量、从大于约1当量至约1.3当量、从大于约1至约1.25当量、或从大于约1当量至约1.2当量的摩尔过量，各自基于羧酸底物中羧酸基团的当量。有利地，使用所公开的方法不需要从反应混合物中除去/回收未反应的表卤代醇，因为少量过量就足以使羧酸底物完全转化为卤代醇中间体。这种改进使得该方法易于扩大规模，因为少量过量的表卤代醇可以水解成甘油，在后处理过程中除去，并且不会引起相分离困难。不需要进行成本高且产生环境问题的表卤代醇回收步骤。

在所公开的方法的第一步的卤代醇中间体的形成过程中存在催化剂。催化剂可以包括具有各种烷基链的鎓盐。非限制性示例性催化剂包括季铵盐、膦或鏻盐。具体地，催化剂可以包括四丁基卤化铵(例如四丁基溴化铵)、三苯基膦、三烷基膦或三芳基膦。

形成卤代醇中间体的开环反应可以在约60℃至约125℃的温度下进行。当酸值小于约10mg KOH/g、优选小于约5mg KOH/g时，可以认为反应完成。然后可以将反应混合物冷却至环境温度附近。所公开方法的优点是在闭环反应之前不需要分离卤代醇中间体。

所公开的方法包括将卤代醇中间体转化为缩水甘油酯的闭环反应。闭环可以通过以下步骤完成：将包含卤代醇中间体的反应混合物与包含碱性碱、水、任选的水溶性有机溶剂的碱性溶液和任选的有机溶剂混合，以形成反应混合物，并在最高约30℃的温度下进行反应，得到缩水甘油酯。在一些实施方案中，闭环步骤的温度保持在最高约25℃、或最高约20℃、或最高约15℃，或最高约10℃。

闭环反应可以在环境温度附近进行，以形成缩水甘油酯。常规方法可能需要高温(例如60-80℃)，导致形成副产物。令人惊讶和出乎意料的是，本发明人发现卤代醇中间体向缩水甘油酯的定量转化可以通过在碱性条件下在最高约30℃的温度下进行闭环步骤来实现，同时最小化形成的副产物的量。碱性碱、水、任选的水溶性有机溶剂和任选的有机溶剂的碱性溶液以这样的速率加入，即在该速率下温度最高为约30℃。无机碱可以包括碱性碱、碱土金属碱或其组合。无机碱的作用是中和反应中产生的酸。具体而言，当卤代醇中间体的羟基攻击相邻的卤代烃时，生成卤化氢(例如氯化氢)，其可以用无机碱中和。加入到闭环反应中的无机碱的量可以为最大约1.5当量、或最大约1.2当量，基于步骤(a)中加入到反应中的表卤代醇的摩尔量。优选地，无机碱以化学计量的量(即约1当量)加入，基于步骤(a)中加入到反应中的表卤代醇的摩尔量。当存在水溶性溶剂时，水溶性溶剂包括醇溶剂(如甲醇、乙醇和异丙醇)、醚溶剂(如四氢呋喃、1,2-二甲氧基乙烷)、乙腈、丙酮、N,N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、或者它们的任意组合。加入的水溶性溶剂的量应为卤代醇中间体重量的0.5至5倍。在一些实施方案中，第一步以纯净的方式(即不存在溶剂)进行。在这样的实施方案中，在加入碱性溶液之前，将有机溶剂加入到卤代醇中间体中。水溶性溶剂可以以约10至约50wt％、约10至约40wt％、约10至约30wt％或10至约25wt％的量存在，各自基于卤代醇中间体的总重量。

所公开的方法提供了卤代醇中间体向缩水甘油酯的定量转化，其中减少或最小化了缩水甘油酯反应产物中副产物的存在。本文所用的“缩水甘油酯反应产物”是指步骤(d)的反应混合物的后处理后分离的粗产物。在一些实施方案中，通过GPC测定，副产物占缩水甘油酯反应产物的小于约15％、小于约10％或小于约5％。

