BRPI1004024A2 - processo para produzir nitroalcoàis - Google Patents

Abstract

PROCESSO PARA PRODUZIR NITROALCOàIS. Reações de nitroaldol (de "Henry") entre nitroaleanos e aldeídos na presença de um catalisador e de um meio de reação de duas fases produzem nitroalcoóis em mais altas velocidades de reação em comparação com sistemas de solvente orgânico de fase única e não requerem uso de tensoativos como é típico de sistemas de solvente aquoso de fase única e de sistemas sem solvente. O solvente aquoso pode ser 100% água.

Description

"PROCESSO PARA PRODUZIR NITROALCOÓIS"

Campo da Invenção

A presente invenção refere-se a um processo para produzir nitroalcoóis por reação do nitroaldol de nitroalcanos e aldeídos na presença de um catalisador e de um meio de reação de duas fases.

Fundamentos da Invenção

Os nitroalcoóis são intermediários úteis em síntese orgânica para várias transformações, especialmente na síntese de 1, 2-amino alcoóis. A reação de nitroaldol (reação de Henry) envolve a adição catalisada com base de nitroalcanos a um composto de carbonila, tal como um aldeído. Certos processos de nitroaldol, tal como para a produção de 3-nitro-4-octanol partindo de 1-nitropropano e valeraldeído na presença de uma amina, são inaceitavelmente lentos de um ponto de vista comercial (econômico). Em particular, mesmo depois de várias horas de tempo de reação e mesmo na presença de grandes quantidades de catalisador, a reação entre 1-nitropropano e valeraldeído não estava completa ou estava completa com pureza insuficiente para uso comercial adicional. Assim, há uma necessidade de um método para melhorar certos processos de reação de nitroaldol em termos de velocidade e/ou de pureza.

Há catalisadores que podem aumentar a velocidade da reação de uma maneira similar; no entanto, eles são de modo geral onerosos e freqüentemente levam ao aumento da formação de subprodutos e reações colaterais indesejadas.

Tetrahedron Report N°. 553. intitulado The Henty reaction: exemplos recentes e compilado por F.A. Luzzio, (Tetrahedron 57 (2001) 915- 945), fornece descrições detalhadas de muitos processos de nitroaldol realizados com vários reagentes e sistemas catalisadores. Embora este artigo mencione que as reações de nitroaldol podem ser realizadas usando água como um solvente, tais sistemas tipicamente incluem tensoativos tal como hidróxido de benziltrimetilamônio. Além disso, embora vários esquemas do processo relacionem água como um componente do sistema catalisador, as quantidades não são suficientes para formar uma fase separada, além de algum solvente orgânico que esteja presente no sistema.

Cada uma das Patentes U.S. N°. 2.151.517, 5.041.691 e 5.962.737 descreve processos de nitroaldol realizados em sistemas de solvente aquoso em fase simples, isto é, sem solvente orgânico. Em particular, a Patente U.S. N0. 2.151.517 ensina a reação de nitroaldol de nitroparafinas e aldeídos aromáticos em meio aquoso com bissulfato de metal alcalino como catalisador. A Patente U.S. N°. 5.041.691 descreve a reação of nitroalcanos com, catalisada por hidróxido de potássio. A Patente U.S. N°. 5.962.737 descreve a reação de nitroetano ou de nitropropano com benzaldeídos substituídos, na presença de aminas terciárias, para realizar síntese estereoespecífica de treoisômeros de 2-nitro-l-fenilpropanóis.

A Patente U.S. N°. 5.750.802 também descreve a reação de nitroaldol de nitroalcanos com aldeídos aromáticos, na presença de catalisadores amina. Esta referência ensina que embora não seja necessário solvente adicional além do catalisador de amina, podem ser usados solventes comuns, inclusive aqueles que contenham água. Nenhuma menção, no entanto, é feita a uma sistema solvente em duas fases - orgânica e aquosa.

As reações de nitroaldol até mesmo foram relatadas na ausência de solvente, porém de novo, isto exigiu o uso de tensoativos. Ver A. Bhattacharya e V.C. Purohit, Environmentally Solvent-Free Processes: Novel Dual Catalyst System in Henry. Reaction, Org. Process Res. & Devei, 2003, 7, pp 254-258.

