CN1780827A - 母育酚酰化物和生育酚酰化物的制备方法 - Google Patents
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Abstract
制备母育酚酰化物或者生育酚酰化物的方法，包括在固体非均相Brnsted酸催化剂存在下将母育酚或者生育酚与酰化剂反应，所述催化剂是在包含二氧化硅、二氧化钛或者兼有二氧化硅和二氧化钛的固体载体材料上的无机Brnsted酸，或者是具有磺基(－SO3H)基团的有机官能化聚硅氧烷，该固体非均相Brnsted酸催化剂还具有约10m2/g至约800m2/g的BET表面积和约0.1ml/g至约2.0ml/g的孔隙容积。根据本方法，可以通过酰化(全－外消旋)－α－生育酚来制备维生素E的主要商品形式(全－外消旋)－α－生育酚乙酸酯。
Description
本发明涉及制备母育酚酰化物和生育酚酰化物的新方法。
在此使用的术语“生育酚”应该理解为是指从母育酚[2-甲基-2-(4，8，12-三甲基十三烷基)-6-苯并二氢吡喃醇]的基本结构衍生出来的并且具有维生素E特性的任何化合物，即具有饱和侧链4，8，12-三甲基十三烷基的任何生育酚，例如α-、β-、γ-、δ-、ζ2-或者η-生育酚；还有在侧链[4，8，12-三甲基十三烷-3，7，11-三烯基]上具有三个双键的任何生育三烯酚，例如ε-或者ζ1-生育酚。在这些各种生育酚中，(全-外消旋)-α-生育酚(通常称之为维生素E)是人们主要感兴趣的，其最具活性并且在工业上是维生素E族中最重要的成员。
本发明优选涉及制备生育酚的酰化物(生育酚酰化物)、更具体地是制备生育酚乙酸酯的新方法。维生素E的主要商品形式是(全-外消旋)-α-生育酚乙酸酯，在一个更优选的方面，本发明涉及(全-外消旋)-α-生育酚乙酸酯的制备方法。然而，母育酚本身和其它生育酚例如上述的那些可以通过本发明的方法来容易地进行酰化。通常，母育酚和每一种生育酚可以以其非对映异构体(多种对映体中的非对映异构体对)的全-外消旋混合物或者任何单独的立体异构体的形式被酰化。
在美国专利说明书2723278中，J.D.Surmatis等描述和例举了α-生育酚乙酸酯的合成，通过在无催化剂的条件下用过量的乙酸酐酯化α-生育酚。在3或5个小时的回流条件下形成产物“dl-α-生育酚乙酸酯”；并未给出收率。此反应也可以以吡啶作为催化剂来进行，在室温下反应三天后，得到收率为96％的α-生育酚乙酸酯，如N.Cohen等在Helv.Chim.Acta.
