ПРЕВРАЩЕНИЕ СПИРТОВ В ЛИНЕЙНЫЕ И РАЗВЕТВЛЕННЫЕ ФУНКЦИОНАЛИЗИРОВАННЫЕ АЛКАНЫ Российский патент 2020 года по МПК C07C29/34 C07B31/00 C07B33/00 C07B35/02 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Варианты реализации настоящего изобретения относятся к экологичным и мягким способам превращения простых спиртов в функционализированные алканы с длинной цепью.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

В настоящее время проблема сохранения окружающей среды и изменения климата является, вероятно, одной из самых больших и серьезных проблем; следовательно, поиск новых устойчивых технологических решений для замены или сокращения применения материалов на основе ископаемых является чрезвычайно важной задачей.¹ Упорная работа и открытия в данной области помогли научному сообществу начать искать способы решения указанной проблемы. В указанном контексте биотопливо, произведенное из возобновляемых источников, является хорошей альтернативой с экологической точки зрения, оказывая меньшее негативное воздействие по сравнению с ископаемым топливом. Превращение биомассы в биотопливо является интенсивной изучаемой и весьма привлекательной задачей, которую необходимо решить.² Спирты, такие как метанол, этанол, бутанол и изопропанол, представляют собой универсальные органические соединения и желаемые исходные вещества, которые легко получить из биомассы (например, посредством ферментации, пиролиза и т.п.), и их можно модифицировать для применения в качестве биотоплива.

Количество исследований по превращению спиртов в алканы с длинной цепью начинает увеличиваться. Анбарасан (Anbarasan) et al. продемонстрировал каталитическое превращение путем экстрактивной ферментации с получением потенциально пригодных в качестве топлива химических соединений при помощи комбинированного химического катализа.⁴ Кроме того, группа Грогера () представила мягкий постадийный подход к синтезу спиртов Гербе.^5,6,7 Известно, что альдегиды можно подвергать конденсации/олигомеризации с применением органических катализаторов. Тем не менее, однореакторное превращение спиртов в олигомерные альдегиды неизвестно. Существуют примеры применения гетерогенного катализа для реакций гидрирования или окисления еналей и аллиловых спиртов, соответственно.^8,9 Тем не менее, комбинирование указанного типа катализа с применением спиртов, альдегидов и кетонов с короткой цепью является сложной задачей из-за повышенных температур, требуемых для указанных применений, которые обычно выше температур кипения указанных соединений с короткой цепью. Кроме того, для менее объемных субстратов могут возникать проблемы совместимости. Таким образом, превращение простых спиртов в ценные функциональные алканы (например, биотопливо, спирты Гербе, синтоны) в мягких условиях с применением комбинированного катализа имеет чрезвычайную важность.

ЗАДАЧА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задачей настоящего изобретения является синтез линейных или разветвленных функционализированных алканов с длинной цепью в качестве важных синтетических структурных элементов (синтонов) или компонентов биотоплива из простых исходных спиртов.

Другой задачей настоящего изобретения является обеспечение однореакторного решения для синтеза, как описано выше.

Другой задачей настоящего изобретения является синтез линейных или разветвленных функционализированных алканов с длинной цепью из спиртов, полученных из биомассы или других возобновляемых источников.

Другой задачей настоящего изобретения является обеспечение способов упомянутого выше типа, которые являются преимущественными с точки зрения защиты окружающей среды и здоровья.

Другие задачи станут очевидными после ознакомления с кратким описанием изобретения, рядом представленных вариантов реализации, проиллюстрированных в подробном описании и прилагаемых схемах, и пунктами прилагаемой формулы изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Варианты реализации настоящего изобретения направлены на способы получения компонентов биотоплива или ценных синтонов из спиртов, полученных из биомассы, или других простых спиртов. Стратегия основана на применении мультикаталитического подхода путем использования и комбинирования ферментного катализа, органокатализа и гетерогенного катализа для превращения простых спиртов в качестве исходных веществ в продукты, такие как спирты с длинной цепью, насыщенные альдегиды или кетоны с длинной цепью или ацетали или кетали с длинной цепью, путем последовательного или однореакторного процесса в соответствии со схемой 1.

В вариантах реализации способы, представленные в настоящем документе, позволяют превращать исходный спирт (простой спирт) путем:

(i) окисления исходного спирта с получением соответствующего альдегида или кетона;

(ii) конденсации соответствующего альдегида или кетона с получением еналя или енона; и

(iii) восстановления еналя или енона с получением продукта, при этом указанный продукт представляет собой спирт, альдегид, кетон, ацеталь или кеталь с более длинной цепью по сравнению с цепью исходного спирта.

