ES2330930T3 - Carbonilacion catalitica de heterociclos de tres y cuatro miembros. - Google Patents

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Geoffrey W. Coates
Yutan D. Y. L. Getzler
Peter Wolczanski
Viswanath Mahadevan
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Abstract

Un procedimiento para la carbonilación de un compuesto (I) que tiene la fórmula: **(Ver fórmula)** donde: R1, R2, R3 y R4 se seleccionan de hidrógeno, alquilo de C1-C20 y arilo de C6-C20, donde el alquilo y arilo están opcionalmente sustituidos con halógeno; y alquil(arilo) que contiene hasta 20 átomos de carbono; tosilo; un sustituyente que proporcione un éter de bencilo; sustituyentes que contengan desde 1 hasta 20 átomos de carbono y proporcionen un grupo funcional éster, cetona, alcohol, ácido, aldehído o amida, y donde R2 y R4 se pueden unir para formar un anillo, X se selecciona de O, S y NR5, donde R5 se selecciona de hidrógeno, alquilo de C1-C20 y arilo de C6-C20, donde el alquilo y arilo están opcionalmente sustituidos con halógeno; y alquil(arilo) que contiene hasta 20 átomos de carbono; tosilo; un sustituyente que proporcione un éter de bencilo; sustituyentes que contengan desde 1 hasta 20 átomos de carbono y proporcionen un grupo funcional éster, cetona, alcohol, ácido, aldehído o amida, n es 0 o 1, e Y es C=O o CH2, comprendiendo dicho procedimiento la etapa de hacer reaccionar el compuesto (I) con monóxido de carbono en presencia de una cantidad catalíticamente eficaz de catalizador que tiene la fórmula general [ácido de Lewis]z+{[QM(CO)x]w-}y, donde: ácido de Lewis es un aceptor de par de electrones que se puede combinar con una molécula o ion que sea un donante de par de electrones formando enlace(s) o covalente o coordinado, Q es cualquier ligando y no necesita estar presente, M es un metal de transición seleccionado de los Grupos 4, 5, 6, 7, 8, 9 y 10 de la tabla periódica de los elementos, z es la valencia del ácido de Lewis y varía desde 1 hasta 6, w es la carga del metal carbonilo y varía desde 1 hasta 4, y es un número tal que w veces y es igual a z, y x es un número tal como para proporcionar un metal carbonilo aniónico estable para {[QM(CO)x]w-}y, excluyendo dicho catalizador el catalizador formado a partir de la combinación de una fuente de cobalto y una piridina sustituida con hidroxilo, y el producto (a) que tiene la fórmula estructural: **(Ver fórmula)** donde R1, R2, R3, R4 y X corresponden a R1, R2, R3, R4 y X en (I) incluyendo R2 y R4 formando un anillo si ese es el caso para el compuesto (I); en el caso donde n para el compuesto (I) sea 0, n para el producto (II) es 0 o 1 y, si está presente, Y es C=O, y, en el caso donde n para el compuesto (I) sea 1, n para el producto (II) es 1 e Y es C=O o CH2, o (b) cuando el compuesto (I) tiene la fórmula (XII): **(Ver fórmula)** que comprende una mezcla de **(Ver fórmula)**

Description

Carbonilación catalítica de heterociclos de tres y cuatro miembros.
Ámbito de la invención
Esta invención está dirigida a la carbonilación catalítica de epóxidos, aziridinas, tiiranos, oxetanos, lactonas, lactamas y compuestos análogos.
Antecedentes de la invención
El poli((R)-\beta-hidroxibutirato), es decir, R-PHB, un poliéster termoplástico que se presenta naturalmente, comparte muchas de las propiedades físicas y mecánicas del polipropileno, pero, a diferencia del polipropileno, es biodegradable. A pesar de las propiedades y fáciles aplicaciones demostradas, la producción industrial de R-PHB como polímero en masa usando métodos biológicos se ha demostrado, hasta la fecha, económicamente no viable. Las potenciales vías sintéticas alternas a este prometedor polímero incluyen la oxidación de Baeyer-Villiger de un copolímero isotáctico de propileno/monóxido de carbono, hidrogenación asimétrica del poliéster insaturado a partir de la polimerización de apertura de anillo (PAA) del dímero de cetena, y la PAA de (R)-\beta-butirolactona (R-BBL). Las dos primeras vías implican la modificación post-polimerización de una cadena principal de polímero, una tarea difícil y poco fiable. La tercera vía usa la demostrada tecnología de polimerización de lactona, pero actualmente el material de partida R-BBL no es un producto fácilmente disponible tal como sería requerido para la producción comercial del polímero. Por lo tanto, para la producción comercial de R-PHB por la tercera vía hay necesidad de un procedimiento eficiente, eficaz y no caro para producir R-BBL.
El planteamiento con la mayor promesa para producir R-BBL es la síntesis catalítica de R-BBL a partir de R-oxido de propileno y monóxido de carbono. El R-óxido de propileno está fácilmente disponible a través de la resolución cinética hidrolítica de Jacobsen, como se describe en el trabajo de Tokunaga, M., et al., Science 277, 936-938 (1997).
Drent, E., et al., documento EP-A-0577206, se dirige a un procedimiento para la carbonilación de epóxidos por reacción con monóxido de carbono a elevadas presión y temperatura en presencia de un sistema catalítico que comprende una fuente de cobalto y un compuesto de piridina sustituido con hidroxilo. Los datos se presentan en el ejemplo 5 del documento EP-A-0577206 donde la reacción de monóxido de carbono presurizado hasta 60 bar (6 MPa) a 75ºC durante 6 horas, se indica que da 93% de conversión de óxido de propileno con una selectividad mayor que 90% a \beta-butirolactona (BBL). No obstante, Lee, T. L., et al., J. Org. Chem. 66, 5424-5426 y los inventores de esta invención fueron incapaces de producir los resultados de Drent y apenas obtuvieron rendimientos bajos (15%) de BBL y cantidades significativas de subproductos oligoméricos indeseados.
Lee, T. L., et al., J. Org. Chem. 66, 5424-5426 describe la carbonilación regioselectiva de epóxidos alifáticos a \beta-lactonas usando una mezcla de [P_{h}3P=N=PPh_{3}][Co(CO)_{4}] y BF_{3}.Et_{2}O como catalizador. Se informa de que los rendimientos son a menudo mayores cuando se comparan con otros sistemas catalíticos conocidos tales como Co_{2}(CO)_{8},
Co_{2}(CO)_{8}/piridina, Co_{2}(CO)_{8}/hidroxipiridina y RhCl(CO)PPh_{3})_{2}. En particular, describe la carbonilación de óxido de propileno usando CO a 6,2 MPa a 80ºC en dimetoxietano para obtener un rendimiento de 77% de BBL (también se produjo algo de \alpha-metil-\beta-propiolactona) en una reacción de 24 horas. Este resultado deja sitio para la consideración de otros sistemas catalíticos.
Lee, T. L., et al., J. Org. Chem. 64, 518-521 (1999) describe la síntesis de \beta-lactamas funcionalizadas mediante expansión de anillo carbonilativa de hidroximetilaziridinas sililadas usando CO_{2}(CO)_{8}. Se informa de que los intentos para carbonilar carboxilatos de aziridina usando CO_{2}(CO)_{8} dieron como resultado la apertura del anillo y eliminación.
Getzler et al., J. Am. Chem. Soc., 124(7), 2002, 1174-1175 (publicado en la Web el 24 de enero de 2002) informa del uso como catalizador para la carbonilación de epóxido de un complejo de aluminio-salen de Fórmula V más adelante en la que M es aluminio y So es tetrahidrofurano y predice que los catalizadores de la fórmula general [ácido de Lewis]^{+}[M(CO)_{x}]^{-}, en la que M y x son indefinidos, se podrían aplicar a una amplia serie de carbonilaciones de heterociclos.
Mahadevan et al., Angew. Chem. Int., 41(15), 2002, 2781-2784 (fecha de publicación actualmente desconocida) informa del uso como catalizador para la carbonilación de aziridina del anteriormente mencionado complejo de aluminio-salen y el uso para la carbonilación tanto de epóxido como de aziridina del complejo de bis(ciclopentadienil)titanio-tetrahidrofurano identificado como G^{1} más adelante.
