(57)【要約】  本明細書の開示は、１，２，５，６−ヘキサンテトロール（ＨＴＯ）から有用な中間体及び／又は生成物を合成する方法であり、１，２，５，６−ヘキサンテトロール（ＨＴＯ）は、それ自体が糖に由来し得る。一態様では、１，２，５，６−ヘキサンテトロール（ＨＴＯ）からＴＨＦＤＣＡを製造するための方法を提供する。この方法は、（ａ）閉環により環式化合物を形成するステップと、（ｂ）白金及びビスマスを含む触媒を用いた酸化により酸混合物を形成させるステップとを含む。ステップ（ａ）は、ステップ（ｂ）の前又は後に行い得る。
2021521117.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
テトラヒドロフラン−２，５−ジカルボン酸（ＴＨＦＤＣＡ）を合成する方法であって、
（ａ）閉環により環式化合物を形成することと；
（ｂ）白金及びビスマスを含む触媒を用いた酸化により酸混合物を形成することと
を含み、
ステップ（ａ）は、ステップ（ｂ）の前又は後に行ってもよく；
ステップ（ａ）がステップ（ｂ）の前に行われるとき、ステップ（ａ）は、前記環式化合物を形成させるのに十分な時間、１，２，５，６−ヘキサンテトロール（ＨＴＯ）と酸とを接触させることを含み、ここで、前記形成された環式化合物は、テトラヒドロフランジメタノールであり；ステップ（ｂ）は、ＴＨＦＤＣＡ又は２，５−アンヒドロ−３，４−ジデオキシ−ヘキサン酸の少なくとも１つを含む酸混合物が形成されるように、前記テトラヒドロフランジメタノールが前記触媒と接触している間にステップ（ａ）において形成された前記テトラヒドロフランジメタノールを酸化させることを含み、２，５−アンヒドロ−３，４−ジデオキシ−ヘキサン酸が前記酸混合物の一部として形成されるときは、ｉ）前記酸混合物から前記２，５−アンヒドロ−３，４−ジデオキシ−ヘキサン酸を回収すること、ｉｉ）前記酸混合物から前記２，５−アンヒドロ−３，４−ジデオキシ−ヘキサン酸を回収し、白金及びビスマスを含む触媒と接触させている間にそれを酸化させ、ＴＨＦＤＣＡを形成させること、又はｉｉｉ）ステップｂ）において使用される前記触媒と接触させている間に前記酸混合物中の前記２，５−アンヒドロ−３，４−ジデオキシ−ヘキサン酸を酸化させ、さらなるＴＨＦＤＣＡを形成させることを含み；
ステップ（ｂ）がステップ（ａ）の前に行われるとき、ステップ（ｂ）は、２，５−ジヒドロキシアジピン酸及び２−ヒドロキシグルタル酸を含む酸混合物が形成されるように、１，２，５，６−ヘキサンテトロール（ＨＴＯ）が前記触媒と接触している間に前記ＨＴＯを酸化させることを含み、ここで、２−ヒドリキシグルタル酸より多くの２，５−ジヒドロキシアジピン酸が形成され；ステップ（ａ）は、前記環式化合物を形成させるのに十分な時間、ステップ（ｂ）において形成された２，５−ジヒドロキシアジピン酸と２，５−ジヒドロキシアジピン酸以外の酸とを接触させることを含み、ここで、前記形成された環式化合物は、ＴＨＦＤＣＡである、方法。
【請求項２】
ステップ（ａ）がステップ（ｂ）の前に行われるとき、ステップ（ａ）が、前記環式化合物を形成させるのに十分な時間、１，２，５，６−ヘキサンテトロール（ＨＴＯ）と、硫酸、ホスホン酸、炭酸及び耐水性非ブレンステッドルイス酸からなる群から選択される酸とを接触させることを含み、ここで、前記形成された環式化合物は、テトラヒドロフランジメタノールであり；
ステップ（ｂ）がステップ（ａ）の前に行われるとき、ステップ（ａ）が、前記環式化合物を形成させるのに十分な時間、ステップ（ｂ）において形成された２，５−ジヒドロキシアジピン酸と２，５−ジヒドロキシアジピン酸以外の酸とを接触させることを含み、ここで、２，５−ジヒドロキシアジピン酸以外の前記酸は、硫酸、ホスホン酸、炭酸及び耐水性非ブレンステッドルイス酸からなる群から選択され、ここで、前記形成された環式化合物は、ＴＨＦＤＣＡである、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記１，２，５，６−ヘキサンテトロール（ＨＴＯ）が、Ｃ６糖アルコール若しくはＲ−グリコシド、又はこれらの組合せに由来する、請求項１又は請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記Ｃ６糖アルコールが、ソルビトールである、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記ソルビトールが、グルコースに由来する、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
１，２，５，６−ヘキサンテトロール（ＨＴＯ）をテトラヒドロフランジメタノールに変換することと；
前記テトラヒドロフランジメタノールを、Ｐｔ及びＢｉを含む触媒に接触させることと；
テトラヒドロフラン−２，５−ジカルボン酸（ＴＨＦＤＣＡ）又は２，５−アンヒドロ−３，４−ジデオキシ−ヘキサン酸の少なくとも１つを含む酸混合物が形成されるように、前記テトラヒドロフランジメタノールが前記触媒と接触している間に前記テトラヒドロフランジメタノールを酸化させることと
を含む方法。
【請求項７】
