專利名稱：用于將異-α-酸和四氫-異-α-酸氫化成六氫-異-α-酸的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通過使用催化由異-α -酸或四氫-異-α -酸氫化成六氫-異-α -酸的含釕的非均相催化劑，通過氫化異-α -酸(異潷草酮或異潷草酸酯/鹽(isohumulate))或四氫-異-α-酸(四氫-異潷草酮或四氫-異潷草酸酯/鹽(tetrahydro-1sohumulate ))來生產(chǎn)六氫-異-α -酸(六氫-異_草酮或六氫_異_草酸酉旨 / 鹽(hexahydro-1sohumulate))。
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及六氫-異-α -酸的生產(chǎn)，六氫-異-α -酸是異-α -酸的還原衍生物，用于為啤酒提供苦味和泡沫。這些六氫-異-α -酸是具有優(yōu)異的泡沫穩(wěn)定性能的苦味的啤酒花酸衍生物，并且在抗光解和氧化降解(US3，552，975)方面優(yōu)于所有其他異-α -酸產(chǎn)物。傳統(tǒng)上，苦啤酒的味道來自啤酒花球果中存在的α-酸。在常規(guī)的釀造過程的麥芽汁煮沸階段期間，α-酸從(粉末狀)啤酒花球果中提取并且部分轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的苦味的異-α-酸。然而，在傳統(tǒng)釀造過程中啤酒花利用率(或異-α-酸產(chǎn)率)只有約35%(GB1, 158，697)。已經(jīng)清楚的是可以通過在釀造過程外進(jìn)行α -酸異構(gòu)化，并且更具體地通過在無機堿性化合物的作用下離線預(yù)異構(gòu)化α -酸(US3，952，061 ；US4, 002, 683 ；US4, 758，445 ；US5, 015，491 ；US5, 155，276 ；US5, 370，897)來改善啤酒花利用率。這種離線生產(chǎn)的異- α -酸的使用將釀造過程中啤酒花α -酸的利用率提高至最多約70%。然而，異-α-酸具有 多種內(nèi)在缺點。這樣的負(fù)面特性之一是它們對光解降解的敏感性，這導(dǎo)致歸因于3-甲基-2-丁烯-1-硫醇(MBT)的形成的所謂的“抗日光嗅味(lightstruck flavor)”的發(fā)展,也稱為“臭 自巰基(skunky thiol)”。光解反應(yīng)的發(fā)生是在異- α -酸分子中存在異-3-己烯?；鶄?cè)鏈的結(jié)果。通過改變異- α -酸的分子結(jié)構(gòu)，例如通過還原在這種異-3-己烯酰基側(cè)鏈中的C=C和/或C=O鍵，可以防止由光解降解造成的大量的MBT副產(chǎn)物形成(例如在啤酒中)。因此，還原的異-α -酸衍生物已被介紹，就是說二氫-異-α -酸、四氫-異-α -酸和六氫-異-α -酸，并且現(xiàn)在被許多啤酒制造商使用，一般通過在釀造過程的初發(fā)酵階段之后加入它們。二氫-異-α-酸(也稱為P-異-α-酸)是通過將上述異-3-己烯?；溨械聂驶€原為羥基而獲得，通常使用堿金屬硼氫化物作為還原劑。提供氫化上述異-3-己烯?；鶄?cè)鏈和異戊烯基側(cè)鏈中的C=C鍵來獲得四氫-異-α -酸。六氫-異-α -酸是通過結(jié)合上述還原過程和氫化過程而生產(chǎn)。用于生產(chǎn)二氫-異-α -酸的所有工業(yè)應(yīng)用步驟使用異-α _酸的硼氫化物類還原(US3, 558，326 ；US4, 324，810)。用于生產(chǎn)四氫-異- α -酸的工業(yè)過程一般使用鈀(Pd)類非均相催化劑(US5, 013，571，US5, 600，012)。
對于六氫-異-α-酸的形成，已經(jīng)描述了兩種方法。第一個類型使用四氫-異- α -酸作為前體，并使用堿金屬硼氫化物通過還原(US3, 552，975)獲得所需的六氫-異-α -酸。第二種方法由二氫-異-α -酸開始，二氫-異-α -酸在負(fù)載的Pd催化劑上用氫氣氫化(US5，013, 571)。US3, 552，975描述了通過使用堿金屬硼氫化物作為還原劑，水和/或醇溶劑作為優(yōu)選的惰性質(zhì)子反應(yīng)介質(zhì)，以及在弱堿性PH值條件下，由四氫-異-α -酸開始形成“抗臭鼬(skunk-proof)”六氫-異- α -酸。還原過程之后，通過添加HCl水溶液來分解過量的還原劑，并且通過與水不混溶的溶劑(例如，低級烴或醚)萃取來回收六氫-異- α -酸。為了獲得高純度的六氫-異…酸產(chǎn)物，需要額外的溶劑蒸發(fā)步驟。US6, 198，004描述了通過將貴金屬催化劑(優(yōu)選Pd催化劑)逐漸地或連續(xù)地加入到反應(yīng)混合物中用于將異-α -酸轉(zhuǎn)化為四氫-異-α -酸的方法，如通過Pd催化劑類實驗數(shù)據(jù)支持的，所述催化劑催化將異-α -酸氫化成四氫-異-α -酸。