电化学转化

本发明涉及一种用于合成式(i)化合物例如丙酮缩甘油的方法。此类化合物可用作溶剂、燃料添加剂、药物中间体，和/或用于例如空气护理、香料、涂料和清漆、印刷油墨、家用和机构清洁剂、和/或皮革处理的应用中。本发明还涉及可通过所述方法获得的式(i)化合物、含有此类化合物的产品、此类化合物的用途、以及包含此类化合物的组合物。

背景技术：

1、全行业都希望摆脱传统的化石燃料基产品。摆脱化石燃料基经济的新技术具有重要价值。例如，到2024年，生物燃料的市场价值预计将达到1540亿美元。

2、有一些特定的产品线作为化石燃料基产品的替代品存在。例如，basf最近将一些产品(例如)改用生物质原料。

3、丙酮缩甘油是化石燃料基化学品的另一种生物基替代品，并且由solvay以品牌名进行销售。

4、丙酮缩甘油通常由甘油和丙酮缩合合成。因此，丙酮缩甘油可以由非动物基材料制成，并且具有低碳足迹。甘油是来自工厂的废品，因此将其用于合成丙酮缩甘油可被认为是对环境有益的。

5、丙酮缩甘油可用作有机溶剂、燃料添加剂、医药中间体，并且用于例如空气护理、香料、涂料和清漆、印刷油墨、家用和工业机构清洁剂以及皮革处理的应用。预计到2026年，丙酮缩甘油的全球市场将达到1400万美元。丙酮缩甘油还具有对人类或环境无毒的益处。

技术实现思路

1、根据第一方面，本发明提供了一种用于合成根据式(i)的化合物的方法：

2、

3、所述方法包括使包含根据式(ii)的化合物的溶液经受电势差：

4、

5、对于根据式(i)的化合物和根据式(ii)的化合物，每个x独立地选自由以下组成的组：o、s、nry和py。r1至r6和ry中的每一者是选自由以下项组成的列表的基团：氢、c1-c12烷基、c2-c12烯基、c2-c12炔基、c6-c12芳基和c3-c12杂环基。r1至r6和ry中的每一者任选地含有一个或多个含杂原子的基团。所述式(i)和所述式(ii)包括其互变异构和立体化学异构形式。

6、优选地，根据式(i)的化合物是丙酮缩甘油(cas100-79-8，(2,2-二甲基-1,3-二氧戊环-4-基)甲醇)：

7、

8、如上所述，丙酮缩甘油在多种领域中有应用，通常作为溶剂。因此，用于合成式(i)化合物(例如丙酮缩甘油)的方法是特别想要的。

9、本发明人已经令人惊讶地确定可以使用第一方面的方法来合成根据式(i)的化合物，例如丙酮缩甘油。

10、第一方面的方法与常规方法之间的关键差异在于常规方法不向式(ii)化合物(例如甘油)施加电势差来制备式(i)化合物。换句话说，与常规方法不同，第一方面的方法是电化学方法。然而，本发明人已经确定施加电势差对于在第一方面的方法下发生反应是必要的。

11、第一方面的方法还提供了许多优于常规方法的显著且令人惊奇的优点。

12、常规的用于制造丙酮缩甘油的方法具有缺陷。例如，它们通常在强酸和/或非均相催化剂的存在下，在高温(>100℃)下，在高压(>5000kpa)下使用co2使甘油与丙酮反应，并需要从所需的丙酮缩甘油产物中蒸馏掉过量的试剂酮类(丙酮)。这些参数意味着用于制造丙酮缩甘油的常规方法会遇到安全性问题，低效，复杂，并且利用大量能量，从而导致高碳足迹。

13、因此，需要用于合成丙酮缩甘油和类似化合物的新方法。

14、还需要可避免强酸、非均相催化剂、高温、高压和/或过量试剂的蒸馏的合成化合物(例如丙酮缩甘油)的方法。

15、如由实施例所证明，所述方法无需强酸或非均相催化剂即可有效操作。因此，所述方法具有增加的安全性并且可以在无需从所合成的式(i)化合物中分离催化剂或副产物的情况下操作，从而使得所述方法更加简单和高效。

16、也如由实施例所证明，所述方法可以在室温和标准大气压下有效操作。因此，在用于合成化合物(例如丙酮缩甘油)的常规方法中使用的高温(>100℃)或高压(>5000kpa)在本发明的方法中不是必需的。这减少了所述方法的能耗和碳足迹，并提高了所述方法的安全性。

17、还如实施例所证明，所述方法不需要添加酮(例如丙酮)来形成所需的式(i)化合物。丙酮是常规方法所需的另一种原料成分，从而使得这些方法更加复杂，并且常规方法通常需要通过蒸馏从所需产物中去除过量的酮，这需要大量的能量。

