ES2238739T3 - Procedimiento para la preparacion de compuestos de 1,3-dioxano. - Google Patents
Procedimiento para la preparacion de compuestos de 1,3-dioxano.Info
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Abstract
LA INVENCION TRATA DE UN PROCEDIMIENTO PARA LA PREPARACION DE COMPOSICIONES DE 1,3 DIOXANO DE FORMULA GENERAL, EN LA CUAL R 1 Y R 2 SIGNIFICAN, INDEPENDIENTEMENTE ENTRE SI, HIDROGENO O UN RADICAL DE HIDROCARBURO, ASI COMO X 1 Y X SUP,2 SIGNIFICAN, INDEPENDIENTEMENTE ENTRE SI, UN GRUPO QUE ATRAE ELECTRONES. ADEMAS, SE HACE REACCIONAR UNA COMPOSICION DE BISHIDROXIMETILO DE FORMULA GENERAL, EN LA CUAL X 1 Y X SUP,2 TIENEN, INDEPENDIENTEMENTE ENTRE SI, LA SIGNIFICACION DADA, CON UN ESTER DEL ACIDO ORTOCARBONICO DE FORMULA GENERAL R SUP,4 C(OR 5 ) 3 (III), EN LA CUAL R 4 SIGNIFICA HIDROGENO O UN RADICAL DE HIDROCARBURO Y R 5 SIGNIFICA UN RADICAL DE HIDROCARBURO, Y CON UN ALDEHIDO O QUETONA DE FORMULA GENERAL R 1 CO R 2 (IV), EN LA CUAL R 1 Y R SUP,2 TIENEN EN CADA CASO E INDEPENDIENTEMENTE ENTRE SI LA SIGNIFICACION ANTES DADA.
Description
Procedimiento para la preparación de compuestos
de 1,3-dioxano.
La presente invención se refiere a un
procedimiento para la preparación de compuestos de
1,3-dioxano de fórmula general
en la que R^{1} y R^{2}
representan independientemente entre sí hidrógeno o un resto de
hidrocarburo y X^{1} y X^{2} representan grupos aceptores de
electrones iguales o distintos, con las definiciones para R^{1},
R^{2}, X^{1} y X^{2} dadas más
adelante.
Los compuestos de 1,3-dioxano de
fórmula general I son de interés comercial como productos
intermedios orgánicos, por ejemplo como etapas preliminares para
estabilizadores UV o agentes de contraste Röntgen (véase, por
ejemplo, el documento EP-A2 0220034).
Normalmente los compuestos de
1,3-dioxano se preparan de fórmula general I a
partir de compuestos de bishidroximetilo II correspondientes
mediante acetalización o cetalización catalizada por ácidos según la
ecuación de reacción
(véase, por ejemplo, Mager, S.;
Hopartean. I.; Horn, M.; Groso, I.; Stud. Univ.
Babes-Bolyai [Ser.] Chem. 1979, 24(1),
23-8). El desplazamiento del equilibrio tiene lugar
aquí mediante destilación azeotrópica con uso de un agente
arrastrador adecuado, como el tolueno o
ciclohexano.
Sin embargo un traslado de este procedimiento a
la escala industrial comporta dificultades, que resultan
principalmente de la sensibilidad térmica de los compuestos de
bishidroximetilo. De esta forma el éster del ácido
bishidroximetilmalónico técnicamente relevante se descompone ya a
temperaturas por encima de 50ºC para dar una multiplicidad de
productos de descomposición, entre otros, formaldehído (Welch. K.
N.; J. Chem. Soc. Londres, 1930, 1). En los compuestos de
bishidroximetilo que contienen grupos ciano se da el peligro de que
se forme ácido cianhídrico tóxico.
Como era de esperar, por tanto, se observaron en
la regulación de los tiempos de residencia técnicamente relevantes
con uso de agentes arrastradotes de bajo punto de ebullición, como
el tolueno, ciclohexano o acetato de isopropilo, según cada
catalizador usado, pérdidas de producto de hasta el 50% del valor
teórico.
Así se dan en el documento EP 268460 ejemplos
para la acetalización de ésteres de ácido bishidroximetilmalónico
aislados con distintos aldehídos, en los que se usan benceno o
tolueno como agente arrastrador, en donde se obtienen rendimientos
del 16,3 a 74,1% del valor teórico. En el documento DE 4040685 se
acetila el éster dietílico del ácido bishidroximetilmalónico con
benzaldehído en tolueno y con esto se obtiene un rendimiento del 78%
del valor teórico tras la destilación. El tolueno se elimina antes
de la destilación a vacío.
