(57)【要約】本発明は、有機分子触媒により５−ヒドロキシメチルフルフラール（ＨＭＦ）を直接的に極性転換性の自己縮合し、これによって、容易に入手可能な基質を５，５’−ジ（ヒドロキシメチル）フロイン（ＤＨＭＦ）へアップグレードするための新規方法を提供する。多くの効率的な触媒系が、プラントバイオマス資源のＨＭＦへの変換に対して開発されてきたが、本発明は、本明細書に記載されているような簡単なプロセスで、このような非食料バイオマスを直接ＤＨＭＦへ変換するための方法をここに提供する。本発明はまた、他のバイオマスフルアルデヒド及び関連する化合物を液体燃料にアップグレードするための極めて効果的な新規方法を提供する。本方法は、バイオマスフルアルデヒドを有機分子触媒により自己縮合（極性転換）して（Ｃ８〜Ｃ１２）フロイン中間体にし、続いて水素化、エーテル化又はエステル化して酸素化したバイオディーゼルにするステップ、又は金属−酸タンデム触媒作用による水素化脱酸素反応により高級炭化水素燃料にするステップを含む。【選択図】図３Ｂ
2015529636.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
式Ｉの化合物：
【化１】
2015529636.tif 000032
（式中、各Ｒ１は、独立して、Ｈ、ＯＨ、ハロ、アミン、アルキルアミノ、ジアルキルアミノ、アルコキシ、又はアシルオキシであり、Ｒ２は、ＯＨ、ハロ、アミン、アルキルアミノ、ジアルキルアミノ、アルコキシ、又はアシルオキシであるが、ただし、少なくとも１つのＲ１はＨではない）。
【請求項２】
前記化合物が、
【化２】
2015529636.tif 000033
（式中、各Ｒは、独立してアリール又は（Ｃ１〜Ｃ１２）アルキルである）である、請求項１に記載の化合物。
【請求項３】
前記化合物が、
【化３】
2015529636.tif 000034
である、請求項１に記載の化合物。
【請求項４】
式ＩＩの化合物：
【化４】
2015529636.tif 000035
（式中、
Ｒ１は、Ｈ、ＯＨ、ハロ、アミン、アルキルアミノ、ジアルキルアミノ、アルコキシ、又はアシルオキシであり、Ｒ２は、Ｈ、ＯＨ、ハロ、アミン、アルキルアミノ、ジアルキルアミノ、アルコキシ、又はアシルオキシである）。
【請求項５】
前記化合物が、
【化５】
2015529636.tif 000036
（式中、各Ｒは、独立して、Ｈ、アルキル、又はアシルである）である、請求項４に記載の化合物。
【請求項６】
前記化合物が、
【化６】
2015529636.tif 000037
である、請求項４に記載の化合物。
【請求項７】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の１つ又は複数の化合物と、１つ又は複数の（Ｃ１０〜Ｃ２２）アルカンとを含む組成物。
【請求項８】
請求項４〜６のいずれか一項に記載の１つ又は複数の化合物と、１つ又は複数の（Ｃ１０〜Ｃ２２）アルカンとを含む組成物。
【請求項９】
イオン液体の存在下、前記イオン液体がＮ−複素環式カルベン（ＮＨＣ）を形成する条件下で、第１のフルアルデヒドと第２のフルアルデヒドを接触させることによって、又は別個のＮＨＣの存在下で、第１のフルアルデヒドと第２のフルアルデヒドを接触させることによって、（Ｃ１０〜Ｃ１２）フロイン部分を含む化合物を得るステップを含む、第１のフルアルデヒド化合物と第２のアルデヒドをカップリングする有機分子触媒方法。
【請求項１０】
５−ヒドロキシメチルフルフラール（ＨＭＦ）をホモカップリングするステップを含む方法であって、ＨＭＦとイオン液体を、前記イオン液体がＮ−複素環式カルベン（ＮＨＣ）を形成する条件下で接触させることによって、又はＨＭＦと別個のＮＨＣを接触させることによって、５，５’−ジ（ヒドロキシメチル）フロイン（ＤＨＭＦ）を得るステップを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
イオン液体カチオンが、１−アルキル−３−メチルイミダゾリウム、１−アルキル−３−アルキルピリジニウム、トリアルキルスルホニウム、アルキル置換チアゾリウム、アリール置換チアゾリウム、１−アルキル−１−メチルピロリジニウム、１，２−ジアルキルピラゾリウム、ジアルキルモルホリニウム、グアニジウム、又は２−アルキル−イソキノリニウムであり、各アルキルが独立して（Ｃ１〜Ｃ１２）アルキルである、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
イオン液体が１−アルキル−３−メチル−イミダゾリウム酢酸塩である、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
イオン液体が、有機塩基又は無機塩基存在下の１−アルキル−３−メチル−イミダゾリウムハロゲン化物塩であり、前記塩基が、ｉｎ  ｓｉｔｕでカルベン触媒を生成する反応条件下で前記イオン液体カチオンのＣ２−Ｈプロトンを脱プロトン化することが可能である、請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
塩基が、ＤＢＵ、アルカリ金属アルコキシド、水素化アルカリ金属、又はアルカリ金属ヘキサメチルジシラザンである、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
イオン液体が、塩基存在下の［ＥＭＩＭ］ＯＡｃ又は［ＥＭＩＭ］Ｃｌである、請求項１０に記載の方法。
【請求項１６】
別個のＮＨＣが、１，３，４−トリフェニル−４，５−ジヒドロ−１Ｈ−１，２，４−トリアゾール−５−イリデン（ＴＰＴ）、１，３−ジ−メシチル−ブチル−イミダゾリン−２−イリデン（ＩＭｅｓ）、又は１，３−ジアルキルイミダゾリン−２−イリデンである、請求項１０に記載の方法。
【請求項１７】
ＤＨＭＦの水素化、水素化分解、水素化脱酸素反応、エーテル化、エステル化、又はこれらの組合せにより液体燃料を得るステップをさらに含む、請求項１０〜１６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１８】
ＤＨＭＦの水素化により、１，２−ジ（５−ハイドロメチルテトラヒドロフラン−２−イル）エチレングリコールを含む液体を得るステップをさらに含む、請求項１０〜１６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１９】
水中において、加熱及びＨ２圧を含む反応条件下で、式Ｉの化合物：
【化７】
2015529636.tif 000038
（式中、各Ｒ１は、独立して、Ｈ、ＯＨ、アルコキシ、又はアシルオキシであり、Ｒ２は、ＯＨ、アルコキシ、又はアシルオキシである）を、又は式ＩＩの化合物：
【化８】
2015529636.tif 000039
（式中、Ｒ１はＨ、ＯＨ、アルコキシ、又はアシルオキシであり、Ｒ２はＨ、ＯＨ、アルコキシ、又はアシルオキシである）を、
パラジウム又は白金金属及び酸性部分を含む二官能性触媒系と接触させ、
これによって、１つ又は複数の（Ｃ８〜Ｃ２２）アルカンを得るステップを含む、（Ｃ８〜Ｃ２２）アルカンを調製するための方法。
【請求項２０】
式Ｉの化合物が５，５’−ジ（ヒドロキシメチル）フロイン（ＤＨＭＦ）である、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
二官能性触媒系が、Ｈ３ＰＯ４及びＰｄ／Ｃの酸性溶液；式ＣｓＨ２ＰＷ１２Ｏ４０のヘテロポリ酸担持Ｐｔ；又はＰｔ／Ｃと組み合わせた式ＴａＯＰ０４の酸性固体触媒である、請求項１９又は２０に記載の方法。
【請求項２２】
二官能性触媒系が、Ｐｔ／Ｃと組み合わせた式ＴａＯＰ０４の酸性固体触媒であり、（Ｃ１０〜Ｃ２２）アルカンが少なくとも９０％の選択性で生成される、請求項１９又は２０に記載の方法。
【請求項２３】
前記方法における温度が少なくとも約２００℃であり、反応が少なくとも２ＭＰａの水素ガス圧下で行われる、請求項１９又は２２に記載の方法。
【請求項２４】
式Ｉの化合物が、５，５’−ジ（ヒドロキシメチル）フロイン（ＤＨＭＦ）であり、二官能性触媒系が、Ｐｔ／Ｃと組み合わせた式ＴａＯＰＯ４の酸性固体触媒であり、前記方法における温度が少なくとも約２００℃であり、反応が少なくとも２ＭＰａの水素ガス圧下で行われ、（Ｃ１０〜Ｃ２２）アルカンが少なくとも９０％の選択性で生成される、請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
［関連出願］
本出願は、３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．§１１９（ｅ）のもと、２０１２年７月３日に出願した米国特許仮出願第６１／６６７，６９３号、２０１２年９月７日に出願した米国特許仮出願第６１／６９８，１７１号、及び２０１３年４月２９日に出願した米国特許仮出願第６１／８１７，１６２号に対する優先権を主張し、これらの出願は参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
［政府支援］
本発明は、助成金Ｎｏ．ＤＥ−ＦＧ０２−１０ＥＲ１６１９３のもと、エネルギー省により譲与される政府支援を用いて生まれた。政府は、本発明において特定の権利を有する。
【０００３】
［背景技術］
比較的に穏やかな条件下でリグノセルロースバイオマス及び関連する炭水化物を溶解するこれらの独自の能力と、加えて、他のいくつかの同時発生的利点（例えば、揮発性及び毒性の低い、設計可能及びリサイクル可能な溶媒として）とにより、１−アルキル（Ｒ）−３−メチル（Ｍ）イミダゾリウム（ＩＭ）クロリド塩、［ＲＭＩＭ］Ｃｌなどのイオン液体（ＩＬ）は、特にプラントバイオマスからの再生可能エネルギー及び地球に優しい化学物質を求めて急速に増大する関心を集めている。例えば、ＩＬは、触媒の存在下又は不在下、高い変換から定量的変換において、セルロースの糖への均一な加水分解を可能にし、グルコース又はセルロースの、バイオマスプラットフォーム化学物質５−ヒドロキシメチルフルフラール（ＨＭＦ）、すなわち付加価値付き化学物質及び液体燃料のための主要な及び多目的なバイオリファイニング中間体への変換を触媒した。ＨＭＦのアップグレードは、金属触媒による転換、例えば、水素化／水素化分解して、エタノールよりもエネルギー密度が４０％高い液体燃料である２，５−ジメチルフランにすること、及び有機化合物でアルドール縮合し、続いて脱水／水素化してＣ９〜Ｃ１５液体アルカン（燃料）にし、したがってＨＭＦをケロセン／ジェット式燃料の範囲（Ｃ８〜Ｃ１６）へアップグレードすることなどにより達成することができる。２個のＨＭＦ分子の直接カップリングにより、Ｃ１２生物燃料中間体が作製されるが、ＨＭＦ又はフルフラールは、これらがα−Ｈを保有しないので、アルドール自己縮合を行うことができない。
【０００４】
したがって、ＨＭＦを有用な中間体及び生成物へとアップグレードするための新規方法が必要とされる。ＨＭＦをカップリングするための新規方法は、合成化学用の化学物質及びジェット燃料又はディーゼル燃料用の液体などの製品として使用するためのこのような貴重な中間体を提供する。
【０００５】
［概要］
本発明はまた、バイオマスフルアルデヒド及び関連する化合物を有用な化学物質中間体及び液体燃料にアップグレードするための極めて効果的な新規方法を提供する。本方法は、バイオマスフルアルデヒドに有機分子触媒による極性転換性の自己縮合を行い（Ｃ１０〜Ｃ１２）フロイン中間体とし、続いて水素化、エーテル化又はエステル化などの反応により、酸素化バイオディーゼル燃料を得ること、又は金属−酸タンデム触媒作用による水素化脱酸素反応によって、高級炭化水素燃料を得ることを含む。
【０００６】
例えば、本発明はまた、有機分子触媒により５−ヒドロキシメチルフルフラール（ＨＭＦ）を直接的に極性転換性の自己縮合し、これによって、容易に入手可能な基質を５，５’−ジ（ヒドロキシメチル）フロイン（ＤＨＭＦ）へアップグレードするための新規方法を提供する。プラントバイオマス資源をＨＭＦへ変換するために、多くの効率的な触媒系が開発されてきたが、本発明はここで、このような非食料バイオマスを、本明細書に記載されているようなシンプルなプロセスでＤＨＭＦ及びその改質化合物へと直接変換する方法を提供する。
【０００７】
したがって、本発明は、以下に記載されているような新規化合物及び方法を提供する。一実施形態では、本発明は、式Ｉの化合物：
【化１】
2015529636.tif 000003
（式中、各Ｒ１は、独立して、Ｈ、ＯＨ、ハロ、アミン、アルキルアミノ、ジアルキルアミノ、アルコキシ、又はアシルオキシであり、Ｒ２は、ＯＨ、ハロ、アミン、アルキルアミノ、ジアルキルアミノ、アルコキシ、又はアシルオキシである）を提供する。一部の実施形態では、少なくとも１つのＲ１はＨではない。一部の実施形態では、Ｒ２を酸化することによってカルボニルを得て、これによって、対応する１，２−ジケトン化合物を得ることができる。特定の実施形態では、式（Ｉ）のカルボニルを還元することによって、ヒドロキシルを得るか、又はカルボニル酸素の代わりに、独立して選択されたＲ２を有する化合物を得ることができる。
【０００８】
別の実施形態では、本発明は、式ＩＩの化合物：
【化２】
2015529636.tif 000004
（式中、Ｒ１はＨ、ＯＨ、ハロ、アミン、アルキルアミノ、ジアルキルアミノ、アルコキシ、又はアシルオキシであり、Ｒ２は、Ｈ、ＯＨ、ハロ、アミン、アルキルアミノ、ジアルキルアミノ、アルコキシ、又はアシルオキシである）を提供する。本発明はまた、１つ又は複数の式（Ｉ）又は（ＩＩ）の化合物と、１つ又は複数の（Ｃ１０〜Ｃ２２）アルカンとを含む組成物を提供する。
【０００９】
本発明はまた、式（Ｘ）の化合物などのフルアルデヒド化合物と、第２のフルアルデヒド化合物をカップリングする有機分子触媒方法を提供する。本方法は、イオン液体の存在下、このイオン液体がＮ−複素環式カルベン（ＮＨＣ）を形成する条件下で、第１のフルアルデヒド化合物と第２のフルアルデヒド化合物を接触させることによって、又は別個のＮＨＣの存在下でフルアルデヒドを接触させることによって、カップリングした生成物、例えば、（Ｃ１０〜Ｃ１２）フロイン部分を含む化合物などを得るステップを含むことができる。一部の実施形態では、生成物は、フラン５位において置換基、例えば、ヒドロキシメチルなどを含むことになる。他の実施形態では、生成物は、カップリングしたフラン生成物の５位及び５’位の両方において置換基を含むことができる。フランは、フラン環上の３、４、３’、又は４’位において置換されていることができる。ヒドロキシメチル基のヒドロキシ基は、５位及び／又は５’位において、以下に記載されているようにさらに修飾されていることができる。
【００１０】
別の実施形態では、本発明は、ＨＭＦとイオン液体を、このイオン液体がＮ−複素環式カルベン（ＮＨＣ）を形成する条件下で接触させることによって、又はＨＭＦと別個のＮＨＣを接触させることによって、５，５’−ジ（ヒドロキシメチル）フロイン（ＤＨＭＦ）を得るステップを含む、５−ヒドロキシメチルフルフラール（ＨＭＦ）をホモカップリングするための有機分子触媒方法を提供する。
【００１１】
さらに別の実施形態において、本発明は、（Ｃ８〜Ｃ２２）アルカンを調製するための方法を提供する。本方法は、水中において、加熱及びＨ２圧を含む反応条件下で、式Ｉの化合物：
【化３】
2015529636.tif 000005
（式中、Ｒ１及びＲ２は、式（Ｉ）に対して上に記載された通りであってよい）を、又は式ＩＩの化合物：
【化４】
2015529636.tif 000006
（式中、Ｒ１及びＲ２は、式（ＩＩ）に対して上に記載された通りであってよい）を、パラジウム又は白金金属などの貴金属及び酸性部分を含む二官能性触媒系と接触させ、これによって、式（Ｉ）又は（ＩＩ）の化合物を還元させることによって、１つ又は複数の（Ｃ８〜Ｃ２２）アルカンを得るステップを含むことができる。酸性部分は、例えば、液体又は固体の酸とすることができる。一部の実施形態では、式（Ｉ）又は式（ＩＩ）の少なくとも１つのＲ１はＨではない。
【００１２】
したがって、本発明は、本明細書に記載されている式の新規の化合物、これらの合成のための中間体、本明細書に記載されている化合物を調製する方法、及び化合物の有用な下流生成物、例えば、燃料及び化学物質中間体などを提供する。
【００１３】
