專利名稱：用無機酸和表面活性劑制備高產率糖醇縮醛的方法
技術領域：
本發明涉及一種在無機酸和至少一種含有至少一個鏈長為6個碳的側基的表面活性劑存在下，通過未取代或取代的苯甲醛與糖醇(如山梨糖醇、木糖醇和核糖醇)反應，制備糖醇縮醛，如二亞芐基山梨糖醇、單亞芐基山梨糖醇及其類似物的方法。此反應提供一種成本有效，相對安全的方法，它給出糖醇縮醛產物的卓越高產率，特別是迄今為止由于工藝限制還沒能容易得到的那些，這些產品包括雙(5-亞2，3-二氫化茚基)山梨糖醇。此外，這類專門反應也是制備某些可以容易地從形成的其它異構體分離的化合物的公知方法。而且，此方法也促進以可接受的產率生產某些不對稱糖醇縮醛化合物和組合物。這些糖醇縮醛可用作成核劑和澄清劑用于如聚烯烴配制劑和制品。
現有技術背景以下討論的所有美國專利文獻和其它公開文本在此完整引入作為參考。
已經發現二亞芐基山梨糖醇(“DBS”)、取代的DBS，例如可以用烷基取代的芳香醛制備，以及相關的縮醛可在聚烯烴樹脂、聚酯類樹脂、除臭劑、和防汗劑組合物；烴類燃料；廢液，尤其是含有有機雜質的那些；和油漆中用作成核劑、澄清劑、膠凝劑、操作助劑和強度改性劑。
糖醇縮醛，如DBS衍生化合物，一般通過芳香醛與多元醇，例如但不限于山梨糖醇、木糖醇和核糖醇及其類似物的縮合反應制備。對于DBS結構，這類反應包括2摩爾醛和1摩爾醇。適當的方法的例子可以在Uchiyama的U.S.4,267,110；Murai等人的U.S.3,721,682；Murai等人的U.S.4,429,140；Machell的U.S.4,562,265；Kobayashi等人的U.S.4,902,807；Salome等人的U.S.5,023,354；和Scrivens等人的U.S.專利5,731,474中看到。
遺憾的是，這些現有反應方法全都在更寬范圍的反應中具有使用上的顯著缺陷。Uchiyama所教導的第一種方法僅用于制備有限的未取代苯甲醛類型的DBS化合物。這類方法通用性的缺乏嚴重限制了其在不同DBS化合物制備方法中的應用。溶劑為基礎的體系已經開發了DBS形成上的更高產率和更大通用性，例如，在Murai等人、Scrivens等人和Kobayashi等人的專利中，其全部涉及制備未取代的、單取代的或雙取代的二亞芐基山梨糖醇的反應。雖然這些反應在產生高產率、高純度DBS化合物上非常有效，但是所需的溶劑非常昂貴，進行必要混合所需要的能量和高溫要求也是很昂貴的。在減少這類溶劑的花費中，已經開發了低溫含水方法，如在Machell和Salome等人的專利中所述。Machell需要使用無機酸作為縮醛作用的單獨催化劑；Salome等人專門從他們的方法中排除了任何無機酸，相反僅依靠相對大量的芳基磺酸催化劑的存在來進行苯甲醛和糖醇化合物的縮醛作用。因此Machell需要大量無機酸而Salome等人需要昂貴的芳基磺酸化合物(如對甲苯磺酸、萘磺酸及其類似物)。但是更重要的是，現在已經發現這兩種方法中存在需要改進的關鍵問題。比如，現在如Machell僅使用酸或如Salome等人僅使用芳基磺酸作為縮醛作用催化劑的現有應用已經被很多理由證明非常困難。由于缺少足夠量的催化劑與反應體本身的接觸以實現結合從而進行縮醛作用，顯然僅使用酸的Machell方法缺少制備高度取代的DBS衍生物的效力，而且沒有意欲限于任何特定科學理論。在過去，這類無機酸被證明是未取代的或某些最低程度取代的苯甲醛(如對甲基苯甲醛)的唯一卓越催化劑。顯然雙取代的苯甲醛和上述那些是比較疏水的，因此不能在含水酸配制劑中很好地溶解。在這種情況下，由于在三個組分(如酸、苯甲醛和糖醇)間缺少有效接觸，雙取代(或更高級取代)的苯甲醛和糖醇的催化作用幾乎不存在。另一方面，苯甲醛和對甲基苯甲醛在這類含水酸配制劑中是很好溶解的，因而更容易接觸酸催化劑，從而允許更加有效的高產率糖醇縮醛作用。因此，從通用性角度看，雖然無機酸是縮醛作用方法中的最佳催化劑，但是僅使用它會由于溶解度問題而不能與某些反應體有效接觸。Salome等人的方法需要大量非常昂貴的芳基磺酸化合物(Salome等人需要苯甲醛對芳基磺酸的摩爾比率至少為1∶0.6)在反應混合物中作為單獨催化劑。雖然這類大量芳基磺酸催化劑已經證明對苯甲醛和糖醇的某些反應有效，花費以及缺少通用性兩者的結合從大規模的工業生產角度看是有問題的。單獨的芳基磺酸或不能充分接觸(如與對甲苯磺酸)或不是足夠強的單獨酸催化劑以在反應混合物中以低濃度為不同苯甲醛反應體提供更大通用性所需的反應性。因此，這類芳基磺酸的成本，由于相對較高且與更有效的無機酸相比極其高，對使用者造成了相當大的經濟上的問題。
