磷酸烷基酯或磷酸酰基二脱水 1，4∶3，6-D-葡糖醇 酯及其制备方法和应用 本发明的内容是新的磷酸二脱水1，4∶3，6-D-葡糖醇(或异山梨醇)酯及其制备方法和应用。更确切地说，本发明涉及具有表面活性的磷酸烷基酯或酰基异山梨醇酰酯，它们的制备方法和应用，特别是用于制备洗涤剂或化妆组合物。
人们知道，在碳水化合物上接枝取代基，尤其是烷基或酰基，得到具有表面活性性质的化合物，往往是特定的化合物，这些化合物还是生物可降解的。
二脱水1，4∶3，6-D-葡糖醇系列的碳水化合物是许多研究工作的主题。
于是，人们提出通过在位2或5的选择性化学酯化来制备烷酰基-二脱水1，4∶3，6-D-葡糖醇[例如，见CEKOVIC Z.和TOKIECZ.，Synthesis，第610-612页(1989)；LELEMG.等人，Bull .Soc.Chim.Fr.，第3期，第567-570页(1988)；ABENHAiM D.等人，Carbohyd.Res.，261，第255-266页(1994)]。这些化合物具体用作合成血管扩张药的中间体(MONIS-2和MONIS-5)。
MUKESH D.等人[Biotech. Lett第15卷，第2期，第1243-1246页(1933)]描述了采用固定脂酶的催化酯化作用得到的二脱水1，4∶3，6-D-葡糖醇单油酯混合物。
ZARIFL.等人[J.Fluor.Chem.第44卷，第73-85页(1989)]提出了在生物医学领域中可使用的二脱水1，4∶3，6-D-葡糖醇的全氟烷基化单酯的制备方法(血代用品)。
JAZINSKIW.和ROPUS YNSKI S.[CA79∶14 6767h；CA80∶61387e；CA80∶146h]提出一种含有5-酰基-二脱水1，4∶3，6-D-葡糖醇地2-(焦磷酸三钠)酯、2-(焦磷酸二钠)酯和2-磷酸酯衍生物混合物，其中酰基表示油基、硬脂基或月桂基。
最后，SAHEKI等人[JAOCS，第63卷，第7期，第927-930页(1986)1提出了2-烷酰基-二脱水-1，4∶3，6-D-葡糖醇-5-硫酸酯，其烷酰基含有8-16个碳原子。这样一些化合物可以用作表面活性剂。
在表面活性剂领域里，需要大量研究其耐水解性、与皮肤和粘膜相容性都得到改善的化合物。
因此，本发明的目的是具有下述化学式的新的磷酸酯：或式中：
R表示含有5-21个碳原子的饱和或不饱和的、直链或支链的烷基，
X表示CO或CH2，
Z1和Z2相同或不同，表示氢原子、碱金属或碱土金属，或具有下述化学式的季胺：式中R1、R2、R3和R4相同或不同，表示氢原子，含有1-6个碳原子的烷基或羟烷基，或碱性的氨基酸残基。
本发明还有一个内容是关于上述化学式(I)或(II)化合物的制备方法，其方法在于：
a)二脱水-1，4∶3，6-D葡糖醇与化学式RCOOR’或RCH2Y的化合物在催化剂存在下进行反应，生成具有下述化学式的化合物：et
式中：
Y表示卤素、烷基或芳磺基，
R’表示氢原子或具有1-6个碳原子的烷基，
R和X具有上述的意义，
或许将上述化合物(III)和(IV)分离，
b)让步骤a)的产物与氯氧化磷、碱和无水溶剂进行反应。
本发明的另一个目的涉及上述化学式(III)和(IV)的化合物作为表面活性剂的应用。
本发明的另一个目的还涉及具体地含有上述化合物的洗涤剂或化妆组合物。
本发明化合物的制备方法详细描述如下：
步骤A：化学式(III)和(IV)化合物的制备
1.酯(X＝CO)的制备
