Un proceso para oxidar alcoholes, que se escogen en el grupo formado por alcoholes primarios y secundarios,

para dar aldehídos o cetonas, comprendiendo dicho proceso las etapa de (a) formar una disolución que incluye dicho alcohol con (i) un primer catalizador que se escoge en el grupo formado por catalizadores de 2,2,6,6tetrametilpiperidiniloxi, (ii) un segundo catalizador que se escoge en el grupo formado por un complejo de Fe-2,2'-bipiridilo y un complejo de Fe-1,10-fenantrolina y (iii) un promotor de bromo que se escoge en el grupo formado por imidas de N-bromo, bromuros orgánicos y bromuros inorgánicos, actuando dicho alcohol como sustrato de dicha disolución (b), reaccionando dicho alcohol en dicha disolución con un oxidante para producir dicho aldehído o cetona

CAMPO DEL INVENTO

El presente invento se refiere a un sistema de catalizador que muestra elevada actividad y selectividad en la oxidación de alcoholes para dar aldehídos o ácidos empleando oxígeno molecular como oxidante terminal. De manera más específica, el invento se refiere a un sistema de catalizador que comprende una mezcla sinergística de catalizador de 2,2,6,6-tetrametilpiperidiniloxi (denominado en adelante en la presente memoria como “TEMPO” o “catalizador TEMPO”), complejo de hierro-bipiridilo (denominado en adelante en la presente memoria como co-catalizador (CC)) y N-bromosuccinamida (denominado promotor de bromuro). Dicha pareja sinergística resulta particularmente útil, pero no se limita a ello, para la oxidación de alcoholes primarios, secundarios, alifáticos y aromáticos.

ANTECEDENTES DEL INVENTO

La oxidación catalítica de alcoholes para producir de forma selectiva compuestos de carbonilo resulta esencial para muchas transformaciones importantes de la química orgánica sintética. Se ha descrito un gran número de oxidantes en la bibliografía y la mayoría están basados en óxidos de metales de transición tales como cromo y manganeso (S. Kirk-Othmer Mitchell, Enciclopedia of Chemical Technology, 4th ed., Wiley-Interscience, New York, Vol. 2, p 481 (1992); Hudlicky, M. “Oxidations in Organic Chemistry”, ACS Monograph Nº. 186 American Chemical Society Washington D.C. (1990)); Sheldon R.A., Kochi J.K. Metal Catalized Oxidation of Organic Compounds, New York, Academic Press, 1981; Ley, S.V. Madin, A., In comprehensive Organic Synthesis, Trost B., Fleming, I., Eds.; Pergamon Oxford, 1991; Vol 7, p 251; Mijs, W.J., DeJonge, C.R.H.I. Organic Synthesis by Oxidation with Metal Compounds; Plenum: New York, 1968). Los métodos descritos requieren la utilización de cantidades estequiométricas de oxidantes inorgánicos, generalmente compuestos de cromo o de manganeso altamente tóxicos, que dan lugar a graves problemas relacionados con su manipulación y eliminación.

Anelli y colaboradores describen un procedimiento particularmente preferido para la oxidación de alcoholes primarios y secundarios (J. Organic Chemistry, 1987, 52, 2559; J. Organic Chemistry, 1989, 54, 2970). La oxidación se lleva a cabo en un sistema de dos fases (CH2Cl2-agua) que emplea TEMPO como catalizador y NaOCl, barato y fácil de conseguir, como oxidante. El co-catalizador KBr mejora la velocidad de reacción, y la fase acuosa se somete a tampón a pH 8,5-9,5 empleando NaHCO3. La utilización de una sal de amonio cuaternario como catalizador de transferencia de fase fomenta la oxidación de alcoholes para dar ácidos carboxílicos. Se modificó el mismo procedimiento pero empleando NaClO2 como oxidante en presencia de cantidades catalíticas de TEMPO y NaOCl. Esto conduce a la formación del ácido carboxílico como producto principal (patente de EE.UU. Nº. 6.127.573).

Prakash y col. describen en la patente de EE.UU. Nº. 5.856.584 un procedimiento similar para la oxidación de 3,3-dimetil-1- butanol. De acuerdo con este procedimiento el 3,3dimetil-1-butanol se oxida para dar 3,3-dimetil-1-butanal con NaOCl, en un sistema de dos fases, empleando CH2Cl2 como disolvente de reacción. El radical libre estable 2,2,6,6tetrametil-1-piperidiniloxi y KBr se usan como sistema catalítico eficaz para producir el aldehído deseado con un rendimiento aislado de 80%.