然而，US6, 198，004還教導(dǎo)，當(dāng)六氫-異-α -酸是期望的產(chǎn)物時，四氫-異-α -酸需要進(jìn)一步在還原步驟中還原，所述還原步驟特別地使用了堿金屬硼氫化物類型的還原劑。US5, 013, 571描述了使用堿金屬硼氫化物化合物將異_ α _酸還原成二氫-異-α -酸并隨后在Pd催化劑上氫化成六氫-異-α -酸，使用碳、碳酸鋇、硫酸鋇、鈣碳酸或氧化鋁作為負(fù)載材料。在作為堿性PH條件下的結(jié)果的還原過程中，以及在來源于氫解的氫化過程中，通過報告?zhèn)孺溋呀?，該專利還反映了這些還原過程和氫化過程的關(guān)鍵性質(zhì)。用于避免這些全氫化產(chǎn)物的方法在US5, 600，012中進(jìn)行了描述。如果源自于氫解降解的不希望的副產(chǎn)物存在 于產(chǎn)物中，需要使用例如己烷的額外的提取步驟來除去這些降解產(chǎn)物，隨后通過溶劑蒸發(fā)步驟來獲得純化的六氫-異-α -酸。US7, 344，746描述了使用基于Pd類和Pt類的催化劑通過(無溶劑)氫化過程由二氫-異- α -酸生產(chǎn)六氫-異- α -酸，其中有可能以間歇方式或連續(xù)方式摻混二氧化碳。以上清楚地說明，本領(lǐng)域已知的啤酒花異-α -酸轉(zhuǎn)化成六氫-異-α -酸需要復(fù)雜的多步過程，包括氫化和(堿金屬硼氫化物類)還原反應(yīng)，其中通常需要通過萃取和蒸發(fā)過程來去除不希望形成的降解副產(chǎn)物(例如，側(cè)鏈裂解和氫解)。因此，對于用于由異-α-酸或四氫-異-α -酸獲得六氫-異-α -酸的改進(jìn)的、簡化的方法仍然存在需要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及使用催化將異- α -酸或四氫-異- α -酸氫化成六氫-異-α -酸的含釕的非均相催化劑，用于一步生產(chǎn)六氫-異-α -酸(六氫-異_草酮或六氫-異_草酸酯/鹽(hexahydro-1sohumulate))的方法,并且涉及通過所述方法獲得的六氫-異_ α _酸組合物。因此，本發(fā)明的第一個方面提供了用于將異- α -酸或四氫-異- α -酸氫化成六氫-異- α -酸的方法，包括(i)在不存在或存在溶劑(例如二氧化碳、水、乙醇或其他有機溶劑，或它們的混合物)的情況下，以及在不存在或存在其他啤酒花化合物(例如α -酸或β -酸)的情況下，使異-α -酸反應(yīng)物(例如，處于異-α -酸、異潷草酸堿金屬鹽(alkalimetal isohumulate)或異_草酸喊土金屬鹽(alkaline earth metal isohumulate)的形式)或四氫-異-α -酸反應(yīng)物(例如，處于四氫-異-ct -酸、四氫-異_草酸堿金屬鹽(alkai metal tetrahydro-1sohumulate)或四氫-異_草酸喊土金屬鹽(alkaline earthmetal tetrahydro-1 sohumulate)的形式)與含釕的非均相催化劑接觸或混合；以及(ii)在含氫氣的氣氛下保持該混合物。含氫氣的氣氛可以通過用純氫氣或用另一種氣體(優(yōu)選惰性氣體，例如氮氣、氦氣、氬氣、二氧化碳或它們的混合物)稀釋的氫氣增壓反應(yīng)混合物來獲得。與現(xiàn)有技術(shù)已知的相反，根據(jù)本發(fā)明的方法不包括使用無機還原劑來獲得六氫-異-α -酸的額外的還原反應(yīng),例如堿金屬硼氫化物類還原劑(例如，硼氫化鈉或硼氫化鉀)，或氫化鋁類還原劑(例如，氫化鋰鋁)。在本發(fā)明的一個優(yōu)選的實施方式中，氫化反應(yīng)在至少293Κ的反應(yīng)溫度下進(jìn)行，優(yōu)選在293Κ至398Κ的范圍內(nèi)，更優(yōu)選在333Κ和373Κ之間，以及最優(yōu)選在343Κ和363Κ之間。在另一個優(yōu)選的實施方式中，使用在0.02MPa至10.0MPa之間變化的氫氣分壓來進(jìn)行氫化反應(yīng)，并且更優(yōu)選在0.1MPa和5.0MPa之間，以及最優(yōu)選在0.2MPa和2.0MPa之間。氫化反應(yīng)的反應(yīng)時間足以達(dá)到超過99%的異-α -酸(或四氫-異-α -酸)的轉(zhuǎn)化率(處于游離酸形式或處于解離形式(例如，處于異潷草酸酯/鹽(isohumulate)或四氫-異_草酸酯/鹽(tetrahydro-1sohumulate)的形式),對于六氫-異_ α -酸(處于游離酸形式或處于六氫-異_草酸酯/鹽(hexahydro-1sohumulate)的形式)選擇性超過90%。根據(jù)本發(fā)明的方法可以進(jìn)一步包括在氫化反應(yīng)之前或在與氫化反應(yīng)相同的反應(yīng)介質(zhì)中將α -酸異構(gòu)化成所述異-α -酸(或?qū)⑺臍?α -酸異構(gòu)化成所述四氫-異_ α -酸)的步驟。根據(jù)本發(fā)明的方法可以進(jìn)一步包括在氫化過程之后從獲得的六氫-異- α -酸產(chǎn)物相中分離含釕的非均相催化劑的步驟，例如通過離心、過濾、傾析或通過另一種液-固分離技術(shù)。