Под простыми спиртами в настоящем документе понимают легкодоступные одно- или двухосновные спирты с линейной или разветвленной, насыщенной или ненасыщенной углеродной цепью, содержащей от 1 до 30 атомов углерода (С1-30). Под функционализированными алканами с длинной цепью (или продуктами) в настоящем документе понимают соединения с более длинной углеродной цепью по сравнению с углеродной цепью исходного вещества, из которого получен указанный продукт.

Подходящие спирты, которые можно применять на стадии окисления способов согласно настоящему изобретению, представляют собой RCH₂OH или RCH(OH)R¹, где R представляет собой Н, алкил, арил, алкенил или гетероциклическую группу, и R¹ представляет собой алкил.

В другом варианте реализации, как показано на схеме 1, способ согласно вариантам реализации, представленным в настоящем документе, можно применять несколько раз, причем стадии способов, описанных выше, можно повторять для продукта, представляющего собой спирт, который применяют в качестве исходного спирта, превращаемого в продукт с еще более длинной цепью.

В способах, описанных в настоящем документе, подходящий окислитель можно выбирать в зависимости от природы исходного спирта. Окислитель может представлять собой кислород, воздух, пероксид водорода или гипохлорит натрия. Специалист в данной области техники способен определить природу окислителя для конкретного исходного спирта.

На стадии окисления можно применять катализатор окисления. В зависимости от природы исходного спирта подходящие катализаторы могут представлять собой гетерогенный металлический катализатор на подложке, гомогенный металлорганический комплекс, катализатор, не содержащий металл, или фермент. Специалист в данной области техники способен определить природу катализатора для конкретного исходного спирта.

Для конденсации соответствующего альдегида или кетона в еналь или енон можно применять подходящий катализатор конденсации, не содержащий металл, или его соль.

На стадии восстановления способов, представленных в настоящем документе, подходящий восстановитель (такой как муравьиная кислота, H₂, формиат аммония или сложный эфир Ганча) необязательно можно комбинировать с подходящим гетерогенным или гомогенным металлическим катализатором, катализатором, не содержащим металл, или ферментом, превращая еналь или енон в продукт.

При проведении способа в однореакторном формате используют расположенные последовательно каскады нескольких катализаторов, сочетающие ферментный катализ, органокатализ и гетерогенный катализ трех стадий, как описано выше. Преимущества однореакторного синтеза хорошо известны, в частности, он требует значительно меньших затрат времени и энергии и приводит к образованию меньшего количества побочных продуктов.

Спирты, которые можно превращать в соответствующие альдегиды или кетоны с применением способов, представленных в настоящем изобретении, могут представлять собой, например, метанол, этанол, пропанол, бутанол, бензиловый спирт, изопропанол, гексанол, октанол, нонанол, гексадеканол и октадекан-1-ол. Альдегиды, которые можно превращать в енали или еноны с применением способов, представленных в настоящем изобретении, могут представлять собой, например, ацетальдегид, формальдегид, пропаналь, бутаналь, пентаналь, гексаналь, октаналь, 2,4-гексадиеналь, коричный альдегид или бензойный альдегид.

Исходный спирт можно получать из возобновляемых источников, таких как биомасса, триглицериды, древесина, водоросли, синтез-газ, или можно получать посредством ферментации или пиролиза. Исходный спирт может представлять собой жирный спирт. Применение возобновляемых источников для получения исходных веществ снижает влияние способа на окружающую среду.

В альтернативных вариантах реализации способы, представленные в настоящем документе, могут включать:

(i) обеспечение исходного спирта,

(ii) обеспечение окислителя, такого как воздух, О₂ или NaClO,

(iii) необязательно обеспечение системы катализаторов окисления, такой как TEMPO, CuBr, bpy, NMI, O₂; или TEMPO, HNO₃, HCl, O₂; или TEMPO, NaOCl, KBr; или гетерогенного металлического катализатора на подложке (Pd, Ag, Ru, Ir, Fe); или гомогенной каталитической системы (Pd, Ag, Ru, Ir, Fe), и превращение исходного спирта в присутствии указанной системы катализаторов окисления в соответствующий альдегид или кетон,

(iv) обеспечение аминной каталитической системы или ее соли,

(v) необязательно введение кислоты и превращение соответствующего альдегида или кетона в присутствии указанной аминной каталитической системы или ее соли, необязательно содержащей кислоту, в еналь или енон,

(vi) обеспечение восстановителя, такого как муравьиная кислота, H₂ или формиат аммония,