１，２，５，６−ヘキサンテトロール（ＨＴＯ）をテトラヒドロフランジメタノールに変換させることが、環式化合物を形成させるのに十分な時間、１，２，５，６−ヘキサンテトロール（ＨＴＯ）と酸とを接触させることを含み、ここで、前記形成された環式化合物が、テトラヒドロフランジメタノールである、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記酸が、硫酸、ホスホン酸、炭酸及び耐水性非ブレンステッドルイス酸からなる群から選択される、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記触媒が、炭素担体上の白金及びビスマスを含む、請求項６〜８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
テトラヒドロフラン−２，５−ジカルボン酸（ＴＨＦＤＣＡ）及び２，５−アンヒドロ−３，４−ジデオキシ−ヘキサン酸の両方が形成され、前記ＴＨＦＤＣＡが、イオン排除クロマトグラフィー（ＩＥＣ）若しくはイオン交換（ＩＸ）、又はその組合せを使用して、前記２，５−アンヒドロ−３，４−ジデオキシ−ヘキサン酸から分離される、請求項６〜９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
２，５−アンヒドロ−３，４−ジデオキシ−ヘキサン酸を前記触媒に接触させることと、前記触媒と接触している間に前記２，５−アンヒドロ−３，４−ジデオキシ−ヘキサン酸を酸化させ、さらなるＴＨＦＤＣＡを生成することと、をさらに含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
（ａ）２，５−ジヒドロキシアジピン酸及び２−ヒドロキシグルタル酸を含む酸混合物が形成されるように、１，２，５，６−ヘキサンテトロール（ＨＴＯ）がＰｔ及びＢｉを含む触媒に接触している間に前記ＨＴＯを酸化させ、ここで、２−ヒドロキシグルタル酸より多くの２，５−ジヒドロキシアジピン酸が形成されることと；
（ｂ）環式化合物を形成させるのに十分な時間、ステップ（ｂ）において形成された２，５−ジヒドロキシアジピン酸と２，５−ジヒドロキシアジピン酸以外の酸とを接触させ、ここで、前記形成された環式化合物は、ＴＨＦＤＣＡであることと
を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
[01]  本発明は、テトラヒドロフランジカルボン酸（ＴＨＦＤＣＡ）への１，２，５，６−ヘキサンテトロール（ＨＴＯ）の変換に関する。
【背景技術】
【０００２】
[02]  バイオマスは、付加価値生産物へと変換することができる炭水化物又は糖を含有する。非食用の使用のためのバイオマスに由来する生成物の製造は成長産業である。バイオベース燃料は、関心が高まっている用途の一例である。重要な別の用途は、再生可能な炭化水素源から様々な工業用化学物質を合成するための供給原料としてバイオマスを用いることである。
【０００３】
[03]  近年、その豊富さ、再生可能性、及び世界的な分布を理由として、有機化学物質の製造のための供給原料としてバイオマスを利用する方法を見出すことに注力されてきた。可能な下流の化学処理技術を考慮すると、付加価値化学物質への糖の変換は非常に重要である。
【０００４】
[04]  不均一系触媒は、液相酸化反応において広範に使用されている。アルコール、アルデヒド及び炭水化物の酸化では、主に、担持されたＰｄ及びＰｔ触媒の使用に焦点が当てられてきた。触媒反応は、約２０〜８０℃の範囲、及び大気圧での穏やかな条件下にて生じる。Dimitratosらは、有機酸へのアルコールの選択的酸化のためのＰｄ及びＰｔ触媒の使用を報告した。Dimitratos et al, Pd and Pt catalysts modified by alloying with Au in the selective oxidation of alcohols, Catalysis Letters, vol. 244, pp. 115-121 (2006)。
【０００５】
[05]  液相酸化反応におけるＰｄ及びＰｔ触媒の使用の他の例は、Bronnimann et al. Direct oxidation of L-sorbose to 2-keto-L-gluconic acid with molecular oxygen on platinum-and palladium based catalysts, Catalysis, vol. 150, pp. 199-203 (1994)；Garcia et al., Chemoselective catalytic oxidation of glycerol with air on platinum metals, Applied Catalysis A: General, vol. 127, pp. 165-176 (1995)；及びHronec et al., Competitive oxidation of alcohols in aqueous phase using Pd/C catalyst, Molecular Catalysis, vol. 83, pp. 75-82 (1993)に開示されている。
【０００６】