在本發(fā)明的一個優(yōu)選的實施方式中，含釕的非均相催化劑是氫化非均相催化劑，包括在負(fù)載材料上的釕，包含至少0.1重量％的釕(基于總催化劑重量，包括負(fù)載材料)和基于金屬的至少5重量％的釕，其中金屬來自下組:銀(Ag)、金(Au)、鈷(Co)、銅(Cu)、銥(Ir)、鎳(Ni)、Pd、Pt、銠(Rh)和釕(Ru)。這些包含Ru的催化劑的負(fù)載材料可以是碳類材料、氧化物或氫氧化物、合成聚合物、生物聚合物、金屬結(jié)構(gòu)、有機-無機混合材料、沸石、粘土或鹽材料。釕以金屬、氫氧化物或氧化物狀態(tài)存在。優(yōu)選地，含釕的非均相催化劑是使用碳或氧化鋁作為負(fù)載材料的含釕催化劑。緊接著釕之后，一種或多種其他(貴)金屬，例如，Ag、Au、Co、Cu、Ir、N1、Pd、Pt和Rh，也可以是導(dǎo)致六氫-異- α -酸的氫化催化劑的一部分，并且這些(貴)金屬能夠以單獨的相或者與釕的混合相形式或者以合金形式存在。并且，可以使用含釕催化劑連同另一種非均相氫化催化劑一起的組合，例如，Ru和Pd催化劑的組合(具有較高的以及有選擇性的C=C氫化活性)。釕能夠以其金屬狀態(tài)或以氫氧化物或氧化物狀態(tài)存在于這些氫化催化劑中。優(yōu)選地，含釕催化劑中存在的釕部分或釕簇(cluster)的平均粒徑為至少Inm以及至多IOOOnm (如通過透射電子顯微鏡測量的)。在本發(fā)明方法的另一個優(yōu)選的實施方式中，異-α -酸或四氫-異-α -酸(處于游離酸形式或處于解離形式(如處于異潷草酸酯/鹽(isohumulate)和四氫-異潷草酸酯/鹽(tetrahydro-1 sohumulate )的形式))相對于氫化催化劑的釕部分的摩爾比是在I至2000之間，優(yōu)選在10至500之間，更優(yōu)選在20至200之間。本發(fā)明的另一個目的提供了通過根據(jù)本發(fā)明的方法獲得的啤酒花六氫-異-α -酸組合物。具體地，所述啤酒花六氫-異-α -酸組合物包括至少50、60、70或80重量％ ,優(yōu)選至少85或90重量％的六氫-異- α -酸(基于α -酸、異- α -酸和它們的氫化和/或還原衍生物的總質(zhì)量)，其中所述六氫-異-α -酸組合物基本上不含源自無機還原劑的無機化合物，特別是硼氫化鈉類還原劑。優(yōu)選地，如通過元素分析測定的，所述六氫-異-α -酸組合物包括小于50ppm的含硼物質(zhì)。六氫-異-α -酸可以處于其游離酸形式，或處于解離形式。所述啤酒花六氫-異-α -酸組合物可以是無溶劑的或六氫-異- α -酸可以溶解在合適的溶劑中。


附圖列表圖1示出了根據(jù)本發(fā)明，通過包含釕的非均相催化劑催化的，啤酒花異-α-酸至六氫! _異_ α _酸的氧化反應(yīng)。通常地，R是低級燒基，優(yōu)選C1-C6燒基。R=-CH2CH(CH3)2:η-;R=-CH(CH3)2: Co-; R=-CH (CH3) CH2CH3:ad_ ；R=-CH2CH2CH(CH3)2:pre-；R=-CH2CH3:post_0
圖2示出了用Ru/C催化劑氫化處于水中的二氫-異-α-酸和四氫-異-α-酸，特別是反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率的時間依賴性。
具體實施例方式令人驚訝的是，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)使用含釕的非均相催化劑允許一步反應(yīng)，更具體地說，將啤酒花異-α -酸一步氫化成六氫-異-α -酸，無需使用無機還原劑的還原步驟，例如通過使用堿金屬硼氫化物。因此，含釕的非均相催化劑能夠催化異-3-己烯?；鶄?cè)鏈和異戊烯基側(cè)鏈的C=C鍵以及異-3-己烯?；鶄?cè)鏈的C=O鍵的氫化。相反，本領(lǐng)域已知的氫化催化齊U，例如含Pd的催化劑，僅催化異-3-己烯酰基側(cè)鏈和異戊烯基側(cè)鏈的C=C鍵的氫化。當(dāng)使用本領(lǐng)域已知的氫化催化劑(例如，含Pd和Pt的催化劑)時，異-3-己烯酰基側(cè)鏈的C=O鍵的還原需要使用無機還原劑(例如硼氫化鈉或硼氫化鉀)的額外的還原步驟。本發(fā)明提供了使用含釕的非均相催化劑用于將異-α-酸轉(zhuǎn)化或氫化成六氫-異-α -酸的改進(jìn)方法(如圖1示意性地示出)。因此，本發(fā)明涉及用于氫化異-α -酸的方法，包括:在氫氣存在下(純氫或者與另一種氣體的混合物形式)，不存在或存在合適溶劑的情況下，以及不存在或存在其他啤酒花化合物(例如α -酸和β -酸)的情況下，混合含異-α-酸的進(jìn)料和含釕的非均相催化劑。使用含釕的非均相催化劑并且使α-酸和β-酸在過程進(jìn)料中，α-酸和β-酸被分別氫化為四氫-α-酸和六氫-β-酸。含釕的非均相催化劑能夠催化α -酸(具有兩個異戊烯基側(cè)鏈)和β -酸(具有三個異戊烯基側(cè)鏈)的異戊烯基側(cè)鏈中的C=C鍵的氫化。
