使用均相催化剂由异丁醇生产2,2,4,4-四甲基环丁烷-1,3-二醇的制作方法

使用均相催化剂由异丁醇生产2，2，4，4-四甲基环丁烷-1，3-二醇
技术领域
1.本公开总体上涉及通过使2，2，4，4-四甲基环丁烷二酮与异丁醇反应制备2，2，4，4-四甲基环丁烷-1，3-二醇的均相催化方法。


背景技术：

2.常规上，2，2，4，4-四甲基环丁烷-1，3-二醇(tmcd)可以通过使用含钌混合金属多相催化剂氢化2，2，4，4-四甲基环丁烷二酮(二酮)来生产。
3.在这种常规方法中，可以通过(i)将异丁酸转化为异丁酸酐，(ii)将异丁酸酐转化为二酮，以及(iii)将二酮氢化为tmcd来生产tmcd。
4.在这种常规方法中需要氢气。这种方法在相对高的氢气压力下操作，并且受制于许多副产物的产生，一些副产物通过在氢化过程期间酸催化的环丁烷开环产生。
5.在本公开中，公开了一种新方法，该方法使用异丁醇代替氢气将2，2，4，4-四甲基环丁烷二酮转化为2，2，4，4-四甲基环丁烷-1，3-二醇，同时产生异丁酸异丁酯(ibib)。这种新方法不使用氢气，并且消除了与使用氢气相关的安全问题。这种新方法是一步生产tmcd和ibib的高效方法。从异丁醇到二酮的氢转移代替了二酮到二醇的h2依赖性还原，同时异丁醇转化为ibib。
6.本公开解决了这些未满足的需求以及其它需求，这将从以下描述和所附权利要求中显现。


技术实现要素：

7.本公开的方法如所附权利要求中所述。
8.本公开的一个实施方案是生产2，2，4，4-四甲基环丁烷-1，3-二醇的方法，其包括：(1)在串联转移氢化和tischenko反应催化剂(a tandem transfer hydrogenation and tischenko reaction catalyst)存在下，使2，2，4，4-四甲基环丁烷二酮与异丁醇接触，以产生异丁酸异丁酯和2，2，4，4-四甲基环丁烷-1，3-二醇和3-羟基-2，2，4，4-四甲基环丁酮；(2)任选地氢化任何未反应的2，2，4，4-四甲基环丁烷二酮和3-羟基-2，2，4，4-四甲基环丁酮以产生2，2，4，4-四甲基环丁烷-1，3-二醇；(3)任选地在酸催化剂存在下，使异丁酸异丁酯水解以产生异丁酸和异丁醇，并且任选地，其中将异丁醇再循环至步骤(1)；(4)将异丁酸转化为2，2，4，4-四甲基环丁烷二酮，其中任选地将2，2，4，4-四甲基环丁烷二酮再循环至步骤(1)。
9.本公开的一个实施方案是生产2，2，4，4-四甲基环丁烷-1，3-二醇的方法，其包括：(1)在串联钌转移氢化和tischenko反应催化剂存在下，使2，2，4，4-四甲基环丁烷二酮与异丁醇接触，以产生异丁酸异丁酯和2，2，4，4-四甲基环丁烷-1，3-二醇和3-羟基-2，2，4，4-四甲基环丁酮，所述催化剂包含h2ru(pph3)4、ru3(co)
12
、(ar4c4co)ru(co)3和(ar4c4co)2h(μ-h)(co)4ru2中的一种或多种，
10.其中(ar4c4co)ru(co)3由以下通式表示：
[0011][0012]
且ar由以下通式表示：
[0013][0014]
且基团r相同或不同，选自h、甲基、乙基、或含有3至10个碳原子的直链或支链烷基、取代或未取代的芳基、含有羰基的基团如具有2至10个碳原子的醛、酮或酯、三氟甲基或氟化烃基如全氟丁基或五氟苯基；
[0015]
且其中(ar4c4co)2h(μ-h)(co)4ru2由以下通式表示：
[0016][0017]
且ar由以下通式表示：
[0018][0019]
且基团r相同或不同，选自h、甲基、乙基、或含有3至10个碳原子的直链或支链烷基、取代或未取代的芳基、含有羰基的基团如具有2至10个碳原子的醛、酮或酯、三氟甲基或氟化烃基如全氟丁基或五氟苯基；
[0020]
(2)任选地氢化任何未反应的2，2，4，4-四甲基环丁烷二酮和3-羟基-2，2，4，4-四甲基环丁酮以产生2，2，4，4-四甲基环丁烷-1，3-二醇；
[0021]
(3)任选地在酸催化剂存在下，使异丁酸异丁酯水解以产生异丁酸和异丁醇，并且任选地，其中任选地将异丁醇再循环至步骤(1)；
[0022]
(4)将异丁酸转化为2，2，4，4-四甲基环丁烷二酮，其中任选地将2，2，4，4-四甲基环丁烷二酮再循环至步骤(1)。
[0023]
本公开的一个实施方案是生产2，2，4，4-四甲基环丁烷-1，3-二醇的方法，其包括：一种生产2，2，4，4-四甲基环丁烷-1，3-二醇的方法，包括：(1)在串联钌转移氢化和tischenko反应催化剂存在下，使2，2，4，4-四甲基环丁烷二酮与异丁醇接触，以产生异丁酸异丁酯和2，2，4，4-四甲基环丁烷-1，3-二醇和3-羟基-2，2，4，4-四甲基环丁酮，所述催化剂选自((ph4c4co)2h(μ-h)(co)4ru2).(ph4c4co)2h(μ-h)(co)4ru2、[(4-clc6h4)4c4co]2h(μ-h)(co)4ru2、[2，5-(c6h5)
