製造β－羥基羧酸衍生物的方法

2023-04-30 09:30:11 3

專利名稱：製造β－羥基羧酸衍生物的方法
技術領域：
本發明涉及β-羥基羧酸衍生物的製備。
背景羥基羧酸(HCA)是一類特別有趣和有用的化合物。它們自身是雙官能的，因此能發生多種化學變化。羥基和羧酸基這兩種官能團在一定的條件下，能彼此獨立地發生反應，因此每種基團都能產生經典的衍生物，而且在其它情況下還可能互相作用影響它們正常的化學反應性。另一個使人感興趣的是，兩種官能團之間發生導致生成二聚，低聚，和重要的是聚合物質的反應的可能性。對於β-羥基羧酸(β-HCA)而言，還可能通過失去羥基和相鄰的氫原子而發生脫水反應。這種脫水反應會導致形成α，β-不飽和羧酸，其本身也是一類重要的化合物。
兩種常見和商業重要的α，β-不飽和羧酸是丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯系。丙烯酸，丙烯酸鹽和丙烯酸酯用於製造聚丙烯酸，聚丙烯酸鹽和聚丙烯酸酯。這些物質可以用作表面塗料，粘合劑和密封劑，吸收劑，紡織品和非織造品，以及塑料改性劑。
概述本發明公開了製備β-HCA及其鹽的方法。這些衍生物包括酯(特別是通過酸與C1-C7的醇反應製得的「輕質」酯)，α，β-不飽和羧酸和酯(比如，丙烯酸和丙烯酸酯)，和通過β-HCA與醇的反應製得的烷氧基衍生物。然後可以進一步處理這些衍生物。比如，可以對β-HCA酯進行氫化形成多元醇。
可以從生物發酵培養基製得β-HCA。術語「醇」包括單官能醇(即，具有一個羥基的醇)和多官能醇(即，具有兩個或多個羥基的醇)。
以下詳細說明一個或多個本發明實例。通過詳細說明和權利要求書，本發明的其他特徵，目的和優點是顯而易見的。
實施方式的詳細說明本發明公開了製造β-HCA衍生物的方法，這些衍生物包括，比如，β-HCA的酯，丙烯酸，丙烯酸鹽，丙烯酸酯，和烷氧基衍生物。可用於製備這些衍生物的β-HCA包括，比如，3-羥基丙酸，3-羥基-2-甲基丙酸，3-羥基丁酸，3-羥基-2-甲基丁酸，3-羥基-2-甲基戊酸，3-羥基-3-甲基丁酸，2，3-二甲基-3-羥基丁酸，3-羥基-3-苯基丙酸，及其組合。這些β-HCA及其鹽可以從多種來源獲得。β-HCA及其鹽的用來源包括發酵和酶催工藝。生成酸的發酵反應通常包括在微生物的存在下發酵糖，如2001年4月20日提交的美國專利申請60/285478中所述。然後從發酵培養基中分離β-HCA和/或其鹽。這可以通過各種技術完成，包括，比如一種萃取鹽-分離方法，如PCT申請US02/14315(公布號WO 02/090312)中所述，其名稱是「製備羧酸及其衍生物的方法」。該專利申請中所述製備羥基官能羧酸的方法可以使用氨或胺來中和酸，從而形成酸的銨鹽。然後加入有機萃取劑並加熱混合物，分離銨鹽並將酸分配入有機溶劑中，可從發酵培養基中分離羧酸的銨鹽。因此，製得的有機組合物中除了其他物質之外，還包括酸和有機萃取劑。可以從剩餘的水性發酵培養基中分離酸-有機萃取劑混合物，並進行反萃取，從酸中分離萃取劑從而製得純(即游離的)酸。
以下討論特定衍生物的製備方法。
β-HCA酯可以用本發明的某些方法在相對溫和的條件下製備β-HCA的羧酸酯或其鹽。使β-HCA或其鹽與醇反應，促進酯化反應，可以在酯化催化劑存在下，除醇之外無其它溶劑的條件下就完成酯化反應。或者，可以通過將β-HCA或其鹽與具有1到7個碳原子的輕質醇在與水不混溶的萃取劑和任選的酯化催化劑存在下反應製備羧酸酯。當這種β-HCA是從發酵培養基使用有機萃取劑通過萃取鹽分離方法而製備時，這種技術是特別有用的。在酯化催化劑存在下，使β-HCA與醇在萃取劑中發生反應，能生成包括酯和萃取劑的混合物。