以下の図は、明細書の一部を形成し、本発明の特定の実施形態又は様々な態様をさらに実証するために含まれている。ある場合には、本発明の実施形態は、本明細書で提示された詳述な記載と組み合わせて添付の図を参照することによって、最も良く理解することができる。記載及び添付の図は、本発明のある特定の例、又は特定の態様を強調し得る。しかし、当業者であれば、実施例又は態様の部分は、本発明の他の実施例又は態様と組み合わせて使用し得ることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】８０℃での［ＥＭＩＭ］ＯＡｃ中のＨＭＦ分解反応混合物から新規化合物（ＤＨＭＦ）の形成をＨＰＬＣにより検出：ａ）粗製の試料；ｂ）シリカゲルカラムクロマトグラフィーによる精製後の試料。
【図２】中程度の水素結合によりそれぞれ結び付いた２個の独立した分子を示す５，５’−ジ（ヒドロキシメチル）フロイン（ＤＨＭＦ）のＸ線結晶構造であり、単位格子内の構造的な差はわずかである。水素原子は、わかりやすくするために省略しており、楕円は５０％の確率の所に描かれている。
【図３Ａ】図３Ａは、触媒ＩＬ、［ＥＭＩＭ］ＯＡｃによるＨＭＦのＤＨＭＦへの極性転換性の自己縮合に対して提案された触媒サイクルを示す。
【図３Ｂ】図３Ｂは、Ｎ−複素環式カルベン（ＮＨＣ）によるＨＭＦのＤＨＭＦへの変換の概略的表示である。
【図４】ＲＴで１．５時間にわたる、ＨＭＦと［ＥＭＩＭ］ＯＡｃ（１：５モル比）との間の反応の１Ｈ  ＮＭＲスペクトルであり、過剰の［ＥＭＩＭ］ＯＡｃの存在下、中間体ＩＩのクリーンな形成を示す（標識されていない小さなピークは、ＩＬによりもたらされた痕跡量の残留溶媒に対するものである）。
【図５】ＲＴで１．５時間にわたる、ＨＭＦと［ＥＭＩＭ］ＯＡｃとの間の反応（１：５モル比）の１３Ｃ  ＮＭＲスペクトルであり、過剰の［ＥＭＩＭ］ＯＡｃの存在下、中間体ＩＩのクリーンな形成を示す（標識されていないピークは、ＩＬによりもたらされた痕跡量の残留溶媒（ＣＨ２Ｃｌ２）に対するものである）。
【図６】８０℃において、最初の２５分間の期間にわたる、ＤＭＳＯ−ｄ６中でのＨＭＦと［ＥＭＩＭ］ＯＡｃとの間の反応（１：１モル比）の１Ｈ  ＮＭＲスペクトルの比較である。最も特徴的な領域におけるこのスペクトルの重ね合わせは、ＨＭＦ（６．５９ｐｐｍ、「Ａ」線）及び中間体ＩＩ（６．７３、６．３９、６．２６ｐｐｍ、「Ｂ」線）に対するピーク強度（Ｃ６Ｍｅ６内部標準により規準化）のゆっくりとした低下を示し、ＤＨＭＦ（６．４８、６．２９、６．１９、５．７２ｐｐｍ、「Ｃ」線）は同時に増加している。一定強度での５．７４における小さな段部ピークは、ＩＬによりもたらされた残留溶媒（ＣＨ２Ｃｌ２）である。
【図７】ＨＰＬＣによりモニターされた、２つの異なる温度（５０℃及び８０℃）における、［ＥＭＩＭ］ＯＡｃ（１：１モル比）中のＨＭＦ分解（モル％）と時間との対比のグラフによるプロファイルである。
【図８】８０℃での［ＥＭＩＭ］ＯＡｃ（１：１モル比）中のＨＭＦ分解のプロファイル（ＮＭＲによる）であり、０分で１７．１％、２分で４７．１％、５分で５６．８％、１０分で７４．２％、１５分で８１．９％、２０分で８４．０％、２５分で８６．１％、４５分で８８．５、及び６０分で８９．６％の高速なＨＭＦの分解を示している。
【図９】最初の時間枠（２〜１５分）に対する８０℃での、［ＥＭＩＭ］ＯＡｃ（１：１モル比）中のＨＭＦの分解の１次プロットである。
【図１０】メタノール−ｄ４中ＤＨＭＦの１Ｈ及び１３Ｃ  ＮＭＲスペクトルである。１Ｈ  ＮＭＲスペクトル上での３．３１ｐｐｍ及び４．８７ｐｐｍでのピークは、それぞれＮＭＲ溶媒残留物及びＨ２０信号に対するものであることに注意されたい。１３Ｃ  ＮＭＲスペクトル上での４９．８６ｐｐｍでのメタノール残留物信号は、図の中に図示されているスペクトルの拡張領域の中には示されていない。
【図１１】８０℃における、［ＥＭＩＭ］ＯＡｃ（１：１モル比）中のＨＭＦの分解時間の関数としてのＤＨＭＦ収率（ＮＭＲによる）である。
【図１２】ＴＰＴによるＨＭＦの極性転換性の縮合に由来するＤＨＭＦの１Ｈ  ＮＭＲ（ＤＭＳＯ−ｄ６）である。メタノール−ｄ４中で取られた１Ｈ  ＮＭＲには出現していないが（図１０）、約５．３ｐｐｍ、５．５ｐｐｍ、及び６．１ｐｐｍを中心とする３つのブロードなピークは、ＤＨＭＦ中に存在する３種類のＯＨ基に対するものであり、２．５４ｐｐｍでのピークは、残留溶媒信号からのものであることに注意されたい。
【図１３】ＨＭＦとＩＭｅｓとの反応に由来する、生成したエナミノール（Ｂｒｅｓｌｏｗ中間体）の１Ｈ  ＮＭＲスペクトルである。
【図１４】Ｐｔ／ＣｓＨ２ＰＷ１２Ｏ４０で触媒されたＤＨＭＦのＨＤＯにより生成された有機相生成物のＧＣ−ＭＳクロマトグラムである。
【図１５】Ｐｔ／Ｃ＋ＴａＯＰ０４で触媒されたＤＨＭＦのＨＤＯにより生成された有機相生成物のＧＣ−ＭＳクロマトグラムである。
【００１５】
［詳細な説明］
本発明は、Ｃ１０〜約Ｃ２２のターゲット範囲内の液体アルカン及びその誘導体を調製するための新規化合物及び方法を提供する。化合物は、バイオマス由来の炭水化物、例えば、５−ヒドロキシメチルフルフラール（ＨＭＦ）、５，５’−ジ（ヒドロキシメチル）フロイン（ＤＨＭＦ）、フロイン、及び同様のフラン化合物などから生成することができる。本発明は、石油ベースの液体燃料への依存を減らすために再生可能なバイオマス資源を使用するための経路を提供するばかりでなく、本発明はまた、リファイニング技法を使用せずに、特定の範囲の炭素原子鎖長を有する燃料を提供する。この後者の特色より、本明細書に記載されている方法は、現在の生物燃料では実現不可能である、特定の物理的特性が必要とされる（例えば、分子量分布が狭く、エネルギー密度が高い）、ジェット燃料などの定義された特徴を有するアルカン混合物の生成に対して、特に興味深いものとなっている。したがって、本発明は、一般的な炭水化物、並びに、特にバイオマス由来の炭水化物及び副生成物を、例えば、硫黄を含まない燃料成分として及び他の貴重な化学物質及び中間体として使用することができる、より高い質量範囲（すなわち、約Ｃ１０〜Ｃ２２）の液体長鎖アルカンに変換するための触媒プロセスを提供する。
【００１６】
定義
本明細書で使用する場合、列挙された用語は、以下の意味を有する。本明細書に使用された他のすべての用語及び句は、当業者が理解しているようなこれらの通常の意味を有する。このような通常の意味は、専門辞書、例えば、Ｒ．Ｊ．Ｌｅｗｉｓによる、Ｈａｗｌｅｙ’ｓ  Ｃｏｎｄｅｎｓｅｄ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｄｉｃｔｉｏｎａｒｙ  第１４版、Ｊｏｈｎ  Ｗｉｌｅｙ  ＆  Ｓｏｎｓ、Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ、Ｎ．Ｙ．、２００１年を参照して得ることができる。
【００１７】
本明細書における「一実施形態」、「（１つの）実施形態」などについての言及は、記載されている実施形態は、ある特定の態様、特色、構造、部分、又は特徴を含み得るが、すべての実施形態が、必ずしもその態様、特色、構造、部分、又は特徴を含んでいるわけではないことを示唆している。さらに、このような句は、明細書の他の部分において言及された同じ実施形態を言及し得るが、必ず言及しているとは限らない。さらに、ある特定の態様、特色、構造、部分、又は特徴がある実施形態に関連して記載されている場合、それが明示的に記載されているかどうかに関わらず、このような態様、特色、構造、部分、又は特徴を、他の実施形態に影響づける又は結びつけるのは当業者の知識の範囲内である。
【００１８】
単数の形態「ａ」、「ａｎ」、及び「ｔｈｅ」は、文脈が明らかに他を指示していない限り、複数の言及を含む。したがって、例えば、「化合物」についての言及は、このような化合物の複数を含むことによって、化合物Ｘは複数の化合物Ｘを含むことになる。特許請求の範囲は、いずれの任意選択的要素も除外するように作成されていることにさらに注意されたい。よって、この記述は、本明細書に記載されているいずれかの要素、及び／又は請求項要件の列挙若しくは「負の」制限の使用に関連して、「単に」、「のみ」などの排他的用語の使用に対して前例ベースとしての役目を果たすことを意図する。
【００１９】
「及び／又は」という用語は、この用語に関連するアイテムのいずれか１つ、このアイテムのいずれかの組合せ、又はこのアイテムのすべてを意味する。「１つ又は複数の」という句は、特にその使用量という文脈で読み取る場合、当業者であれば容易に理解している。例えば、フラン環上の１つ又は複数の置換基とは、例えば、フラン環が二置換である場合、１つから４つ、１つから３つ、又は１つから２つを言及している。
【００２０】
「約」という用語は、特定された値の±５％、±１０％、±２０％、又は±２５％のばらつきについて言及している可能性がある。例えば、「約５０」パーセントは、一部の実施形態では、４５〜５５パーセントのばらつきを保有する可能性がある。整数の範囲に対して、「約」という用語は、範囲の各末端において列挙された整数より大きい及び／又は少ない、１つ又は２つの整数を含むことができる。本明細書で別途示されていない限り、「約」という用語は、個々の成分、組成物、又は実施形態の機能性の観点から同等である、列挙された範囲に近位の値、例えば、重量パーセンテージなどを含むことを意図する。約という用語はまた、この段落において上で議論したような、列挙された範囲の終点を修飾することができる。
【００２１】
当業者であれば理解しているように、成分の量、特性、例えば、分子量など、反応条件などを表現するものを含めたすべての数は近似値であり、すべての場合において、「約」という用語で場合によって修飾されていると理解されている。これらの値は、本明細書で記載の教示を利用して、当業者が得ようとしている所望の特性に応じて変動する可能性がある。このような値が、これらのそれぞれの試験測定で見出された標準偏差から必然的に得られる変動を本質的に含有することもまた理解されている。
【００２２】
当業者により理解されるように、任意の及びすべての目的に対して、特に文書による記載を提供するという観点から、本明細書に列挙されたすべての範囲はまた、任意の及びすべての可能な下位の範囲及びその下位の範囲の組合せ、並びに範囲を構成している個々の値、特に整数値も包含する。列挙された範囲（例えば、重量パーセンテージ又は炭素基）は、範囲内のそれぞれ特定の値、整数、小数、又は識別情報を含む。任意の範囲を列挙することは、同じ範囲が少なくとも等しい半分、三分の一、四分の一、五分の一、又は十分の一に細分化されることを十分に記載し、可能にすると容易に認識できる。非限定的例として、本明細書で考察された各範囲は、三分の一の下部、三分の一の中央部及び三分の一の上部などへと容易に細分化することができる。当業者により同様に理解されているように、「〜まで」、「少なくとも」、「〜より大きい」、「〜より少ない」、「〜より多い」、「以上」などのすべての言語は、列挙された数を含み、このような用語は、上で論じたように、下位の範囲へとその後細分化することができる範囲について言及している。同じ方式で、本明細書で列挙されたすべての比率はまた、より広範な比率の範囲内に入るすべての下位の比率を含む。したがって、基、置換基、及び範囲に対して列挙された特定の値は、例示のみのためである。これらの値は、他の定義された値、又は基及び置換基に対して定義された範囲内の他の値を除外しない。
【００２３】
マーカッシュ群のように、共通の方式で構成要素が一緒にグループ化されている場合、本発明は、列挙されたグループ全体を総じて包含するばかりでなく、グループの各構成要素を個々に及び主要なグループのすべての可能なサブグループも包含することも当業者であれば容易に認識することになる。加えて、すべての目的のために、本発明は、主要なグループばかりでなく、グループの構成要素のうち、１つ又は複数を欠いた主要グループも包含する。したがって、本発明は、列挙したグループの構成要素のうち、いずれか１つ又は複数の明白な排除を想定している。したがって、列挙された要素、種、又は実施形態のうちのいずれか１つ又は複数が、このようなカテゴリー又は実施形態から除外され得る条件、例えば、明白な消極的な限定での使用などが、開示されたカテゴリー又は実施形態のいずれかに適用され得る。
【００２４】
「接触する」という用語は、触れる、接触させる、又は直接又は密接に近接させるという行為について言及しており、細胞又は分子レベルで、例えば、溶液中又は反応混合物中で、例えば、化学反応又は物理的変化をもたらすことを含む。
【００２５】
「有効量」とは、列挙された作用をもたらすのに効果的な量、例えば、反応混合物中で生成物を形成するのに必要な量などを言及している。有効量の決定は通常、特に本明細書中に提供されている詳述された開示を考慮に入れて、当業者の能力の範囲内である。「有効量」という用語は、本明細書に記載されている化合物若しくは試薬の量、又は本明細書に記載されている化合物若しくは試薬の組合せの量を含むことを意図し、この有効量は、例えば、反応混合物中で生成物を形成するのに効果的な量である。したがって、「有効量」とは、所望の作用を提供する量を一般的に意味する。
【００２６】
「アルキル」という用語は、例えば、１〜２０個の炭素原子、多くの場合１〜１２個、１〜１０個、１〜８個、１〜６個、又は１〜４個の炭素原子を有する、分枝又は非分枝の炭化水素について言及している。例として、これらに限定されないが、メチル、エチル、１−プロピル、２−プロピル（イソ−プロピル）、１−ブチル、２−メチル−１−プロピル（イソブチル）、２−ブチル（ｓｅｃ−ブチル）、２−メチル−２−プロピル（ｔ−ブチル）、１−ペンチル、２−ペンチル、３−ペンチル、２−メチル−２−ブチル、３−メチル−２−ブチル、３−メチル−１−ブチル、２−メチル−１−ブチル、１−ヘキシル、２−ヘキシル、３−ヘキシル、２−メチル−２−ペンチル、３−メチル−２−ペンチル、４−メチル−２−ペンチル、３−メチル−３−ペンチル、２−メチル−３−ペンチル、２，３−ジメチル−２−ブチル、３，３−ジメチル−２−ブチル、ヘキシル、オクチル、デシル、ドデシルなどが挙げられる。アルキルは、非置換であるか、又は例えば、以下に記載されている置換基で置換されていることができる。アルキルはまた場合によって、部分的に又は完全に不飽和であることができる。よって、アルキル基の列挙は、アルケニルとアルキニル基の両方を含むことができる。アルキルは、上に記載及び例示されているような一価の炭化水素基であることができ、又はアルキルは、二価の炭化水素基（すなわち、アルキレン）であることができる。
【００２７】
「置換されている」という用語は、「置換されている」又は「場合によって置換されている」を使用する表現で示された、基の１個又は複数の水素原子が「置換基」で置き換えられていることを示唆する。「１個又は複数の」が言及している数は、置換基がその上に存在する部分から明らかにすることができる。例えば、１個又は複数は、例えば、１、２、３、４、５、又は６個を言及することができ、一部の実施形態では、１、２、又は３個を言及することができ、他の実施形態では１又は２個を言及することができ、置換基がオキソ基にある場合、２個の水素原子が置換基の存在により置き換えられている。置換基は、示された基の選択肢のうちの１つであることができ、又は置換基は、以下に列挙された又は当業者に公知の適切な基であることができるが、ただし、置換された原子の標準原子価を超えないものとし、置換により安定した化合物がもたらされるものとする。適切な置換基として、例えば、アルキル、アルケニル、アルキニル、アルコキシ、ハロ、ハロアルキル、ヒドロキシ、ヒドロキシアルキル、アリール、アロイル、（アリール）アルキル（例えば、ベンジル又はフェニルエチル）、ヘテロアリール、複素環、シクロアルキル、アルカノイル、アルコキシカルボニル、アルキルカルボニルオキシ、アミノ、アルキルアミノ、ジアルキルアミノ、トリフルオロメチル、トリフルオロメトキシ、トリフルオロメチルチオ、ジフルオロメチル、アシルアミノ、ニトロ、カルボキシ、カルボキシアルキル、ケト、チオキソ、アルキルチオ、アルキルスルフィニル、アルキルスルホニル、アリールスルフィニル、アリールスルホニル、ヘテロアリールスルフィニル、ヘテロアリールスルホニル、複素環スルフィニル、複素環スルホニル、ホスフェート、スルフェート、ヒドロキシルアミン、ヒドロキシル（アルキル）アミン、及びシアノ、並びに本開示のスキーム及び図において図示された部分、及びこれらの組合せが挙げられる。加えて、適切な置換基は、例えば、−Ｘ、−Ｒ、−Ｏ−、−ＯＲ、−ＳＲ、−Ｓ−、−ＮＲ２、−ＮＲ３、＝ＮＲ、−ＣＸ３、−ＣＮ、−ＯＣＮ、−ＳＣＮ、−Ｎ＝Ｃ＝Ｏ、−ＮＣＳ、−ＮＯ、−ＮＯ２、＝Ｎ２、−Ｎ３、−ＮＣ（＝Ｏ）Ｒ、−Ｃ（＝Ｏ）Ｒ、−Ｃ（＝Ｏ）ＮＲＲ、−Ｓ（＝Ｏ）２Ｏ−、−Ｓ（＝Ｏ）２ＯＨ、−Ｓ（＝Ｏ）２Ｒ、−ＯＳ（＝Ｏ）２ＯＲ、−Ｓ（＝Ｏ）２ＮＲ、−Ｓ（＝Ｏ）Ｒ、−ＯＰ（＝Ｏ）（ＯＲ）２、−Ｐ（＝Ｏ）（ＯＲ）２、−ＯＰ（＝Ｏ）（ＯＨ）（ＯＲ）、−Ｐ（＝Ｏ）（ＯＨ）（ＯＲ）、−Ｐ（＝Ｏ）（Ｏ−）２、−Ｐ（＝Ｏ）（ＯＨ）２、−Ｃ（＝Ｏ）Ｒ、−Ｃ（＝Ｏ）Ｘ、−Ｃ（Ｓ）Ｒ、−Ｃ（Ｏ）ＯＲ、−Ｃ（Ｏ）Ｏ−、−Ｃ（Ｓ）ＯＲ、−Ｃ（Ｏ）ＳＲ、−Ｃ（Ｓ）ＳＲ、−Ｃ（Ｏ）ＮＲＲ、−Ｃ（Ｓ）ＮＲＲ又は−Ｃ（ＮＲ）ＮＲＲであることができ、この場合各Ｘは、独立して、ハロゲン（「ハロ」）：Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、又はＩであり、各Ｒは、独立してＩＩ、アルキル、アリール、（アリール）アルキル（例えば、ベンジル）、ヘテロアリール、（ヘテロアリール）アルキル、複素環、複素環（アルキル）、又は保護基である。当業者であれば容易に理解するように、置換基がケト（＝Ｏ）又はチオキソ（＝Ｓ）などである場合、置換されている原子上の２個の水素原子は置き換えられる。一部の実施形態では、上記置換基のうちの１つ又は複数は、置換されている基上の置換基に対して潜在的意義のある基から除外することができる。本開示のスキーム及び図の中の様々なＲ基は、上記に列挙された置換基のうちの１つ又は複数となることができるので、したがって、このようなＲ基（Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３などを含む）に対する特定の変数のリストは、代表的であり、包括的ではなく、上記置換基のうちの１つ又は複数で補充することができる。