所公开的方法提供了卤代醇中间体向具有提高的纯度的缩水甘油酯反应产物的定量转化。在一些实施方案中，通过GPC测定，缩水甘油酯的纯度为至少60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％、95％、98％、99％或99.9％。

所公开的方法有利地提高了由羧酸底物制备的缩水甘油酯反应产物的百分产率。在工业规模上，提高产率百分数是特别理想的。在某些实施方案中，产率百分数大于60％、大于70％、优选大于80％。

所公开的方法可以进一步包括在开环催化剂的存在下使缩水甘油酯与亲核试剂反应。开环催化剂可以包括酸、碱或膦。亲核试剂可以包括水(OH)、羟基官能化胺、丙烯酸、甲基丙烯酸、脂肪酸、硫醇、胺或醇。在一些实施方案中，缩水甘油酯可以通过在酸催化剂存在下与水反应转化成二醇。在一些实施方案中，缩水甘油酯可以通过在三苯基膦催化剂存在下与二乙醇胺反应转化成三醇。在一些实施方案中，缩水甘油酯可以通过与甲基丙烯酸缩水甘油酯反应转化为甲基丙烯酸酯。

另一方面，本说明书提供了根据本文所述方法制备的缩水甘油酯。在任一方面或实施方案中，缩水甘油酯具有本文所述的特征。

根据本文所述方法获得的缩水甘油酯可用于提供衍生物。因此，在另一方面，本说明书提供了包括二醇、三醇、含胺产物和羧酸反应产物的松香衍生物。

实施例

在下面的实施例中，酸值是通过ASTM D664公司的带有KOH溶液的Metrohm自动滴定仪测量的。环氧当量(EEW)通过在乙酸中用高氯酸滴定来测定。

样品通过配有2707自动进样器和2414折光率检测器的WATERS GPC进行分析。使用Bteeze 2软件进行数据采集和处理。

在以下条件下获得数据：

实施例的细节被认为是所述方法和组合物的进一步实施方案。因此，本文中阐述的细节在此作为替代实施方案并入具体实施方式中。

实施例1：TOFA环氧化物的合成

由妥尔油脂肪酸(200g，可作为INGEVITYALTAPYNE L5获得)和1.5g四丁基溴化铵(TBAB)在200mL甲苯中制备溶液。将溶液转移到加料漏斗中，并在110℃下在2小时内滴加到表氯醇(“ECH”，79g，1.2摩尔当量，基于TOFA)中。测量酸值以监测反应进程。当酸值低于4mgKOH/g后，将卤代醇产物冷却至室温。为了闭环，加入异丙醇(IPA，47g)，随后加入KOH水溶液(96g，45wt％水溶液)，同时保持温度低于30℃。反应进行30min。过滤反应混合物，滤液用酸性水溶液中和。用有机溶剂(如甲苯)萃取滤液，用水洗涤，然后用盐水洗涤。通过蒸发浓缩有机层，得到85％产率的粗产物。GPC分析表明形成了产物。通过在乙酸中用高氯酸滴定测得环氧当量(EEW)为460。

实施例2：歧化松香的环氧化物

将歧化松香(1212g，ALTAPYNE 505)装入3L烧瓶中，用800mL甲苯溶解松香。然后加入3g三苯基膦来催化反应。之后，在95℃下在1小时内滴加ECH(414g，1.21当量)，反应总共进行8小时。通过GPC和酸值监控反应。当反应混合物的酸值低于5mg KOH/g时，将反应混合物冷却至室温。

向冷却的反应混合物中加入KOH水溶液(538g，45wt％)。用去离子水和少量水溶性有机溶剂(如甲醇)将反应混合物稀释至25％，并在室温下搅拌8小时。通过GPC和环氧当量(EEW)监控反应。获得了通过GPC测定的80％纯度的定量产率的缩水甘油酯产物。通过在乙酸中用高氯酸滴定测得产物的EEW为505。