萃取劑實例包括醯胺，醚，酮，含磷酯(比如，磷酸三丁酯)，氧化膦，硫化膦，和烷基硫。這些萃取劑可以單獨使用或者組合使用。
反應是在有利於酯化而不利於脫水的條件下進行的。當反應是在基本無水的條件下，在大氣壓力和低於回流溫度的溫度下發生時，就能進行酯化形成酯。優選反應是在室溫下進行的。
可用於製備酯的醇能與水混溶或部分混溶。適用醇包括，比如，C1到C26的醇，包括直鏈，支鏈和環狀有機部分。這些部分可以是脂肪族的，芳香族的或其組合。從甲醇到庚醇的輕質醇或伯醇(比如，含有1到7個碳原子的醇)是特別有用的。這些醇可以是直鏈或支鏈的並且可以是伯醇，仲醇或叔醇。另外，這些醇可以是單官能團的(即，含有單個羥基)或多官能團的(即，含有兩個或多個羥基)。多官能團醇的實例包括二元醇和多元醇，比如甘油，1，2-乙二醇(乙二醇)，1，3-丙二醇，1，4-丁二醇，1，2-丙二醇，及其聚氧乙烯(PEO或PEG)衍生物。
在向含有β-HCA的水性組合物中添加醇之後，可以進行蒸餾步驟。這可通過蒸餾出含水餾出液，直至剩餘的β-HCA/醇混合物基本上是幹的來進行。在一種技術中，可以用甲苯等有機溶劑進行共沸蒸餾。任選地用於β-HCA酯化的醇也可被用於蒸餾步驟中。
達到基本無水的條件之後，可以加入酯化催化劑引發酯化反應。適用於該過程的酯化催化劑包括酸性樹脂，酸性無機鹽，和無機酸。有用的無機酸包括，比如硫酸或磷酸。還可以使用無水硫酸銅等無機鹽。酸性樹脂催化劑的實例包括如酸性AMBERLYST樹脂(從Rohm和Haas Co.；Philadelphia，PA獲得)，NAFIONTM樹脂(從E.I.DuPont de Nemours and Co.；Wilmington DE獲得)，和酸性DOWEXTM樹脂(從Dow Chemical Co.；Midland，MI獲得)的市售化合物。可用酸性樹脂的形式能使酸性樹脂與β-HCA的蒸氣或液體接觸。比如，可以該樹脂可以呈床或柱的形式。
可以通過蒸餾對要求的酯產品進行純化。使用本發明的某些方法所獲得酯的產率可以大於約80％。
α，β-不飽和羧酸及其鹽β-HCA的脫水反應能生成α，β-不飽和羧酸產物。在一個方法實例中，可通過加熱含有β-HCA鹽的水溶液，使鹽脫水，生成α，β-不飽和羧酸和/或其鹽來製備α，β-不飽和羧酸和/或其鹽。從發酵培養基或通過其他酶催工藝能製得這種水溶液。這個工藝的一個優點是，雖然β-HCA鹽是水溶性的，但是α，β-不飽和羧酸的相應鹽通常不是水溶性的。因此，α，β-不飽和羧酸鹽從溶液中沉澱出來，從而有利於從原料中分離不飽和酸。
β-HCA鹽可以是任何一種鹼金屬鹽，鹼土金屬鹽，或其組合。典型的鹽包括，比如，鈉鹽和鈣鹽。因為β-HCA是可溶於水溶液中的，所以生成α，β-不飽和羧酸或其鹽的脫水反應可以在水介質中發生。
任選地可在加熱時向水溶液中加入脫水催化劑，來加強酸或酸的鹽的脫水反應，形成α，β-不飽和羧酸或其鹽。可以使用酸性或鹼性物質來催化水介質中的脫水過程。脫水催化劑可以是有利於脫水反應的中性，酸性，或鹼性物質。中性催化劑的實例包括，比如，磷酸鈣，乳酸鈣，和3-羥基丙酸鈣。其他可用催化劑包括氧化鋁，氧化矽，氧化鈦，氧化鋯，沸石，和其他路易斯酸。胺是可用作催化劑的鹼性化合物。使用發酵培養基來形成β-HCA時，鹼性胺可便於起萃取劑作用，從水性發酵培養基中分離β-HCA，同時起脫水催化劑作用。適用於該過程的胺實例包括三辛胺(TCA)，三癸胺(TDA)，和三(十二烷基)胺(TDDA)。還可以使用其他外源鹼來進行脫水反應。尤其是，能加強和幫助脫水反應的鹼性物質是氧化鈣和氫氧化鈣等金屬氧化物和氫氧化物。酸催化劑可以是氣體或液體形式的鹽酸，硫酸，或磷酸等無機強酸。還可以用酸性AMBERLYST樹脂，NAFIONTM樹脂，和酸性DOWEXTM樹脂等不溶性酸性樹脂作為催化劑。特別有用的酸催化劑是磷酸。
