本申請(qǐng)要求均于2014年4月10日提交的國際申請(qǐng)?zhí)朠CT/US2014/033580和PCT/US2014/033581以及2014年11月19日提交的國際申請(qǐng)?zhí)朠CT/US2014/66298的優(yōu)先權(quán)權(quán)益，各自的內(nèi)容通過引用結(jié)合在此。

發(fā)明領(lǐng)域

本發(fā)明涉及某些雙官能分子和它們的制備。具體地，本發(fā)明涉及一種催化脫水糖醇以產(chǎn)生二脫水糖的方法。

背景

傳統(tǒng)上，已經(jīng)由石油衍生的原料制備了聚合物和商品化學(xué)品。然而，隨著油貯迅速地耗盡并且伴隨地變得更難以接近，從生物衍生的資源開發(fā)可再生或“綠色”替代材料的緊迫性已經(jīng)是許多目前研究的先鋒，特別地在對(duì)于常規(guī)石油基或衍生的對(duì)應(yīng)物的商業(yè)上可行的替代物的作用上，或者用于產(chǎn)生如從化石、不可再生的源產(chǎn)生的相同材料。

對(duì)于此類材料的生物衍生的或可再生的替代原料的最豐富種類之一是碳水化合物。然而，碳水化合物通常不適合現(xiàn)在的高溫工業(yè)方法。與具有低官能度的石油基、疏水的脂肪族或芳香族的原料相比，碳水化合物(如糖)是復(fù)雜的、高度官能化的親水材料。其結(jié)果是，研究人員已經(jīng)尋求生產(chǎn)以下生物基化學(xué)品，這些生物基化學(xué)品源自碳水化合物，但是它們是較小高度官能化的，包括更穩(wěn)定的雙官能化合物，如2,5-呋喃二甲酸(FDCA)、乙酰丙酸、以及1,4:3,6-雙脫水己糖醇。

1,4:3,6-雙脫水己糖醇(在此還被稱為異己糖醇)衍生自來自谷物基多糖的可再生資源。異己糖醇具體為一類衍生自對(duì)應(yīng)的還原糖醇(即，對(duì)應(yīng)地D-山梨糖醇、D-甘露糖醇、以及D-艾杜糖醇)的二環(huán)呋喃二醇。取決于手性，異己糖醇的三種異構(gòu)體分別是：A)異山梨醇、B)異甘露糖醇、和C)異艾杜糖醇，它們的結(jié)構(gòu)在方案1中示出。

方案1：異甘露糖醇A、異山梨醇B、和異艾杜糖醇C的結(jié)構(gòu)。

用于脫水糖醇以產(chǎn)生二脫水己糖醇的傳統(tǒng)化學(xué)過程產(chǎn)生不希望的副產(chǎn)物。用于從許多副產(chǎn)物中分離出異己糖醇的目前方法的高成本和復(fù)雜性使得高度希望更廉價(jià)且更簡(jiǎn)單的替代物的開發(fā)。因此，一種可以增強(qiáng)希望的產(chǎn)物的更大的轉(zhuǎn)化率和更高的產(chǎn)率并且減少副產(chǎn)物的量的方法將是受歡迎的。

發(fā)明概述

本披露部分地描述了一種用于制備環(huán)狀脫水產(chǎn)物的方法。該方法涉及使糖醇與混合酸催化劑反應(yīng)混合物在一定溫度下接觸并且持續(xù)一段時(shí)間，該時(shí)間足以使該糖醇分子脫水并且閉環(huán)為在產(chǎn)物混合物中相應(yīng)的環(huán)狀脫水產(chǎn)物，該混合酸催化劑反應(yīng)混合物在溶液中含有與至少一種具有pKa≤0的強(qiáng)布朗斯特酸或路易斯酸或者這兩種強(qiáng)布朗斯特和路易斯酸組合的具有約1.0-1.5的pKa的還原布朗斯特酸。該方法可以使在總轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)物產(chǎn)率上的顯著改進(jìn)(而沒有對(duì)于產(chǎn)物可計(jì)量性的水平的顯著不利影響)和減少的顏色體形成成為可能。

還原酸和至少一種布朗斯特酸或路易斯酸的比率以從約1000:1至約5:1的相對(duì)量存在。相對(duì)于在相同的對(duì)應(yīng)酸催化劑負(fù)載量下分開并且單獨(dú)地使用該還原布朗斯特酸、該強(qiáng)布朗斯特酸、或路易斯酸持續(xù)相同的反應(yīng)時(shí)間和溫度的脫水反應(yīng)，該方法可以產(chǎn)生二脫水糖產(chǎn)物的相對(duì)產(chǎn)率的至少3％增加。

本發(fā)明方法的另外的特征和優(yōu)點(diǎn)將披露于以下詳細(xì)說明中。應(yīng)理解的是上述概述以及以下詳細(xì)說明和實(shí)例都僅代表本發(fā)明，并且旨在提供用于理解如所要求保護(hù)的本發(fā)明的綜述。

附圖簡(jiǎn)要說明

圖1是一個(gè)條形圖，示出了來自在140℃下持續(xù)2h(120min)用1)單獨(dú)地10mol.％的H₃PO₃、2)單獨(dú)地0.1mol.％的H₂SO₄、以及3)在混合酸催化劑中組合這兩者催化的山梨糖醇的三個(gè)脫水環(huán)化反應(yīng)的產(chǎn)物混合物的組成可計(jì)量性。

圖2是一個(gè)條形圖，示出了來自在150℃下持續(xù)1h(60min)用1)單獨(dú)地10mol.％的H₃PO₃、2)單獨(dú)地0.1mol.％的H₂SO₄、以及3)在混合酸催化劑中組合這兩者催化的山梨糖醇的三個(gè)脫水環(huán)化反應(yīng)的產(chǎn)物混合物的組成可計(jì)量性。

圖3是一個(gè)條形圖，示出了來自在140℃下持續(xù)2h(120min)用1)單獨(dú)地5mol.％的H₃PO₃、2)單獨(dú)地0.1mol.％的H₂SO₄、以及3)在混合酸催化劑中組合這兩者催化的山梨糖醇的三個(gè)脫水環(huán)化反應(yīng)的產(chǎn)物混合物的組成可計(jì)量性。

圖4是一個(gè)條形圖，示出了來自在150℃下持續(xù)1h(60min)用1)單獨(dú)地5mol.％的H₃PO₃、2)單獨(dú)地0.1mol.％的H₂SO₄、以及3)在混合酸催化劑中組合這兩者催化的山梨糖醇的三個(gè)脫水環(huán)化反應(yīng)的產(chǎn)物混合物的組成可計(jì)量性。

圖5是一個(gè)條形圖，示出了來自在140℃下持續(xù)2h(120min)用1)單獨(dú)地10mol.％的H₃PO₃、2)單獨(dú)地0.1mol.％的p-TsOH、以及3)在混合酸催化劑中組合這兩者催化的山梨糖醇的三個(gè)脫水環(huán)化反應(yīng)的產(chǎn)物混合物的組成可計(jì)量性。

圖6是一個(gè)條形圖，示出了來自在150℃下持續(xù)1h(60min)用1)單獨(dú)地10mol.％的H₃PO₃、2)單獨(dú)地0.1mol.％的p-TsOH、以及3)在混合酸催化劑中組合這兩者催化的山梨糖醇的三個(gè)脫水環(huán)化反應(yīng)的產(chǎn)物混合物的組成可計(jì)量性。

圖7是一個(gè)條形圖，示出了來自在140℃下持續(xù)2h(120min)用1)單獨(dú)地5mol.％的H₃PO₃、2)單獨(dú)地0.1mol.％的p-TsOH、以及3)在混合酸催化劑中組合這兩者催化的山梨糖醇的三個(gè)脫水環(huán)化反應(yīng)的產(chǎn)物混合物的組成可計(jì)量性。

圖8是一個(gè)條形圖，示出了來自在150℃下持續(xù)1h(60min)用1)單獨(dú)地5mol.％的H₃PO₃、2)單獨(dú)地0.1mol.％的p-TsOH、以及3)在混合酸催化劑中組合這兩者催化的山梨糖醇的三個(gè)脫水環(huán)化反應(yīng)的產(chǎn)物混合物的組成可計(jì)量性。