化学式(III)和(IV)酯是二脱水-1，4∶3，6-D-葡糖醇与脂肪酸或化学式RCOOR’脂肪酸酯在催化剂存在下进行反应得到的。
脂肪酸选自于含6-22个碳原子，优选的是7-18个碳原子的直链或支链的、饱和或不饱和的脂肪酸。
脂肪酸酯选自于上述脂肪酸的酯，其酯基含1-6个碳原子，优选的是1-2个碳原子。
这种催化剂可根据化学式RCOOR’化合物的性质而改变。
使用脂肪酸时，其催化剂由酸构成。作为说明，可以列举盐酸、硫酸、烷基硫酸，例如癸基硫酸或月桂基硫酸，磺酸，例如苯磺酸、对甲苯磺酸或樟脑磺酸，烷基磺酸，例如甲烷磺酸、癸基磺酸、月桂基磺酸、硫代琥珀酸或硫代琥珀酸烷基酯，如硫代琥珀酸烷癸酯或硫代琥珀酸烷月桂酯，如高氯酸之类的高卤酸，连二磷酸或这些酸的混合物。优选地，使用硫酸、烷基硫酸、甲烷磺酸、琥珀酸或硫代琥珀酸烷基酯、次磷酸或这些酸的混合物。
使用脂肪酸酯时，其催化剂是碱。作为这样一种碱的说明，可以列举金属醇化物，如钠或钾之类的碱金属的甲醇化物或乙醇化物，碳酸盐、碳酸氢盐、例如钠或钾之类的碱金属碳酸盐或碳酸氢盐，化学式M(OH)x的化合物，其中M是碱金属或碱土金属，x是金属的价，碱性氧化铝、具有下述化学式的季铵氢氧化物：式中R1、R2、R3和R4相同或不同，表示含有1-18个碳原子的烷基或烷芳基，或这些基的混合基。
有利地，在上述碱中可以加入相转移催化剂，这些催化剂选自于已知的催化剂，例如四丁基铵卤化物(尤其是溴化物)或卤化甲基三辛基铵(尤其是氯化物)。
上述催化剂一般按照以二脱水-1，4∶3，6-D-葡糖醇原料重量计的0.1-20％，优选的是1-5％使用。
可以在一种溶剂存在下制备所述的酯，也就是可由脂肪酸或脂肪酸酯开始制备。作为实例，可以列举链烷、醚氧化物，如四氢呋喃、二恶烷或二甘醇二甲醚、卤代烃，如二氯甲烷、氯仿或二氯乙烷、酰胺类溶剂，如N-甲基甲酰胺、N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺或N-甲基-2-吡咯烷酮、如乙腈之类的腈、如二甲亚砜之类的砜、如甲苯或二甲苯之类的芳族溶剂，和这些溶剂的混合物。
在制备本发明酯时，一般使用0.1-20摩尔当量，优选的是0.5-10摩尔当量的二脱水-1，4∶3，6-D-葡糖醇、0.5×10-3至2摩尔当量酸催化剂或碱催化剂，优选的是1×10-3至1×10-1摩尔当量(酸催化剂)或1×10-2至1摩尔当量(碱催化剂)，0-20重量当量，优选的是0-10重量当量的溶剂，这是以原料脂肪酸或脂肪酸酯的重量当量为基计算的。
这种反应一般是在25-200℃，优选的是在70-180℃温度下进行的，其反应时间可以是1分钟至48小时，优选的是2分钟至24小时，压力为0.013-101.325千帕。
有利地，尤其为了降低时间，其反应是在微波辐射下进行。
在该反应结束时，一般过滤其反应介质，以便除去所述的催化剂。这样得到的滤液含有化学式(III)和(IV)的酯，这些化合物或许可以分离，例如采用二氧化硅柱色谱法，或采用沉淀法和/或在溶剂中重结晶法进行分离，所述溶剂选自于上述的溶剂和如乙酸乙酯、乙酸丙酯或乙酸丁酯之类的酯组中的溶剂。
2.醚的制备(X＝CH2)
化学式(III)和(IV)醚是通过二脱水-1，4∶3，6-D-葡糖醇与化学式RCH2Y化合物在催化剂存在下进行反应制备的。
其中R和Y如前面所定义的那样，化学式RCH2Y化合物优选地选自于含有氯原子或磺酰基(如甲烷磺酰基和对甲苯磺酰基)的化合物。
该催化剂选自于上面定义的碱、碱金属和这些金属的氢化物。优选地使用钠、钾和钠或锂的氢化物。