2-3，4-(4-meoc6h4)2c4co]2h(μ-h)(co)4ru2或[2，5-(c6h5)
2-3，4-(4-fc6h4)2c4co]2h(μ-h)(co)4ru2；(2)任选地氢化任何未反应的2，2，4，4-四甲基环丁烷二酮和3-羟基-2，2，4，4-四甲基环丁酮以产生2，2，4，4-四甲基环丁烷-1，3-二醇；(3)任选地在酸催化剂存在下，使异丁酸异丁酯水解以产生异丁酸和异丁醇，并且任选地，其中任选地将异丁醇再循环至步骤(1)；(4)将异丁酸转化为2，2，4，4-四甲基环丁烷二酮，其中任选地将2，2，4，4-四甲基环丁烷二酮再循环至步骤(1)。
[0024]
本公开的一个实施方案是生产2，2，4，4-四甲基环丁烷-1，3-二醇的方法，其包括：
[0025]
(1)在串联转移氢化和tischenko反应催化剂存在下，使2，2，4，4-四甲基环丁烷二酮与异丁醇接触，以产生异丁酸异丁酯和2，2，4，4-四甲基环丁烷-1，3-二醇和3-羟基-2，2，4，4-四甲基环丁酮；
[0026]
(2)任选地氢化任何未反应的2，2，4，4-四甲基环丁烷二酮和3-羟基-2，2，4，4-四甲基环丁酮以产生2，2，4，4-四甲基环丁烷-1，3-二醇；
[0027]
(3)任选地在酸催化剂存在下，使异丁酸异丁酯水解以产生异丁酸和异丁醇，并且其中任选地将异丁醇再循环至步骤(1)；
[0028]
(4)将异丁酸转化为2，2，4，4-四甲基环丁烷二酮，其中任选地将2，2，4，4-四甲基环丁烷二酮再循环至步骤(1)。
[0029]
本公开的一个实施方案是生产2，2，4，4-四甲基环丁烷-1，3-二醇的方法，其包括：
[0030]
1.在串联钌转移氢化和tischenko反应催化剂存在下，使2，2，4，4-四甲基环丁烷二酮与异丁醇接触，以产生异丁酸异丁酯和2，2，4，4-四甲基环丁烷-1，3-二醇和3-羟基-2，2，4，4-四甲基环丁酮，所述催化剂包含h2ru(pph3)4、ru3(co)
12
、(ar4c4co)ru(co)3和(ar4c4co)2h(μ-h)(co)4ru2中的一种或多种，
[0031]
其中(ar4c4co)ru(co)3由以下通式表示：
[0032][0033]
且ar由以下通式表示：
[0034][0035]
且基团r相同或不同，选自h、甲基、乙基、或含有3至10个碳原子的直链或支链烷基、取代或未取代的芳基、含有羰基的基团如具有2至10个碳原子的醛、酮或酯、三氟甲基或氟化烃基如全氟丁基或五氟苯基；
[0036]
且其中(ar4c4co)2h(μ-h)(co)4ru2由以下通式表示：
[0037][0038]
且ar由以下通式表示：
[0039][0040]
且基团r相同或不同，选自h、甲基、乙基、或含有3至10个碳原子的直链或支链烷基、取代或未取代的芳基、含有羰基的基团如具有2至10个碳原子的醛、酮或酯、三氟甲基或氟化烃基如全氟丁基或五氟苯基；
[0041]
2.任选地氢化任何未反应的2，2，4，4-四甲基环丁烷二酮和3-羟基-2，2，4，4-四甲基环丁酮以产生2，2，4，4-四甲基环丁烷-1，3-二醇；
[0042]
3.任选地在酸催化剂存在下，使异丁酸异丁酯水解以产生异丁酸和异丁醇，并且任选地，其中任选地将异丁醇再循环至步骤(1)；
[0043]
4.将异丁酸转化为2，2，4，4-四甲基环丁烷二酮，其中任选地将2，2，4，4-四甲基环丁烷二酮再循环至步骤(1)。
[0044]
本公开的一个实施方案是生产2，2，4，4-四甲基环丁烷-1，3-二醇的方法，其包括：
[0045]
1.在串联钌转移氢化和tischenko反应催化剂存在下，使2，2，4，4-四甲基环丁烷二酮与异丁醇接触，以产生异丁酸异丁酯和2，2，4，4-四甲基环丁烷-1，3-二醇和3-羟基-2，2，4，4-四甲基环丁酮，所述催化剂选自(ph4c4co)2h(μ-h)(co)4ru2、[(4-clc6h4)4c4co]2h(μ-h)(co)4ru2、[2，5-(c6h5)
2-3，4-(4-meoc6h4)2c4co]2h(μ-h)(co)4ru2或[2，5-(c6h5)
2-3，4-(4-fc6h4)2c4co]2h(μ-h)(co)4ru2；
[0046]
2.任选地氢化任何未反应的2，2，4，4-四甲基环丁烷二酮和3-羟基-2，2，4，4-四甲基环丁酮以产生2，2，4，4-四甲基环丁烷-1，3-二醇；
[0047]
3.任选地在酸催化剂存在下，使异丁酸异丁酯水解以产生异丁酸和异丁醇，并且其中任选地将异丁醇再循环至步骤(1)；
[0048]
4.将异丁酸转化为2，2，4，4-四甲基环丁烷二酮，其中任选地将2，2，4，4-四甲基环丁烷二酮再循环至步骤(1)。