圖9是一個(gè)條形圖，示出了來自在140℃下持續(xù)2h(120min)用1)單獨(dú)地2.5mol.％的H₃PO₃、2)單獨(dú)地0.1mol.％的p-TsOH、以及3)在混合酸催化劑中組合這兩者催化的山梨糖醇的三個(gè)脫水環(huán)化反應(yīng)的產(chǎn)物混合物的組成可計(jì)量性。

圖10是一個(gè)條形圖，示出了來自在150℃下持續(xù)1h(60min)用1)單獨(dú)地2.5mol.％的H₃PO₃、2)單獨(dú)地0.1mol.％的p-TsOH、以及3)在混合酸催化劑中組合這兩者催化的山梨糖醇的三個(gè)脫水環(huán)化反應(yīng)的產(chǎn)物混合物的組成可計(jì)量性。

圖11是一個(gè)條形圖，示出了來自在140℃下持續(xù)2h(120min)用1)單獨(dú)地5mol.％的H₃PO₃、2)單獨(dú)地0.005mol.％的Ga(OTf)₃、以及3)在混合酸催化劑中組合這兩者催化的山梨糖醇的三個(gè)脫水環(huán)化反應(yīng)的產(chǎn)物混合物的組成可計(jì)量性。

圖12是一個(gè)條形圖，示出了來自在130℃下持續(xù)3h(180min)用1)單獨(dú)地5mol.％的H₃PO₃、2)單獨(dú)地0.005mol.％的Ga(OTf)₃、以及3)在混合酸催化劑中組合這兩者催化的山梨糖醇的三個(gè)脫水環(huán)化反應(yīng)的產(chǎn)物混合物的組成可計(jì)量性。

圖13是一個(gè)條形圖，示出了來自在110℃下持續(xù)1h(60min)用1)單獨(dú)地5mol.％的H₃PO₃、2)單獨(dú)地0.01mol.％的Ga(OTf)₃、以及3)在混合酸催化劑中組合這兩者催化的山梨糖醇的三個(gè)脫水環(huán)化反應(yīng)的產(chǎn)物混合物的組成可計(jì)量性。

圖14是一個(gè)條形圖，示出了來自在140℃下持續(xù)2h(120min)用1)單獨(dú)地5mol.％的H₃PO₃、2)單獨(dú)地0.01mol.％的Ga(OTf)₃、以及3)在混合酸催化劑中組合這兩者催化的山梨糖醇的三個(gè)脫水環(huán)化反應(yīng)的產(chǎn)物混合物的組成可計(jì)量性。

圖15是一個(gè)條形圖，示出了來自在130℃下持續(xù)3h(180min)用1)單獨(dú)地5mol.％的H₃PO₃、2)單獨(dú)地0.01mol.％的Ga(OTf)₃、以及3)在混合酸催化劑中組合這兩者催化的山梨糖醇的三個(gè)脫水環(huán)化反應(yīng)的產(chǎn)物混合物的組成可計(jì)量性。

圖16是一個(gè)條形圖，示出了來自在140℃下持續(xù)2h(120min)用1)單獨(dú)地5mol.％的H₃PO₃、2)單獨(dú)地0.05mol.％的Ga(OTf)₃、以及3)在混合酸催化劑中組合這兩者催化的山梨糖醇的三個(gè)脫水環(huán)化反應(yīng)的產(chǎn)物混合物的組成可計(jì)量性。

圖17是一個(gè)條形圖，示出了來自在150℃下持續(xù)1h(60min)用1)單獨(dú)地5mol.％的H₃PO₃、2)單獨(dú)地0.05mol.％的Ga(OTf)₃、以及3)在混合酸催化劑中組合這兩者催化的山梨糖醇的三個(gè)脫水環(huán)化反應(yīng)的產(chǎn)物混合物的組成可計(jì)量性。

圖18是一個(gè)條形圖，示出了來自在150℃下持續(xù)1h(60min)用1)單獨(dú)地5mol.％的H₃PO₃、2)單獨(dú)地0.1mol.％的Ga(OTf)₃、以及3)在混合酸催化劑中組合這兩者催化的山梨糖醇的三個(gè)脫水環(huán)化反應(yīng)的產(chǎn)物混合物的組成可計(jì)量性。

圖19是一個(gè)條形圖，示出了在150℃，1h(60min.)，組合或各自單獨(dú)地使用三種不同的催化劑：5mol.％的H₃PO₃、0.01mol.％的Bi(OTf)₃、和0.05mol.％的p-TsOH的山梨糖醇的脫水環(huán)化的產(chǎn)物混合物的相對(duì)組成和百分比可計(jì)量性。

圖20是一個(gè)條形圖，示出了在150℃，1h(60min.)，組合或各自單獨(dú)地使用三種不同的催化劑：2.5mol.％的H₃PO₃、0.01mol.％的Bi(OTf)₃、和0.1mol.％的p-TsOH的山梨糖醇的脫水環(huán)化的產(chǎn)物混合物的相對(duì)組成和百分比可計(jì)量性。

圖21是一個(gè)條形圖，示出了在150℃，1h(60min.)，組合或各自單獨(dú)地使用三種不同的催化劑：5mol.％的H₃PO₃、0.01mol.％的Hf(OTf)₄、和0.05mol.％的p-TsOH的山梨糖醇的脫水環(huán)化的產(chǎn)物混合物的相對(duì)組成和百分比可計(jì)量性。

圖22是一個(gè)條形圖，示出了在不同溫度(170℃和190℃)下并且持續(xù)不同時(shí)間段使用10mol.％的H₃PO₃和0.1mol.％的H₂SO₄的共催化組合的山梨糖醇的脫水環(huán)化的產(chǎn)物混合物的相對(duì)組成和百分比可計(jì)量性。

圖23是一個(gè)條形圖，為了對(duì)比的目的，示出了僅使用硫酸催化劑在不同催化劑負(fù)載量、溫度和反應(yīng)時(shí)間下的山梨糖醇的脫水環(huán)化的產(chǎn)物混合的相對(duì)組成和百分比可計(jì)量性。

發(fā)明詳細(xì)說明

本披露描述了一種方法，該方法可以改進(jìn)轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)率，并且增強(qiáng)由糖醇的脫水反應(yīng)制備的產(chǎn)物混合物中的組成可計(jì)量性?？傮w上，該方法涉及使糖醇與混合酸催化劑接觸以使該糖醇分子脫水并且閉環(huán)為其相應(yīng)的環(huán)狀脫水產(chǎn)物，該混合酸催化劑在溶液中含有具有約1.0-1.5的pKa的還原布朗斯特酸以及具有pKa≤0的強(qiáng)布朗斯特酸或路易斯酸、或這兩種酸。

當(dāng)糖醇通過酸催化劑脫水時(shí)，典型地形成一些副產(chǎn)物。這些不希望的產(chǎn)物是不容易鑒別的，意味著形成有不被鑒別為具體的環(huán)狀脫水衍生物種(例如，異己糖醇或脫水山梨糖醇化合物)的產(chǎn)物。這些難以鑒別的副產(chǎn)物包括聚合縮合物和顏色體，這兩者將不想要的顏色和不透明度給予該反應(yīng)混合物。如在此使用的“可計(jì)量性”是產(chǎn)物混合物的百分比的量度，該產(chǎn)物混合物可以被定量地鑒別為環(huán)狀脫水衍生化合物和未反應(yīng)的起始材料，但排除不被鑒別為環(huán)狀脫水產(chǎn)物的縮聚物、顏色體或其他物種(例如，呋喃化合物)。

在此描述的這些方法通過使用作為該還原布朗斯特酸的膦酸(H₃PO₃)(還被稱為磷酸(phosphorus acid))進(jìn)行例示，以便進(jìn)行糖醇到其相應(yīng)的環(huán)狀衍生物的脫水。根據(jù)本發(fā)明的方法的有利特征，相對(duì)于用單獨(dú)的酸(例如，硫酸)催化的脫水反應(yīng)，與其他酸組合使用膦酸來使糖醇脫水產(chǎn)生具有高可計(jì)量性的產(chǎn)物混合物。