很明顯，使用比較便宜的在較少量下是較好催化劑的無機酸，從成本角度考慮是優選方法；但是通用性的缺乏是這類方法廣泛應用和有效性的阻礙。兩個教導所給出的產率是可接受的，但是制備不同DBS化合物的大量變體的通用性存在問題。需要的是提供一種方法，它不僅允許制備標準對甲基二亞芐基山梨糖醇(MDBS)、3，4-二甲基二亞芐基山梨糖醇(DMDBS)和二亞芐基山梨糖醇(DBS)，還允許制備其它至今完全不可能制備或至少不能得到任何可接受的產率和/或純度的化合物。作為一些例子，1，32，4-雙(5-亞2，3-二氫化茚基)山梨糖醇不能作為產物得到，這是由于制備這類化合物缺乏在工業規模上的可接受產率或沒有使用過量活性苯甲醛的需要。已知這類化合物在聚丙烯配制劑中具有卓越的澄清和核化優勢，但還是由于缺乏大規模可靠實用性所需的有效制備方法而不容易在這類市場中應用。而且，其它類型的化合物，如某些對稱化合物[如1，32，4-雙(3-乙基-4-甲基亞芐基)山梨糖醇和1，32，4-雙(3，4-二乙基亞芐基)山梨糖醇]由于存在異構體和/或不容易從所需化合物中除去或分離的反應混合物添加劑而不能作為純產物得到。由于缺少通用性、成本問題、潛在腐蝕性，或這三者全部，以上所列和討論的方法被證明在DBS生產工藝中不能有效提供所需進展。沒有任何進一步的教導或客觀建議，擴展到其它DBS化合物領域來發展替代品以及更加專門的聚烯烴成核和/或澄清市場和產品受到阻礙。因此，需要發展一種方法來促進標準和新型糖醇縮醛衍生物化合物的高產率、可靠的、通用的、成本有效的、和安全的制備。至今還是，雖然一些允許制備有限類型的DBS化合物的方法確實存在、或提供一些通用性，但是在相當大的成本有效性上，幾乎沒有有效的替代來擴大生產大量這類糖醇縮醛衍生物的能力。
發明目的因此，本發明的一個目的是提供一種方法，一種用于制備高產率的糖醇縮醛衍生物化合物，最明顯的是不限制于對稱和不對稱DBS化合物的高度通用的方法。本發明的另一個目的是提供一種高度有效的方法，它制備特別是在大規模方法中至今未能以高產率制備而不引起成本和/或安全方面的潛在問題的化合物。本發明的另一個目的是提供一種方法，它還允許制備單縮醛衍生物和不對稱二亞芐基化合物。另外，本發明的目的是提供制備糖醇縮醛衍生物化合物的方法，它允許使用任何類型的表面活性劑組分從而促進在廣泛基礎上使用此方法并允許使用者在選擇反應組分上具有更高通用性和更低限制。
發明詳述因此，本發明包括一種制備糖醇縮醛衍生物化合物的方法，該方法包括至少一種芳香苯甲醛與至少一種糖醇在水、至少一種無機酸和至少一種表面活性劑的存在下反應。另外，本發明包括一種制備糖醇縮醛衍生物化合物的方法，該方法包括至少二分之一摩爾至少一種芳香苯甲醛與至少一摩爾糖醇在水、至少一種無機酸、和至多0.01摩爾(對應于存在的苯甲醛的量)表面活性劑存在下反應。這些方法的實際反應混合物也包含在本發明中。
現已發現向反應混合物中加入少摩爾量的長鏈表面活性劑可以通過苯甲醛和糖醇組分的無機酸催化得到縮醛糖醇衍生物更有效的產率。另外，本發明的方法也允許調節溶解度、無機酸的量和/或濃度的可能減少以實現更加環保、安全的反應。
任何糖醇縮醛衍生化合物可以通過本發明的方法制備，包括作為優選的但非限定類型的糖醇縮醛化合物的DBS化合物。通過本發明的方法制備的專門DBS衍生物包括(僅作為例子)1，32，4-二亞芐基山梨糖醇；1，32，4-雙(對甲基亞芐基)山梨糖醇；1，32，4-雙(對氯亞芐基)山梨糖醇；1，32，4-雙(2，4-二甲基二亞芐基)山梨糖醇；1，32，4-雙(對乙基亞芐基)山梨糖醇，縮寫為EDBS；1，32，4-雙(3，4-二甲基二亞芐基)山梨糖醇，縮寫為3，4-DMDBS；1，32，4-雙(3，4-二乙基亞芐基)山梨糖醇；1，32，4-雙(3-乙基4-甲基亞芐基)山梨糖醇；1，32，4-雙(4氯-3-甲基亞芐基)山梨糖醇；1，32，4-雙(3-氯-4-甲基亞芐基)山梨糖醇；1，32，4-雙(3-溴-4-異丙基亞芐基)山梨糖醇；1，32，4-雙(3-溴-4-甲基亞芐基)山梨糖醇和1，32，4-雙(3-溴-4-乙基亞芐基)山梨糖醇。其它化合物包括單縮醛衍生物，例如但不限于2，4-單(3，4-二甲基亞芐基)山梨糖醇、2，4-單(4-氟-3-甲基亞芐基)山梨糖醇及其類似物(例如不是2摩爾而是1摩爾芳香醛與糖醇反應)和三縮醛(如3摩爾芳香醛與1摩爾糖醇)。此外，可以制備不對稱化合物，例如，但不限于1，3-O-(3，4-二氯亞芐基)2，4-O-(3，4-二甲基亞芐基)山梨糖醇、1，3-O-(3，4-二氟亞芐基)2，4-O-(3，4-二甲基亞芐基)山梨糖醇、1，3-O-(3，4-二氯亞芐基)2，4-O-(3，4-二甲氧基亞芐基)山梨糖醇、1，3-O-(3，4-二氯亞芐基)2，4-O-(5-亞2，3-二氫化茚基)山梨糖醇、1，3-O-(4-硝基亞芐基)2，4-O-(3，4-二甲基亞芐基)山梨糖醇、和1，3-O-(4-硝基亞芐基)2，4-O-(3，4-亞甲二氧基亞芐基)山梨糖醇、1，3-O-(4-氟-3-甲基亞芐基)2，4-O-(3，4-二甲基亞芐基)山梨糖醇、1，3-O-(3，4-二甲基亞芐基)2，4-O-(4-氟-3-甲基亞芐基)山梨糖醇、1，3-O-(4-氟-3-甲基亞芐基)2，4-O-(3-氟-4-甲基亞芐基)山梨糖醇、1，3-O-(3-氟-4-甲基亞芐基)2，4-O-(4-氟-3-甲基亞芐基)山梨糖醇、1，3-O-(4-氟-3-甲基亞芐基