O desempenho bem sucedido de reações de nitroaldol de compostos nitro alifáticos em meio aquoso também foi relatado, porém exigiu o uso de tensoativos, Ver R. Ballini e G. Bosica, Nitroaldol Reaction in Aqueous Media: An Important lmprovement on the Henry Reaction, J. Org. Chem. (1997) 62, pp 425-427 e R. Bellini e outros, Recent Developments on the chemistry of aliphatic nitro compounds under aqueous médium, Green Chem., 2007, 9, pp 823-838.

Sumário da Invenção

A presente invenção fornece um processo para produzir nitroalcoóis por reação do nitroaldol em um sistema de reação que compreende: um C1-C20 nitroalcano, um aldeído C2 ou superior, um meio da reação que compreende um solvente orgânico e um catalisador que compreende uma amina, em que o processo compreende a adição de uma quantidade de um solvente aquoso a um sistema de reação suficiente para formar uma fase aquosa separada em um meio da reação. O solvente aquoso geralmente não é miscível para formar uma fase aquosa separada em um meio da reação. O solvente aquoso geralmente não é miscível com o solvente orgânico e pode compreender até 100 % de água.

A quantidade de solvente aquoso adicionada é de 10 até 100 % em mol em relação à quantidade em mol de aldeído presente em um sistema da reação. Uma quantidade particularmente adequada seria de 20 até 40 % em mol

A temperatura da reação está entre 10°C e 90°C e de preferência entre 60°C e 70°C.

O nitroalcano pode compreender um C1-C12 nitroalcano. O aldeído pode compreender um aldeído alifático C2 ou superior. O catalisador de amina pode ser uma amina terciária.

Breve Descrição dos Desenhos

Uma compreensão mais completa da presente invenção será obtida por referência à Figura anexa, em que o progresso da reação de nitroaldol é seguida com o passar do tempo para uma modalidade da presente invenção e comparada com o progresso da mesma reação conduzido de acordo com a técnica anterior. Descrição Detalhada da Invenção

Verificou-se que a adição de um solvente aquoso, em uma quantidade suficiente para formar uma fase aquosa separada, às reações de nitroaldol catalisadas com amina entre nitroalcanos e aldeídos aumenta a velocidade da reação. Verificou-se que isto é particularmente eficaz na preparação de 3-nitro-4-octanol que é um intermediário químico útil na preparação de 3-amino-4-octanol. E de se esperar que a adição de um solvente aquoso a uma variedade de tais "reações de Henry" que ocorrem entre nitroalcanos e aldeídos conseguiria com sucesso um aumento na velocidade da reação.

Esta invenção é sem comparação pelo fato de que ela emprega uma fase aquosa distinta que acelera a reação. A tecnologia anterior faz uso de tensoativos em um esforço para por os reagentes (nitroalcanos e aldeídos) em contato com catalisadores solúveis em água tal como hidróxido de sódio. Verificou-se que a adição de água a uma mistura de reagente anteriormente homogêneo, tal que seja formada uma fase aquosa separada, acelera a reação desejada. Este efeito é observado mesmo se a mistura homogênea anterior contivesse alguma quantidade de água proveniente do catalisador, por exemplo. Embora a reação pudesse ser conduzida em água, por exemplo, usando bases inorgânicas como catalisadores, com ou sem um tensoativo, verificou-se que a combinação do catalisador amina terciária e uma fase aquosa separada é mesmo mais eficaz.

Embora a água tenha sido empregada como um solvente no passado, tanto além do solvente orgânico como na ausência de solvente orgânico, tensoativos foram tipicamente exigidos e o meio da reação permaneceu como um sistema de fase simples. O aumento na velocidade da reação alcançado pelo processo da presente invenção é particularmente surpreendente à luz do fato de que a mistura da reação tem pouca afinidade pela água, os reagentes não são solúveis em água e não é usado tensoativo algum. A água é menos onerosa do que os catalisadores típicos empregados e aqueles relacionados na técnica anterior. A mais alta velocidade da reação diminui o custo de fabricação dos produtos derivados desta química e o produto de alta pureza obtido irá reduzir a necessidade de processamento a jusante e reduz os custos adicionais de descarte de lixo.

