具体实施方式

定义：

“烷基”意味着饱和的直链或支链的非环烃基。具有1至6个碳原子的(或“C₁-C₆”)烷基的实例具体来说是甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、叔丁基、戊基或己基。

“亚烷基”意味着饱和的直链或支链的二价非环烃基。具有1至12个碳原子的亚烷基的实例具体来说是亚甲基、亚乙基、亚丙基、亚丁基、亚戊基、亚己基、亚庚基、亚辛基、亚壬基、亚癸基、亚十一烷基或亚十二烷基。

“碳环”意味着任选未饱和的脂族或芳族、优选为脂族单环或多环烃基。具有6至12个环成员的碳环的实例具体来说是环己基、环庚基、环辛基或环十二烷基。

“烷氧基”或“烷基氧基”意味着通过-O-键附连到分子的其余部分的如上所定义的烷基(“-O-烷基”)。烷氧基的实例具体来说是甲氧基。

“酰氧基”意味着式-O-C(O)-R”的基团，其中R”是饱和或不饱和的、直链或支链、环状或非环、芳族或脂族烃基。酰氧基的实例是乙酰氧基(-O-C(O)-CH₃)。

本发明涉及一种在环氧化物的过水解反应后合成在后文中被称为“HPA”的氢过氧化醇类的方法。

可用于本发明的环氧化物具有下式：

在本发明的第一实施方式中，R¹和R²各自独立地表示含有1至20个碳原子的任选被取代的烷基或基团-L-A，其中L是键或含有1至12个碳原子并任选被取代的直链或支链亚烷基链，并且A表示氢原子或基团-COXR，其中X表示氧原子或基团-NR'，并且R和R'各自独立地表示选自下述的基团：氢原子、C₁-C₆烷基或基团–(CH₂)-CH(OCOR⁵)-CHOCOR⁶，R⁵和R⁶各自独立地表示任选被至少一个环氧基团-CH(O)CH-取代和/或中断的直链或支链C₈-C₂₂烷基。

所述亚烷基链L以及R¹、R³和R⁴的烷基可以彼此独立地被选自下述的至少一个基团取代：羟基，含有2至8个碳原子的酰氧基和含有1至6个碳原子的烷氧基。优选的取代基是甲氧基、羟基和乙酰氧基。

优选地，X表示氧原子。此外，优选地R³＝R⁴＝H。

当R²表示基团-L-A并且其中A是氢原子时，优选地L表示含有4至12个、更优选地4至8个碳原子的亚烷基链，并且R¹表示C₄-C₁₂烷基。对应于这个定义的环氧化物的实例是十四碳-7-烯的氧化物。作为变化形式，L可以表示键。这种环氧化物的实例是十八碳-1-烯的氧化物。

在特定实施方式中，R¹或R²是-L-A，其中A是氢原子并且L是键。

当R²表示基团-L-A并且其中A表示基团-COXR时，优选地L表示含有5至12个、更优选地7至11个碳原子的亚烷基链，并且R¹表示C₆-C₁₀烷基。优选地，X＝O。因此，在有利情况下，基团R表示氢原子或甲基。对应于这个定义的环氧化物的实例是环氧化芥酸的甲基酯(或13,14-环氧-二十二烷酸甲酯)和环氧化油酸的甲基酯(或9,10-环氧-十八烷酸甲酯)。

作为变化形式，基团A可以表示基团–(CH₂)-CH(OCOR⁵)-CHOCOR⁶，其中R⁵和R⁶各自独立地表示任选被至少一个环氧基团-CH(O)CH-中断的C₈-C₂₂烷基。因此，根据本发明使用的环氧化物对应于一种或多种脂肪酸的甘油三酯，所述脂肪酸可以是相同或不同的，优选为相同的。这种化合物的实例是环氧化油酸的甘油三酯(或三(9,10-环氧十八烷酸)甘油酯)。

