PROCESO PARA LA PRODUCCIÓN DE 5-HIDROXIMETIL-FURFURAL CON 5-ACILOXIMETIL-FURFURAL COMO PORDUCTO INTERMEDIO.

Proceso para la producción de un 5-aciloximetil-furfural de la fórmula (II) en la cual x es = 1 ó 2,

R es un resto alquilo, alquenilo, arilo o heteroarilo, cuando x es = 1, R es un resto alquileno, alquenileno, arileno o heteroarileno, cuando x es = 2, a partir de un sacárido con 6 átomos de carbono en la unidad de monosacárido, que comprende los pasos: (a) transformación del sacárido con (i) un ácido, que no es un cambiador de iones ácido, en presencia de un catión metálico, seleccionado de iones de metal alcalino, iones de metal alcalinotérreo, iones aluminio y mezclas de los mismos, o (ii) un cambiador de iones ácido en la forma H en presencia de un disolvente polar aprótico, y separación del cambiador de iones ácido, en caso de ser utilizado, (b) adición a la mezcla del paso (a) de un anhídrido y/o cloruro de un ácido carboxílico R-(-COOH)x, donde R y x se definen como anteriormente, dejando reaccionar a fin de formar un 5-aciloximetil-furfural, y (c) obtención del 5-aciloximetil-furfural

La presente invención se refiere a un nuevo proceso para la producción de 5-hidroximetil-furfural pasando por un 5-aciloximetil-furfural como producto intermedio. La invención se refiere también a un nuevo proceso para la producción del producto intermedio 5-aciloximetil-furfural. 5

El 5-hidroximetil-furfural, que tiene la fórmula (I) siguiente

posee, entre otras, propiedades antibacterianas e inhibidoras de la corrosión, y es apropiado para una multiplicidad de reacciones. Es posible preparar a partir del mismo, sin grandes dificultades, furfuril-dialcohol, -dialdehído y ácido furfuril-dicarboxílico y sus derivados; igualmente, la hidrogenación del anillo conduce a derivados difuncionales de 10 2,5-tetrahidrofurano. Asimismo son fácilmente accesibles derivados de furano difuncionales sustituidos diferentemente en C-2 y C-5 a partir de 5-hidroximetil-furfural. Los productos intermedios citados anteriormente y otros productos intermedios orgánicos útiles que pueden prepararse a partir de 5-hidroximetil-furfural sirven para la producción de numerosos productos químicos, como por ejemplo disolventes, agentes tensioactivos, agentes fitoprotectores y resinas. Adicionalmente, se ha informado acerca de la utilización de 5-hidroximetil-furfural para el 15 tratamiento de tumores malignos (US-A-5.006.551).

El 5-hidroximetil-furfural es un producto de deshidratación triple intramolecular de hexosas (aldohexosas y cetohexosas). Materias primas renovables, como almidón, celulosa, sacarosa o inulina son materias primas baratas para la producción de hexosas, como glucosa y fructosa. El 5-hidroximetil-furfural es en principio un escalón intermedio de la descomposición deshidratante de hexosas a ácido levulínico y ácido fórmico, es decir que lo 20 decisivo es detener la reacción en el momento exacto. Por tanto, la separación de 5-hidroximetil-furfural de los azúcares de partida y subproductos se convierte en un paso esencial en su producción.

Se conocen ya un gran número de procesos diferentes para la producción de 5-hidroximetil-furfural en escala de laboratorio.

Como catalizador para la deshidratación se han descrito diferentes ácidos o sales, p.ej. ácido oxálico (véase 25 W. N. Haworth et al, J. Chem. Soc. 1944, 667), sales, como hidrocloruro de piridina (véase C. Fayet et al, Carbohydr. Res. 122, 59 (1983)), cambiadores de iones ácidos (véase DE-A-30 33 527) o ácidos de Lewis, como cloruro de circonilo (véase SU-A-1 054 349, citado en CA 100, 120866s) o trifluoruro-eterato de boro (véase H. H. Szmant et al, J. Chem. Tech. Biotechnol 31, 135 (1981)).

Para la producción en escala industrial de 5-hidroximetil-furfural, el catalizador empleado debe ser económico 30 y no corrosivo. Por tanto, los catalizadores sólidos específicos para reutilización son inadecuados debido a la fácil formación de subproductos insolubles, dado que una separación del catalizador (p.ej. cambiadores de iones) de estos subproductos es antieconómica o imposible.

Los ácidos de Lewis, tales como cloruro de circonilo o cloruro de aluminio, deben rechazarse asimismo por consideraciones de protección contra la corrosión. Como favorables se contempla por tanto el empleo de ácido 35 sulfúrico o ácido fosfórico, dado que en este caso las soluciones acuosas ácidas de reacción pueden neutralizarse en su caso con bases, y por ejemplo en el caso de la utilización de hidróxido de calcio o carbonato de calcio es posible la transformación de los ácidos catalizadores en sales difícilmente solubles con una separación por filtración.