[0049]
在本公开的一个实施方案中，串联钌转移氢化和tischenko反应催化剂是((ph4c4co)2h(μ-h)(co)4ru2)。
[0050]
在本公开的一个实施方案中，2，2，4，4-四甲基环丁烷二酮的转化率为至少50％或至少70％或至少90％。
[0051]
在本公开的一个实施方案中，2，2，4，4-四甲基环丁烷-1，3-二醇的选择性为至少30％，或至少60％。
附图说明
[0052]
图1是反应产物的gc/ms色谱图。使用4：1的ibuoh与二酮的摩尔比。(1-羟基-2，2，4-三甲基戊-3-酮(tmop)，异丁酸-3-羟基-2，2，4，4-四甲基环丁酯(mester1/2)。参见实验部分中的实施例1。
[0053]
图2是反应动力学研究。
具体实施方式
[0054]
在本公开中，已经发现在单个方法步骤中，tmcd可由二酮和异丁醇形成。本公开的异丁醇转化为tmcd的方法还将异丁酸转化为异丁酸酐(iban)和将iban转化为二酮。
[0055]
该方法使得能够一步生产tmcd和异丁酸异丁酯(ibib)。从异丁醇到二酮的氢转移代替了二酮到二醇的h2依赖性还原，同时异丁醇被氧化到其转化为二甲基乙烯酮所需的羧酸水平。异丁醇到ibib的温和脱氢偶联，随后酸催化水解成异丁酸的效率，相对于异丁醛的空气氧化提供了更高的异丁酸产率，所述异丁醛的空气氧化受制于甲酸异丙酯(和相关的异丙醇和甲酸)的共同产生。
[0056]
本公开针对其中2，2，4，4-四甲基环丁烷-1，3-二醇(tmcd)由2，2，4，4-四甲基环丁烷二酮(二酮)和异丁醇形成的单个方法步骤。在温和条件下以基本定量的产率将二酮和异丁醇氧化至酸氧化态。在本公开的方法过程中，由于需要酸催化ibib的水解和tmcd产物的酸敏感性，在单独的步骤中使ibib水解。
[0057]
在一个实施方案中，本公开提供了制备2，2，4，4-四甲基环丁烷-1，3-二醇的方法。该方法包括在串联转移氢化和tischenko反应催化剂存在下使2，2，4，4-四甲基环丁烷二酮与异丁醇接触。
[0058]
本公开的一个实施方案是使用异丁醇作为生产tmcd的原料的方法。在一些实施方案中，生物-异丁醇在本公开中可用作异丁醇来源，从而产生生物-tmcd。如果使用具有部分生物含量的异丁醇，则产生具有相应的部分生物含量的生物-tmcd。同样，如果在下文所示的四步方法中使用具有25-100％生物含量的生物-异丁醇，则还可产生中间体，例如生物-ibib、生物-异丁酸和生物-iban。在将具有25-100％生物含量的生物-tmcd引入共聚酯的应
用中，可产生具有适当生物含量的新型聚酯。通过该方法预期25-100％的生物-tmcd的组成，如衍生自第一步骤的相应生物-ibib、步骤二的生物-异丁酸和步骤三的生物-iban。在本公开的一个实施方案中，异丁醇包含至少25％的生物-异丁醇。在本公开的一个实施方案中，异丁醇包含至少50％的生物-异丁醇。在本公开的一个实施方案中，异丁醇包含至少75％的生物-异丁醇。在本公开的一个实施方案中，异丁醇包含100％的生物-异丁醇。
[0059]
在本公开的一个实施方案中，该方法需要以下步骤：
[0060]
(i)使用异丁醇作为氢供体，转移氢化四甲基环丁烷二酮，同时产生ibib，
[0061]
(ii)ibib水解产生异丁酸和异丁醇(在一些实施方案中，将产生的异丁醇再循环至步骤(i))，
[0062]
(iii)使用异丁酸(在一些实施方案中，在步骤(ii)中产生异丁酸)产生异丁酸酐，和
[0063]
(iv)通过转化异丁酸酐产生二甲基乙烯酮。
[0064]
在本公开的一个实施方案中，该方法如下：
[0065][0066]
在一个实施方案中，本公开的异丁醇转化为tmcd的方法需要将异丁酸转化为iban和将iban转化为二酮。从异丁醇到二酮的氢转移代替了二酮到二醇的h2依赖性还原，同时异丁醇被氧化到其转化为二甲基乙烯酮所需的羧酸水平。异丁醇到ibib的温和脱氢偶联的效率提供了更高的异丁酸产率，并且不会受制于甲酸异丙酯(或相关的异丙醇)的共同产生。
[0067]
在一个实施方案中，本公开的方法包括在串联转移氢化和tischenko反应催化剂存在下使2，2，4，4-四甲基环丁烷二酮与异丁醇接触，以产生异丁酸异丁酯和2，2，4，4-四甲基环丁烷-1，3-二醇和3-羟基-2，2，4，4-四甲基环丁酮。
[0068]
因此，本公开提供了通过在串联转移氢化和tischenko反应催化剂存在下使2，2，4，4-四甲基环丁烷二酮与异丁醇反应来制备2，2，4，4-四甲基环丁烷-1，3-二醇的方法。
[0069]
本公开的一个实施方案是生产2，2，4，4-四甲基环丁烷-1，3-二醇的方法，其包括：
[0070]