18、在一个实施方式中，电势差由可再生能源(例如太阳能、风能或水力发电能)提供。这进一步减少了所述方法的碳足迹。

19、因此，本发明的方法可以克服常规方法的几个显著缺陷。具体地，与用于制备式(i)化合物(例如丙酮缩甘油)的常规方法相比，本发明的方法可更安全，可更简单，可更有效，可消耗更少的能量，并且可具有更低的碳足迹。

20、在一种实施方式中，使溶液与二氧化碳接触。这为作为化石燃料副产物的二氧化碳提供了用途。据估计，二氧化碳的使用和存储将为英国经济贡献到2030年为50亿-90亿英镑并且到2050年为300亿英镑(gbp)。不受理论的束缚，据认为二氧化碳可以溶解到溶液中以提供碳酸根离子，这可有助于所述方法。

21、所述方法由根据式(ii)的化合物合成式(i)化合物。优选地，根据式(ii)的化合物是甘油(cas 56-81-5，也称为丙三醇或丙烷-1,2,3-三醇)：

22、

23、甘油是特别优选的，因为它是生物柴油生产的副产物。因此，使用此类甘油作为式(ii)化合物可利用这种废副产物。

24、先前已经描述了痕量的式(i)化合物(例如丙酮缩甘油)的生成。

25、例如，int.j.electrochem.sci.,8(2013)11288-11300描述了正在生成的痕量丙酮缩甘油。这是在低ph下执行的(即不包括布朗斯台德碱)，溶液不与co2接触并且使用圆柱形pt网格作为电极。丙酮缩甘油是作为其他化合物的复杂混合物的一部分形成的，并且该文件聚焦于一系列其他化合物的合成。据报道，丙酮缩甘油不是以任何显著的产率制备的。

26、carbohydrate research,105(1982)158-64描述了用于糖d-葡萄糖醇的电化学氧化的方法。这是在没有任何布朗斯台德碱、没有使溶液与co2接触的情况下使用pt电极进行的。没有提及使用甘油作为式(ii)化合物或将丙酮缩甘油作为式(i)化合物生产。没有报道任何式(i)化合物是以任何显著的产率制备的。缩醛(亚异丙基)基团的安装是在使用经典化学技术的电化学方法之后进行的，需要添加丙酮，其唯一目的是通过gc-ms(气相色谱-质谱法)鉴定所制备的产物。没有建议可以在不添加丙酮的情况下安装缩醛基团。

27、第一方面的方法提供了根据式(i)的化合物，例如丙酮缩甘油。根据第二方面，本发明提供了一种根据式(i)的化合物，其中所述化合物可通过第一方面的方法获得(例如是通过第一方面的方法获得的)。

28、式(i)化合物可被包含在组合物中。因此，根据第三方面，本发明提供了一种组合物，所述组合物包含式(i)化合物。所述组合物可通过第一方面的方法获得(例如是通过第一方面的方法获得的)和/或包含第一过程的方法特有的副产物，例如具有分子式c7h12o2的化合物(例如乙基环戊醇酮(ethyl cyclopentanolone)和/或甲酸。

29、可通过第一方面的方法获得(例如是通过第一方面的方法获得)的式(i)化合物及其组合物在多种领域中得到应用并且可以用作多种产品或并入多种产品中。因此，根据第四方面，所要求保护的发明提供了一种产品，所述产品包含根据第二方面的化合物或第三方面的组合物，其中所述产品是：

30、a)溶剂；

31、b)燃料，例如液体石油燃料，例如汽油(gasoline/petrol)、柴油和/或煤油；

32、c)医药中间体；

33、d)药物载体；

34、e)空气护理产品，例如香料稀释剂、基质或载体，例如用于空气清新剂(例如插入式空气清新剂、扩散剂、或喷雾剂)或蜡烛；

35、f)涂料或清漆，例如环氧树脂，例如应用于汽车、金属和/或木材；

36、g)油墨，例如印刷油墨；

37、h)清洁剂，例如家用或机构清洁剂，例如表面清洁剂和/或脱脂剂；和/或

38、i)皮革处理剂，例如渗透剂、粘合促进剂、染料稀释剂和/或涂料用清漆。

39、因此，根据第五方面，所要求保护的发明提供了根据第二方面的化合物或根据第三方面的组合物在以下中或作为以下的用途：

40、a)溶剂；

41、b)燃料添加剂，作为液体石油燃料(例如汽油、柴油和/或煤油)的添加剂；

42、c)医药中间体；

43、d)药物载体；

44、e)空气护理产品，例如香料稀释剂、基质或载体，例如用于空气清新剂(例如插入式空气清新剂、扩散剂、或喷雾剂)或蜡烛；

45、f)涂料或清漆，例如环氧树脂，例如用于应用于汽车、金属和/或木材的涂料或清漆；

46、g)油墨，例如印刷油墨；

47、h)清洁剂，例如家用或机构清洁剂，例如表面清洁剂和/或脱脂剂；和/或

48、i)皮革处理剂，例如渗透剂、粘合促进剂、染料稀释剂和/或涂料用清漆。