CN1228428A - 大环酯或内酯的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种在两步反应中制备大环酯或内酯的方法。这个反应是通过具有和大环相应碳原子数的单体的线性低聚合和环化裂解的途径进行的,其中包含在一种三价铁的配合物存在的条件下进行这两步反应的方法。

Description

大环酯或内酯的制备方法

本发明涉及一种经过改进的用二羧酸或二羧酸二烷基酯和二醇或者用羟基羧酸，使用一个新颖的催化剂制备大环酯或内酯的分二步骤的方法。本发明还单独涉及此方法的第二步骤。

大环酯和内酯在香料工业中由于它们广为人知的麝香或龙涎香成分起重要作用并可作为定影液。最需要的是13-至18-员环的***。

已经知道大环内酯可以通过某二步反应制备，其中首先制备出线性低聚酯或聚酯，然后通过热解聚使其环化。解聚环化在例如J.Am.Chem.Soc.57(1935)，929-34中和US-A-4,175,321中描述过。

低聚酯或聚酯制备方法第一步骤中，起始材料是二羧酸和二醇，其通常在120到200℃间进行，且绝大多数情况下不用催化剂。例如，DE 32 25 431的方法利用二羧酸的酸性，省略掉酸性催化剂，并且接受长的反应时间。DE-A 28 40 905和US Patent 4,393,223的方法使用一个酸性固定床催化剂。但是，在解聚步骤之前，有必要加入另外一种催化剂，因为酸性固定床催化剂的效率在接下来的解聚步骤中较差或有限。

第二步的环化解聚，在例如J.Am.Chem.Soc.57(1935)，929-34中和US-A-4,175,321中描述过。它在一种催化剂存在下且通常在200到300℃间进行。形成的大环结构在这些条件下，具有相对高的蒸汽压，这表明从反应混合物或反应器中蒸馏掉它们是可能的。已知有很多种在这一步骤中适用的催化剂，比如Lewis酸、碱金属烷氧化物和碱土金属烷氧化物、氧化物、氢氧化物和例如氢卤酸、硝酸、碳酸、硼酸和羧酸所成的盐。这些盐的一些母酸作为催化剂也合适。这些盐的合适的阳离子成分有碱金属、碱土金属和重金属，例如铁、铜、铅、锌、锡、镍、钛和锆。

在起始材料为二羧酸二烷基酯和二醇、并且借以通过酯交换制备低聚酯或聚酯的方法中，已经证明为成功的催化剂有烷基锡酸盐、钛酸盐和锆酸盐(参见DE 32 254 31，DE 28 409 05)。它们也是适用于解聚环化的催化剂。但是这些化合物具有相对高的蒸汽压，因而只能困难地从大环酯或内酯中分离掉它们。因为它们也是酯交换催化剂，它们在蒸馏或保存期间，甚至几个ppm的浓度都会产生线性低聚体或聚合体。

现在已经发现，大环酯或内酯可以优选的在一个二步骤反应中通过线性低聚化具有合适数量的碳原子的单体，然后环化解聚来制备，假设这二步骤都在一种三价铁的复合物存在下进行。

这种方法以极好的产率制备出大环酯或内酯，它们通过减压蒸馏而得到，因而构成很纯，适于香料工业中使用。在该反应条件下，催化剂是不挥发的，表明提纯蒸馏不被使低聚酯或聚酯断链的催化逆转反应所破坏。第二步骤中低聚酯的环化裂解可以完美地与第一步骤中的它们的制备相匹配，因为三价铁的复合化合物既是酯化催化剂、又是酯交换反应催化剂。

大环酯或内酯可以包括10到24个环成员。优选的是上面提到的具有13至18个环成员的、在香料工业中有价值的大环。优选的具有13到18个环成员的大环内酯是从具有12到17个碳原子的末端羟基羧酸来制成的。对应的，大环酯(或者二内酯)是从二羧酸或者二羧酸二烷基酯和二醇来制成的，这种情况下这些单体必须经过挑选、以便可以制备出具有所要求的环成员数量的二内酯。具有14个环成员的二内酯是从例如由己二酸和1，6-己二醇形成的线性低聚酯制成。十二烷二酸和乙二醇制成一种具有16个环成员的大环二内酯。大环酯或内酯可以从，除了羟基和羧基基团以外，具有饱和碳氢结构的单体制成。但是它们也可以，包含有氧或氮原子。