64，1158-1172(1981)中的第1172页所报道。
根据本发明的新方法提供了优异的收率，避免了腐蚀问题且可以在不存在附加溶剂的条件下进行，因而不需要循环溶剂，并且可以以连续或者间歇的方式进行。
根据本发明，提供了制备母育酚的酰化物或者生育酚的酰化物(母育酚酰化物或者生育酚酰化物)的方法，该方法包括在固体非均相Brnsted酸催化剂存在下将母育酚或者生育酚与酰化剂反应，所述催化剂是在固体载体材料上的无机Brnsted(质子)酸，该固体载体材料包含二氧化硅、二氧化钛或者兼有二氧化硅和二氧化钛，或者所述催化剂是具有磺基(-SO3H)基团的有机官能化聚硅氧烷，该固体非均相Brnsted酸催化剂还具有约10m2/g至约800m2/g的BET表面积和约0.1ml/g至约2.0ml/g的孔隙容积。
无机Brnsted酸适合为硫酸或者正磷酸(一般也称为磷酸；H3PO4)，这样的酸具体地通过吸附而被承载或者支撑于固体载体材料之上，固体载体材料本身包含二氧化硅、二氧化钛或者兼有二氧化硅和二氧化钛，从而整体上构成固体非均相Brnsted酸催化剂。通过遵循欧洲专利公开Nos.0452619B1、0807615B1、0916402A1和0997193A1以及其中所引用的参考文献的教导，技术人员可以得知和/或制造这样的固体非均相Brnsted酸催化剂。在某些上述参考文献中，提到了磷酸作为可以被固体载体材料承载或者支撑的Brnsted酸，与此类似，硫酸也可作为被承载或者支撑的Brnsted酸。如果需要，固体载体材料还可以包含除二氧化硅和/或二氧化钛之外的其他金属氧化物例如氧化锌，但这种附加的金属氧化物与二氧化硅和/或二氧化钛相比通常以低得多的含量存在，优选占至多达总混合金属氧化物载体的约5重量百分比(wt.％)。当二氧化硅(SiO2)和二氧化钛(TiO2)都存在于载体材料内时，SiO2∶TiO2的相对重量比适合为约80∶20至约95∶5。此外，相对于总体(酸和固体载体材料一起)的固体非均相Brnsted酸催化剂的重量，被承载/支撑的Brnsted酸的量适合为约0.01至约70wt.％，优选约0.1至约20wt.％，最优选约1至约5wt.％。固体载体材料的例子是从供应商，特别是从Degussa AG，Postfach302043，40402 Düsseldorf，Germany或者此公司在其它国家的当地机构商业上可得的，以片型、挤压型、环型或者其它形式的商标为Aerolyst的各种等级的成形热解氧化硅或者热解氧化钛，例如参考编号为3038-3046、350和355(热解氧化硅)以及7706和7708-7711(热解氧化钛)的那些。这种形式的固体非均相Brnsted酸催化剂本身的例子是包含作为载体材料的约80-95wt.％的二氧化硅和约10wt.％的二氧化钛以及作为无机Brnsted酸的至多达约15wt.％(相对于前述载体材料的重量)的硫酸的固体；包含约80-95wt.％的二氧化硅、至多达约5wt.％的氧化锌和至多达约15wt.％的硫酸(这些重量是相对于载体物质和酸的总重量而言的)的固体；几乎完全由二氧化钛组成的、包含1wt.％(相对于此载体材料的重量)的硫酸的固体；和包含约30-70wt.％的二氧化硅、至多达约5wt.％的二氧化钛和约30-70wt.％的正磷酸(这些重量是相对于载体物质和酸的总重量而言的)的固体。