实施例3：DTO的环氧化

制备DTO(507g，INGEVITYALTAPYNE M-28B)和TBAB(4.0g)在300mL甲苯中的溶液，将该溶液转移到加料漏斗中，并在100℃下滴加到245g ECH中。测量酸值以监控反应进程。当酸值低于1mg KOH/g后，将卤代醇中间体冷却至室温。然后，加入IPA(159g)，随后加入KOH水溶液(324g，45wt％)，同时保持温度低于30℃。反应进行30分钟。将反应混合物过滤，将滤液用酸性水溶液中和。将滤液用甲苯萃取，依次用水和盐水洗涤。通过蒸发浓缩有机层，得到84％产率的粗缩水甘油酯产物。GPC分析表明形成了产物。通过在乙酸中用高氯酸滴定测得EEW为660。

实施例4：二酸1550的二环氧化物

制备(212g，INGEVITY Diacid 1550)和TBAB(3.0g)在200mL甲苯中的溶液，将该溶液转移到加料漏斗中，并在110℃下滴加到ECH(142g，每个羧酸基团1.2摩尔当量)中。测量酸值以监测反应进程。在酸值低于1mg KOH/g后，将卤代醇中间体冷却至室温。然后，将IPA(92g)加入到卤代醇中间体反应混合物中，并充分搅拌。随后添加KOH水溶液(187g，45wt％)，同时保持温度低于30℃。反应进行30分钟，将反应混合物过滤。将滤液用酸性水溶液中和，并用甲苯萃取。将有机层依次用水和盐水洗涤，并用MgSO₄干燥。过滤后，通过蒸发溶剂浓缩滤液。环氧化物产物产率为87％。GPC分析表明形成了产物。EEW为410。

实施例5：富马TOFA(fumarated TOFA)的三环氧化物

将富马TOFA(166g，INDULIN 201)和TBAB(0.4g)与80mL甲苯混合，将ECH(107g，每个羧酸基团1.16当量)缓慢加入。将溶液加热至95℃，然后加热至100℃，保温6小时。测量酸值以监控反应进程。当酸值达到3mg KOH/g后，将卤代醇中间体反应混合物冷却至室温。

向反应混合物中加入KOH水溶液(85g，45wt％)、IPA(25g)和去离子水(45g)。1小时后，加入额外的KOH水溶液(31g，45wt％)并混合30分钟。将底部水层移除，将顶层用水(1/2有机物/水)洗涤，并将其沉降过夜。将有机层静置过夜。将溶剂从有机层中除去，得到85％产率的环氧化物产物，通过GPC测得纯度为75％。EEW为478。

实施例6：富马松香酸(fumarated rosin acid)的三环氧化物

将富马松香酸(1279g Stafor尺寸加合物)加入到3L烧瓶中，然后加入630g甲苯以溶解产物。测得酸值为252.5mg KOH/g。将ECH(620g，每个羧酸基团1.2当量)在90℃下在2小时内逐滴加入。然后将反应在100℃下搅拌8小时。当酸值为5mg KOH/g时，将反应混合物冷却至室温。然后加入KOH颗粒(375g)，接着加入200g水，反应在室温下进行8小时。将底部水层移除，将顶层用水(1/2有机物/水)洗涤，并将其沉淀过夜。将有机层静置过夜。然后将有机层真空汽提以除去溶剂，得到80％的产率，通过GPC测得的纯度为65％。EEW为455。

