BR112021011681A2

BR112021011681A2 - Síntese aprimorada de um catalisador de epoxidação

Info

Publication number: BR112021011681A2
Application number: BR112021011681-8A
Authority: BR
Inventors: Werner Bonrath; Rolf Kuenzi
Original assignee: Dsm Ip Assets B.V.
Priority date: 2018-12-20
Filing date: 2019-12-17
Publication date: 2021-09-08
Also published as: WO2020127156A1; US20220024960A1; CN113227113A; EP3898641A1

Abstract

síntese aprimorada de um catalisador de epoxidação. a presente invenção se refere a um processo aprimorado para produzir um catalisador de epoxidação específico e muito eficiente (1,2:4,5-di-o-isopropilideno-ß-d-eritro-2,3-hexodiulo-2,6-piranose).

Description

“SÍNTESE APRIMORADA DE UM CATALISADOR DE EPOXIDAÇÃO”

[0001] A presente invenção se refere a um processo aprimorado para produzir um catalisador de epoxidação específico e muito eficiente (1,2:4,5-Di-O-isopropilideno- β-D-eritro-2,3-hexodiulo-2,6-piranose).

[0002] 1,2:4,5-Di-O-isopropilideno-β-D-eritro-2,3- hexodiulo-2,6-piranose (também conhecido como catalisador de Shi) foi desenvolvido por Yian Shi e sua equipe. Foi publicado pela primeira vez em 1996 (J. Am. Chem. Soc. 1996, 118, 9806-9807).

[0003] O catalisador de Shi tem a seguinte estrutura química (composto da fórmula (I)): , em que R1 é um grupo -CH3-.

[0004] O catalisador de Shi é um catalisador muito útil em reações de epoxidação específicas (epoxidação de Shi). A epoxidação de Shi é uma reação química descrita como a epoxidação assimétrica de alcenos com o catalisador de Shi. Acredita-se que essa reação prossiga por meio de um intermediário de dioxirano, gerado a partir do catalisador de cetona por oxone (peroximonossulfato de potássio). A adição do grupo sulfato por oxone facilita a formação do dioxirano ao agir como um bom grupo de saída durante o fechamento do anel.

[0005] Devido à importância deste catalisador, há sempre a necessidade de uma síntese aprimorada deste catalisador específico.

[0006] O catalisador de Shi é geralmente sintetizado a partir da D-frutose, que é cetalizada com 2,2'- dimetoxipropano (em acetona, na presença de um ácido de Brönsted, por exemplo, HClO4 a 0 °C) seguido por uma oxidação com clorocromato de piridínio (PCC). O rendimento geral é de cerca de 50 %.

[0007] O objetivo da presente invenção era encontrar um processo inovador para a produção do catalisador de Shi, que tivesse maior rendimento e que fosse seguro e de fácil manuseio.

[0008] O processo inovador de acordo com a presente invenção é um processo de duas etapas

[0009] O processo inovador e aprimorado começa com a D- frutose (composto da fórmula (II)), , cujo nome IUPAC é (2R,3S,4R,5R)-2-(hidroximetil)tetra-

hidro-2H-piran-2,3,4,5-tetraol que está disponível comercialmente. Etapa (i)

[0010] Em uma primeira etapa (etapa (i)) a D-frutose reage com um composto da fórmula (IV) (tal como 2-metoxiprop-1- eno) na presença de um catalisador de ácido sólido.

, em que R1 é um H ou um grupo C1-C3 alquila (de preferência, - H, -CH3 ou -CH2CH3), e R2 é um grupo C1-C3 alquila (de preferência, -CH3 ou - CH2CH3), e R3 é um H ou um grupo C1-C2 alquila (de preferência, -H ou -CH3).

[0011] Os compostos da fórmula (III) são obtidos com bons rendimentos.

[0012] Um composto preferencial da fórmula (III) é (3a'R, 4S,7'S,7a'S)-2,2,2',2'-tetrametiltetra- hidroespiro[[1,3]dioxolano-4,6'-[1,3]dioxolo[4,5-c]piran]- 7'-ol (também chamado de bis-acetonida), que é o composto da fórmula (III) em que R1 é -CH3, e é obtido com bom rendimento.

[0013] É claro a partir do esquema de reação que pelo menos dois Mols do composto da fórmula (IV) são usados quando 1 Mol de D-frutose é usado.

[0014] A reação da etapa (i) é geralmente realizada na presença de pelo menos um solvente. Os solventes adequados são solventes polares, como cetonas (como acetona, dietilcetona) ou éteres (como THF ou 2-metil-THF).