[06]  Ｐｔ及び／又はＰｄ触媒上でのシンナミルアルデヒドへのシンナミルアルコールの酸化が報告されてきた。例えば、Mallat et al., Catalyst potential: a key for controlling alcohol oxidation in multiphase reactors, Catalysis Today, vol. 24, pp. 143-150 (1995)は、アルミナ上に担持されたＰｔ上でのシンナムアルデヒドへのシンナミルアルコールの選択的空気酸化が、シンナムアルデヒドへの８８．５％の選択性を生じさせたことを報告した。
【０００７】
[07]  Ｐｔ及び／又はＰｄ触媒上でのシンナミルアルデヒドへのシンナミルアルコールの酸化の他の例は、Mallat et al., Selective oxidation of cinnamyl alcohol to cinnamaldehyde with air over Bi-Pt/Alumina catalysts,” Catalysis, vol. 153, pp. 131-143 (1995)；Grunwaldt et al., In situ EXAFS study of Pd/Al2O3 during aerobic oxidation of cinnamyl alcohol in an organic solvent, Catalysis, vol. 213, pp. 291-295 (2003)；及びHardacre et al., Use of a rotating disc reactor to investigate the heterogeneously catalysed oxidation of cinnamyl alcohol in toluene and ionic liquids, Catalysis, vol. 232, pp. 355-365 (2005)に開示されている。
【０００８】
[08]  官能基の存在を伴わない第一級アルコールの直接酸化は、酸素が存在する穏やかな条件下では広範には研究されてこなかった。
【０００９】
[09]  米国特許第９，５９３，０６４号は、有機アルコールからエステル又はカルボン酸を合成する方法を開示している。この特許は、エステルを形成するために、アルコールを、酸素ガス、及びパラジウムを含む触媒、並びにビスマス、テルル、鉛、セリウム、チタン、亜鉛及び／又はニオブ（最も好ましくは、少なくともビスマス及びテルル）を含む共触媒の存在下で、メタノール又はエタノールと反応させることを開示している。この特許は、また、水が反応混合物に添加されるとき、その触媒を使用してアルコールから酸を生じさせることができることを開示している。
【００１０】
[10]  米国特許第９，４０９，５０６号は、弱塩基、並びに白金及びビスマスを含む担持触媒の存在下で水中の５−ヒドロキシメチルフルフラール（ＨＭＦ）を酸化させることによって２，５−フランジカルボン酸（ＦＤＣＡ）を調製する方法を開示しており、ここで、触媒中のＢｉ／Ｐｔのモル比は、０．１〜０．３、好ましくは、０．１５〜０．３である。
【００１１】
[11]  米国特許第８，５０１，９８９号は、水素化脱酸素触媒（すなわち、水素化脱酸素のステップに適した触媒）、添加されるハロゲン源、及び溶媒の存在下で、テトラヒドロフラン基質、例えば、テトラヒドロフラン−２，５−ジカルボン酸（ＴＨＦＤＣＡ）を水素と反応させることによって、これを水素化脱酸素化し、テトラヒドロフラン基質の少なくとも一部をアジピン酸生成物へ変換するステップを含む、アジピン酸生成物を製造する方法を開示している。この特許は、ＦＤＣＡからＴＨＦＤＣＡを調製すること、及び選択的酸化によって５−ヒドロキシメチルフルフラール（ＨＭＦ）からＦＤＣＡを製造することができることを開示している。この特許は、アジピン酸を、アジピン酸エステル、ポリエステル、アジポニトリル、ヘキサメチレンジアミン（ＨＭＤＡ）、カプロラクタム、カプロラクトン、１，６−ヘキサンジオール、アミノカプロン酸、及び、ナイロンのようなポリアミドを含む多種多様の下流の化学生成物又は中間体へと変換することができることをさらに開示している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
[12]  有用な中間体及び／又は生成物、例えば、ＴＨＦＤＣＡ（二酸）、２，５−アンヒドロ−３，４−ジデオキシ−ヘキサン酸（ＴＨＦＤＣＡに対応する一酸）、及びアジピン酸を製造するための代替の化学合成戦略、特に、容易に利用可能又は入手可能な糖が関与し、且つ商業的に魅力的な収率でいくつかの異なる生成物を合成する柔軟性を有する戦略が当技術分野で依然として必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
発明の概要
[13]  その様々な実施形態のそれぞれにおいて、本発明は、容易に利用可能又は入手可能な糖から有用な中間体及び／又は生成物をより効率的に生成する必要性を満たす。一態様では、本発明は、１，２，５，６−ヘキサンテトロール（ＨＴＯ）から有用な中間体及び／又は生成物をより効率的に生成することを提供し、１，２，５，６−ヘキサンテトロール（ＨＴＯ）は、それ自体が糖に由来し得る。一態様では、１，２，５，６−ヘキサンテトロール（ＨＴＯ）からＴＨＦＤＣＡを製造するための方法を提供する。この方法は、（ａ）閉環により環式化合物を形成させるステップと、（ｂ）白金及びビスマスを含む触媒を用いた酸化により酸混合物を形成するステップとを含む。一実施形態では、触媒は、炭素上の５重量％のＰｔ（Ｂｉ）を含み得る。ステップ（ａ）は、ステップ（ｂ）の前又は後に行い得る。