有利地，在上述的催化剂中可以加一种相转移催化剂，其催化剂选自于季铵盐，如四烷基铵或四芳基烷基铵卤化物，例如四丁基铵氯化物或者溴化物，硫酸氢铵，如硫酸氢甲基三辛硫酸氢酯，苯甲基三甲铵硫酸氢酯或苯甲基三乙基铵硫酸氢酯。
这种催化剂还可以含有如碱金属的卤化物或高氯酸盐，如铷或铯的卤化物或高氯酸盐。
还可以在上述的一种溶剂、水和与这些化合物相容或不相容的混合物存在下进行这种反应。
在制备本发明的醚时，一般地使用1-20摩尔当量，优选的是1-5摩尔当量二脱水-1，4∶3，6-D-葡糖醇、1-20摩尔当量，优选的是1-5摩尔当量催化剂，和0-20重量当量，优选的是0-10重量当量溶剂，这是以化学式RCH2Y化合物的重量当量为基计算的。
这种反应一般是在温度0-200℃，优选地25-160℃、时间为1分钟至48小时，优选的是2分钟至24小时条件下进行的。
有利地，特别是为了减少时间，该反应可在微波辐射下进行。
在反应结束后，从反应介质中回收化学式(III)和(IV)醚。这些醚或许可以比如采用二氧化硅柱色谱法进行分离。
步骤B：化学式(I)和(II)化合物的制备
让步骤a)的反应产物与氯氧化磷、碱和无水溶剂进行反应。
步骤a)的反应产物一般地由以酯(X＝CO)形式或者以醚(X＝CH2)形式的化学式(III)或(IV)化合物构成的。
不过，可以使用以酯或醚的混合物形式或酯和醚的混合物形式的这些化合物。
氯氧化磷一般地预先进行蒸馏。
所述的碱选自于吡啶、N，N-二甲基吡啶或4-二乙基氨基吡啶和如N-甲基吗啉或N-乙基吗啉之类的叔胺。
所述的无水溶剂一般地选自于上述的溶剂。优选地使用如氯仿、二氯甲烷或二氯乙烷之类的含氯溶剂，和如四氢呋喃、二恶烷、乙烯二甲醚或二甘醇二甲醚之类的醚。
在采用本发明方法的步骤b)时，一般使用1-5摩尔当量，优选的是1-2摩尔当量氯氧化磷、1-5摩尔当量，优选的是1-5当量碱和1-50重量当量，优选地是1-20重量当量的溶剂，这是以原料化学式(III)和/或(IV)化合物1重量当量为基计算的。
这种反应一般是在温度-20至+60℃，优选地是-10至+40℃，时间1小时至7天，优选地是1小时至48小时的条件下进行的。
有利地，这种反应是在惰性的和无水的气氛下进行的，例如在氩气和氮气气泡下进行。
反应结束后，相应于所使用碱的氯化物采用过滤方式从反应介质中除去。蒸发或许加一种如上面所述溶剂，优选的是链烷(例如己烷或庚烷)的滤液。添加了1-20重量当量冰水的蒸发残余物，在剧烈搅拌下保持在温度0-40℃，优选的是10-30℃，时间30分钟至5小时优选地是1至2小时。
这样得到的水相中的化合物I或II可采用几种方式回收，例如：
-浓缩所述的相，尤其在真空下和温度约60℃的条件下浓缩，
-用至少一种针对其回收的有机溶剂提取所述的相，和将一种或多种有机相浓缩，
-碱化所述的相，加至少一种能够引起上述化合物沉淀的溶剂，有利地，可以采用过滤方法回收这种化合物(例如烧结玻璃)。
化学式(I)或(II)化合物或许要经过补充的纯化步骤，例如凝胶柱筛析色谱法，如cyano-econosil prepCN(90埃；15-35微米；ALLTECH)，或采用强阳性离子交换树脂的离子交换色谱，如AMBERLITE IR120H+，或采用重结晶方法纯化。
化学式(I)和(II)的磷酸酯具有表面活性的性质，具体是稳定剂、乳化剂、泡沫剂、润湿剂和分散剂的性质。此外，本发明的化合物具有不刺激皮肤和粘膜的性质，这特别适合制备用于卫生的组合物，如香波、护发或化妆组合物，例如发膏、奶液、美容脂等。