在本發(fā)明的上下文中，含異-α-酸的進(jìn)料優(yōu)選通過啤酒花提取物(例如啤酒花α -酸濃縮提取物)的異構(gòu)化獲得的預(yù)異構(gòu)化的α -酸提取物，所述啤酒花提取物優(yōu)選通過液體或超臨界二氧化碳提取獲得。在本發(fā)明的另一個實施方式中，含異- α -酸的進(jìn)料也可以是含異律草酸酯/鹽(isohumulate)的混合物或處于溶劑(如水、二氧化碳、有機溶劑(包括但不限于甲醇、乙醇、1-丙醇、2-丙醇或這些醇溶劑的混合物或它們的混合物)中的異律草酸酯/鹽(isohumulate)(解離的異-α-酸)(例如異律草酸堿金屬鹽(alkali metalisohumulate)或異律草酸喊土金屬鹽(alkaline earth metal isohumulate))的溶液。本發(fā)明還涉及使用含釕的非均相催化劑用于將四氫-異-α-酸氫化成六氫-異-α -酸的方法，包括在氫氣(純氫或者與另一種氣體的混合物形式)存在下，不存在或存在合適溶劑的情況下，以及不存在或存在其他啤酒花化合物(例如α -酸和β -酸)的情況下，混合含四氫-異-α-酸的進(jìn)料(四氫-異-α -酸，處于非解離形式或處于解離形式)，和含釕的非均相催化劑。本發(fā)明還涉及用于基本上同時將α-酸異構(gòu)化和氫化成六氫-異-α-酸(以及將四氫-α -酸異構(gòu)化和氫化成六氫-異-α -酸)的方法?！盎旧贤瑫r”是指異構(gòu)化和氫化發(fā)生在同一反應(yīng)介質(zhì)中，通過它們各自的催化劑進(jìn)行催化(即合適的異構(gòu)化催化劑和含釕的非均相氫化催化劑)。優(yōu)選地，選擇工藝條件以保證在反應(yīng)介質(zhì)中異構(gòu)化步驟在氫化反應(yīng)前面。然而，如果α-酸的氫化發(fā)生在α -酸異構(gòu)化前面，這將導(dǎo)致主要形成四氫-α -酸，接下來，四氫-α -酸將被異構(gòu)化成四氫-異-α -酸。隨后，在根據(jù)本發(fā)明的含釕的非均相催化劑上，這些四氫-異-α -酸將被氫化成六氫-異-α -酸。用于啤酒花α -酸的異構(gòu)化的合適的異構(gòu)化催化劑是本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的。優(yōu)選地，用于將α-酸異構(gòu)化成異-α-酸(或?qū)⑺臍?α -酸異構(gòu)化成四氫-異-α-酸)的所述催化劑是作為非均相催化劑起作用的堿土金屬類化合物，其基本上不溶解在含α -酸的進(jìn)料中或溶解在(還原的)異-α -酸產(chǎn)物相中。更優(yōu)選地，所述異構(gòu)化催化劑是鋁酸鹽、鈦酸鹽、硅酸鹽或羥基磷灰石類型的堿土金屬類無機材料，包含鎂、鈣、鍶或鋇或它們的混合物。在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方式中，所述方法進(jìn)一步包括在含氫氣的氣氛下保持混合物的步驟，由此使用純氫氣或氫氣與另一種氣體(優(yōu)選惰性氣體，例如氮氣、氬氣、氦氣、二氧化碳或它們的混合物)混合通過增壓混合物來產(chǎn)生所述氣氛。優(yōu)選地，在氫氣存在下所述反應(yīng)混合物經(jīng)受一個溫度，在該溫度下含異- α-酸或四氫-異- α-酸的反應(yīng)介質(zhì)具有足夠低的粘度以便于與氫化催化劑混合，優(yōu)選同時進(jìn)行攪拌。優(yōu)選地，所述溫度為至少293Κ。更優(yōu)選地，允許氫化反應(yīng)進(jìn)行足夠長的時間以達(dá)到95%以上，最優(yōu)選99%以上的異-α -酸(或四氫-異-α -酸)的轉(zhuǎn)化率，對于六氫-異-α -酸(處于非解離形式或處于解離形式，對于六氫-異律草酸酯/鹽(hexahydro-1sohumulate)具有90%以上的選擇性。如本領(lǐng)域技術(shù)人員所理解的，給出了特定的底物相對于釕的比例，并且對于特定的含異-α -酸或四氫-異-α -酸的過程進(jìn)料，獲得>90%的六氫-異-α -酸產(chǎn)率的反應(yīng)時間依賴于含釕的非均相催化劑的特性，包括但不限于在含釕催化劑中存在的釕簇或釕部分的平均粒徑或粒徑分布以及負(fù)載材料的類型，并且還依賴于所使用的工藝條件，例如反應(yīng)溫度和氫氣壓力。 