我們出人意料地發(fā)現(xiàn)兩種或更多種酸催化劑的組合具有如在環(huán)狀脫水產(chǎn)物(例如，二脫水糖化合物)的轉(zhuǎn)化產(chǎn)率和組成可計(jì)量性結(jié)果中反映的顯著的協(xié)同益處?？傮w上，混合酸催化可以以與這些組分酸催化劑中任一種單獨(dú)作用相比可比較的組成可計(jì)量性水平產(chǎn)生更大的量的所希望的產(chǎn)物。根據(jù)該方法，相對(duì)于在相同的對(duì)應(yīng)的酸催化劑負(fù)載量下分開并且單獨(dú)地使用該還原布朗斯特酸、該強(qiáng)布朗斯特酸、或路易斯酸持續(xù)相同的反應(yīng)時(shí)間和溫度的脫水反應(yīng)，該反應(yīng)產(chǎn)生的產(chǎn)物混合物具有特定環(huán)狀脫水產(chǎn)物的相對(duì)產(chǎn)率的至少3％-5％增加。在某些實(shí)施例中，相對(duì)于單獨(dú)或分開地使用每種酸催化的脫水反應(yīng)，特定環(huán)狀脫水產(chǎn)物的相對(duì)產(chǎn)率增加了約7％至約20％或更大(例如，在反應(yīng)條件的優(yōu)化下，約10％或11％至約15％或18％)。在某些有利的實(shí)施例中，來自組合的或多個(gè)酸催化劑的產(chǎn)率可以是由使用在組合催化中的單獨(dú)的單個(gè)酸的催化產(chǎn)生的量的至少雙倍或三倍。

在組合的酸催化的產(chǎn)物混合物中，相對(duì)于來自單一酸催化的產(chǎn)物混合物，人們沒有觀察到如伴隨有產(chǎn)物計(jì)量性的顏色體的顯著積累(參見例如表2)。該反應(yīng)可以產(chǎn)生的產(chǎn)物混合物具有的組成可計(jì)量性的相對(duì)百分比是a)等于、b)大于或c)不小于源自于分開并且單獨(dú)地使用該還原酸、該強(qiáng)布朗斯特酸、或路易斯酸的脫水反應(yīng)的組成可計(jì)量性的約20％(典型地，不小于12％至約18％)。在某些實(shí)施例中，相對(duì)于源自于在相同的對(duì)應(yīng)酸催化劑負(fù)載量下分開并且單獨(dú)地使用該還原酸、該強(qiáng)布朗斯特酸、或路易斯酸持續(xù)相同的反應(yīng)時(shí)間和溫度的脫水反應(yīng)的組成可計(jì)量性的產(chǎn)物可計(jì)量性，協(xié)同組合的酸催化的產(chǎn)物可計(jì)量性是不小于約2％-10％。為了說明，在圖1和2中每一個(gè)組合的混合酸催化反應(yīng)的組成可計(jì)量性值(分別地83.6％和82.8％)是大約等于單獨(dú)用硫酸催化的每個(gè)反應(yīng)的可計(jì)量性值(分別地83.3％和82.6％)，同時(shí)還略小于單獨(dú)使用膦酸的每個(gè)反應(yīng)的值(分別地88.5％和89.2％)。此外，在圖11和12中每一個(gè)組合的混合酸催化反應(yīng)的組成可計(jì)量性值(分別地94.0％和95.1％)是大于單獨(dú)通過膦酸催化的每個(gè)反應(yīng)的可計(jì)量性值(分別地89.7％和91.5％)，同時(shí)還小于單獨(dú)通過三氟甲磺酸鎵催化的每個(gè)反應(yīng)的可計(jì)量性值(分別地99.9％和100％)。

多個(gè)或組合酸催化可以用于將各種不同的糖醇物種轉(zhuǎn)化為其相應(yīng)的產(chǎn)物。根據(jù)某些實(shí)施例，該糖醇可以是例如山梨糖醇、甘露糖醇、艾杜糖醇、木糖醇和赤蘚糖醇。可替代地，該試劑可以是糖醇的脫水產(chǎn)物，如1,2,5,6-己四醇(HTO)。例如，借助于山梨糖醇至脫水山梨糖醇、然后至異山梨醇的分子內(nèi)脫水環(huán)化將山梨糖醇轉(zhuǎn)化為異山梨醇。在另一個(gè)實(shí)例中，木糖醇可以直接被脫水為1,4-脫水木糖醇。可替代地，將HTO脫水環(huán)化為外消旋的THF二甲醇。

還原布朗斯特酸可以處于相對(duì)于糖醇的濃度0.5mol.％或1mol.％或2mol.％至約15mol.％或20mol.％的催化劑負(fù)載量、或其中的范圍值的任何組合。在某些其他實(shí)施例中，膦酸是處于從約5mol.％或7mol.％至約10mol.％或13mol.％的范圍內(nèi)的催化劑負(fù)載量。在有利的實(shí)施例中，還原布朗斯特酸是膦酸(H₃PO₃)。

強(qiáng)布朗斯特酸可以是例如鹽酸(HC1)、硫酸(H₂SO₄)、對(duì)甲苯磺酸(p-TsOH)、甲磺酸、或三氟甲磺酸。

路易斯酸是耐水的。也就是說，路易斯酸在水的存在下不失活。路易斯酸包括以下各項(xiàng)中的至少一項(xiàng)：三氟甲磺酸鋁(Al(OTf)₃)、三氟甲磺酸鎵(Ga(OTf)₃、三氟甲磺酸鉍(Bi(OTf)₃)、三氟甲磺酸鈧(Sc(OTf)₃)、三氟甲磺酸銦(In(OTf)₃)、三氟甲磺酸錫(Sn(OTf)₂)、和三氟甲磺酸鉿(Hf(OTf)₄)。

該強(qiáng)布朗斯特酸或路易斯酸各自可以具有的催化劑負(fù)載量為相對(duì)于糖醇的濃度約0.005mol.％或0.1mol.％至約2mol.％或約5mol.％。總體上，所存在的還原布朗斯特酸的量大于強(qiáng)布朗斯特酸或路易斯酸催化劑負(fù)載量。在組合酸催化中分配的還原布朗斯特酸催化劑以及強(qiáng)布朗斯特酸或路易斯酸催化劑的量是處于從約1000:1至約5:1的比率，包括其中的各種組合范圍。理想地，考慮到路易斯酸的高度反應(yīng)性性質(zhì)，還原布朗斯特酸相對(duì)于路易斯酸負(fù)載量是約100:1至1000:1。典型地，這些比率可以是約250:1、200:1、150:1、或100:1。對(duì)于本披露，以降序排列的路易斯酸活性是：Hf>Ga>Sc>Bi>In>Al>Sn。理想地，還原布朗斯特酸相對(duì)于強(qiáng)布朗斯特酸負(fù)載量是約100:1至5:1。典型地，這些比率可以是更窄的，約70:1、50:1、40:1至約20:1、15:1、或10:1。

反應(yīng)時(shí)間可以是約4或6小時(shí)，但典型地為了最小化顏色體形成，反應(yīng)時(shí)間是更短的，在約1小時(shí)至約2.5或3小時(shí)之間。(參見例如表2.)

