專利名稱：選擇性氧化伯醇的方法
技術領域：
本發明涉及在催化量的二-叔烷基硝酰化合物，特別是2,2,6,6-四甲基吡啶-1-酰(TEMPO)存在下使用氧化劑選擇性氧化伯醇的方法。
這種方法可從Tetrahedron lett.34,1181-1184(1993)得知，該文獻描述了單糖的氧化，其中非伯羥基被部分保護，在一兩相溶劑體系(二氯甲烷和水)中使用次氯酸鈉、溴化鉀和2,2,6,6-四甲基吡啶-1-酰以制得對應的糖醛酸。WO95/07303介紹了一種在水性介質中以9-13的PH值、用次氯酸鹽/2,2,6,6-四甲基吡啶-1-酰氧化碳水化合物的方法。在WO96/38484中介紹了用2,2,6,6-四甲基吡啶-1-酰氧化淀粉和纖維素及其它淀粉醚的羧甲基和羥乙基衍生物。
這些現有的氧化反應具有可選擇性地進行的優點，其中伯醇的氧化大大好于仲醇。然而，這些公知的方法使用次氯酸鹽作為實際的氧化劑且由此產生氯化物和一些氯化副產物對于伯醇完全氧化成羧酸，使用兩摩爾當量的次氯酸鹽而得到兩摩爾當量的氯化物。這是一個嚴重的缺陷，因此日益需要低氯或甚至是無氯的氧化方法。
現已發現，伯醇官能團的氧化可不使用等當量含氯化合物且可能使用過氧化氫作為最終的氧化劑。本發明的方法是由所附權利要求書的特征部分限定。
在下列說明中，為了簡單的緣故，只使用TEMPO，但應理解的是，其它二叔烷基硝酰，例如4,4-二甲基噁唑烷-N-酰，2,2,5,5-四甲基吡啶-1-酰和4-羥基-TEMPO和其衍生物且在WO95/07303中介紹的那些物質可用于替代TEMPO。催化量的硝酰基于伯醇優選為0.1-2.5重量％，或相對于伯醇為0.1-2.5摩爾％。
在本發明中存在的鹵化物用于再生TEMPO。所述鹵化物可以是氯化物，但優選是溴化物。所述鹵化物可這樣地添加至反應混合物中，但也可以它的一種等同物或以一種分子鹵素添加。通過過酸將鹵化物離子氧化成分子鹵素且該分子鹵素使TEMPO再生。由此，TEMPO和鹵化物兩者僅需要以催化量存在。相對于伯醇，氯化物的催化量可以是0.1-40，優選為0.5-10摩爾％。
所述過酸可以是任一種過鏈烷酸例如過乙酸、過丙酸、過月桂酸等，一種取代的鏈烷酸例如過氧化三氟乙酸、一種選擇性地取代的芳香過酸例如過苯甲酸或間-氯代過苯甲酸或一種無機過酸例如過硫酸或上述過酸的任一種鹽，例如可以商品名Oxone市售購得的過氧化單硫酸鉀。所述過酸可在氧化反應之前或在氧化反應過程中，在現場從一種前體例如對應的醛、(羧)酸、酸酐、酯或酰胺化物，例如四乙酰基-乙二胺，與一種合適的不含鹵素的氧化劑，例如過氧化氫或氧反應形成。
本發明的方法使得伯醇首先氧化成對應的醛，且最終氧化成對應的羧酸。通常而言，所述第二氧化步驟，從醛至羧酸，比第一個步驟(即從醇氧化成醛)以更快的速率進行。在通常的實驗條件下，含有的醛官能團的最大比率將在約10和15％之間(基于氧化反應可用的伯羥基的數目)。本方法特別適用于對醇中的伯羥基的選擇性氧化，所述醇除了伯醇官能團之外，還有仲醇官能團，例如1,6-辛二醇、1,9-十八烷二醇、糖醇、苷、且特別是具有伯醇官能團的碳水化合物例如葡聚糖(淀粉，纖維素)，呋喃果聚糖，半乳聚糖，(半乳)甘露聚糖等。適合用于本方法的氧化反應的特定化合物是羥烷基化的，特別是羥烷基化的碳水化合物例如羥乙基淀粉或羥乙基菊粉。這些衍生物導致制備甲酰甲基和羧甲基碳水化合物的一種替代物。
含伯羥基的碳水化合物的氧化得到含帶有完整環狀系統的醛和/或羧酸的對應碳水化合物。例子包括α-1,4-葡聚糖-6-醛，β-2,1-果聚糖-6-醛和β-2,1-果聚糖-1-醛，以及對應的羧酸。其中這些產物仍然包括醛，它們可用于官能化碳水化合物的中間體，其中醛基團進一步與例如胺類化合物等反應。它們也可用作交聯碳水化合物的中間體，其中醛基進一步與二胺類試劑反應。