O processo da presente invenção é adequado para produzir nitroalcoóis por reação de nitroaldol em um sistema da reação que compreende: um C1-C2O nitroalcano, um aldeído C2 ou superior, um meio de reação com duas fases que compreende uma fase de solvente orgânico e uma fase de solvente aquoso separada e um catalisador que compreende uma amina. Tipicamente, quando um C1-C20 nitroalcano for reagido com um aldeído C2 ou superior na presença de um catalisador amina e um meio de reação for um solvente orgânico, a velocidade da reação é aumentada por adição de uma quantidade de um solvente aquoso ao sistema da reação suficiente para formar uma fase aquosa separada em um meio da reação. O solvente aquoso não precisava ser miscível com o solvente orgânico, de modo que se forme uma fase aquosa separada. O próprio solvente aquoso pode compreender até 100 % de água. .Outros solventes que não são miscíveis com os reagentes podem fornecer um resultado similar.

Falando de maneira qualitativa, o solvente aquoso precisava ser adicionado em quantidade suficiente para formar uma fase aquosa separada. E mais simples usar um solvente aquoso que compreenda 100 % de água. Sendo desejável adicionar a quantidade de água mínima possível, para conservar um volume de reator disponível, o limite superior de água é ditado por considerações econômicas. Verificou-se que 3,6 % de água, em uma base molar em relação ao aldeído é insuficiente para produzir o efeito desejado para o sistema da reação estudado em particular. Acredita-se que o limite de solubilidade seja de aproximadamente 6 % em mol, dependendo da temperatura dos reagentes. A quantidade adequada de solvente aquoso a ser adicionada é de 10 até 100 % em mol em relação à quantidade em mol de aldeído presente no sistema da reação. A quantidade precisava ser suficiente para formar a fase aquosa separada necessária. O melhor efeito foi observado entre aproximadamente 20 e 40 % em mol de solvente aquoso (em relação ao aldeído). Mais solvente aquoso, pelo menos até 100 % do aldeído, também é eficaz para aumentar a velocidade; no entanto, o solvente aquoso não participa da reação assim é preferível usar uma menor quantidade.

O processo de acordo com a Reivindicação 1, em que o nitroalcano compreende um C1-C12 nitroalcano, tais como, porém não limitados a, nitrometano, nitroetano, nitropropano, nitrobutano etc.

O aldeído adequado para uso de acordo com a presente invenção contém pelo menos 2 átomos de carbono (isto é, "C2 ou superior") e pode ser alifático ou aromático. Os aldeídos alifáticos C2 ou superiores são particularmente adequados. Também é de se esperar que os aldeídos superiores tais como acetaldeído, propionaldeído, butiraldeído, cinamaldeído etc., sejam adequados para uso no processo da presente invenção.

O catalisador de amina pode ser uma amina primária, uma amina secundária, uma amina terciária ou uma combinação das mesmas. O catalisadores de amina oferecem diversas vantagens em relação aos catalisadores de base inorgânica, tais como NaOH e KOH. Uma desvantagem das bases inorgânicas é que elas freqüentemente promovem reações colaterais indesejáveis em virtude de sua maior concentração de base. Além disso, os catalisadores inorgânicos são discutivelmente mais difíceis de serem removidos. E usualmente importante remover os catalisadores. Os catalisadores orgânicos (de amina) podem ser facilmente removidos por destilação se isso for desejado. Os catalisadores de amina oferecem vantagens de manipulação, pois eles são tipicamente menos corrosivos do que os catalisadores inorgânicos. Embora várias aminas tenham sido usadas com sucesso como catalisadores no processo da presente invenção, verificou-se que as aminas terciárias e os aminoalcoóis terciários funcionam particularmente bem. Espera-se que outros catalisadores que s são conhecidos como promotores da reação de nitroaldol sejam adequados para uso acordo com o processo da presente invenção da mesma maneira.

A ordem de adição dos reagentes, do catalisador e do solvente não é particularmente limitada. Embora a ordem de adição de nitroalcano, então de água, então de catalisador, seguida finalmente pelo aldeído, seja útil no controle do calor da reação, outras ordens são eficazes.

