專利名稱：生產旋光性醇或羧酸的氫化方法
技術領域：
本發明涉及一種通過將相應取代的旋光性一元或二元羧酸或它們的酸衍生物氫化來制備旋光性的羥基-、烷氧基-、氨基-、烷基-、芳基-或氯取代的具有3-25個碳原子的醇或羥基羧酸或它們的酸衍生物或環化產物的方法。
所述目標化合物構成制藥和化妝品工業上用于制備藥劑、香料和其他有機精細化學品的很有價值的中間體，該中間體很難廉價得到。
EP-A 0696575描述了一種通過在Ru催化劑存在下將相應的氨基酸氫化來制備旋光性氨基醇的方法，該催化劑在50-150℃的溫度和5-300巴的壓力下用氫氣還原。
EP-A 0717023涉及一種通過在Ru催化劑存在下將相應的旋光性羧酸還原來制備旋光性醇的方法，該催化劑在＜160℃的溫度和＜250巴的壓力下用氫氣還原。
WO 99/38838描述了一種通過使用雙金屬或三金屬未負載或負載型Ru催化劑并同時加入酸，將相應的氨基酸催化氫化來制備旋光性氨基醇的方法。
WO 99/38613制備了含有釕和至少一種原子序數為23-82的其他金屬的未負載氫化催化劑。使用這些催化劑，可以在溫和的條件下將羧酸和它們的衍生物氫化。在純對映異構底物的情況下，可實現的對映異構效果在收率低于80％下最大為98.8％。
WO 99/38824描述了一種在Ru催化劑存在下還原旋光性羧酸來制備旋光性醇的方法，該催化劑已用氫氣還原并且含有至少一種原子序數為23-82的其他金屬。
EP-A 1051388描述了未負載Ru/Re懸浮催化劑，通過該催化劑可在60-100℃和200巴的氫氣壓力下將手性α-氨基酸或α-羥基酸還原成相應的手性醇。
US-4,659,686公開了在蘋果酸氫化中使用含有一種Pt族金屬和碳載Re的堿金屬或堿土金屬摻雜催化劑，形成的反應產物是四氫呋喃(THF)和/或丁二醇(BDO)。使用這些催化劑沒有發現丁三醇。
EP-A 147 219描述了Pd-Re催化劑和它們在制備THF和BDO的方法中的用途。實施例39顯示蘋果酸在200℃和170巴下氫化導致THF收率為66％和BDO收率為21％。沒有發現丁三醇。
“高級合成催化劑(Adv.Synth.Catal.)”[2001，343，第8期]描述了Nishimura催化劑(Rh-Pt氧化物)用于α-氨基酸酯或α-羥基羧酸酯無外消旋化氫化。然而，其中需要大量(10重量％)昂貴的催化劑體系。另外，游離羧酸必須在另一合成步驟中轉化成相應的酯。
在羧酸氫化中使用Ru催化劑的一個問題在于它們有很高的使所用反應物或所得產物脫羰釋放出一氧化碳的趨勢。除了伴有高的壓力上升外，釋放出的一氧化碳還原成甲烷也構成了很大安全風險。
本發明的一個目的在于提供一種將旋光性羧酸或它們的酸衍生物氫化成相應的旋光性醇的方法，在該方法中非常充分地防止了所用反應物或所形成的產物發生不希望的脫羰作用。
根據本發明，通過提供一種在催化劑存在下，將相應取代的旋光性一元或二元羧酸或它們的酸衍生物氫化來制備旋光性的羥基-、烷氧基-、氨基-、烷基-、芳基-或氯取代的具有3-25個碳原子的醇或羥基羧酸或它們的酸衍生物或環化產物的方法，此目的得以實現，該催化劑的活性組分包括選自Pt、Pd、Rh、Ir、Ag、Au的貴金屬和至少一種選自如下元素的其他元素Sn、Ge、Mo、W、Ti、Zr、V、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、In、Pb、Bi、Cr、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu。
本發明的方法適合將具有3-25個、優選3-12個碳原子的旋光性一元或二元羧酸氫化，該羧酸可以是直鏈、支化或環狀的并具有至少一個、典型地1-4個取代基，每個取代基鍵合在不對稱取代的碳原子上。該方法同樣適合將所述取代羧酸的酸衍生物氫化。這里，在本發明全部的上下文中，術語酸衍生物的意思是酸官能團以酯、偏酯、酐或酰胺形式存在，優選以酯或偏酯形式存在。
