[发明专利]一种制备异山梨醇的方法

说明书

本发明公开了一种高效制备异山梨醇的方法，以生物质衍生物1,4‑脱水山梨醇为原料，在脂肪酮类化合物存在条件下，经固体酸催化缩酮化和分子内醚化制备异山梨醇，反应收率高达97％；该方法反应条件温和，操作简单，产物易分离，催化剂可回收重复利用。

技术领域

本发明涉及一种从生物质衍生物1,4-脱水山梨醇高效制备异山梨醇的新方法。

背景技术

异山梨醇是一类重要的生物基平台化合物。基于功能性二元羟基、刚性结构以及手性中心等结构特征，异山梨醇及其衍生物被广泛用于食品、化妆品、医药及高分子材料等领域。

异山梨醇的应用推动了制备方法的发展。目前，异山梨醇主要是由生物基衍生物山梨醇经酸催化作用下发生分子内两步脱水制备。其中，山梨醇分子内脱水转化为重要的化工原料—1,4-脱水山梨醇，它是制备异山梨醇的关键中间产物。在对比羟基分子内脱水活性方面，1,4-脱水山梨醇显著低于山梨醇，表明由1,4-脱水山梨醇转化为异山梨醇是山梨醇脱水制备异山梨醇的决速步骤(谢毓胜等，石油化工，第39卷，第285～290页；Yamaguchi等，Green Chemistry，第13卷，第873～881页)。因此，高效转化1,4-脱水山梨醇选择性生成异山梨醇是高效制备异山梨醇的关键。

山梨醇和1,4-脱水山梨醇的分子结构中均含有多个活泼羟基，容易引起非选择性脱水及聚合等多种副反应，致使异山梨醇收率受限。此外，脱水过程副产的大量水对脱水反应具有强抑制作用，且可使酸性催化剂失活，不利于异山梨醇的高效制备。因此，克服反应体系中水的影响是提高异山梨醇收率的关键。真空无溶剂法以及高温溶剂法是解决这一问题的有效手段，并被应用于山梨醇脱水制备异山梨醇的反应。

在真空无溶剂体系下，浓硫酸等无机强酸催化熔融态的山梨醇连续脱水，得到收率为77％的异山梨醇(Fleche等，Starch/Starke，第38卷，第26～30页)。然而，熔融的山梨醇具有粘度大、活性高等特点，容易发生聚合等副反应，导致异山梨醇收率不高。此外，真空体系的维持势必增加对设备的要求；而且，无机强酸不易从反应体系中分离且难以回收再利用、并存在腐蚀设备以及产生大量废酸液等缺点。

目前报道的溶剂法合成异山梨醇主要包括水溶剂法和熔融态的水合ZnCl₂法。Shirai等报道了无催化剂条件下高温水中山梨醇脱水制备异山梨醇，在317℃高温条件下，山梨醇完全转化，生成异山梨醇的收率为57％(Shirai等，Green Chemistry，第13卷，第873～881页)。Huang课题组系统研究了水相中磷酸改性的Sn、Ti、Zr、Nb等金属氧化物以及硫酸氧化铜对山梨醇脱水制备异山梨醇的催化性能，在200～300℃下，获得山梨醇转化率为72％～100％，异山梨醇选择性为56％～67％(Huang等，Catalysis Letters，第133卷，第214～220页；Bulletin of the Korean Chemical Society，第31卷，第3679～3683页；Catalysis Communications，第12卷，第544～547页)。据此，高温是水相中山梨醇脱水转化为异山梨醇的关键因素，然而，它却会显著加剧聚合等副反应的发生，不利于异山梨醇的选择生成。Makkee等公开了熔融态的水合ZnCl₂介质中异山梨醇的制备方法，在200℃反应条件下，山梨醇完全转化，获得85％的异山梨醇收率(Makkee等，Catalysis ScienceTechnology，第3卷，第1540～1546页)。尽管熔融态的水合ZnCl₂介质中可获得较高收率的异山梨醇，但是该方法尚存在ZnCl₂介质对设备腐蚀性强、难以回收、且产物不易分离等不足。