醇介导的羧酸与碳酸酯的酯化制造技术

描述了一种用于通过使羧酸与碳酸二烷基酯在一种含醇溶剂中在没有任何外来酸或碱催化剂的情况下反应从有机酸制备酯的方法。该制备方法的一个益处是它可以使得酯产物的分离和萃取与常规的分离技术相比更简单并且更容易。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】醇介导的羧酸与碳酸酯的酯化优先权要求本申请要求2012年10月29日提交的美国临时申请号61/719,537的优先权权益，该申请的内容结合在此。专利
本专利技术涉及一种用于从有机酸制备酯的化学方法。具体地，本专利技术涉及羧酸与碳酸酯在一种溶剂中的反应以生产酯。背景酯是在所有合成有机化学领域中以不同的角色遇到的重要的一类化合物。制备酯的通用方法从羧酸开始，这些羧酸与醇使用酸催化剂直接缩合(费歇尔酯化反应)。不管它们的效用，这些先前的酯化方法受制于若干环境缺点。费歇尔酯化反应是一种典型地通过强、腐蚀性、无机酸(例如，pKa<0)催化的平衡过程。在该反应中产生的水必须通过共沸或者通过使用一种脱水剂连续不断地去除或者通过使用极过量的醇抵消其作用。通常所使用的醇类(如甲醇和乙醇)可以产生遗传毒性的烷基硫酸酯。酰化和烷基化由于盐产生、毒性催化剂和试剂的使用以及含氯溶剂的使用是固有地有污染性。近年来，化学家已经寻找其他的可以是更少污染并且更环境友好的酯制备方法。碳酸二甲酯(DMC)作为一种“绿色”试剂在或者酸催化或碱催化的甲基化或者苯胺类、酚类、活性亚甲基化合物和羧酸的甲氧羰化中已经成果卓著。DMC的吸引力在于它是无毒的并且仅仅产生CO2和甲醇(可回收的)作为副产物的事实。若干团体已经提出了在碱催化的甲基化或者苯胺类、酚类、活性亚甲基化合物和羧酸的甲氧羰化中使用DMC的不同的方法。其他已经提出了一种用于羧酸在温和(～80-90℃)并且无溶剂的条件下使用DMC和碳酸二乙酯(DEC)在酸催化下的酯化的化学选择性方法。(参见，VamsiV.Rekha等人，“一种用于羧酸酯化的简单、有效、绿色、成本有效并且化学选择性的方法(ASimple,Efficient,Green,CostEffectiveandChemoselectiveProcessfortheEsterificationofCarboxylicAcids)”有机过程研究与开发(OrganicProcessResearch&Development)，第13卷，第4期，769-773(2009)。)该方法要求使用强酸(即，pKa<0)如H2SO4、或对-甲苯磺酸(PTSA)，或者温和的酸如间甲苯酸(MTA)，这在纯化之前要求一个下游中和步骤。当前有机酸与DMC的酯化反应的另一个问题是它们经常在二甲基甲酰胺(DMF)中进行，由于DMF的高沸点(例如，～153℃)和随时间的推移分解的倾向(可导致高毒性和反应性的二甲胺的形成)，这可能在合成后的下游处理和纯化中是麻烦的。所希望的酯产物的这种污染可能是昂贵并且有害的。鉴于以上缺点，需要一种新的酯化方法，该方法可以消除或最小化与依赖于一种外来催化剂的酯化反应有关的问题。专利技术概述本专利技术提供了一种制备酯的方法。该方法涉及一种有机酸与一种碳酸二烷基酯在一种含醇溶剂存在下并且没有或者外来酸性或者碱性催化剂物种的情况下的反应。该方法进一步包括分离对应的酯。该有机酸是一种单-、二-、三-羧酸或此类有机酸的组合。该溶剂是由一种醇、不同醇的混合物、或者醇和非醇物种的组合组成的。该醇在该碳酸二烷基酯与有机酸之间的反应中起介导剂的作用。由于该醇的固有的亲核性推动酯合成，不存在一种外来酸或一种碱催化剂。取决于反应物种，可以单独产生单酯、二酯、或三酯、或其呈不同组合的混合物。在另一个方面中，本专利技术涉及一种酯化合物，该酯化合物从一种羧酸与一种碳酸酯在含醇溶剂中在不存在或者酸或者碱催化剂下的反应形成。本专利技术方法的另外的特征和优点将披露于以下详细说明中。应理解，以上概述和以下详细说明和实例都仅代表本专利技术，并且旨在提供概要以便理解如所要求保护的专利技术。附图简要说明图1是根据本专利技术方法的一个重复的酯化反应的图解。图2是对于原位碳酸酯置换的一个限速步骤的图解。图3示出了根据本专利技术的一个实施例的一组酯化反应，其中不同的羧酸与碳酸甲酯在甲醇中反应。图4示出了根据本专利技术的一个实施例的一组酯化反应，其中不同的羧酸与碳酸二乙酯在乙醇中反应。图5示出了一组对比的酯化反应，其中乙酰丙酸在纯的碳酸酯中在没有一种醇溶剂情况下反应。