在本發(fā)明的上下文中，含釕的非均相催化劑為氫化催化劑，包含至少0.1重量％的釕(基于催化劑的總質(zhì)量，包括負(fù)載材料)和基于金屬的至少5重量％的釕，其中金屬來自下組:Ag、Au、Co、Cu、Ir、N1、Pd、Pt、Rh和Ru。這些含釕催化劑的負(fù)載可以是碳類的(例如，具有不同孔徑和粒徑的碳或活性炭、碳納米管、石墨烯類型材料)、(氫)氧化物(例如，基于Mg、Ca、Sr、Ba、Al、T1、Si的單一氧化物或混合氧化物)、合成聚合物(例如，聚乙烯吡咯烷酮)、生物聚合物(例如，殼聚糖)、金屬結(jié)構(gòu)(例如，金屬網(wǎng))、有機-無機混合材料(例如，金屬-有機框架、配位聚合物等)、沸石(天然來源的或合成來源的)、粘土(例如，膨潤土)或鹽(例如，堿土金屬類碳酸鹽、硫酸鹽等)。應(yīng)當(dāng)理解的是，這個列表不是限制性的。其中非均相是指可以通過六氫-異-α -酸產(chǎn)物相的元素分析來測量釕沒有顯著地或基本上沒有溶解在產(chǎn)物相中。更具體地，“釕催化劑沒有顯著地或基本上沒有溶解”的意思是產(chǎn)物相基本上不含釕。如通過元素分析測定的，可以在六氫-異-α-酸產(chǎn)物相中發(fā)現(xiàn)優(yōu)選地小于0.01%，更優(yōu)選小于0.001 %的釕存在于催化劑中。緊接著釕之后，還可以存在一個或多個其他(貴)金屬，例如，Ag、Au、C0、Cu、Ir、N1、Pd、Pt和Rh。同樣，應(yīng)當(dāng)理解的是，這個列表不是限制性的。這些額外的(貴)金屬能夠以單獨相，或混合相，或與釕的合金形式存在。含釕的催化劑也可以與另一種基于上述(貴)金屬的氫化非均相催化劑結(jié)合。釕能夠以其金屬狀態(tài)或以氫氧化物或氧化物形式存在于含釕的氫化催化劑中。含釕的氫化催化劑(因為它們出現(xiàn)在負(fù)載材料上)中存在的釕部分或簇具有在Inm至IOOOnm之間變化的粒徑分布，優(yōu)選在1.5nm至IOOnm之間，更優(yōu)選在2nm至25nm之間(如通過透射電子顯微鏡確定的)。能夠以在I至2000之間，更優(yōu)選在10至500之間，并且最優(yōu)選20至200之間變化的異- α-酸(或四氫-異- α-酸)相對于氫化催化劑的釕部分的摩爾比使用含釕的氫化催化劑。在本發(fā)明的又一個實施方式中，在至少293Κ的中等溫度下通過含釕的非均相催化劑催化將異-α -酸(或四氫-異-α -酸)氫化成六氫-異-α -酸。優(yōu)選地,將反應(yīng)混合物保持在293Κ至398Κ范圍內(nèi)的反應(yīng)溫度下，并且更優(yōu)選在333Κ和373Κ之間，最優(yōu)選在343Κ和363Κ之間。將反應(yīng)混合物保持在優(yōu)選的溫度下持續(xù)在0.1至48小時范圍內(nèi)的反應(yīng)時間，更優(yōu)選在0.5至24小時的范圍內(nèi)，最優(yōu)選在I至12小時的范圍內(nèi)。在氫化反應(yīng)期間，含氫氣的氣氛保持在反 應(yīng)混合物的上面?？梢允褂眉儦錃饣蚩商娲貧錃馀c其他氣體混合(具體地是惰性氣體，如氮氣、氦氣、氬氣、二氧化碳或它們的混合物)。氫氣的分壓可以在0.02至10.0MPa之間變化。更優(yōu)選氫氣的分壓在0.1至5.0MPa的范圍內(nèi)，并且最優(yōu)選在0.2至2.0MPa之間。在另一個實施方式中，有機分子可以在稱為轉(zhuǎn)移氫化的過程中用作氫源，如在 Heterogeneous Catalytic Transfer Hydrogenation and Its Relation to OtherMethods for Reduction of Organic Compounds(R.A.ff.Johnstone et al., ChemicalReviews85 (1985) 129-170)中描述的。含釕的非均相催化劑可在無溶劑條件下使用?？商娲兀?、二氧化碳和有機溶劑(例如，甲醇、乙醇、1-丙醇、2-丙醇或這些醇溶劑的混合物)或它們的混合物可以用作反應(yīng)介質(zhì)。此外，含釕的非均相催化劑可以通過簡單離心、過濾、傾析，或通過其他液-固分離技術(shù)從反應(yīng)介質(zhì)中分離，從而允許回收催化劑。氫化過程可以在間歇反應(yīng)器中進(jìn)行，由此在氫化反應(yīng)開始時將含釕的催化劑和含異- α -酸(或四氫-異- α -酸)的進(jìn)料裝入間歇式反應(yīng)器中。在另一個實施方式中，在管式反應(yīng)器中氫化催化劑用作固定床并且將含異-α -酸(或四氫-異-α -酸)的進(jìn)料泵送通過反應(yīng)器，這允許在反應(yīng)器出口處直接收集六氫-異- α -酸產(chǎn)物。