Sumario de la invención
Se ha encontrado en esta invención que la actividad catalítica del sistema catalítico usado para la carbonilación de epóxidos está influenciada por la modificación del catión en él y que el uso de un ácido de Lewis catiónico como catión en el sistema catalítico proporciona una nueva propuesta. Aunque el BF_{3} en el catalizador de Lee et al., es un ácido de Lewis, es un ácido de Lewis neutro. El catión en el sistema catalítico de Lee et al. es [Ph_{3}P=N=PPh_{3}]^{+} que no es un ácido de Lewis. Es posible que un ácido de Lewis catiónico se forme in situ en la reacción descrita en el documento de Drent et al., EP-A-0577206. La presente invención no abarca el sistema catalítico de Drent et al. o cualquier catalizador formado a partir de él y, en un subconjunto, abarca sólo la formación de ácido de Lewis catiónico extrínseca a la reacción de carbonilación y cargar sustrato y catalizador y después hacer reaccionar con monóxido de carbono bajo presión.
En una realización preferida en esta invención, el sistema catalítico proporciona rendimientos muy altos en corto tiempo de reacción (por ejemplo, rendimientos mayores que 95% de BBL o R-BBL en menos de 2½ horas).
Además, se ha encontrado que el sistema catalítico en esta invención es útil no sólo para la carbonilación de R-óxido de propileno y óxido de propileno sino también para la carbonilación de análogos de éstos y también para la carbonilación de los correspondientes heterociclos de cuatro miembros. La BBL y dichos productos de carbonilación de análogos también se pueden polimerizar para formar polímeros que pueden ser usados como aditivos para R-PHB para modificar sus propiedades. Además, tienen como resultado lactonas, lactamas y tiolactonas quirales.
La invención está dirigida, en una primera realización, a un procedimiento para la expansión carbonilativa de anillo de un compuesto (I) que tiene la fórmula:
1
donde R_{1}, R_{2}, R_{3} y R_{4} se seleccionan de hidrógeno, alquilo de C_{1}-C_{20} y arilo de C_{6}-C_{20}, donde el alquilo y arilo están opcionalmente sustituidos con halógeno; "alquilarilo" (véase ejemplificación) que contiene hasta 20 átomos de carbono; tosilo; un sustituyente que proporcione un éter de bencilo; sustituyentes que contengan desde 1 hasta 20 átomos de carbono y proporcionen un grupo funcional éster, cetona, alcohol, ácido, aldehído o amida, y donde R_{2} y R_{4} se pueden unir para formar un anillo, y X se selecciona de O, S y NR_{5}, donde R_{5} se selecciona de hidrógeno, alquilo de C_{1}-C_{20} y arilo de C_{6}-C_{20}, donde el alquilo y arilo están opcionalmente sustituidos con halógeno; y "alquilarilo" (véase ejemplificación) que contiene hasta 20 átomos de carbono; tosilo; un sustituyente que proporcione un éter de bencilo; sustituyentes que contengan desde 1 hasta 20 átomos de carbono y proporcionen un grupo funcional éster, cetona, alcohol, ácido, aldehído o amida, y donde n es 0 o 1, e Y es C=O o CH_{2}, comprendiendo dicho procedimiento la etapa de hacer reaccionar el compuesto (I) con monóxido de carbono en presencia de una cantidad catalíticamente eficaz de catalizador que tiene la fórmula general [ácido de Lewis]^{z+} {[QM(CO)_{x}]^{w-}}_{y}, donde ácido de Lewis es un aceptor de par de electrones que se puede combinar con una molécula o ion que sea un donante de par de electrones formando enlace(s) o covalente o coordinado, Q es cualquier ligando y no necesita estar presente, M es un metal de transición seleccionado de metales de transición de los Grupos 4, 5, 6, 7, 8, 9 y 10 de la tabla periódica de los elementos, y z es la valencia del ácido de Lewis y varía desde 1 hasta 6, w es la carga del metal carbonilo y varía desde 1 hasta 4 y es normalmente 1, y es un número tal que w veces y es igual a z y x es un número tal como para proporcionar un metal carbonilo aniónico estable para {[QM(CO)_{x}]^{w-}}_{y} y varía desde 1 hasta 9 y típicamente desde 1 hasta 4. El producto (II) tiene la fórmula estructural (II):
2
donde R_{1}, R_{2}, R_{3} y R_{4} y X corresponden a R_{1}, R_{2}, R_{3} y R_{4} y X en el compuesto (I) incluyendo R_{2} y R_{4} formando un anillo, si ese es el caso, para el compuesto (I); y, en el caso donde n para el compuesto (I) sea 0, n para el producto (II) es 0 o 1, e Y, si está presente, es C=O, y, en el caso donde n para el compuesto (I) sea 1, n para el producto (II) es 1 e Y es C=O o CH_{2}. El catalizador excluye cualquier catalizador formado in situ a partir de la combinación de una fuente de cobalto y una piridina sustituida con hidroxilo.
Los alquilos incluyen alquilos de cadena ramificada así como lineal.
El término "halógeno" incluye flúor, cloro, yodo y bromo.
La expresión "tal como para proporcionar un metal carbonilo aniónico estable para {[QM(CO)_{x}]^{w-}}_{y}" se usa en esta invención para querer decir que {[QM(CO)_{x}]^{w-}}_{y}'' es una especie caracterizable por medios analíticos, por ejemplo, NMR, IR, cristalografía de rayos X, espectroscopia de Raman y/o resonancia de spin electrónico (EPR) y aislable en forma de catalizador como el anión para un catión de ácido de Lewis o una especie formada in situ, excluyendo aquellas que pueden resultar de la combinación de una fuente de cobalto, monóxido de carbono y piridinas sustituidas con hidroxilo como se expone en el documento de Drent et al. EP-A-0577206.
En un subconjunto de la invención de la primera realización de la presente invención, al menos uno de R_{1}, R_{2}, R_{3} y R_{4} no es hidrógeno.
En el subconjunto de la primera realización de la invención donde n para el compuesto (I) es 0 y n para el producto (II) es 1, el epóxido o análogo es doblemente carbonilado, llegando al anhídrido o análogo resultante sin necesidad de aislar la lactona o análogo intermedios, proporcionando así una reacción llamada "en un reactor".
En un subconjunto de la invención de la primera realización de la presente invención, el catalizador es catalizador añadido, es decir, no se forma in situ en la reacción de carbonilación.
Un catalizador preferido tiene la fórmula estructural:
3
donde So es un donante de dos electrones neutro, especialmente tetrahidrofurano, ^{t}Bu es t-butilo y M es Al o Cr. Este catalizador donde So es tetrahidrofurano y M es Al es referido en esta invención como catalizador (G).
Otro catalizador preferido tiene la fórmula estructurada:
4
donde THF es tetrahidrofurano y ^{t}Bu es t-butilo y M es Al o Cr. Este catalizador donde M es Al es referido como catalizador (E^{1}).
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Todavía otro catalizador preferido tiene la fórmula estructural:
5
donde So es un donante de dos electrones neutro, especialmente tetrahidrofurano, y ^{t}Bu es t-butilo. Este catalizador cuando So es tetrahidrofurano es referido como catalizador (H).
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Todavía otro catalizador preferido tiene la fórmula estructural:
6
donde So es un donante de dos electrones neutro, especialmente tetrahidrofurano, y Ph es fenilo. Este catalizador cuando So es tetrahidrofurano es referido como catalizador (J).
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Todavía otro catalizador preferido tiene la fórmula estructural:
7
donde M es metal tal que (VI) sea estable, especialmente titanio con una valencia de tres, o samario con una valencia de tres. El catalizador en el que M es titanio es referido como catalizador (G^{1}) y el catalizador en el que M es samario es referido como catalizador (G^{2}).
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Otra realización de la invención que significa la segunda realización está dirigida hacia el caso donde el compuesto carbonilado tiene la fórmula estructural:
8
donde Ph es fenilo, y el procedimiento comprende la etapa de hacer reaccionar el compuesto (XII) con monóxido de carbono en presencia de una cantidad catalíticamente eficaz de catalizador que tiene la fórmula general [ácido de Lewis]^{z+} {[QM(CO)_{x}]^{w-}}_{y}, donde ácido de Lewis es un aceptor de par de electrones que se puede combinar con una molécula o ion que sea un donante de par de electrones formando enlace(s) o covalente o coordinado, Q es cualquier ligando y no necesita estar presente, M es un metal de transición seleccionado de metales de transición de los Grupos 4, 5, 6, 7, 8, 9 y 10 de la tabla periódica de los elementos, y z es la valencia del ácido de Lewis y varía desde 1 hasta 6, w es la carga del metal carbonilo y varía desde 1 hasta 4, e y es un número tal que w veces y es igual a z y x es un número tal como para proporcionar un metal carbonilo aniónico estable para {[QM(CO)_{x}]^{w-}}_{y} y varía desde 1 hasta 9 y típicamente desde 1 hasta 4, para formar un producto que comprende una mezcla de compuestos de las fórmulas (IIA) y (IIB):
9
El compuesto (XI) tiene la fórmula estructural (I) donde X es NR_{5} y R_{5} es benzoilo. En este caso, R_{5} participa en el reordenamiento mediante el cual el carbonilo de R_{5} se convierte en parte del anillo del producto y el Ph de R_{5} queda directamente unido al anillo del producto.