根据又一种可能性，R²表示基团-L-A，其中L是键，并且A表示基团-COXR。X优选为氧原子。因此，在有利情况下，基团R表示氢原子或C₁-C₆烷基。对应于这个定义的环氧化物的实例是环氧马来酸、环氧富马酸及其酯。

在本发明的第二实施方式中，R¹和R²一起形成由6至12个环成员构成的碳环，所述碳环任选被至少一个直链或支链C₁-C₆烷基取代。对应于这个定义的环氧化物的实例给出如下：

在本发明的特定实施方式中，所述式(II)的环氧化物是萜烯的环氧化产物。所述萜烯具体来说包括单萜烯、倍半萜烯、二萜烯、二倍半萜烯、三萜烯、类胡萝卜素或萜类化合物。萜烯的实例具体来说是α-蒎烯、β-蒎烯、蒈烯、柠檬烯、胡萝卜素、罗勒烯、月桂烯、香茅烯、甲氧基香茅烯、法呢烯、角鲨烯、虾青素或7-甲氧基-3,7-二甲基辛-1-烯，这个名单不是穷举性的。

在本发明的优选实施方式中，所述式(II)的环氧化物是单或多不饱和脂肪酸或其酯的环氧化产物、特别是所述脂肪酸的烷基酯或甘油酯的环氧化产物。因此，所述式(II)的化合物可以选自棕榈油酸、油酸、芥酸或神经酸或其酯的环氧化产物，优选地所述式(II)的化合物是油酸或其酯的环氧化产物。所述脂肪酸或其甘油酯本身可以源自于植物油。就其本身而言，所述脂肪酸烷基酯可以通过至少一种植物油的转酯作用获得。

作为植物油的实例，我们可以特别提及小麦胚芽油、葵花籽油、摩洛哥坚果油、木槿油、芫荽油、葡萄籽油、芝麻油、玉米油、杏油、蓖麻油、乳木果油、鳄梨油、橄榄油、大豆油、甜杏仁油、棕榈油、菜籽油、棉油、榛子油、澳洲坚果油、霍霍巴油、苜蓿油、罂粟油、中华秋葵油、芝麻油、葫芦油、黑加仑油、月见草油、薰衣草油、琉璃苣油、小米油、大麦油、藜麦油、黑麦油、红花油、烛果油、西番莲油、麝香玫瑰油、蓝蓟油、野生亚麻油或山茶油。

所述植物油的环氧化可以按照本领域技术人员已知的常规方式进行，它们的任选的转酯作用也是如此。通常优选地在环氧化之前进行转酯作用。

在另一个实施方式中，在所述过水解反应中使用的底物是烯烃的环氧化产物。同样地，环氧化可以按照本领域技术人员已知的常规方式，例如利用过羧酸来进行。

无论使用何种环氧化物类型的底物，根据本发明所述的方法包括在由磷钨酸组成的特定催化剂存在下，通过向所述环氧化物添加过氧化氢溶液，经由过水解将所述环氧化物转化成HPA。

所述过氧化氢溶液的浓度为至少30％或甚至至少45％且至多60％或甚至70％，例如30％、45％、60％或70％(w/v)。观察到较高浓度的过氧化氢引起较快的反应，这反映在不到4小时内转化程度为至少90％、优选地超过95％或甚至超过99％。过氧化氢通常以相对于所述环氧化物1摩尔当量至1.5摩尔当量的量使用，优选地以1.1摩尔当量至1.3摩尔当量的比率使用。

就其本身而言，所述催化剂通常以相对于环氧化物的重量0.01至2重量％，例如至少0.1重量％或至少0.2重量％，特别是至少0.4重量％或至少0.5重量％，并且例如至多1.5重量％，特别是至多1重量％的量使用。此外，使用的催化剂的量相对于环氧化物的摩尔量占至少10ppm摩尔、例如至少50ppm摩尔或甚至至少100ppm摩尔、特别是至少200ppm摩尔或甚至至少400ppm摩尔或甚至至少800ppm摩尔，并且至多2000ppm摩尔、有利地至多1500ppm摩尔或甚至至多1000ppm摩尔。