反應(yīng)溫度可以處于從約100℃直至約180℃或190℃范圍內(nèi)。典型地，反應(yīng)溫度是處于從約110℃至約150℃或165℃的范圍內(nèi)。

為了獲得最佳的產(chǎn)物產(chǎn)率，在約5托至約100托的操作壓力下在真空下進(jìn)行該脫水反應(yīng)。典型地，該操作壓力是在約10托至約30托之間、優(yōu)選在約12或15托至約20或25托之間。

1.糖醇

雖然在此描述的方法的有利特征用山梨糖醇脫水進(jìn)行例示，本發(fā)明的方法可以用于在其脫水產(chǎn)物的制備中轉(zhuǎn)化各種糖醇或糖醇的脫水產(chǎn)物化合物(例如、山梨糖醇、甘露糖醇、艾杜糖醇、木糖醇、赤蘚糖醇、和1,2,5,6-己四醇(HTO))。

出于說明目的，表1匯總了根據(jù)本發(fā)明方法的實(shí)施例在不同反應(yīng)條件下山梨糖醇的催化脫水反應(yīng)的結(jié)果。在實(shí)例1-21中，這些脫水反應(yīng)使用與也處于不同催化劑負(fù)載量下的強(qiáng)布朗斯特酸和路易斯酸的一些實(shí)例組合的在從約2.5mol.％至約10mol.％的范圍內(nèi)的幾個(gè)不同催化劑負(fù)載量下的膦酸(H₃PO₃)。這些反應(yīng)在約110℃至約150℃之間的各種溫度下在約1、2、或3小時(shí)的時(shí)段內(nèi)進(jìn)行。如這些結(jié)果所示，膦酸催化的幾個(gè)實(shí)例可以產(chǎn)生相對(duì)良好的山梨糖醇至異山梨醇的轉(zhuǎn)化率，而沒有產(chǎn)物混合物的組成可計(jì)量性水平的顯著損失。山梨糖醇的產(chǎn)率與使用強(qiáng)布朗斯特酸如硫酸(H₂SO₄)作為催化劑的反應(yīng)相比是更好或可比較的。(參見在表3中的對(duì)比實(shí)例1-7。)在某些實(shí)例中，膦酸催化劑與強(qiáng)的、耐水性路易斯酸催化劑如三氟甲磺酸鉍(Bi(OTf)₃)的組合產(chǎn)生相對(duì)于單獨(dú)使用路易斯酸的異山梨醇的改進(jìn)的產(chǎn)率。

膦酸展現(xiàn)出固有地還原能力和抗氧化劑行為。據(jù)信該膦酸作為用于脫水環(huán)化的催化劑并且作為幫助減輕在該產(chǎn)物中顏色發(fā)展的還原劑兩者起作用。從附圖中的實(shí)例和結(jié)果來看，用于這些脫水反應(yīng)的操作條件的有利范圍可以包括具有約2mol％或5mol％至約10mol％或20mol％(取決于反應(yīng)時(shí)間和溫度)的濃度的膦酸。對(duì)于最佳的反應(yīng)結(jié)果應(yīng)該平衡較長(zhǎng)的持續(xù)時(shí)間和較高的溫度。

膦酸作為催化劑的獨(dú)特的效用和重要的性能特征可以產(chǎn)生良好的轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)物可計(jì)量性二者。具有催化劑負(fù)載量、溫度、和時(shí)間的不同組合的某些實(shí)例展現(xiàn)出特別有利的結(jié)果。這表明了在組合的酸系統(tǒng)中的潛在改進(jìn)。在樣品中的更高的異山梨醇產(chǎn)率突出顯示了膦酸與強(qiáng)布朗斯特酸和路易斯酸的有益影響，特別是當(dāng)以高酸濃度存在時(shí)。

在實(shí)例1-4中，山梨糖醇的硫酸催化產(chǎn)生約20-24wt.％的異山梨醇，具有約80％-84％的產(chǎn)物可計(jì)量性。山梨糖醇的膦酸催化產(chǎn)生約5-20wt.％的異山梨醇，具有約85％-85％的產(chǎn)物可計(jì)量性。組合的酸催化總體上產(chǎn)生與單獨(dú)使用每種單一酸催化劑的脫水反應(yīng)相比多出約1.3-2倍的異山梨醇的量(例如，約25-45wt.％)，具有可比較的產(chǎn)物可計(jì)量性水平(例如，約80-87％)。

這些結(jié)果有利地與呈現(xiàn)了用對(duì)甲苯磺酸、膦酸、和這兩種酸的組合的催化的在實(shí)例5-10中的反應(yīng)的相似結(jié)果進(jìn)行比較。單獨(dú)用p-TsOH催化的山梨糖醇產(chǎn)生約5％-9％的異山梨醇，具有約89％-95％的產(chǎn)物可計(jì)量性。山梨糖醇的膦酸催化產(chǎn)生約2％-18％的異山梨醇，具有約85％-98％的產(chǎn)物可計(jì)量性。組合的酸催化總體上產(chǎn)生與單獨(dú)使用每種單一酸催化劑的脫水反應(yīng)相比多出約2-6倍的異山梨醇的量(例如，約13-36wt.％)，具有可比較的產(chǎn)物可計(jì)量性水平(例如，約80％或82％至94％或95％)。

類似地，實(shí)例11-17呈現(xiàn)出用三氟甲磺酸鎵、膦酸、以及這兩種酸的組合的催化。單獨(dú)用Ga(OTf)₃催化山梨糖醇產(chǎn)生最小量的異山梨醇(0-1wt.％)，具有約89％-95％的產(chǎn)物可計(jì)量性。山梨糖醇的膦酸催化產(chǎn)生約2％-18％的異山梨醇，具有約85％-98％的產(chǎn)物可計(jì)量性。組合的酸催化總體上產(chǎn)生與單獨(dú)使用每種單一酸催化劑的脫水反應(yīng)相比多出至少2倍或3倍的異山梨醇的量(例如，約7-34wt.％)，具有可比較的產(chǎn)物可計(jì)量性水平(例如，約80％或82％至94％或95％)。

考慮到路易斯酸的高度反應(yīng)性性質(zhì)，將所使用的路易斯酸的量保持在低濃度，這導(dǎo)致更低的異山梨醇的轉(zhuǎn)化產(chǎn)率。相比之下，如實(shí)例18中的所使用的酸的量的改變引起反應(yīng)性的數(shù)量級(jí)的增加以產(chǎn)生更多的異山梨醇。在實(shí)例18中，山梨糖醇用a)三氟甲磺酸鋁、b)膦酸、和這兩種酸(a和b)的組合催化為分別具有約13.39wt.％、5.18wt.％、和40.07wt.％的產(chǎn)率的異山梨醇。對(duì)于Al(OTf)₃，產(chǎn)物可計(jì)量性是89.0％，對(duì)于H₃PO₃是94.1％，對(duì)于組合的酸是85.8％。

實(shí)例19和20呈現(xiàn)出使用三氟甲磺酸鉍、對(duì)甲苯磺酸、膦酸、和這三種組分酸的組合的催化。單獨(dú)用Bi(OTf)₃催化山梨糖醇產(chǎn)生最小量的異山梨醇(0-1wt.％)，具有約97％-99％的產(chǎn)物可計(jì)量性。山梨糖醇的p-TsOH催化產(chǎn)生約2-8wt.％的異山梨醇，具有約90％-95％的產(chǎn)物可計(jì)量性。山梨糖醇的膦酸催化產(chǎn)生約2％-6％的異山梨醇，具有約93％-96％的產(chǎn)物可計(jì)量性。組合的多酸催化總體上產(chǎn)生與單獨(dú)使用每種單一酸催化劑的脫水反應(yīng)相比多出至少2倍或4倍的異山梨醇的量(例如，約17-42wt.％)，具有可比較的產(chǎn)物可計(jì)量性水平(例如，約85％-90％)。

實(shí)例21匯總了使用三氟甲磺酸鉿、對(duì)甲苯磺酸、膦酸、和這三種組分酸的混合組合的催化。單獨(dú)用Hf(OTf)₄催化的山梨糖醇產(chǎn)生約6.62wt.％的異山梨醇，具有約96.6％的產(chǎn)物可計(jì)量性。山梨糖醇的p-TsOH催化產(chǎn)生約2.36wt.％的異山梨醇，具有約93.7％的產(chǎn)物可計(jì)量性。山梨糖醇的膦酸催化產(chǎn)生約5.18％的異山梨醇，具有約94.1％的產(chǎn)物可計(jì)量性。組合的多酸催化產(chǎn)生與單獨(dú)使用每種單一酸催化劑的脫水反應(yīng)相比多出至少約3倍或5倍直到約12倍的異山梨醇的量(例如，約29.18wt.％)，具有可比較的產(chǎn)物可計(jì)量性水平(例如，約86.3％)。

進(jìn)行了在170℃和190℃下持續(xù)不同的時(shí)間段使用10mol.％的H₃PO₃、和0.1mol.％的H₂SO₄的混合酸催化劑的兩組山梨糖醇脫水環(huán)化反應(yīng)。在表2中匯總了這些反應(yīng)的產(chǎn)物混合物的相對(duì)組成和百分比可計(jì)量性，并且在圖22中用圖呈現(xiàn)。

表2.