【００２８】
「アルコキシ」という用語は、基アルキル−Ｏ−について言及しており、ここで、アルキルは本明細書で定義された通りである。アルコキシ基の例として、これらに限定されないが、メトキシ、エトキシ、ｎ−プロポキシ、イソ−プロポキシ、ｎ−ブトキシ、ｔｅｒｔ−ブトキシ、ｓｅｃ−ブトキシ、ｎ−ペントキシ、ｎ−ヘキソキシ、１，２−ジメチルブトキシなどが挙げられる。アルコキシは、非置換であるか、又は置換されていることができる。
【００２９】
「アシルオキシ」という用語は、式−０−Ｃ（＝０）Ｒの基（式中、Ｒは、以前に定義された通りのアルキル基である）について言及している。アシルオキシ基の例として、アセトキシ及びプロパノイルオキシが挙げられる。アシルオキシは、非置換であるか、又は置換されていることができる。例えば、アシルオキシのＣ１（カルボニル）基は、アリール基、例えばフェニルなどで置換することによって、アリール置換アシルオキシ、例えば、ベンゾイル基などを得ることができる。
【００３０】
「アルコール」という用語は、少なくともモノヒドロキシ置換アルカンについて言及している。典型的なアルコールは、水素原子の位置で、１つ又は複数のヒドロキシル基で置換されている（Ｃ１〜Ｃ１２）アルキル部分を含む。アルコールとして、メタノール、エタノール、ｎ−プロパノール、ｉ−プロパノール、ｎ−ブタノール、ｉ−ブタノール、ｓ−ブタノール、ｔ−ブタノール、ｎ−ペンタノール、ｉ−ペンタノール、ヘキサノール、シクロヘキサノール、ヘプタノール、オクタノール、ノナノール、デカノールなどが挙げられる。アルコール内の炭素原子鎖は、直鎖状、分枝又は環式であることができる。当業者であれば容易に認識しているように、アルコールは、モノ−ヒドロキシ、ジ−ヒドロキシ、トリ−ヒドロキシなどであることができる。
【００３１】
「単糖」とは、５炭素糖又は６炭素糖のクラスのいずれかについて言及している。単糖の例として、一般的化学式Ｃ６Ｈ１２０６を有する６炭素ポリオールが挙げられる。これらの化合物は、１位にアルデヒド官能基を有するアルドヘキソース又は２位にケトン官能基を有するケトヘキソースを含む。アルドヘキソースの例として、Ｄ又はＬ形態のいずれかの、アロース、アルトロース、グルコース、マンノース、グロース、イドース、ガラクトース、及びタロースが挙げられる。
【００３２】
バイオリファイニング中間体、例えば、アルデヒドカップリングプロセスに対する反応物質などとして、５−ヒドロキシメチルフルフラール（ＨＭＦ）及び関連する中間体、例えば、フルフラールなど、並びに、セルロース系バイオマスなどの（バイオ）再生可能な資源に由来することができる、他のアルデヒド（ＣＨＯ）含有有機化合物が挙げられる。
【００３３】
アップグレードされた生物燃料中間体及び液体生物燃料、例えば、本明細書に記載されているカップリング反応の生成物などとして、例えば、５，５’−ジ（ヒドロキシメチル）フロイン（ＤＨＭＦ、Ｃ１２）、すなわちＨＭＦ（Ｃ６）をアップグレードした生成物；ＤＦ（フルフラールのカップリング生成物）；ＨＭＦとフルフラールのカップリング生成物；フルアルデヒド、例えば、式Ｘのフルアルデヒド及び他の関連するフルアルデヒドなどを用いた、ＨＭＦとのカップリング生成物；並びに、出発物質に応じて、異なる数の炭素及び置換パターンを有するフロインなどの化合物が挙げられる。
【００３４】
「カップリング生成物」又は「燃料中間体」と言及されている、本明細書に記載されているカップリング反応の生成物は、２つのフルアルデヒドの直接縮合（カップリング）から得られたフロイン生成物であることができる。カップリングは、２つの同じフルアルデヒドの間で（ホモカップリング）、又は２つの異なるフルアルデヒドの間で（クロスカップリング）行うことができる。カップリング生成物中の炭素の総数は、利用した２つのフルアルデヒドの合計であり、例えば、Ｃ６ＨＭＦのホモカップリングはＣ１２５，５’−ジ（ヒドロキシメチル）フロイン（ＤＨＭＦ）を形成する。
【００３５】
「フルアルデヒド」という用語は、バイオマス由来のフランアルデヒドについて言及しており、これらに限定されないが、フルフラール（Ｃ５）、５−メチルフルフラール（Ｃ６）、５−ヒドロキシメチルフルフラール（ＨＭＦ、Ｃ６）、及び（バイオ）再生可能な資源、例えば、セルロース系バイオマスに由来することができる他のアルデヒド（ＣＨＯ）含有フランが挙げられる。フルアルデヒド及びフルアルデヒド誘導体は、式Ｘの化合物：
【化５】
2015529636.tif 000007
（式中、各Ｒは、独立して、例えば、水素、ハロ、ヒドロキシ、ニトロ、アミノ、アルキルアミノ、ジアルキルアミノ、（Ｃ１〜Ｃ１２）アルキル、ヒドロキシ−（Ｃ１〜Ｃ１２）アルキル、アシル−（Ｃ１〜Ｃ１２）アルキル、（Ｃ１〜Ｃ１２）アルキルカルボニル−（Ｃ１〜Ｃ１２）アルキル、及びカルボキシ−（Ｃ１〜Ｃ１２）アルキルである）、例えば、５−ヒドロキシメチルフルフラールなど、並びにフルフラール及びその置換化合物を含む。
【００３６】
「酸素化ディーゼル燃料」は、カップリング生成物の水素化に由来するポリオールを含む。例として、エタノール及び他のアルコールを用いた、酸触媒によるＤＨＭＦのエーテル化に由来するＤＨＭＦエーテル（ＤＨＭＦのモノ−、ジ−及びトリ−エーテル及びこれらの混合物を含む）；アルカン酸又はアルカン酸無水物（例えば、プロピオン酸無水物など）を用いたＤＨＭＦのエステル化に由来するＤＨＭＦエステル（ＤＨＭＦのモノ−、ジ−、及びトリ−エステル及びこれらの混合物を含む）が挙げられる。
【００３７】
「高品質の炭化水素燃料」とは、燃料供給源として使用することができるアルカン（直鎖、分枝又は環式）の混合物について言及している。アルカンは液体であり、約１０〜約２２個の炭素原子を含むのが好ましい。燃料は、本明細書に記載されているカップリング生成物の水素化脱酸素反応に由来することができる。アルカン混合物は、狭いアルカン分布及び直鎖構造を有し、ごくわずかな量又は最小量の酸素化種を含有するのが好ましい。正確には８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０、２１、又は２２個の炭素、又は上述の整数のいずれか２つの間の範囲（例えば、８〜１２、１０〜１６、８〜１４、１２〜２０、１０〜１８、１６〜２２など）、特に２〜３個の炭素の範囲、例えば、１０〜１２、１１〜１３、１２〜１４、１３〜１５、１４〜１６個などを有する、アルカン分布の狭い化合物を調製することができる。一部の実施形態では、燃料は、検出可能な量の硫黄を含まない。
【００３８】
「イオン液体」とは、周囲温度で液体状態である塩について言及しており（例えば、少なくとも５℃と３０℃の間で液体であり、通常、１００℃より上の範囲で液体である）、この場合塩は、イオン及び／又は短命なイオン対で構成される。通常、イオン液体（ＩＬ）は、約１００℃（２１２°Ｆ）より下の融点を有する。本発明において有用なイオン液体の有用なカチオンが以下にさらに記載されている。イオン液体に対して有用なアニオンとして、酢酸アニオン、フッ化物、塩化物、臭化物、及びヨウ化物を含めたハロゲン化物アニオン、塩素酸アニオン、硝酸アニオン、トリフレートアニオン、トシル酸アニオン、テトラクロロアルミネートアニオン（ｔｅｔｒａｃｈｌｏａｌｕｍｉｎａｔｅ）、テトラフルオロボレートアニオン、ヘキサフルオロホスフェートアニオン、例えば、［−ＯＨ］、［−ＮＴｆ２］、［−Ｎ（ＣＮ）２］、［ＣＨ３ＳＯ３−］、［ＨＣＯ２−］、［−ＯＣ（＝Ｏ）Ｃ（ＯＨ）Ｍｅ］、［ＨＳＯ４−］、［ＨＣＯ３−］などのアニオンが挙げられる。
【００３９】
「貴金属」とは、湿った大気中で腐食及び酸化に対して耐性がある金属について言及しており、貴金属は、銅、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、銀、オスミウム、イリジウム、白金、及び金を含む。貴金属は、例えば、酸及び水素ガス大気、並びに場合によって加熱と組み合わせて、還元反応を支援するために使用することができる。
【００４０】
本発明の方法
バイオマス資源、例えば、セルロース及びグルコースなどは、様々な公知の技法によりＨＭＦ及び他のバイオリファイニング中間体へ変換することができる。例えば、以下の実施例１、及び米国特許第７，５７２，９２５号（Ｄｕｍａｓｉｃら）に記載されている技法を参照されたい。バイオリファイニング中間体は、本明細書に記載されている有機分子触媒法で、生物燃料及び関連する中間体へとアップグレードすることができる。１つのこのような本発明の方法は、触媒量の適切な及び効果的な触媒の存在下、約１６０℃までの周囲温度、多くの場合６０〜８０℃で、ＨＭＦ及び／又は他のアルデヒド含有バイオリファイニング中間体の自己縮合（カップリング）、並びに２種以上の異なる中間体の交差縮合（カップリング）により行うことができる。ＨＭＦの自己縮合は、５，５’−ジ（ヒドロキシメチル）フロイン（ＤＨＭＦ）を高収率でクリーンに提供する。この生成物及びその他は、炭化水素燃料へさらに効率的に変換することができる。
【００４１】
カップリング反応を促進するために、様々な触媒を以下の通り使用することができる。
【００４２】
（ａ）酢酸アニオンを含有する触媒イオン液体、例えば、１−アルキル（Ｒ）−３−メチル（Ｍ）イミダゾリウム（ＩＭ）酢酸塩、［ＲＭＩＭ］ＯＡｃ。この触媒は、アップグレード反応条件下でＮ−複素環式カルベン（ＮＨＣ）触媒を自己放出できる。多くの異なるカチオンを使用することができる。典型的な窒素又は硫黄ベースのカチオン、例えば、以下などが許容できる：１−アルキル−３−メチルイミダゾリウム、１−アルキル−３−アルキルピリジニウム（この場合、アルキル基は同じである必要はない）、トリアルキルスルホニウム、アルキル又はアリール置換チアゾリウム塩、１−アルキル−１−メチルピロリジニウム、１，２−ジアルキルピラゾリウム、ジアルキルモルホリニウム、グアニジウム、及び２−アルキル−イソキノリニウム。
【００４３】
（ｂ）別個のＮＨＣ、例えば、１，３，４−トリフェニル−４，５−ジヒドロ−１Ｈ−１，２，４−トリアゾール−５−イリデン（ＴＰＴ）、１，３−ジ−メシチル−ブチル−イミダゾリン−２−イリデン（ＩＭｅｓ）、１，３−ジアルキルイミダゾリン−２−イリデン、及び他の関連するＮＨＣ及びカルベン種など。ジアルキル又はジアリールイミダゾリウム、アリール置換トリアゾリウム、及びアルキル又はアリール置換チアゾリウムの塩由来の他の別個のＮＨＣもまた、カップリング反応に対して使用することができる。
【００４４】
（ｃ）有機塩基又は無機塩基、例えば、ＤＢＵ（１，８−ジアザビシクロ［５．４．０］ウンデカ−７−エン）など、又はアルカリ金属アルコキシド、例えば、ＫＯｔＢｕなどの存在下の、１−アルキル（Ｒ）−３−メチル（Ｍ）イミダゾリウム（ＩＭ）クロリド塩、［ＲＭＩＭ］Ｃｌ。この触媒は、ｉｎ  ｓｉｔｕでカルベン触媒を生成するための反応条件下でＣ２−Ｈプロトンを脱プロトン化することができる。他の適切な塩基として、水素化アルカリ金属、例えば、ＮａＨ若しくはＫＨなど、又はアルカリ金属ヘキサメチルジシラザン、例えば、ヘキサメチルジシラザンカリウム（ＫＨＭＤＳ）などが挙げられる。
【００４５】
縮合（カップリング）生成物の液体ジェット燃料、様々な異なる等級の生物燃料、ポリオール、又は酸素化ディーゼル燃料への変換は、化学転換、例えば水素化、脱水、エーテル化、エステル化、及び様々なこれらの組合せなどにより行うことができる。これらの転換の例として、以下が挙げられる：（ａ）ＤＨＭＦを水素化してＤＨＭ−ＴＨＦ−ＥＧにする；（ｂ）ＤＨＭＦをエーテル化してＤＨＭＦのエーテル（例えば、ＤＨＭＦのモノ−、ジ−及びトリ−エーテルを含む）にする；及び（ｃ）ＤＨＭＦをエステル化してＤＨＭＦのエステルにする（例えば、ＤＨＭＦのモノ−、ジ−、及びトリ−エステルを含む）。Ｐｄ／Ｃなどの一般的な水素化触媒を水素化に利用することができ、固体酸を含めた一般的な酸をエーテル化に使用することができる。一実施形態では、縮合（カップリング）生成物ＤＨＭＦは、二官能性金属酸触媒の存在下、水素化脱酸素反応により高級アルカン燃料へ変換することができる。二官能性触媒とは、金属と酸部位の両方を有するもの（例えば、酸性担体上の貴金属）である。二官能性触媒の特定の例として、Ｐｔ／ＣｓＨ２ＰＷ１２Ｏ４０、及びＴａＯＰ０４を有するＰｔ／Ｃが挙げられる。
【００４６】
したがって、一実施形態では、本発明は、式Ｉの化合物：
【化６】
2015529636.tif 000008
（式中、各Ｒ１は、独立してＨ、ＯＨ、ハロ、ニトロ、アミン、アルキルアミノ、ジアルキルアミノ、アルコキシ、又はアシルオキシであり、Ｒ２は、ＯＨ、ハロ、ニトロ、アミン、アルキルアミノ、ジアルキルアミノ、アルコキシ、又はアシルオキシであるが、ただし、少なくとも１つのＲ１はＨではない）を提供する。別の実施形態では、式（Ｉ）のフラン環の３位又は４位は、式（Ｘ）に対して記載されているように置換されていることができる。化合物は、モノ−、ジ−、若しくはトリ−エーテル、又はモノ−、ジ−、若しくはトリ−エステルであることができる。したがって、式（Ｉ）の化合物は、例えば、式（ＩＡ）、（ＩＢ）、又は（ＩＣ）の化合物：
【化７】
2015529636.tif 000009
（式中、各Ｒは、独立して、アリール又は（Ｃ１〜Ｃ１２）アルキルであり、このアルキルは、直鎖状、分枝、又は環式であることができ、このアルキル及び／又はアリールは、置換されている、の定義に対して上に記載された通り場合によって置換されていることができ、又は式（Ｉ）に対して定義されたようなＲ１である）であることができる。式（Ｉ）、（ＩＡ）及び（ＩＢ）の化合物の特定の例として、
【化８】
2015529636.tif 000010
が挙げられる。
【００４７】
別の実施形態では、本発明は、式ＩＩの化合物：
【化９】
2015529636.tif 000011
（式中、Ｒ１はＨ、ＯＨ、ハロ、アミン、アルキルアミノ、ジアルキルアミノ、アルコキシ、又はアシルオキシであり、Ｒ２は、Ｈ、ＯＨ、ハロ、アミン、アルキルアミノ、ジアルキルアミノ、アルコキシ、又はアシルオキシである）を提供する。一部の実施形態では、少なくとも１つのＲ１はＨではない。様々な実施形態では、少なくとも１つのＲ２はＨではない。特定の実施形態では、少なくとも１つのＲ２はＯＨではない。
【００４８】
式（ＩＩ）の化合物は、例えば、式（ＩＩＡ）、（ＩＩＢ）、又は（ＩＩＣ）の化合物：
【化１０】
2015529636.tif 000012
（式中、各Ｒは、独立して、Ｈ、アルキル、又はアシルであり、又は上記式（ＩＩ）に対して定義された通りのＲ１である）であることができる。したがって、化合物は、モノ−、ジ−、トリ−、若しくはテトラ−エーテル（例えば、式ＩＩＡ）、又はモノ−若しくはジ−エーテル（例えば、式ＩＩＢ又はＩＩＣ）であることができる。化合物はまた、モノ−、ジ−、トリ−、若しくはテトラ−エステル（例えば、式ＩＩＡ）、又はモノ−若しくはジ−エステル（例えば、式ＩＩＢ又はＩＩＣ）であることができる。式（ＩＩ）、（ＩＩＡ）、（ＩＩＢ）、又は（ＩＩＣ）の特定の例として、