由于它们的发泡能力和软化皮肤的能力，本发明的化合物还可以用于浴液(泡沫浴液)组合物、淋浴(淋浴凝胶)组合物，以及具体是syndet(英文为“合成洗涤剂”)的肥皂。
本发明的化合物还可以用作处理纺织品的抗静电剂、特殊应用的软化剂和洗涤剂、纺织品和皮革处理的软化剂，以及如石油研究、金属处理、悬浮聚合领域中的乳化剂。
下面的实施例能够说明本发明。在这些实施例中，采用了下述的分析方法：
·采用二氧化硅薄层色谱测定Rf(薄膜厚度：200微米；颗粒大小：5-10微米)。迁移的溶剂是乙酸乙酯/己烷(50/50，体积/体积)的混合物。迁移的斑点是喷洒50％(体积)硫酸水溶液在120℃加热2分钟显示出来的。
·核磁共振(RMN或NMR)：
-1H：在CDCl3存在下于250MHz下进行。化学位移以ppm表示，耦合常数(J)以Hz表示。
-13C在CDCl3(实施例1-4，7-8)或D2O(实施例5)存在下于75MHz进行的。化学位移以ppm表示，耦合常数(J)以Hz表示。
实施例1
制备化学式(III-a)和(IV-a)化合物：X＝CO和R＝C11H23。
将1.52克(10.4毫摩尔)二脱水-1，4∶3，6-D-葡糖醇(ROQUETTE Frères)、4.46克(20.8毫摩尔)十二烷酸甲酯(FINACHEMI CALS)、0.94克(6.8毫摩尔)碳酸钾、0.1克(0.31毫摩尔)四丁基铵溴化物和2毫升二甲基甲酰胺。
得到的混合物在搅拌下用20瓦微波辐射照射15分钟。
冷却后将所得滤饼溶解在20毫升乙酸乙酯中。用旋转蒸发器在真空下蒸发这种溶液(60℃；2.4千帕，然后0.1千帕)。
将这样浓缩的溶液用装填二氧化硅(200-300目，ASTM)的柱(φ＝2.5厘米；长＝15厘米)色谱分离，用庚烷，然后用庚烷/乙酸乙酯(95/5，体积)混合物淋洗。
相继淋洗出0.586克2-O-十二烷酰基-二脱水-1，4∶3，6-D-葡糖醇(IV-a)和1.67克5-O-十二烷酰基-二脱水-1，4∶3，6-D-葡糖醇(III-a)，即以原料二脱水-1，4∶3，6-D-葡糖醇为基计算的产率分别是17.1％和48.9％。
实施例2
制备化学式(III-a)和(IV-a)化合物：X＝CO和R＝C11H23。
在氮气氛下，在160℃加热含150克(748.8毫摩尔)十二烷酸(标号15，378-8；ALDRICH)、547克(3743毫摩尔)二脱水-1，4∶3，6-D-葡糖醇(ROQUETTE Frères)和1.75克甲烷磺酸和次磷酸等摩尔混合物8小时。
得到的反应介质(678克)溶于一升庚烷中，置于4℃24小时。生成了沉淀，其沉淀过滤回收，部分溶解于乙酸乙酯(4×200毫升)中。合并有机相，用水洗涤(2×100毫升)、干燥(硫酸镁)、过滤(3号烧结玻璃)，用旋转蒸发器浓缩。蒸发的残余物在戊烷中重结晶。
结晶化合物(104克)是由2-O-十二烷酰基-二脱水-1，4∶3，6-D-葡糖醇(IV-a)构成，即以原料十二烷酸为基计算的产率是42％。其有机相(庚烷)用旋转蒸发器浓缩，得到的残余物在戊烷中沉淀。过滤后，该有机相用水洗涤、干燥(硫酸镁)、过滤和在旋转蒸发器中浓缩。回收53克5-O-十二烷酰基-二脱水-1，4∶3，6-D-葡糖醇(III-a)，即以原料十二烷酸为基计算的产率是21.6％。
化合物(III-a)和(IV-a)的特性如下：熔点·化合物(IV-a)：78℃(戊烷)·化合物(III-a)：油 薄层色谱Rf·化合物(IV-a)：0.5·化合物(III-a)：0.4
RMN1H(或NMR1H)