El medio de reacción de la deshidratación de sacáridos está determinado por su solubilidad. Además de agua, se han empleado particularmente disolventes apróticos dipolares, como dimetilformamida o dimetilsulfóxido. 40

La transformación catalizada por yodo del componente fructosa de la sacarosa en 5-hidroximetil-furfural por calentamiento de la sacarosa en dimetilformamida anhidra requiere, además del disolvente caro, una transformación complicada, a saber extracción y cromatografía en papel (véase, T.G. Bonner et al., J. Chem. Soc. 1960, 787).

En dimetilsulfóxido se encuentran, en el caso de la descomposición de fructosa con diversos catalizadores, rendimientos satisfactorios (> 90%) de 5-hidroximetil-furfural (véase H.H. Szmant et al., J. Chem. Tech Biotechnol. 45 31, 135 (1981)). El aislamiento del producto deseado es sin embargo difícil entre otras cosas debido al alto punto de ebullición del disolvente, y requiere una extracción en varias etapas.

En DE-A-33 09 564 se propone por tanto para el aislamiento del 5-hidroximetil-furfural a partir de soluciones que contienen dimetilsulfóxido una derivatización en 5-acetoxi-metilfurfural. Esto requiere, además de una

destilación a vacío, dos pasos de reacción (acetilación, desacetilación) y por consiguiente consumo de tiempo y productos químicos.

Varios procesos utilizan como medio de reacción mezclas de agua y disolventes orgánicos. En US-A-2.929.823 se añade furfural a soluciones acuosas de sacáridos y se calienta durante un breve periodo de tiempo (0,1-120 s) a 250-380ºC. Los subproductos alquitranosos son disueltos por el disolvente orgánico añadido al mismo 5 tiempo que el 5-hidroximetil-furfural. La producción pura del 5-hidroximetil-furfural se revela por tanto sólo difícilmente realizable.

Otro proceso bifásico se describe en DE-A-30 33 527. En este caso se descomponen en condiciones suaves (por debajo de 100ºC) soluciones acuosas que contienen fructosa con cambiadores de cationes ácidos, en presencia de un disolvente orgánico, que no es miscible con el agua, pero que exhibe sin embargo un poder de disolución 10 satisfactorio para 5-hidroximetil-furfural. El principal inconveniente de este proceso radica en que es necesario un exceso muy grande del disolvente orgánico, referido a la fase acuosa (> 7:1), y los disolventes requeridos son caros y tóxicos. Adicionalmente, la muy buena solubilidad del 5-hidroximetil-furfural en agua hace extraordinariamente difícil cualquier extracción del producto con disolventes orgánicos a partir de soluciones acuosas.

En la publicación de C. Fayet et al, Carbohydr. Res. 122 (1983), 59, se describe la descomposición de 15 sacáridos sin disolvente, pero con cantidades equimolares de catalizador. El catalizador, hidrocloruro de piridina, es sin embargo inadecuado para una aplicación industrial del proceso. Adicionalmente, después de la adición de agua debe realizarse una extracción prolongada (20 h) con acetato de etilo.

Esto se pone de manifiesto también en la publicación de D.W. Brown et al, J. Chem. Tech. Biotechnol. 32, 920 (1982), donde se dice literalmente que los métodos más recientes para la producción de 5-hidroximetil-furfural 20 tenían el inconveniente de que el producto se encuentra en fase acuosa o en un disolvente polar, de lo cual se deriva la dificultad de su aislamiento.

En EP-A 0 230 250 se describe un proceso para la producción de 5-hidroximetil-furfural, en el cual sacáridos en solución acuosa, eventualmente con adición de disolventes orgánicos, se descomponen por encima de 100ºC con un catalizador ácido. La mezcla de reacción se cromatografía después de la separación de los disolventes 25 eventualmente presentes con utilización exclusiva de agua como disolvente en columnas cambiadoras de iones, una fracción mixta que se obtiene en el caso de cantidad mayor de adición se cromatografía nuevamente y el 5-hidroximetil-furfural se separa cristalizado de las fracciones respectivas. De hecho, el proceso descrito conduce supuestamente a 5-hidroximetil-furfural de alta pureza, pero el cromatografiado múltiple y la cristalización son complicados y caros en escala industrial. 30

Otros procesos para la producción de 5-hidroximetil-furfural se publican por ejemplo en Bull. Soc. Chem. France 1987, 5, 855; J. Chem. Tech. Biotechnol. 1992, 55, 139; FR-A-2 669 635; FR-A-2 664 273; US-A-3.483.228; US-A-2.917.520; US-A-3.071.599; US-A-3.066.150 y US-A-2.750.394.