作为可选择的其他固体非均相Brnsted酸催化剂，具有磺基的有机官能化聚硅氧烷是具有磺烃基的聚硅氧烷。具体地，它们基体中具有在重复-Si-O-单元的基本的聚合硅酸盐结构并且在其中存在化学结合和连接到某些硅原子上的式-R-SO3H的酸官能团，其中R是二价烃基。这样的具有磺基的有机官能化聚硅氧烷可以用已知方法按如下进行生产，通过可选地与四羟基硅烷[“原硅酸”，Si(OH)4]一起，缩聚相应的通式(HO)3Si-R-SO3H的双功能有机硅化合物。这样的双功能有机硅化合物的例子是末端被三羟基甲硅烷基取代的C1-12烷磺酸，例如3-(三羟基甲硅烷基)-1-丙磺酸；三羟基甲硅烷基-C5-8-环烷磺酸、(三羟基甲硅烷基-C1-6-烷基)环己烷磺酸、三羟基甲硅烷基-环己基-C1-6-烷磺酸和(三羟基甲硅烷基-C1-6-烷基)-环己基-C1-6-烷磺酸；以及三羟基甲硅烷基-苯磺酸、(三羟基甲硅烷基-C1-6-烷基)-苯磺酸、三羟基甲硅烷基-苯基-C1-6-烷磺酸和(三羟基甲硅烷基-C1-6-烷基)-苯基-C1-6-烷磺酸，例如[对-(三羟基甲硅烷基甲基)-苯基]甲磺酸。最后提到的具有苯(苯基)部分的化合物可以在所述部分上被甲基取代。在这样的磺酰化有机硅化合物中，C1-12烷、C1-6烷和C1-6烷基部分在含有2个或者更多碳原子时可以是直链或者支链。在本发明的方法中用作固体非均相Brnsted酸催化剂的具有磺基的有机官能化聚硅氧烷优选为具有磺烷基或者磺芳基(所谓的酸官能团)的聚硅氧烷，所述磺烷基或者磺芳基分别如式-(CH2)x-SO3H或者-亚芳基-SO3H，其中x是1至3的整数，亚芳基是由苯衍生的二价芳香基团，例如1，4-亚苯基，或者由甲苯衍生的，例如2-甲基-1，4-亚苯基。酸官能团最优选为式-(CH2)3-SO3H的3-磺基丙基。
如果需要，具有磺基的有机官能化聚硅氧烷的聚合物基体在整个基体内既可以具有构成整体所必要的硅原子，也可以具有以类似方式结合到硅原子上的钛和/或铝原子。
这样的具有磺基的有机官能化聚硅氧烷优选具有至少2∶1的硅原子与磺基的摩尔比。
如上所示，它们可以用已知方法进行生产：通过可选地与四羟基硅烷[“原硅酸”，Si(OH)4]一起，缩聚相应的通式(HO)3Si-R-SO3H(例如(HO)3Si-(CH2)x-SO3H或者(HO)3Si-亚芳基-SO3H)的双功能有机硅化合物。关于具有磺基的有机官能化聚硅氧烷的结构和制备细节可以在例如CLB(Chemie in Labor und Biotechnik)，43.Jahrgang，Heft 1/1993，16-21页、德国专利公开(Offenlegungsschrift)No.3226093 A1和欧洲专利公开No.0582811 B1以及其中引用的进一步的参考文献中找到。
在本发明的方法中用作另一类型的固体非均相Brnsted酸催化剂的具有磺基的有机官能化聚硅氧烷通常也可以从供应商处购得，特别是从Degussa AG，Postfach 302043，40402 Düsseldorf，Germany或者此公司在其它国家的当地机构获取。有些是以商标Deloxan从Degussa AG得到，例如DeloxanASP 1/9。
酰化在原则上可以使用传统上用于酰化母育酚和生育酚中存在的酚羟基的任何酰化剂来进行。这样的酰化剂的特别适合的类型是酸酐和酰基卤。这样的酰化剂中的酰基可以是从脂肪羧酸衍生出来的，例如从直链或者支链烷酸特别是C1-7-烷酸例如乙酸、丙酸、丁酸和新戊酸衍生，或者从含至多达20个碳原子的更高级烷酸(脂肪酸)例如软脂酸衍生；或者是从芳香羧酸特别是苯甲酸衍生出来的，从而在酰化过程中生成相应的母育酚或者生育酚的酰化产物，分别为烷酸酯或者苯甲酸酯。脂肪酰基卤的例子是直链或者支链烷酰基氯化物例如乙酰氯、丙酰氯和丁酰氯，芳香酰基卤的例子是苯甲酰氯。优选的酰化剂是乙酸酐或者乙酰氯，最优选乙酸酐。