【００１４】
[14]  ステップ（ａ）がステップ（ｂ）の前に行われるとき、ステップ（ａ）は、環式化合物を形成させるのに十分な時間、ＨＴＯを酸に接触させることを含み、ここで、形成された環式化合物は、テトラヒドロフランジメタノールである（２，５ビス（ジメチル）テトラヒドロフランとしても知られている。）。一実施形態では、酸は、硫酸、ホスホン酸、炭酸及び耐水性非ブレンステッドルイス酸からなる群から選択し得る。さらに、ステップ（ａ）がステップ（ｂ）の前であるとき、ステップ（ｂ）は、テトラヒドロフラン−２，５−ジカルボン酸（ＴＨＦＤＣＡ）又は２，５−アンヒドロ−３，４−ジデオキシ−ヘキサン酸の少なくとも１つを含む酸混合物が形成されるように、テトラヒドロフランジメタノールが触媒と接触している間に、ステップ（ａ）において形成されたテトラヒドロフランジメタノールを酸化させることを含む。一態様では、２，５−アンヒドロ−３，４−ジデオキシ−ヘキサン酸が酸混合物の一部として形成されるとき、この方法は、ｉ）酸混合物から２，５−アンヒドロ−３，４−ジデオキシ−ヘキサン酸を回収すること、ｉｉ）酸混合物から２，５−アンヒドロ−３，４−ジデオキシ−ヘキサン酸を回収し、白金及びビスマスを含む触媒と接触している間にそれを酸化させ、ＴＨＦＤＣＡを形成させること、又はｉｉｉ）酸混合物中の２，５−アンヒドロ−３，４−ジデオキシ−ヘキサン酸を、ステップｂ）において使用される触媒と接触している間に酸化させ、さらなるＴＨＦＤＣＡを形成させることをさらに含み得る。
【００１５】
[15]  ステップ（ｂ）がステップ（ａ）の前に行われるとき、ステップ（ｂ）は、２，５−ジヒドロキシアジピン酸及び２−ヒドロキシグルタル酸を含む酸混合物が形成されるように、ＨＴＯが触媒と接触している間にＨＴＯを酸化させることを含み、ここで、２−ヒドロキシグルタル酸より多くの２，５−ジヒドロキシアジピン酸が形成される。さらに、ステップ（ｂ）がステップ（ａ）の前に行われるとき、ステップ（ａ）は、環式化合物を形成させるのに十分な時間、ステップ（ａ）において形成された２，５−ジヒドロキシアジピン酸と２，５−ジヒドロキシアジピン酸以外の酸とを接触させることを含み、ここで、形成された環式化合物は、ＴＨＦＤＣＡである。一実施形態では、２，５−ジヒドロキシアジピン酸以外の酸は、硫酸、ホスホン酸、炭酸及び耐水性非ブレンステッドルイス酸からなる群から選択し得る。
【００１６】
[16]  一態様では、ＴＨＦＤＣＡ及びその対応する一酸、すなわち、２，５−アンヒドロ−３，４−ジデオキシ−ヘキサン酸の製造のための方法を提供する。一態様では、この方法は、テトラヒドロフラン−２，５−ジカルボン酸（ＴＨＦＤＣＡ）又はその対応する一酸（２，５−アンヒドロ−３，４−ジデオキシ−ヘキサン酸）の少なくとも１つを含む酸混合物が形成されるように、テトラヒドロフランジメタノールがＰｔ及びＢｉを含む触媒に接触している間に、テトラヒドロフランジメタノールを酸化させることを含む。
【００１７】
[17]  一態様では、２，５−ジヒドロキシアジピン酸及び２−ヒドロキシグルタル酸を含む酸混合物が形成されるように、ＨＴＯがＰｔ及びＢｉを含む触媒に接触している間にＨＴＯを酸化させることを含む、ＴＨＦＤＣＡの製造のための方法を提供し、ここで、２−ヒドロキシグルタル酸より多くの２，５−ジヒドロキシアジピン酸が形成される。さらなる態様において、この方法は、環式化合物を形成させるのに十分な時間、酸化ステップにおいて形成された２，５−ジヒドロキシアジピン酸と、硫酸、ホスホン酸、炭酸及び耐水性非ブレンステッドルイス酸からなる群から選択される酸とを接触させることを含み、ここで、形成された環式化合物は、ＴＨＦＤＣＡである。
【００１８】
[18]  これら及び他の態様、実施形態、及び関連する利点は、以下の説明から明らかとなる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】[19]図１は、本発明のある特定の態様における、グルコースからのＴＨＦＤＣＡ及びその一酸である２，５−アンヒドロ−３，４−ジデオキシ−ヘキサン酸の合成を示す。
【図２】[20]図２は、本発明のある特定の態様における、テトラヒドロフランジメタノールからのＴＨＦＤＣＡの合成を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
[21]  図は、関与する原理及び反応化学の理解を助けるための本発明の実施形態を示すものと理解されるべきであるが、添付の特許請求の範囲に定義される本発明の範囲を限定するものではない。本開示の知識を有する当業者には明らかであるように、本発明の様々な他の実施形態による合成方法は、特定の目的に応じて少なくとも部分的に決定される、特定の試薬、及び反応条件を利用する。
【００２１】
実施形態の詳細な説明