O processo da presente invenção pode ser conduzido a temperaturas de entre 10°C e 90°C, tais como, por exemplo, entre 40°C e 70°C ou mesmo entre 60°C e 65°C. Esta faixa de temperatura fornece um equilíbrio entre a maior velocidade e menores níveis de impureza. O aumento da temperatura geralmente aumenta a velocidade da reação; entretanto, reações colaterais indesejáveis são às vezes promovidas a temperaturas mais altas. Acredita-se que a faixa de temperatura de 60°C e 65°C forneça um equilíbrio a velocidade e a pureza.

As reações de nitroaldol da presente invenção são tipicamente realizadas sob pressão atmosférica.

Será entendido que as modalidades da presente invenção descritas aqui antes são simplesmente pára exemplos e que uma pessoa perita na técnica pode fazer variações e modificações sem sair do espírito e do âmbito da invenção. Pretende-se que todas as variações e modificações sejam incluídas no âmbito da presente invenção.

EXEMPLOS

Exemplo de Trabalho (A)

Um pequeno frasco para reação foi carregado com 1,2 mol de 1-nitropropano e a este foi adicionado 0,4 mol de água (40 % em mol) seguido por 0,04 mol de N, N-dimetil-2-amino-2- metil-l-propanol e 0,065 mol adicional de água. A esta mescla de nitroalcano/catalisador/água foi adicionado 1 mol de valeraldeído e o pequeno frasco para reação imediatamente selado e colocado em um banho com temperatura termostaticamente controlada a 65°C. Esta é uma mistura de reação A.

O pequeno frasco para reação foi removido do banho com temperatura controlada depois de duas horas e a reação foi deixada se processar a condições ambientes durante um total de 24 horas. Exemplo Comparativo (B)

Um pequeno frasco idêntico ao do Exemplo 1 foi carregado similarmente com 1,2 mol de 1-nitropropano e 0,04 mol de N, N-dimetil-2-amino- 2-metil-l-propanol com um adicional de 0,065 mol de água. A esta mescla de nitroalcano/catalisador/ água foi adicionado 1 mol de valeraldeído e o pequeno frasco para reação imediatamente selado e colocado em um banho com temperatura termostaticamente controlada a 65°C. Esta é a mistura de reação B.

O pequeno frasco para reação foi removido do banho com temperatura controlada depois de duas horas e a reação foi deixada se processar a condições ambientes durante um total de 24 horas.

As amostras foram removidas de cada um dos pequenos frascos para reação nas ocasiões designadas e elas foram analisadas por CG para o produto desta reação, em particular, o 3-nitro-4- octanol. A tabela a seguir fornece os resultados numéricos da análise CG para cada intervalo de tempo. O gráfico na Figura 1 compara os dados na tabela e apresenta o aumento relativo na concentração do produto como uma função do tempo da reação para os dois exemplos, A (de trabalho) e B (comparativo).

TABELA

Tempo (horas) Exemplo de Trabalho A (% em mol) Exemplo Comparativo B (% em mol) 0 0 0 2 51,67 15,21 3 67,72 20,69 5,33 80,07 36,02 7 79,74 48,57 24 82,24 80,47

Claims (10)

1. Processo para produzir nitroalcoóis por reação de nitroaldol em um sistema de reação que compreende: um C1-C20 nitroalcano, um aldeído C2 ou superior, um meio da reação que compreende um solvente orgânico e um catalisador que compreende uma amina, caracterizado pelo fato de que compreende: a) a adição de uma quantidade de um solvente aquoso a um sistema da reação suficiente para formar uma fase aquosa separada em um meio da reação.

2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o solvente aquoso não é miscível com o solvente orgânico.

3. Processo de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o solvente aquoso compreende até 100 % de água.

4. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a quantidade de solvente aquoso adicionada é de 10 a 100 % em mol em relação à quantidade em mol de aldeído presente no sistema da reação.

5. Processo de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que a quantidade de solvente aquoso adicionada é de 20 a 40 % em mol em relação à quantidade em mol de aldeído presente no sistema da reação.

6. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o nitroalcano compreende um C1-C12 nitroalcano.

7. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o aldeído compreende um aldeído C2 alifático ou superior.

8. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o sistema da reação tem uma temperatura entre 10°C e 90°C.

9. Processo de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que o sistema da reação tem uma temperatura entre 60°C e 70°C.

10. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o catalisador de amina é uma amina terciária.