)2，4-O-(4-氯亞芐基)山梨糖醇、1，3-O-(4-氯亞芐基)2，4-O-(4-氟-3-甲基亞芐基)山梨糖醇、1，3-O-(4-氯-3-甲基亞芐基)2，4-O-(3-氯-4-甲基亞芐基)山梨糖醇、1，3-O-(3-氯-4-甲基亞芐基)2，4-O-(4-氯-3-甲基亞芐基)山梨糖醇、1，3-O-(4-氟-3-甲基亞芐基)2，4-O-(5’，6’，7’，8’-四氫-2-亞萘基)山梨糖醇、1，3-O-(5’，6’，7’，8’-四氫亞萘基)2，4-O-(4-氟-3-甲基亞芐基)山梨糖醇、1，3-O-(4-氯-3-甲基亞芐基)2，4-O-(5’，6’，7’，8’-四氫-2-亞萘基)山梨糖醇、1，3-O-(5’，6’，7’，8’-四氫亞萘基)2，4-O-(4-氯-3-甲基亞芐基)山梨糖醇、1，3-O-(3-溴-4-乙基亞芐基)2，4-O-(3，4-二甲基亞芐基)山梨糖醇、1，3-O-(3-溴-4-異丙基亞芐基)2，4-O-(3，4-二甲基亞芐基)山梨糖醇、1，3-O-(3-溴-4-甲基亞芐基)2，4-O-(3，4-二甲基亞芐基)山梨糖醇、1，3-O-(4-氯亞芐基)2，4-O-(3-溴-4-異丙基亞芐基)山梨糖醇、1，3-O-(4-叔丁基亞芐基)2，4-O-(3，4-二甲基亞芐基)山梨糖醇、1，3-O-(3，4-二甲基亞芐基)2，4-O-(叔丁基亞芐基)山梨糖醇、1，3-O-(3，4-二甲氧基亞芐基)2，4-O-(3，4-二甲基亞芐基)山梨糖醇、1，3-O-(3，4-二甲基亞芐基)2，4-O-(3，4-二甲氧基亞芐基)山梨糖醇、1，3-O-(3，4-亞甲二氧基亞芐基)2，4-O-(3，4-二甲基亞芐基)山梨糖醇、1，3-O-(3，4-二甲基亞芐基)2，4-O-(3，4-亞甲二氧基亞芐基)山梨糖醇、1，3-O-(4-異丙基亞芐基)2，4-O-(3，4-二甲基亞芐基)山梨糖醇、1，3-O-(3，4-二甲基亞芐基)2，4-O-(4-異丙基亞芐基)山梨糖醇、1，3-O-(3，4-二甲基亞芐基)2，4-O-(2-萘基亞芐基)山梨糖醇、和1，3-O-(2-萘基亞芐基)2，4-O-(3，4-二甲基亞芐基)山梨糖醇。
這類二縮醛化合物，以及任何類型的DBS體系，可以通過2摩爾芳香醛和1摩爾多元醇的縮合反應制備。醛和多元醇通常在反應混合物中分別以1∶1到4∶1，優選1.5∶1到2.5∶1的比率提供。芳香醛為單環或含有至少一個不飽和烴環的稠合雙環醛，且包括苯甲醛、萘醛、5-甲酰茚滿和6-甲酰-1，2，3，4-四氫化萘。芳香醛可以是未取代的或有1到5個選自C1-6烷基、C1-6烷氧基、羥基、鹵素、C1-6烷基硫代基、C1-6烷基次硫酸基、與不飽和烴環上的相鄰碳原子形成碳環的C3-5亞烷基、羧基、(C1-C20烷氧基)羰基、(C1-C20烷氧基)乙氧基羰基、(C1-C12烷基)苯基、鹵代苯基、(C1-C12烷氧基)苯基、(C1-C12烷氧基)乙氧基乙氧基羰基和(C1-C12烷氧基)乙氧基乙氧基乙氧基羰基、亞甲二氧基(如胡椒醛)的取代基或任何亞芐基可以是聚苯(如萘基)。優選芳香醛選自未取代的苯甲醛，含有1到3個選自C1-4烷基、鹵素和與不飽和烴環上的相鄰碳原子形成碳環的C3-5亞烷基的取代基的苯甲醛，包括對甲基、對乙基、2，4-二甲基、3，4-二甲基和2，4，5-三甲基苯甲醛，5-茚滿醛和5’，6’，7’，8’-四氫-2-萘醛或與上述不對稱或單縮醛化合物對應的任何苯甲醛。當然，為了制備主要的單縮醛化合物，糖醇對苯甲醛的摩爾比率必須為1∶1而三縮醛通常需要約1∶3的摩爾比率可以提供芳香醛的混合物，這會造成含有相同或不同芳香組分的二縮醛的分布，分別相當于對稱和不對稱二縮醛。通常芳香醛與多元醇反應形成1∶3和2∶4位的縮醛。本發明的范圍還包括通過3摩爾芳香醛與1摩爾含有6個或更多個羥基的多元醇的縮合反應形成的三縮醛。三縮醛通常在醇的1∶3、2∶4和5∶6位形成。
多元醇含有5個或更多個羥基。通式HOCH2(CHOH)nCH2OH其中n＝3-5表示的糖醇已經被發現特別有用。優選多元醇是五元或六元醇，最優選木糖醇或山梨糖醇。多元醇可以以固體、熔融液體或水溶液的形式加到反應混合物中。
本發明的反應介質是水，但少量其它溶劑(如醇、苯及其類似物)也可以作為微量雜質存在。雖然在本發明中優選使用前將水去離子，但水還可以包括其它組分如鹽(如氯化物、硫酸鹽及其類似物)。本發明的方法的含水特性因此提供了一種成本有效的方法(使用這類大量、便宜、可重復使用的原材料)，它操作和使用安全。
無機酸主要選自氫酸(hydroacids)，例如，但不限于，鹽酸、硫酸、磷酸、氫氟酸、氫溴酸、氫碘酸、亞硫酸、碳酸、亞磷酸及其類似物。這類組分用作實際催化劑來進行糖醇主鏈的縮醛作用。雖然這類酸可以濃縮成許多濃度使用，也已經發現不僅較低濃度組合物獲得較安全的反應(如，但不限于，從5-7，更優選約6-6.5M的HCl濃度替代12M HCl)，而且從縮醛糖醇產物產率角度來看更有效的反應也是能夠得到的。雖然這樣的濃度減少對不對稱DBS化合物也同樣有利，但這個現象在形成對稱DBS化合物中更明顯。