RMN13C(NMR13C)
实施例3
制备化学式(IV-b)和(III-b)化合物：X＝CH2和R＝C11H23。
将10克(68毫摩尔)二脱水-1，4∶3，6-D-葡糖醇(ROQUETTE Frères)溶解在由35毫升二甲亚砜和10毫升交换水组成的混合物中。在所述的溶液中加5.8克(89毫摩尔)碳酸钾，将得到的混合物放到90℃油浴中。搅拌混合物20分钟。再滴加13克(52毫摩尔)溴代十二烷(B6，551-1；ALDRICH)。
在24小时后，在10毫升二氧化硅(230-400目，ASTM)上过滤这种反应混合物。其滤液在旋转蒸发器中浓缩(60℃；2.4千帕，然后0.01千帕)，得到的残余物用100毫升水/乙酸乙酯(50/50，体积/体积)混合物溶解，以400转/分搅拌5分钟。回收有机相、用水洗涤(2×20毫升)、干燥(硫酸镁)和旋转蒸发器(50℃：2.4千帕)中浓缩。
得到的残余物用5毫升二氧化硅(230-400目，ASTM)吸收，用上述二氧化硅填充柱(φ＝5.6厘米；长＝25厘米)色谱分析，它配置了微分折射率测定系统。用庚烷/乙酸乙酯梯度法淋洗(从100/0到50/50(体积/体积)，30分钟)能够相继回收0.95克2-O-十二烷基-二脱水-1，4∶3，6-D-葡糖醇(IV-b)和2.3克5-O-十二烷基-二脱水-1，4∶3，6-D-葡糖醇(III-b)，以原料溴代十二烷为基计算的产率分别是6.1％和14.0％。
实施例4
制备化学式(III-b)和(IV-b)化合物：X＝CH2和R＝C11H23。
在250毫升配置机械搅拌系统、冷却器和护罩(CaCl2)的瓶中，加入43.9克(0.3摩尔)二脱水-1，4∶3，6-D-葡糖醇(ROQUETTE Frères)。将其瓶加热到90℃，以分份的方式加1克(0.12摩尔)氢化锂。一小时后，滴加24.9克(0.1摩尔)溴代十二烷(20，104-9；ALDRICH)，在140℃搅拌3小时，再冷却到60℃。将这种混合物转移到一升瓶中，仔细地加100毫升交换水和200毫升乙酸乙酯。搅拌5分钟，回收有机相，这种有机相用水洗涤(2×50毫升)，干燥(硫酸钠)和在旋转蒸发器中浓缩。得到21.4克褐色油，用二氧化硅(230-400目，ASTM)填充柱(φ＝5.8厘米；长＝25厘米)色谱分析，它配置了微分折射率测定系统。其柱用乙酸乙酯/己烷混合物(50/50，体积/体积)，以40毫升/分淋洗。
相继回收3克2-O-十二烷基-二脱水1，4∶3，6-D-葡糖醇(IV-b)5克5-O-十二烷酰基-二脱水-1，4∶3，6-D-葡糖醇(III-b)和1.6克上述两种化合物(IV-b和III-b)的混合物，即以原料溴代十二烷为基计算的产率分别是9.5％、16％和5％。化合物(IV-b)和(III-b)的特性如下：熔点·化合物(IV-b)：油·化合物(III-b)：55℃(戊烷) 薄层色谱Rf·化合物(IV-b)：0.60(乙酸乙酯/庚烷)
0.45(乙酸乙酯/己烷)·化合物(III-b)：0.40(乙酸乙酯/庚烷)
0.26(乙酸乙酯/己烷)
RMN1H(NMR1H)
RMN13C(NMR13C)
实施例5
制备化合物(II-a)：X＝CO；R＝C11H23和Z1＝Z2＝H。
将1克(3.04毫摩尔)实施例1的2-O-十二烷酰基-二脱水-1，4∶3，6-D-葡糖醇(化合物IV-a)溶解在10毫升蒸馏的无水二氯甲烷中(用水洗涤、CaCl2干燥、P2O5上蒸馏)。再把这种溶液放到0℃惰性气氛氩中，加入0.385克(3.34毫摩尔)蒸馏的N-乙基吗啉，滴加0.469克(3.05毫摩尔)蒸馏的氯氧化磷。得到的混合物变成黄色。