1)在串联钌转移氢化和tischenko反应催化剂存在下，使2，2，4，4-四甲基环丁烷二酮与异丁醇接触，以产生异丁酸异丁酯和2，2，4，4-四甲基环丁烷-1，3-二醇和3-羟基-2，2，4，4-四甲基环丁酮，所述催化剂包含h2ru(pph3)4、ru3(co)
12
、(ar4c4co)ru(co)3和
(ar4c4co)2h(μ-h)(co)4ru2中的一种或多种，
[0071]
其中(ar4c4co)ru(co)3由以下通式表示：
[0072][0073]
且ar由以下通式表示：
[0074][0075]
且基团r相同或不同，选自h、甲基、乙基、或含有3至10个碳原子的直链或支链烷基、取代或未取代的芳基、含有羰基的基团如具有2至10个碳原子的醛、酮或酯、三氟甲基或氟化烃基如全氟丁基或五氟苯基；
[0076]
且其中(ar4c4co)2h(μ-h)(co)4ru2由以下通式表示：
[0077][0078]
且ar由以下通式表示：
[0079][0080]
且基团r相同或不同，选自h、甲基、乙基、或含有3至10个碳原子的直链或支链烷基、取代或未取代的芳基、含有羰基的基团如具有2至10个碳原子的醛、酮或酯、三氟甲基或氟化烃基如全氟丁基或五氟苯基；
[0081]
2)任选地氢化任何未反应的2，2，4，4-四甲基环丁烷二酮和3-羟基-2，2，4，4-四甲基环丁酮以产生2，2，4，4-四甲基环丁烷-1，3-二醇；
[0082]
3)任选地在酸催化剂存在下，使异丁酸异丁酯水解以产生异丁酸和异丁醇，并且
任选地，其中任选地将异丁醇再循环至步骤1)；
[0083]
4)将异丁酸转化为2，2，4，4-四甲基环丁烷二酮，其中任选地将2，2，4，4-四甲基环丁烷二酮再循环至步骤(1)。
[0084]
本公开的一个实施方案是生产2，2，4，4-四甲基环丁烷-1，3-二醇的方法，其包括：
[0085]
1)在串联钌转移氢化和tischenko反应催化剂存在下，使2，2，4，4-四甲基环丁烷二酮与异丁醇接触，以产生异丁酸异丁酯和2，2，4，4-四甲基环丁烷-1，3-二醇和3-羟基-2，2，4，4-四甲基环丁酮，所述催化剂选自(ph4c4co)2h(μ-h)(co)4ru2、[(4-clc6h4)4c4co]2h(μ-h)(co)4ru2、[2，5-(c6h5)
2-3，4-(4-meoc6h4)2c4co]2h(μ-h)(co)4ru2或[2，5-(c6h4)
2-3，4-(4-fc6h4)2c4co]2h(μh)(co)4ru2；
[0086]
2)任选地氢化任何未反应的2，2，4，4-四甲基环丁烷二酮和3-羟基-2，2，4，4-四甲基环丁酮以产生2，2，4，4-四甲基环丁烷-1，3-二醇；
[0087]
3)任选地在酸催化剂存在下，使异丁酸异丁酯水解以产生异丁酸和异丁醇，并且其中任选地将异丁醇再循环至步骤1)；
[0088]
4)将异丁酸转化为2，2，4，4-四甲基环丁烷二酮，其中任选地将2，2，4，4-四甲基环丁烷二酮再循环至步骤(1)。
[0089]
在一个实施方案中，本发明的方法包括在串联转移氢化和tischenko反应催化剂存在下，在有效产生二醇的条件下，使二酮与醇以大于1∶1且至多50∶1的醇与二酮的摩尔比接触。
[0090]
在一个实施方案中，本公开的方法以大于1∶1且至多50∶1的异丁醇与2，2，4，4-四甲基环丁烷二酮的摩尔比进行。
[0091]
在一个实施方案中，使用过量的醇或异丁醇以使选择性最大化和使副产物的形成最小化。在一些实施方案中，异丁醇与2，2，4，4-四甲基环丁烷二酮的摩尔比包括1∶1至50∶1、2∶1至25∶1、3∶1至25∶1、4∶1至25∶1、8∶1至25∶1、12∶1至25∶1、16∶1至25∶1、2∶1至24∶1、3∶1至24∶1、4∶1至24∶1、8∶1至24∶1、12∶1至24∶1、16∶1至24：1、2∶1至20∶1、3∶1至20∶1、4∶1至20∶1、8∶1至20∶1、12∶1至20∶1、16∶1至20∶1、2∶1至16∶1、3∶1至16∶1、4∶1至16∶1、8∶1至16∶1和12∶1至16∶1。
[0092]
在一个实施方案中，串联钌转移氢化和tischenko反应催化剂是(ph4c4co)2h(μ-h)(co)4ru2。在文献中已知其为shvo催化剂，有时写为[ru2(co)4(μ-h)(c4ph4cohocc4ph4)]。shvo催化剂是具有结构1的环戊二烯酮为配体的二钌配合物：
[0093][0094]“钌配合物”或“rucc”是指含有通过直接金属-配体键合连接的一个或多个钌原子和一个或多个配体的配合物。钌原子的形式氧化数、和充当配体的基团的种类和数量没有特别限定。此类配体的实例包括一氧化碳、膦、氢化物和取代的环戊二烯酮。取代的环戊二烯酮是优选的配体。
[0095]
在一个实施方案中，合适的rucc的实例包括h2ru(pph3)4、ru3(co)