在本發明的上下文中，旋光性化合物指的是那些直接或者以溶解形式能夠使通過的線式偏振光的偏振面旋轉的化合物。具有立構中心的化合物是兩種對映異構體的非外消旋混合物，即其中兩種對映異構體不是等份存在的混合物。在具有不止一個立構中心的化合物轉化的情況下，可以得到不同的非對映異構體，它們從每一個單獨來看可以認為是旋光性化合物。
鍵合在不對稱取代碳原子上的可能取代基包括羥基、烷氧基、氨基、烷基、芳基或氯取代基，并且烷氧基取代基特別指其鍵合在氧原子上的有機基團具有1-8個碳原子的那些，氨基取代基可以游離胺形式存在或者優選作為銨鹽以質子化形式存在并且如果合適的話具有一個或兩個分別具有1-5個碳原子的有機基團，烷基取代基具有1-10個碳原子以及芳基取代基具有3-14個碳原子并且其自身可帶有在反應條件下穩定的取代基，芳基取代基還可具有1-3個雜原子，例如N、S和/或O。
所述取代基原則上可以連接在要轉化的一元或二元羧酸上任何可能的位置。在本發明的上下文中優選的底物是具有至少一個所述取代基的那些，該取代基在要氫化的酸官能團的α-或β-位，更優選在α-的不對稱碳原子上。
在二元羧酸轉化的情況下，本發明的氫化反應可以根據需要這樣進行將存在于底物分子中的僅一個或兩個羧酸官能團或羧酸衍生物官能團氫化成羥基官能團。
例如，本發明的方法適合將通式I的旋光性羧酸或它們的酸衍生物或他們的酸酐轉化成相應的旋光性醇 其中基團分別定義如下R1直鏈和支化的C1-C12烷基、C7-C12芳烷基或C6-C14芳基，其中所述基團可以被NR3R4、OH、COOH和/或在反應條件下穩定的其他基團取代，R2氫、直鏈或支化的C1-C12烷基或C3-C8環烷基，X、Y各自獨立地為氫、氯、NR5R6或OR7、直鏈或支化的C1-C10烷基或C6-C14芳基，條件是至少基團X或Y之一不是氫，X和R1或Y和R1也可以一起為5-8員環，R3、R4、R5和R6各自獨立地為氫、直鏈或支化的C1-C12烷基、C7-C12芳烷基、C6-C14芳基、C3-C8環烷基或其中一個CH2基團被O或NR8替代的C3-C8環烷基，R3和R4以及R5和R6各自獨立地一起為-(CH2)m-，其中m是4-7的整數，R1和R5也可一起為-(CH2)n-，其中n是2-6的整數，R7氫、直鏈或支化的C1-C12烷基或C3-C8環烷基，R1和R7也可一起為-(CH2)n-，其中n是2-6的整數，和R8氫、直鏈或支化的C1-C12烷基、C7-C12芳烷基或C6-C14芳基。
基團R1可以廣泛變化，并且也可帶有例如1-3個在反應條件下穩定的取代基，如NR3R4、OH和/或COOH。
基團R1的例子包括如下基團C1-C6烷基如甲基、乙基、丙基、1-甲基乙基、丁基、1-甲基丙基、2-甲基丙基、1，1-二甲基乙基、戊基、1-甲基丁基、2-甲基丁基、3-甲基丁基、2，2-二甲基丙基、1-乙基丙基、己基、1，1-二甲基丙基、1，2-二甲基丙基、1-甲基戊基、2-甲基戊基、3-甲基戊基、4-甲基戊基、1，1-二甲基丁基、1，2-二甲基丁基、1，3-二甲基丁基、2，2-二甲基丁基、2，3-二甲基丁基、3，3-二甲基丁基、1-乙基丁基、2-乙基丁基、1，1，2-三甲基丙基、1，2，2-三甲基丙基、1-乙基-1-甲基丙基或1-乙基-2-甲基丙基，C1-C12烷基如C1-C6烷基(如上所述)或者未支化或支化的庚基、辛基、壬基、癸基、十一烷基或十二烷基，C7-C12芳烷基如苯基甲基、1-苯基乙基、2-苯基乙基、1-苯基丙基、2-苯基丙基或3-苯基丙基，C6-C14芳基如苯基、萘基或蒽基，其中芳族基團可以帶有取代基如NR9R10、OH和/或COOH。
R2的定義的例子如下氫、直鏈或支化的C1-C12烷基(如上所述)或C3-C8環烷基，例如環丙基、環丁基、環戊基、環己基、環庚基和環辛基。
所用的羧酸衍生物也可以用酸酐代替羧酸酯。