(vii) необязательно обеспечение катализатора восстановления, такого как гетерогенный металлический катализатор на подложке (Pd, Ag, Ru, Ir, Fe, Ni или Co) или гомогенный металлорганический комплекс (Pd, Ag, Ru, Ir, Fe, Ni или Co); и восстановление еналя или енона, необязательно в присутствии указанного катализатора восстановления, с получением продукта.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Варианты реализации, представленные в настоящем документе, относятся к экологичным и очень мягким процессам превращения простых спиртов в сложные соединения для биотоплива или синтоны (схема 1). Стратегия синтеза начинается с селективного окисления спиртов, химически или ферментативно, до соответствующих альдегидов или кетонов, соответственно. Кроме того, на следующей стадии альдегиды или кетоны подвергают конденсации с получением ненасыщенных соединений с длинной цепью (енали или еноны) при помощи подходящего катализатора (например, органокатализатора или его соли). Затем еналь или енон селективно гидрируют в присутствии гетерогенного металлического катализатора и подходящего восстановителя (такого как газообразный водород, формиат аммония, муравьиная кислота) или путем ферментативного восстановления с получением насыщенных алканов с альдегидными, кетонными или спиртовыми функциональными группами. Примечательно, что стадии можно проводить в однореакторном процессе или в виде последовательной процедуры, придавая химическому процессу большую стабильность и обеспечивая меньшие затраты времени, ресурсов и энергии.³ Последовательности также можно повторять несколько раз для дальнейшего удлинения углеродных цепей продуктов (схема 1).

В приведенных ниже примере 1 и таблице 1 представлены результаты исследования стадии окисления. Среди систем окисления, испытанных с кислородом в качестве окислителя, комбинация TEMPO ((2,2,6,6-тетраметилпиперидин-1-ил)оксил), NaOCl и NaBr обеспечивает наибольший выход и более короткое время реакции при такой низкой температуре, как 10°С. Это иллюстрирует важность и эффективность выбора подходящей каталитической системы для окисления определенного исходного спирта.

Превращение альдегида в соответствующий еналь путем конденсации или олигомеризации можно проводить при помощи подходящего органокатализатора или его соли, например, пирролидина, пролина, фторида аммония, формиата аммония или глицина. В некоторых случаях в качестве добавки можно применять кислоту, например, уксусную кислоту (см. пример 2 и таблицу 2). Для достижения желаемой селективности (с еналем 2 в качестве основного или единственного продукта конденсации) выбор катализатора является важным.

Превращение ненасыщенного линейного или разветвленного соединения с длинной цепью (еналя или енона) в соответствующий насыщенный линейный или разветвленный продукт с длинной цепью путем гидрирования/восстановления изучено в примере 3, и результаты представлены в таблице 3. Гетерогенный Pd-катализатор в присутствии газообразного H₂ и гидрирующий фермент или органокатализатор являются подходящей системой восстановления для исследуемой реакции.

Результаты, полученные для изолированных реакций, описанных выше, применили к однореакторному способу превращения в соответствии с вариантами реализации, представленными в настоящем документе, включающими стадии конденсации и восстановления (см. пример 4 и таблицу 4). Совместимость двух реакций, проводимых в однореакторном формате, и косвенно совместимость и стабильность двух каталитических систем были подтверждены высокой степенью превращения и селективностью, наблюдаемыми для множества различных исходных спиртов. Кроме того, стабильность Pd-катализатора в качестве катализатора восстановления была подтверждена исследованием с 5 циклами (см. пример 5 и таблицу 5), которое обеспечивает экологичный подход, при котором металлический катализатор можно использовать повторно.

Однореакторная реакционная система также была испытана в циклическом подходе, в котором продукт, полученный в результате превращения исходного спирта или альдегида в соответствии с вариантами реализации, представленными в настоящем документе, использовали в качестве исходного вещества в способах, описанных в настоящем документе (как описано в схеме 3, пример 6).

Другие однореакторные примеры превращения различных спиртов в соответствующие альдегиды с последующей конденсацией в енали и последующим восстановлением в насыщенные разветвленные продукты приведены в примерах 7 и 8, что подтверждает широкий спектр способов, приведенных в настоящем документе.

Используя в качестве исходных веществ простые спирты и объединяя их в однореакторном окислении с применением металлов или без них, или альтернативно на стадии ферментативного окисления, со стадией органокаталитической конденсации и, наконец, со стадией катализируемого гетерогенным металлическим катализатором гидрирования, органокаталитического или ферментативного гидрирования получают, селективным образом и с превосходными выходами, продукт (представляющий собой спирт, альдегид или кетон, еналь или енон) с более длинной цепью по сравнению с цепью исходного спирта.

В вариантах реализации, представленных в настоящем документе, можно применять возобновляемый источник в качестве источника этанола и других простых спиртов, причем указанный источник представляет собой биомассу, триглицериды, древесину, водоросли или синтез-газ (предпочтительно получаемый в процессе газификации). Кроме того, варианты реализации, представленные в настоящем документе, можно проводить в одном реакторе без какой-либо очистки промежуточных соединений. Использование возобновляемых источников исходных веществ, органокатализатора, фермента или подходящего для повторного применения гетерогенного металлического катализатора в однореакторном синтезе делает варианты реализации, представленные в настоящем документе, стабильными и экологически благоприятными.