【化１１】
2015529636.tif 000013
が挙げられる。
【００４９】
上記式及び構造のうちのいずれかに関して、任意の使用可能なヒドロキシ基、Ｒ、Ｒ１、又はＲ２は、エーテル又はエステル部分であることができるか、又はエーテル又はエステル部分に変換することができる。したがって、様々なモノエーテル、ジエーテル、トリエーテル、テトラエーテル、モノエステル、ジエステル、トリエステル、及びテトラエステルを得ることができる。加えて、当業者により決定することができるように、反応条件の順序及びストイキオメトリを制御することによって、エーテルとエステル部分の両方を含む化合物を調製することができる。
【００５０】
酸化のワークアップ条件下、例えば、大気酸化、酸化剤の添加などにより、式（ＩＩＩ）及び（ＩＶ）の化合物：
【化１２】
2015529636.tif 000014
（式中、各Ｒ１は、独立して、Ｈ、ＯＨ、ハロ、ニトロ、アミン、アルキルアミノ、ジアルキルアミノ、アルコキシ、又はアシルオキシである）を調製することができる。一部の実施形態では、少なくとも１つのＲ１はＨではなく、及び／又は少なくとも１つのＲ１はＯＨではない。様々な実施形態では、式（Ｉ）のフラン環の３位又は４位は、式（Ｘ）に対して記載されているように置換されていることができる。
【００５１】
式（Ｉ）又は（ＩＩ）に対して、選択的水素化反応、例えば、式（ＩＩ）の調製に対して、追加の加熱を用いて、又はより長い反応時間をかけて反応を実行することによって、１つのＲ２が少なくとも最初にＯＨである式（ＩＶ）の化合物：
【化１３】
2015529636.tif 000015
（式中、各Ｒ１は、独立して、Ｈ、ＯＨ、ハロ、ニトロ、アミン、アルキルアミノ、ジアルキルアミノ、アルコキシ、又はアシルオキシであり、各Ｒ２は、独立して、ＯＨ、ハロ、ニトロ、アミン、アルキルアミノ、ジアルキルアミノ、アルコキシ、又はアシルオキシである）を調製することができる。一部の実施形態では、少なくとも１つのＲ１はＨではなく、及び／又は少なくとも１つのＲ１はＯＨではない。別の実施形態では、式（Ｉ）のフラン環の３位又は４位は、式（Ｘ）に対して記載されているように置換されていることができる。
【００５２】
フラン又はテトラヒドロフランの５位又は５’位においてヒドロキシメチル基を含む上記化合物及び式を修飾することによって、ヒドロキシメチル基を酸化させてカルボニル部分にすることができ、このカルボニル部分は、公知の酸化的転換を使用して、ヒドロキシル、アルコキシ、又はアミノ基で置換されている。当業者であれば認識しているように、アミノ基は、例えば、窒素保護基、例えば、酢酸、ベンジル、ベンジルオキシなどで場合によって保護されていることができる。
【００５３】
本発明は、１つ又は複数の（Ｃ８〜Ｃ２２）アルカン、又は（Ｃ１０〜Ｃ２２）アルカンと組み合わせて、１つ若しくは複数の化合物又は上に記載されている式の化合物を含む組成物をさらに提供する。
【００５４】
本発明はまた、第１のフルアルデヒド化合物、例えば、式（Ｘ）の化合物などと、第２のフルアルデヒド化合物、例えば、式（Ｘ）の第２の化合物などをカップリングする有機分子触媒法を提供する。化合物は、同一であることも、又は異なることもできる。本方法は、イオン液体の存在下、このイオン液体がＮ−複素環式カルベン（ＮＨＣ）を形成する条件下で、第１のフルアルデヒド化合物と第２のフルアルデヒド化合物を接触させることによって、又は別個のＮＨＣの存在下でフルアルデヒドを接触させることによって、カップリング生成物、例えば、（Ｃ１０〜Ｃ１２）フロイン部分を含む化合物などを得るステップを含むことができる。一部の実施形態では、生成物は、フラン５位において置換基、例えば、ヒドロキシメチルなどを含むことになる。他の実施形態では、生成物は、カップリングしたフラン生成物の５位及び５’位の両方において置換基を含むことができる。フランは、フラン環上で、３、４、３’、又は４’位において置換されていることができる。ヒドロキシメチル基のヒドロキシ基は、５位及び／又は５’位において、本明細書に記載されているように、例えば、酸化、コンジュゲーション、又は還元などによりさらに修飾されていることができる。
【００５５】
別の実施形態では、本発明は、５−ヒドロキシメチルフルフラール（ＨＭＦ）をホモカップリングするための有機分子触媒法であって、ＨＭＦとイオン液体を、このイオン液体がＮ−複素環式カルベン（ＮＨＣ）を形成する条件下で接触させることによって、又はＨＭＦと別個のＮＨＣを接触させることによって、５，５’−ジ（ヒドロキシメチル）フロイン（ＤＨＭＦ）を得るステップを含む方法を提供する。
【００５６】
イオン液体カチオンは、１−アルキル−３−メチルイミダゾリウム、１−アルキル−３−アルキルピリジニウム、トリアルキルスルホニウム、アルキル置換チアゾリウム、アリール置換チアゾリウム、１−アルキル−１−メチルピロリジニウム、１，２−ジアルキルピラゾリウム、ジアルキルモルホリニウム、グアニジウム、又は２−アルキル−イソキノリニウムであることができる。イオン液体カチオンに対して、各アルキルは、独立して、（Ｃ１〜Ｃ１２）アルキル、例えば、メチル、エチル、プロピル、又はブチルであることができる。アリールは、上記アリールに対して定義された通り、例えば、フェニルであることができる。イオン液体のアニオンは、酢酸アニオン、ハロゲン化物アニオン、又はイオン液体の定義において上に記載されたようなアニオンであることができる。フルアルデヒドの極性転換性のカップリングを促進するカチオンとアニオンの任意の適切な及び効果的な組合せを利用することができる。
【００５７】
一実施形態では、イオン液体は、有機塩基又は無機塩基存在下の１−アルキル−３−メチル−イミダゾリウムハロゲン化物塩であることができ、この塩基は、ｉｎ  ｓｉｔｕでカルベン触媒を生成する反応条件下でイオン液体のＣ２−Ｈプロトンを脱プロトン化することが可能である。例えば、イオン液体は、１−アルキル−３−メチル−イミダゾリウム酢酸塩であることができる。特定の実施形態では、イオン液体は、塩基存在下の［ＥＭＩＭ］ＯＡｃ、又は［ＥＭＩＭ］Ｃｌである。この塩基は、例えば、ＤＢＵ、アルカリ金属アルコキシド、水素化アルカリ金属、又はアルカリ金属ヘキサメチルジシラザンなどであることができる。特定の例として、ＮａＯＭｅ、ＫＯＭｅ、ＮａＯｔＢｕ、ＫＯｔＢｕ、ＬｉＨ、ＮａＨ、ＫＨ、ＮａＨＭＤＳ、又はＫＨＭＤＳが挙げられる。
【００５８】
様々な異なる別個のＮＨＣを、本明細書に記載されている方法において利用することができる。このような別個のＮＨＣの例として、ジアルキル又はジアリールイミダゾリウム、アリール置換トリアゾリウム、及びアルキル又はアリール置換チアゾリウムの塩が挙げられる。一実施形態では、別個のＮＨＣは、１，３，４−トリフェニル−４，５−ジヒドロ−１Ｈ−１，２，４−トリアゾール−５−イリデン（ＴＰＴ）である。別の実施形態では、別個のＮＨＣは１，３−ジ−メシチル−ブチル−イミダゾリン−２−イリデン（ＩＭｅｓ）である。別の実施形態では、別個のＮＨＣは１，３−ジアルキルイミダゾリン−２−イリデンである。
【００５９】
カップリング生成物が形成された後、水素化、水素化分解、水素化脱酸素反応、エーテル化、エステル化、又はこれらの組合せにより生成物をさらに改質することができる。生成物は、液体燃料として使用することができる。
【００６０】
例えば、本発明は、１，２−ジ（５−ハイドロメチルテトラヒドロフラン−２−イル）エチレングリコールを含む液体を得るためのＤＨＭＦの水素化を提供する。生成物をコンジュゲートすることによって、反応の生成物上にモノ−、ジ−、若しくはトリ−エーテル、モノ−、ジ−、若しくはトリ−エステル、又はこのような部分の組合せを得ることができる。
【００６１】
カップリング反応に有機溶媒を使用することができる。しかし、イオン液体はまた、反応系に対して溶媒として働くこともできる。したがって、本方法は、さもなければ、溶媒を含まない条件、又は有機溶媒の不在下で行うことができる。
【００６２】
本発明は、（Ｃ８〜Ｃ２２）アルカン、又は（Ｃ１０〜Ｃ２２）アルカンを調製する方法であって、水中において、加熱及びＨ２圧を含む反応条件で、式Ｉの化合物：
【化１４】
2015529636.tif 000016
（式中、各Ｒ１及びＲ２は、上記式（Ｉ）に対して定義された通りである）を、又は
式ＩＩの化合物：
【化１５】
2015529636.tif 000017
（式中、Ｒ１及びＲ２は、式（ＩＩ）に対して上に記載された通りであることができる）を、パラジウム又は白金金属などの貴金属及び酸性部分を含む二官能性触媒系と接触させ、これによって、式（Ｉ）又は（ＩＩ）の化合物を還元させ、１つ又は複数の（Ｃ８〜Ｃ２２）アルカン又は１つ又は複数の（Ｃ１０〜Ｃ２２）アルカンを得るステップを含む方法をさらに提供する。酸性部分は、例えば、液体酸又は固体酸とすることができる。一部の実施形態では、式（Ｉ）又は式（ＩＩ）の少なくとも１つのＲ１はＨではない。一部の実施形態では、生成物は独占的に炭化水素である。
【００６３】
上記方法はまた、式（ＩＶ）の化合物を調製するために使用することができ、中間体のカルボニルが、芳香族フラン環上で選択的に還元される。したがって、一部の実施形態では、生成物は、利用される反応条件及び反応の所望の生成物に応じて、生成物分子１個当たり、１、２、３、４、５、６、７、又は８個以下の酸素原子を含むことができる。
【００６４】
１つの特定の実施形態では、式（Ｉ）の化合物は５，５’−ジ（ヒドロキシメチル）フロイン（ＤＨＭＦ）である。一部の実施形態では、二官能性触媒系は、無機酸及び貴金属の酸性水溶液である。貴金属は、酸に対して担体を提供することができ、又は貴金属はカーボンブラック上に吸着できる（例えば、金属／Ｃ）。一部の実施形態では、二官能性触媒系は、Ｈ３ＰＯ４の酸性水溶液及びＰｄ／Ｃ；式ＣｓＨ２ＰＷ１２Ｏ４０のヘテロポリ酸担持Ｐｔ；又はＰｔ／Ｃと組み合わせた式ＴａＯＰ０４の酸性固体触媒である。
【００６５】
１つの特定の実施形態では、式（Ｉ）の化合物は５，５’−ジ（ヒドロキシメチル）フロイン（ＤＨＭＦ）であり、二官能性触媒系は、Ｐｔ／Ｃと組み合わせた式ＴａＯＰ０４の酸性固体触媒であり、この場合（Ｃ１０〜Ｃ２２）アルカンは、少なくとも９０％の選択性で生成される。
【００６６】
二官能性触媒と共に使用するのに適切な温度は、少なくとも約１５０℃、少なくとも約１７５℃、少なくとも約２００℃、少なくとも約２５０℃、又は少なくとも約２７５℃を含む。例えば、適切な温度範囲は、約１５０℃〜約３５０℃、約２００℃〜約３２５℃、約２５０℃〜約３２５℃、又は約３００℃を含む。温度がより低い場合必要となるのは、通常、反応時間の延長だけである。二官能性触媒を用いた反応は、任意の適切な及び効果的な水素ガス圧、例えば、少なくとも約１．５ＭＰａ、少なくとも約１．７ＭＰａ、少なくとも約２ＭＰａ、少なくとも約２．５ＭＰａ、又は約３ＭＰａなどで行うことができる。より高い水素ガス圧を利用することによって、反応時間をさらに短縮することができる。より低い水素ガス圧を利用することはできるが、通常より長い反応時間が必要となる。
【００６７】
一般的合成法
本発明は、本発明の化合物及び組成物を作製する方法を提供する。化合物及び組成物は、場合によって有機合成の標準的技法と組み合わせて、本明細書に記載されている適用可能な技法のいずれかにより調製することができる。多くの技法、例えば、エーテル化及びエステル化などが当技術分野で周知である。しかし、これらの技法の多くは、Ｃｏｍｐｅｎｄｉｕｍ  ｏｆ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ  Ｍｅｔｈｏｄｓ（Ｊｏｈｎ  Ｗｉｌｅｙ  ＆  Ｓｏｎｓ、Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ）、第１巻、Ｉａｎ  Ｔ．Ｈａｒｒｉｓｏｎ及びＳｈｕｙｅｎ  Ｈａｒｒｉｓｏｎ、１９７１年；第２巻、Ｉａｎ  Ｔ．Ｈａｒｒｉｓｏｎ及びＳｈｕｙｅｎ  Ｈａｒｒｉｓｏｎ、１９７４年；第３巻、Ｌｏｕｉｓ  Ｓ．Ｈｅｇｅｄｕｓ及びＬｅｒｏｙ  Ｗａｄｅ、１９７７年；第４巻、Ｌｅｒｏｙ  Ｇ．Ｗａｄｅ、Ｊｒ．、１９８０年；第５巻、Ｌｅｒｏｙ  Ｇ．Ｗａｄｅ、Ｊｒ．、１９８４年；及び第６巻；並びに標準的な有機の参考書、例えば、Ｍ．Ｂ．Ｓｍｉｔｈ及びＪ．Ｍａｒｃｈによる、Ｍａｒｃｈ’ｓ  Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ：Ｒｅａｃｔｉｏｎｓ，  Ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ，  ａｎｄ  Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ、第５版、（Ｊｏｈｎ  Ｗｉｌｅｙ＆Ｓｏｎｓ、Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ、２００１年）；Ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ．Ｓｅｌｅｃｔｉｖｉｔｙ，  Ｓｔｒａｔｅｇｙ＆Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ  ｉｎ  Ｍｏｄｅｒｎ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ．９巻において、Ｂａｒｒｙ  Ｍ．Ｔｒｏｓｔ、編集長（Ｐｅｒｇａｍｏｎ  Ｐｒｅｓｓ、Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ、１９９３年印刷）；Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ、パートＢ：Ｒｅａｃｔｉｏｎｓ  ａｎｄ  Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ、第２版、Ｃａｒｙ  ａｎｄ  Ｓｕｎｄｂｅｒｇ（１９８３年）；Ｐｒｏｔｅｃｔｉｎｇ  Ｇｒｏｕｐｓ  ｉｎ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ、第２版、Ｇｒｅｅｎｅ、Ｔ．Ｗ．、及びＷｕｔｚ、Ｐ．Ｇ．Ｍ．、Ｊｏｈｎ  Ｗｉｌｅｙ  ＆  Ｓｏｎｓ、Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ；並びにＣｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎｓ、Ｌａｒｏｃｋ、Ｒ．Ｃ．、第２版、Ｊｏｈｎ  Ｗｉｌｅｙ  ＆  Ｓｏｎｓ、Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ（１９９９年）において詳しく述べられている。
【００６８】
本発明の化合物及び組成物を調製するためのいくつかの典型的な方法が以下に提供されている。これらの方法は、このような調製の性質を図示することを意図し、適用可能な方法の範囲を制限することを意図するわけではない。
【００６９】
一般的に、反応条件、例えば、温度、反応時間、溶媒、ワークアップ手順などは、実施することになる特定の反応に対して当技術分野で一般的なものである。引用された参考資料は、その中で引用された資料と共に、このような条件の詳述された記載を含有している。通常、温度は、対象となる反応に対して、必要に応じて、−１００℃〜４００℃であり、必要な場合、溶媒は、必要とされる条件に応じて非プロトン性又はプロトン性であり、反応時間は、約１分間〜約１０日とすることができる。ワークアップは通常、任意の未反応の試薬をクエンチし、続いて水／有機層系の間に分配し（抽出）、対象となる生成物を含有する層を分離することからなる。
【００７０】
酸化及び還元反応は通常、室温付近の温度（約２３℃）で行われるが、ただし、金属水素化物還元に対しては、多くの場合、温度を０℃〜−１００℃に低下させる。加熱もまた、適切である場合、反応の完了を促進するため、又は基質の変換を増加させるために使用することができる。溶媒は通常、還元に対しては非プロトン性であり、酸化に対してはプロトン性又は非プロトン性のいずれかであってよい。所望の変換を達成するために反応時間を調節する。
【００７１】