这种混合物在20℃搅拌4小时，在旋转蒸发器中浓缩这种混合物。蒸发的残余物在20毫升0℃庚烷中制成悬浮液，搅拌10分钟，用烧结玻璃过滤(孔隙度3)。
这样回收的滤液保持在0℃，用20毫升含水缓冲液(乙酸/乙酸钠；pH＝4.75)进行水解。
在20℃搅拌1小时后，在旋转蒸发器中(60℃；2.4千帕)浓缩所述混合物。
用CYANOECONOSIL PREP-CN柱色谱(ALLTECH；孔直径；90埃；颗粒大小：15-35微米)纯化这种蒸发的残余物，用乙酸乙酯/己烷(0/100至50/50(体积/体积)和乙酸乙酯/乙醇(从90/10至0/100(体积/体积))梯度淋洗。
在旋转蒸发器中浓缩有机相后，回收浅黄色膏状泡沫，它含有0.281毫克2-O-十二烷酰基-二脱水-1，4∶3，6-D-葡糖醇(II-a)，即以原料化合物(IV-a)为基计算的产率是22％。
化合物(II-a)的特性如下。RMN1H(NMR1H)RMN31P(NMR31P)：参比H3PO4Pic磷酸盐为0ppm。RMN13C：钾盐CO：184.57
C1-C6：87.07；81.54；76.07；75.05；74.08；69.99；
(CH2)n-2′-11′：38.25；31.94；29.61；29.39；29.31；26.55；22.72；
CH3-12′：14.03
实施例6
制备化合物(I-a)：X＝CO；R＝C11H23和Z1＝Z2＝H。
在2.3克(15毫摩尔)新蒸馏的氯氧化磷在40毫升无水四氢呋喃(钠/二苯酮系统)溶液中，这种溶液保持在0℃下搅拌30分钟，加入在60毫升四氢呋喃中含有4.75克(15毫摩尔)吡啶的溶液，滴加3.29克(10毫摩尔)5-O-十二烷酰基-二脱水-1，4∶3，6-D-葡糖醇(实施例1的化合物III-a)溶于60毫升四氢呋喃中的溶液。在0℃1小时和20℃18小时后，生成了吡啶翁氯化物沉淀，其沉淀用烧结玻璃(孔隙度3)过滤除去。
在得到的滤液中加入80毫升水/碎冰混合物，搅拌(800转/分；1小时)。在加100毫升氯仿/甲醇2/3(体积/体积)混合物，接着倾析相之后，回收微白色有机相，用50％(重量)碳酸钾溶液处理，直到其pH是9.5。这样生成的褐色乳化液在旋转蒸发器中在乙醇存在下，然后在甲苯存在下进行浓缩。
溶于水的蒸发残余物用强阳离子交换树脂(AMBERLITE IR·120H′)填充柱进行色谱分离。由所述柱得到的溶液经真空浓缩(40℃；13.3帕)后，回收2克5-O-十二烷酰基-二脱水-1，4∶3，6-D-葡糖醇-2-磷酸酯(I-a)。
实施例7
制备化合物(I-b)：X＝CH2；R＝C11H23和Z1＝Z2＝H。
在实施例5的条件下，在5-O-十二烷基-二脱水-1，4∶3，6-D-葡糖醇(实施例4的化合物III-b)存在下，用10毫升水进行水解。回收0.37克(产率：32％)5-O-十二烷基-二脱水-1，4∶3，6-D-葡糖醇-2-磷酸酯(I-b)
化合物(I-b)的特性如下。
MNR1H和13C
实施例8
制备化合物(II-b)：X＝CH2；R＝C11H23和Z1＝Z2＝H。
在实施例6的条件下，在2-O-十二烷基-二脱水-1，4∶3，6-D-葡糖醇(实施例4的化合物IV-b)存在下操作。
回收1.52克(产率：40％)2-O-十二烷基-二脱水-1，4∶3，6-D葡糖醇5-磷酸酯(II-b)。
化合物(II-b)特性如下。
MNR1H和13C