甚至在較高溫度下產(chǎn)物可計(jì)量性是一致地高的(>96％)。與當(dāng)在170℃下進(jìn)行該反應(yīng)時(shí)的那些相比，在190℃下獲得的產(chǎn)物中顏色沒有顯著改變。在目前的情況中，樣品是金色的，沒有固體形成。先前，沒有用混合酸催化劑催化的反應(yīng)的產(chǎn)物總體上在顏色上是深色，并且是焦油狀的，具有高山梨糖醇轉(zhuǎn)化率。(參見例如，國際申請(qǐng)?zhí)朠CT/US2014/66298，其內(nèi)容都通過引用結(jié)合在此。)

為了比較的目的，表3示出了單獨(dú)使用硫酸而沒有H₃PO₃在山梨糖醇的濃縮溶液(約65％DS)中可以獲得類似的轉(zhuǎn)化率。在170℃在H₃PO₃存在下脫水山梨糖醇的比率是更高的，并且在170℃和190℃二者下更高的總可計(jì)量性。用硫酸在190℃的產(chǎn)物混合物比在170℃下觀察到的產(chǎn)物混合物更暗。該方法示出了用硫酸在合理的反應(yīng)時(shí)間下該方法很好地起作用。

表3是在圖23中用圖示出的這些反應(yīng)的匯總。

2.轉(zhuǎn)化產(chǎn)率和組成可計(jì)量性

圖1-20以圖解形式示出了在表1中匯總的數(shù)據(jù)。這些圖示出了單獨(dú)和與強(qiáng)布朗斯特酸和/或路易斯酸催化劑組合使用處于不同的催化劑負(fù)載量水平的膦酸(H₃PO₃)催化劑、和處于不同的催化劑負(fù)載量水平的強(qiáng)布朗斯特酸和/或路易斯酸在不同反應(yīng)條件(即，溫度和時(shí)間)下的山梨糖醇轉(zhuǎn)化為異山梨醇的百分比和產(chǎn)物組成可計(jì)量性的百分比。

總的來說，該數(shù)據(jù)表明了可以控制或者調(diào)節(jié)時(shí)間、溫度、以及催化劑負(fù)載量以使所希望的目標(biāo)產(chǎn)率和產(chǎn)物可計(jì)量性平衡且最優(yōu)化。組合的催化劑和更高的催化劑負(fù)載量有助于在相對(duì)低溫下將糖醇快速轉(zhuǎn)化為其相應(yīng)的脫水產(chǎn)物，具有在產(chǎn)物可計(jì)量性上的最小減少。

在圖1中，使用10mol.％的H₃PO₃、0.1mol.％的H₂SO₄，140℃，2h，在三個(gè)反應(yīng)中分開地并且組合地用每種單獨(dú)的酸催化劑將山梨糖醇轉(zhuǎn)化為異山梨醇。所有的山梨糖醇在全部三個(gè)反應(yīng)中轉(zhuǎn)化。在膦酸催化中產(chǎn)生的異山梨醇的量是該反應(yīng)產(chǎn)物混合物的約12.30wt.％，在硫酸催化中是該反應(yīng)產(chǎn)物混合物的約21.74wt.％，并且在組合的膦酸和硫酸催化中是約35.88wt.％。當(dāng)與每種單一酸催化相比時(shí)，組合酸催化產(chǎn)生更多的異山梨醇，同時(shí)還維持對(duì)于這三個(gè)酸反應(yīng)的對(duì)應(yīng)反應(yīng)產(chǎn)物混合物的可比較的組成可計(jì)量性水平。每個(gè)反應(yīng)的產(chǎn)物可計(jì)量性沒有顯著地與彼此不同(即，用H₃PO₃/H₂SO₄為83.6％；用H₂SO₄為83.3％；用H₃PO₃為88.5％)。

再次，在圖2中，使用10mol.％的H₃PO₃、0.1mol.％的H₂SO₄，150℃，1h，在三個(gè)反應(yīng)中分開地并且組合地用每種單獨(dú)的酸催化劑將山梨糖醇轉(zhuǎn)化為異山梨醇。再次，所有的山梨糖醇在全部三個(gè)反應(yīng)中轉(zhuǎn)化。在膦酸催化中產(chǎn)生的異山梨醇的量是該反應(yīng)產(chǎn)物混合物的約16.33wt.％，在硫酸催化中是該反應(yīng)產(chǎn)物混合物的約23.82wt.％，并且在組合的膦酸和硫酸催化中是約40.39wt.％。當(dāng)與每種單一酸催化相比時(shí)，組合酸催化產(chǎn)生更多的異山梨醇，同時(shí)伴隨地維持對(duì)于這三個(gè)酸反應(yīng)的對(duì)應(yīng)反應(yīng)產(chǎn)物混合物的可比較的組成可計(jì)量性水平。每個(gè)反應(yīng)的產(chǎn)物可計(jì)量性的范圍是用H₃PO₃/H₂SO₄的82.8％、用H₂SO₄的82.6％、用H₃PO₃的89.2％。

在圖3中，使用5mol.％的H₃PO₃、0.1mol.％的H₂SO₄，140℃，2h，在三個(gè)反應(yīng)中分開地并且組合地用每種單獨(dú)的酸催化劑將山梨糖醇轉(zhuǎn)化為異山梨醇。在膦酸催化中產(chǎn)生的異山梨醇的量是該反應(yīng)產(chǎn)物混合物的約9.76wt.％，在硫酸催化中是該反應(yīng)產(chǎn)物混合物的約21.74wt.％，并且在組合的膦酸和硫酸催化中是約33.81wt.％。當(dāng)與每種單一酸催化相比時(shí)，組合酸催化產(chǎn)生更多的異山梨醇，同時(shí)伴隨地維持對(duì)于這三個(gè)酸反應(yīng)的對(duì)應(yīng)反應(yīng)產(chǎn)物混合物的可比較的組成可計(jì)量性水平。每個(gè)反應(yīng)的產(chǎn)物可計(jì)量性的范圍是用H₃PO₃/H₂SO₄的86.2％、用H₂SO₄的83.3％、用H₃PO₃的89.7％。所有的山梨糖醇在組合酸和H₂SO₄催化中被消耗，而顯著的百分比對(duì)于H₃PO₃(20.8％)單一酸催化仍保持未反應(yīng)。

在圖4中，使用5mol.％的H₃PO₃、0.1mol.％的H₂SO₄，150℃，1h，在三個(gè)反應(yīng)中分開地并且組合地用每種單獨(dú)的酸催化劑將山梨糖醇轉(zhuǎn)化為異山梨醇。在膦酸催化中產(chǎn)生的異山梨醇的量是該反應(yīng)產(chǎn)物混合物的約5.18wt.％，在硫酸催化中是該反應(yīng)產(chǎn)物混合物的約23.82wt.％，并且在組合的膦酸和硫酸催化中是約27.17wt.％。當(dāng)與每種單一酸催化相比時(shí)，組合酸催化產(chǎn)生更多的異山梨醇，同時(shí)伴隨地維持對(duì)于這三個(gè)酸反應(yīng)的對(duì)應(yīng)反應(yīng)產(chǎn)物混合物的可比較的組成可計(jì)量性水平。每個(gè)反應(yīng)的產(chǎn)物可計(jì)量性的范圍是用H₃PO₃/H₂SO₄的84.5％、用H₂SO₄的82.6％、用H₃PO₃的94.1％。所有的山梨糖醇在組合酸和H₂SO₄催化中被消耗，而顯著的百分比對(duì)于H₃PO₃(24.47％)單一酸催化仍保持未反應(yīng)。