[0015] A reação da etapa (i) é geralmente realizada a temperatura mais baixa. As temperaturas adequadas estão entre -5 °C a 10 °C.

[0016] Como afirmado acima, uma característica essencial da etapa (i) é a presença de pelo menos um catalisador de ácido sólido.

[0017] Esses catalisadores de ácido sólido são resinas de troca iônica funcionalizadas. Eles são geralmente baseados em poliestireno reticulado (por copolimerização de estireno e uma pequena porcentagem de divinilbenzeno) e funcionalizados por grupos ácidos como o ácido sulfônico.

[0018] Catalisadores de ácido adequados (e preferenciais) são, por exemplo, Amberlyst® 15 (da Dow Chemicals) ou p-TsOH ligado a polímero.

[0019] A quantidade de catalisador pode variar. É geralmente entre 0,05 a 0,5 equivalente molar (eq-mol) (em vista da D-frutose).

[0020] O tempo de reação da etapa de reação (i) é geralmente de algumas horas.

[0021] No final da reação, o composto de fórmula (III) é isolado.

[0022] O produto isolado (composto de fórmula (III)) é então usado na etapa (ii).

Etapa (ii)

[0023] A etapa (ii) é a oxidação do composto da fórmula (III) ao catalisador de Shi (composto da fórmula (I)).

, em que R1 é um grupo C1-C3 alquila (de preferência, -CH3 ou -CH2CH3).

[0024] Esta etapa (ii) é conhecida da técnica anterior (ou seja, de Ager et al, Organic Process & Development 2007, 11, 44 - 51).

[0025] A reação da etapa (ii) é usualmente realizada em pelo menos um solvente. Os solventes adequados são os solventes apróticos polares, tais como o solvente halogenado e/ou dietoximetano, que é usado na técnica anterior.

[0026] A reação da etapa (ii) é geralmente realizada na presença de pelo menos um catalisador, que é, geralmente, um catalisador de metal de transição. De preferência, o metal de transição é o rutênio.

[0027] Um catalisador muito adequado é RuCl3 x (H2O)/NaIO4.

[0028] O catalisador pode ser usado em uma razão de até 1:50 (catalisador para substrato).

[0029] A reação da etapa (i) é geralmente realizada à temperatura de 20 a 60 °C.

[0030] Os compostos da fórmula (I) podem ser usados para a reação como descrito na técnica anterior. Estas são (de preferência) a epoxidação assimétrica de olefinas.

[0031] Portanto, a presente invenção também se refere ao uso dos compostos da fórmula (I) como catalisadores de epoxidação.

[0032] Além disso, alguns dos compostos da fórmula (I) não são conhecidos.

[0033] Portanto, a presente invenção também se refere ao composto da fórmula (Ia)

O O O

O O (Ia)

O

[0034] Os seguintes exemplos servem para ilustrar a invenção.

[0035] Todas as partes e porcentagens estão relacionadas ao peso. Exemplos Exemplo 1: Síntese do composto da fórmula (III) (etapa (i))

[0036] Em um frasco de 200 ml, 125 mMol de D(-)frutose, 80 ml de acetona e 0,2 eq de Amberlyst 15 foram agitados e resfriados a 0 °C.

[0037] Em seguida, 280 mMol (2,236 eq) de 2-metoxiprop- 1-eno foram dissolvidos em 40 ml de acetona, transferidos para um funil de gotejamento e adicionados gota a gota durante 20 minutos à mistura de reação à mesma temperatura (0 °C).

[0038] A temperatura foi mantida a 0-2 °C durante 20 h.

[0039] Depois disso, toda a frutose foi reagida. Amberlyst 15 foi removido por filtração. O pH foi então ajustado para > 7 (cerca de pH 10) com 44 % de NaOH aq. A acetona foi removida sob vácuo em um evaporador rotativo a 40 °C. 25 ml de tolueno foram adicionados e removidos no evaporador rotativo para auxiliar na remoção dos traços remanescentes de acetona. O resíduo (pasta fluida branca) foi então dissolvido em 100 ml de tolueno e lavado com 30 ml de NaCl aq saturado e depois 6 ml de água. As fases aquosas são extraídas uma vez com tolueno. Aproximadamente metade do tolueno foi removido por vácuo no evaporador rotativo. 125 ml de n-heptano foram adicionados lentamente à solução quente. A pasta fluida resultante foi lentamente resfriada a <5 °C e filtrada.