根据本发明，酰化可以在存在或者不存在附加溶剂的条件下进行，但是优选使用过量的一种反应物(即母育酚或生育酚作为一种反应物或者酰化剂作为另一种反应物)并且不使用附加溶剂。优选地，使用过量的酰化剂，相对于初始反应混合物中存在的母育酚或者生育酚的摩尔量，优选一至约六倍摩尔量，更优选1.5至2.5倍摩尔量，最优选1.75至2.25倍摩尔量。然而，如果使用附加溶剂，则附加溶剂适合为极性或者非极性疏质子有机溶剂，特别是脂肪烃优选C4至C10脂肪烃，例如戊烷、己烷、庚烷或者癸烷；脂环烃优选C5至C7脂环烃，例如环己烷；或者芳香烃特别是C6至C10芳香烃，例如苯、甲苯、二甲苯或者萘。
当方法以间歇操作方式进行时，固体非均相Brnsted酸催化剂的用量基于反应物的量(所述反应物即是以较小摩尔量被使用的母育酚或生育酚或者酰化剂，通常是指母育酚或生育酚)，并且相对于每克所述以该较少摩尔量被使用的反应物，所述催化剂用量的适合范围是约0.0025至约0.025克(g)。对于另一种优选的连续操作方式，催化剂的相对用量要根据反应器尺寸和反应物流量来调整。在这种情况下，应该认识到基于间歇操作方式下数值的合适的相对用量的确定是生产化学家的普通技能。
根据本发明，方便地进行酰化过程的温度范围是约80℃至约120℃，优选90℃至110℃。
此外，本方法在惰性气体氛围下方便地进行，优选在氮气或者氩气下，特别是前者。
适合通过分析手段来监控反应进程，例如对反应的不同时段从反应混合物所取得的样品进行气相色谱分析。
在酰化完成之后，所生成的母育酚酰化物或生育酚酰化物可以通过以下方法进行分离：冷却酰化后的混合物；通过添加合适的碱例如碳酸钠进行中和；过滤混合物；优选在减压下进行蒸馏而除去滤出物中残余的(未反应的)过量使用的母育酚或生育酚或者酰化剂以及酰化中形成的次级产品例如当用乙酸酐作为酰化剂时的乙酸，然后仍优选在减压下进一步蒸馏，从而收集到所需纯度的期望的酰化产物馏分。
通过以下实施例来描述本发明的方法。
实施例1
在装备有搅拌器、温度计、回流冷凝器和氩气化装置的50ml四颈烧瓶中，在0.5g DeloxanASP 1/9(固体非均相Brnsted酸催化剂，包含无定形二氧化硅以及相对于总重量约20-25wt.％的从3-(三羟基甲硅烷基)-1-丙磺酸衍生出来的含磺基的有机聚硅氧烷，并具有约400至约600m2/g的BET表面积以及约1.5至约2.0ml/g的孔隙容积。)存在下，将16.8g(38.7mmol)(全-外消旋)-α-生育酚溶解于8.23g(80.6mmol)乙酸酐中。以400rpm搅拌该混合物并在100℃(内部温度)下加热1.5小时。冷却混合物至28℃，用5g碳酸钠中和，过滤，用70ml庚烷洗涤并且在减压[10mbar(1kPA)，40℃]下蒸发。得到18.45g纯度为97.52％的生育酚乙酸酯(通过气相色谱分析：GC)的棕色油，相应的基于(全-外消旋)-α-生育酚的收率为98.3％。在207℃[0.012mbar(1.2Pa)]下通过瓶-瓶(bulb-to-bulb)蒸馏对粗产品进一步纯化。分离出纯度为98％(GC)的无色-淡黄色油状纯产品。得到17.52g(全-外消旋)-α-生育酚乙酸酯，基于(全-外消旋)-α-生育酚的收率为96.8％。
实施例2