La solicitud de EE.UU. de Nº de Serie 60/443.749 también describe un método particularmente eficaz para la oxidación de alcoholes primarios y secundarios. La oxidación se lleva a cabo a una temperatura de -5ºC, empleando TEMPO como catalizador, Na2B4O7 como co-catalizador y NaOCl como oxidante. La fase acuosa se tampona a pH 8,7-9,2 empleando NaHCO3. Este procedimiento aporta una pequeña cantidad de impurezas de hidrocarburo clorado.

La búsqueda de catalizadores eficaces, fácilmente accesibles y de oxidantes “limpios” tales como agua oxigenada, hidroperóxidos u oxígeno molecular para aplicaciones industriales constituye todavía un reto (Dijksman, A., Arends I.W.C.E. and Sheldon R., Chem. Commun., 1999, 1591-1592; Marko I.E., P.R. Giles, Tsukazaki M., Brown S.M. and Urch C.J., Science, 19696, 274, 2044). Se ha descrito un gran número de complejos de metales de transición y oxidantes para catalizar la oxidación selectiva de alcoholes primarios para dar aldehídos con varios niveles de eficacia tales como RuCl3-NaBrO3 (Konemoto S., Tomoioka S., Oshima K.) Bull. Chem. Soc. Japan. 1986 V.59. N1, P.105), Bu4NruO4-óxido de 4-metilmorfolina (Griffith W.P., Ley S.V., Whitcombe G.P., White A.D)., Chem. Commun. 1987, N21, p.1625), H2O2 y hidroperóxido de tert-butilo (t-BuOOH) (Y. Tsuji, T. Ohta, T. Ido y col.). J. Organometalic Chemistry, 270, 333 (1984), (T.M. Jiang, J.C. Hwang, H.O. Ho, C.Y. Chen), J. Chin. Chem. Soc., 35, 135, (1988). Los métodos descritos tienen únicamente utilización limitada, ya que los rendimientos totales son bajos y algunos de ellos precisan la aplicación de complejos de metales preciosos u oxidantes primarios caros.

En el área de la oxidación aerobia de alcoholes, actualmente existen muy pocos sistemas eficaces disponibles. Recientemente se ha descrito un sistema de catalizador basado en TEMPO y Mn(NO3)2-Co(NO3)2 ó Mn(NO3)2-Cu(NO3)2 (A. Cecchetto, F. Fontana,

F. Minisci and F. Recupero) Tetrahedron Letters, 42, 6651-6653 (2001). La oxidación requiere disoluciones diluidas del alcohol de partida en disolvente de ácido acético (dentro del intervalo de 6-10% v/v) y tiene lugar a temperatura ambiente y presión atmosférica de oxígeno. Un importante inconveniente del método es la rápida desactivación del catalizador a concentraciones de alcohol elevadas, lo que da lugar a que el sistema de catalizador se vuelva virtualmente inactivo. Debido a esto, la aplicación comercial directa no resulta económicamente viable ya que, en dichos procesos, se requieren concentraciones elevadas de alcohol.

A pesar del amplio trabajo descrito en el área de la oxidación selectiva de alcoholes primarios, todavía resulta necesario el desarrollo de métodos de oxidación rentables y altamente eficaces, que empleen oxígeno molecular como oxidante respetuoso con el medio ambiente. El presente invento tiene por objeto proporcionar dicho método de oxidación.

SUMARIO DEL INVENTO

El proceso de acuerdo con este invento comprende oxidar alcoholes primarios y secundarios con oxígeno molecular en presencia de un sistema de catalizador, que comprende una mezcla sinergística de catalizador TEMPO (representada mediante la fórmula I ó II), co-catalizador de complejo de hierro-bipiridilo (mostrado en la fórmula III) y promotor de N-bromosuccinimida (estructura IV).

**(Ver fórmula)**

En las fórmulas (I) y (II), R1, R2, R3 y R4 son de manera independiente grupos alquilo inferior o alquilo sustituido de estructura igual o diferente. R5 y R6 son hidrógeno, alquilo o

30 alcoxi inferior o uno es hidrógeno y el otro es alcoxi inferior, hidroxi, amino, alquilo o dialquilamino, alquilcarboniloxi, alquilcarbonilamino ó R3 y R6 son cetal. El grupo Y es un anión. El co-catalizador de acuerdo con el invento se escoge en el grupo formado por un complejo de Fe-2,2-bipiridilo y complejo de Fe-1,10-fenantrolina.

El promotor de bromo de acuerdo con el invento es N-bromosuccinimida, Nbromoftalimida, bromo, HBr o bromuro inorgánico tal como NaBr, KBr ó LiBr. La oxidación catalizada por el co-catalizador de TEMPO / promotor de bromo se describe mediante la reacción que se muestra en el Esquema 1. De acuerdo con esto, la oxidación tiene lugar por medio de un mecanismo en cascada en el que existe un número de especies oxidantes en equilibrio dinámico. Al tiempo que no se pretende estar avalado por teoría, se cree que el oxígeno molecular oxida el co-catalizador (complejo de Fe2+-bipiridilo) hasta su forma oxidada (Fe3+-bipiridilo). A continuación, el Br-es oxidado hasta BrO-, que convierte la forma reducida de TEMPO en la forma de oxonio. Se cree que la forma de oxonio oxida de forma selectiva la función alcohol hasta producir un aldehído.