基團X和Y各自獨立地是氯、NR5R6或OR7，其中R5和R6正如R3和R4或R9和R10一樣各自獨立地是氫，直鏈或支化的C1-C12烷基，特別是C1-C6烷基，C7-C12芳烷基或C6-C14芳基，特別是苯基，或C3-C8環烷基(每種情況下都如上面對于基團R1和R2所述)，并且其中至少基團X和Y之一不是氫。
基團X和R1或Y和R1也可以一起為5-8員、飽和或不飽和并且任選取代的環，例如環戊基、環己基或環辛基。
基團R3和R4、R5和R6及R9和R10也可以各自獨立地一起為-(CH2)m-，其中m是4-7的整數，特別是4或5。一個CH2基團可以被O或NR8替代。
R1和R5基團也可以一起為-(CH2)n-，其中n是2-6的整數。
R7基團優選氫或直鏈或支化的C1-C12烷基或C3-C8環烷基，更優選甲基、乙基、1-甲基乙基、1，1-二甲基乙基、己基、環己基或十二烷基。它還可以與R1一起為-(CH2)n-，其中n是2-6的整數。
本發明的方法還適合將旋光性二元羧酸或它們的酸衍生物，特別是通式(II)的那些，轉化為相應的旋光性羥基羧酸或它們的酸衍生物，或者在兩個羧酸官能團都被氫化的情況下，將其轉化成相應的旋光性取代二醇 其中X′、Y′各自獨立地是氫、氯、NR5’R6’或OR7’、直鏈或支化的C1-C10烷基或C6-C10芳基，條件是至少X’或Y’基團之一不是氫，R1′、R2′各自獨立地是氫、直鏈或支化的C1-C12烷基或C3-C8環烷基，以及n是一個0-8的整數，R5’、R6’各自獨立地是氫、直鏈或支化的C1-C12烷基、C7-C12芳烷基、C6-C14芳基、C3-C8環烷基或其中一個CH2基團被O或NR8’替代的C3-C8環烷基，以及也可以一起為-(CH2)m-，其中m是4-7的整數，R7’氫、直鏈或支化的C1-C12烷基或C3-C8環烷基，和R8’氫、直鏈或支化的C1-C12烷基、C7-C12芳烷基或C6-C14芳基。
例如，也可能將旋光性羥基二元羧酸氫化成相應的旋光性三醇。
R1’和R2’可以通過例子各自獨立地采取如下定義氫、直鏈或支化的C1-C12烷基(如上面對通式I中基團R1所述)或C3-C8環烷基，例如，環丙基、環丁基、環戊基、環己基、環庚基和環辛基。
所用的羧酸衍生物也可以用酸酐代替羧酸酯。
基團X′和Y′各自獨立地為氫，氯，NR5’R6’或OR7’，其中R5’和R6’各自獨立地為氫，直鏈或支化的C1-C12烷基，特別是C1-C6烷基，C7-C12芳烷基或C6-C14芳基，特別是苯基，或C3-C8環烷基(每種情況下都如上面對通式I中基團R1和R2所定義)。
基團R5’和R6’各自獨立地也可以一起為-(CH2)m-，其中m是4-7的整數，特別是4或5。一個CH2基團可以被O或NR8’替代。
基團R7’優選是氫或直鏈或支化的C1-C12烷基或C3-C8環烷基，更優選甲基、乙基、1-甲基乙基、1，1-二甲基乙基、己基、環己基或十二烷基。
根據本發明的方法，可以通過氫化旋光性二元羧酸如通式II的那些得到的旋光性羥基羧酸或二醇，在適合的條件下也可以通過分子內環化作用形成旋光性環化產物，例如內酯、內酰胺或環醚。優選的環化產物是內酯和環醚，通過將旋光性二元羧酸氫化并接著環化來制備該旋光形式的環化產物也形成本發明部分主題。以本發明的方式由通式II的旋光性二元羧酸起始得到的優選旋光性內酯例如是通式III或IV的那些 其中基團X′、Y′和n分別如對通式II所定義。
以本發明的方式由通式II的旋光性二元羧酸起始以旋光性形式得到的優選環醚例如是通式V或VI的那些
其中基團X′、Y′和n分別如對通式II所定義。
這樣，本發明的方法使得能夠得到例如下列旋光性內酯2-羥基-γ-丁內酯、3-羥基-γ-丁內酯、2-氯-γ-丁內酯、3-氯-γ-丁內酯、2-氨基-γ-丁內酯、3-氨基-γ-丁內酯、2-甲基-γ-丁內酯、3-甲基-γ-丁內酯、3-羥基-δ-戊內酯、4-羥基-δ-戊內酯。
其中在本發明制備方法的上下文中特別優選旋光性3-羥基-γ-丁內酯。
通過本發明方法制得的旋光性環醚的例子包括2-羥基四氫呋喃、2-甲基四氫呋喃和2-氨基四氫呋喃。
