[发明专利]由含碳水化合物的物质生产戊二酸和衍生物

说明书

发明领域

本发明通常涉及用于将戊糖源化学催化转化为戊二酸产物的工艺。本发明包括用于将戊糖经由戊酸和/或其衍生物转化为戊二酸产物的工艺。本发明还包括包含将戊糖催化氧化为戊酸和将戊酸和/或其衍生物催化加氢脱氧为戊二酸产物的工艺。本发明还涉及用于由戊二酸产物制备工业化学品例如二醇(例如，1，5-戊二醇)、二胺(例如，1，5-二氨基戊烷)、聚酰胺和聚酯的工艺，所述戊二酸产物由包括催化加氢脱氧戊酸(例如，木糖二酸和/或阿拉伯酸)和/或其衍生物的用于化学催化转化戊糖源的工艺获得。

发明背景

半纤维素代表自然界中第二最丰富的碳水化合物，构成木质纤维生物质的高达约20-35％。半纤维素是戊糖(例如，木糖和阿拉伯糖)、己糖和糖酸的非均相聚合物。已知半纤维素可以被酸水解为木糖且随后被环化脱水以产生糠醛。每年超过350,000吨的糠醛由木糖产生，用于塑料、药物和农用化学品中的应用。参见例如，Furfural：Hemicelluloses/xylose-derived biochemical(糠醛：半纤维素/木糖衍生的生物化学品)，Mamman等人Biofuels，Bioprod.Bioref.第2卷，第438-454页。

用于将生物可再生的碳水化合物衍生的戊糖(例如，由半纤维素衍生的木糖和阿拉伯糖)转化为更宽的组的当前商品和专业化学品的主要挑战之一是从碳水化合物选择性地除去氧原子。用于将碳-氧单键转化为碳-氢键的方法是已知的。参见，例如：美国专利第5,516,960号；美国专利申请公布2007/0215484和日本专利第78,144,506号。这些已知方法中的每一种遭受各种限制，且我们认为，目前，这些方法中一个也没有在工业上用于制造工业化学品。

鉴于半纤维素的丰度，对用于将碳-氧单键选择性地和商业上有意义地转化为碳-氢键，尤其是如与由戊酸(和/或其衍生物)例如诸如木糖二酸生产化学品有关所应用的，和尤其是用于将戊糖(例如，木糖和阿拉伯糖)转化为有价值的化学中间体例如戊二酸的新的、工业上可缩放的方法仍存在需求，戊二酸可以用于制造二醇(例如，1，5-戊二醇)、二胺(例如，1，5-二氨基戊烷)、聚酰胺、聚酯、聚酯型多元醇、香料和药物以及其他的。参见Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry(乌尔曼工业化学百科全书)，Wiley-VCH 2009和还参见美国专利5,290,852、5,281,647、4,439,551、WO 2008/144514和2008/070762、日本专利2005060447和2001316311以及美国专利申请公布2008/0103232。

发明概述

因此，简要地，本发明涉及用于制备戊二酸产物的工艺。根据一个实施方案，提供了一种用于由戊糖源生产戊二酸产物的工艺。该工艺包括通过化学催化方式将戊糖源的至少一部分转化为戊二酸产物。

根据另一个实施方案，用于制备戊二酸产物的工艺包括，在加氢脱氧催化剂和卤素源的存在下，使C5-主链基质和氢气反应以将C5-主链基质的至少一部分转化为戊二酸产物，其中C5-主链基质包括式I的化合物

其中X独立地是羟基、氧代、卤代、酰氧基或氢，条件是至少一个X不是氢且R¹独立地是成盐离子、氢、烃基或取代的烃基；或其内酯。

根据另一个实施方案，用于制备戊二酸产物的工艺包括将戊糖源的至少一部分转化为包括戊酸或其衍生物的C5-主链基质，和将戊酸或衍生物的至少一部分转化为戊二酸产物。

本发明还涉及用于制备戊酸的工艺。在一个实施方案中，该工艺包括在氧化催化剂的存在下和在基本上没有加入的碱的情况下，使选自由木糖、阿拉伯糖、核糖、来苏糖及其混合物组成的组的戊糖与氧气反应。

本发明还涉及用于通过在氧化催化剂的存在下使戊糖与氧气反应来制备戊酸的工艺，其中戊糖的至少一部分用弱羧酸，优选地乙酸来溶解。

本发明还涉及用于由戊二酸产物制备工业化学品例如二醇(例如，1，5-戊二醇)、二胺(例如，1，5-二氨基戊烷)、聚酰胺和聚酯以及其他的工艺，戊二酸产物由包括将戊糖源化学催化转化为C5-主链基质和将C5-主链基质(例如，木糖二酸和/或阿拉伯酸和/或其衍生物)催化加氢脱氧为戊二酸产物的工艺获得。

本发明还涉及至少部分地由包括加氢脱氧C5-主链基质且更具体地木糖二酸和/或其衍生物的工艺产生的戊二酸产物、二醇、二胺、聚酰胺和聚酯。

其他目的和特征将变得明显和/或将在下文指出。