Un género de catalizadores es aquel que tiene la fórmula estructural (V) supra.
Otro género de catalizadores comprende compuestos que tienen la fórmula estructural:
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donde ^{t}Bu es t-butilo y So es un donante de dos electrones neutro. Un catalizador preferido de este género tiene la fórmula estructural (VIII), donde el donante de dos electrones neutro es tetrahidrofurano y es referido como catalizador (B).
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Otro género de catalizadores comprende compuestos que tienen la fórmula estructural
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donde ^{t}Bu es t-butilo y So es un donante de dos electrones neutro. Un catalizador preferido de este género tiene la fórmula estructural (IX), donde el donante de dos electrones neutro es tetrahidrofurano y es referido como catalizador (F).
Otro género de catalizadores es el referido como catalizador (E^{1}) supra.
Otro género de nuevos catalizadores para la segunda realización comprende compuestos que tienen la fórmula estructural (X) supra.
Todavía otro género de catalizadores para la segunda realización comprende compuestos que tienen la fórmula estructural (XI) supra.
Otra variación de la arquitectura del metal y del ligando será obvia para los expertos en la técnica.
Breve descripción de los dibujos
La Fig. 1 muestra los datos de NMR para el catalizador (G); el eje y para la figura es intensidad arbitraria.
Descripción detallada
Volvemos a los ejemplos del compuesto (I) donde n es 0 y X es O, es decir, que son epóxidos. El compuesto (I) de mayor interés en esta invención es R-óxido de propileno, es decir, compuesto (I) donde X es O y R_{1} es H, R_{2} es H, R_{3} es (R)-Me y R_{4} es H, puesto que la carbonilación de ese compuesto en esta invención proporciona R-BBL. Otros compuestos (I) de epóxido monocíclico de esta invención incluyen, por ejemplo, óxido de etileno (compuesto (I) donde n es 0 y X es O y R_{1} es H, R_{2} es H, R_{3} es H y R_{4} es H); óxido de propileno (compuesto (I) donde n es 0 y X es O y R_{1} es H, R_{2} es H, R_{3} es Me y R_{4} es H); óxido de 1-buteno que también se puede llamar 1,2-epoxibutano (compuesto (I) donde n es 0 y X es O y R_{1} es H, R_{2} es H, R_{3} es Et y R_{4} es H); óxido de 1-hepteno (compuesto (I) donde n es 0 y X es O y R_{1} es H, R_{2} es H, R_{3} es C_{5}H_{11} y R_{4} es H); óxido de isobutileno (compuesto (I) donde n es 0 y X es O y R_{1} es H, R_{2} es H, R_{3} es Me y R_{4} es Me); 2,3-epoxibutano (compuesto (I) donde n es 0 y X es O y R_{1} es H, R_{2} es Me, R_{3} es Me y R_{4} es H); epiclorhidrina (compuesto (I) donde n es 0 y X es O y R_{1} es H, R_{2} es H, R_{3} es CH_{2}Cl y R_{4} es H); y epibromhidrina (compuesto (I) donde n es 0 y X es O y R_{1} es H, R_{2} es H, R_{3} es CH_{2}Br y R_{4} es H); 1,2-epoxi-5-hexeno (compuesto (I) donde n es 0 y X es O y R_{1} es H, R_{2} es H, R_{3} es H y R_{4} es -(CH_{2})_{2}CH=CH_{2}); y bencil-glicidil-éter que tiene la fórmula:
12
es decir, compuesto (I) donde R_{1} es H, R_{2} es H, R_{3} es CH_{2}OCH_{2}Ph y R_{4} es H. Ejemplos de epóxidos bicíclicos de compuesto (I) incluyen, por ejemplo, óxido de ciclohexeno (compuesto (I) donde R_{1} es H, R_{3} es H y R_{3} y R_{4} forman -(CH_{2})_{4}-), óxido de ciclopenteno (compuesto (I) donde R_{1} es H, R_{3} es H y R_{3} y R_{4} forman -(CH_{2})_{3}-), óxido de cicloocteno (compuesto (I) donde R_{1} es H, R_{3} es H y R_{3} y R_{4} forman -(CH_{2})_{6}-), y óxido de ciclododeceno (compuesto (I) donde R_{1} es H, R_{3} es H y R_{3} y R_{4} forman -(CH_{2})_{10}-). Estos epóxidos monocíclicos y bicíclicos están todos disponibles comercialmente.
Volvemos ahora a ejemplos de compuesto (I) donde n es 0 y X es NR_{5}, donde R_{5} se selecciona de alquilo de C_{1}-C_{20} y arilo de C_{6}-C_{20}, donde el alquilo y arilo están opcionalmente sustituidos con halógeno; y "alquilarilo" que contiene hasta 20 átomos de carbono; tosilo; un sustituyente que proporcione un éter de bencilo; sustituyentes que contengan desde 1 hasta 20 átomos de carbono y proporcionen un grupo funcional éster, cetona, alcohol, ácido, aldehído o amida. Estos compuestos son aziridinas. Estos incluyen etiletilenimina, también llamada 2-etilaziridina (compuesto (I) donde n es 0 y X es NH, R_{1} es H, R_{2} es H, R_{3} es Et y R_{4} es H), que está disponible comercialmente. Otras aziridinas útiles en esta invención, que están disponibles comercialmente, están listadas en Aldrichimica Acta 2001, 34(2); éstas son cis-2,3-difenil-1-propilaziridina; trans-2,3-difenil-1-propilaziridina; cis-1-isopropil-2,3-difenil-aziridina; trans-1-isopropil-2,3-difenilaziridina; 2-metilaziridina; cis-1,2,3-trifenilaziridina; 1-aziridinetanol; (S)-(-)-1,2-aziridincarboxilato de 1-bencilo 2-metilo; (S)-(+)-2-bencil-1-(p-tolilsulfonil)-aziridina; (S)-(-)-1-tritil-2-aziridincarboxilato de metilo y tris(2-metil-1-azidirinpropionato) de trimetilolpropano. Otra aziridina útil en esta invención es 1-bencil-2-metilaziridina, es decir, el compuesto (I) donde n es 0 y X es NCH_{2}(C_{6}H_{5}), R_{1} es H, R_{2} es H, R_{3} es H y R_{4} es Me; este compuesto se puede hacer como se describe en el trabajo de Piotti, M. E., et al., J. Am. Chem. Soc. 118, 111-116 (1996). Todavía otra aziridina útil es esta invención es 7-bencil-7-azabiciclo[4.1.0]heptano, es decir, compuesto (I) donde n es 0 y X es NCH_{2}(C_{6}H_{5}), R_{1} es H, R_{3} es H, y R_{2} y R_{4} están unidos por -(CH_{2})_{4}-); este compuesto se hace en el Ejemplo Antecedente 1 más adelante. Aún otra aziridina útil en esta invención es 1-tosil-2-metilaziridina (compuesto (I) donde X es NOS(=O)_{2}C_{7}H_{8}, R_{1} es H, R_{2} es H, R_{3} es H y R_{4} es Me; este compuesto se hace en el Ejemplo Antecedente 2 más adelante. Otras aziridinas útiles en esta invención están disponibles a través de vías sintéticas bien establecidas, por ejemplo, a partir de epóxidos vía apertura del anillo con una amina primaria y cierre del anillo con diazoacetato de etilo o a partir de alcanos con R-N=N-R' usando un catalizador de cobre.
Volvemos ahora a ejemplos de compuestos (I) donde n es 0 y X es S. Estos compuestos son tiiranos. Los tiiranos útiles en esta invención que están disponibles comercialmente incluyen tiiranos alifáticos, que están disponibles comercialmente en cantidades de gramo a kilogramo, por ejemplo, sulfuro de propileno, epitioclorhidrina y sulfuro de isobutileno. También están disponibles otros varios tiiranos sustituidos con funcionalidad (por ejemplo, ésteres, ácidos, amidas y cetonas), aunque muchos de éstos sólo en cantidades inferiores al gramo.
Volvemos ahora a ejemplos de compuestos (I) donde n es 1 y X es O e Y es CH_{2}. Estos compuestos son oxetanos. Un oxetano útil en esta invención tiene la estructura (I) donde n es 1 e Y es CH_{2} y R_{1}, R_{2}, R_{3} y R_{4} son H y se denomina oxetano y está disponible comercialmente. Otros oxetanos están disponibles comercialmente o se pueden hacer mediante procedimientos estándar en la literatura química.