如上所述，在本發明的反應混合物中反應體的催化作用高度取決于催化劑實際接觸并因此在混合物本身的組分間進行催化的能力。含水酸體系中組分的溶解度因此是極其重要的；催化劑和組分間越完全的混合(因而更多接觸)可以更有效得到更高產率縮醛糖醇產物。本發明的反應中的表面活性劑組分因此對于實行所需高產率、高純度結果也是極其重要的。適用于這類反應的表面活性劑類型實際上沒有限制，可以調整來用于某些場合，包括但不限于，苯甲醛在含水酸反應混合物中的溶解度、環境考慮、操作問題、成本、適用性、與其它組分的相容性及其類似情況。因此可能的表面活性劑是性質為陰離子型、陽離子型、兩性型、兩性離子型和非離子型的那些。一種以上這類表面活性劑的組合物也可以用于本發明的方法。對于本發明，寬范圍的表面活性劑意欲包括任何含長碳鏈(如6個或更多個碳)化合物，且含有側基，例如，但不限于羥基、烷氧基、羧酸鹽或酸、磺酸或磺酸鹽、季銨類、磷鎓、膦酸和膦酸酯及其類似物。至于陰離子型的，更專門的類型可以是磺酸鹽，包括長鏈取代的芳基磺酸及其類似物；陽離子型的包括季銨鹽、磷鎓鹽、質子化的長鏈胺及其類似物；非離子型包括長鏈取代的酚類、烷氧基化烷和烯、長鏈烷基胺，包括十八烷基酚及其類似物。加入到本發明的反應和本發明的反應混合物中的這類表面活性劑的量與加入的苯甲醛的量相關。
加入的苯甲醛和表面活性劑的摩爾比率為約1∶0.1-約1∶0.000001；優選為約1∶0.05-約1∶0.0001；更優選為約1∶0.02-約1∶0.00005；最優選在約1∶0.01和1∶0.0005之間。在這種情況下，苯甲醛的加入量根據與糖醇組分的所需摩爾量相關聯的所需縮醛糖醇產物類型(單、二、或三縮醛)確定。要加入的含水酸的量要為所存在的苯甲醛和糖醇的總量的約1-5倍，而濃度根據所用的酸是約2M-18M之間的任意濃度。
反應通常在室溫下進行，但是也可以接著進行一些加熱。一些酸還與水反應放熱(如硫酸)從而在體系本身內產生一些內熱。所有組分可以在最初混合在一起，或者表面活性劑和酸可以首先混合(如果需要可以加熱)，然后加入反應體。反應時間可以是從幾分鐘(如10分鐘，作為一個非限定性的例子)到幾天(如48小時，作為一個非限定性的例子)的任意時間，這取決于批量大小和存在的酸催化劑的量。通常反應時間從約8小時-約48小時，更優選從約8小時-約36小時就足夠制備所需的高產率縮醛糖醇衍生物。在生產中通常形成固體沉淀物并中和至pH為約6-約9.5，pH為約7.5-約9，更具體為約8.5-9以實現安全操作。任何用于無機酸的中和劑都可以適用，例如強堿，象氫氧化鈉、氫氧化鉀及其類似物。洗滌后的產物然后干燥并且收集為晶體結構以便進一步用于各種方法中。
本發明的優選實施方案本發明特別優選的方法的實施例概括如下。
實施例1用陽離子型表面活性劑制備3，4-二甲基二亞芐基山梨糖醇在裝有機械攪拌器的1升聚乙烯燒杯中加入D-山梨糖醇(52g，0.285m)、140g含水硫酸(濃縮50％)、2.0g三甲基十六烷基氯化銨、50％活性(0.00313)、和53.6g(0.40摩爾)3，4-二甲基苯甲醛。將混合物攪拌16小時(由于形成不能攪拌的粉末而停止)，然后在沒有攪拌下反應22小時。然后加入冷水(200ml)和NaOH(80g)的溶液以中和酸性配制劑。接著過濾固體產物，用水洗滌后收集分析。產物混合物測定為61g 1，32，4-雙(3，4-二甲基亞芐基)山梨糖醇，產率為73.7％，純度為約98.8％(有少量三縮醛形成以及還剩余痕量苯甲醛)。
實施例2用非離子型酚類表面活性劑制備3，4-二甲基二亞芐基山梨糖醇在裝有機械攪拌器的1升聚乙烯燒杯中加入D-山梨糖醇(52g，0.285m)、140g含水硫酸(濃縮50％)、1.0g辛基酚(9.5摩爾乙氧基化物)(0.00155m)、和53.6g(0.40摩爾)3，4-二甲基苯甲醛。進一步攪拌22小時后加入冷水(200ml)和NaOH(80g)的溶液。接著過濾固體產物，用水洗滌后收集分析。產物混合物測定為59.2g 1，32，4-雙(3，4-二甲基苯甲醛)山梨糖醇，產率為71.5％，純度為約97.1％(有少量三縮醛形成以及還剩余痕量苯甲醛)。
實施例3用胺表面活性劑制備3，4-二甲基二亞芐基山梨糖醇在裝有機械攪拌器的1升聚乙烯燒杯中加入D-山梨糖醇(52g，0.285m)、2.0g二甲基十二烷胺(0.0094m)、和53.6g(0.40摩爾)3，4-二甲基苯甲醛。然后通過混合93.3g濃HCl和48g水制備含水酸。接著將含水酸的5ml等分部分加到反應混合物中其在5分鐘后產生乳狀液。然后加入剩余量，在約5小時內產物混合物成為固體。接著進行另一次含水酸的添加(93.3g HCl和63.6g水)并且產物混合物再攪拌17.5小時。然后加入冷水(200ml)和NaOH(80g)的溶液以中和產物至pH值為約9。接著過濾固體產物，用水洗滌后收集分析。產物混合物測定為58.8g 1，32，4-雙(3，4-二甲基苯甲醛)山梨糖醇，產率為71.0％。