Способ можно проводить, используя в качестве исходных веществ легкодоступные простые альдегиды или кетоны без необходимости проведения первой стадии окисления.

ПРИМЕРЫ

Общие способы

¹H-ЯМР спектры записывали на спектрометре Bruker Avance (500 МГц или 400 МГц). Химические сдвиги приведены в ppm относительно тетраметилсилана в качестве внутреннего стандарта, где резонанс растворителя вызван неполным включением дейтерия (CDCl₃: δ 7,26 ppm). Данные представлены следующим образом: химический сдвиг, мультиплетность (s = синглет, d = дублет, q = квартет, шир. = широкий, m = мультиплет), и константы связи (Гц), интегрирование. ¹³С-ЯМР спектры записывали на спектрометре Bruker Avance (125,8 МГц или 100 МГц) с полной развязкой от протонов; химические сдвиги приведены в ppm относительно тетраметилсилана в качестве внутреннего стандарта с резонансом растворителя (CDCl₃: δ 77,16 ppm).

Коммерческие реагенты использовали в приобретенном виде без какой-либо дополнительной очистки. Пластины силикагеля на алюминиевой подложке (Fluka 60 F254) использовали для проведения тонкослойной хроматографии (ТСХ) и соединения визуализировали путем облучения УФ-светом (254 нм) или путем обработки раствором фосфорномолибденовой кислоты (25 г), Ce(SO₄)₂⋅H₂O (10 г), конц. H₂SO₄ (60 мл) и Н₂О (940 мл) с последующим нагреванием или погружением в окрашивающий KMnO₄ с последующим нагреванием или смыванием пятна водой. Очистку продукта проводили путем колоночной флэш-хроматографии с применением силикагеля (Fluka 60, размер частиц 0,040-0,063 мм).

Пример 1 - Оптимизационные исследования стадии окисления (таблица 1)

В колбу для микроволновой обработки, содержащую гексанол (102 мг, 1 ммоль, 1 экв.), добавляли систему окисления и растворитель, указанные в таблице 1, а затем реакционную смесь перемешивали при температуре и в течение времени, указанных в таблице 1.

Пример 2 - Оптимизационные исследования стадии конденсации (таблица 2)

В колбу для микроволновой обработки, содержащую ацетальдегид (88,1 мг, 2 ммоль, 1 экв.), добавляли катализатор олигомеризации и растворитель, указанные в таблице 2, а затем реакционную смесь перемешивали при комнатной температуре в течение времени, указанного в таблице 2.

Пример 3 - Стадия гидрирования с применением Pd-катализатора

В колбу для микроволновой обработки, содержащую транс,транс-2,4-гексадиеналь (9,6 мг, 0,1 ммоль) в растворителе (1 мл), добавляли MCF-AmP-Pd(0) (6,5 мг, 5 мол. %), или CPG (25 мг, 5 мол. %), или Pd/C (5,3 мг, 5 мол. %, 10 масс. %), к колбе присоединяли воздушный шарик, заполненный газообразным H₂, и смесь перемешивали в течение 3 ч при комнатной температуре.

Пример 4 - Набор субстратов для однореакторной конденсации и гидрирования (таблица 4)

В высушенную колбу для микроволновой обработки, содержащую альдегид (2 ммоль, 1 экв.) в толуоле (1 мл), добавляли пирролидин (7,1 мг, 0,1 ммоль, 5 мол. %) и уксусную кислоту (6,0 мг, 0,1 ммоль, 5 мол. %). Затем смесь перемешивали при 60°С в течение времени, указанного в таблице 4. Затем добавляли MCF-AmP-Pd(0) (130 мг, 5 мол. %), к колбе присоединяли воздушный шарик, заполненный газообразным H₂, и реакционную смесь перемешивали при комнатной температуре в течение 3 ч.

Пример 5 - Исследования повторного использования катализатора MCF-AmP-Pd(0) для реакции гидрирования

В колбу для микроволновой обработки, содержащую 2-этилгексеналь (9,6 мг, 0,1 ммоль) в толуоле (1 мл), добавляли MCF-AmP-Pd(0) (6,5 мг, 5 мол. %), к колбе присоединяли воздушный шарик, заполненный газообразным H₂, и смесь перемешивали в течение 3 ч при комнатной температуре. Затем реакционную смесь центрифугировали и твердый гетерогенный катализатор дополнительно три раза промывали дихлорметаном путем центрифугирования и сушили под вакуумом в течение ночи. Затем высушенный и регенерированный MCF-AmP-Pd(0) применяли в следующем цикле.