還可以使用非均相催化的技術(shù)人員通常已知的其他反應(yīng)器和工藝設(shè)計。這種反應(yīng)器設(shè)置的非限制性列表可以在 Applied Heterogeneous Catalysis (J.-F.Lepage et al., Institut I raili^ais duPetrole, Editions Technip, 1987)中找到。在無溶劑的條件下在異- α-酸(或四氫-異- α-酸)反應(yīng)物的高度轉(zhuǎn)化之后，六氫-異-α -酸產(chǎn)物可以作為有機液相通過適合固-液分離的任何單元操作來分離。優(yōu)選的技術(shù)是離心或過濾含釕的非均相催化劑，或傾析液體層。在溶劑存在下進(jìn)行氫化反應(yīng)的情況下，固-液分離可以獲得處于水和/或有機溶劑(如乙醇)中的六氫-異-α -酸產(chǎn)物的溶液。本發(fā)明的一個優(yōu)點是，在無溶劑氫化過程的情況下，不需要額外的工作操作(work-upoperation)(例如萃取和蒸發(fā)過程)以獲得高純度的六氫-異_ α -酸，作為產(chǎn)物相。應(yīng)當(dāng)理解的是，不需要額外的還原步驟，進(jìn)行根據(jù)本發(fā)明的氫化反應(yīng)，以獲得六氫-異-α -酸，例如在現(xiàn)有技術(shù)中描述的由異-α -酸獲得六氫-異-α -酸的方法中就是這種情況。具體而言，在現(xiàn)有技術(shù)中，通過以下得到六氫-異-α -酸，(i )通過堿金屬硼氫化物還原異-α -酸以形成二氫-異-α -酸，隨后通過將所述二氫-異-α -酸(例如，Pd催化)氫化成六氫-異-α -酸；或(:[:0通過將異-0 -酸(例如,Pd催化)氫化成四氫-異-α -酸，隨后通過堿金屬硼氫化物還原所述四氫-異-α -酸以形成六氫-異-α -酸。因此，本發(fā)明的一個優(yōu)點是，獲得的六氫-異-α -酸基本上不含源自無機還原劑的無機化合物，例如硼氫化物或氫化鋁類還原劑 。特別地，獲得的六氫-異-α -酸基本上不含源自硼氫化物類還原反應(yīng)的含硼物質(zhì)。本發(fā)明的另一個目的提供了在不使用應(yīng)用無機還原劑(例如堿金屬硼氫化物(例如，硼氫化鈉或硼氫化鉀)或堿金屬氫化鋁(例如，硼氫化鋁鋰))的還原反應(yīng)情況下，可以通過根據(jù)本發(fā)明的方法獲得的六氫-異-α -酸組合物。所述六氫-異-α -酸組合物包括至少50、60、70、80、85或90重量％的六氫-異- α-酸(以α -酸、異-α -酸和它們(氫化的和/或還原的)衍生物的總質(zhì)量計)，并且基本上不含源自無機還原劑的無機化合物。更優(yōu)選的是，所述六氫-異-α -酸組合物基本上不含源自硼氫化物類還原反應(yīng)的含硼物質(zhì)。更具體地，“基本上不含有含硼物質(zhì)”的意思是所述組合物包括小于50、40、30、20、10或5ppm的硼(如通過元素分析測定的)。下面將參考實施例說明本發(fā)明的詳細(xì)情況:實施例1.用Ru/C催化劑無溶劑氫化異-α -酸為了統(tǒng)計的可靠性，所有的氫化實驗進(jìn)行三次。異-α -酸反應(yīng)物的起始組合物為>96%的異- α -酸；在過程進(jìn)料中基本上不存在還原的異- α -酸，α -酸含量為〈1%并且β -酸含量為〈3%。將具有2nm平均Ru粒徑(如通過透射電子顯微鏡測定的)的0.04克的5% Ru/C 催化劑〔一 0.02mmol Ru),加入 0.36g 的異-α -酸進(jìn)料中(一 Immol 異-α -酸)。接著，攪拌反應(yīng)混合物并加熱至333Κ、348Κ或363Κ持續(xù)不同的反應(yīng)時間。所有反應(yīng)容器用0.SMPa的氫氣增壓。在氫化反應(yīng)后，通過離心將粉末催化劑從反應(yīng)混合物中分離。通過配備二元泵、真空脫氣裝置、自動進(jìn)樣器、柱溫箱、和二極管陣列檢測器的HPLC裝置進(jìn)行樣品分析。兩個Zorbax Extend C18柱(150mm長X 4.6mm內(nèi)徑,填充有5 μ m顆粒)串聯(lián)使用。用氨(A溶劑)和由60 %乙腈(v/v)和40 %乙醇(v/v)組成的混合物(B溶劑)將由處于20%(v/v)乙醇中的5mM醋酸銨組成的流動相調(diào)節(jié)至pH為9.95。流動速率設(shè)定在 0.4mL/min 并進(jìn)行溶劑梯度洗脫:0-12min:0-16% B, 12_14min:16-25% B, 14_44min:25-40% B，44-54min:40-60% B，54_64min:60-90% B，64_70min:90-100% B。柱溫度保持在308K。注射100 μ L體積的過濾的樣品。在256nm下針對異-α -酸反應(yīng)物和衍生的還原的異-α -酸產(chǎn)物，特別是二氫-異- α-酸、四氫-異- α-酸和六氫-異-α -酸進(jìn)行UV檢測。