实施例7：二聚酸的环氧化物

将酸值为226的松香二聚体(74g，ALTAPYNE 595)加入到500mL烧瓶中，并将ECH(41g，每个羧酸基团1.5当量)与100mL甲苯和0.35g TBAB(作为催化剂)一起加入，并加热至105℃保温6小时。测量酸值以监控反应进程。10小时后酸值为5mg KOH/g，冷却至室温。将KOH水溶液(55g，45wt％)与20g去离子水和25g异丙醇一起加入。将反应混合物在室温下搅拌2小时，根据GPC，反应完成。将底部水层除去，将顶层用水(1/2有机物/水)洗涤，并将其沉淀过夜。然后将有机层浓缩以除去溶剂，得到80％的产率，通过GPC测得的纯度约为75％。EEW为556。

实施例8：用水使松香环氧化物开环

向实施例2的松香环氧化物(850g)中加入400mL甲苯、200mL甲醇、200g水和30g浓H₂SO₄。将反应混合物加热至75℃保温1小时。GPC分析表明所有的环氧基团都转化成了二醇。用15g NaHCO₃在200mL水中的溶液洗涤粗产物，将有机层浓缩以除去溶剂，并用氮气吹扫以除去残留的溶剂和水。得到90％的产率的二醇产物。

实施例9：用二乙醇胺使松香环氧化物开环

向松香环氧化物(452g，实施例2)中加入二乙醇胺(98g)和0.2g三苯基膦(作为催化剂)。将反应混合物在90℃加热2小时，直到环氧化物完全转化为DTO三醇。没有进行额外的分离过程。获得了定量的产率。

实施例10：用甲基丙烯酸酯使松香环氧化物开环

将松香环氧化物(631g，实施例2)加入到1000mL圆底烧瓶中，并将其加热到135℃。当所有的DTO环氧化物熔化时，将烧瓶冷却到125℃,并将CYANOX 1790(0.64g)加入到DTO环氧化物中。然后加入甲基丙烯酸缩水甘油酯(302g(GMA))以帮助溶解固体。然后，加入0.6g三苯基膦作为催化剂。4小时后，酸值为9mg KOH/g，反应停止。没有进行额外的分离过程。获得了定量的产率。

比较例11：松香酸缩水甘油酯的合成

向80％Altapyne 895(水溶液，1020g，2.2摩尔)中加入ECH(600g，6.5mol)、TBAB(5g)和去离子水(600mL)。将反应混合物加热至80℃。通过GPC/FTIR监控反应进程。12小时后，加入KOH颗粒(85g)和200mL水，加热至80℃保温4小时。通过GPC监测反应，直到所有的ECH被消耗掉。冷却至室温后，将有机层除去并浓缩，得到产物。产物纯度为60％，残留有松香二聚物和其它杂质。EEW为578。

虽然本文已经示出和描述了本发明的几个实施方案，但是应该理解，这些实施方案仅仅是作为示例提供的。在不脱离本发明的精神的情况下，本领域技术人员将会想到许多变化、改变和替换。相反，本公开将覆盖落入由所附权利要求及其合法等同物限定的本公开范围内的所有修改、等同物和替代物。因此，说明书和所附权利要求旨在覆盖所有这些落入本发明的精神和范围内的变化。

本申请中引用的所有参考文献、专利、未决专利申请和公开专利的内容均明确通过引用并入本文。

本领域技术人员将会认识到，或者能够仅使用常规实验来确定，本文描述的本发明的具体实施方案的许多等同物。这些等同物旨在被所附权利要求所包含。应当理解，本文描述的详细示例和实施方案仅仅是为了说明的目的而以示例的方式给出的，并且决不被认为是对本发明的限制。鉴于此，本领域技术人员将会想到各种修改或变化，这些修改或变化包括在本申请的精神和范围内，并且被认为在所附权利要求的范围内。例如，可以改变成分的相对量以优化期望的效果，可以添加额外的成分，和/或可以用类似的成分代替一种或多种所述的成分。根据所附权利要求，与本发明的系统、方法和过程相关联的其他有利特征和功能将变得显而易见。此外，本领域技术人员将会认识到，或者能够仅使用常规实验来确定，本文描述的本发明的具体实施方案的许多等同物。这些等同物旨在被所附权利要求所包含。

