Procedimiento de hidrogenación para la preparación de tetrahidrofurano y derivados alquilados del mismo.

Un procedimiento para la síntesis de un compuesto como el representado por la estructura de la Fórmula (I) siguiente**Fórmula**

que comprende poner en contacto en una mezcla de reacción un compuesto como el representado por la estructura de la Fórmula (II) siguiente**Fórmula**

con hidrógeno en presencia de un catalizador de esponja de níquel que comprende hierro y cromo;

en donde R1, R2, y R3 se seleccionan, cada uno de forma independiente, de entre H y un grupo alquilo C1 a C4.

Procedimiento de hidrogenación para la preparación de tetrahidrofurano y derivados alquilados del mismo Campo de la técnica Esta descripción se refiere a la fabricación del tetrahidrofurano y de los compuestos relacionados, y al uso industrial del mismo para la síntesis de otros materiales útiles.

Antecedentes El tetrahidrofurano ("THF") y los compuestos relacionados son útiles como disolventes y como compuestos intermedios en la preparación de productos químicos industriales usados como productos farmacéuticos, herbicidas y polímeros. Por ejemplo, el tetrahidrofurano se usa para elaborar poli (tetrametilenglicol) , que puede usarse alternativamente para elaborar elastómeros de poliéter-éster y elastómeros de poliuretano.

Los catalizadores "de esponja" metálicos tal como los catalizadores de níquel Raney@ se han usado para catalizar la hidrogenación de furano para producir tetrahidrofurano, como se menciona, p. ej., en la patente de los EE.UU. nº

2.846.449. En algunos casos, el catalizador se ha activado con una pequeña cantidad de un metal catalíticamente activo adicional tal como cromo, como se menciona en "Tetrahydrofuran II, Kinetics of Hydrogenation of Furan", Wang et al., en K’o Hsueh T’ung Pao (1958) páginas 434~5; y "Tetrahydrofuran III, High Pressure Hydrogenation of Furan", Jen et al., en K’o Hsueh T’ung Pao (1958) páginas 435~7.

Sin embargo, se mantiene la necesidad de procedimientos de hidrogenación catalítica para producir tetrahidrofurano, y los compuestos relacionados, que tengan una mayor viabilidad comercial.

Compendio Las invenciones descritas en la presente memoria incluyen procedimientos para la preparación del tetrahidrofurano, y los compuestos relacionados, y para la preparación de productos en los que se puedan transformar tales tetrahidro (o sustituido) -furanos, que se mejoren por selección del catalizador.

Las características de ciertos de los procedimientos de esta invención se describen en la presente memoria en el contexto de una o más realizaciones específicas que combinan varias de tales características juntas. El alcance de la invención no se limita, sin embargo, a la descripción de sólo ciertas características dentro de cualquier realización específica, y la invención incluye, también, (1) una subcombinación de menos que todas las características de cualquier realización descrita, cuya subcombinación puede caracterizarse por la ausencia de las características omitidas para formar la subcombinación; (2) cada una de las características, individualmente, incluidas dentro de la combinación de cualquier realización descrita; y (3) otras combinaciones de características formadas agrupando sólo características seleccionadas tomadas de dos o más realizaciones descritas, opcionalmente junto con otras características descritas en otra sección del presente documento. Algunas de las realizaciones específicas de los presentes procedimientos son las siguientes:

En una de las realizaciones de la misma, esta invención proporciona un procedimiento para la síntesis de un compuesto como el representado por la estructura de la Fórmula (I) siguiente al poner en contacto en una mezcla de reacción un compuesto como el representado por la estructura de la Fórmula (II) siguiente con hidrógeno en presencia de un catalizador de esponja de níquel que comprende hierro y cromo; en donde cada R1, R2, y R3 se seleccionan, de forma independiente, de entre H y un grupo alquilo C1 a C4.