在加入ImL乙醇后分析來自無溶劑氫化實驗的樣品。在333Κ的反應(yīng)溫度下，使用0.04g的5% Ru/C催化劑(反應(yīng)物:釕的摩爾比=50)將0.36g的異- α -酸轉(zhuǎn)化為六氫-異-α -酸，在24h后六氫-異-α -酸的產(chǎn)率>90% (表1，項目I)。在不添加5% Ru/C催化劑的情況下在333Κ下進(jìn)行的對照實驗中，在24h反應(yīng)時間后〈1%的異-α-酸反應(yīng)物被轉(zhuǎn)化(表1，項目2)。在與項目I相同，但是在348Κ下進(jìn)行20h的實驗中，也獲得>90%的六氫-異- α-酸的產(chǎn)率(表1，項目3)。在363Κ的反應(yīng)溫度下，16h后六氫-異-α-酸的產(chǎn)率>90% (表1，項目5)。在沒有5% Ru/C催化劑的情況下在348或363K下進(jìn)行的對照實驗導(dǎo)致異-α -酸反應(yīng)物〈I %的轉(zhuǎn)化率(表1，項目4和6)。還評估了具有較大Ru粒徑的其他Ru/C催化劑。觀察到，以較大的平均Ru簇粒徑(3nm-9nm)表征的5% Ru/C催化劑需要較長的反應(yīng)時間來獲得>90%的六氫-異-α -酸的產(chǎn)量水平，但是發(fā)現(xiàn)這些Ru催化劑對六氫-異-α -酸具有相同的高選擇性。還觀察到，使用5% Ru/C催化劑，將在含異-α -酸的進(jìn)料中低濃度存在的α -酸和β -酸，分別氫化為四氫-α -酸和六氫-β -酸。表1.用Ru/C催化劑無溶劑氫化異-α -酸
權(quán)利要求
1.一種用于將異-α-酸氫化成六氫-異-α-酸的方法，包括以下步驟(i)將含異-α -酸的進(jìn)料與含釕的非均相催化劑接觸或混合，其中，所述含釕的非均相催化劑催化異-α -酸氫化成六氫-異-α -酸，以及(ii )在包括氫氣的氣氛下保持反應(yīng)介質(zhì)或混合物以進(jìn)行氫化反應(yīng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法不包括還原反應(yīng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法不包括使用無機還原劑的還原反應(yīng)，例如硼氫化物類的還原劑或氫化鋁類的還原劑。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3所述的方法，其中，所述異-α -酸處于游離酸形式或處于解離形式。
5.一種用于將四氫異-α-酸氫化成六氫-異-α-酸的方法，包括以下步驟(i )使含四氫異_α -酸的進(jìn)料和含釕的非均相催化劑接觸或混合，其中，所述含釕的非均相催化劑催化所述四氫異- α -酸氫化成六氫-異- α -酸，以及(ii)在包括氫氣的氣氛下保持反應(yīng)介質(zhì)或混合物以進(jìn)行氫化反應(yīng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述四氫異-α -酸處于游離酸形式或處于解離形式。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6所述的方法，進(jìn)一步包括在所述氫化反應(yīng)之前或在與所述氫化反應(yīng)相同的反應(yīng)介質(zhì)中將α -酸異構(gòu)化成所述異- α -酸(或?qū)⑺臍? α -酸異構(gòu)化成所述四氫-異_ α _酸)的步驟。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7所述的方法，其中，所述包括氫氣的氣氛是通過用純氫氣或用另一種氣體，例如惰性氣體，如氮氣、氦氣、氬氣、二氧化碳或它們的混合物稀釋的氫氣，增壓所述反應(yīng)介質(zhì)或混合物而獲得。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8所述的方法，其中，所述氫化反應(yīng)是在至少293Κ的溫度下進(jìn)行。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，所述氫化反應(yīng)是在333Κ至373Κ之間的溫度下進(jìn)行。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至10所述的方法，其中，所述氫化反應(yīng)是在無溶劑條件下或在二氧化碳、水、乙醇、其他有機溶劑，或它們的混合物中進(jìn)行。
12.根據(jù)權(quán)利要求1至11所述的方法，其中，所述氫化反應(yīng)使用在0.02MPa至10.0MPa之間范圍內(nèi)的氫氣的分壓進(jìn)行。