Volvemos ahora a ejemplos de compuestos (I) donde X es 0, n es 1 e Y es C=O. Estos compuestos son lactonas. Lactonas útiles en esta invención incluyen las que tienen la estructura (I) donde X es 0, n es 1 e Y es C=O, donde R_{1}, R_{3} y R_{4} son H y R_{2} es Me, Et o CCl_{3}, o donde R_{1}, R_{2} y R_{4} son H y R_{3} es Me o Ph; estos compuestos están disponibles comercialmente. Otras lactonas se pueden hacer mediante procedimientos descritos en esta invención o como se describe en referencias citadas en los trabajos de Mahadevan, V., et al., Angew. Chem. Int. Ed. 41, Nº 15, 2781-2784 (2002) y Getzler, Y.D.Y.L., et al., J. Am. Chem. Soc. 124, Nº 7, 1174-1175 (2002).
Volvemos ahora a ejemplos de compuestos (I) donde X es NR_{5}, n es 1 e Y es C=O. Estos compuestos se denominan lactamas. Estos compuestos están disponibles comercialmente o se pueden hacer mediante el procedimiento esbozado en esta invención o mediante otros procedimientos descritos en la literatura química.
Los compuestos (I) donde X es NR_{5}, n es 1 e Y es CH_{2} son azetidinas. El compuesto donde R_{5} es H, n es 1, Y es CH_{2} y R_{1}, R_{2}, R_{3} y R_{4} son H está disponible comercialmente. Otros se pueden sintetizar.
Los compuestos (I) donde X es S, n es 1 e Y es C=O son tiolactonas. La síntesis de algunas de éstas se puede llevar a cabo como se describe en la literatura química.
Los compuestos (I) donde X es S, n es 1 e Y es CH_{2} son tietanos. El compuesto donde X es S, n es 1, Y es CH_{2} y R_{1}, R_{2}, R_{3} y R_{4} son H está disponible comercialmente. Otros se pueden sintetizar.
Volvemos ahora a las condiciones de procesamiento para el método de la primera realización, es decir, la etapa de hacer reaccionar el compuesto (I) con monóxido de carbono en presencia de una cantidad catalíticamente eficaz de catalizador que tiene la fórmula general [ácido de Lewis]^{z+}{[QM(CO)_{x}]^{w-}}_{y}, donde ácido de Lewis es un aceptor de par de electrones que se puede combinar con una molécula o ion que sea un donante de par de electrones formando enlace(s) o covalente o coordinado, Q es cualquier ligando y no necesita estar presente, M es un metal de transición seleccionado de los Grupos 4, 5, 6, 7, 8, 9 y 10 de la tabla periódica de los elementos, z es la valencia del ácido de Lewis y varía desde 1 hasta 6, por ejemplo, es 1 ó 2, w es la carga del metal carbonilo y varía desde 1 hasta 4, y normalmente es 1, e y es un número tal que w veces y es igual a z y x es un número tal como para proporcionar un metal carbonilo aniónico estable para {[QM(CO)_{x}]^{w-}}_{y} y varía desde 1 hasta 9 y típicamente desde 1 hasta 4.
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La ecuación de la reacción es:
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donde R_{1}, R_{2}, R_{3} y R_{4}, X, Y y n son como se definen anteriormente.
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La reacción se lleva a cabo a una temperatura que varía desde 0ºC hasta 120ºC, preferiblemente desde 40 hasta 80ºC.
La relación molar de CO al compuesto (I) debería ser al menos 1:1 debido a la estequiometría.
La reacción se puede conducir mediante una alta concentración de CO. Una forma de conseguir una alta concentración de CO es usar alta presión de CO, es decir, una cantidad de CO para impartir una presión que varíe desde 0,7 hasta 70 MPa, preferiblemente desde 0,5 hasta 8,3 MPa.
Volvemos ahora al catalizador de reacción. Como se indica anteriormente, el catalizador de reacción tiene la fórmula general [ácido de Lewis]^{z+}{[QM(CO)_{x}]^{w-}}_{y}, donde ácido de Lewis es un aceptor de par de electrones que se puede combinar con una molécula o ion que sea un donante de par de electrones formando enlace(s) o covalente o coordinado, Q es cualquier ligando y no necesita estar presente, M es un metal de transición seleccionado de metales de transición de los Grupos 4, 5, 6, 7, 8, 9 y 10 de la tabla periódica de los elementos, z es la valencia del ácido de Lewis y es 1 ó 2, w es la carga del metal carbonilo y varía desde 1 hasta 4, y normalmente es 1, e y es un número tal que w veces y es igual a z y x es un número tal como para proporcionar un metal carbonilo aniónico estable para {[QM(CO)_{x}]^{w-}}_{y} y varía desde 1 hasta 9 y típicamente desde 1 hasta 4.
Como se indica anteriormente, el catalizador en un subconjunto es referido como catalizador añadido. El término "añadido" significa que el catalizador se forma extrínseco para la reacción de carbonilación y se carga a la reacción antes, durante o después de la presurización.
Volvemos ahora al [ácido de Lewis]^{z+}, es decir, a la porción de ácido de Lewis catiónico del catalizador. La expresión "ácido de Lewis" se usa para querer decir un aceptor de par de electrones que se puede combinar con una molécula o ion que sea un donante de par de electrones formando enlace(s) o covalente o coordinado, y la expresión "ácido de Lewis catiónico" se usa para querer decir un ácido de Lewis que tiene una o más cargas positivas. Preferiblemente, la porción de ácido de Lewis catiónico del catalizador contiene un metal, por ejemplo, aluminio o cromo, y un donante de dos electrones neutro que está enlazado coordinadamente o covalentemente al metal. El donante de dos electrones neutro tiene la función de llenar la valencia de coordinación del ácido de Lewis catiónico. En los catalizadores B, E^{1}, E^{2}, F, G, H y J hechos en esta invención, el donante de dos electrones neutro es tetrahidrofurano (THF) y es un artefacto de la síntesis del catalizador. Otros donantes de dos electrones neutros para la porción de ácido de Lewis catiónico del catalizador además del THF incluyen, por ejemplo, dietil-éter, acetonitrilo, disulfuro de carbono o piridina. En la síntesis del catalizador, el donante de dos electrones neutro se puede aportar como disolvente de la reacción, que se puede añadir antes o con o después de los demás reactantes, pero se añade preferiblemente para no perturbar el ambiente exento de aire que se prefiere para la síntesis del catalizador. La porción de ácido de Lewis catiónico del catalizador sin donante de dos electrones neutro también es posible y se puede proveer sintetizando el catalizador en un disolvente de reacción que no sea un donante de dos electrones neutro que aporte el disolvente o calentando el catalizador donde la porción de ácido de Lewis catiónico del catalizador contiene un donante de dos electrones
neutro.
Volvemos ahora a la porción aniónica del catalizador que es {[QM(CO)_{x}]^{w-}}_{y}, donde Q es cualquier ligando y no necesita estar presente, M es un metal de transición seleccionado de metales de transición de los Grupos 4, 5, 6, 7, 8, 9 y 10 de la tabla periódica de los elementos, z es la valencia del ácido de Lewis y es 1 ó 2 o más, w es la carga del metal carbonilo y varía desde 1 hasta 4, y es normalmente 1, y es un número tal que w veces y es igual a z y x es un número tal como para proporcionar un metal carbonilo aniónico estable para {[QM(CO)_{x}]^{w-}}_{y} y varía desde 1 hasta 9 y típicamente desde 1 hasta 4. Cuando Q no está presente, se prefieren los metales de los Grupos 7 y 9. Los metales del Grupo 7 incluyen, por ejemplo, manganeso. Los metales del Grupo 9 incluyen cobalto, rodio e iridio. Un metal M muy preferido es el cobalto. Volvemos ahora al constituyente opcional Q que es cualquier ligando; el término "ligando" se usa para querer decir cualquier especie discreta que pueda tener existencia separada del metal de transición M. Los constituyentes Q apropiados incluyen, por ejemplo, trifenilfosfina, ciclopentadienilo (Cp) y pentametilciclopentadienilo (Cp*). Los aniones de metal carbonilo ligados son fácilmente accesibles, en una etapa a través de química muy conocida, por ejemplo, por reducción de Co_{2}(CO)_{8}, que está disponible
comercialmente.
El catalizador de reacción se forma preferiblemente en un ambiente exento de aire usando una caja de manipulación con guantes estándar y las técnicas de tipo Schlenk.