還可以通過蒸氣轉化(即氣相反應)脫水反應製備α，β-不飽和羧酸。在這些方法中，可以在相對較高溫度下蒸發含有β-HCA的水溶液，優選在脫水催化劑的存在下進行，將β-HCA轉化成α，β-不飽和羧酸。
α，β-不飽和羧酸酯促進β-HCA酯化過程的工藝條件也能使用升高的溫度和酸或鹼催化來促進這些物質的脫水反應。類似地，使用升高的溫度，和酸或鹼催化，也能酯化α，β-不飽和羧酸。因此，在一個方法實例中，α，β-不飽和羧酸的酯化和脫水過程都可以在同一個反應器中進行。
可用不同的反應路徑來製備α，β-不飽和羧酸酯。在一個反應路徑中，先通過與醇的反應將β-HCA或其銨鹽酯化。然後進行酯的脫水反應，生成α，β-不飽和羧酸酯。在另一個反應路徑中，先將β-HCA脫水，然後用醇將製得的α，β不飽和羧酸或其鹽酯化，生成α，β-不飽和羧酸酯。
在水介質中，可以先將β-HCA或其鹽轉變成酯；然後蒸發含有酯和脫水催化劑的溶液，將β-HCA酯轉化成α，β-不飽和羧酸酯來製備α，β-不飽和羧酸酯。
烷氧基衍生物在密閉反應器中加熱含有β-HCA或其鹽與醇的水溶液，能生成各種衍生物，包括，比如α，β-不飽和羧酸酯，α，β-不飽和羧酸，β-烷氧基羧酸或酯。製備酯時，宜向溶液中加入酯化催化劑。正如這裡所述的其他工藝一樣，β-HCA或其鹽可以存在於例如由發酵培養基製得的水溶液中。
在Parr反應器等密閉反應器中，在鹼性催化劑存在下，可以通過使含有β-HCA或其鹽的水溶液與醇反應，製備β-HCA的烷氧基衍生物。可以加熱溶液使之反應形成酸的烷氧基衍生物。鹼性催化劑可以是Mg(OH)2，Ca(OH)2，NaOH中的任意一種，或者是其組合。
實施例除非另有說明，否則所有百分比都是重量百分比。
用高效液相色譜(HPLC)和氣相色譜(GC)對以下反應的產物進行分析。
HPLC分析中所用的設備包括配備有Waters 717+自動進樣器的Waters1525二元HPLC泵，Waters 2410折射率檢測器和2487雙入吸光度檢測器。使用Bio-Rad HP87-H柱。流動相是0.004N的硫酸。流速是0.6毫升/分，柱溫是60℃。
GC分析中所用的設備包括JW DB-WAXETR 30米×32毫米，0.5微米薄膜柱。初始爐溫是90℃，以20℃/分的速度升溫至200℃的最終溫度。將樣品在最終溫度保持約12.5分鐘。注射溫度是200℃。
實施例1本實施例說明了從3-HP通過樹脂酸催化轉化成各種烷基酯。3-HP是30％的水溶液。該物質中70％是純的3-HP單體。
將20.65克30％的3-HP與甲醇通過共沸蒸餾而乾燥。向乾燥的3-HP中加入過量(56.84克)的無水甲醇，和5.05克乾燥AMBERLYST-15。將混合物在室溫下攪拌18小時並用GC監測。
色譜中在5.13分鐘和7.89分鐘處具有兩個主峰，分別對應於3-HP的甲酯和3-HP的醚二聚體的二甲酯。反應中所用的3-HP僅是約70％純度的單體，剩餘部分是二聚體和痕量的丙烯酸。用GC-MS證實為3-HP甲酯。
反應結束後，過濾出固體催化劑，通過真空蒸餾除去溶劑。對粗產物進行閃式柱色譜操作，獲得純物質。在GC上對酯作出校準曲線。
用3.18克30％的3-HP，15.88克的乾燥甲醇，和1.02克的AMBERLYST-15重複上述反應。將反應混合物在室溫下攪拌21小時，並用GC監測。用上述實驗的校準曲線確定產率。
時間產率*4小時 70％21小時 100％*基於70％純度的3-HP用3.14克30％的3-HP，17.47克的乾燥乙醇，和1.12克的乾燥AMBERLYST-15重複上述反應，製備3-HP的乙酯。將反應混合物在室溫下攪拌19小時並用GC監測。