13.根據(jù)權(quán)利要求1至12所述的方法，進(jìn)一步包括在反應(yīng)之后通過離心、過濾或其他液-固分離技術(shù)從獲得的六氫-異-α -酸產(chǎn)物中分離含釕的非均相催化劑的步驟。
14.根據(jù)權(quán)利要求1至13所述的方法，其中，所述含釕的非均相催化劑是包括在負(fù)載材料上的釕的非均相催化劑，包含基于包括負(fù)載材料的催化劑總重量，至少0.1重量％的釕，以及基于金屬的至少5重量％的釕，其中金屬來自下組:Ag、Au、Co、Cu、Ir、N1、Pd、Pt、Rh以及Ru。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中，所述含釕的催化劑的負(fù)載材料是碳、氧化物或氫氧化物、合成聚合物、生物聚合物、金屬結(jié)構(gòu)、有機-無機混合材料、沸石，粘土材料或鹽材料。
16.根據(jù)權(quán)利要求14或15所述的方法，其中，所述釕以金屬、氫氧化物或氧化物狀態(tài)存在。
17.根據(jù)權(quán)利要求14至16所述的方法，其中，所述釕與選自下組的一種或多種其他(貴)金屬一起存在:Ag、Au、Co、Cu、Ir、N1、Pd、Pt 以及 Rh。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中，所述釕形成與所述其他一種或多種(貴)金屬分離的相。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中，所述釕形成與所述其他(貴)金屬的混合相或合金相。
20.根據(jù)權(quán)利要求14至16所述的方法，其中，所述催化劑是負(fù)載在碳上的釕或負(fù)載在氧化鋁上的釕。
21.根據(jù)權(quán)利要求14至20所述的方法，其中，所述催化劑中存在的釕部分具有如通過透射電子顯微鏡測量的，在Inm至IOOOnm之間的平均粒徑。
22.根據(jù)權(quán)利要求1至21所述的方法，其中，所述異-α-酸相對于釕或所述四氫-異-α -酸相對于釕的摩爾比分別在I至2000之間的范圍內(nèi)。
23.一種通過根據(jù)權(quán)利要求1至22所述的方法獲得的六氫-異-α-酸組合物，包括基于α -酸和異- α -酸化合物以及它們的衍生物的總質(zhì)量，至少80重量％的六氫-異-α -酸，并且所述六氫-異-α -酸組合物基本上不含有源于無機還原劑的無機化合物。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的組合物，其中，所述源自無機還原劑的無機化合物是含硼物質(zhì)。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的組合物，包括如通過元素分析測定的，小于50ppm的硼。
26.根據(jù)權(quán)利要求23至25所述的組合物，其中，所述六氫-異-α-酸處于游離酸形式或處于解離形式。
27.根據(jù)權(quán)利要求23至26所述的組合物，其中，所述組合物是無溶劑的。
28.根據(jù)權(quán)利要求23至26所述的組合物，其中，所述六氫-異-α -酸溶解在溶劑中。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于將異-α-酸(或四氫-異-α-酸)氫化成六氫-異-α-酸的方法，其中，異-α-酸(或四氫-異-α-酸)與含釕的非均相催化劑混合，在無溶劑的條件下，或在存在溶劑相(例如，二氧化碳、水、乙醇或另一種有機溶劑，或它們的混合物)的情況下，以及在不存在或存在其他啤酒花化合物(例如β-酸)的情況下，所述催化劑催化由異-α-酸或四氫-異-α-酸氫化成為六氫-異-α-酸。然后獲得的混合物經(jīng)受一個溫度，在該溫度下含異-α-酸(或四氫-異-α-酸)的反應(yīng)介質(zhì)粘度足夠低以便于與含釕的非均相催化劑混合，并在含氫氣的氣氛(純氫氣或與惰性氣體混合)下保持足以使異-α-酸(或四氫-異-α-酸)反應(yīng)物高效轉(zhuǎn)化成六氫-異-α-酸產(chǎn)物的反應(yīng)時間。異-α-酸或四氫-異-α-酸相對于釕的摩爾比在1:1至2000:1之間變化。在氫化過程之后，含釕的非均相催化劑可以通過離心、過濾、傾析或其他液-固分離技術(shù)從六氫-異-α-酸產(chǎn)物相中分離。氫化過程可以分批地或可替代地以連續(xù)方式進(jìn)行。
文檔編號C12C3/12GK103119149SQ201180039747
公開日2013年5月22日 申請日期2011年6月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月14日
發(fā)明者帕斯卡爾·默騰斯, 迪爾克·德福斯, 巴爾特·斯蒂納克爾斯 申請人:Ifast公眾有限責(zé)任公司