Procedimiento para la preparación de aldehídos y cetonas a partir de alcoholes primarios y secundarios.

Procedimiento para la preparación de aldehídos y cetonas, que comprende la oxidación de alcoholes primarios o secundarios con un gas con contenido en oxígeno en presencia de una composición de catalizador que comprende al menos un radical nitroxilo,

una o varias fuentes de NO y al menos uno o varios ácidos carboxílicos o sus anhídridos o uno o varios ácidos carboxílicos o sus anhídridos y ácidos minerales o sus anhídridos, eventualmente en presencia de uno o varios disolventes, caracterizado por que los alcoholes primarios y secundarios empleados presentan un valor para el logaritmo decimal del coeficiente de reparto de n-octanol-agua (logP) menor que 2.

Procedimiento para la preparación de aldehídos y cetonas a partir de alcoholes primarios y secundarios.

La presente invención describe un procedimiento para la preparación de aldehídos y cetonas a partir de alcoholes primarios y secundarios a los que se accede de manera favorable, mediante oxidación con oxígeno del aire u oxígeno puro por medio de un sistema de catalizador que consiste en un derivado de radicales nitroxilo libre. 5

Derivados de radicales nitroxilo estables se describieron por vez primera por (A.K. Hoffmann, A.T. Henderson, J. Am. Chem. Soc. 83 (1961) 4671) y Lebeder (O.L. Lebeder, S.N. Kazarnovskii, Zh, Obshch. Khim. 30 (1960) 1631; O.L. Lebeder, S.N. Kazarnovskii, CA 55 (1961) 1473a) . Su primer uso lo encontraron como captadores de radicales. Sólo recientemente se descubrió su importancia como catalizadores para la oxidación de alcoholes (p. ej.; J.M. Bobbitt, C.L. Flores, Heterocycles 27 (1988) 509 o A.E.J. de Nooy, A.C. Besemer, H. van Bekkum, Synthesis (1996) 10 1153) .

En el caso de este tipo de catálisis resulta desventajoso que el oxígeno requerido para la oxidación sea generado a menudo a partir de costosas fuentes de oxígeno. Se informa, p. ej., sobre el empleo de hipoclorito, ácido cloroperbenzoico, ácido peroxomonosulfúrico, ácido per y ódico o ácido tricloroisocianúrico (p. ej. L. Anelli, C. Biffi, F. Montanari, S. Quici, J. Org. Chem. 52 (1987) 2559; J.A. Cella, J.A. Kelley, E.F. Kenehan, J. Org. Chem. 40 (1975) 15 1850; S.D. Rychovsky, R. Vaidyanathan, J. Org. Chem. 64 (1999) 310.; Bolm, Carsten; Magnus, Angelika S.; Hildebrand, Jens P. Organics Letters (2000) , 2 (8) , 1173-1175.; S.S. Kim, K. Nehru, Synletter (2002) 616.; De Luca, Lidia; Giacomelli, Giampaolo; Porcheddu, Andrea. Organic Letters (2001) , 3 (19) , 3041-3043) . Además, muchos de los reactivos expuestos contienen halógenos (en particular, cloro, bromo, yodo) que pueden actuar de forma corrosiva bajo las condiciones de reacción y que, a menudo, conducen a reacciones secundarias indeseadas. 20

La oxidación de los alcoholes por medio de oxígeno utilizando derivados de radicales nitroxilo se consigue mediante la adición de metales de transición tales como, p. ej., cobalto, cobre, wolframio, rutenio, manganeso y hierro (p. ej. Sheldon, Roger A.; Arends, Isabel W.C.E. Journal of Molecular Catalysis A: Chemical (2006) , 251 (1-2) , 200-214; Minisci, Francesco; Punta, Carlo; Recupero, Francesco. Journal of Molecular Catalysis A: Chemical (2006) , 252 (1-2) , 129-149) . Lo desventajoso de este método es la separación a menudo difícil de las sales de metales de transición y 25 sus propiedades tóxicas.

Augustine (documento US 7.030.279) describe, en general, la oxidación de alcoholes primarios o secundarios con oxígeno como oxidante para formar los aldehídos y cetonas correspondiente por medio de un sistema de catalizador consistente en un derivado de radical nitroxilo libre, una fuente de nitratos, una fuente de bromo y un ácido carboxílico, siendo el ácido carboxílico en todos los casos ácido acético. 30

Xinquan Hu et al. describen en J. AM. CHEM. SOC. 2004, 126, 4112-4113 la oxidación de alcoholes por medio de derivado de radical nitroxilo y oxígeno, en donde la fuente de nitratos fue reemplazada por una fuente de nitritos. En este caso se señala explícitamente, no obstante, que no se puede renunciar al empleo de una fuente de bromo. El disolvente recogido es en los ejemplos descritos diclorometano.