Los catalizadores donde w es 1 e y es igual a z y z es 1 se forman por la reacción de [ácido de Lewis]-X con [QM(CO)_{x}]-Y, donde X es cualquier grupo lábil e Y es un resto que formará una sal con X o, alternativamente, los catalizadores donde z varía desde 1 hasta 6, por ejemplo, es 1 ó 2, se forman a partir de una reacción redox de [ácido de Lewis^{m}] y z/2Q_{2}M_{2}(CO)_{2x} para formar [ácido de Lewis^{(m+z)}]^{z+}{[QM(CO)_{x}]^{-}}_{z}, donde m es el estado de oxidación del metal, z es tanto la valencia del ácido de Lewis como el número de aniones asociados con él y varía desde 1 hasta 6, por ejemplo, es 1 ó 2, M es un metal de transición seleccionado de metales de transición de los Grupos 4, 5, 6, 7, 8, 9 y 10 de la tabla periódica de los elementos, y x es el número requerido para formar un carbonilo aniónico estable para {[QM(CO)_{x}]^{-}}_{z}. Complejos del tipo [QM(CO)_{x}]-Y se pueden hacer por reducción de las especies aniónicas [QM(CO)_{x}]_{2}, donde Q, M y x son como de definen para {[QM(CO)_{x}]^{-}}_{z}. Las especies [QM(CO)_{x}]_{2} en muchos casos están disponibles comercialmente. Agentes reductores incluyen amalgama de sodio y, como se describe en el trabajo de Edgell, W. F. et al., Inorg. Chem., 1970, 9, 1932-1933, hidróxido sódico. Este método se usó en la síntesis del catalizador D (ejemplo 3 de síntesis de catalizador, más adelante).
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Un género de catalizadores preferidos en esta invención tienen la estructura:
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donde M es un metal tal que (VI) sea estable, donde estable significa que el catalizador permanece activo durante el transcurso de la reacción. M puede ser, por ejemplo, titanio con una valencia de 3 (catalizador (G^{1})), samario con una valencia de 3 (catalizador (G^{2})), lantano con una valencia de 3 o hafnio con una valencia de 3. El catalizador (G^{1}), se puede hacer como se describe en los trabajos de Merola, J. S., et al., Inorg. Chem. 28, 2950-2954 (1989), así como Merola J. S. et al., Inorg. Chim. Acta 165, 87-90 (1989). El catalizador (G^{2}), se puede hacer como se describe en los trabajos de Evans, W. J., et al., Inorg. Chem. 24, 4620-4623 (1985), así como en Evans, W. J. et al., J. Am. Chem. Soc. 107, 941-946 (1985). Otros catalizadores (VI) se pueden hacer de manera correspondiente.
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Otro catalizador en esta invención es el catalizador (G) descrito anteriormente. La síntesis del catalizador (G) está descrita en el Ejemplo 1 de síntesis de catalizador más adelante. El catalizador (G) se puede referir como [(salph)Al(THF)_{2}][Co(CO)_{4}] donde salph es N,N'-bis(3,5-di-terc-butilsalicilideno)-1,2-fenilendiamino.
Otros catalizadores para uso en esta invención son los catalizadores denominados en esta invención como catalizadores B, D, E^{1}, E^{2}, F, H y J.
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El catalizador (B) tiene la fórmula:
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donde THF es tetrahidrofurano y ^{t}Bu es t-butilo. La síntesis del catalizador (B) se describe en el Ejemplo 2 de síntesis de catalizador más adelante. El catalizador (B) fue muy activo pero su síntesis, como se describe en el Ejemplo 2 de síntesis de catalizador, ha sido difícil de replicar. Una vía alternativa es la vía para hacer el catalizador (F), que se describe en el Ejemplo 6 de síntesis de catalizador más adelante.
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El catalizador (D) tiene la fórmula [Na]^{+}[Co(CO)_{4}]^{-}. La síntesis del catalizador (D) se describe en el Ejemplo 3 de síntesis de catalizador más adelante.
Los catalizadores (E^{1}) y (E^{2}) tienen la fórmula:
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donde THF es tetrahidrofurano y ^{t}Bu es t-butilo y M es Al para el catalizador (E^{1}) y M es Cr para el catalizador (E^{2}). La síntesis del catalizador (E^{1}) se describe en el Ejemplo 4 de síntesis de catalizador más adelante. La síntesis del catalizador (E^{2}) se describe en el Ejemplo 5 de síntesis de catalizador más adelante.
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El catalizador (F) tiene la fórmula:
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donde THF significa tetrahidrofurano y ^{t}Bu es t-butilo. La síntesis del catalizador (F) se describe en el Ejemplo 6 de síntesis de catalizador más adelante.
El catalizador (H) tiene la fórmula:
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donde So es tetrahidrofurano y ^{t}Bu es t-butilo. La síntesis del catalizador (H) se describe en el Ejemplo 7 de síntesis de catalizador más adelante.
El catalizador J tiene la fórmula:
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donde So es tetrahidrofurano y Ph es fenilo. La síntesis el catalizador (J) se describe en el Ejemplo 8 de síntesis de catalizador más adelante.
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Un ejemplo de un catalizador conde z es 2 es [(salen)M]^{2+}[Co(CO)_{4}]_{2}^{-} donde salen es cualquier ligando dianiónico tetracoordinado sintetizado a partir de una diamina y dos equivalentes de un 2-hidroxibenzaldehído, que se puede hacer a partir de la reacción de un equivalente de (salen)Sn^{(II)} con un equivalente de Co_{2}(CO)_{8}, y M es un metal. El (salen)Sn^{(II)} es fácilmente obtenible a partir de [(Me_{3}Si)_{2}N]_{2}Sn y (salen)H_{2}, donde (salen)H_{2} es la forma protonada del ligando como se muestra en el trabajo de Kuchta, et al., J. C. S. Dalton Trans. 20, 3559 (1999).
Para el catalizador [ácido de Lewis]^{z+} {[QM(CO)_{x}]^{w-}}_{y} otros ácidos de Lewis además de los que están ilustrados anteriormente y sus síntesis, serán obvios para los expertos en la técnica.
La relación molar de compuesto (I) cargado a catalizador cargado puede variar, por ejemplo, desde 1:1 hasta 10.000:1, y preferiblemente es 100:1 hasta 2.000:1, y la mejor relación imaginada es 1.000:1. Se encontró que una relación molar de 100:1 daba las mejores conversiones pero aproximadamente 1.800:1 da mucha mejor actividad.
Volvemos ahora al disolvente para la reacción. La reacción se puede llevar a cabo sola, es decir sin disolvente añadido y donde el compuesto (I) es el vehículo de reacción para reducir los requisitos de eliminación de residuos así como para simplificar la purificación. Si la reacción no se lleva a cabo sola, se puede llevar a cabo en diglime, triglime, dimetoxietano (llamado DME en lo sucesivo), o preferiblemente en tetrahidrofurano, o se puede llevar a cabo en cualquier disolvente en el que el catalizador, el sustrato y el producto sean todos solubles.
En el caso donde el compuesto (I) sea un epóxido monocíclico y se introduzca un único carbonilo, el producto de reacción de interés es una \beta-lactona. La terminología "\beta-lactona" es debida a que la lactona se puede formar por lactonización deshidratante de un \beta-hidroxiácido. En el caso donde el epóxido sea bicíclico, no hay nombre común tal como \beta-lactona, y la IUPAC nombraría el producto según la nomenclatura bicíclica. Por ejemplo, el producto de la carbonilación de óxido de ciclohexeno se llamaría 7-oxa-biciclo[4.2.0]octan-8-ona. Los productos de carbonilación de óxido de cicloocteno y óxido de ciclododeceno se llaman respectivamente 9-oxa-biciclo[6.2.0]decan-10-ona y 13-oxa-biciclo[10.2.0]tetradecan-14-ona y son productos hechos en los Ejemplos XLI y XLII de carbonilación y son realizaciones de la presente invención.
En el caso donde el compuesto (I) sea una aziridina monocíclica y se introduzca un solo carbonilo, el producto de reacción de interés es una \beta-lactama.
En el caso donde el compuesto (I) sea un oxetano monocíclico, el producto de reacción de interés es una \gamma-lactona.
En el caso donde el compuesto (I) sea un tiirano monocíclico y se introduzca un solo carbonilo, el producto de reacción de interés es una tiolactona.
En el caso donde el compuesto (I) sea una lactona monocíclica, el producto de reacción de interés es un anhídrido de ácido cíclico.
En el caso del compuesto (I) donde X sea NR_{5}, n sea 1 e Y sea CH_{2} y el compuesto (I) sea monocíclico, es decir, donde el compuesto (I) sea una azetidina monocíclica, el producto de reacción de interés es una \gamma-lactama.