通過本發明方法所得優選的旋光性化合物的例子包括通過轉化相應的旋光性α-或β-氨基酸或它們的酸衍生物得到的1，2-和1，3-氨基醇，例如α-丙氨醇，以及在每種情況下α-或β-形式的亮氨醇、異絲氨醇、纈氨醇、異亮氨醇、絲氨醇、蘇氨醇、賴氨醇、苯丙氨醇、酪氨醇、脯氨醇，以及由下列氨基酸得到的醇鳥氨酸、瓜氨酸、天冬酰胺(aspartine)、天冬氨酸、谷氨酰胺和谷氨酸，通過轉化相應的旋光性α-或β-羥基羧酸或它們的酸衍生物得到的1，2-和1，3-鏈烷二醇，例如1，2-丙二醇、1，2-丁二醇、1，2-戊二醇、1，3-戊二醇，通過轉化相應的旋光性α-或β-氯代羧酸、α-或β-氯代二元羧酸或它們的酸衍生物得到的1，2-和1，3-氯代醇，例如2-氯丙醇，通過轉化相應的旋光性α-或β-烷基羧酸或它們的酸衍生物得到的1，2-和1，3-烷基醇，例如2-甲基-1-丁醇、2，3-二甲基-1，4-丁二醇或者2-甲基-1，4-丁二醇，通過轉化相應的旋光性α-或β-羥基羥基二元羧酸得到的三醇，例如1，2，4-丁三醇、1，2，5-戊三醇、1，2，6-己三醇，和通過轉化相應的旋光性二元羧酸得到的二羥基羧酸或它們的酸衍生物，例如3，4-二羥基丁酸。
適合實施本發明氫化方法的是其活性組分包括選自Pt、Pd、Rh、Ir、Ag、Au的貴金屬和至少一種選自Sn、Ge、Mo、W、Ti、Zr、V、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、In、Pb、Bi、Cr、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu的其他元素的那些催化劑。
在本發明方法的上下文中，優選的催化劑是其活性組分包括選自Pt、Pd、Rh、Ir的貴金屬和至少一種選自上述該組元素的其他元素的那些。在這些其他元素中，優選元素Sn、Ge、Cr、Mo和W，特別優選Sn。
在本發明方法的上下文中，特別優選的催化劑在活性組分中包括選自Pt、Pd、Rh、Ir的貴金屬和至少一種選自Sn、Ge、Cr、Mo和W的其他元素。那些特別優選的催化劑其活性組分包括選自Pt、Pd、Rh、Ir的貴金屬和作為其他組分的Sn。非常特別優選的催化劑其活性組分包括Pt和Sn。
本發明的催化劑可以很成功地用作未負載催化劑或負載型催化劑。負載型催化劑的特征是選擇的活性組分已經施涂于適合的載體表面。為實施本發明的氫化方法，特別優選具有高表面積并從而要求少量活性金屬的負載型催化劑。
例如可以通過還原貴金屬和金屬形式或化合物形式的本發明其他活性組分在水性介質或有機介質中的淤漿和/或溶液來制備未負載催化劑，該其他活性組分的化合物形式例如為氧化物、氧化物水合物、碳酸鹽、硝酸鹽、羧酸鹽、硫酸鹽、磷酸鹽、鹵化物、維爾納配合物、有機金屬配合物或螯合物或它們的混合物。
當催化劑以負載型催化劑形式使用時，載體優選如木炭、炭黑、石墨、高表面活性石墨(HSAG)、SiO2、Al2O3、TiO2、ZrO2、SiC、粘土、硅酸鹽、蒙脫石、沸石或它們的混合物。特別優選木炭、石墨、HSAG、TiO2和ZrO2用作載體材料。
在碳基載體(活性炭、石墨、炭黑、HSAG)的情況下，根據本發明有利的是將載體材料用常規氧化劑如HNO3、H2O2、O2、空氣、O3、過硫酸銨、次氯酸鈉、次氯酸、高氯酸、硝酸鹽和/或用酸如HNO3、H3PO4、HCl或HCOOH進行氧化性處理。特別優選用HNO3、H3PO4、或HCOOH預處理。載體可以在金屬施涂之前或在施涂過程中進行處理。預處理使得在本發明氫化中負載型催化劑的活性和選擇性得以提高。
本發明的負載型催化劑典型地包括大約0.01-30重量％選自金屬形式或化合物形式的Pt、Pd、Rh、Ir、Ag、Au的貴金屬和0.01-50重量％、優選大約0.1-30重量％及更優選大約0.5-15重量％金屬形式或化合物形式或其混合物形式的至少一種選自如下元素的其他元素Sn、Ge、Mo、W、Ti、Zr、V、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、In、Pb、Bi、Cr、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu。在每種情況下重量百分比均以成品催化劑的總重量為基礎并以金屬形式計算。