Se puede conseguir una limitación de la
temperatura de colas a 50ºC y por consiguiente una reducción de las
reacciones de descomposición térmicas a escala de laboratorio de
forma sencilla mediante aplicación de vacío. En esta caso se obtiene
en la reacción del éster dietílico del ácido bishidroximetilmalónico
con una cantidad equimolar de ciclohexanona en tolueno bajo
catálisis con ácido sulfúrico, un rendimiento de aislado de > 85%
del valor teórico. Sin embargo, a escala industrial la condensación
de los vapores desprendidos se relaciona con costes muy altos de
inversión y de explotación.
Se puede evitar también una descomposición
térmica de los compuestos de bishidroximetilo bajo las condiciones
de reacción de la acetalización o de la cetalización mediante el uso
de agentes arrastradores de bajo punto de ebullición (Eliel, E. L.;
Banks, H. D.; J. Am. Chem. Soc. 94 (1972), 171). Sin embargo se ha
encontrado que los agentes arrastradores de bajo punto de
ebullición, como el éter de petróleo (30-60ºC), el
éter metil-terc-butílico o el
acetato de metilo desplazan el equilibrio anteriormente representado
solo muy lentamente, y en caso de cetonas impedidas estéricamente
también de forma incompleta. Los rendimientos de
espacio-tiempo que se pueden conseguir son, por
tanto, completamente insuficientes para la realización a escala
industrial. Una realización con esta forma de proceder a escala
industrial comprende además de lo anterior el elevado riesgo de
incendio del éter de petróleo de bajo punto de ebullición (punto de
inflamación < 20ºC) así como las normalmente bajas solubilidades
de los compuestos de bishidroximetilo fuertemente polares.
Se presenta, por tanto, el objetivo de
proporcionar un procedimiento que permita con condiciones una
reacción lo más rápida y completa posible de los compuestos de
bishidroximetilo hasta los compuestos de fórmula general I, que
excluya en la práctica las pérdidas de producto por descomposición
térmica del educto.
Se ha encontrado que este objetivo se consigue de
forma sencilla y se obtienen de forma ventajosa compuestos de
1,3-dioxano de fórmula general
en la que R^{1} y R^{2}
representan respectivamente de forma independiente entre sí
hidrógeno, alquilo, aralquilo, arilo o cicloalquilo con
respectivamente hasta 12 átomos de carbono y conjuntamente con estos
pueden designar un resto alquileno con 4 a 11 átomos de carbono y
X^{1} y X^{2} representan respectivamente de forma independiente
entre sí COOR, CONR_{2}, CN, NO_{2}, C(OR)=NR_{2} a
COR, en donde R representa hidrógeno, alquilo, aralquilo, arilo o
cicloalquilo con respectivamente hasta 12 átomos de carbono; con la
condición de que (i) ambos sustituyentes X^{1} y X^{2} no puedan
representar COOH simultáneamente y (ii) si ambos sustituyentes
X^{1} y X^{2} representan simultáneamente COR, los dos
sustituyentes R también pueden representar un resto alquileno con 2
a 9 átomos de carbono, si se hace reaccionar un compuesto de
bishidroximetilo de fórmula
general
en la que X^{1} y X^{2}
presentan respectivamente de forma independiente entre sí el
significado dado, con un éster de ácido ortocarboxílico de fórmula
general
IIIR^{4}-C(OR^{5})_{3}
en la que R^{4} representa
hidrógeno o un resto hidrocarburo y R^{5} un resto hidrocarburo, y
con un aldehído o cetona de fórmula
general
IVR^{1}-CO-R^{2}
en la que R^{1} y R^{2}
presentan respectivamente de forma independiente entre sí el
significado dado
previamente.
Bajo las condiciones muy moderadas del
procedimiento de acuerdo con la invención podría tener lugar como
primera reacción parcial una reacción que transcurre muy rápidamente
de los compuestos de bishidroximetilo II para dar compuestos de
fórmula general
en la que R^{4}, R^{5}, X^{1}
y X^{2} presentan el significado dado. De este modo se suprime
pronto de las condiciones el compuesto de bishidroximetilo II
sensible, bajo las cuales se agota por descomposición. El compuesto
V, un éster del ácido ortocarboxílico cíclico, es bajo estas
condiciones estable y reacciona en una segunda reacción parcial con
el aldehído o la cetona de fórmula general IV para dar el compuesto
de 1,3-dioxano de fórmula general I, un acetal o
cetal
cíclico.