12
、(ar4c4co)ru
(co)3和(ar4c4co)2h(μ-h)(co)4ru2、(ph4c4co)ru(co)3、[(4-clc6h4)4c4co]ru(co)3、[2，5-(c6h4)
2-3，4-(4-meoc6h4)2c4co]ru(co)3、[2，5-(c6h4)
2-3，4-(4-fc6h4)2c4co]ru(co)3、(ph4c4co)2h(μ-h)(co)4ru2、[(4-clc6h4)4c4co]2h(μ-h)(co)4ru2、[2，5-(c6h5)
2-3，4-(4-meoc6h4)2c4co]2h(μ-h)(co)4ru2、和[2，5-(c6h5)
2-3，4-(4-fc6h4)2c4co]2h(μ-h)(co)4ru2。这些化合物可以使用熟知的方法合成(例如，n.menashe等，organometallics，第10卷，第3885页(1991))。
[0096]
在一个实施方案中，(ar4c4co)ru(co)3由以下通式表示：
[0097][0098]
且ar由以下通式表示：
[0099][0100]
且基团r相同或不同，选自h、甲基、乙基、或含有3至10个碳原子的直链或支链烷基、取代或未取代的芳基、含有羰基的基团如具有2至10个碳原子的醛、酮或酯、三氟甲基或氟化烃基如全氟丁基或五氟苯基；
[0101]
在一个实施方案中，(ar4c4co)2h(μ-h)(co)4ru2由以下通式表示：
[0102][0103]
且ar由以下通式表示：
[0104][0105]
且基团r相同或不同，选自h、甲基、乙基、或含有3至10个碳原子的直链或支链烷
基、取代或未取代的芳基、含有羰基的基团如具有2至10个碳原子的醛、酮或酯、三氟甲基或氟化烃基如全氟丁基或五氟苯基。
[0106]
在一个实施方案中，所用催化剂的量相对于二酮可以为10-7
∶1至1∶1(摩尔比)。在一个实施方案中，所用催化剂的量相对于二酮可以为10-3
∶1至0.01∶1(摩尔比)。在一个实施方案中，基于2，2，4，4-四甲基环丁烷二酮的浓度，催化剂浓度为约0.001摩尔％至10摩尔％。在一个实施方案中，基于2，2，4，4-四甲基环丁烷二酮的浓度，催化剂浓度为约0.001摩尔％至约9摩尔％，或为约0.001摩尔％至约5摩尔％，或为约0.001摩尔％至约1摩尔％，或为约0.01摩尔％至约10摩尔％，或为约0.01摩尔％至约5摩尔％，或为约0.01摩尔％至约1摩尔％，或为约0.1摩尔％至约10摩尔％，或为约0.1摩尔％至约5摩尔％，或为约0.1摩尔％至约1摩尔％。
[0107]
反应后，可以通过蒸馏、萃取、吸附或其它常规方法将催化剂与产物分离，并再利用。
[0108]
本公开的方法可以在没有溶剂的情况下进行。但是如果rucc在包含二酮和醇的反应介质中具有低溶解度，则可以在合适的溶剂中进行反应以溶解rucc，或者根据需要以其他方式进行反应。合适的溶剂的实例包括烃，例如己烷、苯和甲苯；醚，例如二乙醚、二甲氧基乙烷、四氢呋喃和二噁烷；和酯，例如乙酸乙酯、乙酸丁酯和乙酸-2-乙基己酯。
[0109]
通常通过将二酮、异丁醇和催化剂引入容器中，然后混合内容物来进行反应。在一个实施方案中，通过将2，2，4，4-四甲基环丁烷二酮、异丁醇以及串联转移氢化和tischenko反应催化剂引入容器中，然后混合内容物来进行反应。在一个实施方案中，反应温度可以为50至300℃、或50至200℃、或60至200℃、或70至200℃、或80至200℃、或90至200℃、或100至200℃、或150至200℃、或50至150℃、或100至150℃、或50至100℃。在一个实施方案中，方法温度范围为约50℃至约300℃。在一个实施方案中，方法温度范围为约50℃至约200℃。
[0110]
反应压力和气氛不受特别限制。反应可以在低于大气压、在大气压下或在高压下进行。在一个实施方案中，反应在惰性气氛如氮气或氩气中进行。在一个实施方案中，反应在惰性气氛如氮气或氩气中进行。在一个实施方案中，反应在氮气压力下进行以保持醇为液态。在一个实施方案中，反应在至少200psig的氮气压力下进行。
[0111]
在一个实施方案中，反应时间取决于反应温度和催化剂浓度，并且反应时间可以为例如0.1至10小时、或0.5至3小时、或5分钟至5小时、或5分钟至4小时、或5分钟至3小时、或5分钟至2小时、或5分钟至1小时、或5分钟至30分钟、或30分钟至5小时、或30分钟至4小时、或30分钟至2小时、或30分钟至1小时。
[0112]