En el caso del compuesto (I) donde X sea NR_{5}, n sea 1 e Y sea C=O y el compuesto (I) sea monocíclico, es decir, donde el compuesto (I) sea una P-lactama monocíclica, el producto de reacción de interés es una 2,5-pirrolidindiona.
En el caso donde el compuesto (I) donde X sea S, n sea 1 e Y sea C=O y el compuesto (I) sea monocíclico, es decir, donde el compuesto (I) sea una tiolactona monocíclica, el producto de reacción de interés es un anhidrosulfuro cíclico.
En el caso del compuesto (I) donde X sea S, n sea 1 e Y sea CH_{2} y el compuesto (I) sea monocíclico, es decir, donde el compuesto (I) sea un tietano monocíclico, el producto de reacción de interés es \gamma-tiolactona.
El rendimiento del producto de interés se determina a partir de dos componentes, es decir, el porcentaje de compuesto (I) consumido y el porcentaje de selectividad que es producto de interés como porcentaje de todos los productos, y el porcentaje de conversión veces el porcentaje de selectividad da el porcentaje de rendimiento. Los porcentajes de rendimiento obtenidos están relacionados con el catalizador y el compuesto (I). Para óxido de propileno y R-óxido de propileno, el catalizador (G) da porcentajes de conversión de 95% con selectividad mayor que 99%. Para óxido de propileno, el catalizador (B) da porcentaje de conversión de 99% y porcentaje de selectividad mayor que 99%.
El tiempo de reacción es un parámetro que afecta al porcentaje de rendimiento. En general, los tiempos de reacción pueden variar, por ejemplo, desde 15 minutos hasta 96 horas. El tiempo de reacción preferido para el catalizador (G) es media hora hasta 2 horas y media, excepto donde el compuesto (I) fue epiclorhidrina en que un tiempo de 8-12 horas fue más apropiado.
Volvemos ahora al caso donde n, para el compuesto (I) es 0 y n para el producto (II) es 1, y el epóxido o el análogo se carbonila doblemente llegando al anhídrido resultante sin necesidad de aislar la lactona o análogo intermedio, proporcionando así la llamada reacción "en un reactor". La condición de reacción que afecta principalmente a esto es el tiempo de reacción. En otras palabras, se da suficiente tiempo para que una primera reacción de carbonilación avance hasta un final después de lo cual se da suficiente tiempo adicional para que se efectúe la segunda carbonilación. También podrían influir en la conversión y la selectividad la temperatura de reacción, el porcentaje en moles de catalizador, el catalizador usado, el sustrato y el disolvente usados.
Los productos de \beta-lactona se pueden convertir en polímeros con catalizadores de alcóxido de metal. Véase el trabajo de Reith, L. R., et al., J. Am. Chem. Soc. 2002, artículo aceptado para publicación. Véase también el trabajo de Muller, H. M., et al., Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 1993, 32, 477-502 y las referencias citadas en él. Véase también lo siguiente con respecto a la polimerización de \beta-lactonas: Kurcok, P., et al., Macromolecules 1992, 25, 2017-2020; Hori, Y., et al., Macromolecules 1993, 26, 5533-5534; Le Borgne, A., et al., Macromol. Rapid Commun. 1994, 15, 955-960; Lenz, R. W., et al., Can. J. Microbiol. 1995, 41, 274-281; Cheng, M., et al., J. Am. Chem. Soc. 1998, 120, 11018-11019; y Schechtman, L., et al., J. Polym. Prep. (Am. Chem. Soc., Div. Polym. Chem.) 1999, 40(1), 508-509.
La utilidad del producto de la polimerización de R-BBL, a saber R-PHB, se describe anteriormente. Los copolímeros con lactonas distintas de R-BBL dan la capacidad para influir en las propiedades del polímero resultante, por ejemplo, plasticidad, propiedades de barrera y velocidad de degradación. Las lactonas, particularmente lactonas quirales, también son útiles como intermedios de síntesis en química orgánica (por ejemplo, véanse los trabajos de Gellman, S. H., Chem. Res. 31, 173 (1988); y Seebach, D., et al., Chem. Commun. 2015 (1997) que se refiere a lactonas quirales como análogos de aldol.
Los productos de lactama se pueden convertir en polímeros con catalizadores de anión de metal o amida de metal. Los polímeros se llaman polilactamas y también se han llamado poli(beta-péptidos), y han sido discutidos en la literatura como "materiales biomiméticos". Véase, por ejemplo, el trabajo de Magriotis, P. A., Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 2001, Vol. 40, 4377-4379.
Los productos de la polimerización de lactamas tienen utilidad, por ejemplo, para dispensación de medicamentos. Las propias lactamas se pueden usar en antibióticos.
Los productos de tiolactona (también llamados 4-alquil-tietan-2-onas) se pueden convertir en polímeros o copolímeros. Por ejemplo, se puede preparar un copolímero de BBL y 3-mercaptopropionato (la tiolactona de la carbonilación de sulfuro de etileno); el copolímero tiene propiedades modificadas de las del poli(\beta-hidroxibutirato).
La \gamma-lactona y los productos de anhídrido para la carbonilación del compuesto (I) donde n=1 y sus análogos tienen utilidad para el campo de la química.
Volvemos ahora a la segunda realización de la presente invención que está dirigida a un procedimiento para la carbonilación de un compuesto que tiene la fórmula:
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comprendiendo dicho procedimiento la etapa de hacer reaccionar el compuesto (XII) con monóxido de carbono en presencia de una cantidad catalíticamente eficaz de catalizador que tiene la fórmula general [ácido de Lewis]^{z+} {[QM(CO)_{x}]^{w-}}_{y}, donde ácido de Lewis es un aceptor de par de electrones que se puede combinar con una molécula o ion que sea un donante de par de electrones formando enlace(s) o covalente o coordinado, Q es cualquier ligando y no necesita estar presente, M es un metal de transición seleccionado de metales de transición de los Grupos 4, 5, 6, 7, 8, 9 y 10 de la tabla periódica de los elementos, y z es la valencia del ácido de Lewis y varía desde 1 hasta 6, por ejemplo, es 1 ó 2, w es la carga del metal carbonilo y varía desde 1 hasta 4 y es normalmente 1, e y es un número tal que w veces y es igual a z y x es un número tal como para dar un metal carbonilo aniónico estable para {[QM(CO)_{x}]^{w-}}_{y}. La reacción se lleva a cabo a una presión de monóxido de carbono que varía desde 0,7 hasta 70 MPa, preferiblemente desde 0,5 hasta 8,3 MPa y a una temperatura que varía desde 0ºC hasta 120ºC, preferiblemente desde 40 hasta 80ºC, en presencia de catalizador en una relación molar del compuesto (XII) a catalizador que varía desde 1:1 hasta 10.000:1, preferiblemente desde 100:1 hasta 2000:1, por ejemplo durante un periodo de tiempo que varía desde 15 minutos hasta 96 horas. Los catalizadores útiles para la segunda realización son los mismos que aquellos útiles para la primera realización. El catalizador preferido para uso en la segunda realización se ha encontrado que es el catalizador G^{1}. El producto comprende una mezcla de las dos oxazinonas isómeras, a saber 4-metil-2-fenil-4,5-dihidro-[1,3]oxazin-6-ona, que tiene la fórmula:
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y 5-metil-2-fenil-4,5-dihidro-[1,3]oxazin-6-ona, que tiene la fórmula:
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Por lo tanto, el sustituyente benzoilo sobre la aziridina participa en el reordenamiento para introducir el benzoilo dentro del anillo del producto donde el oxígeno del benzoilo se convierte en un átomo del anillo y el doble enlace del carbonilo del benzoilo se convierte en parte del anillo y el fenilo del benzoilo está directamente enlazado a un átomo de carbono del anillo.
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Catalizadores iguales que los catalizadores (B), (E^{1}), (F), (G), (H) y (J) pero con donante de dos electrones neutro diferente de THE se pueden preparar igual que los correspondientes catalizadores con THE sintetizando el catalizador por el método que comprende añadir una fuente de donante de dos electrones neutro diferente (por ejemplo, dietil-éter, acetonitrilo, disulfuro de carbono o piridina) en vez de THE para la reacción de [ácido de Lewis]-X y [QM(CO)_{x}]-Y, en la reacción general descrita anteriormente.