選自Pt、Pd、Rh、Ir、Ag、Au的貴金屬的比例基于成品負載型催化劑總重量以金屬計算優選大約0.1-20重量％，更優選大約0.5-15重量％。
所用的貴金屬組分典型地是氧化物、氧化物水合物、碳酸鹽、硝酸鹽、羧酸鹽、硫酸鹽、磷酸鹽或鹵化物，優選硝酸鹽、羧酸鹽或鹵化物。
除了選自Pt、Pd、Rh、Ir、Ag、Au的貴金屬外，通常將至少一種選自Sn、Ge、Mo、W、Ti、Zr、V、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、In、Pb、Bi、Cr、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu的其他元素以金屬、氧化物、氧化物水合物、碳酸鹽、硝酸鹽、羧酸鹽、硫酸鹽、磷酸鹽、維爾納配合物、螯合物或鹵化物的形式施涂于載體材料上。優選Sn、Ge、Cr、Mo或W的化合物，特別優選氧化物或鹵化物形式的Sn，例如SnCl2、SnCl4、SnO2、GeCl4或GeO2。
可以通過用特定溶解的鹽或氧化物的水溶液或醇溶液或者溶解的氧化物膠體或金屬膠體分一步或多步浸漬，或者通過溶解在水溶液或醇溶液中的鹽或氧化物或溶解的氧化物膠體或金屬膠體分一步或多步平衡吸附來施涂活性組分。在各個平衡吸附或浸漬步驟之間，在每種情況下都可以進行干燥步驟以除去溶劑，并且如果需要的話可以進行焙燒或還原步驟。
在每種情況下在大約25-350℃，優選大約40-280℃和更優選大約50-150℃的溫度下有利地進行干燥。
如果需要的話，可以在每個施涂或干燥步驟之后，在大約100-800℃，優選大約200-600℃和更優選大約300-500℃的溫度下進行焙燒。
如果需要的話，可以在每個施涂步驟之后進行還原。
在制備可用于本發明的負載型催化劑的一個特別實施方案中，在第一個浸漬步驟中，將一種選自如下的元素施于載體上Sn、Ge、Mo、W、Ti、Zr、V、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、In、Pb、Bi、Cr、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu，該元素來自于特定的氧化物、氧化物水合物、碳酸鹽、硝酸鹽、羧酸鹽、硫酸鹽、磷酸鹽、維爾納配合物、螯合物或鹵化物，然后有一個干燥步驟并且如果需要的話有一個焙燒步驟以及如果需要的話有一個還原步驟。之后，如果需要的話，用選自如下的一種或多種元素進一步浸漬Sn、Ge、Cr、Mo、W、Ti、Zr、V、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、In、Pb、Bi、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu，該元素來自于特定的氧化物、氧化物水合物、碳酸鹽、硝酸鹽、羧酸鹽、硫酸鹽、磷酸鹽、維爾納配合物、螯合物或鹵化物，接著干燥并且如果需要的話進行焙燒。在最后的制備步驟中，將選自Pt、Pd、Rh、Ir、Ag、Au的貴金屬以硝酸鹽、羧酸鹽或鹵化物的形式施涂于載體上。最后，有一個進一步的干燥步驟，并且如果需要的話有一個焙燒步驟。
制備本發明的負載型催化劑的另外方式包括將選自Pt、Pd、Rh、Ir、Ag、Au的貴金屬和至少一種選自Sn、Ge、Mo、W、Ti、Zr、V、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、In、Pb、Bi、Cr、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu的其他金屬組分無電沉積到載體材料上，該其他金屬元素來自于特定的氧化物、氧化物水合物、碳酸鹽、硝酸鹽、羧酸鹽、硫酸鹽、磷酸鹽、維爾納配合物、螯合物或鹵化物。通過加入還原劑，例如醇或次磷酸鈉、甲酸或堿金屬甲酸鹽，特別是甲酸鈉，在載體材料和特定金屬化合物的水淤漿或醇淤漿中，無電沉積有利地進行。特別優選乙醇和NaH2PO2。