Пример 6 - Однореакторная реакция превращения ацетальдегида в 2-этилгексаналь (схема 3)

В высушенную колбу для микроволновой обработки, содержащую ацетальдегид (88,1 мг, 2 ммоль) в толуоле (1 мл), добавляли пирролидин (7,1 мг, 0,1 ммоль, 5 мол. %) и уксусную кислоту (6,0 мг, 0,1 ммоль, 5 мол. %). Затем смесь перемешивали при 60°С в течение 1,5 ч. Затем добавляли MCF-AmP-Pd(0) (134 мг, 5 мол. %) или Pd/C (106 мг, 5 мол. %), к колбе присоединяли воздушный шарик, заполненный газообразным H₂, и реакционную смесь перемешивали при комнатной температуре в течение 3 ч. Затем удаляли газообразный H₂, добавляли пирролидин (7,1 мг, 0,1 ммоль, 5 мол. %) и уксусную кислоту (6,0 мг, 0,1 ммоль, 5 мол. %) и реакционную смесь перемешивали при 60°С в течение 8 ч. Затем присоединяли воздушный шарик, заполненный газообразным H₂, и реакционную смесь продолжали перемешивать при комнатной температуре в течение 6 ч.

Пример 7 - Однореакторная мультикаталитическая стратегия для синтеза насыщенного разветвленного соединения из гексанола (схемы 4 и 5)

В колбу для микроволновой обработки, содержащую гексанол (120 мг, 1 ммоль, 1 экв.) или октанол (130 мг, 1 ммоль, 1 экв.) и TEMPO (1,6 мг, 0,01 ммоль, 1 мол. %), добавляли CH₂Cl₂ (2,5 мл) и реакционную смесь обрабатывали ультразвуком в течение 3 минут.Затем реакционную смесь охлаждали до 10°С и энергично перемешивали. Затем добавляли охлажденные NaBr (0,1 М, 0,1 мл, 10 мол. %) и NaOCl (1,6 М, 2,8 экв., значение рН доводили до 9 при помощи нас. раствора NaHCO₃). Затем присоединяли воздушный шарик, заполненный газообразным О₂, и реакционную смесь перемешивали при 10°С в течение 10 мин. Затем органическую фазу экстрагировали с применением CH₂Cl₂ (3×5 мл) и сушили над Na₂SO₄. Затем растворитель выпаривали и сухую реакционную смесь переносили в колбу для микроволновой обработки при помощи толуола (0,5 мл), а затем добавляли пирролидин (3,4 мг, 0,1 ммоль, 5 мол. %) и уксусную кислоту (6,0 мг, 0,1 ммоль, 5 мол. %) и реакционную смесь перемешивали при 60°С в течение 4 ч. Затем реакционную смесь охлаждали до комнатной температуры, добавляли MCF-AmP-Pd(0) (67 мг, 5 мол. %), к колбе присоединяли воздушный шарик, заполненный газообразным Н₂, и реакционную смесь перемешивали при комнатной температуре в течение 4 ч.

Пример 8 - Однореакторная мультикаталитическая стратегия для синтеза бутиральдегида из этанола (схема 6)

В колбу для микроволновой обработки, содержащую этанол (46 мг, 1 ммоль, 1 экв.) и TEMPO (1,6 мг, 0,01 ммоль, 1 мол. %), добавляли CH₂Cl₂ (2,5 мл) и реакционную смесь обрабатывали ультразвуком в течение 3 минут. Затем реакционную смесь охлаждали до 10°С и энергично перемешивали. Затем добавляли охлажденные NaBr (0,1 М, 0,1 мл, 10 мол. %)) и NaOCl (1,6 М, 2,8 экв., значение рН доводили до 9 при помощи нас. раствора NaHCO₃). Затем присоединяли воздушный шарик, заполненный газообразным О₂, и реакционную смесь перемешивали при 10°С в течение 3 ч. Затем добавляли пирролидин (3,4 мг, 0,05 ммоль, 5 мол. %) и уксусную кислоту (3,0 мг, 0,05 ммоль, 5 мол. %) и реакционную смесь перемешивали при комнатной температуре в течение 3 ч. Затем реакционную смесь охлаждали до комнатной температуры, добавляли MCF-AmP-Pd(0) (67 мг, 5 мол. %), к колбе присоединяли воздушный шарик, заполненный газообразным Н₂, и реакционную смесь перемешивали при комнатной температуре в течение 3 ч.

Структуры исследованных промежуточных соединений и продуктов:

Бут-2-еналь: ¹H-ЯМР (500 МГц, CDCl₃): δ 9,4 (d, J=7,9 Гц, 1H), 6,8 (m, 1H), 6,09 (m, 1H), 1,98 (d, J=6,9 Гц, 3H).

2-Этилгекс-2-еналь: ¹H-ЯМР (500 МГц, CDCl₃): δ 9,39 (s, 1H), 6,43 (t, J=7,6 Гц, 1H), 2,4 (m, 4Н), 1,57 (m, 2Н), 1,01 (t, J=7,5 Гц, 6Н).