時間產率*2.5小時 17％19小時 68％*基於70％純度的3-HP重複上述反應，區別在於使用丁醇作為醇。19個小時之後，丁酯的產率是70％，基於70％純度的3-HP原料。
重複上述反應，區別在於使用2-乙基己醇作為醇。19個小時之後，2-乙基己酯的產率是59％，基於70％純度的3-HP原料。
重複上述反應，區別在於使用NAFION NR-50而不是AMBERLYST-15作為催化劑。所用醇是乙醇。將混合物在室溫下攪拌21個小時，並用GC監測。3-HP乙酯的產率是71％，基於70％純度的3-HP原料。
實施例2本實施例說明了在室溫下用H2SO4作為催化劑合成3-HP的甲酯。3-HP是30％的水溶液。該物質的70％是純的3-HP單體。
用甲醇通過共沸蒸餾乾燥30％的水性3-HP。向乾燥的3-HP中加入過量甲醇和幾滴濃H25O4。將混合物在室溫下攪拌24小時，同時用GC監測。攪拌24個小時之後，大部分3-HP被轉化成酯。
時間產率*3.5小時 89％6小時 92％24小時 96％*基於70％純度的3-HP實施例3本實施例說明了使用酸性樹脂催化劑將3-HP轉化成其甲酯。3-HP是14.72％的水溶液。該物質的98.7％是純的3-HP單體。
通過在旋轉蒸發器上除去水分，乾燥16.685克14.72％的水性3-HP(25.7毫摩爾)。向乾燥的3-HP(2.371克)中加入16克甲醇和0.548克AMBERLYST-15酸性樹脂催化劑。將混合物在室溫下攪拌28小時並用GC監測。然後再加入0.549克AMBERLYST-15酸性樹脂催化劑，將混合物繼續攪拌18小時，製得3-HP的甲酯。
時間 產率*2小時 31％4小時 42％20小時 81％28小時 95％46小時 100％*基於98.7％純度的3-HP實施例4本實施例說明了使用H2SO4作為催化劑將3-HP轉化成其甲酯。3-HP是14.72％的水溶液。該物質的98.7％是純的3-HP單體。
通過在旋轉蒸發器上除去水分乾燥18.524克14.72％的水性3-HP(30.2毫摩爾)。向乾燥的3-HP(2.717克)中加入13克甲醇和0.22克濃H2SO4催化劑。將混合物在室溫下攪拌22小時並用GC監測，製得3-HP的甲酯。
時間產率*1.5小時 75％3.5小時 88％22小時 95％*基於98.7％純度的3-HP實施例5本實施例說明了從3-HP的鈣鹽製備丙烯酸鈣。
將從5.22克30％的3-HP和0.65克Ca(OH)2製得的56克3-HP鈣鹽的水溶液置於600毫升的Parr反應器中，在220℃下加熱2小時。冷卻至室溫之後，用GC和HPLC分析溶液中的丙烯酸和3-HP。從3-HP的鈣鹽至丙烯酸鈣的產率和轉化率分別是48.7％和47.1％。從3-羥基丙酸的鈣鹽至丙烯酸鈣的選擇性是100％。該反應的碳平衡是101.7％。
實施例6本實施例說明了從3-HP的鈉鹽製備丙烯酸鈉。
將從5.027克30％的3-HP和0.69克NaOH製得的21克3-HP鈉鹽的水溶液置於Parr反應器中，在220℃下加熱2小時。冷卻至室溫之後，用GC和HPLC分析溶液中的丙烯酸和3-HP。從3-HP的鈉鹽至丙烯酸鈉的產率和轉化率分別是41.8％和61.3％。從3-HP的鈉鹽至丙烯酸鈉的選擇性是68.2％。該反應的碳平衡是80.6％。
實施例7本實施例說明了使用硫酸催化劑時從3-HP轉化至丙烯酸的氣相轉化。
將0.8139克30％的水性3-HP和0.2800克濃H2SO4(大約1∶1摩爾比)混合，並立刻注射入GC中。用校準曲線確定丙烯酸濃度。丙烯酸的產率是97.8％。重複該實驗時，獲得99.97％的丙烯酸產率。改變3-HP與H2SO4的比例進行類似實驗；結果列在下表中。
實施例8本實施例說明了使用磷酸催化劑從3-HP轉化至丙烯酸的氣相轉化。