沉積之后，在大約25-350℃，優選大約40-280℃和更優選大約50-150℃的溫度下，干燥步驟有利地進行。
如果需要的話，沉積之后可以在大約為100-800℃，優選大約200-600℃和更優選大約300-500℃的溫度下進行焙燒。
本發明所用的催化劑典型地在使用之前被活化。在催化劑通過無電沉積制備的情況下，如果需要的話，可以免除此活化步驟。優選用氫氣或氫氣與惰性氣體的混合物，典型地是H2和N2的混合物，進行活化。在100-大約500℃，優選大約140-400℃，和更優選大約180-330℃的溫度下進行活化。在大約1-300巴，優選大約5-200巴和更優選在大約10-100巴的壓力下進行活化。
本發明可用的催化劑典型地具有的比表面積為大約5-3000m2/g，優選大約10-1500m2/g。
本發明的氫化反應典型地在氫氣存在下，在大約10-300℃，優選大約30-180℃和更優選大約50-130℃的溫度下進行。一般來說，使用的壓力為大約1-350巴，優選大約10-300巴及更優選大約100-300巴。
在本發明旋光性二元羧酸氫化成相應的旋光性二醇的情況下，優選壓力為大約150-250巴，更優選大約180-250巴并最優選大約200-250巴。
在本發明方法的一個優選實施方案中，尤其是對于氫化氨基取代的底物，上述旋光性原料在有機或無機酸存在下氫化。一般來說，加入的酸基于原料中存在的1當量任何堿性基團為0.5-1.5當量，更優選1-1.3當量。有用的有機酸包括例如乙酸、丙酸和己二酸。優選加入無機酸，尤其是硫酸、鹽酸和磷酸。酸例如可以直接、以水溶液形式或以其與要被氫化的原材料單獨制備的鹽形式使用，例如作為硫酸鹽、硫酸氫鹽、鹽酸化物、磷酸鹽、磷酸氫鹽或磷酸二氫鹽。
要轉化的旋光性羧酸或二元羧酸可以很成功地直接使用或者以水溶液或有機溶液的形式使用。氫化可以在懸浮液中或在液相或氣相中于固定床反應器中以連續的方式進行。
在間歇反應的情況下，例如，基于1mol所用的旋光性起始化合物可以使用0.1-50g要用于本發明的未負載催化劑或0.1-50g要用于本發明的負載型催化劑。
在連續方法中，有利地選擇催化劑和要轉化的起始化合物的比例，使得催化劑時空間速度為大約0.005-1kg/I催化劑h，優選大約0.02-0.5kg/I催化劑h。
適合的反應溶劑例如是氫化產物本身，水，醇如甲醇、乙醇、丙醇、丁醇，醚如THF或乙二醇醚。優選水或甲醇或其混合物作為溶劑。
氫化可以分一段或多段在氣相或液相中進行。在液相中，可以是懸浮液或固定床模式。實施本發明方法適合的反應器是本領域熟練技術人員已知的適合進行氫化的所有那些反應器，例如攪拌釜、固定床反應器、豎式反應器、管束反應器、泡罩塔或流化床反應器。
反應典型地在不再有氫氣吸收時完成。反應時間典型地為大約1-72小時。
離析和如果需要的話分離所得反應產物原則上可以通過所有本身已為本領域熟練技術人員所知的常規方法進行。尤其適合于此目的的是萃取和蒸餾法，以及通過結晶進行純化或離析。
可以通過本領域熟練技術人員已知的所有方法研究所用的旋光性反應物或所得產物的對映異構體純度。特別適合于此目的的特別是色譜法，尤其是氣相色譜法或高效液相色譜法(HPLC)。測定反應物或產物的對映異構體純度適合的量度是對映異構體過量(ee)。
本發明方法特征在于在氫化中基本抑制了用作起始化合物的旋光形式的取代一元或二元羧酸立構中心的外消旋化。因此，本發明方法所得產物中對映異構體過量典型地基本相當于所用的反應物。優選選擇反應條件，使得所需產物的對映異構體過量相當于所用起始化合物的至少90％，更優選至少95％，最優選至少98％。