En una forma de realización conveniente del
procedimiento de acuerdo con la invención se hace reaccionar el
compuesto de bishidroximetilo II sucesivamente con el éster de ácido
ortocarboxílico III y con el aldehído o cetona IV. Es ventajoso
añadir al curso de reacción anterior que comprende las dos etapas
parciales, al compuesto de bishidroximetilo de fórmula general II en
primer lugar el éster de ácido ortocarboxílico de fórmula general
III y luego agregar a la mezcla de reacción el aldehído o la cetona
de fórmula general IV. No obstante, en principio la secuencia de
adición de los reactantes III y IV es discrecional. De este modo se
pueden incorporar ambos reactantes de forma simultánea o solapados
en el tiempo. Debido a las muy discrepantes velocidades de reacción
de las reacciones parciales mencionadas es incluso posible agregar
el éster de ácido ortofosfórico de fórmula general III en primer
lugar, si se agregó la cantidad total del aldehído o cetona de
fórmula general IV. También en esto se consiguen rendimientos y
rendimientos de espacio-tiempo que son superiores a
los actuales según el estado de la técnica.
En el caso de reacción del éster dietílico del
ácido bishidroximetilmalónico con ortoformiato de trietilo y
acetona, el procedimiento según la presente invención se reproduce
mediante el siguiente esquema de reacción:
En los compuestos de 1,3-dioxano
preferidos de fórmula general I, X^{1} y X^{2} representan
respectivamente de forma independiente entre sí CN o COOR', en donde
R' designa un resto alquilo C_{1-4}.
En los compuestos de bishidroximetilo de acuerdo
con la invención de fórmula general II, X^{1} y X^{2} presentan
respectivamente de forma independiente los significados dados para
los compuestos de 1,3-dioxano de acuerdo con la
invención de fórmula general I. De los compuestos de
bishidroximetilo de acuerdo con la invención son de mencionar, por
ejemplo: éster dimetílico del ácido bishidroximetilmalónico, éster
dietílico del ácido bishidroximetilmalónico, éster
n-propílico del ácido bishidroximetilmalónico, éster
di-isobutílico del ácido bishidroximetilmalónico,
éster dibencílico del ácido bishidroximetilmalónico, éster
di-2-etilhexílico del ácido
bishidroximetilmalónico, éster etílico del ácido
bishidroximetil-N,N-dimetilcarbamidoacético,
diamida del ácido
bishidroximetil-N,N,N',N'-tetrametilmalónico,
dinitrilo del ácido bishidroximetilmalónico, éster etílico del ácido
bishidroximetilcianoacético, éster n-butílico del
ácido bishidroximetilcianoacético, éster etílico del ácido
bishidroximetilnitroacético,
3,3-bishidroximetilacetilacetona y
2,2-bishidroximetilciclododeca-1,3-diona.
En los compuestos de bishidroximetilo preferidos X^{1} y X^{2}
presentan el significado dado para los compuestos de
1,3-dioxano preferidos, es decir, CN o COOR'.
Los ésteres de ácido ortocarboxílico de fórmula
general III son los ésteres de ácido ortofórmico (R^{4} = H) de
alcanoles con 1 a 4 átomos de carbono (R^{5} = alquilo
C_{1-4}). Ejemplos de estos son el ortoformiato de
trietilo, ortoformiato de triisobutilo y, especialmente preferido,
el ortoformiato de trimetilo. Si en el compuesto de bishidroximetilo
de fórmula general II los sustituyentes X^{1} y/o X^{2}
representan -COOR y R son distintos de R^{4} y/o R^{5} en la
fórmula general III, podría tener lugar una transesterificación. De
forma manifiesta este no es el caso, de modo que en la selección el
éster de ácido ortocarboxílico es libre. Se usa de forma conveniente
el éster de ácido ortocarboxílico en al menos una cantidad
estequiométrica. Usado en exceso sirve al mismo tiempo como
disolvente. Dado el caso, se recomienda también el uso conjunto de
un disolvente inerte, por ejemplo, de un alcanol, como se aclara más
detalladamente a continuación.
En los aldehídos o cetonas de acuerdo con la
invención de fórmula general IV, R^{1} y R^{4} presentan
independientemente entre sí el significado dado para los compuestos
de 1,3-dioxano de acuerdo con la invención de
fórmula general I. De los aldehídos y cetonas de acuerdo con la
invención son de mencionar, por ejemplo, el formaldehído,
acetaldehído, n- e iso-butaraldehído, benzaldehído,
fenilacetaldehído, acetona, metiletilcetona, diisopropilcetona,
ciclohexanona y ciclododecanona. El aldehído o la cetona IV se usa
de forma conveniente en cualquier caso en cantidad estequiométrica o
en un exceso, por ejemplo de hasta el 200%. A excesos aún mayores se
ve afectado el rendimiento de espacio-tiempo.