适用于本发明方法的羟基羧酸在官能团之间具有，例如，8到20个碳原子。这样的例子有，尤其是，末端羟基羧酸，例如11-羟基十二烷酸、12-羟基十三烷酸、15-羟基十六烷酸、17-羟基十八烷酸和11-羟基-10-甲基十二烷酸。合适的二羧酸具有，例如，在羧基之间的4到20个碳原子。这样的例子有，尤其是，琥珀酸、己二酸、辛二酸、癸二酸和1，12-十二烷二酸。在羟基基团间可能包括有例如2到12个碳原子的合适的二醇中，以下的例子可以提及：乙二醇、二乙二醇、1，3-丙二醇、1，4-丁二醇、1，6-己二醇、1，8-辛二醇和1，12-十二烷二醇。如上所提及，大环既包含来自于羧基和羟基基团的缩合反应的氧原子，也可能在环中包含其他杂原子。对这些，则使用含有适当杂原子的二羧酸、二醇和/或内酯。

本发明方法的一个关键特征是在该方法的两个步骤中都使用了复合铁(III)化合物作为催化剂。特别有效的铁(III)配合物是与具有二齿配位体的螯合配位剂的那些。在合适的螯合配位剂中，以下的例子可以提及：1，3-二羰基化合物，例如乙酰基丙酮和乙酰乙酸酯；乙二胺四乙酸(EDTA)，次氮基三乙酸(NTA)，六氰基铁(III)酸钾和乙二醇双(2-氨基乙基)四乙酸。优选的是NTA和它的酸性或中性碱金属盐。铁(III)配合物是已知物质并且，优选的在水介质中，直接从铁(III)盐和配位剂制备。它们优选的采用基于制备线性低聚体的起始材料0.1到1％重量的用量，在反应第一阶段开始时一次加入，分两批在反应二阶段每一阶段开始时加入或者分成更小批量或者贯穿二阶段连续不断的加入。

在本发明的方法的第一阶段，单体转化为线性低聚酯，它优选具备(平均数)大约从400到10,000的分子量，使用聚苯乙烯作为标准由凝胶渗透色谱法测定。依据起始材料和催化剂的用量，本发明方法优选地在50到300℃温度下，在常压、减压或者升压条件下，从0.01hPa到10MPa下进行。为了促进反应进程或者反应物的溶解度，一种惰性溶剂可以伴随使用。在大环酯(或者二内酯)的制备中，有可能通过改变二羧酸对于二醇的摩尔比的已知方式控制分子量。二醇的使用优选为较明显超量的摩尔量，例如从3∶1到20∶1。在从羟基羧酸制备大环内酯过程中，有可能通过反应的持续时间和/或用高沸点惰性溶剂，例如聚乙二醇二烷基醚稀释，控制分子量。对任何给定的***，可以通过试探性的实验而容易地确定可能用以得到所需分子量的参数。

在本发明的第一步骤中，代替铁(III)配合物，也可以使用常规的酸性催化剂，例如酸性无机或者有机离子交换剂，在进入第二步骤之前，例如通过过滤来移除它。尽管那样的话则必须变换催化剂，但这仍然是优越于上述的，迄今为止优选的锡、钛和锆催化剂，这不存在接下来大环反应产物发生聚合的可能性。

在本发明的第二步骤中，线性低聚酯在铁(III)配合物存在下被加热到150到300℃之间，优选的在0.01到700hPa之间的压力下。使压力和温度相关联，以便使得到的大环和可能的溶剂和也可能的剩余反应物，例如二醇，可蒸馏出来。大环化合物可以通过从蒸馏物中再一次蒸馏而获得高纯度。

两个步骤中的和其中之一步骤中的反应可以批量或者连续的进行。对于批量制备，反应在例如附有蒸馏柱的搅拌容器中进行。反应也可以连续进行，把反应物和催化剂在一个合适的压力下通过适当加热的反应区并且连续蒸馏掉反应混合物。

下面的例子是用来更详细地说明本发明，但并非限制它的应用范围。实施例1

1.1制备低聚酯

300克的十二烷二酸二甲酯(1.16摩尔)和600克的乙二醇(9.7摩尔)和0.3克铁(III)乙二胺四乙酸配合物的单钠盐在一个2升装备搅拌器和蒸馏附件的玻璃烧瓶里被加热到180℃。在大气压下经过3至4小时蒸馏出来大约70到74克的甲醇。该反应可以用气相色谱法进行监测。这个方法产生一种具有从40到50℃的熔融温度和大约600的平均分子量的低聚酯。