本發明方法的一個優點在于基本抑制了這些反應中已知的討厭的副反應，即脫羰釋放出一氧化碳并且一氧化碳接著還原成甲烷或其他低級鏈烷烴。這產生了相當重要的安全優點。
下面的實施例用于說明本發明方法，但不以任何方式加以限制。
載體材料用酸處理活化的一般程序將100g選擇的載體材料與200ml選擇的酸及400ml水在攪拌下加熱到100℃持續45分鐘。過濾和用水洗滌后，活化的載體材料在80℃下在強制空氣循環爐中干燥。當使用成型體時，為了使載體所受的機械損害降到最小，也可在旋轉蒸發器上或在活化溶液流過的固定床反應器中進行活化。
催化劑1的制備方法
首先向2L攪拌裝置中加入用HCOOH預處理的25g TimrexHSAG100(Timcal)和800ml乙醇、在800ml水中的1.7g Sn(CH3COO)2和3.4gPt(NO3)2，將其在室溫下攪拌30分鐘，然后在80℃下攪拌。隨后將該混合物通過吸濾器過濾，洗滌并干燥。
催化劑2的制備方法將0.71g鎢磷酸水合物(H3PW12O40×H2O)和4.6g Rh(NO3)3溶于水中并配制成18ml總溶液。根據其吸水性將此溶液用來浸漬用HCOOH活化的25g TimrexHSAG 100。干燥16小時后，在200℃下在旋轉管中進行焙燒。
催化劑3的制備方法將1.6g GeCl4溶于乙醇中并配制成23ml總溶液。根據其乙醇吸收性將此溶液用來浸漬用HCOOH活化的25g TimrexHSAG 100。干燥16小時后，進行第二次浸漬，為此將4.6g Rh(NO3)3溶于水并配制成18ml總溶液。根據其吸水性將此溶液用于第二次浸漬該材料，再干燥16小時并最后在400℃下在旋轉管中焙燒。
催化劑4的制備方法將1g七鉬酸銨(NH4)6Mo7O24×H2O和4.6g Rh(NO3)3溶于水中并配制成18ml總溶液。根據其吸水性將此溶液用來浸漬用HCOOH活化的25gTimrexHSAG 100。干燥16小時后，在400℃下在旋轉管中進行焙燒。
實施例1旋光性丙氨醇的制備首先向容量為300ml的高壓釜中加入5g催化劑1和50ml水并在60巴的氫氣壓力和270℃下攪拌2小時。隨后引入24g L-丙氨酸(＞99％ee)、100g水和13.2g H2SO4，并在180-200巴的壓力和100℃的溫度下氫化12小時。12小時后，反應流出液含有79.24mol％的L-丙氨醇(ee＞99.4)和9mol％未轉化的L-丙氨酸。
實施例2旋光性β-羥基-γ-丁內酯的制備首先向容量為300ml的高壓釜中加入5g催化劑1和50ml水并在60巴的氫氣壓力和270℃下攪拌2小時。隨后引入24g蘋果酸和120g水并在230-250巴的壓力和100℃的溫度下氫化36小時。反應流出液含有22mol％1，2，4-丁三醇(ee＞98.2％)、57mol％β-羥基-γ-丁內酯(ee＞99％)、0.1mol％丁二醇和15mol％未轉化的蘋果酸。
實施例3旋光性1，2，4-丁三醇(BTO)的制備首先向間歇式高壓釜(容量300ml)中加入5g催化劑2和50ml水并在60巴的氫氣壓力和270℃下攪拌2小時。隨后引入24g蘋果酸(MS)和120g水并在230-250巴的壓力和100℃的溫度下氫化36小時。反應流出液含有41mol％的丁三醇、9mol％羥基丁內酯、18mol％丁二醇(BDO)，而沒有未轉化的蘋果酸。
實施例4旋光性1，2，4-丁三醇(BTO)的制備首先向間歇式高壓釜(容量300ml)中加入5g催化劑3和50ml水并在60巴的氫氣壓力和270℃下攪拌2小時。隨后引入24g蘋果酸(MS)和120g水并在230-250巴的壓力和100℃的溫度下氫化36小時。反應流出液含有38mol％的丁三醇(ee＞98.6％)、6mol％羥基丁內酯、14mol％丁二醇(BDO)和6mol％未轉化的蘋果酸。
實施例5旋光性1，2，4-丁三醇(BTO)的制備首先向間歇式高壓釜(容量300ml)中加入5g催化劑4和50ml水并在60巴的氫氣壓力和270℃下攪拌2小時。隨后引入24g蘋果酸(MS)和120g水并在230-250巴的壓力和100℃的溫度下氫化36小時。反應流出液含有59mol％的丁三醇(ee＞98.6％)、17mol％丁二醇(BDO)，而沒有未轉化的蘋果酸。