本明細書に記載されている式及び化合物は、保護基を使用して改質することができる。適切なアミノ及びカルボキシ保護基は当業者には公知である（例えば、Ｔ．Ｗ．Ｇｒｅｅｎｅ、Ｐｒｏｔｅｃｔｉｎｇ  Ｇｒｏｕｐｓ  Ｉｎ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ；Ｗｉｌｅｙ：Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ、第３版、１９９９年、及びその中で引用された参考文献；Ｐｈｉｌｉｐ  Ｊ．Ｋｏｃｉｅｎｓｋｉ；Ｐｒｏｔｅｃｔｉｎｇ  Ｇｒｏｕｐｓ（Ｇｅｏｒｇ  Ｔｈｉｅｍｅ  Ｖｅｒｌａｇ  Ｓｔｕｔｔｇａｒｔ、Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ、１９９４年）；及びその中で引用された参考文献を参照されたい）。
【００７２】
イオン液体及びこれらの反応は、参考文献にさらに記載されている。これらの公知の技法及び条件を使用することによって、本明細書に記載されている反応及び化合物を行い、これらを改質することができる。有用な情報は、例えば、Ｗａｓｓｅｒｓｃｈｅｉｄ及びＫｅｉｍ、Ａｎｇｅｗ．Ｃｈｅｍ  Ｉｎｔ．Ｅｄ．２０００年、第３９巻、３７７２頁；Ｗｅｌｔｏｎ、Ｃｈｅｍ．Ｒｅｖ．１９９９年、第９９巻、２０７１頁、Ｉｏｎｉｃ  Ｌｉｑｕｉｄｓ  ｉｎ  Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ、Ｗａｓｓｅｒｓｃｈｅｉｄ及びＷｅｌｔｏｎ編、Ｗｉｌｅｙ−ＶＣＨ（２００２年）；並びにＭｏｌｔｅｎ  Ｓａｌｔ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ、Ｍａｍａｎｔｏｖ及びＭａｒａｓｓｉ編、ＮＡＴＯ  ＡＳＩ  Ｓｅｒｉｅｓ  Ｃ、Ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌ  ａｎｄ  Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｓｃｉｅｎｃｅｓ、第２０２巻、Ｄ．Ｒｅｉｄｅｌ  Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ  Ｃｏ．（１９８６年）；及びその中で引用された参考文献に記載されている。
【００７３】
以下の実施例は、上記発明を図示することを意図するもので、その範囲を狭めるものとして解釈されるべきではない。実施例は、本発明を実施することができる多くの他の方式を示唆していることを当業者であれば容易に認識する。本発明の範囲内に含まれたままでありつつ、多くのばらつき及び修正が可能であることを理解すべきである。
【実施例】
【００７４】
物質、試薬、及び方法。高真空ライン上の、二重マニホールドシュレンクライン上の炎にあてたシュレンク型ガラス器具内で、又は不活性ガス（Ａｒ又はＮ２）を充填したグローブボックス内で大気及び湿気に敏感な物質の合成及び操作を行った。ＨＰＬＣ等級の有機溶媒は、２０Ｌの溶媒貯蔵所に充填しながら、窒素で最初に十分にスパージし、次いで活性化アルミナを通過させて（Ｅｔ２Ｏ、ＴＨＦ、及びＣＨ２Ｃｌ２に対して）、続いてＱ−５担持銅触媒（トルエン及びヘキサンに対して）ステンレススチールカラムを通過させて乾燥させた。ＨＰＬＣ−等級ＤＭＦを脱気し、ＣａＨ２で終夜乾燥させ、続いて真空蒸留した（ＣａＨ２は蒸留前に除去した）。ＤＭＳＯ−ｄ６を最初に脱気し、ＣａＨ２で乾燥させ、続いて真空蒸留した。内部標準としてヘキサメチルベンゼンを用いて、テフロン弁で密封したＪ．Ｙｏｕｎｇ型ＮＭＲ管内で、ＮＭＲスケールの反応を行った。ＮＭＲスペクトルをＶａｒｉａｎ  Ｉｎｏｖａ  ３００（ＦＴ  ３００  ＭＨｚ、１Ｈ；７５  ＭＨｚ、１３Ｃ）又はＶａｒｉａｎ  Ｉｎｏｖａ  ４００ＭＨｚ分光器に記録した。１Ｈ及び１３Ｃスペクトルに対する化学シフトを内部ＮＭＲ残留溶媒共鳴に参照し、ＳｉＭｅ４に対して百万分率として報告する。
【００７５】
高分解能質量分析法（ＨＲＭＳ）データを、Ａｇｉｌｅｎｔ  ６２２０  Ａｃｃｕｒａｔｅ  ｔｉｍｅ−ｏｆ−ｆｌｉｇｈｔ  ＬＣ／ＭＳ分光器上に収集した。元素分析は、Ｒｏｂｅｒｔｓｏｎ  Ｍｉｃｒｏｌｉｔ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ、Ｍａｄｉｓｏｎ、ＮＪにより行われた。
【００７６】
５−ヒドロキシメチルフルフラール（ＨＭＦ）及び５，５’−ジ（ヒドロキシメチル）フロイン（ＤＨＭＦ）の検出及び定量化用のＵＶ検出器（２８４ｎｍ）付のＡｇｉｌｅｎｔ  Ｅｃｌｉｐｓｅ  Ｐｌｕｓ  Ｃ１８  Ｃｏｌｕｍｎ（１００×４．６ｍｍ；８０／２０水／メタノール、０．６ｍｌ／分、３０℃）、又はグルコース及び他の糖検出用のＡｇｉｌｅｎｔ  １２６０  Ｉｎｆｉｎｉｔｙ  ＥＬＳＤ検出器（６５℃、３．５バール、ゲイン６）付のＢｉｏｒａｄ  Ａｍｉｎｅｘ  ＨＰＸ−８７Ｈ  Ｃｏｌｕｍｎ（３００×７．８ｍｍ；水、０．６ｍｌ／分、４５℃）のいずれかを備えたＡｇｉｌｅｎｔ  １２６０  Ｉｎｆｉｎｉｔｙ  ＨＰＬＣ系で水溶性生成物を分析した。
【００７７】
Ｐａｒｒ  ４８４２圧力反応容器（Ｐａｒｒ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ  Ｃｏ．）内で水素化及びＨＤＯ反応を行った。Ｄｕｒａｂｏｎｄ  ＤＢ−５ｍｓカラム（３０ｍ、０．２５ｍｍ  Ｉ．Ｄ．、０．２５μｍ膜）付のＡｇｉｌｅｎｔ  ６８９０Ｎ  ＧＣ−ＦＩＤシステム又はＰｈｅｎｏｍｅｎｅｘ  Ｚｅｂｒｏｎ  ＺＢ−５ｍｓカラム（３０ｍ、０．２５ｍｍ  Ｉ．Ｄ．、０．２５μｍ膜）を備えたＡｇｉｌｅｎｔ  ６８９０  ＧＣ−ＭＳシステムのいずれかでジクロロメタン（ＤＣＭ）で抽出した有機の生成物を分析した。Ｐｅｔｒｏｌａｂ  Ｃ２０００熱量計で加熱値を測定した。Ａｇｉｌｅｎｔ  Ｅｃｌｉｐｓｅ  Ｐｌｕｓ  Ｃ１８カラム（１００×４．６ｍｍ；８０／２０水／メタノール、０．６ｍＬ／分、３０℃）及びＵＶ検出器（２８４ｎｍ）を用いてＨＤＯ後に水相中に残存するあらゆるＤＨＭＦを分析した。
【００７８】
Ｄ−グルコース（顆粒状の粉末、Ｆｉｓｈｅｒ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ）、ＣｒＣｌ２（Ａｌｆａ  Ａｅｓａｒ）、ＨＭＦ（Ａｃｒｏｓ  Ｏｒｇａｎｉｃｓ）、ヘキサメチルベンゼン（Ａｌｆａ  Ａｅｓａｒ）、１，８−ジアザビシクロ［５．４．０］ウンデカ−７−エン（ＤＢＵ、Ａｃｒｏｓ  Ｏｒｇａｎｉｃｓ）、酢酸（Ｍａｌｌｉｎｃｋｒｏｄｔ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ、ＡＣＳ等級）、酢酸銀（Ｓｔｒｅｍ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ）を入手したままの状態で使用した。Ｎ−複素環式カルベン（ＮＨＣ）、１，３−ビス（２，４，６−トリメチル−フェニル）イミダゾール−２−イリデン（ＩＭｅｓ）及び１，３−ジ−ｔｅｒｔ−ブチルイミダゾール−２−イリデン（ＩｔＢｕ）はＳｔｒｅｍ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏから購入した。文献の手順を使用して、１，３，４−トリフェニル−４，５−ジヒドロ−１Ｈ−１，２，４−トリアゾール−５−イリデン（ＴＰＴ）を調製し（Ｅｎｄｅｒｓら、Ａｎｇｅｗ．Ｃｈｅｍ．、Ｉｎｔ．Ｅｄ．Ｅｎｇｌ．１９９５年、第３４巻、１０２１頁；Ｅｎｄｅｒｓら、Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ  ２００３年、１２９２〜１２９５頁）、その一方で１−エチル−２，３−ジメチルイミダゾリウム酢酸（［ＥＤＭＩＭ］ＯＡｃ）（Ｂｒａｎｄｔら、Ｇｒｅｅｎ  Ｃｈｅｍ．２０１０年、第１２巻、６７２〜６７９頁）は、アニオン交換経路を使用して調製した（以下参照）。１−エチル−３−メチルイミダゾリウム酢酸（［ＥＭＩＭ］ＯＡｃ、Ａｌｄｒｉｃｈ）及び１−エチル−２，３−ジメチルイミダゾリウムクロリド（［ＥＤＭＩＭ］Ｃｌ、Ａｌｄｒｉｃｈ）を、真空下で、１００℃で２４時間乾燥させた。真空下、１００℃で２４時間、１−エチル−３−メチルイミダゾリウムクロリド（［ＥＭＩＭ］Ｃｌ、Ｆｌｕｋａ）を乾燥させ、続いて室温でＣＨ２Ｃｌ２及びヘキサンからの再結晶化を反復して行った。精製したイオン液体をアルゴン充填したグローブボックス内に保存した。
【００７９】
加えて、フルフラール（Ａｌｆａ  Ａｅｓａｒ）、５−メチルフルフラール（ＭＦ、Ａｌｆａ  Ａｅｓａｒ）、５−ヒドロキシメチルフルフラール（ＨＭＦ、Ａｃｒｏｓ  Ｏｒｇａｎｉｃｓ）、Ｈ３ＰＯ４（８５重量％の水溶液、Ｓｉｇｍａ  Ａｌｄｒｉｃｈ）、Ｔａ２Ｏ５（Ａｌｆａ  Ａｅｓａｒ）、Ｃｓ２ＣＯ３（Ａｌｆａ  Ａｅｓａｒ）、Ｈ３ＰＷ１２Ｏ４０・×Ｈ２Ｏ（Ａｌｆａ  Ａｅｓａｒ）、ＰｔＣｌ４（Ａｃｒｏｓ  Ｏｒｇａｎｉｃｓ）、Ｐｄ／Ｃ及びＰｔ／Ｃ（５重量％、Ａｌｆａ  Ａｅｓａｒ）、並びに１，３−ビス（２，４，６−トリメチルフェニル）−１，３−ジヒドロ−２Ｈ−イミダゾール−２−イリデン（ＩＭｅｓ）（Ｓｉｇｍａ  Ａｌｄｒｉｃｈ）を購入し、入手したままの状態で使用した。ＴａＯＰＯ４及びＣｓｘＨ３−ｘＰＷ１２Ｏ４０（ｘ＝１及び２．５）を文献手順により調製した（Ｈｕａｎｇら、ＲＳＣ  Ａｄｖａｎｃｅｓ、２０１２年、第２巻、１１２１１頁；Ｔｉａｎら、Ｃｈｅｍ．Ｅｎｇ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．２０１１年、第３４巻、４８２頁）。担持された４重量％のＰｔ／ＣｓｘＨ３−ｘＰＷ１２Ｏ４０触媒を初期湿式含浸により調製し、これをオーブン内で、１２０℃で終夜乾燥させ、使用前に、流動するＨ２（１００ｍＬ／分）下で、２５０℃で３時間還元した。
【００８０】
実施例１．バイオリファイニング中間体を付加価値の付いた化学物質に変換
酢酸ベースの室温の（ＲＴ）ＩＬ、［ＥＭＩＭ］ＯＡｃは、その低い融点、粘度及び腐食性の特徴並びにより高い充填量及び無毒性により、バイオマス溶液プロセシング（すなわち、溶解、分別、及び再沈殿）に対して塩化物ベースのＩＬより良い溶媒として特定された。しかし、糖及びＨＭＦへのバイオマスの変換に対して、塩化物ベースのＩＬ、例えば、［ＲＭＩＭ］Ｃｌ（Ｒ＝Ｅｔ、ｎＢｕ）などが好ましい溶媒であり、グルコース（又はセルロース）からＨＭＦへの変換に対して［ＥＭＩＭ］ＯＡｃは完全に効果がないことが見出された（Ｌｉｕ及びＣｈｅｎ、Ａｐｐｌ．Ｃａｔａｌ．Ａ：Ｇｅｎ．２０１２年、４３５／４３６頁、第７８巻）。最近の報告は、［ＥＭＩＭ］ＯＡｃはＨＭＦを急速に分解する（８時間後、１００℃で＞９９％が分解）ことを開示したが、分解機序は提案されておらず、分解生成物は同定されなかった（Ｓｔａｈｌｂｅｒｇら、Ｇｒｅｅｎ  Ｃｈｅｍ．２０１０年、第１２巻、３２１頁）。
【００８１】
［ＥＭＩＭ］ＯＡｃはまた、以下に記載されているように、グルコースを急速に分解する（１００℃で１時間後、７０％の分解）ことを発明者らは見出した。したがって、元素の硫黄又はセレンとのそのカルベン型反応により実験で実証されているように、カルベンの小さな集合が、塩基性酢酸アニオンと共に、及びベンズアルデヒドのベンゾイン縮合に対する触媒として、このＩＬ中に存在することが公知であるため、［ＥＭＩＭ］ＯＡｃ中に観察された高速のＨＭＦ分解は、Ｎ−複素環式カルベン（ＮＨＣ）触媒作用によってもたらされた可能性があると発明者らは仮定した。［ＥＭＩＭ］ＯＡｃ中のＨＭＦ分解の機序に取り組む間に、発明者らは、この「悪影響を及ぼす」分解プロセスは、この有機分子触媒ＩＬにより、ＮＨＣ触媒された自己縮合を可能にすることを介して、ＨＭＦを高価値のバイオリファイナリー生成物である５，５’−ジ（ヒドロキシメチル）フロイン（ＤＨＭＦ）（ケロセン／ジェット燃料中間体）へと極めて効率良くアップグレードするために利用できることを発見した。別個のＮＨＣ（１−５モル％）、ＥｎｄｅｒｓのトリアゾリルイデンカルベンＴＰＴ（１，３，４−トリフェニル−４，５−ジヒドロ−１Ｈ−１，２，４−トリアゾール−５−イリデン）（Ｅｎｄｅｒｓら、Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ  ２００３年、１２９２〜１２９５頁）のその後の使用が、高速の（１時間）、極めて選択的で、高収率な、ＨＭＦからのＤＨＭＦの合成をもたらす。塩化物ベースのＩＬ［ＥＭＩＭ］Ｃｌを有機塩基で処理することによりｉｎ  ｓｉｔｕで生成されたＮＨＣはまた、ＨＭＦをＤＨＭＦに、高収率で、急速にアップグレードする（９６％）。
【００８２】
振盪機内での、［ＥＭＩＭ］ＯＡｃ（１：１モル比）中のＨＭＦ分解のＨＰＬＣモニタリングによって、バイオマス変換に対して利用されている典型的な温度である１２０℃よりはるかに下の温度においても、ＨＭＦの高速分解が行われることが明らかになった。例えば、ＨＭＦの７０％及び９４％が、１時間後、それぞれ５０℃及び８０℃において分解されている。１／１  ＨＭＦ／［ＥＭＩＭ］ＯＡｃモル比を用いて、ヘキサメチルベンゼンを内部標準として使用して、Ｊ．Ｙｏｕｎｇ型ＮＭＲ管内でＤＭＳＯ−ｄ６の分解を実施することによって、８０℃における分解速度をＮＭＲで試験した。最初の分解プロセス（２〜１５分間）の第１次動力学的プロットは、８０℃において、ｋ＝０．０８５分−１の速度定数を生成し、これは、この温度で８．２分の分解半減期に相当する。
【００８３】
並行して行ったスケールアップした試験により、主な生成物として新規化合物の形成が明らかに示され（ＨＰＬＣによる、図１）、８０℃での８６％のＨＭＦ変換において収率は７２％であった。その後の分離及び精製により、単離収率５０％で純粋な化合物を生成した（図１）。この化合物を水性媒体から単離し、固体試料を大気に１週間曝露した後、分解又は酸化は観察されなかったので、この化合物は水及び大気中で安定している。以下に詳述されているＮＭＲ及びＭＳデータは、この化合物がＣ１２フロイン、ＤＨＭＦであることを明らかに示唆し、この化合物の分子構造をＸ線回折分析で確認した（図２）。
【００８４】
構造データは、結合長１．２２４（７）Åを有するＣ（６）に対してＣ＝０二重結合を明らかに示し、結合長１．４２０（１０）Åを有するＣ（７）に対してＣＨ−ＯＨ一重結合を明らかに示し、後者の結合長は、末端のＣＨ２−ＯＨ結合距離と等しい［例えば、Ｃ（１２）−０（６）Ｈ＝１．４２０（６）Å］。この配置は、Ｃ（６）（カルボニル）及びＣ（７）（ヒドロキシル）炭素の周囲の角度、３６０．１°と３３２．３°（それぞれｓｐ２−ハイブリダイズさせた平面三角形構造及びｓｐ３−ハイブリダイズさせた四面体の炭素中心に対する）の合計によりさらに確認される。ＣＣＤＣ−８８７４５１は、ＤＨＭＦに対する補助的結晶データを含有する。これらのデータは、ｗｗｗ．ｃｃｄｃ．ｃａｍ．ａｃ．ｕｋ／ｄａｔａ＿ｒｅｑｕｅｓｔ／ｃｉｆを介して、Ｔｈｅ  Ｃａｍｂｒｉｄｇｅ  Ｃｒｙｓｔａｌｌｏｇｒａｐｈｉｃ  Ｄａｔａ  Ｃｅｎｔｒｅから無料で得ることができる。
【００８５】
［ＥＭＩＭ］ＯＡｃ中でのＨＭＦ分解から形成された主要生成物の構造の同定及び特徴付けを行うことによって、ＤＨＭＦが［ＥＭＩＭ］ＯＡｃにより触媒されたＨＭＦの極性転換性の縮合物であることの理解が促された。有機分子触媒［ＥＭＩＭ］ＯＡｃにより可能となったこの独自のプロセスに対する触媒サイクルが、図３に提案されており、一般的反応がスキーム１において以下に示されている。
【００８６】
【化１６】
2015529636.tif 000018
【００８７】
このカルベン触媒作用の触媒は、イオン対形態を好む［ＥＭＩＭ］ＯＡｃ平衡で存在する、１−エチル−３−メチルイミダゾリン−２−イリデンカルベンＩである（図３）。触媒作用に関与している提案された元素反応の初期のステップは、アルデヒドとα，β−不飽和エステルのＮＨＣ−触媒された極性転換に対して提案されたものから、いくらか逸脱しているが、これは、［ＥＭＩＭ］ＯＡｃ平衡においてカルベンＩと共存するＨＯＡｃが重要な役割を担っているからである。具体的には、カルベンＩの、ＨＭＦのカルボニル基への求核性添加は、両性イオンの四面体中間体を生成し、これがＨＯＡｃでプロトン化されて、２−（５−ヒドロキシメチル−２−α−ヒドロキシフラニル）イミダゾリウム酢酸塩、休止状態の中間体ＩＩを生成する。
【００８８】