Los siguientes ejemplos antecedentes 1 y 2 ilustran la síntesis del compuesto (I) para uso en los ejemplos de reacción XXIII y XXIV. Los siguientes ejemplos 1-8 de síntesis de catalizador ilustran la fabricación de los catalizadores usados en los ejemplos de reacción. El catalizador (H) usado en los ejemplos de reacción se hizo como se describe en el trabajo de Merola, J. S., et al., Inorg. Chem. 28, 2950-2954 (1989). El catalizador (J) usado en los ejemplos de reacción más adelante se hizo como se describe en el trabajo de Evans, W. J., et al., Inorg. Chem. 24, 4620-4623 (1985).
Los siguientes ejemplos de trabajo I-XLIII y las tablas asociadas ilustran los métodos de esta invención.
Ejemplo antecedente 1
Síntesis de 7-bencil-7-azabiciclo[4.1.0]heptano
a) Síntesis de 2-bencilamino-ciclohexanol. A una solución de óxido de ciclohexeno (5 g, 51 mmol) en 10 ml de CH_{3}CN, se añadió LiClO_{4} anhidro (5,44 g, 51 mmol) y se agitó hasta la completa disolución de la sal producida. La solución resultante se trató con la cantidad requerida de bencilamina (5,5 g, 51 mmol) a temperatura ambiente con agitación. La mezcla de reacción se agitó después durante 24 h a temperatura ambiente. Al final de la reacción, se añadieron 100 ml de agua y la solución se agitó durante 30 minutos, se extrajo en dietil-éter (3 x 25) y finalmente se cristalizó en hexanos calientes (5,0 g, 50% de rendimiento).
^{1}H NMR (CDCl_{3}, 300 MHz): \delta 0,93-1,10 (1H, m), 1,18-1,33 (4H, m), 1,71 (2H, m), 2,05 (1H, m), 2,15 (1H, m), 2,31 (1H, m), 3,20 (1H, m), 3,35 (1H, br), 3,68 (1H, d, J = 12,9 Hz), 3,95 (1H, d, J = 13,0 Hz), 7,23-7,35 (5H, m).
b) Ciclación de 2-bencilamino-ciclohexanol. Se añadió lentamente azodicarboxilato de dietilo (Aldrich, 95%, 3,6 ml, 22,6 mmol) a una solución en éter (50 ml) de 2-bencilamino-ciclohexanol (3,1 g, 15 mmol) y PPh_{3} (5,94 g, 22,6 mmol) bajo N_{2}, con agitación, en un baño de hielo. Después de la adición, se retiró el baño de hielo y la mezcla se agitó a temperatura ambiente durante 36 h. El precipitado cristalino resultante se filtró y se separó el disolvente del filtrado por evaporación rotativa para dar el producto crudo, que se purificó por cromatografía en columna (éter de petróleo:dietil-éter=50:50) (2,1 g, 75% de rendimiento).
^{1}H NMR (CDCl_{3}, 300 MHz): \delta 1,31 (4H, m), 1,63 (2H, m), 1,83 (4H, m), 3048 (2H, s), 7,31 (5H, m).
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Ejemplo antecedente 2
Síntesis de 2-metil-1-tosil-aziridina
Se añadió 2-metilaziridina (3,6 ml, 51 mmol) a una solución acuosa de KOH al 10% (30 ml) y se enfrió en un baño de hielo durante 30 min. A esta solución se añadió rápidamente cloruro de p-toluensulfonilo (9,9 g, 52 mmol) mientras se mantenía la temperatura por debajo de 4ºC. La mezcla resultante se agitó durante 30 min a 0ºC, después se agitó a temperatura ambiente por la noche. El precipitado blanco se lavó múltiples veces con agua fría y se secó bajo vacío. El producto lavado se disolvió en éter de petróleo caliente y se dejó cristalizar a ºC, dando cristales incoloros (6,3 g, 57% de rendimiento).
^{1}H NMR (CDCl_{3}, 300 MHz): 5 1,26 (3H, d, J = 6,0 Hz), 2,02 (1H, d, J = 4,5 Hz), 2,44 (3H, s), 2,58 (1H, d, J = 6,9 Hz), 2,82 (1H, m), 7,31 (2H, d, J = 8,1 Hz), 7,80 (2H, d, J = 8,1 Hz).
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Ejemplo 1 de síntesis de catalizador
Síntesis del catalizador (G)
Todas las manipulaciones fueron llevadas a cabo con técnicas exentas de aire estrictas. Todos los reactivos y disolvente se secaron y desgasificaron antes del uso. En una caja seca, se colocó N,N'-bis(3,5-di-terc-butilsalicilideno)-1,2-fenilendiamina (1,38 g, 2,55 mmol) en un tubo de Schlenk equipado con una varilla agitadora y un embudo de adición exento de aire cargado con cloruro de dietilaluminio (Aldrich, 1,8 M es tolueno) (1,42 g, 2,5 mmol). Tras la extracción a la mesa, se disolvió el ligando en 20 ml de CH_{2}Cl_{2}, dando una solución naranja pálido. La adición goteando de la solución de cloruro de dietilaluminio a temperatura ambiente dio como resultado considerable desprendimiento de gas, que se ventiló, y un amarilleo de la solución. Después del enjuague del embudo de adición varias veces con CH_{2}Cl_{2}, la solución se agitó durante 8,5 horas, durante las cuales se formó una copiosa cantidad de precipitado amarillo. La eliminación del disolvente in vacuo dio un sólido amarillo que se enjuagó 3-4 veces con hexanos (10-20 ml) y después se secó. El tubo de Schlenk se puso en una caja seca, donde se añadió cobalto tetracarbonilo sódico blanco (0,49 g, 2,53 mmol), almacenado a -35ºC bajo nitrógeno. Tras la extracción a la mesa y adición de tetrahidrofurano (30 ml) a temperatura ambiente, la solución se volvió inmediatamente rojo oscuro. El tubo envuelto en hoja metálica se agitó durante dos días y se concentró hasta 5-10 ml, se depositó en capas con hexanos (50 ml) y se dejó asentarse durante 1 día. Se formaron cantidades significativas de precipitados amarillo y blanco, así como masas de cristales rojos de calidad para rayos X. Los cristales rojos eran el producto deseado, catalizador (G). Las impurezas se separaron por lavado fácilmente con repetidos enjuagues de hexanos que permitieron el aislamiento de catalizador puro [(salph)Al(THF)_{2}][Co(CO)_{4}], (G) (2,10 g, 93% de rendimiento). ^{1}H NMR (C_{6}D_{6}, 300 MHz): \delta 9,53 (s, HC=N), 8,35 (s, HAr), 8,14 (s, HAr), 7,92 (s, HAr), 7,50 (s, HAr), 7,16 (s, HC_{6}D_{5}), 3,23 (s, O-C-CH_{2}), 1,70 (s, C(CH_{3})_{3}), 1,46 (s, C (CH_{3})_{3}), 0,83 (s, OCH_{2}CH_{2}), espectro mostrado en la Fig 1. IR (KBr): v_{co}=1885 cm^{-1}. Datos cristalinos: triclínico, a=12,0136(6) \ring{A}, b=13,2447(7) \ring{A}, c=15,2876(8) \ring{A}, \alpha=101,560(1)º, \beta=91,506(1)º, \gamma=90,295(1)º, V=2382,1(2) \ring{A}^{3}, grupo espacial P-1; Z=2, peso de la fórmula 880,91 para C_{40}H_{46}AlCoN_{2}O_{4}.2C_{4}H_{8}O y densidad (calc.)=1,228 g/ml; R(F)=0,0553 y Rw(F)=0,1474 (I>2\sigma(I)).
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Ejemplo 2 de síntesis de catalizador
Síntesis del catalizador (B)
En una caja de manipulación con guantes, se cargó un tubo de Schlenk con 2,58 g (4,73 mmol) de (R,R)-(-)-N,N'-bis(3,5-di-terc-butilsalicilaldehído)-1,2-ciclohexano-diamina, 0,615 g (5,01 mmol) de cloruro de cromo (II) (Strem, 99,9% anhidro, usado como se recibió) y una varilla de agitación magnética revestida de Teflon^{TM}. Se introdujo con una cánula THF en la reacción se dejó agitar durante 6 horas, en cuyo momento se abrió al aire y se dejó agitar durante 12 horas. La solución marrón-rojiza turbia resultante se enjuagó en un embudo de separación con 500 ml de terc-butil-metil-éter, se lavó cuatro veces con 300 ml de cloruro amónico saturado y cuatro veces con 300 ml de cloruro sódico saturado. La solución se secó con sulfato sódico, se sometió a rotavapor hasta obtener un sólido rojo y se recristalizó en acetonitrilo para dar 1,33 g (43% de rendimiento) de grandes cristales rojos con forma de diamante, compuesto (C), que se caracterizaron por IR y cristalografía de rayos X. Se determinó que el compuesto (C) tiene la estructura:
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En una caja de manipulación con guantes, se cargó un tubo de Schlenk con 1,03 g (0,80 mmol) de Compuesto (C), 0,32 g (1,65 mmol) de NaCo(CO)_{4}(catalizador (D)) y una varilla de agitación magnética revestida de Teflon^{TM}. Se introdujo con cánula THF, el tubo se cubrió con hoja metálica y la solución se dejó agitar durante tres días, en cuyo momento se concentró in vacuo. Se depositaron en capas hexanos sobre la parte superior de la solución rojo oscuro y la solución se dejó asentar durante seis días, aunque los cristales habían comenzado a formarse en un día. Un precipitado blanco amarillento floculento se separó de los grandes bloques rojos de cristales por lavando repetidamente con hexanos. El aislamiento dio 1,14 g (88% de rendimiento) de catalizador (B) puro que se caracterizó por IR y cristalografía de rayos X.