在圖5中，使用10mol.％的H₃PO₃、0.1mol.％的p-TsOH，140℃，2h，在三個(gè)反應(yīng)中分開地并且組合地用每種單獨(dú)的酸催化劑將山梨糖醇轉(zhuǎn)化為異山梨醇。在膦酸催化中產(chǎn)生的異山梨醇的量是該反應(yīng)產(chǎn)物混合物的約12.30wt.％，在p-TsOH催化中是該反應(yīng)產(chǎn)物混合物的約6.92wt.％，并且在組合的p-TsOH和膦酸催化中是約29.23wt.％。當(dāng)與單一酸催化相比時(shí)，組合酸催化產(chǎn)生約2-3倍更多的異山梨醇，同時(shí)伴隨地維持對(duì)于這三個(gè)酸反應(yīng)的對(duì)應(yīng)反應(yīng)產(chǎn)物混合物的可比較的組成可計(jì)量性水平。每個(gè)反應(yīng)的產(chǎn)物可計(jì)量性的范圍是用H₃PO₃/p-TsOH的85.0％、用p-TsOH的93.4％、用H₃PO₃的88.5％。所有的山梨糖醇在組合酸和H₃PO₃催化中被消耗，而顯著的百分比對(duì)于p-TsOH(17％)單一酸催化仍保持未反應(yīng)。

在圖6中，使用10mol.％的H₃PO₃、0.1mol.％的p-TsOH，150℃，1h，在三個(gè)反應(yīng)中分開地并且組合用每種單獨(dú)的酸催化劑將山梨糖醇轉(zhuǎn)化為異山梨醇。在膦酸催化中產(chǎn)生的異山梨醇的量是該反應(yīng)產(chǎn)物混合物的約16.33wt.％，在p-TsOH催化中是該反應(yīng)產(chǎn)物混合物的約7.13wt.％，并且在組合的p-TsOH和膦酸催化中是約32.43wt.％。當(dāng)與單一酸催化相比時(shí)，組合酸催化產(chǎn)生約2-3倍更多的異山梨醇，同時(shí)伴隨地維持對(duì)于這三個(gè)酸反應(yīng)的對(duì)應(yīng)反應(yīng)產(chǎn)物混合物的可比較的組成可計(jì)量性水平。每個(gè)反應(yīng)的產(chǎn)物可計(jì)量性的范圍是用H₃PO₃/p-TsOH的84.9％、用p-TsOH的91.7％、用H₃PO₃的89.2％。所有的山梨糖醇在組合酸和H₃PO₃催化中被消耗，而顯著的百分比對(duì)于p-TsOH(12.6％)單一酸催化仍保持未反應(yīng)。

在圖7中，使用5mol.％的H₃PO₃、0.1mol.％的p-TsOH，140℃，2h，在三個(gè)反應(yīng)中分開地并且組合地用每種單獨(dú)的酸催化劑將山梨糖醇轉(zhuǎn)化為異山梨醇。在膦酸催化中產(chǎn)生的異山梨醇的量是該反應(yīng)產(chǎn)物混合物的約9.76wt.％，在p-TsOH催化中是該反應(yīng)產(chǎn)物混合物的約6.92wt.％，并且在組合的p-TsOH和膦酸催化中是約18.53wt.％。當(dāng)與單一酸催化相比時(shí)，組合酸催化產(chǎn)生約2-3倍更多的異山梨醇，同時(shí)伴隨地維持對(duì)于這三個(gè)酸反應(yīng)的對(duì)應(yīng)反應(yīng)產(chǎn)物混合物的可比較的組成可計(jì)量性水平。每個(gè)反應(yīng)的產(chǎn)物可計(jì)量性的范圍是用H₃PO₃/p-TsOH的18.53％、用p-TsOH的6.92％、用H₃PO₃的9.76％。所有的山梨糖醇在組合酸催化中被消耗，而顯著的百分比對(duì)于H₃PO₃(20.8％)和p-TsOH(17％)二者的單一酸催化仍保持未反應(yīng)。所有的山梨糖醇在組合酸催化中被消耗，而顯著的百分比對(duì)于H₃PO₃(20.8％)和p-TsOH(17％)二者的單一酸催化仍保持未反應(yīng)。

在圖8中，使用5mol.％的H₃PO₃、0.1mol.％的p-TsOH，150℃，1h，在三個(gè)反應(yīng)中分開地并且組合地用每種單獨(dú)的酸催化劑將山梨糖醇轉(zhuǎn)化為異山梨醇。在膦酸催化中產(chǎn)生的異山梨醇的量是該反應(yīng)產(chǎn)物混合物的約5.18wt.％，在p-TsOH催化中是該反應(yīng)產(chǎn)物混合物的約7.13wt.％，并且在組合的p-TsOH和膦酸催化中是約14.12wt.％。當(dāng)與單一酸催化相比時(shí)，組合酸催化產(chǎn)生約2-3倍更多的異山梨醇，同時(shí)伴隨地維持對(duì)于這三個(gè)酸反應(yīng)的對(duì)應(yīng)反應(yīng)產(chǎn)物混合物的可比較的組成可計(jì)量性水平。每個(gè)反應(yīng)的產(chǎn)物可計(jì)量性的范圍是用H₃PO₃/p-TsOH的87.0％、用p-TsOH的91.7％、用H₃PO₃的94.1％。所有的山梨糖醇在組合酸催化中被消耗，而顯著的百分比對(duì)于H₃PO₃(24.47wt.％)和p-TsOH(13wt.％)二者的單一酸催化仍保持未反應(yīng)。所有的山梨糖醇在組合酸催化中被消耗，而顯著的百分比對(duì)于H₃PO₃(24.47％)和p-TsOH(13％)二者的單一酸催化仍保持未反應(yīng)。

在圖9中，使用2.5mol.％的H₃PO₃、0.1mol.％的p-TsOH，140℃，2h，在三個(gè)反應(yīng)中分開地并且組合地用每種單獨(dú)的酸催化劑將山梨糖醇轉(zhuǎn)化為異山梨醇。在膦酸催化中產(chǎn)生的異山梨醇的量是該反應(yīng)產(chǎn)物混合物的約5.18wt.％，在p-TsOH催化中是該反應(yīng)產(chǎn)物混合物的約7.13wt.％，并且在組合的p-TsOH和膦酸催化中是約14.12wt.％。當(dāng)與單一酸催化相比時(shí)，組合酸催化產(chǎn)生約2-3倍更多的異山梨醇，同時(shí)伴隨地維持對(duì)于這三個(gè)酸反應(yīng)的對(duì)應(yīng)反應(yīng)產(chǎn)物混合物的可比較的組成可計(jì)量性水平。每個(gè)反應(yīng)的產(chǎn)物可計(jì)量性的范圍是用H₃PO₃/p-TsOH的87.0％、用p-TsOH的91.7％、用H₃PO₃的94.1％。所有的山梨糖醇在組合酸催化中被消耗，而顯著的百分比對(duì)于H₃PO₃(43.5wt.％)和p-TsOH(17wt.％)二者的單一酸催化仍保持未反應(yīng)。

在圖10中，使用2.5mol.％的H₃PO₃、0.1mol.％的p-TsOH，150℃，1h，在三個(gè)反應(yīng)中分開地并且組合地用每種單獨(dú)的酸催化劑將山梨糖醇轉(zhuǎn)化為異山梨醇。在膦酸催化中產(chǎn)生的異山梨醇的量是該反應(yīng)產(chǎn)物混合物的約2.51wt.％，在p-TsOH催化中是該反應(yīng)產(chǎn)物混合物的約7.13wt.％，并且在組合的p-TsOH和膦酸催化中是約20.16wt.％。當(dāng)與單一酸催化相比時(shí)，組合酸催化產(chǎn)生約2-6倍更多的異山梨醇，同時(shí)伴隨地維持對(duì)于這三個(gè)酸反應(yīng)的對(duì)應(yīng)反應(yīng)產(chǎn)物混合物的可比較的組成可計(jì)量性水平。每個(gè)反應(yīng)的產(chǎn)物可計(jì)量性的范圍是用H₃PO₃/p-TsOH的87.0％、用p-TsOH的91.7％、用H₃PO₃的94.1％。所有的山梨糖醇在組合酸催化中被消耗，而顯著的百分比對(duì)于H₃PO₃(39.6wt.％)和p-TsOH(13wt.％)二者的單一酸催化仍保持未反應(yīng)。