En otra realización de la presente memoria, se proporciona un procedimiento para preparar un producto de la Fórmula (I) , descrito anteriormente, que incluye además una etapa de someter el producto a una reacción (que 5 incluye una reacción de multietapas) para preparar desde ella un compuesto (tal como el útil como monómero) , oligómero o polímero.

Una característica ventajosa de los presentes procedimientos es la aumentada selectividad, vida útil y productividad de los catalizadores de esponja de níquel seleccionados para usar en la presente memoria.

Breve descripción de los dibujos La Figura 1 ilustra el comportamiento en el Control A de un catalizador de esponja de níquel no activado a lo largo de cuatro series sucesivas en la hidrogenación de furano en un reactor de suspensión.

La Figura 2 ilustra el comportamiento en el Ejemplo 1 de un catalizador de esponja de níquel activado con Fe, Cr a lo largo de cinco series sucesivas en la hidrogenación de furano en un reactor de suspensión.

La Figura 3 ilustra el comportamiento en el Ejemplo 2 de un catalizador de esponja de níquel no activado y un 15 catalizador de esponja de níquel activado con Fe, Cr, en la hidrogenación de furano en un reactor de lecho fijo.

Descripción detallada Las invenciones descritas en la presente memoria incluyen procedimientos para la preparación de tetrahidrofurano y procedimientos para la preparación de productos en los que puede transformarse el tetrahidrofurano.

En una de las realizaciones de la misma, esta invención proporciona un procedimiento para la síntesis de un 20 compuesto como el representado por la estructura de la Fórmula (I) siguiente al poner en contacto un compuesto como el representado por la estructura de la Fórmula (II) siguiente con hidrógeno, en presencia de un catalizador de esponja de níquel que contiene hierro y cromo; en donde R1, R2, y

R3 se seleccionan, cada uno de forma independiente, de entre H y un grupo alquilo C1 a C4, tal como metilo, etilo, propilo, butilo y cualquier combinación de los mismos.

En una realización de los presentes procedimientos, R1, R2, y R3 son iguales a H, en cuyo caso el producto de la Fórmula (I) es tetrahidrofurano y el compuesto de la Fórmula (II) , la materia prima, es furano. La hidrogenación de furano para producir tetrahidrofurano puede en ese caso representarse mediante la siguiente ecuación:

En otra realización, el compuesto de la Fórmula (II) usado como material de alimentación en los presentes procedimientos se obtiene por la descarbonilación de un compuesto como el representado por la estructura de la Fórmula (III) siguiente:

en donde R1, R2, y R3 se definen como se ha descrito anteriormente. Todavía en otra realización de los presentes procedimientos, R1, R2, y R3 son iguales a H, en cuyo caso el compuesto de Fórmula (III) es furfural y la reacción de descarbonilación puede representarse mediante la siguiente ecuación:

Una reacción de descarbonilación y los catalizadores útiles en ella son bien conocidos por el artesano.

En una realización adicional de los presentes procedimientos, el compuesto de Fórmula (III) es un derivado de un material biológico que, típicamente, es una buena fuente de hemicelulosa. Ejemplos de materiales biológicos adecuados para usar en la presente memoria con ese fin incluyen, sin limitación, la paja, mazorcas de maíz, tallos de maíz/forraje de maíz, bagazo de azúcar, maderas duras, tallos de algodón, kenaf, cascarillas de avena, y

cáñamo. Cuando un compuesto de la Fórmula (II) como material de alimentación en los presentes procedimientos se obtiene de un compuesto de la Fórmula (III) , especialmente cuando es furfural, el compuesto de la Fórmula (III) debe estar recién destilado antes de su uso, ya que puede oxidarse y cambiar de color, produciendo productos de oxidación indeseables de alta temperatura de ebullición.

