Un sistema catalizador adecuado para ser usado en la redistribución de epóxidos para formar alcoholes alílicos,

que comprende:

(a) al menos un catalizador primario que comprende óxido de magnesio, óxido de calcio, óxido de bario, óxido de zinc, hidróxido de litio, hidróxido de magnesio, hidróxido de calcio, hidróxido de bario, carbonato cálcico, carbonato de zinc, carbonato de cobalto, carbonato de cobre, carbonato de níquel, carbonato de zirconio, acetato de zinc, octoato de zinc, estearato de zinc, acetilacetonato de zinc, estearato de calcio, naftenato de cobalto, octoato de hierro, naftenato de cobre, octoato de cobre, octoato de níquel, naftenato de níquel, octoato de cromo, octoato de vanadio, octoato cálcico o 2-etilhexanoato de aluminio;

(b) al menos un activador/modificador que comprende al menos un compuesto fenólico elegido entre fenol, alquilfenoles mono o poli-sustituidos, nitrofenoles, clorofenoles, butilhidroxitolueno, aminofenoles, hidroxifenoles, alcoxifenoles, hidroxiacetofenonas, ácido salicílico y derivados del mismo, ácido para-hidroxibenzoico y derivados del mismo; y en donde el activador/modificador está presente en una cantidad efectiva para mejorar la actividad y/o la selectividad del catalizador primario en la redistribución de un epóxido deseado para formar un alcohol alílico, en comparación con el uso del catalizador primario sin el activador/modificador

Sistema catalizador y proceso para la redistribución de epóxidos a alcoholes alílicos.

Campo de la invención

La invención se refiere al campo de la síntesis orgánica. En particular, la invención se refiere a la redistribución de epóxidos, así como a la preparación de alcoholes alílicos y de compuestos carbonilo alfa,beta-insaturados, que encuentran un amplio espectro de aplicación en muchas áreas de la química orgánica de síntesis e industrial.

Fundamento de la invención

Los alcoholes alílicos se usan con profusión en la industria química, por ejemplo como ingredientes de aromas y perfumes. Además pueden servir como productos intermedios, p. ej. en la preparación de compuestos carbonilo alfa, beta-insaturados mediante la oxidación de Oppenauer.

En general, la redistribución de epóxidos para formar alcoholes alílicos y la posterior oxidación de los alcoholes obtenidos puede expresarse como sigue:

en donde R₁ a R₃ representan un átomo de hidrógeno, grupos alquilo, arilo, aralquilo, o forman juntos un grupo cicloalquilo.

Los métodos tradicionales usados para la redistribución de epóxidos para formar alcoholes alílicos incluyen:

A. Apertura estequiométrica del anillo epóxido con bases fuertes

Véase J. K. Crandall y M. Apparu, "Base-promoted Isomerizations of Epoxides" en: Organic reactions, John Wiley & Sons, Inc., New York, Chichester, Brisbane, Toronto, Singapur, 1983, Vol. 29, pp. 345-443.

Este método adolece de varios inconvenientes. Por ejemplo, el uso de al menos la cantidad estequiométrica o, en la mayor parte de las reacciones, un gran exceso del costoso reactivo (amida de litio, diisopropilamida de litio, butil litio, amidas de aluminio, butóxido de potasio, etc.) es uno de los principales inconvenientes de este método. Además, cuando la apertura del anillo de epóxido puede tener lugar en direcciones distintas, este método carece de selectividad y flexibilidad para conducir el proceso hacia la formación de un producto concreto.

Esquema 1

Se acepta de un modo general que la abstracción de protones en la redistribución de epóxidos para formar alcoholes alílicos tiene lugar en el carbono menos sustituido (J. Gorzynsky Smith, Synthetically useful reactions of epoxides, Synthesis, 1984, (8), pp. 629-656).

