Procedimiento para la síntesis de compuestos de fórmula (I)

Procedimiento para la preparación de aldehídos aromáticos 3,4-dioxo-sustituidos.

Campo del invento

El presente invento se refiere a la síntesis de aldehídos aromáticos obtenidos a partir de alcoholes bencílicos mediante reacción de oxidación con formaldehído.

Arte anterior

Los aldehídos aromáticos son productos de amplio interés comercial, utilizados tanto como productos acabados y como intermedios en la preparación de otros compuestos. Los productos acabados incluyen, por ejemplo, 3,4-metilendioxibenzaldehído (conocido como heliotropina o piperonal), utilizado en la industria de la fragancia. Los intermedios incluyen el producto antes citado, como un intermedio en la producción de perfumes tales como helional, y 3,4-dimetoxibenzaldehído (veratraldehído), como un intermedio en la síntesis del conocido vasodilatador Verapamil.

Se han expuesto varios métodos para la síntesis de aldehídos aromáticos. Por ejemplo pueden obtenerse aldehídos aromáticos con la reacción de Reimer-Tiemann (March, Advanced Organic Chemístry, 419-420, McGraw-Hill) a partir del compuesto aromático apropiado con cloroformo e hidróxido sódico. Sin embargo, este método presenta la desventaja de utilizar un reactivo/disolvente clorado altamente tóxico, clasificado como carcinogénico.

Otra reacción utilizada es el Vilsmeier-Haack, haciendo reaccionar el compuesto aromático apropiado con oxicloruro de fósforo y formamidas disustituidas (de Maheas, Bull. Soc. Chim. France, 1962, 1989-1999) o con formanilidas N- sustituidas (GB 1591268). Sin embargo, la reacción tiene la desventaja de un tratamiento particularmente costoso de las aguas de procesado y precipitación de las sales de fósforo.

Aldehídos aromáticos pueden obtenerse también oxidando los alcoholes bencílicos correspondientes con aire u oxígeno en presencia de catalizadores constituidos por metales nobles, tales como Pd, Pt, Ru en presencia de sales de metales pesados tales como sales de plomo, bismuto, plata o estaño (JP 55022615 y JP 57009734). En este caso también el catalizador debe reciclarse, y son necesarios tratamientos especiales para el desecho de los metales pesados antes citados.

La reacción de Oppenauer se ha utilizado para la síntesis de aldehídos aromáticos haciendo reaccionar los alcoholes bencílicos correspondientes con cetonas alifáticas y aldehídos superiores alifáticos o aromáticos como aceptores de hidrógeno, en presencia de alcóxidos o arilóxidos de aluminio (Djerassi, Organic Reactions, vol. VI, capítulo. 5, Wiley and Sons; De Graauw, C.F. et al., Synthesis, 1007-1017, 1994) o en presencia de catalizadores heterogéneos, tales como zeolita BEA (Creyghton, E.J., et al., Journal of Molecular Catalysis A: Chemical 115(1997), 457-472).

Sin embargo, esta reacción presenta una serie de inconvenientes, incluyendo especialmente cuando se utiliza un aldehído como aceptor de hidrógeno, formación de ésteres causada por la reacción de Tishchenko (Day, A.R, JACS 1952, 74, 5133; Hon, Y.S., Tetrahedron Letters 2004, 45(16), 3313- 3315). Además, la presencia de especies de aldehído y cetona con alfa hidrógenos en el grupo carbonilo, da lugar, bajo condiciones de reacción, a condensaciones de aldol con formación de una serie de sub-productos que influencia el rendimiento de reacción final.

La reacción de Oppenauer se ha utilizado también para la oxidación de alcoholes alifáticos, particularmente alcoholes alílicos, como se expone en US 4, 663, 488 o en US 6,703,527.

Intentos en oxidación con formaldehído son raros y pobremente efectivos. La patente FR 2 835 251 demuestra la preparación de aldehídos aromáticos monosustituídos mediante oxidación del alcohol bencílico correspondiente en presencia de formaldehído; la reacción se lleva a cabo con rendimientos modestos y requiere el uso de catalizadores costosos dopados con metales.