En los presentes procedimientos, la reacción de hidrogenación es catalizada por un catalizador de esponja de níquel

que incluye hierro y cromo junto con níquel en sus contenidos. En un caso de ese tipo, a menudo se dice que el catalizador de esponja de níquel es activado con o mediante hierro y cromo. Los catalizadores de esponja de níquel como se usan en la presente memoria, como hacen los catalizadores conocidos como catalizadores “de esqueleto” de níquel, catalizadores "esqueleto" de níquel y catalizadores de níquel Raney@, se refieren a catalizadores metálicos que se preparan por lixiviación de aluminio de una aleación de níquel y aluminio usando un álcali acuoso.

La aleación es, típicamente, de aproximadamente un 50% de aluminio en peso antes de la lixiviación, y la mayoría, pero no la totalidad, del aluminio se elimina durante la lixiviación. El procedimiento original para preparar tales catalizadores porosos de níquel fue descubierto por Raney en 1925 con la separación del silicio de una aleación de níquel/silicio mediante una solución alcalina (como se menciona adicionalmente en la patente de EE.UU. nº 1.563.587) . Posteriormente, Raney descubrió que usando aleaciones de níquel/aluminio había una mejora sobre la aleación de níquel/silicio... [Seguir leyendo]

1. Un procedimiento para la síntesis de un compuesto como el representado por la estructura de la Fórmula (I) siguiente que comprende poner en contacto en una mezcla de reacción un compuesto como el representado por la estructura de la Fórmula (II) siguiente con hidrógeno en presencia de un catalizador de esponja de níquel que comprende hierro y cromo; en donde R1, R2, y R3 se seleccionan, cada uno de forma independiente, de entre H y un grupo alquilo C1 a C4.

2. Un procedimiento según la reivindicación 1 en donde cada R1, R2, y R3 son H.

3. Un procedimiento según la reivindicación 1 en donde la mezcla de reacción comprende hidrógeno y un compuesto de Fórmula (II) en una relación de entre aproximadamente 2, 0 y aproximadamente 4, 0 moles de hidrógeno por mol del compuesto de Fórmula (II) .

4. Un procedimiento según la reivindicación 1 en donde la mezcla de reacción comprende hidrógeno y un compuesto de Fórmula (II) en una relación de entre aproximadamente 2, 4 y aproximadamente 3, 0 moles de hidrógeno por mol del compuesto de Fórmula (II) .

5. Un procedimiento según la reivindicación 1 que comprende suministrar hidrógeno a la mezcla de reacción a una presión en el intervalo de entre aproximadamente 200 y aproximadamente 2.500 psig (1, 4 a 17, 2 MPa) .

6. Un procedimiento según la reivindicación 1 que comprende suministrar hidrógeno a la mezcla de reacción a 20 una presión en el intervalo de entre aproximadamente 500 y aproximadamente 1.000 psig (3, 4 a 6, 9 MPa) .

7. Un procedimiento según la reivindicación 1 en donde el catalizador de esponja de níquel comprende hierro en una cantidad de entre aproximadamente 0, 5 y aproximadamente 6% en peso.

8. Un procedimiento según la reivindicación 1 en donde el catalizador de esponja de níquel comprende cromo en una cantidad de entre aproximadamente 0, 5 y aproximadamente 6% en peso.

9. Un procedimiento según la reivindicación 1, en el que la mezcla de reacción tiene una temperatura en el intervalo de entre aproximadamente 30ºC y aproximadamente 150ºC.

10. Un procedimiento según la reivindicación 1 que comprende además una etapa de descarbonilación de un compuesto como el representado por la estructura de la Fórmula (III) siguiente para proporcionar el compuesto de Fórmula (II) .

11. Un procedimiento según la reivindicación 10 en donde el compuesto de Fórmula (III) es un derivado de un material biológico que se selecciona del grupo que consiste en: paja, mazorcas de maíz, tallos de maíz/forraje de maíz, bagazo de azúcar, maderas duras, tallos de algodón, kenaf, cascarillas de avena y cáñamo.

12. Un procedimiento según la reivindicación 1 que comprende además una etapa de someter el compuesto de Fórmula (I) a una reacción para preparar a partir de él un compuesto, oligómero o polímero.