Como se deduce de los ejemplos anteriores, el mayor problema en el caso de la producción de 5-hidroximetil-furfural, particularmente en escala industrial, es la separación de este producto de los materiales de partida, 35 subproductos y disolventes. La finalidad de la presente invención es por tanto proporcionar un proceso para la producción de 5-hidroximetil-furfural, en el cual el producto se obtiene en estado de alta pureza. En este contexto, el proceso... [Seguir leyendo]

1. Proceso para la producción de un 5-aciloximetil-furfural de la fórmula (II)

en la cual

x es = 1 ó 2,

R es un resto alquilo, alquenilo, arilo o heteroarilo, cuando x es = 1, 5

R es un resto alquileno, alquenileno, arileno o heteroarileno, cuando x es = 2,

a partir de un sacárido con 6 átomos de carbono en la unidad de monosacárido, que comprende los pasos:

(a) transformación del sacárido con (i) un ácido, que no es un cambiador de iones ácido, en presencia de un catión metálico, seleccionado de iones de metal alcalino, iones de metal alcalinotérreo, iones aluminio y mezclas de los mismos, o (ii) un cambiador de iones ácido en la forma H en presencia de un disolvente polar 10 aprótico, y

separación del cambiador de iones ácido, en caso de ser utilizado,

(b) adición a la mezcla del paso (a) de un anhídrido y/o cloruro de un ácido carboxílico R-(-COOH)x, donde R y x se definen como anteriormente, dejando reaccionar a fin de formar un 5-aciloximetil-furfural, y

(c) obtención del 5-aciloximetil-furfural. 15

2. Proceso según la reivindicación 1,

caracterizado porque R es metilo.

3. Proceso según la reivindicación 2,

caracterizado porque en el paso (b) se añade anhídrido acético.

4. Proceso según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, 20

caracterizado porque el ácido en el paso (a) (i) se selecciona de ácido oxálico, ácido acético, ácido clorhídrico y sus mezclas.

5. Proceso según cualquiera de las reivindicaciones anteriores,

caracterizado porque el catión metálico en el paso (a) (i) es Mg2+.

6. Proceso según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, 25

caracterizado porque el sacárido empleado en el paso (a) es un azúcar o una mezcla de sacáridos que contiene azúcares.

7. Proceso según cualquiera de las reivindicaciones anteriores,

caracterizado porque el sacárido empleado en el paso (a) se selecciona de D-fructosa en forma libre, un sacárido que contiene D-fructosa en forma combinada, y una mezcla de sacáridos que contiene D-fructosa en forma libre y/o 30 un sacárido que contiene D-fructosa en forma combinada.

8. Proceso según cualquiera de las reivindicaciones anteriores,

caracterizado porque el disolvente polar aprótico en el paso (a) (ii) es dimetilsulfóxido o N-metilpirrolidona.

9. Proceso según cualquiera de las reivindicaciones anteriores,

caracterizado porque el paso (b) se realiza en presencia de un catalizador básico. 35

10. Proceso según cualquiera de las reivindicaciones anteriores,

caracterizado porque el catalizador básico es 4-(N,N-dimetilamino)-piridina.

11. Proceso para la producción de 5-hidroximetil-furfural

que comprende la producción de un 5-aciloximetil-furfural según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10 y los pasos adicionales: 5

(d) disolución del 5-aciloximetil-furfural en un alcohol,

(e) adición de una base, seleccionada de (i) carbonatos e hidrogenocarbonatos de metal alcalino, carbonatos e -hidróxidos de metal alcalinotérreo, sales básicas de los metales alcalinotérreos, carbonato, -hidróxido, -oxihidróxido de aluminio y sales básicas de aluminio, mezclas de los mencionados y (ii) cambiadores de iones básicos en la forma OH, a la solución del paso (d), dejando reaccionar, a fin de formar 5-hidroximetil-furfural, 10 y

(f) obtención del 5-hidroximetil-furfural.

12. Proceso según la reivindicación 11,

caracterizado porque el alcohol para la disolución del 5-hidroximetil-furfural en el paso (d) es metanol.

13. Proceso según la reivindicación 11 ó 12, 15

caracterizado porque la base en el paso (e) es carbonato de potasio.

14. Proceso según cualquiera de las reivindicaciones 11 a 13,

caracterizado porque la obtención del 5-hidroximetil-furfural en el paso (f) comprende una destilación de recorrido corto del 5-hidroximetil-furfural.

15. Proceso según cualquiera de las reivindicaciones 11 a 13, 20

caracterizado porque la obtención del 5-hidroximetil-furfural en el paso (f) comprende la cristalización del 5-hidroximetil-furfural en un disolvente apropiado.