专利技术详细说明第I部分-说明在本披露中，描述了一种容易的、有效的从有机酸使用环境友好或所谓的“绿色”、无毒的碳酸二烷基酯(例如，碳酸二甲酯或碳酸二乙酯)在醇溶剂(例如甲醇或乙醇)中制备酯的方法。该酯合成方法涉及一种醇介导的在有机酸与碳酸酯之间的不存在或者外来酸或者碱催化剂下的反应，该反应在相对短的反应时间内进行。这种方法是前所未有的，因为进行酯化不必需附加的外来酸或碱催化剂。根据本专利技术方法的一种有机酸与一种碳酸二烷基酯的酯化导致该有机酸至其对应的有机酸烷基酯(以相对高产率(例如，≥35％))的高转化率(例如，≥50％)。这些烷基酯可以容易地从该反应混合物中分离，不需要中和，如通过至少分馏、色谱法或两者。实现了这种方法，具有最小量的副产物。尽管不受理论所束缚，图1呈现了一种用于本专利技术的酯化反应的提出的、非限制性的机理的图解。在该提出的机理中，该有机酸在该反应中起到双重作用。该有机酸本身，首先用来活化该碳酸酯，并且其次，用作一种化学反应物。通过该有机酸的自催化避开了对一种外来催化剂的需求。附加地，该机理示出了一种醇溶剂/共溶剂用作导致产物和CO2的形成的假定的酸酐结构的分解的不可逆步骤中的试剂。总体上，本专利技术的酯化反应利用溶剂分解，其中该溶剂用作一种试剂，凭借其大量过量向前推动该反应。对于根据本专利技术方法进行的酯化，在该反应中的溶剂是一种醇。溶剂离解反应导致亲核取代(即，其中一个分子中的一个原子或原子基团被另一个原子或原子基团取代的反应)，其中富电子溶剂充当加入然后促使小分子或基团从底物消除的亲核体。不像常规的酯化反应，在本专利技术方法中该含醇溶剂根据传统的亲核取代机理不起作用，其中该醇的R-取代基直接地取代一个离去基团。不受理论束缚，图2说明了本专利技术酯化反应的一个假定的限速步骤，其涉及通过一个置换过程从碳酸二烷基酯中原位产生碳酸烷基酯，其中形成了一种酸酐酯。在一种分子间转化中的这种瞬态中间体物种在醇的存在下快速地分解为对应的烷基酯同时释放CO2和一摩尔当量的醇。该溶剂置换的碳酸酯是统计上优选的产物。这种结果表明了醇物种通过该酸酐中间体而不是碳酸酯本身的分解推动酯的形成，因为无论什么碳酸酯(可能以其开始)都将取决于使用什么种类的醇而改变。总体上，当羧酸与一种碳酸二烷基酯在对应的烷基醇中反应时，该醇的烷基基团似乎控制产生哪种酯物种。例如，当该碳酸二烷基酯的烷基基团不同于该醇的烷基基团时(例如，DMC与乙醇)，所产生的酯将主要具有与该醇的烷基基团相似的烷基基团(即，二乙基酯)。因此，一种含醇溶剂的存在对于这种方法是重要的。该酯化反应可以通过一种单独的醇溶剂或一种包含醇和非醇物种的混合溶剂推动，并且不需要外来的酸或碱催化剂。似乎在一个反应中超过碳酸酯量的更大量的醇将帮助推动该酯化完成。因此，在某些实施例中，存在的醇的量是超过碳酸酯的化学计算量的约1.5倍至3倍。在其他实施例中，所使用的醇的量是超过碳酸酯的化学计算量的约2倍至4倍，或者令人希望的约5倍至7倍或10倍。在该反应中使用的碳酸酯的化学计算量应该是超过该有机酸的羧基数目本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备酯的方法，该方法包括：在一种反应混合物中在含醇溶剂的存在下在没有外来催化剂的情况下使一种有机酸与一种碳酸二烷基酯反应。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.10.29 US 61/719,5371.一种制备酯的方法，该方法包括：在一种反应混合物中在含醇溶剂的存在下、在没有外来催化剂、在足以产生酯的温度和时间的情况下使一种有机酸与一种碳酸二烷基酯反应，其中所述含醇溶剂中的醇起到介导所述酯的形成的亲核体的作用，其中所述醇是以超过碳酸二烷基酯的化学计算量存在，并且其中所述有机酸为琥珀酸，所述碳酸二烷基酯选自碳酸二甲酯(DMC)或碳酸二乙酯(DEC)，所述含醇溶剂选自甲醇或乙醇。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述方法进一步包括通过至少分馏、色谱法或两者从所述反应混合物中分离所述酯。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述有机酸与碳酸二烷基酯在130℃至230℃之间的温...

【专利技术属性】
技术研发人员：肯尼斯·斯滕斯鲁德，米切尔·舒尔茨，帕德麦什·温基塔苏布拉马尼安，
申请(专利权)人：阿彻丹尼尔斯米德兰德公司，
类型：发明
国别省市：美国;US