將0.5005克7.117％的3-HP和0.3525克85％的H3PO4混合，並立刻注射入GC中。在第二個實驗中，使用0.5041克7.117％的3-HP和0.0505克85％的H3PO4。結果如下表中所示。
實施例9本實施例說明了使用Cu-Ba-CrO催化劑從3-HP製備丙烯酸。
將50.0克5.13％的3-HP和0.50克Cu-Ba-CrO催化劑置於Parr反應器中。將混合物在310磅/平方英寸的氮氣壓力下，在200℃下加熱22小時。將反應混合物冷卻至室溫並用GC分析。3-HP的轉化率是63％，對丙烯酸的選擇性是100％。
實施例10本實施例說明了使用硫酸或磷酸催化劑，從3-羥基異丁酸(也稱為3-羥基-2-甲基丙酸)轉化至甲基丙烯酸的氣相轉化。
將15.5％的3-羥基異丁酸(3-HIBA)水溶液與各種量的濃硫酸混合，並注射入GC中。用濃磷酸也進行一次實驗。結果如下表中所示。
*磷酸實施例11本實施例說明了使3-羥基丙酸銨轉化成丙烯酸丁酯。
將3-羥基丙酸銨與三辛胺/正丁醇(1∶1)溶劑的混合物在160℃下加熱3小時。反應混合物主要是丙烯酸丁酯，和少量丙烯酸，以及3-羥基丙酸丁酯。通過傳統分餾技術能很容易地從三辛胺中分離酯。
實施例12本實施例說明了使3-羥基丙酸的鈣鹽轉化成丙烯酸丁酯。
從3-HP和Ca(OH)2製備3-羥基丙酸的鈣鹽。萃取鈣鹽溶液，用少量硫酸中和鈣鹽至游離酸，並使用三辛胺作為溶劑萃取劑。從水相中分離萃取相。向含有3-HP的萃取溶劑中加入丁醇，並加熱混合物，引起酯化和脫水反應，製得丙烯酸丁酯。
實施例13本實施例說明了使用酸性催化劑從3-HP通過單罐合成丙烯酸丁酯。
將10.0克30％的3-HP，100毫升正丁醇和5滴濃H2SO4在250毫升燒瓶中進行混合。用連接的Dean-Stark阱回流混合物除去水分。繼續回流，至Dean-Stark阱中收集不到水分為止。連接蒸餾裝置，除去大部分正丁醇。接著，降溫並抽真空(0.5乇，80℃)蒸餾剩餘液體。製得1.58克丙烯酸丁酯，以及一些丁醇。丙烯酸丁酯的產率是37％。
實施例14本實施例說明了用鹼性催化劑製備3-烷氧基丙酸酯。
將5.12克30％的3-HP水溶液，0.50克Mg(OH)2，和53.58克丁醇加入600毫升的高壓Parr反應器中。用50磅/平方英寸的氮氣吹掃製得的混合物三次，除去空氣，然後將反應器在220℃下加熱1.6小時。加熱過程結束之後，將反應器冷卻至室溫並減壓。離心反應器中的物質，從溶液中分離固體。除去固體之後，用氣相色譜分析溶液中的3-丁氧基丙酸丁酯，3-羥基丙酸丁酯，和丙烯酸丁酯。3-丁氧基丙酸丁酯的產率是48％，3-羥基丙酸丁酯的產率是5％，丙烯酸丁酯的產率是47％。
用Ca(OH)2和NaOH代替Mg(OH)2催化劑重複該過程。不同的3-丁氧基丙酸丁酯產率取決於催化劑性質，順序是Mg＞Ca＞Na。
用乙醇代替丁醇，重複該過程。反應後3-乙氧基丙酸乙酯的產率在5到50％範圍內，取決於鹼土金屬鹽，順序是Mg＞Ca＞Na。
實施例15本實施例說明了使用鹼性催化劑製備3-烷氧基丙酸酯的另一種方法。
將實施例10中製備的丙烯酸丁酯與氫氧化鈣和丁醇在約50℃下反應，使之轉化成丁基3-丁氧基丙酸丁酯。
實施例16本實施例說明了使用各種催化劑對3-HP酯進行脫水製備各種丙烯酸烷基酯的方法。
將催化劑置於裝備有溫度探針(與催化劑接觸)的3頸燒瓶中。連接蒸餾柱和接收燒瓶，收集反應中形成的蒸氣，將催化劑加熱至要求的溫度。使用注射器向催化劑上直接滴加3-羥基丙酸酯的相應醇溶液。收集蒸餾出的液體，並用氣相色譜分析。結果和相應的實驗條件如下表中所示。
使用3-HP作為原料進行類似的脫水反應，用含有加熱催化劑的燒瓶代替GC(a)在180℃的NaH2PO4-矽膠催化劑上將水性3-HP脫水成丙烯酸。根據GC和HPLC分析，丙烯酸的產率是90-96％。