De acuerdo con esta regla en la redistribución de óxido de 1,2-limoneno (1, véase el Esquema 1) favorecida por bases fuertes tiene lugar una formación preferencial de iso-carveol (3) (Y. Bessiere y R. Derguini-Boumechal, J. Chem. Res. (S), 1977, (12), pp. 304-305). La selectividad más elevada para el carveol (2), que es un componente de aromas y un producto intermedio en la síntesis de carvona (7), fue del 22%.

B. Redistribución catalítica homogénea de epóxidos en presencia de alcóxidos metálicos

Los catalizadores más utilizados en este grupo son el isopropóxido de aluminio (E. H. Eschinasi, Isr. J. Chem., 1968, 6, pp. 713-721), alcóxidos de titanio (documento JP 50/58031, traducción al inglés del texto completo), y butóxido de zirconio (patente de EE.UU. nº 4.496.776).

En presencia de estos catalizadores la selectividad de la redistribución del óxido de 1,2-limoneno para formar carveol está entre el 24% (isopropóxido de alumino) y el 60% (isobutóxido de titanio). Son inconvenientes comunes de estos catalizadores la complicada elaboración de las mezclas de reacción, y la baja actividad y selectividad, que limitan su aplicación.

En el documento JP03-255046 se describe un método de preparación de 4-hidroxi-2-ciclopentenonas ópticamente activas a partir de 3,4-epoxiciclopentanona, en el que se usa un catalizador de trialcóxido de aluminio en combinación con 2,2'-dihidroxi-1,1'-binaftilo.

C. Redistribución catalítica heterogénea

Se han sugerido numerosos catalizadores heterogéneos para la conversión de epóxidos en alcoholes alílicos. Estos incluyen:

Como puede observarse, los métodos tradicionales para la redistribución del epóxido para formar alcoholes alílicos no consiguen producir selectivamente carveol a partir de óxido de 1,2-limoneno.

Se ha publicado que en algunos casos la preparación de alcoholes alílicos a partir de epóxidos viene acompañada por la formación de una cantidad significativa del correspondiente compuesto carbonilo insaturado.

Por ejemplo, en la redistribución de óxido de 1,2-limoneno sobre óxidos metálicos y óxidos binarios, la selectividad de la formación de carvona (7) fue tan alta como el 35% para un 75% de conversión de epóxido. Sin embargo, la selectividad total para carveol y carvona fue solamente el 59% (J. Jayasree, Ind. J. Chem., 1997, Vol. 36A, (9), pp. 765-768). La formación de compuestos carbonilo insaturados durante la redistribución de epóxidos es el resultado de la oxidación de Oppenauer del alcohol alílico. Esta reacción es posible porque (i) algunos catalizadores de redistribución de epóxido son también capaces de catalizar la oxidación de Oppenauer; y (ii) los productos secundarios de la redistribución - dihidrocarvona (4) y aldehído (6) en el ejemplo que se ha discutido - pueden actuar como aceptores de hidrógeno. Está claro que cuanto más compuesto alfa, beta-insaturado se produce, tanto más bajo es el rendimiento de alcohol alílico y compuesto carbonilo alfa, beta-insaturado, ya que más epóxido experimenta la transformación no deseada en el correspondiente compuesto carbonilo (4 o 6) y más intensa en alcoholes saturados (8) o (9). La secuencia de la redistribución del epóxido y la oxidación de Oppenauer del alcohol alílico utilizando productos secundarios carbonilo como aceptores de hidrógeno se presenta en el Esquema 2.

Esquema 2

En muchos casos la preparación de compuestos carbonilo alfa, beta-insaturados a partir de epóxidos mediante la secuencia de reacciones de redistribución y oxidación es un objetivo definitivo. Todavía, ninguna de las técnicas tradicionales...

1. Un sistema catalizador adecuado para ser usado en la redistribución de epóxidos para formar alcoholes alílicos, que comprende:

2. El sistema catalizador según la reivindicación 1ª, en el que el catalizador primario es al menos un compuesto que es inactivo en la redistribución de epóxidos en ausencia de activador/modificador.