El procedimiento de acuerdo con la invención se
lleva a cabo por debajo de temperatura ambiente. Por encima de 40ºC
finaliza la reacción en su mayor parte en el periodo de pocas horas.
Se prefiere especialmente, por tanto, que tenga lugar por escalones
a una temperatura en el intervalo de 0ºC a 80ºC, especialmente de 20
a 50ºC. En la práctica se muestra ventajoso que la temperatura
aumente hacia el final de la reacción, por ejemplo, en
aproximadamente 10ºC a 30ºC. La temperatura de reacción y el tiempo
de reacción debieran coordinarse de modo que se excluyan
prácticamente las reacciones de descomposición. De forma conveniente
se selecciona una temperatura de reacción tal que los compuestos de
bajo punto de ebullición formados durante la reacción, como los
alcanoles y formiato de alquilo, se separen por destilación de la
mezcla de reacción. Si los tiempos de residencia se acortan
suficientemente mediante medidas adecuadas, especialmente mediante
una realización de la reacción en continuo, el procedimiento se
puede llevar a cabo también a temperaturas bastante mayores, como de
200ºC y mayores, con tiempos de reacción consecuentemente
cortos.
Mediante la elección adecuada de la temperatura
de reacción y tiempo de reacción se puede invertir de forma notable,
en el procedimiento de acuerdo con la invención también bajo
condiciones a escala industrial, una descomposición del compuesto de
bishidroximetilo de fórmula general II. Los rendimientos en
compuestos de 1,3-dioxano de fórmula general I son
correspondientemente superiores a los rendimientos conseguidos según
el "procedimiento del azeótropo". De esta forma se consiguen en
la preparación del éster dietílico del ácido
2-isopropil-1,3-dioxan-5,5-dicarboxílico
según el procedimiento de acuerdo con la invención, rendimientos de
hasta el 82% del valor teórico. Este valor consiste en un
rendimiento del 77% del valor teórico frente (Eliel y col., loc.
cit.) al que se consiguió mediante destilación azeotrópica con éter
de petróleo (30 a 60ºC) como agente arrastrador y por tanto con una
ruta no adecuada para usos a escala industrial. Los agentes
arrastradotes de altos puntos de ebullición llevarían a rendimientos
aún más bajos en el producto final (Eliel y col., loc. cit.).
Los compuestos de bishidroximetilo de fórmula
general II se pueden usar en forma pura, pero también en forma de
soluciones en disolventes inertes, de forma ventajosa en alcoholes,
como el etanol. En cada caso debería estar el compuesto de
bishidroximetilo o su solución lo más exenta posible de agua. En
caso contrario el contenido en agua se puede tener en cuenta en una
intensificación correspondiente de la cantidad en éster de ácido
ortocarboxílico de fórmula general III.
De forma especialmente ventajosa se lleva a cabo
el procedimiento de acuerdo con la invención de forma que el
compuesto de bishidroximetilo de fórmula general II se prepara
mediante reacción de compuestos con C-H ácidos de
fórmula general
en la que X^{1} y X^{2}
presentan el significado dado, con formaldehído o un compuesto que
aporte formaldehído, dado el caso, en un disolvente inerte y se hace
reaccionar sin aislamiento en la mezcla de reacción. De forma
ventajosa se usa un éster de ácido ortocarboxílico de fórmula
general III (o una mezcla de tal éster) como disolvente y se trabaja
de forma conveniente según el procedimiento de la solicitud de
patente pendiente de tramitación junto con la presente DE 19711762
(O.Z. 5172). El reactante éster de ácido ortocarboxílico III sirve
en esta etapa preliminar como disolvente de modo que se puede
renunciar total o parcialmente a otro disolvente inerte. Para la
reacción de acuerdo con la invención el éster de ácido
ortocarboxílico actúa entonces como el reactante III. Este
"procedimiento de un solo paso" representa una simplificación
del método de trabajo de acuerdo con la invención, evita el gasto en
equipos y optimiza el rendimiento de espacio-tiempo,
referido al compuesto con C-H activos de fórmula
general
VI.