高温下で、中間体ＩＩを酢酸アニオンで脱プロトン化することによって、求核性エナミノール（ＩＩＩ’）を形成する。ベンゾイン反応に関与しているＢｒｅｓｌｏｗ中間体同様に（Ｂｒｅｓｌｏｗ、Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．１９５８年、第８０巻、３７１９頁）、このエナミノールはアシルアニオン同等物（ＩＩＩ）であり、したがって第２のＨＭＦ分子のカルボニル基を攻撃して別の四面体の中間体（ＩＶ）を形成する。プロトン移動及びＩの排除を介したこの四面体の中間体の崩壊は、ＤＨＭＦを生成し、ＮＨＣ触媒を再生し、したがって触媒サイクルを閉じる（図３）。この提案された全体的機序は、［ＥＭＩＭ］ＯＡｃによる、ＨＭＦのＤＨＭＦへのアップグレードに対して観察された触媒作用を十分に説明し、以下の通り提示されている４つの趣旨の証拠と一致する。
【００８９】
第１に、カルベンの小さな集合が［ＥＭＩＭ］ＯＡｃ中に存在し、これがカルベン触媒作用を実行することが可能であることが以前の実験により示されている。この点をさらに裏付けるため、［ＥＭＩＭ］ＯＡｃを１−エチル−２，３−ジメチルイミダゾリウム酢酸［ＥＤＭＩＭ］ＯＡｃと置き換え、イミダゾリウム環のＣ（２）において酸性プロトンをメチル基で置換する。予測されたように、カルベン触媒作用は完全に停止し、ＨＭＦのＤＨＭＦへの変換はなくなり、これによって、触媒が［ＥＭＩＭ］ＯＡｃから放出されたＮＨＣであるという提案が裏付けられる。
【００９０】
第２に、提案された機序に基づき、非塩基性のアニオンと対にされたＩＬ（［ＥＭＩＭ］ＯＡｃと同様にＮＨＣを自己放出できない）は、このカルベン触媒作用に対して有効ではないはずであるが、強い有機塩基で活性化することによって、ＮＨＣ触媒を提供することができ、したがって同じタイプのカルベン触媒作用を生じさせることができた。実際に、［ＥＭＩＭ］Ｃｌはこの触媒作用に対してそれ自体効果はないが、ｉｎ  ｓｉｔｕでＮＨＣ触媒を生成するＤＢＵ（１，８−ジアザビシクロ［５．４．０］ウンデカ−７−エン）で処理した場合、極めて効果的なＨＭＦアップグレード触媒系となる。したがって、５モル％の触媒充填（ＤＢＵの添加量により制御）により、ＤＨＭＦは、８０°にて１時間で、９６％の収率（ＨＰＬＣによる）を得た。潜在的共溶媒作用も試験すると、ＤＨＭＦ収率に対して最小の作用しか示さなかった。
【００９１】
第３に、ＲＴ（約２２℃）及び８０℃での、ＤＭＳＯ−ｄ６中［ＥＭＩＭ］ＯＡｃ（１：１モル比）と、内部標準としてのヘキサメチルベンゼンとのＨＭＦ反応のＮＭＲモニタリングを介して、休止状態の中間体ＩＩの形成に対する直接的証拠を得た。ＲＴでは、ＨＭＦを［ＥＭＩＭ］ＯＡｃと混合した時点で、１７％のＨＭＦが直ちに消費されたが、これは、中間体ＩＩを形成するためのＨＭＦとのその反応に対して、この温度において［ＥＭＩＭ］ＯＡｃ中で利用可能なＮＨＣ触媒量とほぼ一致する。この中間体は、２４時間後になってもＲＴでＤＨＭＦに変換されない。この貴重な情報を得て、次にＲＴで同じ反応ではあるが、ＨＭＦ：［ＥＭＩＭ］ＯＡｃのモル比１：５を用いて反応を行い、独占的に中間体（すなわち、ＨＭＦ及びＤＨＭＦを含まない）、加えて過剰の［ＥＭＩＭ］ＯＡｃを形成した；ＲＴにおけるこの比率での反応は、中間体ＩＩの決定的な分光分析特徴付けを可能にした（図４及び５）。
【００９２】
他方では、図６は、８０℃においてＨＭＦを［ＥＭＩＭ］ＯＡｃ（１：１比率）と混合すると即座に中間体ＩＩが形成され、反応が２分間から２５分間へと進行するにつれてこの中間体及びＨＭＦはゆっくりと消費され、ＤＨＭＦの同時発生的な形成が付随して起こることを示している。ＨＭＦの不在下で、中間体の加熱がＤＨＭＦの形成をもたらした別の実験は、ＮＨＣ  ＩをＨＭＦと反応させて中間体ＩＩを形成することは可逆的であることを示唆している（すなわち、高温でＩＩをＤＨＭＦにさらに変換するためにはＨＭＦの放出が必要となる）。全体的には、これらの結果は、中間体ＩＩの形成は高速（及び可逆的）であり、その一方でＩＩからＩＩＩへのステップは、速度制限的であり、中間体ＩＩＩ及びＩＶは、ＤＨＭＦの高速形成の途中で検出可能ではないことから、触媒サイクルの中のその後のステップもまた相対的に高速であることを実証している。
【００９３】
第４に、［ＥＭＩＭ］ＯＡｃ中に存在するＮＨＣ  Ｉの小さな集合がＨＭＦからＤＨＭＦの自己縮合に対する触媒である場合、予め形成された、別個のＮＨＣの使用は、ＨＭＦからＤＨＭＦへのさらにより高速で、効率的なアップグレードをもたらすはずである。実際に、ＥｎｄｅｒｓのＴＰＴを触媒（５モル％）に用いた場合、ＨＭＦからＤＨＭＦへのほぼ定量的な（ＮＭＲで９８％）変換が、２４時間後ＲＴにおいてＴＨＦ中に観察され、結果としてＤＨＭＦの高い単離収率が生じた（８６％；最適化されていない）。ＴＰＴ（５モル％）で触媒されたＨＭＦの縮合の速度は、高温で大きく向上させることができる。６０℃において１時間で、９４％のＤＨＭＦ（ＮＭＲ収率）を１時間以内に達成し、８７％の単離（最適化されていない）収率を達成した。
【００９４】
２種のＡｒｄｕｅｎｇｏカルベン、１，３−ジ−ｔｅｒｔ−ブチルイミダゾリン−２−イリデン（ＩｔＢｕ）及び１，３−ジ−メシチル−ブチル−イミダゾリン−２−イリデン（ＩＭｅｓ）（Ａｒｄｕｅｎｇｏら、Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．１９９４年、第１１６巻、６６４１頁；Ａｒｄｕｅｎｇｏら、Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．１９９２年、第１１４巻、５５３０頁）の性能は大きく異なる。ＩＭｅｓはまた、ＨＭＦのＤＨＭＦへの極性転換性の縮合に対する極めて効果的な触媒であるが（５モル％のＮＨＣ、ＮＭＲで９３％のＤＨＭＦ）、さらに求核性の（ＩｔＢｕ）は完全に効果がない。ＲＴでＨＭＦを化学量論的量のＮＨＣ（ＴＰＴ、ＩＭｅｓ、又はＩｔＢｕ）と混合した場合、ＨＭＦ及びＮＨＣは、ＤＨＭＦを生成することなく完全に消費されるが、これは恐らく対応する付加体の形成によるものである。このカルベン触媒作用におけるＴＰＴの注目すべき活性及び効率は、恐らくＴＰＴが良好な求核試薬と脱離基の両方であるという事実に関係し、後者は触媒のサイクルを閉じるために不可欠である（図３を参照）。
【００９５】
同じ相似性により、ＩｔＢｕの無効性は、ＨＭＦへのその強い結合及びサイクルを閉じるには脱離基が乏しいことに起因することができる。全体として、本物の、別個のＮＨＣ触媒並びにアルデヒドに対してこのようなＮＨＣのすでに確立した反応性及び基本的ステップ（すなわち、ベンゾイン反応）を使用することによって得られたこれらの結果は、図３に図示されているＨＭＦのＤＨＭＦへの全体的な極性転換性の自己縮合の機序をさらに裏付けている。
【００９６】
したがって、有機塩基ＤＢＵ、又は別個のＮＨＣ触媒ＴＰＴ及びＩＭｅｓと組み合わせた、触媒の酢酸ベースのＩＬ［ＥＭＩＭ］ＯＡｃ、塩化物ベースのＩＬ［ＥＭＩＭ］Ｃｌによる有機分子触媒を介して、発明者らは、主要なバイオリファイニング中間体ＨＭＦを、ケロセン／ジェット燃料用中間体として、潜在的に高価値のバイオリファイナリー生成物であるＤＨＭＦへと、高速で、極めて選択的及び高収率にアップグレードすることを開発した。このＨＭＦアップグレードプロセスのための反応時間は、工業的に好ましい条件下（すなわち、周辺大気、又は６０〜８０℃）で１時間以内であり、ＤＨＭＦ選択性は通常ほぼ定量的であり、収率は最大９８％（ＨＰＬＣ又はＮＭＲ）又は８７％（最適化されていない、単離収率）である。
【００９７】
この作業はまた、触媒ＩＬによるこのアップグレード転換に対するカルベン触媒作用機序を生み出し、この機序は、休止状態の中間体の直接的同定を含めた、本明細書で提示された４つの趣旨の証拠により裏付けられている。この作業の技術的意義は、このアップグレードのためのＨＭＦの直接的アルドール縮合は可能ではないが（Ｈｕｂｅｒ、Ｃｈｈｅｄａ、Ｂａｒｒｅｔｔ、及びＤｕｍｅｓｉｃ、Ｓｃｉｅｎｃｅ、２００５年、第３０８巻、１４４６頁）、ＤＨＭＦへのこのアップグレードのためのＨＭＦの直接的極性転換性の自己縮合は極めて容易であり、これは有機分子触媒により可能となることである。加えて、プラントバイオマス資源（グルコース又はセルロース）をＨＭＦに変換するための多くの効率的な触媒系が開発されているので（例えば、Ｚｈａｎｇら、Ｅｎｅｒｇｙ＆Ｆｕｅｌｓ、２０１０年、第２４巻、２４１０頁を参照されたい）、今では２ステッププロセスを介して、このような非食料バイオマスをＤＨＭＦに直接変換することが可能である。実際に、発明者らの結果は、第１ステップで金属触媒作用によりグルコースをＨＭＦに変換し、続いてＨＭＦ、その後カルベン触媒を抽出するという段階的な形式で、グルコースをＤＨＭＦに直接転換することが実現可能であることを示している。
【００９８】
カップリング反応及び生成物の分析。
［ＥＭＩＭ］ＯＡｃ中でのＨＭＦ分解を実験するための典型的な手順及び対応する結果。５ｍＬバイアル内でＨＭＦ（０．１０ｇ、０．７９ｍｍｏｌ）を［ＥＭＩＭ］ＯＡｃ（０．１４ｇ、ＨＭＦと等モル）と混合した。バイアルを密封し、温度制御されたオービットシェーカー（３００ＲＰＭ）内で、８０℃である期間加熱した。反応を氷水でクエンチし、公知の量の脱イオン水で希釈した。市販の水中標準物質から作成した標準曲線を用いてＨＭＦを定量化した（Ｌｉｕら、Ａｐｐｌ．Ｃａｔａｌ．Ａ：Ｇｅｎ．２０１２年、４３５／４３６頁、第７８巻）。反応生成物の典型的なＨＰＬＣクロマトグラムが図１に示されている。ＨＰＬＣでモニターされた［ＥＭＩＭ］ＯＡｃ中のＨＭＦ分解の結果が表１−１及び図７に要約されており、これらは８０℃において［ＥＭＩＭ］ＯＡｃがＨＭＦを急速に分解しているのを示した；例えば、ＨＭＦは、わずか１０分及び６０分後にはそれぞれ８１．７及び９４．２モル％が分解された。
【００９９】
【表１】
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【０１００】
［ＥＭＩＭ］ＯＡｃ中でのＨＭＦ分解速度を調査するために、ＨＭＦ（４０．０ｍｇ、０．３２ｍｍｏｌ）及びヘキサメチルベンゼン（２．０ｍｇ、０．０１２ｍｍｏｌ）を０．５ｍＬのＤＭＳＯ−ｄ６中に完全に溶解し、続いて０．５ｍＬのＤＭＳＯ−ｄ６中への［ＥＭＩＭ］ＯＡｃ（ＨＭＦに対して１当量）の添加を行った。混合物を、Ｊ．Ｙｏｕｎｇ型ＮＭＲ管に移し、テフロン弁で密封した。混合物をＮＭＲ分光器上で８０℃に加熱し、反応させた後で、既定の時間間隔で反応混合物の１Ｈ  ＮＭＲスペクトルを取った。ＮＭＲでモニターした［ＥＭＩＭ］ＯＡｃ中のＨＭＦ分解の結果は、図８（時間の関数としてのＨＭＦ分解のプロファイル）及び図９（最初の時間枠に対するＨＭＦ分解の１次プロット）に要約されている。
【０１０１】
［ＥＭＩＭ］ＯＡｃ中のＨＭＦ分解から生成されたＤＨＭＦの単離及び特徴付け。図１が示しているように、［ＥＭＩＭ］ＯＡｃ中の不完全なＨＭＦ分解からの反応混合物のＨＰＬＣクロマトグラムは、未反応のＨＭＦに対する３．７２分でのピークと、これに加えて［ＥＭＩＭ］ＯＡｃ中のＨＭＦ分解中に形成された新規化合物に対する５．１５分での大きなピークを示した。８０℃で３０分間の反応後、新規化合物を反応混合物から分離するため、１ｍＬの水を加えて、混合物を完全に溶解し、この後、抽出のために２ｍＬの酢酸エチル（ＥｔＯＡｃ）を加えた。上層（ＥｔＯＡｃ相）を収集し、抽出を４回繰り返した。シリカゲルカラムクロマトグラフィーによる精製（溶離液：ＥｔＯＡｃ／ヘキサン／メタノール＝８／２／１）及び真空乾燥後、新規化合物を淡黄色の粉末として得た（ＨＭＦに基づき５０％単離収率）。
【０１０２】
分解生成物（新規化合物）は、その１Ｈ及び１３Ｃ  ＮＭＲスペクトルが明らかに示すように、５，５’−ジ（ヒドロキシメチル）フロイン（ＤＨＭＦ）として同定された（図１０）。１Ｈ  ＮＭＲ（ＣＤ３ＯＤ）：δ  ７．３９（ｄ，ＪＨ−Ｈ＝３．６Ｈｚ，１Ｈ，フラン環プロトン）、６．５２（ｄ，ＪＨ−Ｈ＝３．６Ｈｚ，１Ｈ，フラン環プロトン）、６．４０（ｄ，ＪＨ−Ｈ＝３．３Ｈｚ，１Ｈ，フラン環プロトン）、６．３０（ｄ，ＪＨ−Ｈ＝３．３Ｈｚ，１Ｈ，フラン環プロトン）、５．８７（ｓ，１Ｈ，ＣＨＯＨ）、４．６０（ｓ，２Ｈ，ＣＨ２ＯＨ）、４．４９（ｓ，２Ｈ，ＣＨ２ＯＨ）。１３Ｃ  ＮＭＲ（ＣＤ３ＯＤ）：δ１８７（Ｃ＝Ｏ）、１６３、１５８、１５４、１５２、１２３、１１２、１１１、１１０（フラン環炭素の合計８個の共鳴）、７１．７（ＣＨＯＨ）、５８．４（ＣＨ２ＯＨ）、５８．２（ＣＨ２ＯＨ）。融点＝１２４〜１２５℃；ＨＲＭＳ  Ｃ１２Ｈ１１Ｏ６［Ｍ−Ｈ］−の計算値：２５１．０５５６；実測値：２５１．０５６１。
【０１０３】
室温で７日間にわたり、ヘキサンをＤＨＭＦのメタノール溶液へゆっくりと拡散させることによって、シリカゲルカラムクロマトグラフィーにより精製したＤＨＭＦを再結晶化して、Ｘ線回折分析に対して適切な無色の単結晶を生成した。単結晶は、母液をデカントした後、Ｐａｒａｔｏｎｅ−Ｎ油（Ｅｘｘｏｎ、１２０℃／１０−６  Ｔｏｒｒで２４時間、乾燥、脱気）の層ですばやく覆った。次いで、結晶を薄いガラス繊維上に組み込み、Ｂｒｕｋｅｒ  ＳＭＡＲＴ  ＣＣＤ回折計の冷たい窒素流の中に移した。直接的な方法により構造を解明し、Ｂｒｕｋｅｒ  ＳＨＥＬＸＴＬ  プログラムライブラリー（ＳＨＥＬＸＴＬ、Ｖｅｒｓｉｏｎ６．１２；Ｂｒｕｋｅｒ  Ａｎａｌｙｔｉｃａｌ  Ｘ−ｒａｙ  Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ：Ｍａｄｉｓｏｎ、ＷＩ、２００１年）を使用して精密化した。
【０１０４】
すべての反射に対してＦ２に基づくフルマトリクス最小二乗法で構造を精密化した。すべての非水素原子を異方性置換パラメーターで精密化した一方、水素原子は構造要素計算において理想的な位置に含まれていた。解明された構造は、単位格子にわずかな構造的な差がある２個の独立した分子を示した（図２）。ＤＨＭＦに対して選択された結晶データ：Ｃ２４Ｈ２４Ｏ１２、斜方晶の、空間群Ｐｎａ２１、ａ＝２３．５４９７（１７）Å、ｂ＝５．９９７５（４）Å、ｃ＝１５．８７６８（１０）Å、α＝９０°、β＝９０°，γ＝９０°、Ｖ＝２２４２．４（３）Å３、Ｚ＝４、Ｄｃａｌｃｄ＝１．４９４Ｍｇ／ｍ３、ＧＯＦ＝１．０４０、Ｒ１＝０．０５２４［Ｉ＞２σ（Ｉ）］、ｗＲ２＝０．１３０９。ＣＣＤＣ−８８７４５１は、本論文に対する補助的結晶データを含有する。これらのデータは、ｗｗｗ．ｃｃｄｃ．ｃａｍ．ａｃ．ｕｋ／ｄａｔａ＿ｒｅｑｕｅｓｔ／ｃｉｆを介して、Ｔｈｅ  Ｃａｍｂｒｉｄｇｅ  Ｃｒｙｓｔａｌｌｏｇｒａｐｈｉｃ  Ｄａｔａ  Ｃｅｎｔｒｅから無料で得ることができる。
【０１０５】
ＨＭＦ分解生成物（ＤＨＭＦ）の同定並びに分光学的同定及び構造特性解析により、ＮＭＲ（ＤＭＳＯ−ｄ６、８０℃、内部標準としてヘキサメチルベンゼン）によりＤＨＭＦ形成及びＨＭＦ分解を同時にモニタリングすることが可能となった。結果を表１−２、図８、及び図１１に要約したが、これらは、２５分後、７２．４％という高収率が８６．１％ＨＭＦ変換（分解）において達成されたことを示している。
【０１０６】
【表２】
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【０１０７】
ＨＭＦの［ＥＭＩＭ］ＯＡｃとの反応由来の中間体ＩＩの同定。
ＲＴでのＨＭＦの［ＥＭＩＭ］ＯＡｃとの１：１反応を、ヘキサメチルベンゼンを内部標準として使用するＪ．Ｙｏｕｎｇ型ＮＭＲ管のＮＭＲ（ＤＭＳＯ−ｄ６）でモニターした。この実験は、ＲＴでＨＭＦを［ＥＭＩＭ］ＯＡｃと混合した時点で、１７％のＨＭＦが直ちに消費されたことを示し、これは、中間体ＩＩを形成するためのＮＨＣ触媒のＨＭＦとの反応に対して、この温度において［ＥＭＩＭ］ＯＡｃ中で利用できるＮＨＣ触媒の量とほぼ一致する。この中間体は、２４時間後になってもＲＴでＤＨＭＦに変換されず、１Ｈ  ＮＭＲは、ＲＴにおいて、反応の開始から２４時間まで同じままであった。
【０１０８】
Ｉｎ  ｓｉｔｕ反応のスペクトルの分析を支援するため、ＨＭＦの［ＥＭＩＭ］ＯＡｃとの反応に関与している４種の化学シフトを以下の通り要約した。すべての化学シフトはＤＭＳＯ−ｄ６中で報告され、ＮＭＲ残留溶媒信号は、２．１５ｐｐｍに設定されたヘキサメチルベンゼン内部標準の化学シフトに基づき、２．５４ｐｐｍ（２．５０ｐｐｍではない）において参照された。
【０１０９】
ＨＭＦの１Ｈ  ＮＭＲ（公知化合物）：δ  ９．５６（ｓ，１Ｈ，ＣＨＯ）、７．５１、６．５９（ｄ，２Η，フラン環Η）、４．５４（ｓ，２Η，ＣＨ２ＯＨ）。
【０１１０】
［ＥＭＩＭ］ＯＡｃの１Ｈ  ＮＭＲ（公知化合物）：δ  ９．６０（ｓ，１Ｈ，ＮＣＨＮ）、７．８４、７．７６（ｄ，２Η，イミダゾリウム環Η）、４．２４（ｑ，２Η，ＮＣＨ２ＣＨ３）、３．８９（ｓ，３Ｈ，ＮＣＨ３）、１．６５（ｓ，３Ｈ，ＯＡｃ）、１．４４（ｔ，３Ｈ，ＮＣＨ２ＣＨ３）。