Claims

1.一种制备缩水甘油酯的方法，包括以下步骤

a.将包含松香酸或其衍生物、脂肪酸或其衍生物或者其组合的羧酸底物与催化剂、基于羧酸基团的总摩尔数摩尔过量的表卤代醇以及任选的有机溶剂混合，以形成反应混合物；

b.在约60℃至约125℃的温度下加热所述反应混合物以形成卤代醇中间体；

c.将来自步骤(b)的包含卤代醇中间体的反应混合物与包含无机碱、水、任选的水溶性有机溶剂的碱性溶液和任选的有机溶剂混合，以形成反应混合物；和

d.在最高约30℃的温度下进行反应，以得到缩水甘油酯。

2.根据权利要求1所述的方法，其中步骤(d)在环境温度下进行。

3.根据权利要求1所述的方法，其中在步骤(c)之前不分离卤代醇中间体。

4.根据权利要求1所述的方法，其中在步骤(a)中存在所述有机溶剂，在步骤(c)中不添加所述有机溶剂。

5.根据权利要求1所述的方法，其中在步骤(a)中不存在所述有机溶剂，在步骤(c)中添加所述有机溶剂。

6.根据权利要求1所述的方法，其包括步骤(e)，其中步骤(e)包括从步骤(d)的反应混合物中分离缩水甘油酯反应产物。

7.根据权利要求1所述的方法，其包括步骤(f)，其中步骤(f)包括在开环催化剂的存在下，将所述缩水甘油酯与亲核试剂反应，得到开环衍生物。

8.根据权利要求7所述的方法，其中所述亲核试剂包括水、羟基官能化胺、丙烯酸、甲基丙烯酸、脂肪酸、硫醇、胺或醇。

9.根据权利要求4所述的方法，其中所述开环催化剂包括酸、碱或膦。

10.根据权利要求1所述的方法，其中所述松香酸衍生物或所述脂肪酸衍生物包含一个羧酸基团、两个羧酸基团或三个羧酸基团。

11.根据权利要求1所述的方法，其中所述松香酸衍生物包括歧化松香、马来松香、富马松香、丙烯腈加合物、衣康酸加合物、丙烯酸加合物、二聚酸、氧化松香、氢化松香或其组合。

12.根据权利要求1所述的方法，其中所述脂肪酸衍生物包括马来脂肪酸、丙烯腈脂肪酸加合物、富马脂肪酸加合物、丙烯酸脂肪酸加合物、衣康酸脂肪酸加合物、二聚脂肪酸、氧化脂肪酸、氢化松香酸或其组合。

13.根据权利要求1所述的方法，其中表卤代醇的所述摩尔过量为大于约1至约2，基于底物中存在的羧酸基团的摩尔数。

14.根据权利要求1所述的方法，其中所述有机溶剂包括甲苯、二甲苯、己烷、庚烷或其组合。

15.根据权利要求1所述的方法，其中所述催化剂包括膦、叔胺、季铵盐、鎓盐或其组合。

16.根据权利要求1所述的方法，其中所述水溶性有机溶剂包括丙酮、甲醇、乙醇、异丙醇、乙腈、四氢呋喃、二甲基甲酰胺、二甲基亚砜或其组合。

17.根据权利要求1所述的方法，其中所述方法不包括包含回收过量表卤代醇的步骤。

18.根据权利要求1所述的方法，其中所述羧酸底物源自于妥尔油脂肪酸、妥尔油松香、蒸馏妥尔油、桉树松香、木松香、软木松香、硬木松香、天然油或其组合。

19.根据权利要求18所述的方法，其中所述天然油包括植物油、红花油、芝麻油、菜籽油、橄榄油、油、椰子油或其组合。

20.根据权利要求1所述的方法，其中副产物包括通过凝胶渗透色谱法测量的少于15％的从步骤(d)的反应混合物中分离的缩水甘油酯反应产物。