所述过水解反应可以在5℃至60℃、优选地20℃至60℃、更优选地30℃至50℃的温度下进行10分钟至4小时、优选地45分钟至2.5h的时间。观察到根据本发明使用的催化剂事实上可以在所述时间间隔后使所述环氧化物的转化程度达到至少90％、优选地至少95％或甚至至少99％(如通过¹H NMR测量的)。在上述范围内，所述反应的温度越高，持续时间越短。

上述反应物(环氧化物、过氧化氢和催化剂)可以以任何顺序引入到在其中进行所述反应的反应器中。然而，优选地，所述过水解反应在不存在有机溶剂，即能够溶解所述环氧化物和/或催化剂并且其结构含有一个或多个碳原子的化合物的情况下进行。此类溶剂的实例具体来说是极性质子溶剂例如醇类。事实上已证实，这些溶剂在室温下减缓所述过水解反应，并通常降低HPA的得率。

上述方法通常可以以至少60％，优选地至少65％或至少70％，通常至少80％或甚至至少85％或甚至至少90％的得率获得所需HPA。此外，所述反应的周转数(TON)总是高于300，通常高于700，并且可能高达15 000或甚至高达20 000或甚至50 000。通常，获得式(Ia)和(Ib)的HPA的混合物。

这种方法可用于环氧化植物油的氧化裂解，特别是用于形成脂肪醛和/或脂肪酸。根据本发明获得的HPA向醛和/或酸的转化可以以本领域技术人员已知的常规方式，通过酸或碱催化或通过自由基途径进行。

实施例

本发明从下面的实施例将被更好地理解，提供所述实施例纯粹是出于说明的目的而没有限制本发明范围的目的，本发明的范围由权利要求书定义。

材料和方法

反应物从通常的商业供应商(Sigma-Aldrich-Merck、Acros、Alfa-Aesar、Fisher)获得，并且不需事先纯化即可使用。热重分析揭示出商业化水合磷钨酸含有7.87％(w/w)的水。因此，下文中指示的物质的量对应于所述商业化水合磷钨酸。9,10-环氧硬脂酸甲酯按照文献中的程序制备¹¹，并且以82％至99％的纯度获得。

NMR分析：质子的核磁共振(NMR)波谱在AVANCE 400 NMR波谱仪上，在25℃下以400.1MHz记录(Bruker)。化学位移以相对于残留非氘化溶剂的信号的ppm(百万分数)为单位表示。信号的多重性描述如下：单峰(s)，双峰(d)，三重峰(t)和多重峰(m)。

TGA分析：热重分析使用TGA-DSC-1Mettler-Toledo装置，在无水氮分子流下使用10℃/min的加热速率进行。

实施例1：9,10-环氧硬脂酸甲酯的过水解——温度的影响

在装备有磁力搅拌子的6-mL试管中装入0.506mmol 9,10-环氧硬脂酸甲酯、0.48μmol水合磷钨酸和0.617mmol(35μL)60％w/v的过氧化氢水性溶液。将所述混合物在下表中指示的给定温度下搅拌给定时间。在搅拌时间结束时，在0.5mL氘代氯仿(CDCl₃)中稀释的反应粗产物的¹H NMR分析显示9,10-环氧硬脂酸甲酯被完全转化成下表中给出的比例的9(10)-氢过氧化-10(9)-羟基硬脂酸甲酯(HPA)和9,10-二羟基硬脂酸甲酯的混合物：

[表1]