Zhumal Organicheskoi Khimii (1989), 25(9), 1963-7 describe la síntesis de 3-nitro-4-clorobenzaldehído mediante oxidación del alcohol correspondiente con formaldehído en solución acuosa e hidróxido sódico; la reacción se lleva a cabo en metanol con un rendimiento del 50%.

Sumario

Hemos encontrado ahora que haciendo reaccionar alcoholes bencílicos 3,4-dioxo-sustituidos con formaldehído en presencia de catalizadores de oxidación comunes, la reacción de Oppenauer se desarrolla con una eficacia inesperadamente alta para obtener rendimientos y porcentajes de conversión casi cuantitativos. El invento se refiere específicamente a la oxidación de alcoholes bencílicos de fórmula (II)

en donde X¹ y X², iguales o diferentes entre sí, representan

hidrógeno, alquilo C1-C8 lineal o ramificado, con la condición de que por lo menos uno de X₁ y X₂ sea diferente de hidrógeno, u (OX₁) y (OX₂), tomados juntos, formen un grupo -O-T-O en donde T es alquileno C1-C3 opcionalmente sustituido con alquilo C1-C5, para obtener los aldehídos aromáticos correspondientes de fórmula (I)

en donde X₁ y X₂ tienen el significado antes indicado, teniendo lugar dicha reacción en presencia de formaldehído y un catalizador de oxidación, elegido entre alcóxidos de aluminio, zirconios, hidrotalcitas, alcóxidos de zirconio.

Descripción detallada del invento

El procedimiento del presente invento se lleva a cabo de conformidad con el esquema siguiente

en donde, en las fórmulas (I) y (II), X₁ y X₂ tienen el significado antes indicado. De preferencia X₁ y X₂ representan un alquilo C1-C4 lineal o ramificado; cuando está presente la estructura -O-T-O-, T se elige, de preferencia, entre metileno, etileno, propileno y 2,2-dimetilpropileno.

Se prefieren particularmente compuestos en donde X₁ es igual que X₂ y representa un alquilo C1-C2, y aquellos en donde OX₁ y OX₂ juntos forman un grupo -O-T-O- en donde T es metileno.

Alcoholes típicos de fórmula (II) son, por ejemplo, alcohol 3,4-dimetoxi bencílico, alcohol dietoxi bencílico, alcohol 3,4-metilendioxi bencílico (alcohol de piperonilo) y alcohol 3-etoxi-4-metoxi bencílico.

La oxidación puede conducirse eficientemente en presencia de catalizadores homogéneos o heterogéneos, elegidos entre alcóxidos de aluminio, zirconio, hidrotalcitas, alcóxidos de zirconio, no requiriéndose el uso de catalizadores específicos altamente activos.

El término "catalizadores homogéneos" significa aquellos solubles en el medio de reacción, que consisten típicamente de un disolvente orgánico tal como tolueno; el término "catalizadores heterogéneos" significa aquellos insolubles en dicho medio. Catalizadores homogéneos preferidos incluyen alcóxidos de aluminio y zirconio; isopropóxido de aluminio, isopropóxido de zirconio, t-butóxido de aluminio; se prefiere particularmente isopropóxido de aluminio.

Catalizadores heterogéneos preferidos incluyen zirconios e hidrotalcitas. Los zirconios utilizados son zirconios comerciales tal como XZO 632/03 de Melcat, ZHSA y HWA-ZHSA de Millenium. Las hidrotalcitas utilizadas son hidrotalcitas comerciales, tales como Pural MG61, MG50, MG70 de Sasol, Sorbacid 696 y 911 de SudChemie, Hycite 713 de SudChemie.

Los catalizadores homogéneos (aluminio y alcóxidos de zirconio) se utilizan en cantidades que varían entre 5% y 50% molar, de preferencia entre 5% y 30%, mas preferentemente entre 8% y 25%, aún mas preferentemente entre 8% y 20%, respecto a los moles del compuesto de fórmula (II).