La reacción de los compuestos de bishidroximetilo
de fórmula general II con el aldehído o cetona IV y el ortoéster III
según el procedimiento de acuerdo con la invención se favorece
mediante catalizadores ácidos. Se usa, por tanto, de forma
conveniente un ácido mineral fuerte, como el ácido clorhídrico o el
ácido sulfúrico, o sales ácidas de estos últimos. Otros
catalizadores adecuados son catalizadores de lecho sólido ácidos,
por ejemplo, intercambiadores de iones de base orgánica, como
resinas fenol-formaldehído que contienen grupos
ácido sulfónico, o de base inorgánica, como montmorillonita ácida.
Se usa los catalizadores ácidos en general en cantidades de 0,05 a
5,0 por ciento en peso, preferiblemente de 0,05 a 2,0 por ciento en
peso, referido a la mezcla de reacción. Los intercambiadores de
iones ácidos se usan de forma conveniente en cantidades de 2 a 10
por ciento en peso. Su proporción no es superior, si la mezcla de
partida se deja pasar sobre el intercambiador de iones ácido
dispuesto sobre sólido.
Se han mostrado como catalizadores especialmente
adecuados los hidrogenosulfatos alcalinos, como el hidrogenosulfato
de sodio, solo o junto con ácido sulfúrico. También sin
neutralización de la mezcla de reacción se presentan en el
aislamiento por destilación los compuestos de
1,3-dioxano de fórmula general I prácticamente sin
descomposición. Pero también con el uso de otros catalizadores
ácidos se puede evitar el, por otro lado necesario -y muy costoso
bajo condiciones a escala industrial- procesamiento acuoso de la
mezcla de reacción, si el catalizador se neutraliza, por ejemplo,
mediante filtración o neutralización con una base, como el hidróxido
de sodio, alcoholato de sodio, carbonato de sodio o
hidrogenocarbonato de sodio.
Los compuestos de 1,3-dioxano de
fórmula general I pueden aislarse mediante destilación fraccionada
de la mezcla de reacción liberada de compuestos de bajo punto de
ebullición, en tanto no se hagan reaccionar más en la mezcla de
reacción. Esto último se recomienda especialmente en los compuestos
de 1,3-dioxano que se deriven de aldehídos o cetonas
de cadena larga.
Los siguientes ejemplos deben aclarar más el
procedimiento según la invención, pero no limitar su campo de
uso.
(Ejemplo
comparativo)
Se agregó a una mezcla agitada de 165,0 g del
éster dietílico del ácido bishidroximetilmalónico (al 98%, 0,75
mol), 75,3 g de ciclohexanona (0,75 mol) y 500 g de ciclohexano como
disolvente y agente arrastrador, 1,0 g de ácido sulfúrico. A
continuación se calentó la mezcla hasta temperatura de reflujo
(70-80ºC) y se equilibró el agua de reacción
generado en el periodo de 5 horas.
Tras finalizar la reacción se enfrió la mezcla de
reacción hasta temperatura ambiente y se recogió en exceso de
solución de hidrogenocarbonato de sodio acuosa diluida. La fase
acuosa se extrajo posteriormente con éter
metil-terc-butílico y se lavaron las
fases orgánicas reunidas una vez con agua. Tras secado sobre sulfato
de sodio se separó por destilación el disolvente en un evaporador
rotativo y se aisló el producto mediante destilación a vacío de
bomba de aceite. Se obtienen 168,3 g de producto final (75% del
valor teórico, referido al éster dietílico del ácido
bishidroximetilmalónico usado) de punto de ebullición 140ºC/0,2 mm.
La pureza determinada por cromatografía de gases fue de 97 a 98 por
ciento de superficie FID.
Se dosificaron a una suspensión agitada a
temperatura ambiente de 60,0 g de p-formaldehído
(2,0 mol) y 0,25 g de metilato de sodio en 40,0 g de etanol en el
periodo de 1,75 horas, 160,2 g de malonato de dietilo (1,0 mol), con
lo que la temperatura interior se mantuvo mediante enfriamiento
entre 20ºC y 30ºC. A continuación se dejó reaccionar durante 2 horas
a 50ºC, antes de que se dosificasen 148,2 g de ortoformiato de
trimetilo. La mezcla se calentó tras adición de 0,4 g de ácido
sulfúrico durante otras 2,5 horas a 50ºC, con lo que se observó un
reflujo más suave. A una temperatura de colas de hasta 80ºC se
retiraron 129,0 g de destilado de intervalo de punto de ebullición
de 30ºC a 55ºC, se dosificaron entonces en el periodo de 1,45 horas
98,0 g de ciclohexanona (1,0 mol), con lo que se separaron por
destilación 25,9 g de compuestos de bajo punto de ebullición de
intervalo de punto de ebullición de 36ºC a 44ºC.