2-Этилгексаналь: ¹H-ЯМР (500 МГц, CDCl₃): δ 9,6 (d, J=3 Гц, 1H), 2,2 (m, 1H), 1,67 (m, 2Н), 1,51 (m, 2Н), 1,33 (m, 4Н), 0,95 (t, J=7,3 Гц, 6Н).

2-Бутилокт-2-еналь: ¹H-ЯМР (500 МГц, CDCl₃): δ 9,39 (s, 1H), 6,44 (t, J=7,5 Гц, 1H), 2,28 (t, J=7,1 Гц, 2Н), 1,53 (m, 2Н), 1,37 (m, 10Н), 0,95 (m, 6Н).

2-Бутилоктаналь: ¹H-ЯМР (500 МГц, CDCl₃): δ 9,59 (d, J=3,1 Гц, 1H), 2,26 (m, 1H), 1,66 (m, 2Н), 1,48 (m, 2Н), 1,33 (m, 12Н), 0,95 (m, 6Н).

Гексаналь: ¹H-ЯМР (500 МГц, CDCl₃): δ 9,80 (шир. s, 1H), 2,48 (t, J=7,4 Гц, 2Н), 1,73 (m, 2Н), 1,43 (m, 4Н), 1,02 (t, J=6,9 Гц, 3H).

Октаналь: ¹H-ЯМР (500 МГц, CDCl₃): δ 9,77 (шир. s, 1H), 2,42 (t, J=7,2 Гц, 2Н), 1,64 (m, 2Н), 1,32 (m, 8Н), 0,91 (t, J=7,1 Гц, 3H).

2-Гексилдеканаль: ¹H-ЯМР (500 МГц, CDCl₃): δ 9,55 (d, J=3,0 Гц, 1H), 2,33 (m, 1H), 1,63 (m, 2Н), 1,43 (m, 2Н), 1,28 (m, 20Н), 0,95 (m, 6Н).

2-Бензил-5-фенилпент-2-еналь: ¹H-ЯМР (500 МГц, CDCl₃): δ 9,48 (s, 1H), 7,34 (t, J=7,6 Гц, 2Н), 7,22 (m, 4Н), 7,18 (m, 4Н), 6,65 (t, J=7,1 Гц, 1H), 3,64 (s, 2Н), 2,79 (m, 4Н).

2-Бензил-5-фенилпентаналь: ¹H-ЯМР (500 МГц, CDCl₃): δ 9,68 (d, J=2,4 Гц, 1H), 7,3 (m, 2Н), 7,24 (m, 4Н), 7,1 (d, J=7,6 Гц, 4Н), 3,04 (m, 1H), 2,74 (m, 1H), 2,65 (m, 3H), 1,7 (m, 3H), 1,57 (m, 1H).

ССЫЛКИ:

1. Robbins, М. Fuelling politics. Nature, 2011, 474, 22-24.

2. Demirbas, A. Competitive liquid biofuels from biomass. Appl. Energy 2011, 88, 17-28.

3. Anastas, P.Т.; Warner, J.C. Green Chemistry: Theory and Practice, Oxford University Press (2000).

4. Anbarasan, P. et al. Integration of chemical catalysis with extractive fermentation to produce fuels. Nature, 2012, 491, 235-239.

5. Biermann, M.; Gruβ H.; Hummel, W.; H. Guerbet Alcohols: From Processes under Harsh Conditions to Synthesis at Room Temperature under Ambient Pressure. ChemCatChem 2016, 8, 895-899.

6. Kusumoto, S.; Ito, S.; Nozaki, K. Direct Aldol Polymerization of Acetaldehyde with Organocatalyst/Bransted Acid System. Asian J. Org. Chem. 2013, 2, 977-982.

7. В.; Dziedzic, P.; A. Inorganic ammonium salts and carbonate salts are efficient catalysts for aldol condensation in atmospheric aerosols. Phys. Chem. Chem. Phys. 2010, 12, 3864-3872.

8. Deiana, L. et al. Combined Heterogeneous Metal/Chiral Amine: Multiple Relay Catalysis for Versatile Eco-Friendly Synthesis. Angew. Chem. Int. Ed. 2014, 53, 3447-3451.

9. Deiana, L.; Ghisu, L.; O.; Afewerki, S.; Zhang, R.; A. Efficient and Highly Enantioselective Aerobic Oxidation-Michael-Carbocyclization Cascade Transformations by Integrated Pd(0)-CPGNanopaiticles/Chiral Amine Relay Catalysis. Synthesis, 2014, 46, 1303-1310.