También con el método de Augustine y Xinquan Hu no puede renunciarse al empleo de fuentes de halógenos. 35

La catálisis exenta de halógeno y exenta de metales de transición por medio de derivados de radicales nitroxilo y oxígeno se describe en Fried (documento US 5.136.103 y documento US 5.155.280) , pasando a emplearse en este caso como reactivo adicional ácido nítrico. No obstante, en este caso se encuentran para las cetonas solamente rendimientos por debajo de 90%, y en el caso de los aldehídos sólo conversiones entre 24 y 72%. Más bien, con este método se consigue sintetizar los ácidos carboxílicos (documento US 5.239.116) . Sólo cuando el ácido nítrico 40 se emplea como reactivo estequiométrico, es decir, cuando se renuncia al oxígeno como oxidante favorable (documento US 5.155.279) se encuentran conversiones de 42-84%, con selectividades de 69-81%.

El documento US 5.336.811 describe un proceso para la preparación de un aldehído mediante reacción del arilmetanol correspondiente con un nitróxido en los radicales estable, en presencia de un compuesto generador de NOx, a una temperatura en el intervalo de aproximadamente 0ºC hasta aproximadamente 100ºC, y subsiguiente 45 separación del aldehído.

Los procedimientos conforme al estado de la técnica tienen el inconveniente de que, a menudo, son inadecuados en virtud de los bajos rendimientos y las muchas etapas de procedimiento o el empleo estequiométrico de reactivos costosos, corrosivos y venenosos para una preparación a gran escala de aldehídos y cetonas. En particular, los aditivos requeridos en la reacción de alcoholes catalizada con radical nitroxilo de fuentes de halógeno en unión con 50 ácidos carboxílicos, pero también en disolventes orgánicos, representan sistemas extremadamente corrosivos que dificultan una transformación a escala técnica. Alternativamente, se emplean a menudo metales de transición venenosos y costosos de separar como componente del catalizador.

Por lo tanto, la misión de la presente invención era proporcionar un procedimiento para la preparación de aldehídos y cetonas, en el que como precursor puedan emplearse alcoholes primarios o secundarios, y que esté configurado de manera que se pueda renunciar a la adición de fuentes de halógeno, en particular fuentes de bromo, y al uso de metales de transición.

Sorprendentemente, se encontró un procedimiento para la preparación de aldehídos y cetonas, en el que como 5 precursor se pueden emplear alcoholes primarios y secundarios, y que evita precisamente los inconvenientes arriba mencionados del estado de la técnica.

Conforme a ello, objeto de la presente invención es un procedimiento para la preparación de aldehídos y cetonas, que comprende la oxidación de alcoholes primarios o secundarios con un gas con contenido en oxígeno en presencia de una composición de catalizador que comprende al menos un radical nitroxilo, una o varias fuentes de 10 NO y al menos uno o varios ácidos carboxílicos o sus anhídridos o uno o varios ácidos carboxílicos o sus anhídridos y ácidos minerales o sus anhídridos, eventualmente en presencia de uno o varios disolventes, caracterizado por que los alcoholes primarios y secundarios empleados presentan un valor para el logaritmo decimal del coeficiente de reparto de n-octanol-agua (logP) menor que 2, y por que los aldehídos y cetonas se obtienen preferiblemente con un rendimiento mayor que 92%, referido al alcohol empleado. 15

El procedimiento de acuerdo con la invención tiene la ventaja de que el alcohol es oxidado con un método suave en presencia de radicales nitroxilo en una única etapa del procedimiento. Sorprendentemente, con este método suave pueden oxidarse también alcoholes estéricamente impedidos, a los que no se puede acceder por medio de otros métodos. En el caso de esta oxidación se consiguen a menudo conversiones y selectividades casi cuantitativas, es decir, los elevados rendimientos confirman la elevada eficacia del procedimiento de acuerdo con la invención. Esto 20 es totalmente sorprendente en base al estado de la técnica.