Tras enfriamiento hasta temperatura ambiente se
procesó la mezcla de reacción mediante agitación en 600 ml de
solución de hidrogenocarbonato de sodio, separación de la fase
orgánica y extracción en dos veces de la fase acuosa con
respectivamente 200 ml de éter
metil-terc-butílico en medio acuoso.
La destilación fraccionada subsiguiente sin uso de una columna dio
lugar a 197,8 g de producto final incoloro (63,3% del valor teórico,
referido al malonato de dietilo usado) con una pureza determinada
por cromatografía de gases del 95 por ciento de superficie FID.
Se agregaron a una suspensión agitada a
temperatura ambiente de 148,4 g de ortoformiato de trimetilo (1,4
mol) y 63,0 g de p-formaldehído (2,1 mol) 10,0 g de
etanol y 0,25 g de metanolato de sodio. A continuación se calentó
hasta 50ºC y se dosificaron a esto en el periodo de 1,75 horas 160,2
g de malonato de dietilo (1,0 mol). La mezcla de reacción así
obtenida se agitó en primer lugar otras 2 horas a 50ºC, luego se
enfrió hasta temperatura ambiente. Se añade con agitación 0,37 g de
ácido sulfúrico y 1,0 g de hidrogenosulfato de sodio, antes de que
se temple otras 2 horas a 50ºC. En el calentamiento consiguiente a
80ºC se retiraron 72,3 g de compuestos de bajo punto de ebullición,
luego se dosificaron en el periodo de 1,75 horas 98,0 g de
ciclohexanona (1,0 mol), con lo que se generaron otros 74,4 g de
compuestos de bajo punto de ebullición. La destilación fraccionada a
continuación sin uso de una columna dio lugar a 246,2 g de producto
final incoloro (78,3% del valor teórico, referido al malonato de
dietilo usado) con una pureza determinada por cromatografía de gases
del 95,4 por ciento de superficie FID.
Se procedió como en el ejemplo 3, sin embargo
tuvo lugar antes del aislamiento por destilación del producto un
procesamiento en medio acuoso con uso de solución de
hidrogenocarbonato de sodio saturada. Mediante destilación
fraccionada subsiguiente sin uso de una columna se pudieron obtener
253,0 g de producto final incoloro (80% del valor teórico, referido
al malonato de dietilo usado) con una pureza determinada por
cromatografía de gases del 96 por ciento de superficie FID.
A una suspensión agitada a temperatura ambiente
de 60,0 g de p-formaldehído (2,0 mol) y 0,25 g de
metilato de sodio en 50,0 g de etanol se dosificaron en el periodo
de una hora 160,2 g de malonato de dietilo (1,0 mol), con lo que la
temperatura interna se mantuvo mediante enfriamiento entre 20ºC y
30ºC. A continuación se dejó reaccionar 2 horas a 50ºC, antes de que
se agregasen 0,4 g de ácido sulfúrico y 1,0 g de hidrogenosulfato de
sodio y se dosificasen 98 g de ciclohexanona (1,0 mol) en el periodo
de 5 minutos. Se calentó la mezcla durante una hora a 50ºC, se
dosificaron en el periodo de una hora 112,2 g de ortoformiato de
trimetilo y se dejó luego reaccionar otras 2 horas a 50ºC. En el
calentamiento siguiente se retiraron 159,6 g de compuestos de bajo
punto de ebullición. El residuo que queda se fraccionó a vacío de
bomba de aceite, con lo que se obtuvieron 213,8 g de producto final
que dieron lugar en columna a 187,8 g de producto final incoloro
(74,1% del valor teórico, referido al malonato de dietilo usado). La
pureza determinada por cromatografía de gases alcanzó el 96 por
ciento de superficie FID.
Se calentó una mezcla de 165,0 g de éster
dietílico del ácido bishidroximetilmalónico, 83,4 g de ortoformiato
de trimetilo y 0,6 g de hidrogenosulfato de sodio con agitación
durante 30 minutos a 50ºC y a continuación durante 90 minutos a
60ºC. Luego se dosificaron en el periodo de 45 minutos 81,0 g de
isobutiraldehído, con lo que la temperatura interna se mantuvo
mediante enfriamiento suave a 60ºC. Los compuestos de bajo punto de
ebullición formados se separaron por destilación hasta una
temperatura de colas de 120ºC, luego se aportó para la
neutralización del catalizador 1,0 g de carbonato de sodio. Mediante
destilación subsiguiente a vacío de bomba de aceite se obtuvieron
168,2 g (82% del valor teórico, referido al éster dietílico del
ácido bishidroximetilmalónico usado) de producto final incoloro de
punto de ebullición de 110ºC/1 mm. La pureza determinada mediante
cromatografía de gases del producto alcanzó el 98 por ciento de
superficie FID.