[0040] O produto bruto (composto de fórmula (III) foi lavado com n-heptano frio e seco a 50 °C por 12 horas a 10 - 15 mbar para produzir 15,2 g de um produto com uma pureza de 100 % (% de área de GC), 58,4 mMol, rendimento de 46,7 %. O licor-mãe concentrado contém mais 17,2 % (% de área de GC) do produto, rendimento de 6,3 %. Exemplo 1: Síntese do composto da fórmula (I) (etapa (ii))

[0041] Em um frasco de 100 ml, 5,21 g (20 mMol) de Bis- acetonida (composto da fórmula (III) obtido) foram dissolvidos em 26 ml de dietoximetano. Para esta solução, 65 mg de brometo de tetrabutilamônio (99,9 %, 0,01 eq, 0,20 mMol), 0,637 g de K2CO3 (99,8 %, 0,23 eq, 4,6 mMol) e 0,135 g de RuCl3.H2O (0,03 eq, 0,60 mMol) foram adicionados.

[0042] Uma solução de 6,38 g de NaIO4 (99,2 %, 1,48 eq, 29,6 mMol) em 44 g de água foi preparada e adicionada ao álcool lentamente, mantendo a temperatura abaixo de 40 °C por resfriamento externo com um banho de gelo. Após 1 hora à temperatura ambiente, a reação foi completada. Adicionou- se 1,3 ml (0,84 eq, 16,85 mMol) de 2-propanol. A mistura foi agitada por 30 minutos, seguida por uma filtração sobre dicalite e lavada com acetato de etila. As fases claras foram separadas após a extração. A fase aquosa foi extraída uma vez com acetato de etila. Os extratos orgânicos foram lavados com solução aq de Na2SO3 a 10 % seguido por NaCl aq a 10 %. O acetato de etila foi removido em um evaporador rotativo e o resíduo (5,34 g) foi dissolvido em aproximadamente 40 ml de heptano sob aquecimento. A solução foi lentamente resfriada à temperatura ambiente até que uma pasta fluida tenha sido formada. A mesma foi então resfriada a 0 °C e a cetona foi isolada por filtração. A torta úmida foi lavada com heptano frio e seca em um forno a vácuo a 50 °C e 10 a 15 mbar.

[0043] Foram obtidos 4,51 g de cristais brancos do composto da fórmula (I) com uma pureza de 94 % por % de área de GC (rendimento de 82 %). O licor-mãe foi concentrado e mais 0,4 g foi obtido. O resíduo é da mesma qualidade = 7,3 % de rendimento.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Processo caracterizado por ser para produzir compostos da fórmula (I) , em que, em uma primeira etapa (etapa (i), o composto da fórmula (II), , reage com um composto da fórmula (IV) , em que R1 é H ou um grupo C1-C3 alquila (de preferência, -H, - CH3 ou -CH2CH3), e

R2 é um grupo C1-C3 alquila (de preferência, -CH3 ou - CH2CH3), e R3 é H ou um grupo C1-C2 alquila (de preferência, -H ou -CH3), em que R é um grupo C1-C3 alquila na presença de um catalisador de ácido sólido e em que o produto de reação da etapa (ii), que é o composto da fórmula (III) R1

O

O OH (III)

O R1 , em que R1 é igual ao definido para o composto da fórmula (IV), é oxidado a um composto da fórmula (I).

2. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a reação da etapa (i) é realizada na presença de pelo menos um solvente (de preferência em pelo menos um solvente polar).

3. Processo, de acordo com a reivindicação 1 ou reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a reação da etapa (i) é realizada a temperaturas entre -5 °C - 10 °C.

4. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o catalisador de ácido sólido são resinas de troca iônica funcionalizadas.

5. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a quantidade do catalisador na etapa (i) está entre 0,05 - 0,5 eq-mol (em vista da D-frutose).

6. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a reação da etapa (ii) é realizada em pelo menos um solvente (de preferência, em pelo menos um solvente polar aprótico).

7. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a reação da etapa (ii) é geralmente realizada na presença de pelo menos um catalisador de metal de transição (de preferência, um catalisador de metal de rutênio).

8. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o composto da fórmula (IV) R1 é H, e R2 é um -CH3-, e R3 é CH3-.

9. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 - 7, caracterizado pelo fato de que no composto da fórmula (IV) R1 é -CH2CH3, e R2 é um -CH3-, e R3 é H.

10. Composto caracterizado por ser da fórmula (Ia)

O

O O (Ia)

O .