實施例1甲基α-D-吡喃葡糖苷的氧化將1克甲基α-D-吡喃葡糖苷(5.15mmol)于室溫下溶解在60毫升水中。將200毫克NaBr(1.94mmol)，20毫克TEMPO(0.13mmol)，10毫克EDTA(用作穩定和氧化劑)和2.5克NaHCO3添加至該溶液中。過乙酸(1.32mmol/ml)以每10分鐘200μl的量加入直至根據100％氧化成6-羧酸(14.6mmol)的理論計算的剩余量得以加完。通過使用PH-stat添加1M NaOH將PH值保持在7。反應時間是8小時。使用Blumenkrantz方法用半乳糖醛酸作為參比測得的氧化度為95％。高效陰離子交換色譜(HPAEC)顯示，氧化度大于95％。沒有檢測到比糖醛酸還高的峰值以及痕量的原材料。實施例2α-D-吡喃葡糖苷磷酸鹽的氧化將1.97克α-D-吡喃葡糖苷磷酸鹽(2K+.C6H11O9P2-.2H2O,5.5mmol)于室溫下溶解在60毫升水中。將210毫克KBr(1.76mmol),20毫克TEMPO(0.13mmol),10毫克EDTA和2.5克NaHCO3添加至該溶液中。過乙酸(10ml,1.69mmol/ml)以每10分鐘200μl的量加入。通過使用一個PH-stat添加2MNaOH將PH值保持在8。16小時后完成反應。在添加甲醇后，產物從混合物中結晶而得到α-D-吡喃葡糖苷酸1-磷酸鹽(3K+.C6H8O10P2-.5H2O,1.90g,4.0mmol,73％)。NMR(500 Mhz,D2O,in ppm):1Hδ3.32(dd,H-4,J3,4=9.5Hz,J4,5=9.9Hz),3.35(m,H-2,Jp,H2=1.8Hz,J1,2=3.4Hz,J2,3=9.5Hz),3.62(dd,H-3,J2,3=9.5Hz,J3,4=9.5Hz),3.99(d,H-1,J4,5=9.9Hz),5.30(dd,H-1,JP,H1=9.5Hz,J1,2=9.9Hz),13Cδ71.4(C-2),71.5(C-3,C-4),72.4(C-5),93.0(C-1),176.6(C-6)。實施例3D-葡糖苷酸的氧化將1.94克D-葡糖苷酸(10mmol)于室溫下溶解在50毫升水中。將196毫克KBr(1.65mmol),30毫克TEMPO(0.20mmol),10毫克EDTA和1.0克NaHCO3添加至該溶液中。過乙酸(8ml,1.69mmol/ml)以每10分鐘200μl的量加入。通過使用PH-stat添加2M NaOH將PH值保持在8。16小時后完成反應。將反應混合物用濃鹽酸酸化至PH3.4且將產物結晶以得到D-葡糖二酸，單鉀鹽(K+.C6H9O8P2-.H2O,1.55g,0.62mmol,62％)。FT-IR(in cm-1):3379(s),3261(s),2940(m),1738(s),1453(m),1407(m),1385(m),1342(m),1267(m(,1215(m),1108(s),1050(m),862(m),657(m)。實施例4淀粉在PH5下的氧化將1克土豆淀粉(6.17mmol)于100℃下在60毫升水中膠凝化。將200毫克NaBr(1.94mmol),20毫克TEMPO(0.13mmol),10毫克EDTA和2.5克乙酸鈉添加至該溶液中。過乙酸(1.51mmol/ml)以每10分鐘200μl的量加入直至根據100％氧化成6-羧酸(13.6mmol)的理論計算的剩余量得以加完。通過使用PH-stat添加1.0M NaOH將PH值保持在5。