實施例4用陰離子型表面活性劑制備3，4-二甲基二亞芐基山梨糖醇在裝有機械攪拌器的1升聚乙烯燒杯中加入D-山梨糖醇(52g，0.285m)、2.0g二壬基萘磺酸(0.002m)、和53.6g(0.40摩爾)3，4-二甲基苯甲醛。攪拌1.7小時后，接著加入140g含水硫酸(濃縮50％)并將反應冷卻到約10℃。反應混合物再攪拌18小時并再進行兩次140g含水硫酸(濃縮50％)的添加。然后加入冷水(200ml)和NaOH(180g)的溶液以中和產物溶液至pH值為約9。接著過濾固體產物，用水洗滌后收集分析。產物混合物測定為56.2g 1，32，4-雙(3，4-二甲基苯甲醛)山梨糖醇，產率為67.9％，純度為約97.7％(有少量三縮醛形成以及還剩余痕量苯甲醛)。
實施例5用陰離子型表面活性劑制備3，4-二甲基二亞芐基山梨糖醇在裝有機械攪拌器的1升聚乙烯燒杯中加入D-山梨糖醇(52g，0.285m)、1.0g十二烷基苯磺酸(0.003m)、和53.6g(0.40摩爾)3，4-二甲基苯甲醛。然后通過混合86.2g濃HCl和53.8g水制備含水酸(約6.2M)。初始反應體混合約1小時后，接著加入含水酸溶液。進一步混合22小時后，接著加入冷水(200ml)和NaOH(38.4g)的溶液以中和產物至pH值為約9。接著真空過濾固體產物，用水洗滌后收集分析。產物混合物測定為59.7g 1，32，4-雙(3，4-二甲基苯甲醛)山梨糖醇，產率為72.1％，純度為約100.8％(有少量三縮醛和苯甲醛)。
實施例62，4-單(4-氟-3-甲基亞芐基)山梨糖醇的制備在裝有機械攪拌器的2升圓筒形反應燒瓶中加入237.37g山梨糖醇(1.303摩爾)、250ml水、22.50g 4-氟-3-甲基苯甲醛(0.1629摩爾)、40ml濃HCl、和0.20g十二烷基苯磺酸鹽。然后反應混合物在25℃下攪拌14h。用56.0g KOH中和后，過濾收集得到粗品2，4-單(4-氟-3-甲基亞芐基)山梨糖醇。粗產物從水中再結晶幾次后得到3.31g結構如下的2，4-單(4-氟-3-甲基亞芐基)山梨糖醇
GC測定純度為約98％，測得的熔點為約178.0℃(DSC@20℃/min)。
實施例72，4-單(3-溴-4-乙基亞芐基)山梨糖醇的制備在裝有機械攪拌器的400ml反應容器中加入山梨糖醇(64g，0.36摩爾)、水(20g)、濃HCl(45g)、和十二烷基苯磺酸(0.4g)。攪拌10分鐘后，加入3-溴-4-乙基苯甲醛(42.6g，0.20mol)。將混合物攪拌24小時，然后用KOH水溶液中和直到pH值為10。過濾收集固體并用水和甲醇洗滌得到白色粉末狀2，4-單(3-溴-4-乙基亞芐基)山梨糖醇(45g，59％產率)，熔點裝置測得m.p.187-189℃。
實施例83，4-二氯/5-亞2，3-二氫化茚基DBS的制備在裝有機械攪拌器的2升圓筒形反應燒瓶中加入D-山梨糖醇(25.2g，0.138m)、冰(23.6g)、濃HCl(44.5g)、和0.38g十二烷基苯磺酸鹽。攪拌15分鐘以后，加入24.2g(0.139m)3，4-二氯苯甲醛和茚滿醛(96％β-異構體)(18.5g，0.138m)的混合物。48小時的進一步攪拌之后，加入冷水(200ml)和KOH(72.0g)的溶液。然后過濾產物固體，用熱水和熱甲醇洗滌并真空干燥。然后往產物溶液中加入去離子水(400ml)，沉淀白色固體，然后將其過濾并在甲醇中洗滌，得到為褐色固體的1，3-O-(3，4-二氯亞芐基)2，4-O-(5-亞2，3-二氫化茚基)山梨糖醇和1，3-O-(5-亞2，3-二氫化茚基)2，4-O-(3，4-二氯亞芐基)山梨糖醇的混合物(純度98％)。DSC分析固體@20℃/min顯示在256.1和258.8℃有多重熔化轉變。
實施例94-硝基/3，4-二甲基DBS的制備在裝有機械攪拌器的2升圓筒形反應燒瓶中加入25.4g D-山梨糖醇(0.139摩爾)、15.4g水、34.8g濃HCl、和0.38g十二烷基苯磺酸，鹽攪拌約10分鐘。接著把20.8g(0.138摩爾)4-硝基苯甲醛和18.5g(0.138摩爾)3，4-二甲基苯甲醛混合物加入均勻混合物中。在反應1小時內形成固體塊狀材料，攪拌不再可能。然后加入200ml冷水和56.2g KOH，過濾產物固體。測得黃色濾液pH值為約14。然后剩余固體用300ml熱水然后200ml熱甲醇洗滌，得到為褐色固體的4-硝基/3，4-二甲基不對稱DBS(46.5g)混合物。此混合物的組分測定為(通過氣相色譜法)15.1％3，4-二甲基二亞芐基山梨糖醇、18.9％4-硝基二亞芐基山梨糖醇、和62.4％混合的不對稱體1，3-O-(4-硝基亞芐基)2，4-O-(3，4-二甲基亞芐基)山梨糖醇和1，3-O-(3，4-二甲基亞芐基)2，4-O-(4-硝基亞芐基)山梨糖醇。通過DSC分析測得的熔點為約223.7-226.9℃。