(b)在180℃的H3PO4-矽膠催化劑上將水性3-HP脫水成丙烯酸。根據GC和HPLC分析，丙烯酸的產率是85-90％。
(c)在180℃的CuSO4-矽膠催化劑上將水性3-HP脫水成丙烯酸。根據GC和HPLC分析，丙烯酸的產率是73％。
(d)在沸石H-β粉末和180℃的85％H3PO4催化劑上將水性3-HP脫水成丙烯酸。根據GC和HPLC分析，丙烯酸的產率是71％。
(e)在270℃的NaH2PO4-矽膠催化劑上將水性3-羥基異丁酸脫水成甲基丙烯酸。根據GC分析，甲基丙烯酸的產率是79％。
實施例17本實施例說明了使用Amberlyst-15樹脂催化劑在醯胺溶劑中製備3-HP的甲酯。
使用約70％純度的3-HP作為原料。向25.02克10.79％3-HP的1-辛基-2-吡咯烷酮中加入14.85克甲醇。在1.26克Amberlyst-15樹脂存在下，在圓底燒瓶中使溶液在76-78℃下回流22小時。產物的GC分析表明反應生成的3-HP甲酯的產率是76％。
實施例18本實施例說明了使用Amberlyst-15樹脂催化劑在磷酸三丁酯(TBP)溶劑中製備3-HP的甲酯。
以約70％純度的3-HP作為原料。向18克8.23％3-HP的TBP中加入30.19克甲醇。在1.80克Amberlyst-15樹脂存在下，在圓底燒瓶中在70℃下回流溶液17小時。產物的GC分析表明反應生成的3-HP甲酯的產率是75.5％。
實施例19本實施例說明了使用H2SO4催化劑在醯胺溶劑中製備3-HP的甲酯。
使用約70％純度的3-HP作為原料。向12.03克22.9％3-HP的1-辛基-2-吡咯烷酮中加入2.91克甲醇和0.13克H2SO4(98％)。在圓底燒瓶中在83℃下回流溶液2小時。產物的GC分析表明，反應生成的3-HP甲酯的產率是67.5％。
實施例20本實施例說明了使用Amberlyst-15樹脂作為催化劑在醯胺溶劑中製備3-HP的甲酯。
使用約99％純度的3-HP作為原料。向12.02克9.7％3-HP的1-辛基-2-吡咯烷酮中加入6.24克甲醇。在Amberlyst-15樹脂存在下，在圓底燒瓶中在71℃下回流溶液21小時。產物的GC分析表明，反應生成的3-HP甲酯的產率是99.1％。
已經說明了本發明的一些實例。但是，可以在不偏離本發明精神和範圍的情況下作出各種改進。因此，其他實例也在以下權利要求書的範圍內。
權利要求
1.一種製備β-羥基羧酸酯的方法，包括使β-羥基羧酸或其鹽與醇在酯化催化劑的存在下和除了醇不含其他溶劑的條件下反應生成酯，反應條件基本是無水的，處於大氣壓力和低於回流溫度的溫度下。
2.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述方法包括在室溫下製備酯。
3.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述β-羥基羧酸選自3-羥基丙酸，3-羥基-2-甲基丙酸，3-羥基丁酸，3-羥基-2-甲基丁酸，3-羥基-2-甲基戊酸，3-羥基-3-甲基丁酸，2，3-二甲基-3-羥基丁酸，3-羥基-3-苯基丙酸，及其組合。
4.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述β-羥基羧酸是3-羥基丙酸。
5.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述醇含有1到7個碳原子。
6.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述酯化催化劑包括酸催化劑。