反應時間是8小時。氧化度(Blumenkrantz-半乳糖醛酸)26％6-羧基淀粉。實施例5淀粉在PH6下的氧化將1克土豆淀粉(6.17mmol)于100℃下在60毫升水中膠凝化。在室溫下將200毫克NaBr(1.94mmol),20毫克TEMPO(0.13mmol),10毫克EDTA和1.25克NaH2PO4和1.25克Na2HPO4添加至該溶液中。過乙酸(1.51mmol/ml)以每10分鐘200μl的量加入直至根據100％氧化成6-羧酸(13.8mmol)的理論計算的剩余量得以加完。通過使用PH-stat添加1.0 M NaOH將PH值保持在6。反應時間是8小時。氧化度(Blumenkrantz-半乳糖醛酸)40％6-羧基淀粉。實施例6淀粉在PH7下的氧化將1克土豆淀粉(6.17mmol)于100℃下在60毫升水中膠凝化。在室溫下將200毫克NaBr(1.94mmol),20毫克TEMPO(0.13mmol),10毫克EDTA和2.5克NaCO3添加至該溶液中。過乙酸(1.35mmol/ml)以每10分鐘200μl的量加入直至根據100％氧化成6-羧酸(18.4mmol)的理論計算的剩余量得以加完。通過使用PH-stat添加1.0 M NaOH將PH值保持在7。反應時間是11.5小時。使用Blumenkrantz方法用半乳糖醛酸作為參照而測得的氧化度為95％6-羧基淀粉。用高效陰離子交換色譜測得的氧化度86％6-羧基淀粉。實施例7淀粉在PH8下的氧化重復實施例6，然而將PH值保持在8。消耗的過乙酸是13.9mmol。氧化度(Blumenkrantz-聚半乳糖醛酸)是91％6-羧基淀粉。實施例8淀粉在PH9下的氧化重復實施例6，然而將PH值保持在9。消耗的過乙酸是11.9mmol。氧化度(Blumenkrantz-聚半乳糖醛酸)是90％6-羧基淀粉。實施例9淀粉在PH10下的氧化重復實施例6(使用2.5克Na2HPO4代替NaHCO3)。消耗的過乙酸是(1.35mmol/ml)是14.3mmol。氧化度是37％6-羧基淀粉。
權利要求
1.一種在催化量的二叔烷基硝酰存在下使用氧化劑氧化一種伯醇的方法，其特征在于，將所述醇在催化量的鹵化物存在下使用一種過酸或其鹽或前體進行氧化。
2.根據權利要求1所述的方法，其中鹵化物是溴化物。
3.根據權利要求1或2所述的方法，其中所述二叔烷基硝酰是2,2,6,6-四甲基吡啶-1-酰。
4.根據權利要求1-3任一所述的方法，其中使用PH5-11，特別是PH7-10。
5.根據權利要求1-4任一所述的方法，其中所述過酸是一種過鏈烷酸，特別是過乙酸。
6.根據權利要求1-5任一所述的方法，其中所述過酸是由過氧化氫在現場制得。
7.根據權利要求1-6任一所述的方法，其中所述伯醇是一種碳水化合物。
8.根據權利要求1-6任一所述的方法，其中所述伯醇是一種羥烷基化碳水化合物。
全文摘要
伯醇,特別是在碳水化合物中的伯醇可選擇性地在低鹵素方法中,通過使用過酸、在催化量的二叔烷基硝酰(TEMPO)和催化量的鹵化物存在下被氧化成醛和羧酸。鹵化物優選是溴化物且該方法可在接近中性或微堿性pH(5—11)下進行。所述過酸可通過過氧化氫或氧制備或再生。所述方法適合于制備糖醛酸或用于引入易于進行交聯或衍生的醛基。
文檔編號C07B61/00GK1299373SQ99805863
公開日2001年6月13日 申請日期1999年5月4日 優先權日1998年5月7日
發明者揚·彼得·菠德盧格特, 揚·馬泰斯·耶滕, 阿里·科內利斯·貝塞梅爾, 亨德里克·阿倫德·范多倫 申請人:荷蘭應用科學研究會(Tno)