En particular, se consigue evitar fuentes de halógeno corrosivas, al igual que el uso de metales de transición y adaptar el sustrato, que representa la fuente de NO, a los respectivos requisitos del proceso mediante variación de manera que no resulten cargas de sales a elaborar con dificultad y, con ello, que consumen mucha energía. De particular ventaja es, sin embargo, que el procedimiento tenga lugar sin la adición de fuentes de halógeno externas, 25 es decir exento de halógenos. Fuentes de halógeno en el sentido de la presente invención quiere dar a entender todos los compuestos halogenados que pueden liberar halógenos en forma elemental o iones con contenido en halógeno en una etapa de oxidación arbitraria. Por lo tanto, a diferencia del estado de la técnica, para llevar a cabo la oxidación puede renunciarse a una adición de compuestos halogenados tales como cloritos o un compuesto bromado tal como N-bromosuccinimida, N-bromoftalimida, bromuro de tetrabutilamonio, o sales inorgánicas tales 30 como, por ejemplo, NH4Br, bromuros de metales alcalinos o alcalinotérreos.

De ello resulta que también que el producto del procedimiento obtenido está muy ampliamente exento de halógenos,... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para la preparación de aldehídos y cetonas, que comprende la oxidación de alcoholes primarios o secundarios con un gas con contenido en oxígeno en presencia de una composición de catalizador que comprende al menos un radical nitroxilo, una o varias fuentes de NO y al menos uno o varios ácidos carboxílicos o sus anhídridos o uno o varios ácidos carboxílicos o sus anhídridos y ácidos minerales o sus anhídridos, eventualmente en presencia de uno o varios disolventes, caracterizado por que los alcoholes primarios y secundarios empleados 5 presentan un valor para el logaritmo decimal del coeficiente de reparto de n-octanol-agua (logP) menor que 2.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por que los aldehídos y cetonas se obtienen con un rendimiento mayor que 92%, referido al alcohol empleado.

3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado por que como radicales nitroxilo se emplean 2, 2, 6, 6-tetrametilpiperidin-1-oxilo (TEMPO) y/o los derivados del 2, 2, 6, 6-tetrametilpiperidin-1-oxilo sustituidos en la posición 10 4 del heterociclo, presentando los derivados uno o varios sustituyentes elegidos de R1, grupos amido C1-C8, halógeno, oxi, hidroxi, amino, alquilamino, dialquilamino, arilamino, diarilamino, alquilcarboniloxi, arilcarboniloxi, alquilcarbonilamino y arilcarbonilamino, en donde R1 significa un grupo alquilo (C1-C10) , alquenilo (C1-C10) , alcoxi (C1-C10) , arilo (C6-C18) , aralquilo (C7-C19) , aril (C6-C18) -alquilo (C1-C8) o heteroarilo (C3-C18) .

4. Procedimiento según una o varias de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que la proporción de radical 15 nitroxilo asciende a 0, 001 hasta 20% en moles, referido a la cantidad del alcohol empleado.

5. Procedimiento según una o varias de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por que como ácido carboxílico se emplea ácido acético o como anhídrido se emplea anhídrido del ácido acético.

6. Procedimiento según una o varias de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por que la proporción de ácido carboxílico y/o del anhídrido asciende a 0, 1 hasta 200% en moles, referido a la cantidad del alcohol empleado. 20

7. Procedimiento según una o varias de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado por que como ácidos minerales se emplean H2CO3, H3PO4, H2SO4, H2SO3, H3BO3, o anhídridos o mezclas de los mismos.

8. Procedimiento según una o varias de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado por que como fuente de NO se emplean nitrato o nitrito de amonio, o nitratos o nitritos de metales alcalinos o alcalinotérreos, gases con contenido en óxidos de nitrógeno o mezclas de los mismos. 25

9. Procedimiento según una o varias de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado por que la proporción de la o las fuentes de NO empleadas asciende a 0, 001 hasta 10% en moles, referido a la cantidad de alcohol empleado.

10. Procedimiento según una o varias de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado por que no se emplea disolvente adicional.

11. Procedimiento según una o varias de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado por que el agua de la reacción se 30 separa de la mezcla de reacción.

12. Procedimiento según la reivindicación 11, caracterizado por que la separación del agua de la reacción tiene lugar mediante la adición de agentes absorbedores de agua a la mezcla de reacción y/o mediante separación destilativa o extractiva a partir de la mezcla de reacción durante la reacción.

13. Procedimiento según la reivindicación 11 ó 12, caracterizado por que se emplean disolventes complejantes de 35 agua o disolventes que fijan químicamente el agua.

14. Procedimiento según una o varias de las reivindicaciones 1 a 13, caracterizado por que en etapas sucesivas se separan mediante destilación o extracción el ácido carboxílico y eventualmente el disolvente, se extraen los radicales nitroxilo y eventualmente se reciclan, eventualmente se separan las sales que proceden de las fuentes de NO y/o el aldehído o bien la cetona se purifica mediante cristalización, destilación, extracción y/o separación 40 cromatográfica.