實施例10不對稱4-硝基/3，4-亞甲二氧基DBS的制備在裝有機械攪拌器的2升圓筒形反應燒瓶中加入25.2g D-山梨糖醇(0.138摩爾)、34.7g濃HCl、和0.5g十二烷基苯磺酸鹽，攪拌約10分鐘。接著把21.0g(0.139摩爾)4-硝基苯甲醛和20.9g(0.139摩爾)胡椒醛(3，4-亞甲二氧基苯甲醛)混合物加入均勻混合物中。2小時后反應混合物變成黃色，并且有些粘在燒瓶壁上。這樣混合又7個小時后加入200ml冷水和56.8g KOH然后再攪拌8小時。接著收集產物固體，洗滌(在沸水和沸甲醇中)并過濾。測得黃綠色濾液pH值為約14。此方法產生約28 g 4-硝基/3，4-亞甲二氧基不對稱DBS混合物。此混合物的組分測定為(通過氣相色譜法)9.06％雙(3，4-亞甲二氧基亞芐基)山梨糖醇、16.63％雙(4-硝基亞芐基)山梨糖醇、和74.31％混合的不對稱體1，3-O-(4-硝基亞芐基)2，4-O-(3，4-亞甲二氧基亞芐基)山梨糖醇和1，3-O-(3，4-亞甲二氧基亞芐基)2，4-O-(4-硝基亞芐基)山梨糖醇。通過DSC分析測得的熔點為約194.2-204.2℃。
實施例112-萘基/3，4-二甲基DBS的制備在裝有機械攪拌器的1升反應燒瓶中加入21.8g山梨糖醇(0.12摩爾)、24g水、46ml濃HCl、和0.5g十二烷基苯磺酸鹽。此混合物攪拌約10分鐘，此時把2-萘醛(15.6g，0.1摩爾)在20ml水中的溶液和3，4-二甲基苯甲醛(13.4g，0.1摩爾)加入。將混合物攪拌4小時。然后把冷水和KOH加到反應混合物中。真空過濾收集固體并用水和甲醇洗滌得到黃色固體，用氣相色譜法分析為兩種不對稱體的混合物，1，3-O-(2-亞萘基)2，4-O-(3，4-二甲基亞芐基)山梨糖醇和1，3-O-(3，4-二甲基亞芐基)2，4-O-(2-亞萘基)山梨糖醇。
實施例12雙(3-溴-4-甲基亞芐基)山梨糖醇的制備在裝有機械攪拌器的開放式反應容器中加入D-山梨糖醇(20.1g，0.1110g)、濃HCl(24.34g)、和0.27g十二烷基苯磺酸鹽。攪拌5分鐘后，加入43.8g(0.220m)3-溴-4-甲基苯甲醛和10.72g水的混合物。進一步攪拌48小時后，加入冷水(1L，冰中冷卻)和KOH(32.3g)溶液。然后過濾產物固體，用熱水，然后用熱甲醇，再用冷甲苯，最后再用沸甲醇洗滌。然后把去離子水(400ml)加到所得濾液中，沉淀出白色固體，將其過濾并用甲醇洗滌，得到3-溴-4-甲基亞芐基山梨糖醇白色固體。DSC分析固體@20℃/min顯示熔點在277.4-279.3℃。
實施例13不對稱3-溴-4-乙基/3，4-二甲基DBS的制備在裝有機械攪拌器的開放式反應器中加入25g山梨糖醇(0.14摩爾)、濃HCl(34.8g)、和0.38g十二烷基苯磺酸鹽并攪拌。5分鐘后，把32g研磨的2-(3-溴-4-乙基苯基)-1，3-二噁烷(0.12mol)和3，4-二甲基苯甲醛(21g；0.16mol)與初始配制劑混合。攪拌反應8小時后，加入200ml冷水和KOH(72g)。然后過濾產物固體并用堿水(800ml，有少量KOH)，再用熱甲醇(800ml)，接著用室溫下的甲苯(500ml)洗滌。加入去離子水(400ml)后形成白色沉淀然后將其吸濾干燥并在甲醇(800ml)中攪拌洗滌，產生為淺褐色固體的3-溴-4-乙基/3，4-二甲基DBS混合物。氣相色譜分析材料表明其由以下混合物組成雙(3-溴-4-乙基亞芐基)山梨糖醇(10.3％)、雙(3，4-二甲基亞芐基)山梨糖醇(34.8％)、其余為以下不對稱混合物1，3-O-(3-溴-4-乙基亞芐基)2，4-O-(3，4-二甲基亞芐基)山梨糖醇和1，3-O-(3，4-二甲基亞芐基)2，4-O-(3-溴-4-乙基亞芐基)山梨糖醇。當在電熱9300熔點測定器上以3℃/min加熱時熔化轉變在256.7-257.5℃觀察到。
實施例14不對稱3-溴-4-異丙基/3，4-二甲基DBS的制備在裝有機械攪拌器的開放式反應器中加入20.1g山梨糖醇(0.137摩爾)、濃HCl(34.8g)、和0.34g十二烷基苯磺酸鹽并攪拌。5分鐘后，把33.3g研磨的2-(3-溴-4-異丙基苯基)-1，3-二噁烷(0.117mol)和3，4-二甲基苯甲醛(21.0g；0.157mol)與初始配制劑混合。攪拌反應8小時后，加入200ml冷水和KOH(72g)。然后過濾產物固體并用堿水(800ml，有少量KOH)，再用沸甲醇(800ml)洗滌，產生為淺褐色固體(6.9g)的3-溴-4-異丙基/3，4-二甲基DBS不對稱混合物，顯示的熔點為230.6-236.3℃。氣相色譜分析材料表明其由以下混合物組成雙(3-溴-4-異丙基亞芐基)山梨糖醇(1.8％)、雙(3，4-二甲基亞芐基)山梨糖醇(65.1％)、其余為以下不對稱混合物1，3-O-(3-溴-4-異丙基亞芐基)2，4-O-(3，4-二甲基亞芐基)山梨糖醇和1，3-O-(3，4-二甲基亞芐基)2，4-O-(3-溴-4-異丙基亞芐基)山梨糖醇。