Se procedió como en el ejemplo 6, sin embargo se
renunció a la adición del carbonato de sodio antes del aislamiento
del producto por destilación. El rendimiento en producto final
incoloro alcanzó 164,6 g (80% del valor teórico, referido al éster
dietílico del ácido bishidroximetilmalónico usado). El producto
mostró una pureza determinada por cromatografía de gases del 98 por
ciento de superficie FID.
A una suspensión agitada a temperatura ambiente
de 30,0 g de p-formaldehído (1,0 mol) en 25,0 g de
etanol se agregaron 0,13 g de metanolato de sodio. Se agitó la
mezcla durante 20 minutos, luego se dosificaron en el periodo de 1,5
horas 80,1 g de malonato de dietilo (0,5 mol), con lo que la
temperatura interna se mantuvo entre 26ºC y 28ºC. La mezcla de
reacción así obtenida se agitó otras 2 horas a 50ºC, luego se enfrió
hasta temperatura ambiente. Se adicionó con agitación 0,18 g de
ácido sulfúrico concentrado, 55,7 g de ortoformiato de trimetilo
(0,53 mol) y 1,5 g de hidrogenosulfato de sodio monohidratado, antes
de que se templase otras 3,0 horas a 50ºC.
A continuación se dosificaron en el periodo de 2
horas 54,0 g de isobutiraldehído (0,75 mol), con lo que mediante uso
de una columna rellena de 20 cm y a temperaturas de colas de entre
60ºC y 80ºC se retiraron un total de 81,3 g de compuestos de bajo
punto de ebullición. Después de esto se separaron por destilación
mediante el aumento de la temperatura de colas hasta 120ºC otros
19,1 g de compuestos de bajo punto de ebullición, se fraccionó el
residuo que permanecía sin uso de un columna a vacío de bomba de
aceite. En esto se obtuvieron 97,6 g de producto final incoloro
(69,8% del valor teórico, referido al malonato de dietilo usado) con
una pureza determinada por cromatografía de gases del 98 por ciento
de superficie FID.
A una mezcla agitada de 0ºC a 10ºC de 62,0 g de
p-formaldehído (2,1 mol), 200 g de etanol y 0,25 g
de metanolato de sodio se dosificaron en el periodo de 2,0 horas
113,0 g de éster etílico del ácido cianoacético (1,0 mol). Se agitó
a continuación la mezcla de reacción durante 1 hora a 10ºC, antes de
que se calentase en el periodo de 10 minutos hasta temperatura
ambiente. La solución así obtenida se liberó del disolvente en
evaporador rotativo a un vacío de 8 mbar, con lo que se originaron
175,1 g de un aceite altamente viscoso incoloro.
Esto se disolvió en 157,1 g (1,48 mol) de
ortoformiato de trimetilo, antes de que se adicionase con agitación
0,36 g de ácido sulfúrico concentrado y se calentase la mezcla
durante 2 horas a 50ºC. A continuación se gotearon en el periodo de
1 hora 98,0 g de ciclohexanona (1,0 mol). Se dejó reaccionar 1,5
horas a 50ºC y se separaron por destilación completamente los
compuestos de bajo punto de ebullición generados a una temperatura
de colas de 60ºC como máximo, primero en vacío por chorro de agua,
luego a 2,5 mbar.
Quedaron 221,3 g de un aceite altamente viscoso
amarillo claro, que tras investigación por espectroscopia de RMN (80
MHz) contenía aproximadamente 30% de producto final.
A una mezcla agitada de 0ºC a 10ºC de 62,0 g de
p-formaldehído (2,1 mol), 200 g de etanol y 0,25 g
de metanolato de sodio se dosificaron en el periodo de 2,0 horas
113,0 g de éster etílico del ácido cianoacético (1,0 mol). La mezcla
de reacción se agitó a continuación durante 1 hora a 10ºC, antes de
que se calentase en el periodo de 10 minutos hasta temperatura
ambiente. La solución así obtenida se liberó en evaporador rotativo
a un vacío de 8 mbar del disolvente, con lo que se originaron 175,1
g de un aceite altamente viscoso incoloro.