【０１１１】
ＤＨＭＦの１Ｈ  ＮＭＲ（新規化合物、メタノール−ｄ４中では図１０、ＤＭＳＯ−ｄ６中では図１２を参照）：δ  ７．５４、６．５４、６．３８、６．２５（ｄ，４Ｈ，フラン環Ｈ）、５．７８（ｓ，１Ｈ，ＣＨＯＨ）、４．５０（ｓ，２Ｈ，ＣＨ２ＯＨ）、４．３５（ｓ，２Ｈ，ＣＨ２ＯＨ）。
【０１１２】
中間体ＩＩの１Ｈ  ＮＭＲ（新規化合物、図４及び５を参照）：δ  ７．９８（ｄ，ＪＨ−Ｈ＝２．１Ｈｚ，イミダゾール環Ｈ）、７．９３（ｄ，ＪＨ−Ｈ＝１．８Ｈｚ，１Ｈ，イミダゾール環プロトン）、６．７４（ｓ，１Ｈ，ＣＨ−ＯＨ）、６．３８（ｄ，ＪＨ−Ｈ＝３．３，１Ｈ，フラン環Ｈ）、６．２４（ｄ，ＪＨ−Ｈ＝３．０Ｈｚ，１Ｈ，フラン環Ｈ）、４．４１（ｍ，２Ｈ，ＮＣＨ２ＣＨ３）、４．３６（ｓ，２Ｈ，ＣＨ２ＯＨ）、３．９６（ｓ，３Ｈ，ＮＣＨ３）、１．６４（ｓ，３Ｈ，ＯＡｃ）、１．３１（ｔ，ＪＨ−Ｈ＝７．２Ｈｚ，３Ｈ，ＮＣＨ２ＣＨ３）。１３Ｃ  ＮＭＲ：δ  １７５（Ｃ＝Ｏ）、１５８（ＮＣＮ）、１５１、１４６、１０９、１０８（フラン環の４個の共鳴）、１２５、１２２（イミダゾール環の２個の共鳴）、６０．４（ＣＨ−ＯＨ）、５６．３（ＣＨ２ＯＨ）、４４．２（ＮＣＨ２ＣＨ３）、３６．２（ＮＣＨ３）、２６．５（Ｏ＝Ｃ−ＣＨ３）、１６．３（ＮＣＨ２ＣＨ３）。
【０１１３】
フルアルデヒドのカップリングに対する、溶媒を含まない極性転換の手順。溶媒を含まない（純正の）条件下で、ＴＰＴで触媒した極性転換性の反応を行った。フルフラール（２．５ｇ、２６ｍｍｏｌ）を２０ｍＬバイアル内に加え、これにＴＰＴ（７１ｍｇ、０．２６ｍｍｏｌ、フルフラールに対して１．０モル％）を加えた。生成した混合物を１時間撹拌し、その後、固化した生成物を粉砕し、ヘキサンで洗浄した。濾過及び真空乾燥後、フロイン（２．２ｇ、８９％収率）を黄色の粉末として得た。同じ手順を使用して、５，５’−ジメチルフロインをＭＦから９４％単離収率で合成した。
【０１１４】
５，５’−ジ（ヒドロキシメチル）フロイン（ＤＨＭＦ）の合成のため、２０ｍＬバイアル内でＨＭＦ（２．５ｇ、２０ｍｍｏｌ）をＴＰＴ（５５ｍｇ、０．２０ｍｍｏｌ、ＨＭＦに対して１．０モル％）とプレミックスした。バイアルを密封し、温度制御されたオービットシェーカー（３００ｒｐｍ）で、６０℃で１時間加熱した。反応後、固化した生成物を粉砕し、トルエンで洗浄することによって、残留ＴＰＴ触媒を除去した。濾過及び真空乾燥後、ＤＨＭＦ（２．４ｇ、９５％収率）を白色の粉末として得た。
【０１１５】
ＨＭＦとＮ−複素環式カルベン（ＮＨＣ）の化学量論的反応。ＨＭＦ（２０ｍｇ、０．１６ｍｍｏｌ）を０．５ｍＬのＤＭＳＯ−ｄ６に溶解し、Ｊ．Ｙｏｕｎｇ型ＮＭＲ管に移し、これに、０．５ｍＬのＤＭＳＯ−ｄ６中の化学量論的量のＩＭｅｓ（４８ｍｇ、０．１６ｍｍｏｌ）を加え、完全に混合した。ＲＴで３０分後、結果として得られるエナミノールのクリーンな形成、すなわち、ベンゾイン反応に関与したＢｒｅｓｌｏｗ中間体が１Ｈ  ＮＭＲスペクトルにより示された（図１３）。１Ｈ  ＮＭＲ（ＤＭＳＯ−ｄ６）：δ  ７．８１（ｓ，２Ｈ，イミダゾール環プロトン）、７．１４（ｓ，４Ｈ，ベンゼン環プロトン）、６．１１（ｄ，ＪＨ−Ｈ＝３．０Ｈｚ，１Ｈ，フラン環プロトン）、６．０１（ｄ，ＪＨ−Ｈ＝３．３Ｈｚ，１Ｈ，フラン環プロトン）、４．３１（ｓ，２Ｈ，ＣＨ２ＯＨ）、２．３７（ｓ，６Ｈ，ｐ−ＣＨ３）、２．０８（ｓ，１２Ｈ，ｏ−ＣＨ３）。
【０１１６】
ＮＨＣによるＨＭＦのＤＨＭＦへの極性転換性の縮合を実験するための典型的な手順及び対応する結果。典型的な手順で、ＨＭＦ（１１５ｍｇ、０．９１ｍｍｏｌ）を５ｍＬのＴＨＦに完全に溶解し、続いてＴＰＴ（５モル％）の０．５ｍＬのＴＨＦ中への添加を行った。生成した溶液を室温で撹拌し、アリコートを時々取り、ＤＭＳＯ−ｄ６中１Ｈ  ＮＭＲによる分析用に真空下で乾燥させた。ＴＰＴで触媒したＨＭＦ自己縮合からＤＨＭＦを単離するために、反応混合物を室温で２４時間撹拌し、次いで濃縮し、続いてトルエンの添加を行うことによって、生成物ＤＨＭＦを沈殿させた。濾過及び真空乾燥後、ＤＨＭＦ（９９ｍｇ、８６％収率）を白色の固体として得た。生成物のＤＭＳＯ−ｄ６中１Ｈ  ＮＭＲ（図１２）は、ＤＨＭＦのクリーンな形成を確認した。同じ反応を６０℃で１時間繰り返し、ＤＨＭＦを８７％単離収率で生成した。
【０１１７】
表１−３は、３種のＮＨＣ触媒、ＴＰＴ、ＩｔＢｕ、及びＩＭｅｓで達成された、様々な条件下でのＤＨＭＦ収率の選択された結果を要約している。このシリーズでの最も効率的な触媒はＴＰＴであり、このＴＰＴは、５モル％という低い触媒充填で、ＲＴで２４時間後、ＨＭＦをＤＨＭＦに９８％収率で変換した（ＮＭＲによる、又は８６％の単離収率）。反応を６０℃で実行した場合、ＲＴで３時間後のＤＨＭＦ収率３７．５％と比較して、１時間後にＤＨＭＦ収率９３．６％を達成し、ＨＭＦ縮合の速度を大きく向上させることができる。比較した場合、ＩＭｅｓはＴＰＴよりもいくぶん効果が低いが、ＩｔＢｕは完全に効果がない。しかし、化学量論的量のＮＨＣ（ＨＭＦに対して）がＲＴで使用された場合、全ての場合において、ＨＭＦは、ＤＨＭＦを形成することなく完全に消費された。
【０１１８】
【表３】
2015529636.tif 000021
【０１１９】
［ＥＭＩＭ］Ｃｌそれ自体はこの触媒作用に対して効果がないが、［ＥＭＩＭ］Ｃｌ＋ＤＢＵ（５モル％）系はｉｎ  ｓｉｔｕでＮＨＣ触媒を生成し、ＨＭＦアップグレードに対して極めて効果的である。ＮＨＣ触媒充填は、反応混合物へのＤＢＵの添加量により制御するのが便利である。具体的には、ＨＭＦを［ＥＭＩＭ］Ｃｌ（１当量）及びＤＢＵ（５モル％）とプレミックスし、８０℃で１時間加熱すると、ＤＨＭＦが９６．４％収率（ＨＰＬＣによる）で形成された。潜在的な共溶媒作用も試験したが、ＤＨＭＦ収率に対して最小の作用しか示さなかった；したがって、ＴＨＦ共溶媒の添加により、ＤＨＭＦ収率９６．７％が得られ、その一方で共溶媒としてＤＭＦを利用した場合収率は９３．８％であった。
【０１２０】
実施例２．バイオマスフルアルデヒドを付加価値の付いた化学物質、酸素化ディーゼル、及び高級アルカン燃料へアップグレードする
【０１２１】
非食料リグノセルロースバイオマスを、原料用化学物質、地球に優しい物質、及び液体燃料へと変換するための技術的及び経済的に実行可能な経路を開発する主要な取組みの一環として、主要なバイオリファイニング構成ブロック及びバイオマスプラットフォーム化学物質として認識されている、５−ヒドロキシメチルフルフラール（ＨＭＦ）を広範囲にわたり試験した。セルロース系グルコースのＨＭＦへの効果的な変換のためのＣｒＣｌ２／イオン液体（ＩＬ）触媒系の重大な発見以来（Ｚｈａｏら、Ｓｃｉｅｎｃｅ、２００７年、第３１６巻、１５９７頁）、グルコースのＨＭＦへの効果的変換又はセルロースのＨＭＦへの直接的変換を促進するために多くの他の金属又は非金属触媒系が開発されてきた（例えば、Ｌｉｕ及びＣｈｅｎ、Ｂｉｏｍａｓｓ＆Ｂｉｏｅｎｅｒｇｙ、２０１３年、第４８巻、１８１〜１９０頁を参照されたい）。対照的に、ＨＭＦ又は関連するフルアルデヒドをより高い分子量及びエネルギー密度のケロセン（Ｃ８〜Ｃ１６）又はディーゼル（Ｃ２２まで）中間体又は燃料にアップグレードすることについての研究は希少であり、したがって大いに必要とされている。
【０１２２】
α−水素の欠如により、ＨＭＦは自己アルドール縮合を生じないという事実を考慮して、Ｄｕｍｅｓｉｃ及び共同研究者らは、アルカリ性触媒の存在下、アセトンなどのエノール化可能な有機化合物を用いて、ＨＭＦの交差アルドール縮合を利用し、続いて脱水／水素化プロセスを行うことによって、ＨＭＦをＣ９〜Ｃ１５液体アルカン燃料にアップグレードした（スキーム２−１、経路Ａ）（Ｈｕｂｅｒら、Ｓｃｉｅｎｃｅ、２００５年、第３０８巻、１４４６頁）。最近では、Ｃｏｒｍａ及び共同研究者らは、酸触媒の存在下で三量化を実施するための２−メチルフランのヒドロキシアルキル化を開発し、この生成物を高温水素化脱酸素反応（ＨＤＯ）の対象とすることによって、高いセタン数の６−アルキルウンデカンを生成した（Ｃｏｒｍａら、Ａｎｇｅｗ．Ｃｈｅｍ．Ｉｎｔ．Ｅｄ．２０１１年、第５０巻、２３７５頁）。三量化ステップでは、ＨＭＦを使用して、２−メチルフラン分子のうちの１個を置き換えることができる（スキーム２−１、経路Ｂ）。最近では、Ｂｅｌｌ及び共同研究者らは、ＨＭＦを酸触媒エーテル化及び還元性エーテル化して、潜在的な酸素化バイオディーゼル候補としての５−（アルコキシメチル）フルフラール及び２，５−ビス（アルコキシメチル）フランにしたことを報告した（スキーム２−１、経路Ｃ）（Ｂａｌａｋｒｉｓｈｎａｎら、Ｇｒｅｅｎ  Ｃｈｅｍ．２０１２年、第１４巻、１６２６頁）。この直接的なＨＭＦのエーテル化経路は、アルコールを用いた、ＨＭＦの塩化物誘導体、５−（クロロメチル）フルフラールのエーテル化に対して、使用可能なディーゼル領域燃料を生成するための代替法を提供している（Ｍａｓｃａｌ及びＮｉｋｉｔｉｎ、Ｇｒｅｅｎ  Ｃｈｅｍ．２０１０年、第１２巻、３７０頁）。
【０１２３】
【化１７】
2015529636.tif 000022
【０１２４】
水素化脱酸素反応（ＨＤＯ）についての最近の研究は、リグニン由来の熱分解油（フェノール、グアヤコール（ｇｕｉａｉａｃｏｌ）及びシリンゴールなど）を炭化水素へアップグレードするための二官能性触媒の開発に焦点があてられている。水をＨＤＯに対して適切な溶媒として使用することができ、これによって、反応中の炭化水素の自発的な分離が可能となる。担持触媒、例えば、Ｎｉ／ＨＺＳＭ−５、Ｐｄ／Ｃ＋Ｈ３Ｐ０４及びＰｄ／Ｃ＋ＨＺＳＭ−５などは、５ＭＰａ  Ｈ２下で、２５０℃で２時間内に、フェノールからのシクロアルカンの高収率から定量的収率までを達成することができる（Ｚｈａｏ及びＬｅｒｃｈｅｒ、Ａｎｇｅｗ．Ｃｈｅｍ．Ｉｎｔ．Ｅｄ．２０１２年、第５１巻、５９３５頁）。しかし、セルロース系バイオマス由来のフラン化合物に対して、ＨＤＯ生成物は、フラン開環、炭素鎖フラグメント化、転位、及び環化により複雑化し、広い分布の炭化水素を付与する。
【０１２５】
リグニン由来の熱分解油のＨＤＯに対して利用した条件と同様の条件を使用して、フルフラールのＨＤＯはペンタンの他にテトラヒドロピランを３６％収率で生じた。５ＭＰａ  Ｈ２及び４００°Ｃでの、Ｐｔ／Ｃ及びＰｔ／Ｔｉ０２による５−メチルフラントリマー（５，５−ビシルビル（ｂｉｓｙｌｖｙｌ）−２−ペンタノン）のＨＤＯに対して、９６％の油性生成物がＣ９〜Ｃ１６炭化水素として分類された（直鎖、分枝、単環式、及び二環式）。基質に水溶性を付与するためのＰｄ／Ａｌ２０３による水素化と、Ｐｔ／ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３を用いたその後のＨＤＯプロセスからなるフロインの２ステップＨＤＯにおいて、Ｄｕｍｅｓｉｃらは、３４％のＣ１０選択性で、広い分布のアルカンを得た（Ｓｃｉｅｎｃｅ、２００５年、第３０８巻、１４４６頁）。Ｐｔ／Ｃ及び固体酸ＴａＯＰＯ４によるフルフラールと５−メチルフルフラール（ＭＦ）の還元性ピナコールカップリング生成物のＨＤＯは、高収率のアルカンを生成した（Ｈｕａｎｇら、ＲＳＣ  Ａｄｖａｎｃｅｓ、２０１２年、第２巻、１１２１１頁）。代わりに、最初に穏やかな条件下でフラン環を開環し（これは、特定の型のフラン環のみに適用可能）、続いてＨＤＯを行うことによって、潜在的にアルカンをさらに選択的に生成することができた。
【０１２６】
２個のＨＭＦ分子の直接カップリングであれば、硫黄を含まないＣ１２ジェット／ケロセン燃料中間体を提供し、この中間体を触媒により液体燃料へ再形成することができる。本明細書において、発明者らは、溶媒を含まない条件下で１モル％の有機Ｎ−複素環式カルベン（ＮＨＣ）触媒を使用して、ＨＭＦの５，５’−ジ（ヒドロキシメチル）フロイン（ＤＨＭＦ）への選択的及び定量的カップリング及びその後のＤＨＭＦの、水素化、エーテル化又はエステル化を介した酸素化ディーゼル燃料への転換、並びに有機相内にほぼ定量的な直鎖炭化水素（９６％Ｃ１０〜１２直鎖のアルカン）を生成する極めて選択的なＨＤＯプロセスを介した高品質ケロセン／ジェット燃料について報告している（スキーム２−１、経路Ｄ）。
【０１２７】
実施例１及び２において上で論じたように、ＮＨＣ触媒された極性転換性のベンゾイン縮合機序を介して、触媒の酢酸ＩＬ、１−エチル−３−メチルイミダゾリウム酢酸、又は別個のＮＨＣ触媒（５モル％１，３，４−トリフェニル−４，５−ジヒドロ−１Ｈ−１，２，４−トリアゾール−５−イリデン、ＴＰＴ）の存在下、ＴＨＦ中、６０℃で１時間、ＨＭＦを選択的に自己カップリングして、有望な新規Ｃ１２ケロセン／ジェット燃料中間体であるＤＨＭＦにすることができる（Ｌｉｕら、Ｇｒｅｅｎ  Ｃｈｅｍ．２０１２年、第１４巻、２７３８〜２７４６頁）。還元性ピナコールカップリングなどの他の型のカップリング反応はＨＭＦに有効ではなかったので、このカップリング反応は、有機的に触媒された極性転換性の反応に特有のものである。
【０１２８】
本実施例に記載されているように、本発明者らは、この触媒によるカップリング反応は、ＨＭＦ及びＮＨＣ触媒の両方が固体であったとしても、あらゆる溶媒の不在下で行うことができることを見出した（スキーム２−２）。１モル％のＴＰＴを充填して、定量的なＨＭＦ変換を６０℃で１時間後に観察すると、ＤＨＭＦが９５％の高い単離収率で定量的に形成された（ＮＭＲによる）。より低い触媒充填０．５モル％を使用して、８７％の単離収率を依然として達成することができる。同様に、フルフラール及び５−メチルフルフラール（ＭＦ）もまた、１モル％のＴＰＴを使用して、たとえ室温でも、カップリングすることによって、それぞれ８９％及び９４％単離収率で、１，２−ジ（フラン−２−イル）−２−ヒドロキシエタノン（フロイン）及び５，５’−ジメチルフロインにすることができる。
【０１２９】
【化１８】
2015529636.tif 000023
【０１３０】
ＮＨＣで触媒されたアルデヒドの極性転換は、求核性エナミノール又はベンゾイン反応に関与しているＢｒｅｓｌｏｗ中間体を介して進行させるよう提案されている。実際に、発明者らは、ＨＭＦとＤＭＳＯ−ｄ６中１，３−ビス（２，４，６−トリメチルフェニル）−１，３−ジヒドロ−２Ｈ−イミダゾール−２−イリデン（ＩＭｅｓ）の周囲温度での化学量論的反応を介してこのような中間体の形成を観察した（図１３）。このエナミノールはアシルアニオン同等物であり、したがって第２のＨＭＦ分子のカルボニル基を攻撃することによって、別の四面体中間体を形成する。プロトン移動及びＮＨＣの排除を介したこの四面体中間体の崩壊は、ＤＨＭＦを生成し、ＮＨＣ触媒を再生し、したがって触媒サイクルを閉じ、カップリング生成物ＤＨＭＦの触媒の形成へとつながる（スキーム２−２）。
【０１３１】
３種のフルアルデヒドの自己縮合物は固体であるため、潜在的なジェット又はディーゼル燃料として、これらを液体に変換させるための３つの経路を調査した。発明者らは、リサイクル可能なＰｄ／Ｃ触媒を使用して、フロインをこれらの飽和した誘導体に変換するための水素化経路を最初に試験した。穏やかな水素化条件下で（２．７ＭＰａ  Ｈ２及び９０℃）、１０モル％のＰｄ／Ｃの存在下で、すべての３種のフロインを変換して、液体にすることに成功した（スキーム２−３）。
【０１３２】
【化１９】
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【０１３３】
Ｃ及びＨ含有量が、完全に水素化生成物の理論値より高かったことを示した元素の結果が示唆するように、液体は、単に完全に水素化生成物ではなく、いくらかの水素化分解生成物を伴った（表２−１）。フロイン及び５，５’−ジメチルフロインからの水素化生成物の発熱量は、それぞれ３２．７及び３３．３ＭＪ／ｋｇであると測定されたが、これは、エタノールに対する発熱量より著しく高く（２８．６ＭＪ／ｋｇ）、ジメチルフランに対する値に接近している（３３．７ＭＪ／ｋｇ）。これらの結果は、簡単な水素化後、酸素化した液体燃料としてのフロイン及び５，５’−ジメチルフロインの潜在的使用を示した。
【０１３４】
【表４】
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【０１３５】