實施例15不對稱3-溴-4-甲基/3，4-二甲基DBS的制備在裝有機械攪拌器的開放式反應器中加入25g山梨糖醇(0.14摩爾)、濃HCl(34.8g)、和0.38g十二烷基苯磺酸鹽并攪拌。5分鐘后，把30.3g研磨的2-(3-溴-4-甲基苯基)-1，3-二噁烷(0.117mol)和21g(0.157mol)3，4-二甲基苯甲醛與初始配制劑混合。攪拌反應8小時后，加入200ml冷水和KOH(72g)。然后過濾產物固體并用堿水(800ml，有少量KOH)，再用熱甲醇(800ml)，接著用室溫下的甲苯(500ml)洗滌。得到的溶液倒入400ml去離子水中，從而沉淀出白色固體，然后將其收集并吸濾干燥，在甲醇(2L)中攪拌洗滌，產生為淺褐色固體的3-溴-4-甲基/3，4-二甲基DBS。氣相色譜分析材料表明其由以下混合物組成雙(3-溴-4-甲基亞芐基)山梨糖醇(15.2％)、雙(3，4-二甲基亞芐基)山梨糖醇(24.5％)、其余為以下不對稱混合物1，3-O-(3-溴-4-甲基亞芐基)2，4-O-(3，4-二甲基亞芐基)山梨糖醇和1，3-O-(3，4-二甲基亞芐基)2，4-O-(3-溴-4-甲基亞芐基)山梨糖醇。當在電熱9300熔點測定器上以3℃/min加熱時熔化轉變在271.9-274.5℃觀察到。
實施例164-氯/3-溴-4-異丙基不對稱DBS的制備在裝有機械攪拌器的開放式反應器中加入12.6g山梨糖醇(0.0692摩爾)、濃HCl(15ml)、7.8g水、15.7g 3-溴-4-異丙基苯甲醛(0.0692摩爾)、9.69g 4-氯苯甲醛(0.069摩爾)和0.2g十二烷基苯磺酸鹽并且反應體一起攪拌24小時。在反應中形成白色固體沉淀物，反應后中和由KOH(10g)在水(250ml)中的溶液完成。然后過濾收集所得固體，并在沸水中然后在沸環己烷中攪拌洗滌，得到白色粉末狀4-氯/3-溴-4-異丙基不對稱DBS混合物，顯示的沸點為212.5-218.9℃。氣相色譜分析材料表明其由以下混合物組成雙(3-溴-4-異丙基亞芐基)山梨糖醇(14％)、雙(4-氯亞芐基)山梨糖醇(45％)，其余為以下不對稱混合物1，3-O-(3-溴-4-異丙基亞芐基)2，4-O-(4-氯亞芐基)山梨糖醇和1，3-O-(4-氯亞芐基)2，4-O-(3-溴-4-異丙基亞芐基)山梨糖醇。
實施例17雙(5-亞2，3-二氫化茚基)山梨糖醇的制備在400ml裝有機械攪拌器的反應容器中加入山梨糖醇(32g，0.18摩爾)、水(20g)、濃HCl(45g)和十二烷基苯磺酸(0.4g)。攪拌10分鐘后，加入5-甲酰茚滿(29g，0.20摩爾)。將混合物攪拌18h，然后用KOH水溶液中和。過濾收集固體并用水和甲醇洗滌得到茚滿DBS白色固體(14g，33％產率)。
實施例18雙(3，4-二乙基亞芐基)山梨糖醇的制備將山梨糖醇(2.6g，14mmol)、3，4-二乙基苯甲醛(4.5g，28mmol)、水(2g)、濃HCl(4g)和十二烷基苯磺酸(0.05g)的混合物攪拌12h。然后混合物用KOH水溶液中和。過濾收集固體并用環己烷和水洗滌得到1，32，4-雙(3，4-二乙基亞芐基)山梨糖醇白色固體(95％純度)。
實施例19雙(3-乙基-4-甲基亞芐基)山梨糖醇的制備將山梨糖醇(7.3g，0.04mol)、3-乙基-4-甲基苯甲醛的丙二醇環縮醛(18g，0.08mol)、水(7g)、濃HCl(13g)和十二烷基苯磺酸(0.14g)的混合物攪拌12h。然后混合物用KOH水溶液中和。過濾收集固體并用水洗滌得到1，32，4-雙(3-乙基-4-甲基亞芐基)山梨糖醇白色固體(95％純度)。
實施例20(對比實施例)僅用無機酸制備3，4-二甲基二亞芐基山梨糖醇在裝有機械攪拌器的1升4頸圓柱形反應燒瓶中加入D-山梨糖醇(86.6g，0.33m)和通過混合118g濃HCl與148g冰得到的酸水溶液。反應體充分混合。接著在4小時的時間范圍里向反應混合物內逐滴加入77.7g(0.58摩爾)3，4-二甲基苯甲醛。混合又幾小時后沒有發現可見的固體產物。
實施例21(對比實施例)用無機酸和PTSA制備3，4-二甲基二亞芐基山梨糖醇在0.04g對甲苯磺酸(PTSA)和1.5g硫酸在3.5g水中的溶液的存在下，向裝有機械攪拌器的1升4頸圓柱形反應燒瓶中，加入D-山梨糖醇(2.018g，x.xm)和1.801g(0.xx摩爾)3，4-二甲基苯甲醛。混合23小時后沒有發現可見的固體產物。
實施例22(對比實施例)用甲醇方法制備雙(3，4-二乙基亞芐基)山梨糖醇在裝有迪安-斯達克榻分水器、冷凝器、溫度計、氮氣入口以及機械攪拌的1升4頸圓柱形反應燒瓶中加入42.00g山梨糖醇(0.2306摩爾)、700ml環己烷、3，4-二乙基苯甲醛(0.2306摩爾)、80ml甲醇、和2.5g水。攪拌并加熱反應，此時接著加入3.0g對甲苯磺酸。然后反應繼續，升高溫度以產生回流，此時接著不斷從分水器移除水并根據需要加入溶劑。進一步加熱后，向混合物中加入40ml甲醇，其使溫度降低。6小時后，反應混合物冷卻并進行分析。沒有形成可見產物。