在圖11中，使用5mol.％的H₃PO₃、0.005mol.％的Ga(OTf)₃，140℃，2h，在三個(gè)反應(yīng)中分開地并且組合地用每種單獨(dú)的酸催化劑將山梨糖醇轉(zhuǎn)化為異山梨醇。在膦酸催化中產(chǎn)生的異山梨醇的量是該反應(yīng)產(chǎn)物混合物的約9.76wt.％，在Ga(OTf)₃催化中是該反應(yīng)產(chǎn)物混合物的0wt.％，并且在組合的Ga(OTf)₃和膦酸催化中是約11.62wt.％。當(dāng)與單一酸催化相比時(shí)，組合酸催化產(chǎn)生更多的異山梨醇，同時(shí)伴隨地維持對(duì)于這三個(gè)酸反應(yīng)的對(duì)應(yīng)反應(yīng)產(chǎn)物混合物的可比較的組成可計(jì)量性水平。每個(gè)反應(yīng)的產(chǎn)物可計(jì)量性的范圍是用H₃PO₃/Ga(OTf)₃的94.0％、用Ga(OTf)₃的99.9％、用H₃PO₃的89.7％。

在圖12中，使用5mol.％的H₃PO₃、0.005mol.％的Ga(OTf)₃，130℃，3h，在三個(gè)反應(yīng)中分開地并且組合地用每種單獨(dú)的酸催化劑將山梨糖醇轉(zhuǎn)化為異山梨醇。在膦酸催化中產(chǎn)生的異山梨醇的量是該反應(yīng)產(chǎn)物混合物的約2.91wt.％，在Ga(OTf)₃催化中是該反應(yīng)產(chǎn)物混合物的0wt.％，并且在組合的Ga(OTf)₃和膦酸催化中是約7.22wt.％。當(dāng)與單一酸催化相比時(shí)，組合酸催化產(chǎn)生更多的異山梨醇，同時(shí)伴隨地維持對(duì)于這三個(gè)酸反應(yīng)的對(duì)應(yīng)反應(yīng)產(chǎn)物混合物的可比較的組成可計(jì)量性水平。每個(gè)反應(yīng)的產(chǎn)物可計(jì)量性的范圍是用H₃PO₃/Ga(OTf)₃的95.1％、用Ga(OTf)₃的100％、用H₃PO₃的91.5％。

在圖13中，使用5mol.％的H₃PO₃、0.01mol.％的Ga(OTf)₃，150℃，1h，在三個(gè)反應(yīng)中分開地并且組合地用每種單獨(dú)的酸催化劑將山梨糖醇轉(zhuǎn)化為異山梨醇。在膦酸催化中產(chǎn)生的異山梨醇的量是該反應(yīng)產(chǎn)物混合物的約5.18wt.％，在Ga(OTf)₃催化中是該反應(yīng)產(chǎn)物混合物的約0.63wt.％，并且在組合的Ga(OTf)₃和膦酸催化中是約15.09wt.％。當(dāng)與單一酸催化相比時(shí)，組合酸催化產(chǎn)生更多的異山梨醇，同時(shí)伴隨地維持對(duì)于這三個(gè)酸反應(yīng)的對(duì)應(yīng)反應(yīng)產(chǎn)物混合物的可比較的組成可計(jì)量性水平。每個(gè)反應(yīng)的產(chǎn)物可計(jì)量性的范圍是用H₃PO₃/Ga(OTf)₃的92.2％、用Ga(OTf)₃的98.4％、用H₃PO₃的94.1％。

在圖14中，使用5mol.％的H₃PO₃、0.01mol.％的Ga(OTf)₃，140℃，2h，在三個(gè)反應(yīng)中分開地并且組合地用每種單獨(dú)的酸催化劑將山梨糖醇轉(zhuǎn)化為異山梨醇。在膦酸催化中產(chǎn)生的異山梨醇的量是該反應(yīng)產(chǎn)物混合物的約9.76wt.％，在Ga(OTf)₃催化中是該反應(yīng)產(chǎn)物混合物的約0.31wt.％，并且在組合的Ga(OTf)₃和膦酸催化中是約12.49wt.％。當(dāng)與單一酸催化相比時(shí)，組合酸催化產(chǎn)生更多的異山梨醇，同時(shí)伴隨地維持對(duì)于這三個(gè)酸反應(yīng)的對(duì)應(yīng)反應(yīng)產(chǎn)物混合物的可比較的組成可計(jì)量性水平。每個(gè)反應(yīng)的產(chǎn)物可計(jì)量性的范圍是用H₃PO₃/Ga(OTf)₃的92.2％、用Ga(OTf)₃的98.4％、用H₃PO₃的94.1％。

在圖15中，使用5mol.％的H₃PO₃、0.01mol.％的Ga(OTf)₃，130℃，3h，在三個(gè)反應(yīng)中分開地并且組合地用每種單獨(dú)的酸催化劑將山梨糖醇轉(zhuǎn)化為異山梨醇。在膦酸催化中產(chǎn)生的異山梨醇的量是該反應(yīng)產(chǎn)物混合物的約2.91wt.％，在Ga(OTf)₃催化中是該反應(yīng)產(chǎn)物混合物的0.1wt.％，并且在組合的Ga(OTf)₃和膦酸催化中是約8.76wt.％。當(dāng)與單一酸催化相比時(shí)，組合酸催化產(chǎn)生更多的異山梨醇，同時(shí)伴隨地維持對(duì)于這三個(gè)酸反應(yīng)的對(duì)應(yīng)反應(yīng)產(chǎn)物混合物的可比較的組成可計(jì)量性水平。每個(gè)反應(yīng)的產(chǎn)物可計(jì)量性的范圍是用H₃PO₃/Ga(OTf)₃的93.8％、用Ga(OTf)₃的99.8％、用H₃PO₃的91.5％。

在圖16中，使用5mol.％的H₃PO₃、0.05mol.％的Ga(OTf)₃，140℃，2h，在三個(gè)反應(yīng)中分開地并且組合地用每種單獨(dú)的酸催化劑將山梨糖醇轉(zhuǎn)化為異山梨醇。在膦酸催化中產(chǎn)生的異山梨醇的量是該反應(yīng)產(chǎn)物混合物的約9.76wt.％，在Ga(OTf)₃催化中是該反應(yīng)產(chǎn)物混合物的約4.47wt.％，并且在組合的Ga(OTf)₃和膦酸催化中是約24.13wt.％。當(dāng)與單一酸催化相比時(shí)，組合酸催化產(chǎn)生更多的異山梨醇，同時(shí)伴隨地維持對(duì)于這三個(gè)酸反應(yīng)的對(duì)應(yīng)反應(yīng)產(chǎn)物混合物的可比較的組成可計(jì)量性水平。每個(gè)反應(yīng)的產(chǎn)物可計(jì)量性的范圍是用H₃PO₃/Ga(OTf)₃的89.6％、用Ga(OTf)₃的92.5％、用H₃PO₃的94.1％。所有的山梨糖醇在組合酸催化中被消耗，而顯著的百分比對(duì)于H₃PO₃(20.8wt.％)和Ga(OTf)₃(32.9wt.％)二者的單一酸催化仍保持未反應(yīng)。

在圖17中，使用5mol.％的H₃PO₃、0.05mol.％的Ga(OTf)₃，150℃，1h，在三個(gè)反應(yīng)中分開地并且組合地用每種單獨(dú)的酸催化劑將山梨糖醇轉(zhuǎn)化為異山梨醇。在膦酸催化中產(chǎn)生的異山梨醇的量是該反應(yīng)產(chǎn)物混合物的約5.18wt.％，在Ga(OTf)₃催化中是該反應(yīng)產(chǎn)物混合物的約6.01wt.％，并且在組合的Ga(OTf)₃和膦酸催化中是約33.1wt.％。當(dāng)與單一酸催化相比時(shí)，組合酸催化產(chǎn)生約5-6倍更多的異山梨醇，同時(shí)伴隨地維持對(duì)于這三個(gè)酸反應(yīng)的對(duì)應(yīng)反應(yīng)產(chǎn)物混合物的可比較的組成可計(jì)量性水平。每個(gè)反應(yīng)的產(chǎn)物可計(jì)量性的范圍是用H₃PO₃/Ga(OTf)₃的83.9％、用Ga(OTf)₃的87.6％、用H₃PO₃的94.1％。所有的山梨糖醇在組合酸催化中被消耗，而顯著的百分比對(duì)于H₃PO₃(24.5wt.％)和Ga(OTf)₃(28.9wt.％)二者的單一酸催化仍保持未反應(yīng)。