7.如權利要求6所述的方法，其特徵在於，所述酸性催化劑包括酸性樹脂催化劑。
8.一種製備β-羥基羧酸酯的方法，包括(a)提供含有β-羥基羧酸或其鹽的發酵培養基；(b)從該發酵培養基形成含有該β-羥基羧酸或其鹽的溶液；和(c)使該β-羥基羧酸或其鹽與醇在酯化催化劑的存在下和除了醇不含其他溶劑的條件下反應生成酯，反應條件基本是無水的，處於大氣壓力和低於回流溫度的溫度下。
9.一種製備β-羥基羧酸酯的方法，其特徵在於，所述方法包括使β-羥基羧酸與含有1到7個碳原子的醇在酯化催化劑的存在下，在與水不混溶的萃取劑中發生反應，生成含有該酯和該萃取劑的反應混合物。
10.如權利要求9所述的方法，其特徵在於該β-羥基羧酸選自3-羥基丙酸，3-羥基-2-甲基丙酸，3-羥基丁酸，3-羥基-2-甲基丁酸，3-羥基-2-甲基戊酸，3-羥基-3-甲基丁酸，2，3-二甲基-3-羥基丁酸，3-羥基-3-苯基丙酸，及其組合。
11.如權利要求9所述的方法，其特徵在於，所述β-羥基羧酸是3-羥基丙酸。
12.如權利要求9所述的方法，其特徵在於，所述與水不混溶的萃取劑選自醯胺，醚，酮，含磷酯，氧化膦，硫化膦，烷基硫，及其組合。
13.一種製備β-羥基羧酸酯的方法，包括(a)提供含有β-羥基羧酸或其鹽的發酵培養基；(b)用與水不混溶的萃取劑處理培養基，形成含有該β-羥基羧酸和該萃取劑的萃取液；(c)將萃取液與含有1到7個碳原子的醇以及酯化催化劑混合；和(d)使β-羥基羧酸與醇在萃取劑和催化劑的存在下反應生成酯。
14.一種製備α，β-不飽和羧酸或其鹽的方法，包括(a)提供含有β-羥基羧酸鹽的水溶液；和(b)加熱該溶液使鹽脫水並形成α，β-不飽和羧酸或其鹽。
15.如權利要求14所述的方法，其特徵在於，所述鹽選自鹼金屬鹽，鹼土金屬鹽，銨鹽，及其組合。
16.如權利要求14所述的方法，其特徵在於，所述鹽包括鈉鹽。
17.如權利要求14所述的方法，其特徵在於，所述鹽包括鈣鹽。
18.如權利要求14所述的方法，其特徵在於，所述β-羥基羧酸選自3-羥基丙酸，3-羥基-2-甲基丙酸，3-羥基丁酸，3-羥基-2-甲基丁酸，3-羥基-2-甲基戊酸，3-羥基-3-甲基丁酸，2，3-二甲基-3-羥基丁酸，3-羥基-3-苯基丙酸，及其組合。
19.如權利要求14所述的方法，其特徵在於，所述β-羥基羧酸是3-羥基丙酸。
20.如權利要求14所述的方法，其特徵在於，所述水溶液得自於發酵培養基。
21.如權利要求14所述的方法，其特徵在於，所述方法包括在脫水催化劑存在下加熱該水溶液，使該鹽脫水形成α，β-不飽和羧酸或其鹽。
22.如權利要求14所述的方法，其特徵在於，所述方法還包括使該α，β-不飽和羧酸或其鹽與醇反應形成α，β-不飽和羧酸酯。
23.一種製備α，β-不飽和羧酸或其鹽的方法，包括(a)提供含有β-羥基羧酸或其鹽的發酵培養基；(b)從該發酵培養基形成含有β-羥基羧酸或其鹽的水溶液；和(c)加熱水溶液，使β-羥基羧酸或其鹽脫水形成α，β-不飽和羧酸或其鹽。
24.如權利要求23所述的方法，其特徵在於，所述β-羥基羧酸選自3-羥基丙酸，3-羥基-2-甲基丙酸，3-羥基丁酸，3-羥基-2-甲基丁酸，3-羥基-2-甲基戊酸，3-羥基-3-甲基丁酸，2，3-二甲基-3-羥基丁酸，3-羥基-3-苯基丙酸，及其組合。
25.如權利要求23所述的方法，其特徵在於，所述β-羥基羧酸是3-羥基丙酸。
26.如權利要求23所述的方法，其特徵在於，所述方法包括在脫水催化劑存在下加熱該水溶液，使該β-羥基羧酸或其鹽脫水形成α，β-不飽和羧酸或其鹽。
27.如權利要求23所述的方法，其特徵在於，所述方法還包括使該α，β-不飽和羧酸或其鹽與醇反應，形成α，β-不飽和羧酸酯。