在装备有搅拌器、温度计、回流冷凝器及氩气化装置的50ml四颈烧瓶中，在0.5g包含约80-95wt.％二氧化硅、至多达约5wt.％氧化锌和至多达约15wt.％硫酸、孔隙容积为0.98ml/g的固体非均相Brnsted酸催化剂存在下，将16.8g(38.7mmol)(全-外消旋)-α-生育酚溶解于8.23g(80.6mmol)乙酸酐中。以400rpm搅拌该混合物并在100℃(内部温度)下加热2小时。然后冷却混合物至28℃，用5g碳酸钠中和，过滤，用70ml庚烷洗涤并且在减压[10mbar(1kPA)，40℃]下蒸发。得到18.79g纯度为97.31％的(全-外消旋)-α-生育酚乙酸酯(通过GC分析)的棕色油。在205℃[0.013mbar(1.3Pa)]下通过瓶-瓶蒸馏对粗产品进一步纯化。分离出纯度为97％(GC，内标法)的无色-淡黄色油状纯产品。得到17.71g(全-外消旋)-α-生育酚乙酸酯，基于(全-外消旋)-α-生育酚的收率为97.8％。
实施例3
与实施例2类似，但是使用的固体非均相Brnsted酸催化剂包含无定形二氧化硅和相对于总重量约20-25wt.％的从3-(三羟基甲硅烷基)-1-丙磺酸衍生出来的含磺基的有机聚硅氧烷，并具有100m2/g的BET表面积以及1.3ml/g的孔隙容积，在粗产品的瓶-瓶蒸馏之后，得到基于(全-外消旋)-α-生育酚的收率为97.4％的(全-外消旋)-α-生育酚乙酸酯。
实施例4
与实施例2类似，但是使用的固体非均相Brnsted酸催化剂包含作为载体材料的约80-95wt.％的二氧化硅和约10wt.％的二氧化钛和至多达约15wt.％(相对于载体材料的重量)的硫酸，并具有46m2/g的BET表面积以及0.33ml/g的孔隙容积，在粗产品的瓶-瓶蒸馏之后，得到基于(全-外消旋)-α-生育酚的收率为98.8％的(全-外消旋)-α-生育酚乙酸酯。
实施例5
与实施例2类似，但是使用的固体非均相Brnsted酸催化剂几乎完全由二氧化钛组成，并包含约1wt.％(相对于载体材料的重量)的硫酸，并具有46m2/g的BET表面积以及0.33ml/g的孔隙容积，在粗产品的瓶-瓶蒸馏之后，得到基于(全-外消旋)-α-生育酚的收率为97.0％的(全-外消旋)-α-生育酚乙酸酯。
实施例6
与实施例2类似，但是使用的固体非均相Brnsted酸催化剂包含作为载体材料的约80-95wt.％的二氧化硅和约10wt.％的二氧化钛和至多达约15wt.％(相对于载体材料的重量)的硫酸，并具有46m2/g的BET表面积以及0.33ml/g的孔隙容积，在粗产品的瓶-瓶蒸馏之后，得到基于(全-外消旋)-α-生育酚的收率为97.0％的(全-外消旋)-α-生育酚乙酸酯。
实施例7
与实施例2类似，但是使用的固体非均相Brnsted酸催化剂包含约30-70wt.％的二氧化硅、至多达约5wt.％的二氧化钛和作为催化剂的约30-70wt.％的正磷酸(这些重量是相对于载体物质和酸的总重量而言的)，并且在反应12小时之后，在粗产品的瓶-瓶蒸馏之后，得到基于(全-外消旋)-α-生育酚的收率为96.5％的(全-外消旋)-α-生育酚乙酸酯。
实施例8
在装备有搅拌器、温度计、回流冷凝器及氩气化装置的50ml四颈烧瓶中，在0.51g DeloxanASP 1/9(其说明见实施例1)存在下，将17.03g(38.7mmol)(全-外消旋)-γ-生育酚溶解于8.21g(80.58mmol)乙酸酐中。以400rpm搅拌该混合物并在100℃(内部温度)下加热1小时。冷却混合物至40℃并且在减压[10mbar(1kPA)，50℃]下蒸发。得到19.78g纯度为88.57％的(全-外消旋)-γ-生育酚乙酸酯(通过GC分析，内标法)的棕色油。基于(全-外消旋)-γ-生育酚的收率为17.51g。在211℃[0.015mbar(1.5Pa)]下通过瓶-瓶蒸馏对粗产品(19.78g)进一步纯化。分离出纯度为94.16％(GC，内标法)的无色-淡黄色油状纯产品。得到17.11g(全-外消旋)-γ-生育酚乙酸酯，基于(全-外消旋)-γ-生育酚的收率为93.5％。
实施例9