^[a]转化程度和得率通过在CDCl₃中稀释的反应粗产物的¹H NMR确定。

正如这个试验显示的，温度提高可以在较短时间内获得略微更高的TON，但对转化程度和HPA的选择性没有显著影响，因此所述反应可以在接近室温的温度下进行。

实施例2：9,10-环氧硬脂酸甲酯的过水解——过氧化氢水性溶液的浓度的影响

在装备有磁力搅拌子的6-mL试管中装入0.506mmol 9,10-环氧硬脂酸甲酯、0.48μmol水合磷钨酸和已知浓度的过氧化氢水性溶液(0.617mmol)。将所述混合物在30℃搅拌1小时的时长。在搅拌结束时，在0.5mL氘代氯仿(CDCl₃)中稀释的反应粗产物的¹H NMR分析显示9,10-环氧硬脂酸甲酯被转化成下表中给出的比例的9(10)-氢过氧化-10(9)-羟基硬脂酸甲酯(HPA)和9,10-二羟基硬脂酸甲酯的混合物：

[表2]

^[a]转化程度和得率通过在CDCl₃中稀释的反应粗产物的¹H NMR确定。

^[b]反应2h 10min而不是1小时。

^[c]反应16h而不是1小时。

从这个试验可以明显看出，使用浓度高于30％(w/v)的过氧化氢可以在仅仅1小时内达到高于99％的转化程度。

实施例3：9,10-环氧硬脂酸甲酯的过水解——催化剂载量的影响

在装备有磁力搅拌子的6-mL试管中装入1.050mmol 9,10-环氧硬脂酸甲酯、已知量的水合磷钨酸和1.280mmol(72.6μL)60％w/v的过氧化氢水性溶液。将所述混合物在30℃搅拌给定的时间长度。在搅拌结束时，在0.5mL氘代氯仿(CDCl₃)中稀释的反应粗产物的¹H NMR分析显示9,10-环氧硬脂酸甲酯被转化成下表中给出的比例的9(10)-氢过氧化-10(9)-羟基硬脂酸甲酯(HPA)和9,10-二羟基硬脂酸甲酯的混合物：

[表3]

^[a]转化程度和得率通过在CDCl₃中稀释的反应粗产物的¹H NMR确定。

从该表中明显看出，在30℃下，使用低于1重量％的催化剂载量可以获得高于99％的转化程度，并且所述载量甚至可以降低到0.2重量％而不实质性增加反应时间或影响HPA的得率。此外，10重量％量级的催化剂载量不允许实现所需的HPA得率，并对反应的TON具有不利影响。

实施例4：9,10-环氧硬脂酸甲酯的过水解——在50℃下反应的研究

在装备有磁力搅拌子的6-mL试管中装入可变量的9,10-环氧硬脂酸甲酯、0.110μmol水合磷钨酸和可变量的60％w/v的过氧化氢水性溶液(1.2摩尔当量)。将所述混合物在50℃搅拌给定的时间长度。在搅拌结束时，在0.5mL氘代氯仿(CDCl₃)中稀释的反应粗产物的¹H NMR分析显示9,10-环氧硬脂酸甲酯被转化成下表中给出的比例的9(10)-氢过氧化-10(9)-羟基硬脂酸甲酯(HPA)和9,10-二羟基硬脂酸甲酯的混合物：

[表4]

^[a]转化程度和得率通过在CDCl₃中稀释的反应粗产物的¹H NMR确定。

从该表中明显看出，在50℃下，使用低于1重量％的催化剂载量可以获得至少90％的转化程度，并且所述载量甚至可以被降低到0.05重量％而对HPA的得率没有任何显著影响。

实施例5：9,10-环氧硬脂酸甲酯的过水解——添加溶剂的影响

在装备有磁力搅拌子的6-mL试管中装入1.23mmol 9,10-环氧硬脂酸甲酯、0.99μmol水合磷钨酸、1900μL叔丁醇和30％(w/v)的过氧化氢水性溶液(1.25mmol)。将所述混合物在一定温度下搅拌给定的时间长度。在搅拌结束时，在0.5mL氘代氯仿(CDCl₃)中稀释的反应粗产物的¹H NMR分析显示9,10-环氧硬脂酸甲酯被转化成下表中给出的比例的9(10)-氢过氧化-10(9)-羟基硬脂酸甲酯(HPA)和9,10-二羟基硬脂酸甲酯的混合物：