[22]  一実施形態では、本発明は、酸混合物を形成する酸化ステップにおいてＰｔ及びＢｉを含む触媒を使用する方法を開示し、ここで、酸混合物は、ＴＨＦＤＣＡ、又はそこからＴＨＦＤＣＡが合成され得る酸を含む。
【００２２】
[23]  一態様では、ＴＨＦＤＣＡ及びその対応する一酸、すなわち、２，５−アンヒドロ−３，４−ジデオキシ−ヘキサン酸の製造のための方法を提供する。一態様では、この方法は、１，２，５，６−ヘキサンテトロール（ＨＴＯ）をテトラヒドロフランジメタノールへと変換することを含む。一態様では、この方法は、テトラヒドロフランジメタノールとＰｔ及びＢｉを含む触媒とを接触させることを含む。一態様では、この方法は、テトラヒドロフラン−２，５−ジカルボン酸（ＴＨＦＤＣＡ）又は２，５−アンヒドロ−３，４−ジデオキシ−ヘキサン酸の少なくとも１つを含む酸混合物が形成されるように、テトラヒドロフランジメタノールが触媒に接触している間にテトラヒドロフランジメタノールを酸化させることを含む。酸混合物中の一酸（２，５−アンヒドロ−３，４−ジデオキシ−ヘキサン酸）は、酸混合物中で最初に形成されたＴＨＦＤＣＡから任意に分離した後で、Ｐｔ（Ｂｉ）触媒を使用してさらに酸化させ、所望のＴＨＦＤＣＡ生成物を得てもよい。一実施形態では、両方の酸が形成され、ここで、より多くのＴＨＦＤＣＡが、その対応する一酸より選択的に形成される。別の実施形態では、ＴＨＦＤＣＡより多くの２，５−アンヒドロ−３，４−ジデオキシ−ヘキサン酸が形成される。
【００２３】
[24]  一態様では、２，５−ジヒドロキシアジピン酸及び２−ヒドロキシグルタル酸を含む酸中間体混合物が形成されるように、ＨＴＯがＰｔ及びＢｉを含む触媒に接触している間にＨＴＯを酸化させることを含む、ＴＨＦＤＣＡの製造のための方法を提供し、ここで、２−ヒドロキシグルタル酸より多くの２，５−ジヒドロキシアジピン酸が形成される。さらなる態様において、この方法は、環式化合物を形成させるのに十分な時間、酸化ステップにおいて形成された２，５−ジヒドロキシアジピン酸と、硫酸、ホスホン酸、炭酸及び耐水性非ブレンステッドルイス酸からなる群から選択される酸とを接触させることを含み、ここで、形成された環式化合物は、ＴＨＦＤＣＡである。
【００２４】
[25]  図１は、糖からＴＨＦＤＣＡを生成するための２つの経路を例示する。これらの経路は、それぞれ４つの操作段階を含み得るという点において互いに共通であり、最初の２つの操作段階は、各経路について同じである。これらの経路はまた、これらが両方とも環式化合物を形成する閉環と、化合物をＰｔ及びＢｉを含む触媒と接触させながら高温で化合物を酸化させることとを含むという点において互いに共通である。片方の経路において、閉環が最初に起こり、酸化ステップがそれに続く一方で、第２の経路において、酸化が最初に行われ、閉環がそれに続くという点でこれらの経路は異なる。これらの経路は、下記の記載において経路１及び経路２という。
【００２５】
[26]  図１に示されているように、第１の段階において、糖、例えば、グルコースが水素化され、その結果、ソルビトールへと変換される。第１の段階は、中性条件下で、比較的低い温度、比較的低い圧力にて、水素化触媒の存在下で行い得る。水素化触媒は、銅及び／又はルテニウムを含有し得る。水素化触媒が銅を含むとき、グルコースを含む溶液は、２ｐｐｍ未満の硫化物アニオン及び１ｐｐｍ未満の塩化物アニオンを含有するべきである。例示的なルテニウム触媒は、炭素上に担持されたルテニウム、ゼオライト上に担持されたルテニウム、ＴｉＯ２上に担持されたルテニウム、及びＡｌ２Ｏ３上に担持されたルテニウムからなる群から選択される。本開示の利点によって、この第１の段階は、摂氏１５０度以上、特に、摂氏１６０〜２２０度の温度、並びに４．１ＭＰａ以上（６００ｐｓｉ以上）、特に、４．１ＭＰａ（６００ｐｓｉ）〜６．９ＭＰａ（１０００ｐｓｉ）の水素圧力で、反応槽において２〜４時間の条件で、米国特許出願公開第２０１７／００２９３９３号に開示されている水素化技術によって行い得ることを当業者なら理解するであろう。
【００２６】
[27]  図１に示されているように、第２の段階において、第１の段階において形成されたソルビトールをＨＴＯへと変換し得る。本開示の利点によって、ＨＴＯは、米国特許出願公開第２０１７／００２９３９３号に開示されている技術によって、Ｃ６糖アルコール、例えば、ソルビトール（図１に示されているように）、及び／又はＲ−グリコシドから生成し得ることを当業者なら理解するであろう。例えば、ＨＴＯは、ラネー銅触媒の存在下での水素による水素化によって、特に、摂氏１７５〜２５０度の温度及び３．４ＭＰａ〜１７．２ＭＰａ（５００〜２５００ｐｓｉ）の水素圧力で、連続モードで２時間の平均滞留時間又はバッチモードで１〜４時間行われる、反応器に固定床として配置されたラネー銅触媒による水素化によって、水を含む溶液中に少なくとも２０％ｗｔ／ｗｔ存在する、Ｃ６糖アルコール及び／又はＣ６Ｒ−グリコシド（ここで、Ｒは、アルキル部分である）である出発化合物から合成してもよい。糖アルコールは、商業的供給源から得てもよく、又は当業界で任意の公知の方法により得てもよい。ある特定の実施形態では、糖アルコールは、Ｃ６糖又はＣ６Ｒ−グリコシドの水素化によって得てもよい。例えば、ソルビトールは、典型的には、ラネーニッケル触媒上でのグルコースの水素化によって得られる。エチルグルコシドは、米国特許出願公開第２０１７／００２９３９３号に記載されている方法によってアセチルセルロースパルプの水素化によって得てもよい。Ｒ−グリコシドは、商業的供給源から得てもよく、又は当業界で任意の公知の方法により得てもよい。ある特定の実施形態では、Ｒ−グリコシドは、米国特許出願公開第２０１７／００２９３９３号に記載されているようなアシル化セルロースパルプから得られるエチルグルコシドである。しかし、その反応は、任意のＲ−グリコシドを使用することができ、ここで、Ｒ基は、Ｃ１〜Ｃ４アルキル基である。最も好ましくは、Ｒ基は、メチル又はエチルであり、最も一般に利用可能なグリコシドは、メチルグルコシド又はエチルグルコシドである。