在一个实施方案中，本公开的方法在串联转移氢化和tischenko反应催化剂存在下，在有效产生异丁酸异丁酯和2，2，4，4-四甲基环丁烷-1，3-二醇和3-羟基-2，2，4，4-四甲基环丁酮的条件下，以大于1∶1且至多50：1的异丁醇与二酮的摩尔比进行。在一个实施方案中，异丁醇与2，2，4，4-四甲基环丁烷二酮的浓度为1∶1至50∶1的摩尔比。在一个实施方案中，异丁醇与2，2，4，4-四甲基环丁烷二酮的浓度为1∶1至40∶1的摩尔比。在一个实施方案中，异丁醇与2，2，4，4-四甲基环丁烷二酮的浓度为1∶1至30∶1的摩尔比。
[0113]
在一个实施方案中，异丁醇与2，2，4，4-四甲基环丁烷二酮的浓度为1∶1至20∶1的摩尔比。
[0114]
在一个实施方案中，异丁醇与2，2，4，4-四甲基环丁烷二酮的浓度为1∶1至10∶1的
摩尔比。在一个实施方案中，异丁醇与2，2，4，4-四甲基环丁烷二酮的浓度为1∶1至5∶1的摩尔比。在一个实施方案中，异丁醇与2，2，4，4-四甲基环丁烷二酮的浓度为1∶1至2.5∶1的摩尔比。
[0115]
在一个实施方案中，本公开的方法能够以至少50％；或至少55％、或至少60％、或至少65％、或至少70％、或至少75％、或至少80％、或至少85％、或至少90％、或至少95％的转化率转化2，2，4，4-四甲基环丁烷二酮。在一个实施方案中，2，2，4，4-四甲基环丁烷二酮的转化率为至少70％。在一个实施方案中，2，2，4，4-四甲基环丁烷二酮的转化率为至少80％。在一个实施方案中，2，2，4，4-四甲基环丁烷二酮的转化率为至少90％。
[0116]
在一些实施方案中，转化率由以下等式确定：
[0117][0118]
在一些实施方案中，本公开的方法可以具有至少30％、或至少40％、或至少50％、或至少60％、或至少70％、或至少80％、或至少90％、或至少95％的2，2，4，4-四甲基环丁-1，3-二醇选择性。在一个实施方案中，2，2，4，4-四甲基环丁烷-1，3-二醇的选择性为至少30％。在一个实施方案中，2，2，4，4-四甲基环丁烷-1，3-二醇的选择性为至少50％。在一个实施方案中，2，2，4，4-四甲基环丁烷-1，3-二醇的选择性为至少60％。
[0119]
本公开包括并明确地预期本文公开的实施方案、特征、特性、参数和/或范围的任何和所有组合。也就是说，本公开可以由本文提及的实施方案、特征、特性、参数和/或范围的任何组合来限定。
[0120]
如本文所用，不定冠词“一”和“一个/一种”是指一个或多个/一种或多种，除非上下文另有明确说明。类似地，名词的单数形式包括其复数形式，反之亦然，除非上下文另有明确说明。
[0121]
如本文所用，术语“和/或”当用于两个或更多个项目的列表中时，是指可单独使用所列项目中的任一个，或可使用所列项目中的两个或更多个的任何组合。例如，如果组合物被描述为含有组分a、b和/或c，则该组合物可以含有单独的a；单独的b；单独的c；a和b的组合；a和c的组合；b和c组合；或a、b和c的组合。
[0122]
尽管已经尝试精确，但本文描述的数值和范围应被认为是近似值(即使当没有被术语“约”限定时)。这些值和范围可以根据本公开寻求获得的期望性质以及由测量技术中存在的标准偏差产生的变化而不同于它们的规定数值。此外，本文描述的范围旨在并且具体地预期包括所述范围内的所有子范围和值。例如，50至100的范围旨在描述和包括该范围内的所有值，包括子范围，例如60至90和70至80。
[0123]
本文引用的所有文献，包括专利以及非专利文献的内容，均全文引入本文以供参考。在任何所并入的主题与本文的任何公开内容相矛盾的程度上，本文的公开内容应优先于所并入的内容。
[0124]
本公开可以通过其优选实施方案的以下实施例进一步说明，但是应当理解，这些实施例仅出于说明的目的而被包括，并且不旨在限制本公开内容的范围。
[0125]
实施例
[0126]
使用shvo催化剂1进行i-buoh和二酮的串联th-tishchenko反应。使用0.1摩尔％
催化剂(相对于二酮)在150℃下进行实验3小时。在3小时的反应后，使用气相色谱-质谱(gc-ms)分析反应产物。色谱图(图1)显示反应径直地进行以产生ibib和酮醇与tmcd产物的混合物(eq 1)。
[0127][0128]
使用4∶1摩尔比的ibuoh和二酮进料以及0.1摩尔％的shvo催化剂在150℃下进行动力学研究。反应在约2小时达到平衡(图2)。大部分二酮在不到2小时内被消耗。在反应过程中，对酮醇和tmcd产物的组合选择性保持非常高(表1)。此外，对ibib的选择性保持在96％以上。
[0129]
表1.异丁醇和二酮的串联th-tishchenko反应.a[0130][0131]a4∶1摩尔比的ibuoh与二酮用作进料。0.1摩尔％shvo催化剂载量。实验在150℃下进行。在t＝0分钟取样之前有12分钟的升温时间。b选择性计算为液相中产物的摩尔数除以装入的反应物的摩尔数。在反应过程中tmcd的顺式/反式比保持在大约1.3(参见实验部分中的实施例2)。
[0132]
实验部分
[0133]