Изобретение относится к способу превращения исходного спирта, представляющего собой одно- или двухосновный спирт с линейной или разветвленной, насыщенной или ненасыщенной углеродной цепью, содержащей от 1 до 30 атомов углерода (C1-30), причем способ осуществляют как однореакторный процесс, не включающий очистку промежуточных соединений. Способ включает: (i) окисление исходного спирта с получением соответствующего альдегида или кетона, при этом окисление осуществляют с помощью окислителя и катализатора, причем окислитель представляет собой любой из: кислорода, воздуха, пероксида водорода и гипохлорита натрия, и катализатор представляет собой TEMPO, CuBr, bpy, NMI, O₂; или TEMPO, HNO₃, HCl, O₂; или TEMPO, NaOCl, KBr, или TEMPO, NaOCl, NaBr; (ii) конденсацию соответствующего альдегида или кетона с получением еналя или енона с применением катализатора конденсации, не содержащего металл; при этом катализатор представляет собой пирролидин, пролин, фторид аммония, формиат аммония или глицин, и (iii) восстановление еналя или енона с применением гетерогенного Pd катализатора и H₂ в качестве восстановителя с получением продукта, при этом указанный продукт представляет собой спирт, альдегид, кетон, ацеталь или кеталь с более длинной цепью по сравнению с цепью исходного спирта. Предлагаемый способ может проводиться в мягких условиях с использованием более устойчивого, экономичного и энергоэффективного подхода. 12 з.п. ф-лы, 5 табл., 8 пр.

1. Способ превращения исходного спирта, представляющего собой одно- или двухосновный спирт с линейной или разветвленной, насыщенной или ненасыщенной углеродной цепью, содержащей от 1 до 30 атомов углерода (C1-30), причем способ осуществляют как однореакторный процесс, не включающий очистку промежуточных соединений, при этом указанный способ включает:

(i) окисление исходного спирта с получением соответствующего альдегида или кетона, при этом окисление осуществляют с помощью окислителя и катализатора, причем окислитель представляет собой любой из: кислорода, воздуха, пероксида водорода и гипохлорита натрия, и катализатор представляет собой TEMPO, CuBr, bpy, NMI, O₂; или TEMPO, HNO₃, HCl, O₂; или TEMPO, NaOCl, KBr, или TEMPO, NaOCl, NaBr;

(ii) конденсацию соответствующего альдегида или кетона с получением еналя или енона с применением катализатора конденсации, не содержащего металл; при этом катализатор представляет собой пирролидин, пролин, фторид аммония, формиат аммония или глицин, и

(iii) восстановление еналя или енона с применением гетерогенного Pd катализатора и H₂ в качестве восстановителя с получением продукта, при этом указанный продукт представляет собой спирт, альдегид, кетон, ацеталь или кеталь с более длинной цепью по сравнению с цепью исходного спирта.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что указанный исходный спирт представляет собой первичный спирт формулы R-CH₂-OH, где R представляет собой H, алкил или алкенил, содержащий линейную или разветвленную, насыщенную или ненасыщенную углеродную цепь, содержащую от 1 до 30 атомов углерода (C1-30).

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что указанный исходный спирт представляет собой вторичный спирт формулы R-CH(OH)-R¹, где R представляет собой H, алкил или алкенил, и R¹ представляет собой алкил, где R и R¹ содержит линейную или разветвленную, насыщенную или ненасыщенную углеродную цепь, содержащую от 1 до 30 атомов углерода (C1-30).

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что указанный исходный спирт представляет собой гексанол, октанол или этанол.

5. Способ по любому из предшествующих пунктов, включающий повторение стадий по п. 1, используя продукт, представляющий собой спирт, в качестве исходного спирта.

6. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что конденсацию альдегидов осуществляют с помощью органокатализатора или его соли, и указанный катализатор представляет собой пирролидин, пролин, формиат аммония или глицин, необязательно в присутствии кислоты, такой как уксусная кислота.

7. Способ по любому из предшествующих пунктов, включающий следующие стадии:

(i) обеспечение исходного спирта,

(ii) обеспечение окислителя, такого как воздух, H₂O₂, O₂ или NaOCl,

(iii) обеспечение катализатора окисления, представляющего собой TEMPO, CuBr, bpy, NMI, O₂; или TEMPO, HNO₃, HCl, O₂; или TEMPO, NaOCl, KBr, или TEMPO, NaOCl, NaBr, и окисление исходного спирта в присутствии указанного катализатора окисления с получением соответствующего альдегида или кетона,

(iv) обеспечение каталитической системы конденсации, не содержащей металл,

(v) необязательно введение кислоты или ее соли и превращение соответствующего альдегида или кетона в присутствии указанной каталитической системы конденсации в еналь или енон,

(vi) обеспечение восстановителя, такого как H₂,

(vii) обеспечение катализатора восстановления, который представляет собой гетерогенный Pd катализатор, и восстановление еналя или енона, необязательно в присутствии указанного катализатора восстановления, с получением продукта.

8. Способ по п. 7, отличающийся тем, что каталитическая система конденсации представляет собой органокаталитическую систему или ее соль.