1.2  环化步骤

把第一步化学反应后生成的混合物缓慢加热到250℃。与此同时，将压力逐渐减小至15hPa。乙二醇和环十二烷二酸乙二醇酯就会蒸馏出来。对馏出物进一步蒸馏，可获得180克纯十二烷二酸乙二醇酯，相当于95％的产率。实施例2

2.1制备低聚酯

在一个装备搅拌器和蒸馏附件的2升玻璃烧瓶中加入586克巴西基二酸二甲酯(2.15mol)、294克乙二醇(4.74mol)以及1.6克三(2，5-pentadianato)铁(III)(0.005mol)并加热。反应持续4小时，把反应的温度保持在150℃与250℃之间。用3至4小时，将大约134克甲醇(约4.2mol)在大气压下蒸馏出来。于是得到746克平均分子量约为600，熔融温度为40℃到50℃的低聚酯。

2.2  环化步骤

在一个装备搅拌器和蒸馏附件的1升玻璃烧瓶中加入300克分子量约为2000的聚乙二醇二甲基醚，在10hpa的压力下加热至280℃。再向此混合物中经8小时称量加入746克被加热至170℃的低聚酯与1500克乙二醇的混合物。称量加入开始不久，巴西基二酸乙二酯与乙二醇作为一种混合物被蒸馏出来。这种混合物分成二相。上层含有巴西基二酸乙二酯的相被蒸馏提纯，可获得540克纯巴西基酸乙二酯。从相间隔分离出来的下层含乙二醇的相可回收到第一步中去制备低聚酯。基于使用的巴西基二酸二甲酯，理论产率是92％。实施例3

3.1制备低聚酯

在一个2升的玻璃烧瓶中加入399克十二烷二酸(12.1mol)，1.653克乙二醇(26.6mol)和1.65克六氰基铁(III)酸钾(0.05mol)，搅拌4小时并保持温度在170℃与200℃之间。将氮气缓缓地通入混合物，会有约33克水从中浓缩出来。这样得到的低聚酯的平均分子量约为800，熔融温度为50℃到55℃。

3.2  环化步骤

在一个装备搅拌器和蒸馏附件的1升玻璃烧瓶中加入300克平均分子量约为2000的聚乙二醇二甲基醚，在1hPa的压力下加热至260℃。在4小时的过程中称量加入1.017克低聚酯。称量加入开始不久，环状十二烷酸乙二醇酯和乙二醇被蒸馏出来。这种混合物分成二相。对上层含十二烷酸乙二醇酯的相蒸馏提纯，可获得314克纯十二烷二酸乙二醇酯，基于使用的十二烷二酸理论上相当于95％的产率。实施例4

在第一步反应中，制备出一种平均低聚度为3.5的15-羟基十五烷酸的低聚酯，一种乙二胺四乙酸的铁(III)配合物单钠盐用作催化剂。在第二步反应中，在一个1升反应器中加入240克低聚酯，其中包含0.5克上述钠盐，和300克平均分子量约为2000的聚乙二醇二乙基醚一起在2hPa压力下加热至300℃。大约4小时之后，214克环十五交酯(pentadecanolide)被蒸馏出来，理论产率相当于约89％，基于使用的15-羟基十五酸。

Claims (7)

1.在两步反应中通过首先使具有和大环相应碳原子数的单体的线性低聚合和之后的环化解聚来制备大环酯或内酯的方法，包含在一种三价铁的配合物存在的条件下进行该两个反应步骤。

2.通过对由具有和大环相应碳原子数的单体制备成的低聚酯进行环化解聚，来制备大环酯或内酯的方法，包含在一种三价铁的配合物存在的条件下进行环化解聚反应。

3.权利要求1或2的方法，其中大环化合物含有13到18个环原子。

4.权利要求1到3任何一项中的方法，其中线性低聚酯是在温度为50℃到300℃，压力为0.01hPa到10Mpa的条件下制备出来的。

5.权利要求1到4中任何一项的方法，其中解聚环化作用是在温度为150℃到300℃，压力为0.01hPa到700hPa的条件下进行的。

6.权利要求1到5中任何一项的方法，其中铁(III)配合物的浓度按重量计是0.01％到1％，基于第一步反应中的起始物质。

7.权利要求1到5中任何一项的方法，该方法以分批方式实行或连续方式实行。