Este se disolvió en 157,1 g (1,48 mol) de
ortoformato de trimetilo, antes de que se agregase con agitación
0,36 g de ácido sulfúrico concentrado y se calentase la mezcla
durante 2 horas a 50ºC. A continuación se gotearon en el periodo de
0,75 horas 123,5 g de isobutiraldehído (1,7 mol). Se dejó reaccionar
0,5 horas a 50ºC y se separaron completamente por destilación los
compuestos de bajo punto de ebullición formados a una temperatura de
colas de 60ºC como máximo, primero en vacío de chorro de agua, luego
a 2,5 mbar.
Quedaron 239,1 g de un aceite altamente viscoso
amarillo claro, que tras investigación por espectroscopia de RMN (80
MHz) contenía aproximadamente 30% de producto final.
Claims (11)
1. Procedimiento para la preparación de
compuestos de 1,3-dioxano de fórmula general
en la que R^{1} y R^{2}
representan respectivamente de forma independiente entre sí
hidrógeno, alquilo, aralquilo, arilo o cicloalquilo con
respectivamente hasta 12 átomos de carbono y conjuntamente con estos
pueden designar un resto alquileno con 4 a 11 átomos de carbono y
X^{1} y X^{2} representan respectivamente de forma independiente
entre sí COOR, CONR_{2}, CN, NO_{2}, C(OR)=NR_{2} a
COR, en donde R representa hidrógeno, alquilo, aralquilo, arilo o
cicloalquilo con respectivamente hasta 12 átomos de carbono; con la
condición de que (i) ambos sustituyentes X^{1} y X^{2} no puedan
representar COOH simultáneamente y (ii) si ambos sustituyentes
X^{1} y X^{2} representan simultáneamente COR, los dos
sustituyentes R también pueden representar un resto alquileno con 2
a 9 átomos de carbono, caracterizado porque hace reaccionar
un compuesto de bishidroximetilo de fórmula
general
en la que X^{1} y X^{2}
presentan respectivamente de forma independiente entre sí el
significado dado, con un éster de ácido ortocarboxílico de fórmula
general
IIIR^{4}-C(OR^{5})_{3}
en la que R^{4} representa
hidrógeno o un resto hidrocarburo y R^{5} un resto hidrocarburo, y
con un aldehído o cetona de fórmula
general
IVR^{1}-CO-R^{2}
en la que R^{1} y R^{2}
presentan respectivamente de forma independiente entre sí el
significado dado
previamente.
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque X^{1} y X^{2} representan
respectivamente de forma independiente CN o COOR', en donde R'
designa un resto alquilo C_{1-4}.
3. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 2, caracterizado porque el compuesto de
bishidroximetilo II reacciona sucesivamente con éster de ácido
ortocarboxílico III y con aldehído o cetona IV.
4. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 2, caracterizado porque la reacción del
compuesto de bishidroximetilo II tiene lugar con el aldehído o
cetona IV en presencia de un catalizador ácido.
5. Procedimiento según la reivindicación 4,
caracterizado porque el catalizador ácido es un
hidrogenosulfato alcalino, dado el caso, junto con ácido sulfúrico,
o un catalizador de lecho sólido ácido.
6. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque la reacción se
lleva a cabo por intervalos de 0 a 80ºC o de 20 a 50ºC o de forma
continua a una temperatura de hasta 200ºC, con lo que el tiempo de
reacción que corresponde a la temperatura de reacción se selecciona
de tal forma que en la práctica no tiene lugar descomposición
alguna.
7. Procedimiento según la reivindicación 6,
caracterizado porque en la preparación por intervalos la
temperatura de reacción aumenta hacia el final de la reacción.
8. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque durante la
reacción se separan por destilación de la mezcla de reacción los
compuestos de bajo punto de ebullición.
9. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque el aislamiento
de los compuestos de 1,3-dioxano I tiene lugar
mediante destilación fraccionada de la mezcla de reacción liberada
de los compuestos de bajo punto de ebullición.
\newpage
10. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque el compuesto de
bishidroximetilo II se prepara mediante reacción de un compuesto con
C-H activos de fórmula general
en la que X^{1} y X^{2}
presentan el significado dado, con formaldehído o un compuesto que
aporta formaldehído y se hace reaccionar sin asilamiento en la
mezcla de
reacción.
11. Procedimiento según la reivindicación 10,
caracterizado porque la reacción se lleva a cabo en un éster
de ácido ortocarboxílico como disolvente.
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