【００２７】
[28]  経路１において、第３の段階は、比較的穏やかな条件下で行われ、ＨＴＯを環式化合物へと変換し得る。経路１の第３の段階において、ＨＴＯは、環式化合物を形成させるのに十分な時間、硫酸、ホスホン酸、炭酸及び耐水性非ブレンステッドルイス酸（例えば、ビスマス及びスカンジウムトリフレート又は他のトリフレート）からなる群から選択される酸と接触してもよく、ここで、形成された環式化合物は、テトラヒドロフランジメタノールである（２，５ビス（ジメチル）テトラヒドロフランとしてもまた公知である）。本開示の利点によって、経路１のこの第３の段階は、連続的な水の除去を促進するための２０ｋＰａ（３．０ｐｓｉ）〜４０ｋＰａ（６．０ｐｓｉ）の範囲の減圧下で、摂氏１２０〜１５０度の温度にて１〜４時間に亘っておこなわれる、０．０５％〜５％ｍｏｌ／ｍｏｌの酸触媒の出発材料を使用した、米国特許出願公開第２０１７／００２９３９３号に開示されているＨＴＯから２，５ビス（ジメチル）テトラヒドロフラン（すなわち、テトラヒドロフランジメタノール）への変換技術によって行い得ることを当業者なら理解するであろう。
【００２８】
[29]  経路１において、第４の段階は、Ｐｔ及びＢｉ、例えば、炭素上の５重量％のＰｔ（Ｂｉ）を含む触媒の存在下で、テトラヒドロフランジメタノールを酸化すること含み得て、これによりＴＨＦＤＣＡ又は２，５−アンヒドロ−３，４−ジデオキシ−ヘキサン酸の少なくとも１つの酸混合物を形成する。図１に示されているように、経路１の第４の段階は、温度を上げた状態、例えば、１５０℃で行い得る。テトラヒドロフランジメタノールの酸化がこのような高温で行われるとき、両方の酸が形成され、ここで、その対応する一酸である２，５−アンヒドロ−３，４−ジデオキシ−ヘキサン酸より多くのＴＨＦＤＣＡが形成される。
【００２９】
[30]  経路１の第４の段階の代わりの実施形態を、図２において示す。この代わりの実施形態では、テトラヒドロフランジメタノールの酸化は、Ｐｔ及びＢｉ、例えば、炭素上の５重量％のＰｔ（Ｂｉ）を含む触媒の存在下で、６０℃及び大気圧にて行い得て、それにより、一酸（２，５−アンヒドロ−３，４−ジデオキシ−ヘキサン酸）を形成し、ＴＨＦＤＣＡは測定可能な収率で得られない。穏やかな条件下でのテトラヒドロフランジメタノールから一酸への酸化の利点は、反応条件の容易な制御を可能とすることである。さらに、その一酸は、ＴＨＦＤＣＡについて考えられる用途と異なる用途で使用できる潜在的可能性を有する。例えば、一酸は、ＴＨＦＤＣＡの重合によって形成されるポリマーとは異なるポリマーを形成する条件下で重合し得る。さらに、ＴＨＦＤＣＡの重合は典型的には、ジアルコールとの反応を必要とする。ＴＨＦＤＣＡの下記の重合反応と一酸の重合とを比較されたい。
【化１】
2021521117.tif 000003
図２に示されているように、所望の際に、当然ながら、測定可能なＴＨＦＤＣＡの非存在下で生成された一酸は、Ｐｔ及びＢｉ、例えば、炭素上の５重量％のＰｔ（Ｂｉ）を含む触媒の存在下で１５０℃にて一酸を酸化させることによって、二酸であるＴＨＦＤＣＡへと変換し、ＴＨＦＤＣＡを形成してもよい。一酸から二酸への酸化のための期間は、大気圧より高い高圧、例えば、約６．９ＭＰａ（１０００ｐｓｉ）の空気で酸化を行うことによって短縮させることができる。
【００３０】
[31]  図１に示されているように、経路２において、第３の段階は、ＨＴＯから２，５−ジヒドロキシアジピン酸への酸化を含み得る。経路２の第３の段階において、ＨＴＯは、温度を上げた状態、例えば、約１５０℃で、大気圧にて、Ｐｔ及びＢｉ、例えば、炭素上の５重量％のＰｔ（Ｂｉ）を含む触媒の存在下で酸化され、２，５−ジヒドロキシアジピン酸が形成される。
【００３１】
[32]  経路２において、第４の段階は、段階３において形成された２，５−ジヒドロキシアジピン酸と酸とを閉環のための量及び方法で接触させ、それによって、２，５−ジヒドロキシアジピン酸をＴＨＦＤＣＡへと変換させることを含み得る。この閉環ステップは、ＴＨＦＤＣＡを形成させるのに十分な時間、２，５−ジヒドロキシアジピン酸と、硫酸、ホスホン酸、炭酸及び耐水性非ブレンステッドルイス酸からなる群から選択される酸とを接触させることによって行い得る。
【００３２】
[33]  本開示の利点によって、経路２のこの第４の段階は、米国特許出願公開第２０１７／００２９３９３号において開示され、且つ経路１の第３の段階に関連して上記で参照した同じ閉環技術によって行い得ることを当業者なら理解するであろう。