在100℃下，用12天以0.4ml/分钟的进料速率将500g(全-外消旋)-α-生育酚(纯度98.99％，1.149mol)和592g(0.551，5.8mol)乙酸酐的溶液通过装有4.75g DeloxanASP 1/9(其说明见实施例1)的反应器。在反应期间采集并检测一些样品。用2小时收集46.48g粗反应产品的溶液。蒸馏除去过量的乙酸酐并将粗产品(23.83g)移至烧瓶，在206℃[0.0054mbar(0.15Pa)]下通过瓶-瓶蒸馏对烧瓶内的23.21g粗产品进行纯化。对纯度为97.5％(22.1g)生育酚乙酸酯的材料进行分析(GC，内标法)。残余物中含有0.36g(88.89％)生育酚乙酸酯以及未知组分。在冷阱中发现0.22g溶剂。(全-外消旋)-α-生育酚乙酸酯的总收率为22.42g(97.0％)，在瓶-瓶蒸馏后为22.1g(95.6％)。
Claims (13)
1.一种制备母育酚酰化物或者生育酚酰化物的方法，包括在固体非均相Brnsted酸催化剂存在下将母育酚或者生育酚与酰化剂反应，所述催化剂是在包含二氧化硅、二氧化钛或者兼有二氧化硅和二氧化钛的固体载体材料上的无机Brnsted酸，或者是具有磺基基团的有机官能化聚硅氧烷，该固体非均相Brnsted酸催化剂还具有约10m2/g至约800m2/g的BET表面积和约0.1ml/g至约2.0ml/g的孔隙容积。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述无机Brnsted酸是硫酸或者正磷酸。
3.如权利要求1或2所述的方法，其中二氧化硅(SiO2)和二氧化钛(TiO2)都存在于所述载体材料内并且SiO2∶TiO2的相对重量比为约80∶20至约95∶5。
4.如权利要求1-3中任何一项所述的方法，其中相对于总体固体非均相Brnsted酸催化剂的重量，被承载/支撑的无机Brnsted酸的量为约0.01至约70wt.％，优选约0.1至约20wt.％，最优选约1至约5wt.％。
5.如权利要求1所述的方法，其中具有磺基的有机官能化聚硅氧烷被用作所述固体非均相Brnsted酸催化剂，并且所述具有磺基的有机官能化聚硅氧烷是具有分别如式-(CH2)x-SO3H或-亚芳基-SO3H的磺烷基或者磺芳基，其中x是1至3的整数，亚芳基是由苯或者甲苯衍生的二价芳香基团。
6.如权利要求5所述的方法，其中酸官能团是3-磺基丙基。
7.如权利要求1、5和6中任何一项所述的方法，其中所述具有磺基的有机官能化聚硅氧烷具有至少2∶1的硅原子与磺基的摩尔比。
8.如权利要求1-7中任何一项所述的方法，其中反应是在一种反应物即母育酚或生育酚或者酰化剂过量并且不存在附加溶剂的条件下进行的。
9.如权利要求8所述的方法，其中以相对于初始反应混合物中存在的母育酚或者生育酚的摩尔量，优选一至约六倍摩尔量、更优选1.5至2.5倍摩尔量、最优选1.75至2.25倍摩尔量来使用过量的酰化剂。
10.如权利要求1-9中任何一项所述的方法，其中反应以间歇操作方式进行，并且基于反应物即母育酚或生育酚或者酰化剂中以较少摩尔量被使用的一种的以克表示的用量，所用固体非均相Brnsted酸催化剂用量范围为约0.0025至约0.025g/g。
11.如权利要求1-10中任何一项所述的方法，其中反应在约80℃至约120℃，优选90℃至110℃的温度下进行。
12.如权利要求1-11中任何一项所述的方法，其中(全-外消旋)-α-生育酚被酰化为(全-外消旋)-α-生育酚乙酸酯。
13.如权利要求1-12中任何一项所述的方法，其中反应以连续操作方式进行。
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