Los catalizadores heterogéneos (zirconio e hidrotalcitas) se utilizan en cantidades entre 5% y 80% peso/peso, de preferencia entre 10 y 50% peso/peso, mas preferentemente entre 15 y 30% peso/peso respecto al compuesto de fórmula (II).

La reacción se lleva a cabo en un disolvente inerte apropiado tal como tolueno, xileno, mesitileno, dioxano, clorobenceno, tetracloroetano, tetracloroetileno; se prefiere tolueno y xileno; se prefiere particularmente tolueno.

La temperatura...

1. Procedimiento para la síntesis de compuestos de fórmula (I)

en donde X¹ y X², iguales o diferentes entre sí,representan hidrógeno, alquilo C1-C8 lineal o ramificado, con la condición de que por lo menos uno de X₁ y X₂ sea diferente de hidrógeno, u (OX₁) y (OX₂), tomados juntos, formen un grupo -O-T-O en donde T es alquileno C1-C3 opcionalmente sustituido con alquilo C1-C5,

caracterizado por tratar un compuesto de fórmula (II)

en donde X¹ y X² tienen el significado antes indicado, con formaldehído en presencia de un catalizador de oxidación elegido entre alcóxidos de aluminio, zirconios, hidrotalcitas, alcóxidos de zirconio.

2. Procedimiento, de conformidad con la reivindicación 1, en donde X₁ y X₂ representan un alquilo C1-C4 lineal o ramificado, o X₁ y X₂ juntos forman la estructura -O-T-O, en donde T se elige entre metileno, etileno, propileno y 2,2-dimetilpropileno.

3. Procedimiento, de conformidad con las reivindicaciones 1-2, en donde el compuesto de fórmula (I)) se elige entre alcohol 3,4-dimetoxi bencílico, alcohol 3,4-dietoxi bencílico, alcohol 3,4-metilendioxi bencílico, alcohol 3-etoxi-4-metoxi bencílico.

4. Procedimiento, de conformidad con las reivindicaciones 1-3, en donde el alcóxido de aluminio se utiliza en una cantidad entre 5% y 50% molar respecto a los moles del compuesto de fórmula (II).

5. Procedimiento, de conformidad con las reivindicaciones 1-3, en donde el alcóxido de aluminio se utiliza en una cantidad entre 5% y 50% respecto a los moles del compuesto de fórmula (II).

6. Procedimiento, de conformidad con las reivindicaciones 1-3, en donde el alcóxido de aluminio se utiliza en una cantidad entre 8% y 25% respecto a los moles del compuesto de fórmula (II).

7. Procedimiento, de conformidad con las reivindicaciones 1-3, en donde el alcóxido de aluminio se utiliza en una cantidad entre 8% y 20% respecto a los moles del compuesto de fórmula (II).

8. Procedimiento, de conformidad con las reivindicaciones 1-3, en donde el la hidrotalcita o zirconio se utilizan en una cantidad entre 5% y 80% peso/peso, con respecto al peso del compuesto de fórmula (II).

9. Procedimiento, de conformidad con las reivindicaciones 1-3, en donde el la hidrotalcita o zirconio se utilizan en una cantidad entre 10% y 50% peso/peso, con respecto al peso del compuesto de fórmula (II).

10. Procedimiento, de conformidad con las reivindicaciones 1-3, en donde el la hidrotalcita o zirconio se utilizan en una cantidad entre 15% y 30% peso/peso, con respecto al peso del compuesto de fórmula (II).

11. Procedimiento, de conformidad con las reivindicaciones 1-10, conducido a una temperatura entre 50ºC y 160ºC.

12. Procedimiento, de conformidad con las reivindicaciones 1-10, conducido a una temperatura entre 80ºC y 120ºC.

13. Procedimiento, de conformidad con las reivindicaciones 1-10, conducido a una temperatura entre 90ºC y 110ºC.

14. Procedimiento, de conformidad con las reivindicaciones 1-13, en donde el formaldehído está presente en una relación molar entre 1 y 5 respecto del compuesto de fórmula (II).

15. Procedimiento, de conformidad con las reivindicaciones 1-13, en donde el formaldehído está presente en una relación molar entre 1 y 3 respecto del compuesto de fórmula (II).