次に、５−（アルコキシメチル）フルフラールを形成するためのアルコールを用いたＨＭＦのエーテル化（Ｂａｌａｋｒｉｓｈｎａｎら、Ｇｒｅｅｎ  Ｃｈｅｍ．２０１２年、第１４巻、１６２６頁）及びフルフラール及びグリセロール由来の水素化アセタールのアセチル化に対して確立された手順に従い、発明者らは、ＤＨＭＦを、エタノールを用いてその対応するエーテルに変換する、プロピオン酸無水物を用いてエステルに変換するためのエーテル化及びエステル化の経路を調査した。実際に、対照試験として利用したＨＭＦは、固体酸触媒Ｄｏｗｅｘ  Ｇ−２６（Ｈ型）樹脂を用いて、７５℃で２４時間、エタノールより過剰に、５−エトキシメチルフルフラールへと定量的に変換され、ＮＭＲでは［１Ｈ  ＮＭＲ（ＣＤＣｌ３）：δ９．６４（ｓ、１Ｈ、ＣＨＯ）、７．２４、６．５５（ｄ、２Η、フラン環Η）、４．５６（ｓ、２Η、ＣＨ２ＯＨ）、３．６２（ｑ、２Ｈ、ＣＨ２ＣＨ３）、１．２８（ｔ、３Ｈ、ＣＨ２ＣＨ３）］であった。同様の条件下で、ＤＨＭＦもまた対応する液体エーテル、５，５’−ジ（エトキシメチル）フロイン（ＤＥＭＦ）に定量的に変換され、第２のアルコールはそのままの状態であった（以下にさらに考察されている）。他方では、過剰のプロピオン酸無水物を使用したＤＨＭＦのエステル化は、３つのヒドロキシル基をすべてエステル化し、したがってＤＨＭＦ−トリプロピオン酸エステルを形成した（スキーム２−３）。したがって、エーテル化及びエステル化経路の両方が、ＤＨＭＦを液化してディーゼル燃料にするための代替戦略としての役目を果たすことができる。
【０１３６】
第３の経路は、金属−酸タンデム触媒作用を介したＨＤＯプロセスを利用した。ＤＨＭＦの直鎖のアルカンへの全体的なＨＤＯプロセス（スキーム２−１）は、理想的にはフラグメント化、分岐、又は環化を最小に留めながら、飽和したポリオールを得るための金属−触媒された水素化、直鎖のポリオールを得るための水溶液中でのフラン環の酸触媒された開環／加水分解、及び酸触媒された脱水、続いて最終の飽和した直鎖のＣ１２アルカン、ｎ−ドデカンを得るための金属触媒された水素化を介して進行することができる。この全体的な図式は、水素化−開環／加水分解−脱水−水素化カスケード反応を含むこのＨＤＯプロセスを促進するために、金属と酸部位の両方を有する二官能性触媒を必要とする（例えば、酸性担体上の貴金属、Ｐｔ／ＣｓＨ２ＰＷ１２Ｏ４０（Ａｌｏｔａｉｂｉら、Ｃｈｅｍ．Ｃｏｍｍｕｎ．２０１２年、第４８巻、７１９４頁；Ｔｉａｎら、Ｃｈｅｍ．Ｅｎｇ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．２０１１年、第３４巻、４８２頁））。この図式は、開環なしでフラン含有ポリオールを生成する、Ｐｄ／Ｃ上での上記水素化から得た発明者らの結果（上記を参考）及び金属−酸二官能性触媒を使用するＨＤＯ条件の対象とした場合、フラン環の開環ではなく、フラン環の水素化が、フラン含有化合物に対する主要な反応であったというＤｕｍｅｓｉｃらによる観察と一致する。
【０１３７】
高級炭化水素液体燃料をＨＤＯプロセスで生成するため，本発明者らは、穏やかな条件下で（２５０〜３００℃及び３．５ＭＰａのＨ２圧）、いくつかの二官能性触媒系を用いてＤＨＭＦのＨＤＯを調査した。フロインは、２ステッププロセスによりアルカンへ変換されることが報告され、第１のステップは、これを水中で可溶性にするための水素化であり、続いてチョーキング問題を回避するためのその後のＨＤＯである。ＤＨＭＦは水溶性であるので、そのＨＤＯプロセスは、それ以前に水素化を行うことなく、そのまま水中で行うことができる。
【０１３８】
最初の触媒スクリーニング後、本発明者らは、アルカンへのＤＨＭＦ変換に対して有効であった３種の二官能性触媒系を特定した：（１）酸性溶液（Ｈ３ＰＯ４）及びＰｄ／Ｃ；（２）ヘテロポリ酸（ＣｓＨ２ＰＷ１２Ｏ４０）担持Ｐｔ；（３）酸性固体触媒（ＴａＯＰ０４）及びＰｔ／Ｃ。全ての場合において、ＤＨＭＦは完全に変換され、Ｃ１０より下のアルカンは観察されなかったか、又はごくわずかな量であった。Ｐｄ／Ｃ＋Ｈ３Ｐ０４系（表２−２）に対して、有機相中のアルカン選択性は３８％であり、これは、８．６％のＣ１０、１７．６％のＣ１１及び１２．２％のＣ１２アルカンからなった。
【０１３９】
【表５】
2015529636.tif 000026
【０１４０】
Ｐｔ／ＣｓＨ２ＰＷ１２０４０により、１１．３％のＣ１１及び４０．６％のＣ１２アルカンからなる、比較的より高いアルカン選択性（５２％）を得た（図１４）。また、２種の異なるヘテロポリ酸（ＣｓＨ２ＰＷ１２Ｏ４０及びＣｓ２．５Ｈ０．５ＰＷ１２Ｏ４０）の性能も比較すると、Ｐｔ／Ｃｓ２．５Ｈ０．５ＰＷ１２Ｏ４０のみがＤＨＭＦを痕跡量のアルカンへ変換したことが明らかとなった。この結果は、フラン開環を促進するためには、より強いポリ酸ＣｓＨ２ＰＷ１２Ｏ４０が必要とされることを示している。ヘキサン／水の二相系及びより高い温度３００℃（表２−２）を含めて、ＨＤＯ条件を変えると、アルカン選択性はそれぞれ２４．７％及び３９．７％に実際に低下した。ＨＤＯプロセス後の単離された液体燃料は、水素化によるもの（６０〜６６％）よりも著しく高い炭素比率（７５〜８０％）を含有する。最も面白いことには、［Ｐｔ／Ｃ＋ＴａＯＰＯ４］触媒系（表２−２）を利用して、最も高いアルカン選択性９６％が３００℃において３時間で達成され、２７．０％のＣ１０（ｎ−デカン）、２２．９％のＣ１１（ｎ−ウンデカン）及び４５．６％のＣ１２（ｎ−ドデカン）を生成した（図１５）。この極めて効果的なＨＤＯプロセスを介して３つの直鎖のＣ１０〜１２アルカンのクリーンな形成を見ることは注目すべきことである。
【０１４１】
バイオマスフラン化合物を生物燃料へアップグレードするための現行の方法と比較した場合、本明細書で報告されたＤＨＭＦ経路は少なくとも以下の４つの利点を保有する：（１）他の石油化学製品との交差縮合を必要とすることなく、ＤＨＭＦは、ＨＭＦの自己カップリングから得られる；（２）ＨＭＦ自己カップリングは、有機のＮＨＣ触媒で触媒され、これは、６０℃及び１時間で、溶媒を含まない条件下（純正の）で行うことができ、ほぼ定量的な単離収率でＤＨＭＦを生成する；（３）水へのその溶解度のため、ＤＨＭＦのＨＤＯはそのまま水中で行うことができ、これは、水相からの炭化水素の自発的な分離を可能にする；及び（４）ＤＨＭＦ水素化脱酸素反応は、狭いアルカン分布で、高い変換率及び直鎖のＣ１０〜Ｃ１２アルカンに対するほぼ定量的選択性を達成する。
【０１４２】
したがって、バイオマスフルアルデヒドを液体燃料にアップグレードするための極めて効果的な新規戦略が開発され、本明細書に記載されている。この戦略は、バイオマスフルアルデヒドに有機分子触媒自己縮合（極性転換）を行ってＣ１０〜１２フロイン中間体にし、続いて水素化、エーテル化又はエステル化を行って、酸素化したバイオディーゼルにし、又は金属酸タンデム触媒作用による水素化脱酸素反応を行って、高級炭化水素燃料にすることを含む。極性転換性のカップリングステップを、有機ＮＨＣで触媒された、溶媒を含まない条件下で行い、定量的に選択的及び１００％原子経済的であり、極めてグリーンなプロセスであるという特徴をすべてが指し示している。Ｃ１０〜１２フロイン中間体の液化は、水素化、エーテル化又はエステル化により容易に達成することができ、バイオエタノールの発熱量より有意により高い発熱量を有する酸素化した液体バイオディーゼルを生成する。最も重要なことには、高級炭化水素燃料は、穏やかな条件下（３００℃、３時間、３．５ＭＰａ  Ｈ２）、二官能性の触媒系（Ｐｔ／Ｃ＋ＴａＯＰ０４）を用いた水中でのＣ１２  ＤＨＭＦの水素化脱酸素反応を介して生成することができ、これが、２７．０％のｎ−デカン、２２．９％ｎ−ウンデカン、及び４５．６％のｎ−ドデカンからなる直鎖のＣ１０〜１２アルカンに対して９６％の選択性で高品質アルカン燃料を生成する。
【０１４３】
実験の詳細。
ＤＨＭＦの水素化由来の１，２−ジ（５−ハイドロメチルテトラヒドロフラン−２−イル）エチレングリコール（ＤＨＭ−ＴＨＦ−ＥＧ）。ＤＨＭＦ（０．１ｇ、０．４ｍｍｏｌ）を３０ｍＬのＴＨＦに溶解し、Ｐｄ／Ｃ（２０モル％Ｐｄ）を充填したＰａｒｒ高圧反応器に移した。懸濁液を、加圧したＨ２（４００Ｐｓｉ）下で撹拌し、９０℃で６時間加熱した。濾過後、Ｐｄ／Ｃ触媒を収集し、ジエチルエーテルで洗浄した後再循環させ、真空下で乾燥させた。濾液を、高真空で、室温で終夜乾燥させた。得た粘性の無色の液体を、１Ｈ及び１３Ｃ  ＮＭＲ及びＨＲＭＳによりＤＨＭ−ＴＨＦ−ＥＧと同定した。ＨＲＭＳによると、Ｃ１２Ｈ２３Ｏ６［Ｍ＋Ｈ］＋に対する計算値：２６３．１４９５；実測値：２６３．１４８９であった。ＮＭＲスペクトルは、いくつかの立体異性体の存在により複雑であったが、５〜６ｐｐｍでのピークの不在は、すべてのフラン環二重結合が水素化したことを明らかに示している。カルボニル二重結合もまた水素化したことが、１３Ｃ  ＮＭＲ（Ｃ＝０信号なし）及びＨＰＬＣ−ＭＳ（カルボニル種の検出なし）により示された。
【０１４４】
【化２０】
2015529636.tif 000027
【０１４５】
ＤＨＭＦの水素化分解による１，２−ジ（５−メチル−２−フラニル）−エタンジオン（ＤＭＦ−ＥＤＯ）及び１，２−ジ（５−メチル−フラン−２−イル）エチレングリコール（ＤＭＦ−ＥＧ）。ベンゼン−水の二相系の中でＤＨＭＦ水素化分解を行った。ＤＨＭＦ（０．１ｇ、０．４ｍｍｏｌ）を最初に１５ｍＬの蒸留水に溶解し、Ｐｄ／Ｃ（２モル％Ｐｄ）、ＨＩ（６モル当量、５７％水溶液）及び２０ｍＬベンゼンを充填したＰａｒｒ高圧反応器に移した。混合物を加圧したＨ２（４００Ｐｓｉ）下で撹拌し、９０℃で１時間加熱した。反応後、ベンゼン相を収集し、濾過し、ロトバップで乾燥させた。生成したオレンジ色の固体はＤＭＦ−ＥＤＯと同定された。ＣＤＣｌ３中１Ｈ  ＮＭＲ：δ７．５１（ｄ、ＪＨ−Ｈ＝２．７Ｈｚ、２Ｈ、フラン環プロトン）、６．２３（ｄ、ＪＨ−Ｈ＝２．７ＨＺ、２Ｈ、フラン環プロトン）、２．４３（ｓ、６Ｈ、メチル基）。ＤＨＭ−ＴＨＦ−ＥＧに対して記載されている条件を使用して、この化合物をさらに水素化して液体燃料ＤＭＦ−ＥＧにすることができる。
【０１４６】
【化２１】
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【０１４７】
スキーム２−３（Ｒ＝Ｈ又はＭｅ）の対応する基質を利用することによって、テトラヒドロフラン及びメチルテトラヒドロフランを調製できる。式Ｘのフルアルデヒドの極性転換性のカップリングにより調製された、他の置換されたフラン上で水素化反応を実行することにより、様々な他の生成物を調製できる。加えて、水素化又は水素化分解の前後にＤＨＭＦを修飾することによって、上記置換基に対して定義されたような、様々な異なる置換基を有する化合物を得ることができる。実施例は、例えば、以下に図示されているような様々なハロゲン化物、アミン、及びアミド置換化合物を調製することを含む。水素化又は水素化分解後、置換基変換を行うことによって、様々な新規テトラヒドロフラン化合物
【化２２】
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（式中、Ｒは本明細書で定義されたような置換基、例えば、アルキル、シクロアルキル、アシル、アリール（例えば、フェニル又はナフチル）、ベンジル、ベンゾイルなどであり、それぞれが、１つ又は複数の置換基で場合によって置換されている）を得ることができる。
【０１４８】
ＤＨＭＦのエーテル化及びエステル化。
【０１４９】
【化２３】
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【０１５０】
エタノールでのエーテル化のため、ＤＨＭＦ（０．１０ｇ、０．４０ｍｍｏｌ）を５ｍＬバイアル内で２．０ｇのエタノールに溶解した。Ｄｏｗｅｘ  Ｇ−２６  Ｈ型樹脂（２４ｍｇ）を加え、バイアルを温度制御されたオービットシェーカー（７５℃、３００ｒｐｍ）内で２４時間加熱した。反応後、上清液体をデカントし、無水ＭｇＳ０４で乾燥させ、真空除去した。５，５’−ジ（エトキシメチル）フロイン（ＤＥＭＦ）を粘性の液体として得た。ＤＥＭＦの１Ｈ  ＮＭＲ（ＤＭＳＯ−ｄ６）：δ  ７．２１、６．４１、６．３１、６．２６（ｄ，４Ｈ，フラン環Ｈ）、５．７５（ｓ，１Ｈ，ＣＨＯＨ）、４．６１（ｓ，２Ｈ，ＣＨ２ＯＨ）、４．３８（ｓ，２Ｈ，ＣＨ２ＯＨ）、３．６９（ｑ，２Ｈ，ＣＨ２ＣＨ３）、３．４８（ｑ，２Ｈ，ＣＨ２ＣＨ３）、１．１５〜１．２４（ｍ，６Ｈ，ＣＨ２ＣＨ３）。ＨＲＭＳ  Ｃ１６Ｈ２１Ｏ６［Ｍ＋Ｈ］＋の計算値：３０９．１３３８；実測値：３０９．１３３３。アルコールの添加量を制御することによって、ＤＨＭＦのモノ−、ジ−、及びトリ−エーテル、並びに／又はこれらの混合物を調製することができる。
【０１５１】
【化２４】
2015529636.tif 000031
【０１５２】
エステル化のため、ＤＨＭＦ（０．１０ｇ、０．４０ｍｍｏｌ）を５ｍＬバイアル内でプロピオン酸無水物（０．２６ｇ、２．０ｍｍｏｌ）と混合し、温度制御されたオービットシェーカー内で、１３０℃で２時間加熱した。反応後、ＮａＨＣＯ３飽和水溶液で処理して過剰なプロパン酸無水物を除去し、酢酸エチルで抽出し、無水ＭｇＳ０４で乾燥させ、さらに溶媒除去し、乾燥させた後、ＤＨＭＦ−トリプロピオン酸エステルを粘性の液体として得た。ＤＨＭＦ−トリプロピオン酸エステルの１Ｈ  ＮＭＲ（ＣＤＣ１３）：δ  ７．２６、６．５４、６．５０、６．４１（ｄ，４Ｈ，フラン環Ｈ）、５．１９（ｓ，１Ｈ，ＣＨＯＨ）、５．１１（ｓ，２Ｈ，ＣＨ２ＯＨ）、５．０６（ｓ，２Ｈ，ＣＨ２ＯＨ）、２．３９（ｍ，６Ｈ，ＣＨ２ＣＨ３）、１．１４〜１．２５（ｍ，９Ｈ，ＣＨ２ＣＨ３）。ＨＲＭＳ  Ｃ２１Ｈ２８ＮＯ９［Ｍ＋ＮＨ４］＋の計算値：４３８．１７６４；実測値：４３８．１７５９。プロピオン酸無水物の添加量を制御することで、ＤＨＭＦのモノ、ジ、及びトリ−エステル、並びにこれらの混合物を調製することができる。
【０１５３】
フロインの水素化。フロイン（２．２０ｇ、１１．４ｍｍｏｌ）を１００ｍＬのＴＨＦ又はメタノールに溶解し、Ｐａｒｒ圧力反応容器に移し、これにＰｄ／Ｃ（４．８４ｇ、フロインに対して１０モル％のＰｄ）を加えた。系をＨ２で１５分間パージし、４００  ｐｓｉ  Ｈ２下、９０℃で６時間加熱した。反応後、Ｐｄ／Ｃを濾過で再循環させ、濾液を真空下で乾燥させた。水素化したフロインを液体として得て、これを、元素分析及び発熱量試験の対象とした。５，５’−ジメチルフロイン及びＤＨＭＦを同様の方式で水素化した。１Ｈ  ＮＭＲスペクトルは、水素化後、フラン二重結合が完全に水素化したことを示している。ＨＲＭＳによると、水素化後のＤＨＭＦに対して、Ｃ１２Ｈ２３Ｏ６［Ｍ＋Ｈ］＋の計算値：２６３．１４９５；実測値：２６３．１４８９。表２−１を参照されたい。
【０１５４】
ＤＨＭＦの水素化脱酸素反応。ＤＨＭＦ（５００ｍｇ、１．９８ｍｍｏｌ）を５０ｍＬの蒸留水に溶解し、Ｐａｒｒ圧力反応容器に移した。この反応器に、Ｐｄ／Ｃ（０．２５ｇ）＋Ｈ３ＰＯ４（０．１７５ｍＬ、０．５ｗｔ％）又はＰｔ／ＣｓＨ２ＰＷ１２Ｏ４０（０．２５ｇ）のいずれかの触媒を加えた。Ｐｔ／Ｃ＋ＴａＯＰ０４系によるＨＤＯに対して、ＤＨＭＦ、Ｐｔ／Ｃ、及びＴａＯＰ０４の充填量はそれぞれ０．２５ｇ、０．１２５ｇ、及び０．２５ｇであった。反応器をＨ２で１５分間パージし、５００ｐｓｉ  Ｈ２下で、２５０℃で２時間加熱した（Ｐｔ／Ｃ＋ＴａＯＰ０４系は、５００ｐｓｉ  Ｈ２下で、３００℃で３時間加熱）。反応後、有機相をＤＣＭで抽出し、ＧＣで分析した。ＧＣ−ＦＩＤで測定したピーク領域のパーセンテージに基づき、アルカン選択性を報告した。有機相を無水ＭｇＳＯ４でさらに乾燥させ、溶媒を真空下で除去した。残りの油性の生成物を元素分析の対象とした。表２−２を参照されたい。
【０１５５】
特定の実施形態が、開示された実施形態及び実施例に関連して上に記載されているが、このような実施形態は、例示用のみであり、本発明の範囲を制限するものではない。以下の特許請求の範囲において定義されたように、そのより広範な態様において、本発明から逸脱することなく、当業者は変更及び修正を行うことができる。
【０１５６】
すべての公開、特許、及び特許文献は、これらがまるで参照により個々に組み込まれているかのように、参照により本明細書に組み込まれている。本開示と矛盾するいずれの制限も、本開示から理解されることはない。本発明は、様々な特定の及び好ましい実施形態及び技法に関連して記載されている。しかし、本発明の趣旨及び範囲の中にありつつ、多くのばらつき及び修正が生じる可能性があることを理解されたい。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【国際調査報告】
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