[发明专利]醇介导的羧酸与碳酸酯的酯化

说明书

优先权要求

本申请要求2012年10月29日提交的美国临时申请号61/719,537的优先权权益，该申请的内容结合在此。

发明领域

本发明涉及一种用于从有机酸制备酯的化学方法。具体地，本发明涉及羧酸与碳酸酯在一种溶剂中的反应以生产酯。

背景

酯是在所有合成有机化学领域中以不同的角色遇到的重要的一类化合物。制备酯的通用方法从羧酸开始，这些羧酸与醇使用酸催化剂直接缩合(费歇尔酯化反应)。不管它们的效用，这些先前的酯化方法受制于若干环境缺点。费歇尔酯化反应是一种典型地通过强、腐蚀性、无机酸(例如，pKa<0)催化的平衡过程。在该反应中产生的水必须通过共沸或者通过使用一种脱水剂连续不断地去除或者通过使用极过量的醇抵消其作用。通常所使用的醇类(如甲醇和乙醇)可以产生遗传毒性的烷基硫酸酯。酰化和烷基化由于盐产生、毒性催化剂和试剂的使用以及含氯溶剂的使用是固有地有污染性。

近年来，化学家已经寻找其他的可以是更少污染并且更环境友好的酯制备方法。碳酸二甲酯(DMC)作为一种“绿色”试剂在或者酸催化或碱催化的甲基化或者苯胺类、酚类、活性亚甲基化合物和羧酸的甲氧羰化中已经成果卓著。DMC的吸引力在于它是无毒的并且仅仅产生CO₂和甲醇(可回收的)作为副产物的事实。

若干团体已经提出了在碱催化的甲基化或者苯胺类、酚类、活性亚甲基化合物和羧酸的甲氧羰化中使用DMC的不同的方法。其他已经提出了一种用于羧酸在温和(～80-90℃)并且无溶剂的条件下使用DMC和碳酸二乙酯(DEC)在酸催化下的酯化的化学选择性方法。(参见，Vamsi V.Rekha等人，“一种用于羧酸酯化的简单、有效、绿色、成本有效并且化学选择性的方法(A Simple,Efficient,Green,Cost Effective and Chemoselective Process for the Esterification of Carboxylic Acids)”有机过程研究与开发(Organic Process Research&Development)，第13卷，第4期，769-773(2009)。)该方法要求使用强酸(即，pKa<0)如H₂SO₄、或对-甲苯磺酸(PTSA)，或者温和的酸如间甲苯酸(MTA)，这在纯化之前要求一个下游中和步骤。

当前有机酸与DMC的酯化反应的另一个问题是它们经常在二甲基甲酰胺(DMF)中进行，由于DMF的高沸点(例如，～153℃)和随时间的推移分解的倾向(可导致高毒性和反应性的二甲胺的形成)，这可能在合成后的下游处理和纯化中是麻烦的。所希望的酯产物的这种污染可能是昂贵并且有害的。

鉴于以上缺点，需要一种新的酯化方法，该方法可以消除或最小化与依赖于一种外来催化剂的酯化反应有关的问题。

发明概述

本发明提供了一种制备酯的方法。该方法涉及一种有机酸与一种碳酸二烷基酯在一种含醇溶剂存在下并且没有或者外来酸性或者碱性催化剂物种的情况下的反应。该方法进一步包括分离对应的酯。该有机酸是一种单-、二-、三-羧酸或此类有机酸的组合。该溶剂是由一种醇、不同醇的混合物、或者醇和非醇物种的组合组成的。该醇在该碳酸二烷基酯与有机酸之间的反应中起介导剂的作用。由于该醇的固有的亲核性推动酯合成，不存在一种外来酸或一种碱催化剂。取决于反应物种，可以单独产生单酯、二酯、或三酯、或其呈不同组合的混合物。

在另一个方面中，本发明涉及一种酯化合物，该酯化合物从一种羧酸与一种碳酸酯在含醇溶剂中在不存在或者酸或者碱催化剂下的反应形成。

本发明方法的另外的特征和优点将披露于以下详细说明中。应理解，以上概述和以下详细说明和实例都仅代表本发明，并且旨在提供概要以便理解如所要求保护的发明。

附图简要说明

图1是根据本发明方法的一个重复的酯化反应的图解。

图2是对于原位碳酸酯置换的一个限速步骤的图解。

图3示出了根据本发明的一个实施例的一组酯化反应，其中不同的羧酸与碳酸甲酯在甲醇中反应。

图4示出了根据本发明的一个实施例的一组酯化反应，其中不同的羧酸与碳酸二乙酯在乙醇中反应。

图5示出了一组对比的酯化反应，其中乙酰丙酸在纯的碳酸酯中在没有一种醇溶剂情况下反应。