【００３３】
[34]  経路１又は経路２によって形成されるＴＨＦＤＣＡは、存在し得る他の化合物、例えば、対応する一酸、すなわち、２，５−アンヒドロ−３，４−ジデオキシヘキソン酸から分離し得る。例えば、この分離は、イオン排除クロマトグラフィー（ＩＥＣ）及び／又はイオン交換（ＩＸ）を使用して行うことができ、例えば、Tanaka et al., “Separation of carboxylic acids on a weakly acidic cation-exchange resin by ion-exclusion chromatography”, Journal of Chromatography A, vol. 850, no. 1, pp. 187-196 (Aug. 1999)に記載されているような、酸性溶出条件下でのイオン排除クロマトグラフィーを使用したポリメタクリレートをベースとする弱酸性カチオン交換樹脂を用いて、又は米国特許第９，４８７，４６５号、“Process for the Separation of Mono- and Di-Carboxylic Acid Compounds”によって教示されたような陰イオン交換媒体を用いて行い得る。
【００３４】
[35]  本開示の利点によって、経路１又は経路２を使用して生成されるＴＨＦＤＣＡは、アジピン酸へと容易に変換され得ることを当業者なら理解するであろう。例えば、ＴＨＦＤＣＡは、水素化脱酸素触媒、溶媒、及びハロゲン源の存在下でＴＨＦＤＣＡと水素とを反応させることによってアジピン酸へと変換され得る。溶媒は、弱カルボン酸を含み得る。用語「弱カルボン酸」は、本明細書において使用する場合、少なくとも約３．５、より好ましくは、少なくとも約４．５のｐＫａを有する任意の非置換若しくは置換カルボン酸を意味し、より特定すると、非置換酸、例えば、酢酸、プロピオン酸若しくは酪酸、又はこれらの混合物から選択される。有用な溶媒の中で、後続のＴＨＦＤＣＡの水素化脱酸素化における溶媒としてまた有用であるため、酢酸がより好ましい。本開示の利点によって、アジピン酸へのＴＨＦＤＣＡの変換は、ヨウ化水素又は臭化水素、及び酢酸のような溶媒の存在下、摂氏約８０〜約２００度、特に、摂氏約１４０〜約１８０度の温度にて、約１３７９ｋＰａ（２００ｐｓｉａ）〜約１３７９０ｋＰａ（２０００ｐｓｉａ）、特に、約２７５８ｋＰａ（４００ｐｓｉａ）〜約１０３４３ｋＰａ（１５００ｐｓｉａ）の水素の分圧を伴って、単独で用いてもよく、１種若しくは複数の希土類金属（ランタニド）と組み合わせて用いてもよく、及び１種若しくは複数の典型金属（Ａｌ、Ｇａ、Ｔｌ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｐｂ又はＢｉ）と組み合わせて用いてもよい、担体上の１種若しくは複数のｄ−ブロック金属（Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｐｔ）を含む固相水素化脱酸素触媒の存在下で、ＴＨＦＤＣＡと水素とを反応させる、米国特許第８，５０１，９８９号に開示されているＴＨＦＤＣＡからアジピン酸への変換技術によって行い得ることを当業者なら理解するであろう。
【００３５】
[36]  一態様では、テトラヒドロフランジメタノールとＰｔ及びＢｉを含む触媒とを接触させることを含む方法を提供する。この方法は、テトラヒドロフラン−２，５−ジカルボン酸（ＴＨＦＤＣＡ）及び対応する一酸（２，５−アンヒドロ−３，４−ジデオキシ−ヘキサン酸）を含む酸混合物が形成されるように、テトラヒドロフランジメタノールが触媒に接触している間にテトラヒドロフランジメタノールを酸化させることを含み、ここで、対応する一酸より多くのＴＨＦＤＣＡが選択的に形成される。一実施形態では、酸化ステップは、約１４５℃〜１５５℃、好ましくは、約１４８℃〜１５２℃、より好ましくは、約１５０℃の温度にて行われる。一実施形態では、酸化ステップは、約１０００ｐｓｉの圧力の空気で行われる。
【００３６】
[37]  一態様では、テトラヒドロフランジメタノールとＰｔ及びＢｉを含む触媒とを接触させることを含む方法を提供する。この方法は、テトラヒドロフラン−２，５−ジカルボン酸（ＴＨＦＤＣＡ）又はその対応する一酸（２，５−アンヒドロ−３，４−ジデオキシ−ヘキサン酸）の少なくとも１つを含む酸混合物が形成されるように、テトラヒドロフランジメタノールが触媒に接触している間に第１の温度及び第１の圧力にてテトラヒドロフランジメタノールを酸化させることを含み、ここで、ＴＨＦＤＣＡより多くの対応する一酸が選択的に形成される。一実施形態では、第１の温度は、約５５℃〜６５℃、好ましくは、約５８℃〜６２℃、より好ましくは、約６０℃であり得る。一実施形態では、第１の圧力は、大気圧である。
【００３７】
[38]  一態様では、この方法は、一酸の大部分がＴＨＦＤＣＡへと変換されるように、一酸である２，５−アンヒドロ−３，４−ジデオキシ−ヘキサン酸とＰｔ及びＢｉを含む触媒とを接触させ、一酸が触媒に接触している間に第２の温度及び第２の圧力にて一酸を酸化させることをさらに含み得る。一実施形態では、第２の温度は、約１４５℃〜１５５℃、好ましくは、約１４８℃〜１５２℃、より好ましくは、約１５０℃であり得る。一実施形態では、第２の圧力は約１０００ｐｓｉの空気。