28.一種製備α，β-不飽和羧酸的方法，包括(a)提供含有β-羥基羧酸的發酵培養基；(b)從該發酵培養基形成含有該β-羥基羧酸的溶液；和(c)在脫水催化劑存在下蒸發該溶液，將該β-羥基羧酸轉化成α，β-不飽和羧酸。
29.如權利要求28所述的方法，其特徵在於，所述方法包括將脫水催化劑加入含有該β-羥基羧酸的溶液中。
30.如權利要求28所述的方法，其特徵在於，所述方法包括將該溶液置於加熱表面上使該溶液蒸發。
31.如權利要求30所述的方法，其特徵在於，所述加熱表面包括脫水催化劑。
32.如權利要求28所述的方法，其特徵在於，所述β-羥基羧酸選自3-羥基丙酸，3-羥基-2-甲基丙酸，3-羥基丁酸，3-羥基-2-甲基丁酸，3-羥基-2-甲基戊酸，3-羥基-3-甲基丁酸，2，3-二甲基-3-羥基丁酸，3-羥基-3-苯基丙酸，及其組合。
33.如權利要求28所述的方法，其特徵在於，所述β-羥基羧酸是3-羥基丙酸。
34.如權利要求28所述的方法，其特徵在於，所述β-羥基羧酸是3-羥基-2-甲基丙酸。
35.如權利要求28所述的方法，其特徵在於，所述脫水催化劑包括酸催化劑。
36.如權利要求28所述的方法，其特徵在於，所述方法還包括將該β-羥基羧酸轉化成酯，並在脫水催化劑的存在下蒸發含有該酯的溶液，將該β-羥基羧酸酯轉化成α，β-不飽和羧酸酯。
37.一種製備α，β-不飽和羧酸酯的方法，包括(a)提供含有β-羥基羧酸或其酯，醇和脫水催化劑的水溶液；和(b)加熱該溶液形成α，β-不飽和羧酸酯。
38.如權利要求37所述的方法，其特徵在於，所述水溶液得自於發酵培養基。
39.如權利要求37所述的方法，其特徵在於，所述醇含有1到7個碳原子。
40.如權利要求37所述的方法，其特徵在於，所述脫水催化劑包括酸催化劑。
41.如權利要求37所述的方法，其特徵在於，所述β-羥基羧酸選自3-羥基丙酸，3-羥基-2-甲基丙酸，3-羥基丁酸，3-羥基-2-甲基丁酸，3-羥基-2-甲基戊酸，3-羥基-3-甲基丁酸，2，3-二甲基-3-羥基丁酸，3-羥基-3-苯基丙酸，及其組合。
42.如權利要求37所述的方法，其特徵在於，所述β-羥基羧酸是3-羥基丙酸。
43.一種製備β-羥基羧酸烷氧基衍生物的方法，包括(a)提供密閉反應器中的含有β-羥基羧酸或其鹽，醇，和鹼性催化劑的水溶液；和(b)加熱該反應器，使醇與β-羥基羧酸的羥基反應，形成該β-羥基羧酸的烷氧基衍生物。
44.如權利要求43所述的方法，其特徵在於，所述催化劑選自鹼金屬氫氧化物，鹼金屬氧化物，鹼土金屬氫氧化物，鹼土金屬氧化物，及其組合。
45.如權利要求44所述的方法，其特徵在於，所述催化劑選自Mg(OH)2，Ca(OH)2，NaOH，及其組合。
46.如權利要求43所述的方法，其特徵在於，所述β-羥基羧酸選自3-羥基丙酸，3-羥基-2-甲基丙酸，3-羥基丁酸，3-羥基-2-甲基丁酸，3-羥基-2-甲基戊酸，3-羥基-3-甲基丁酸，2，3-二甲基-3-羥基丁酸，3-羥基-3-苯基丙酸，及其組合。
47.如權利要求43所述的方法，其特徵在於，所述β-羥基羧酸是3-羥基丙酸。
48.如權利要求43所述的方法，其特徵在於，所述水溶液得自於發酵培養基。
49.一種製備α，β-不飽和羧酸酯的方法，包括加熱含有β-羥基羧酸，含有1到7個碳原子的醇，和與水不混溶溶劑的溶液，形成該α，β-不飽和羧酸酯。
全文摘要
製備β－羥基羧酸衍生物，包括β－羥基羧酸酯，α，β－不飽和羧酸，α，β－不飽和羧酸酯，和烷氧基衍生物的方法。
文檔編號C12P7/52GK1642897SQ03807201
公開日2005年7月20日 申請日期2003年3月25日 優先權日2002年3月25日
發明者P·索巴納基斯, X·蒙, T·W·阿布拉罕 申請人:嘉吉有限公司