權利要求
1.一種在催化劑存在下，將相應取代的旋光性一元或二元羧酸或它們的酸衍生物氫化來制備旋光性的羥基-、烷氧基-、氨基-、烷基-、芳基-或氯取代的具有3-25個碳原子的醇或羥基羧酸或它們的酸衍生物或環化產物的方法，該催化劑的活性組分包括選自Pt、Pd、Rh、Ir、Ag、Au的貴金屬和至少一種選自如下元素的其他元素Sn、Ge、Mo、W、Ti、Zr、V、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、In、Pb、Bi、Cr、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu。
2.根據權利要求1的方法，其中貴金屬選自Pt、Pd、Rh和Ir。
3.根據權利要求1或2的方法，其中該至少一種其他元素選自Sn、Ge、Cr、Mo和W。
4.根據權利要求1-3中任一項的方法，其中該至少一種其他元素是Sn。
5.根據權利要求1-4中任一項的方法，其中催化劑的活性組分包括Pt和Sn。
6.根據權利要求1-5中任一項的方法，其中使用在要氫化的至少一個羧酸官能團或由其衍生的酸衍生物官能團的α-或β-位上有至少一個立構中心的旋光性一元或二元羧酸或它們的酸衍生物。
7.根據權利要求1-6中任一項的方法，用于制備1，2-丙二醇、1，2-丁二醇、1，2-戊二醇、1，3-戊二醇、亮氨醇、異絲氨醇、纈氨醇、異亮氨醇、絲氨醇、蘇氨醇、賴氨醇、苯丙氨醇、酪氨醇、脯氨醇、2-氯丙醇、2-甲基-1-丁醇、2，3-二甲基-1，4-丁二醇、2-甲基-1，4-丁二醇、1，2，4-丁三醇、1，2，5-戊三醇、1，2，6-己三醇、2-羥基-γ-丁內酯、3-羥基-γ-丁內酯、2-氯-γ-丁內酯、3-氯-γ-丁內酯、2-氨基-γ-丁內酯、3-氨基-γ-丁內酯、2-甲基-γ-丁內酯、3-甲基-γ-丁內酯、3-羥基-δ-戊內酯、4-羥基-δ-戊內酯、2-羥基四氫呋喃、2-甲基四氫呋喃、2-氨基四氫呋喃或3，4-二羥基丁酸。
8.根據權利要求1-7中任一項的方法，其中催化劑以負載形式使用。
9.根據權利要求8的方法，其中在每種情況下基于成品催化劑的總重量和以金屬來計算，催化劑使用0.01-30重量％的貴金屬和0.01-50重量％的至少一種其他元素。
10.根據權利要求8或9的方法，其中所用的載體材料是ZrO2、TiO2、Al2O3、SiO2、活性炭、炭黑、石墨或高表面積石墨。
11.根據權利要求8-10中任一項的方法，其中貴金屬和該至少一種其他元素在還原劑存在下施涂于載體上。
12.根據權利要求1-11中任一項的方法，其中在100-300巴的壓力下氫化。
13.根據權利要求1-12中任一項的方法，其中在30-180℃的溫度下氫化。
14.根據權利要求1-13中任一項的方法，其中在酸存在下氫化。
全文摘要
本發明涉及一種在催化劑存在下，將相應取代的旋光性一元羧酸或二元羧酸或它們的酸衍生物氫化來生產旋光性的羥基－、烷氧基－、氨基－、烷基－、芳基－或氯取代的具有3－25個碳原子的醇或羥基羧酸或它們的酸衍生物或環化產物的方法，該催化劑的活性組分含有選自Pt、Pd、Rh、Ir、Ag、Au的貴金屬和至少一種選自如下元素的其他元素Sn、Ge、Mo、W、Ti、Zr、V、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、In、Pb、Bi、Cr、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb和Lu。
文檔編號C07C31/22GK1918095SQ200580004888
公開日2007年2月21日 申請日期2005年2月8日 優先權日2004年2月13日
發明者H·烏爾特爾, M·勒施, A·豪納特 申請人:巴斯福股份公司