3. Un procedimiento para la redistribución de epóxidos que comprende:

4. El procedimiento según la reivindicación 3ª, en el que la redistribución de epóxidos se lleva a cabo a una temperatura elevada.

5. El procedimiento según la reivindicación 4ª, en el que la redistribución de epóxidos se lleva a cabo bajo reflu- jo.

6. El procedimiento según la reivindicación 5ª, en el que la redistribución de epóxidos se lleva a cabo a 170-250ºC.

7. El procedimiento según la reivindicación 6ª, en el que la redistribución de epóxidos se lleva a cabo a 200-230ºC.

8. El procedimiento según la reivindicación 3ª, en el que se elimina agua antes de o durante la redistribución del epóxido.

9. El procedimiento según la reivindicación 3ª, en el que el procedimiento se lleva a cabo de un modo por tandas o continuo.

10. El procedimiento según la reivindicación 3ª, en el que la redistribución de epóxidos se lleva a cabo a presión atmosférica o a presión elevada.

11. El procedimiento según la reivindicación 3ª, en el que la cantidad de catalizador primario es de 0,05 a 10% en peso sobre la cantidad de epóxido de partida y la cantidad de activador/modificador fenólico es de 0,025 a 10% en peso basado en la cantidad de epóxido de partida.

12. El procedimiento según la reivindicación 3ª, en el que la mezcla de reacción además comprende al menos un disolvente.

13. El procedimiento según la reivindicación 3ª, en el que los componentes del sistema catalizador son añadidos por separado en cualquier secuencia a la mezcla de reacción, o son previamente mezclados.

14. El procedimiento según la reivindicación 3ª, en el que el catalizador primario comprende al menos un catalizador homogéneo, el cual catalizador homogéneo se usa en forma pura, predisuelto en un disolvente apropiado, o como cualquier solución disponible comercialmente.

15. Un procedimiento para la preparación de compuestos carbonilo alfa,beta-insaturados, que comprende:

16. El procedimiento según la reivindicación 15ª, en el que las etapas de redistribución y de oxidación se llevan a cabo simultáneamente o una tras otra.

17. El procedimiento según la reivindicación 15ª, en el que la etapa de oxidación incluye la adición de al menos un aceptor de hidrógeno.

18. El procedimiento según la reivindicación 17ª, en el que el aceptor de hidrógeno se elige entre ciclohexanona, dihidrocarvona, benzaldehído, 2-etilhexanal, furfural.

19. El procedimiento según la reivindicación 17ª, en el que el al menos un aceptor de hidrógeno se añade en incrementos.

20. El procedimiento según la reivindicación 19ª, que comprende además una eliminación periódica del alcohol formado a partir del aceptor de hidrógeno.

21. El procedimiento según la reivindicación 20ª, en el que la eliminación periódica del alcohol se lleva a cabo a presión atmosférica o a presión reducida.

22. El procedimiento según la reivindicación 17ª, en el que la relación molar entre el epóxido de partida y el aceptor de hidrógeno es de aproximadamente 1:0,7 a 1:1,5.

23. El procedimiento según la reivindicación 15ª, que comprende además (d) separar el catalizador primario de la mezcla de reacción.

24. El procedimiento según la reivindicación 23ª, en el que el catalizador primario se separa por filtración o destilación y a continuación se reutiliza.

25. El procedimiento según la reivindicación 15ª, en el que la mezcla de reacción comprende además al menos un disolvente.

26. El procedimiento según la reivindicación 15ª, en el que el catalizador primario comprende al menos un catalizador homogéneo, el cual catalizador homogéneo se usa en forma pura, predisuelto en un disolvente apropiado o como cualquier solución disponible comercialmente.

27. El procedimiento según la reivindicación 15ª, en el que el procedimiento es un procedimiento en un reactor único.