材料：ibuoh和甲苯购自aldrich。shvo催化剂获自strem。
[0134]
气相色谱法.通过使用装备有分流/加热进样器(250℃)和热电偶检测器(250℃)的6890型agilent气相色谱仪分析方法样品。使用以.25μm膜厚涂布有(50％甲基，50％苯基硅氧烷)的毛细柱(30米
×
0.32mm id)(例如db-wax或等同物)。氦气用作载气，初始柱顶压力为7.42psi，初始柱流量为1.56ml/分钟，同时将45cm/秒的载气线速度在整个烘箱温度程序中保持恒定。柱温如下编程：将初始烘箱温度设定为40℃并保持3分钟，将烘箱以8℃/分钟升温至200℃并在200℃保持2分钟(总运行时间为25分钟)。将0.5-μl制备的样品溶液以75：1的分流比进样。ez-chrom elite色谱数据系统软件用于数据采集和数据处理。通过在gc样品瓶中称重0.1g(精确到0.1mg)样品并向gc样品瓶中加入1.0ml istd溶液(1体积％的二乙二醇二甲基醚的乙腈溶液)进行样品制备。
[0135]
该方法的gc组分如下所示。
[0136][0137]
通过该方法分析gc组分的化学结构。
[0138]
实施例1.向100ml钛高压釜中装入20.0g(269.2mmol)ibuoh、10.7g(76.3mmol)二酮和0.09g(0.077mmol)shvo催化剂。用约100psig的n2加压高压釜，然后排气两次。然后再次用200psig的n2加压，将密闭的高压釜加热至150℃并在反应温度下保持3小时。然后冷却至室温并减压。通过gc/ms色谱法分析液体产物(图1)。
[0139]
实施例2.向100ml钛高压釜中装入20.0g(269.2mmol)ibuoh、10.7g(76.3mmol)二酮和0.09g(0.077mmol)shvo催化剂。用约100psig的n2加压高压釜，然后排气两次。然后再次用200psig的n2加压，将密闭的高压釜加热至150℃并在反应温度下保持3小时。在t＝0取样并记录质量。在t＝15分钟、30分钟、60分钟、90分钟、120分钟和180分钟取样。3小时后，将高压釜冷却至室温并减压。通过气相色谱法分析样品(图2)。转化率和选择性见表1。
[0140]
已经特别参考本公开的优选实施方案详细描述了本公开，但是将要理解，在本发明的精神和范围内可以实现变化和修改。

技术特征：
1.生产2,2,4,4-四甲基环丁烷-1，3-二醇的方法，包括：(1)在串联转移氢化和tischenko反应催化剂存在下，使2，2，4，4-四甲基环丁烷二酮与异丁醇接触，以产生异丁酸异丁酯和2,2,4,4-四甲基环丁烷-1，3-二醇和3-羟基-2，2，4,4-四甲基环丁酮；(2)任选地氢化任何未反应的2,2,4,4-四甲基环丁烷二酮和3-羟基-2,2,4,4-四甲基环丁酮以产生2,2,4,4-四甲基环丁烷-1，3-二醇；(3)任选地在酸催化剂存在下，使异丁酸异丁酯水解以产生异丁酸和异丁醇，并且任选地，其中任选地将异丁醇再循环至步骤(1)；(4)将异丁酸转化为2,2,4,4-四甲基环丁烷二酮，其中任选地将2，2，4，4-四甲基环丁烷二酮再循环至步骤(1)。2.生产2,2,4,4-四甲基环丁烷-1，3-二醇的方法，包括：(1)在串联钌转移氢化和tischenko反应催化剂存在下，使2,2,4,4-四甲基环丁烷二酮与异丁醇接触，以产生异丁酸异丁酯和2,2,4,4-四甲基环丁烷-1，3-二醇和3-羟基-2,2,4,4-四甲基环丁酮，所述催化剂包含h2ru(pph3)4、ru3(co)
12
、(ar4c4co)ru(co)3和(ar4c4co)2h(μ-h)(co)4ru2中的一种或多种，其中(ar4c4co)ru(co)3由以下通式表示：且ar由以下通式表示：且基团r相同或不同，选自h、甲基、乙基、或含有3至10个碳原子的直链或支链烷基、取代或未取代的芳基、含有羰基的基团如具有2至10个碳原子的醛、酮或酯、三氟甲基或氟化烃基如全氟丁基或五氟苯基；且其中(ar4c4co)2h(μ-h)(co)4ru2由以下通式表示：
且ar由以下通式表示：且基团r相同或不同，选自h、甲基、乙基、或含有3至10个碳原子的直链或支链烷基、取代或未取代的芳基、含有羰基的基团如具有2至10个碳原子的醛、酮或酯、三氟甲基或氟化烃基如全氟丁基或五氟苯基；(2)任选地氢化任何未反应的2,2，4，4-四甲基环丁烷二酮和3-羟基-2，2，4，4-四甲基环丁酮以产生2,2，4，4-四甲基环丁烷-1，3-二醇；(3)任选地在酸催化剂存在下，使异丁酸异丁酯水解以产生异丁酸和异丁醇，并且任选地，其中任选地将异丁醇再循环至步骤(1)；(4)将异丁酸转化为2，2，4，4-四甲基环丁烷二酮，其中任选地将2，2，4，4-四甲基环丁烷二酮再循环至步骤(1)。3.生产2，2，4，4-四甲基环丁烷-1，3-二醇的方法，包括：(1)在串联钌转移氢化和tischenko反应催化剂存在下，使2,2，4，4-四甲基环丁烷二酮与异丁醇接触，以产生异丁酸异丁酯和2,2，4，4-四甲基环丁烷-1，3-二醇和3-羟基-2，2，4，4-四甲基环丁酮，所述催化剂选自((ph4c4co)2h(μ-h)(co)4ru2).(ph4c4co)2h(μ-h)(co)4ru2、[(4-clc6h4)4c4co]2h(μ-h)(co)4ru2、[2，5-(c6h5)