**(Ver fórmula)**

Esquema 1

25 Preferiblemente, la reacción tiene lugar en medio de ácido acético en atmósfera de oxígeno puro o aire y a una temperatura dentro del intervalo de 40-50ºC.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DEL INVENTO

El proceso del invento comprende oxidar alcoholes primarios y secundarios con

30 oxígeno molecular en presencia de un sistema de catalizador. El sistema de catalizador comprende...

1. Un proceso para oxidar alcoholes, que se escogen en el grupo formado por alcoholes primarios y secundarios, para dar aldehídos o cetonas, comprendiendo dicho proceso las etapa de (a) formar una disolución que incluye dicho alcohol con (i) un primer catalizador que se escoge en el grupo formado por catalizadores de 2,2,6,6tetrametilpiperidiniloxi, (ii) un segundo catalizador que se escoge en el grupo formado por un complejo de Fe-2,2-bipiridilo y un complejo de Fe-1,10-fenantrolina y (iii) un promotor de bromo que se escoge en el grupo formado por imidas de N-bromo, bromuros orgánicos y bromuros inorgánicos, actuando dicho alcohol como sustrato de dicha disolución (b), reaccionando dicho alcohol en dicha disolución con un oxidante para producir dicho aldehído

o cetona.

2. El proceso de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el alcohol es 3,3dimetilbutanol y el aldehído es 3,3-dimetilbutanal.

3. El proceso de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, en el que el segundo catalizador se escoge en el grupo formado por nitratos de Fe2+ o Fe3+ quelados con ligandos de 2,2dipiridilo ó 1,10-fenantrolina.

4. El proceso de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el segundo catalizador es un complejo de Fe-2,2-bipiridilo.

5. El proceso de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que el segundo catalizador es un complejo de Fe-1,10-fenantrolina.

6. El proceso de acuerdo con la reivindicación 4, en el que el complejo de Fe-2,2bipiridilo se inmoviliza sobre una resina de intercambio iónico.

7. El proceso de acuerdo con la reivindicación 6, en el que la resina de intercambio iónico es Dowex MSC-1.

8. El proceso de acuerdo con la reivindicación 4, en el que Fe-2,2-bipiridilo se inmoviliza sobre material de arcilla.

9. El proceso de acuerdo con la reivindicación 8, en el que el material de arcilla es montmorillonita K.

10. El proceso de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la concentración del segundo catalizador es de 0,01-20% molar, basado en el sustrato.

11. El proceso de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el promotor de bromuro es N-bromosuccinimida.

12. El proceso de acuerdo con la reivindicación 11, en el que la concentración de dicho promotor de bromo es de 0,01-20% molar, basado en % molar del alcohol sustrato.

13. El proceso de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el oxidante se escoge en el grupo formado por oxígeno molecular, aire, agua oxigenada, clorito, clorato, bromato, hipoclorito, hipobromito, hidroperóxidos orgánicos y ácidos percarboxílicos.

14. El proceso de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende además la adición de uno o más disolventes a la disolución de alcohol.

15. El proceso de acuerdo con la reivindicación 14, en el que dichos disolventes se escogen en el grupo formado por ácido acético, acetato de etilo, acetato de butilo, acetonitrilo, tetrahidrofurano, cloruro de metileno, cloroformo, tolueno, acetona, éter dietílico, éter de metilo y tert-butilo y mezclas de disolventes del grupo anterior.

16. El proceso de acuerdo con la reivindicación 15, en el que dicho disolvente se encuentra presente en una cantidad de 0% a 80%, basado en el volumen del sustrato usado.

17. El proceso de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, en el que la oxidación se lleva a cabo en ausencia de disolvente.

18. El proceso de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la temperatura de la reacción se mantiene dentro del intervalo de -10ºC a 100ºC.

19. El proceso de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la presión de reacción se mantiene dentro del intervalo de 0-03447 Kpa (0 psi – 500 psi).

5 20. El proceso de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende la etapa adicional de purificación de dicho aldehído o cetona por medio de métodos de purificación que se escogen en el grupo formado por destilación, destilación fraccionada, continua o discontinua, o en un evaporador de película fina.

10 21. El proceso de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 3 a 20, en el que dicho oxidante se escoge en el grupo formado por oxígeno molecular y aire.

22. El proceso de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 3 a 20, en el que

dicho oxidante se encuentra presente en una cantidad de 10% molar a 200% molar, basado 15 en el sustrato utilizado.