【００３８】
[39]  一態様では、２，５−ジヒドロキシアジピン酸及び２−ヒドロキシグルタル酸を含む酸中間体混合物が形成されるように、ＨＴＯがＰｔ及びＢｉを含む触媒に接触している間にＨＴＯを酸化させることを含む、ＴＨＦＤＣＡの製造方法を提供し、ここで、２−ヒドロキシグルタル酸より多くの２，５−ジヒドロキシアジピン酸が形成される。一実施形態では、この酸化ステップは、大気圧、及び１４５℃〜１５５℃、好ましくは、約１４８℃〜１５２℃、より好ましくは、約１５０℃の温度で行われる。さらなる態様において、この方法は、環式化合物を形成させるのに十分な時間、酸化ステップにおいて形成された２，５−ジヒドロキシアジピン酸と、硫酸、ホスホン酸、炭酸及び耐水性非ブレンステッドルイス酸からなる群から選択される酸とを接触させることを含み、ここで、形成された環式化合物は、ＴＨＦＤＣＡである。
【００３９】
[40]  一態様では、本発明は、官能基の存在を伴わずに、穏やかな条件下にて酸素で第一級アルコールを酸化させることを開示する。一態様では、糖、例えば、グルコース又はデキストロースがＴＨＦＤＣＡへと最終的に変換され、ＴＨＦＤＣＡがアジピン酸へと変換される方法及び反応系が開示される。反応器系は、４つの操作段階を含み得て、各段階は、別々の反応器において行ってもよい。
【００４０】
[41]  下記の実施例を、本発明の態様の代表的なものとして記載する。他の同等の実施形態が、本開示及び添付の特許請求の範囲を考慮して明らかであるから、これらの実施例は、本発明の範囲を限定すると解釈されない。
【実施例】
【００４１】
[42]  実施例
[43]  実施例１
テトラヒドロフランジメタノール（３５ｇ）、１００ｍｌの脱イオン水及び２ｇの白金−ビスマスを、凝縮器を備えた３つ口フラスコに加えた。反応混合物を還流させ、油浴中で６０℃にて連続的に撹拌した。ＮａＯＨ（４０ｍｌ中２１ｇ）の水溶液を滴下して加え、添加完了後、混合物を１５０℃へと加熱し、一晩（約１６時間）加熱した。反応の過程において、試料を規則的な時間間隔で反応混合物から取り出し、次いで、ＮＭＲ分析の前に周囲条件で貯蔵した。ＮＭＲデータに基づくと、テトラヒドロフランジメタノールの変換率は７０％であり、５０％収率のＴＨＦＤＣＡを伴う。
【００４２】
[44]  実施例２
テトラヒドロフランジメタノール（４ｇ：ｃｉｓ／ｔｒａｎｓ）、３０ｍｌの脱イオン水、２ｇのＮａＯＨ及び０．５ｇのＰｔ（Ｂｉ）／Ｃを、１００ｃｃの反応器に加えた。反応混合物を１５０℃まで６．９ＭＰａ（１０００ｐｓｉ）の空気と共に３時間加熱した。ＮＭＲデータに基づくと、テトラヒドロフランジメタノールの変換率は９８％超であり、８７％収率のＴＨＦＤＣＡ及び１３％の一酸である２，５−アンヒドロ−３，４−ジデオキシヘキソン酸を伴う。
【００４３】
[45]  実施例３
テトラヒドロフランジメタノール（３５ｇ）、１００ｍｌの脱イオン水及び２ｇの白金−ビスマスを、凝縮器を備えた３つ口フラスコに加えた。反応混合物を還流させ、油浴中で６０℃にて連続的に撹拌した。ＮａＯＨ（４０ｍｌ中２１ｇ）の水溶液を滴下して加え、添加完了後、混合物を６０℃へと加熱し、一晩（約１６時間）加熱した。反応の過程において、試料を規則的な時間間隔で反応混合物から取り出し、次いで、ＮＭＲ分析の前に周囲条件で貯蔵した。ＮＭＲデータに基づくと、テトラヒドロフランジメタノールの変換率は９１％であり、８９％収率の２，５−アンヒドロ−３，４−ジデオキシヘキソン酸、及び測定可能でない収率のＴＨＦＤＣＡを伴う。反応を下記に（及び図２の上部に）示す。
【化２】
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【００４４】
[46]  実施例４
１，２，５，６−ヘキサンテトロール（ＨＴＯ）０．８ｇ、０．８ｇの白金−ビスマス、及び２０ｍｌの脱イオン水中の１．０ｇのＮａＯＨを、凝縮器を備えた３つ口フラスコに加えた。反応混合物を還流させ、油浴中で６０℃にて連続的に撹拌し、混合物を１５０℃へと加熱し、一晩（約１６時間）加熱した。反応の過程において、試料を規則的な時間間隔で反応混合物から取り出し、次いで、ＮＭＲ分析の前に周囲条件で貯蔵した。ＮＭＲデータに基づくと、ＨＴＯの変換率は７８％であり、主要な生成物として２，５−ジヒドロキシアジピン酸及び微量な生成物として２−ヒドロキシグルタル酸を伴う。この反応は、上記した経路２の第３の段階である。この反応を下記に（及び図１に）示す。
【化３】
2021521117.tif 000005
【００４５】
[47]  上記の結果からわかるように、開示した反応条件下で及び記載した反応混合物の成分により、かなりの収率のＴＨＦＤＣＡを製造することができる。本開示において記載する合成方法及び全体的な教示によってＨＴＯ又はテトラヒドロフランジメタノールを使用して、本明細書における教示に基づいたプロセス最適化を行って、ＴＨＦＤＣＡの収率を増加させることができると予想される。
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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