2-3，4-(4-meoc6h4)2c4co]2h(μ-h)(co)4ru2或[2，5-(c6h5)
2-3，4-(4-fc6h4)2c4co]2h(μ-h)(co)4ru2；(2)任选地氢化任何未反应的2,2,4,4-四甲基环丁烷二酮和3-羟基-2,2,4,4-四甲基环丁酮以产生2，2，4，4-四甲基环丁烷-1，3-二醇；(3)任选地在酸催化剂存在下，使异丁酸异丁酯水解以产生异丁酸和异丁醇，并且任选地，其中任选地将异丁醇再循环至步骤(1)；(4)将异丁酸转化为2,2,4,4-四甲基环丁烷二酮，其中任选地将2，2,4,4-四甲基环丁烷二酮再循环至步骤(1)。4.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其中所述转移氢化催化剂是((ph4c4co)2h(μ-h)(co)4ru2)。5.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其中2,2,4,4-四甲基环丁烷二酮的转化率为至少50％。
6.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其中2,2，4，4-四甲基环丁烷二酮的转化率为至少70％。7.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其中2，2，4，4-四甲基环丁烷二酮的转化率为至少90％。8.根据权利要求1-7任一项所述的方法，其中2，2，4，4-四甲基环丁烷-1，3-二醇的选择性为至少30％。9.根据权利要求1-7任一项所述的方法，其中2，2，4，4-四甲基环丁烷-1，3-二醇的选择性为至少60％。10.根据权利要求1-9任一项所述的方法，其中方法温度范围为约50℃至约300℃。11.根据权利要求1-10任一项所述的方法，其中方法温度范围为约50℃至约200℃。12.根据权利要求1-11任一项所述的方法，其中方法在至少200psig的氮气压力下进行。13.根据权利要求1-12任一项所述的方法，其中方法时间为5分钟至5小时。14.根据权利要求1-13任一项所述的方法，其中基于2,2,4,4-四甲基环丁烷二酮的浓度，催化剂浓度为约0.001摩尔％至10摩尔％。15.根据权利要求1-14任一项所述的方法，其中异丁醇与2，2，4，4-四甲基环丁烷二酮的浓度为1∶1至50∶1的摩尔比。16.根据权利要求1-14任一项所述的方法，其中异丁醇与2,2,4,4-四甲基环丁烷二酮的浓度为1∶1至20∶1的摩尔比。17.根据权利要求1-14任一项所述的方法，其中异丁醇与2，2，4，4-四甲基环丁烷二酮的浓度为1∶1至10∶1的摩尔比。18.根据权利要求1-14任一项所述的方法，其中异丁醇与2，2，4，4-四甲基环丁烷二酮的浓度为1∶1至5∶1的摩尔比。19.生产具有生物含量的2，2，4，4-四甲基环丁烷-1，3-二醇的方法，包括：(1)在串联转移氢化和tischenko反应催化剂存在下，使2，2，4，4-四甲基环丁烷二酮与包含生物-异丁醇的异丁醇接触，以产生生物-异丁酸异丁酯和生物-2，2，4，4-四甲基环丁烷-1，3-二醇和生物-3-羟基-2，2，4，4-四甲基环丁酮；(2)任选地氢化任何未反应的生物-2，2，4，4-四甲基环丁烷二酮和生物-3-羟基-2，2，4，4-四甲基环丁酮以产生生物-2，2，4，4-四甲基环丁烷-1，3-二醇；(3)任选地在酸催化剂存在下，使生物-异丁酸异丁酯水解以产生生物-异丁酸和生物-异丁醇，并且任选地，其中任选地将产生的生物-异丁醇再循环至步骤(1)；(4)将生物-异丁酸转化为生物-2，2，4，4-四甲基环丁烷二酮，其中任选地将生物-2，2，4，4-四甲基环丁烷二酮再循环至步骤(1)。20.根据权利要求19所述的方法，其中异丁醇包含至少25％的生物-异丁醇；或至少50％的生物-异丁醇；或至少75％的生物-异丁醇。

技术总结
本发明公开了通过在串联转移氢化和Tischenko反应催化剂存在下使2，2，4，4-四甲基环丁烷二酮与异丁醇反应来制备2，2，4，4-四甲基环丁烷-1，3-二醇的方法。二醇的方法。


技术研发人员：M
受保护的技术使用者：伊士曼化工公司
技术研发日：2021.11.30
技术公布日：2023/7/31