9. Способ по п. 7, отличающийся тем, что указанный исходный спирт выбран из группы, состоящей из метанола, этанола, пропанола, бутанола, бензилового спирта, изопропанола, гексанола, октанола, нонанола и октадеканола.

10. Способ по п. 7, отличающийся тем, что указанный соответствующий альдегид представляет собой ацетальдегид, формальдегид, пропаналь, бутаналь, пентаналь, гексаналь, октаналь, 2,4-гексадиеналь, коричный альдегид или бензойный альдегид.

11. Способ по любому из предшествующих пунктов, включающий:

(i) обеспечение исходного спирта,

(ii) обеспечение окислителя, такого как воздух, O₂ или NaClO,

(iii) обеспечение системы катализаторов окисления, такой как TEMPO, CuBr, bpy, NMI, O₂; или TEMPO, HNO₃, HCl, O₂; или TEMPO, NaOCl, KBr; или гетерогенного металлического катализатора на подложке, содержащего Pd, Ag, Ru, Ir или Fe; или гомогенной каталитической системы, содержащей Pd, Ag, Ru, Ir или Fe, и превращение исходного спирта в присутствии указанной системы катализаторов окисления в соответствующий альдегид или кетон,

(iv) обеспечение аминной каталитической системы или ее соли,

(v) необязательно введение кислоты и превращение соответствующего альдегида или кетона в присутствии указанной аминной каталитической системы или ее соли, необязательно содержащей кислоту, в еналь или енон,

(vi) обеспечение восстановителя, такого как H₂,

(vii) обеспечение катализатора восстановления, который представляет собой гетерогенный Pd катализатор; и восстановление еналя или енона, необязательно в присутствии указанного катализатора восстановления, с получением продукта.

12. Способ по любому из пп. 1-11, отличающийся тем, что указанный способ осуществляют как однореакторный процесс, не включающий очистку промежуточных соединений, при этом указанный способ включает:

- обеспечение исходного спирта, включающее колбу для микроволновой обработки, содержащую гексанол или октанол (1 ммоль),

- обеспечение системы катализаторов окисления, которая представляет собой TEMPO (1 моль.%) в CH₂Cl₂ (2,5 мл), которую обрабатывают ультразвуком в течение 3 минут и охлаждают до 10°C при перемешивании, затем добавляют охлажденные NaBr (10 моль.%) и NaOCl (2,8 экв.) и доводят рН до 9 при помощи насыщенного NaHCO₃, и превращение исходного спирта в соответствующий альдегид или кетон,

- обеспечение окислителя, который представляет собой воздушный шарик, заполненный газообразным O₂, при 10°C при перемешивании в течение 10 минут,

- экстрагирование органической фазы с применением CH₂Cl₂ (3x5 мл) и высушивание реакционной смеси над Na₂SO₄, выпаривание растворителя и перенос сухой реакционной смеси в колбу для микроволновой обработки,

- добавление толуола (0,5 мл) и пирролидина (5 мол.%) и уксусной кислоты (5 мол.%) при 60°C при перемешивании в течение 4 часов, и превращение соответствующего альдегида или кетона в еналь или енон,

- охлаждение до комнатной температуры,

- добавление катализатора восстановления, который представляет собой MCF-AmP-Pd(0) (5 мол.%), и восстановителя, который представляет собой воздушный шарик, заполненный газообразным H₂, при перемешивании в течение 4 часов при комнатной температуре и восстановление еналя или енона с получением продукта.

13. Способ по любому из пп. 1-11, отличающийся тем, что указанный способ осуществляют как однореакторный процесс, не включающий очистку промежуточных соединений, при этом указанный способ включает:

- обеспечение исходного спирта, включающее колбу для микроволновой обработки, содержащую этанол (1 ммоль),

- обеспечение системы катализаторов окисления, которая представляет собой TEMPO (1 моль.%) в CH₂Cl₂ (2,5 мл), которую обрабатывают ультразвуком в течение 3 минут и охлаждают до 10°C при перемешивании, затем добавляют охлажденные NaBr (10 моль.%) и NaOCl (2,8 экв.) и доводят рН до 9 при помощи насыщенного NaHCO₃,

- обеспечение окислителя, который представляет собой воздушный шарик, заполненный газообразным O₂, при 10°C при перемешивании в течение 3 часов, и превращение исходного спирта в соответствующий альдегид или кетон,

- добавление толуола (0,5 мл) и пирролидина (5 мол.%) и уксусной кислоты (5 мол.%) при комнатной температуре при перемешивании в течение 3 часов, и превращение соответствующего альдегида или кетона в еналь или енон,

- охлаждение до комнатной температуры,

- добавление катализатора восстановления, который представляет собой MCF-AmP-Pd(0) (5 мол.%), и восстановителя, который представляет собой воздушный шарик, заполненный газообразным H₂, при перемешивании в течение 3 часов при комнатной температуре и восстановление еналя или енона с получением продукта.