[表5]

^[a]转化程度和得率通过在CDCl₃中稀释的反应粗产物的¹H NMR确定。

正如从该表中明显看出的，所述反应混合物中有机溶剂的存在不总是可以在至多约2小时内实现环氧化物的最高转化程度和可接受的HPA得率。这个问题可以通过将反应混合物轻微加热来克服。

然而，如实施例2中所示，在不存在溶剂的情况下，即使是在30℃下，在至多2h10min内获得最高转化程度并具有可接受的得率。此外，观察到在最高过氧化氢浓度下，缺少溶剂也可以实现HPA得率的显著提高。事实上，当在实施例1的条件但存在950μL叔丁醇的情况下进行过水解反应时，HPA的得率在30℃下1小时后仅为47％(而不是74％)，并且在50℃下10分钟后仅为58％(而不是76％)。

实施例6：2-(6-甲氧基-6-甲基庚-2-基)氧杂环丙烷的过水解

在装备有磁力搅拌子的6-mL试管中装入1.00mmol 2-(6-甲氧基-6-甲基庚-2-基)氧杂环丙烷、0.13μmol水合磷钨酸和60％(w/v)的过氧化氢水性溶液(1.01mmol)。将所述混合物在50℃下以1000转/分搅拌3小时。在搅拌结束时并在室温下，向反应混合物添加0.14mmol六氟苯，以充当用于反应产物定量的内标。在0.5mL的氘代二氯甲烷(CD₂Cl₂)中稀释的反应粗产物的¹³C NMR定量分析显示，2-(6-甲氧基-6-甲基庚-2-基)氧杂环丙烷被转化成由1(2)-氢过氧化-7-甲氧基-3,7-二甲基辛-2(1)-醇(HPA)和7-甲氧基-3,7-二甲基辛-1,2-二醇构成的混合物，它们分别以66mol％和34mol％的得率获得。由此实现了5000的TON。

实施例7：7-氧杂双环[4.1.0]庚烷的过水解

在装备有磁力搅拌子的19-mL试管中装入5.93mmol 7-氧杂双环[4.1.0]庚烷、0.70μmol水合磷钨酸和0.5mL氘代二氯甲烷。然后在该试管置于恒温控制到5℃的浴中，然后将其缓慢搅拌30分钟。在此时间后，将搅拌设定到1000转/分，然后在30分钟的时间段内通过注射泵缓慢添加60％(w/v)的过氧化氢水性溶液(6.00mmol)。最后，在5℃搅拌30分钟的最终时间段允许环氧化物的完全转化。然后向反应混合物添加0.75mmol 1,4-二溴苯，充当用于反应产物定量的内标。在2mL氘代二氯甲烷(CD₂Cl₂)中稀释的反应粗产物的¹H NMR定量分析显示，7-氧杂双环[4.1.0]庚烷被转化成由2-氢过氧化环己-1-醇(HPA)和环己-1,2-二醇构成的混合物，它们分别以34mol％和32mol％的得率获得。由此实现了2900的TON。

实施例8：环氧化橄榄油的过水解

在装备有磁力搅拌子的6-mL试管中装入332.4mg含有3.21mmol/g的环氧官能团的环氧化橄榄油。这种组成通过经粗品橄榄油的定量¹H NMR对烯基官能团进行定量，然后确保烯基官能团完全转化成环氧化物来确定。然后添加0.13μmol水合磷钨酸和60％(w/v)的过氧化氢水性溶液(1.06mmol)。将所述混合物在50℃下以1000转/分搅拌4小时。在搅拌结束时并在室温下，向反应粗产物添加1.5mL氘代甲醇和0.5mL氘代氯仿，然后¹H NMR定量分析可以观察到所述环氧化橄榄油已被完全转化成由氢过氧化醇类和邻二醇类构成的混合物，它们分别以73mol％(作为氢过氧化醇官能团)和12mol％(邻二醇官能团)的得率获得。由此实现了5600的TON。

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