在圖18中，使用5mol.％的H₃PO₃、0.1mol.％的Al(OTf)₃，150℃，1h，在三個(gè)反應(yīng)中分開地并且組合地用每種單獨(dú)的酸催化劑將山梨糖醇轉(zhuǎn)化為異山梨醇。在膦酸催化中產(chǎn)生的異山梨醇的量是該反應(yīng)產(chǎn)物混合物的約5.18wt.％，在Al(OTf)₃催化中是該反應(yīng)產(chǎn)物混合物的約13.39wt.％，并且在組合的Al(OTf)₃和膦酸催化中是約40.07wt.％。當(dāng)與單一酸催化相比時(shí)，組合酸催化產(chǎn)生約5-6倍更多的異山梨醇，同時(shí)伴隨地維持對(duì)于這三個(gè)酸反應(yīng)的對(duì)應(yīng)反應(yīng)產(chǎn)物混合物的可比較的組成可計(jì)量性水平。每個(gè)反應(yīng)的產(chǎn)物可計(jì)量性的范圍是用H₃PO₃/Al(OTf)₃的85.8％、用Al(OTf)₃的89.0％、用H₃PO₃的94.1％。所有的山梨糖醇在組合酸催化中被消耗，而顯著的百分比對(duì)于H₃PO₃(24.5wt.％)和Al(OTf)₃(9.8wt.％)二者的單一酸催化仍保持未反應(yīng)。

在圖19中，使用5mol.％的H₃PO₃、0.01mol.％的Bi(OTf)₃、0.05mol.％的p-TsOH，150℃，1h，在四個(gè)反應(yīng)中分開地并且組合地用每種單一的酸催化劑將山梨糖醇轉(zhuǎn)化為異山梨醇。在膦酸催化中產(chǎn)生的異山梨醇的量是的該反應(yīng)產(chǎn)物混合物的約5.18wt.％，在Bi(OTf)₃催化中是該反應(yīng)產(chǎn)物混合物的0wt.％，在p-TsOH催化中是該反應(yīng)混合物的2.36wt.％，并且在組合的Bi(OTf)₃、p-TsOH和膦酸催化中是約19.63wt.％。當(dāng)與單一酸催化相比時(shí)，組合酸催化產(chǎn)生約5-6倍更多的異山梨醇，同時(shí)伴隨地維持對(duì)于這三個(gè)酸反應(yīng)的對(duì)應(yīng)反應(yīng)產(chǎn)物混合物的可比較的組成可計(jì)量性水平。每個(gè)反應(yīng)的產(chǎn)物可計(jì)量性的范圍是用H₃PO₃/Bi(OTf)₃/p-TsOH的87.1％、用Bi(OTf)₃的98.4％、用p-TsOH的93.7％、用H₃PO₃的94.1％。所有的山梨糖醇在組合酸催化中被消耗，而顯著的百分比對(duì)于所有的H₃PO₃(24.47wt.％)、Bi(OTf)₃(74.6wt.％)和p-TsOH(37.8wt.％)單一酸催化仍保持未反應(yīng)。

在圖20中，使用2.5mol.％的H₃PO₃、0.01mol.％的Bi(OTf)₃、0.1mol.％的p-TsOH，150℃，1h，在四個(gè)反應(yīng)中分開地并且組合地用每種單一的酸催化劑將山梨糖醇轉(zhuǎn)化為異山梨醇。在膦酸催化中產(chǎn)生的異山梨醇的量是的該反應(yīng)產(chǎn)物混合物的約2.51wt.％，在Bi(OTf)₃催化中是該反應(yīng)產(chǎn)物混合物的0wt.％，在p-TsOH催化中是該反應(yīng)混合物的7.13wt.％，并且在組合的Bi(OTf)₃、p-TsOH和膦酸催化中是約39.07wt.％。當(dāng)與單一酸催化相比時(shí)，組合酸催化產(chǎn)生約5-10倍更多的異山梨醇，同時(shí)伴隨地維持對(duì)于這三個(gè)酸反應(yīng)的對(duì)應(yīng)反應(yīng)產(chǎn)物混合物的可比較的組成可計(jì)量性水平。每個(gè)反應(yīng)的產(chǎn)物可計(jì)量性的范圍是用H₃PO₃/Bi(OTf)₃/p-TsOH的88.5％、用Bi(OTf)₃的98.4％、用p-TsOH的91.7％、用H₃PO₃的95.4％。所有的山梨糖醇在組合多酸催化中被消耗，而顯著的百分比對(duì)于所有的H₃PO₃(39.6wt.％)、Bi(OTf)₃(74.6wt.％)和p-TsOH(13wt.％)單一酸催化仍保持未反應(yīng)。

在圖21中，使用5mol.％的H₃PO₃、0.01mol.％的Hf(OTf)₄、0.05mol.％的p-TsOH，150℃，1h，在四個(gè)反應(yīng)中分開地并且組合地用每種單一的酸催化劑將山梨糖醇轉(zhuǎn)化為異山梨醇。在膦酸催化中產(chǎn)生的異山梨醇的量是該反應(yīng)產(chǎn)物混合物的約5.18wt.％，在Hf(OTf)₄催化中是該反應(yīng)產(chǎn)物混合物的約6.62wt.％，在p-TsOH催化中是該反應(yīng)混合物的2.36wt.％，并且在組合的Hf(OTf)₄、p-TsOH和膦酸催化中是約29.18wt.％。當(dāng)與單一酸催化相比時(shí)，組合酸催化產(chǎn)生約5-10倍更多的異山梨醇，同時(shí)伴隨地維持對(duì)于這三個(gè)酸反應(yīng)的對(duì)應(yīng)反應(yīng)產(chǎn)物混合物的可比較的組成可計(jì)量性水平。每個(gè)反應(yīng)的產(chǎn)物可計(jì)量性的范圍是用H₃PO₃/Bi(OTf)₃/p-TsOH的86.3％、用Hf(OTf)₄的96.6％、用p-TsOH的93.7％、用H₃PO₃的94.1％。所有的山梨糖醇在組合多酸催化中被消耗，而顯著的百分比對(duì)于所有的H₃PO₃(24.47wt.％)、Hf(OTf)₄(47.4wt.％)和p-TsOH(37.81wt.％)單一酸催化仍保持未反應(yīng)。

為了比較，表4匯總了對(duì)于單獨(dú)使用硫酸將山梨糖醇脫水環(huán)化為異山梨醇的催化結(jié)果。

表4.

為了比較，表5匯總了對(duì)于單獨(dú)使用膦酸將山梨糖醇脫水環(huán)化為異山梨醇的催化結(jié)果。

表5.

為了比較，表6匯總了對(duì)于單獨(dú)使用對(duì)甲苯磺酸將山梨糖醇脫水環(huán)化為異山梨醇的催化結(jié)果。

表6.

為了比較，表7匯總了對(duì)于單獨(dú)使用三氟甲磺酸鎵將山梨糖醇脫水環(huán)化為異山梨醇的催化結(jié)果。

表7.

已總體地并借助于實(shí)例詳細(xì)地描述了本發(fā)明。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)理解，本發(fā)明不必然限于特定披露的實(shí)施例，而是在不脫離如由以下權(quán)利要求或其等效物(包括目前已知或有待開發(fā)的其他等效組分，它們可以在本發(fā)明的范圍內(nèi)使用)所定義的本發(fā)明的范圍的情況下可以作出修改和變化。因此，除非變化另外脫離本發(fā)明的范圍，否則這些變化應(yīng)被解釋為被包括在此。