實施例23(對比實施例)用甲醇方法制備雙(3-乙基-4-甲基亞芐基)山梨糖醇在裝有迪安-斯達克榻分水器、冷凝器、溫度計、氮氣入口以及機械攪拌的1升4頸圓柱形反應燒瓶中加入42.00g山梨糖醇(0.2306摩爾)、700ml環己烷、3-乙基-4-甲基苯甲醛(0.2306摩爾)、80ml甲醇、和2.5g水。攪拌并加熱反應，此時接著加入3.0g對甲苯磺酸。然后反應繼續，升高溫度以產生回流，此時接著不斷從分水器移除水并根據需要加入溶劑。進一步加熱后，向混合物中加入40ml甲醇，其使溫度降低。6小時后，反應混合物冷卻并進行分析。沒有形成可見產物。
因此，很明顯，本發明的制備方法具有通用性并且該能力顯示了從該方法獲得的出乎意料的效益。
詳細描述了本發明后，顯而易見，對于本領域技術人員來說能夠對本發明進行各種變化和修改而不背離本發明的范圍。因此，本發明的范圍僅由所附權利要求確定。
權利要求
1.一種制備糖醇縮醛衍生化合物的方法，其包括在水、至少一種無機酸、和至少一種表面活性劑存在下使至少一種取代的苯甲醛與至少一種糖醇反應。
2.根據權利要求1所述的方法，其中所述糖醇縮醛衍生物是二縮醛化合物。
3.根據權利要求1所述的方法，其中所述糖醇選自山梨糖醇、木糖醇及其任何混合物，其中所述無機酸選自鹽酸、硫酸及其任何混合物，且其中所述表面活性劑選自至少陰離子型表面活性劑、至少一種陽離子型表面活性劑、至少一種非離子型表面活性劑、至少一種兩性型表面活性劑、及其任何混合物。
4.根據權利要求3所述的方法，其中所述表面活性劑是磺酸陰離子型表面活性劑。
5.根據權利要求3所述的方法，其中所述表面活性劑是季銨陽離子型表面活性劑。
6.根據權利要求3所述的方法，其中所述表面活性劑是胺表面活性劑。
7.根據權利要求3所述的方法，其中所述表面活性劑是烷氧基化的醇非離子型表面活性劑。
8.根據權利要求2所述的方法，其中所述糖醇選自山梨糖醇、木糖醇及其任何混合物，其中所述無機酸選自鹽酸、硫酸及其任何混合物，且其中所述表面活性劑選自至少陰離子型表面活性劑、至少一種陽離子型表面活性劑、至少一種非離子型表面活性劑、至少一種兩性型表面活性劑、及其任何混合物。
9.根據權利要求8所述的方法，其中所述表面活性劑是含有磺酸部分的陰離子型表面活性劑。
10.根據權利要求8所述的方法，其中所述表面活性劑是季銨陽離子型表面活性劑。
11.根據權利要求8所述的方法，其中所述表面活性劑是胺表面活性劑。
12.根據權利要求8所述的方法，其中所述表面活性劑是烷氧基化的醇非離子型表面活性劑。
13.根據權利要求1所述的方法，其中所述糖醇縮醛衍生物是單縮醛化合物。
14.根據權利要求13所述的方法，其中所述糖醇選自山梨糖醇、木糖醇及其任何混合物，其中所述無機酸選自鹽酸、硫酸及其任何混合物，且其中所述表面活性劑選自至少陰離子型表面活性劑、至少一種陽離子型表面活性劑、至少一種非離子型表面活性劑、至少一種兩性型表面活性劑、及其任何混合物。
15.根據權利要求13所述的方法，其中所述表面活性劑是含有磺酸部分的陰離子型表面活性劑。
16.根據權利要求13所述的方法，其中所述表面活性劑是季銨陽離子型表面活性劑。
17.根據權利要求13所述的方法，其中所述表面活性劑是胺表面活性劑。
18.根據權利要求13所述的方法，其中所述表面活性劑是烷氧基化的醇非離子型表面活性劑。
19.根據權利要求1所述的方法，其中所述糖醇縮醛衍生物是不對稱的二縮醛化合物。
20.根據權利要求19所述的方法，其中所述糖醇選自山梨糖醇、木糖醇及其任何混合物，其中所述無機酸選自鹽酸、硫酸及其任何混合物，且其中所述表面活性劑選自至少陰離子型表面活性劑、至少一種陽離子型表面活性劑、至少一種非離子型表面活性劑、至少一種兩性型表面活性劑、及其任何混合物。
21.根據權利要求19所述的方法，其中所述表面活性劑是含有磺酸部分的陰離子型表面活性劑。
22.根據權利要求19所述的方法，其中所述表面活性劑是季銨陽離子型表面活性劑。
23.根據權利要求19所述的方法，其中所述表面活性劑是胺表面活性劑。
24.根據權利要求19所述的方法，其中所述表面活性劑是烷氧基化的醇非離子型表面活性劑。
全文摘要
本發明涉及一種在無機酸和至少一種含有至少一個鏈長為6個碳的側基的表面活性劑存在下，通過未取代或取代的苯甲醛與糖醇(如山梨糖醇、木糖醇和核糖醇)反應，制備糖醇縮醛，如二亞芐基山梨糖醇、單亞芐基山梨糖醇及其類似物的方法。此反應提供一種成本有效，相對安全的方法，它給出糖醇縮醛產物的卓越高產率。此外，這類專門反應也是制備某些可以容易地從形成的其它異構體分離的化合物的公知方法。而且，此方法也促進以可接受的產率生產某些不對稱糖醇縮醛化合物和組合物。這些糖醇縮醛可用作成核劑和澄清劑用于如聚烯烴配制劑和制品。
文檔編號C07D317/54GK1511160SQ02807108
公開日2004年7月7日 申請日期2002年2月27日 優先權日2001年3月23日
發明者J·G·利弗, D·L·多森, J·D·安德森, J·R·瓊斯, S·R·謝潑德, J G 利弗, 多森, 安德森, 瓊斯, 謝潑德 申請人:美利肯公司