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Ejemplo 3 de síntesis de catalizador
Síntesis del catalizador (D)
El catalizador (D) se sintetizó como se describe en el trabajo de Edgell, W. F., et al., Inorg. Chem. 1970, 9, 1932-1933.
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Ejemplo 4 de síntesis de catalizador
Síntesis del catalizador (E^{1})
La síntesis del catalizador (E^{1}) difiere del ejemplo 1 de síntesis de catalizador sólo en un aspecto; en esta síntesis se usó (R,R)-(-)-N,N'-bis(3,5-di-terc-butilsalicilaldehído)-1,2-ciclohexanodiamina en lugar de N,N'-bis(3,5-di-terc-butilsalicilaldehído)-1,2-fenilendiamina.
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Ejemplo 5 de síntesis de catalizador
Síntesis del catalizador (E^{2})
En una caja de manipulación con guantes, se cargó un tubo de Schlenk con 0,64 g (1,06 mmol) de cloruro de (R,R)-(-)-N,N'-bis(3,5-di-terc-butilsalicilaldehído)-1,2-ciclohexanodiaminocromo (III) (Aldrich), 0,21 g (1,06 mmol) de NaCo(CO)_{4} (catalizador (D)) y una varilla de agitación magnética revestida de Teflon^{TM}. Se introdujo con cánula THF, el tubo se cubrió con hoja metálica y la solución se dejó agitar durante dos días, en cuyo momento se concentró in vacuo. Se depositaron en capas hexanos sobre la parte superior de la solución rojo oscuro y la solución se dejó asentar durante seis días, aunque los cristales habían comenzado a formarse en un día. Un precipitado blanco-amarillento floculento se separó de los grandes bloques rojos de cristales por lavando repetidamente con hexanos. El aislamiento dio 0,52 g (60% de rendimiento) de catalizador (E^{2}) puro que se caracterizó por IR y cristalografía de rayos X.
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Ejemplo 6 de síntesis de catalizador
Síntesis del catalizador (F)
En una caja de manipulación con guantes, se cargó un tubo de Schlenk con 0,28 g (0,51 mmol) de N,N'-bis(3,5-di-terc-butilsalicilaldehído)-1,2-fenilendiamina, 0,21 g (5,18 mmol) de hidruro sódico y una varilla de agitación magnética revestida de Teflon^{TM}. Se introdujo con una cánula THF en la reacción con considerable ebullición. Se separó el espacio de cabeza y la solución se agitó a 50ºC durante 22 horas, en cuyo momento se separó por filtración el exceso de hidruro sódico, usando una técnica exenta de aire, y la solución se añadió a un tubo de Schlenk cargado con 0,07 g (0,55 mmol) de cloruro de cromo (II) y una varilla de agitación magnética revestida de Teflon^{TM}. Se separó el espacio de cabeza y la solución se calentó a 50ºC durante 6 horas, en cuyo momento se filtró la solución pardo oscuro, para separar todo NaCl, en un tubo de Schlenk cargado con 0,09 g (0,26 mmol) de dicobalto octacarbonilo y una varilla de agitación magnética revestida de Teflon^{TM} y se agitó durante 24 horas. El volumen de la solución se redujo in vacuo y se depositaron en capas hexanos sobre la parte superior. Después de dos semanas, se aislaron los cristales rojos oscuros extrayendo con cánula las aguas madres y lavando el material residual con copiosas cantidades de hexanos, dando como resultado el aislamiento de 0,26 g (70% de rendimiento) de catalizador (F), que se caracterizó por IR y cristalografía de rayos X.
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Ejemplo 7 de síntesis de catalizador
Síntesis del catalizador (H)
Este catalizador se hizo esencialmente igual que el catalizador (G) (ejemplo 1 de síntesis de catalizador), excepto que el material de partida fue 4,5-dimetil-[N,N'-bis(3,5-di-terc-butilsalicilideneno)-1,2-fenilendiamina.
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Ejemplo 8 de síntesis de catalizador
Síntesis del catalizador (J)
El catalizador se hizo esencialmente igual que el catalizador (E^{1}) (ejemplo 5 de síntesis de catalizador), excepto que el material de partida fue (TPP) CrCl, donde TPP significa tetrafenilporfirina. (TPP) CrCl está disponible comercialmente.
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Ejemplos I-XIII de reacción de carbonilación
Se llevaron a cabo reacciones de carbonilación dentro del ámbito de la invención como sigue para los ejemplos I-VI. Se secó a 90ºC un reactor de Parr de 100 ml, bajo vacío por la noche. En una caja seca, se enfrió en un congelador hasta -35ºC durante al menos 1,5 horas y se equipó con un pequeño tubo de ensayo y varilla de agitación magnética. El tubo de ensayo se cargó con 0,500 ml de compuesto (I) como se describe en la Tabla 1 más adelante, se almacenó a -35ºC, y catalizador como se describe en la Tabla 1 más adelante y la cantidad del mismo como se describe en la Tabla 2 más adelante. Tras extraerlo de la caja seca, el reactor se presurizó hasta la presión como la descrita en la Tabla 2 más adelante, se colocó en un baño de aceite precalentado y el reactor se agitó a temperatura como la expuesta en la Tabla 2 durante la cantidad de tiempo como la indicada en la Tabla 2 más adelante. Cuando hubo pasado el tiempo indicado, se enfrió el reactor en un baño de hielo seco/acetona hasta que la presión alcanzó un mínimo y después se ventiló lentamente. La mezcla cruda se sometió a análisis por NMR. La recogida en trampa de los gases ventilados indica que sólo el 2-5% del material se pierde. Los gases ventilados contenían las mismas relaciones de compuestos (dentro de 3-4%) que la que permanecía en el reactor. Los resultados se exponen en la Tabla 3 más adelante.
Las condiciones de reacción para la reacción de carbonilación del ejemplo VII fueron las siguientes y también incluyen las condiciones expuestas en la Tabla 2 más adelante para el ejemplo VII: Usando una jeringa hermética al gas, se inyectaron diglime (20 ml) y óxido de propileno (10 ml, 143 mmol) secos y desgasificados en un reactor a presión de Parr, de 100 ml, equipado con una válvula de bola y un septo y previamente cargado, en una caja de manipulación con guantes, con catalizador (B) (0,13 g, 0,08 mmol). El reactor se presurizó hasta 7,03 MPa con monóxido de carbono y se agitó por medio de la hélice adjunta a 75ºC durante 21 horas, en cuyo momento se enfrió hasta 3ºC en un baño de hielo y se ventiló.
Las condiciones de reacción para la reacción de carbonilación del ejemplo VIII fueron las siguientes y también incluían las condiciones expuestas en la Tabla 2 más adelante para el ejemplo VIII: usando una probeta graduada exenta de aire, se introdujeron con cánula 20 ml (285 mmol) de óxido de propileno en el anteriormente mencionado reactor de Parr cargado como anteriormente con 0,25 g (0,16 mmol) de catalizador (B). El reactor se presurizó hasta 5,58 MPa con monóxido de carbono y se agitó a temperatura ambiente (22ºC) durante 16 horas, en cuyo momento se enfrió en un baño de hielo y se ventiló.
Las condiciones de reacción para la reacción de carbonilación del ejemplo IX fueron idénticas a las del ejemplo VII, excepto que se usó triglime en vez de diglime y la escala fue diferente (7 ml de triglime, 3,5 ml (50 mmol) de óxido de propileno, 0,15 g (0,09 mmol) de catalizador (B) con las diferencias adicionales expuestas en la Tabla 2 más adelante.
Las condiciones de reacción para la reacción de carbonilación del ejemplo X fueron idénticas a las del ejemplo VIII, excepto por el uso de 0,07 g (0,09 mmol) de catalizador (B) y excepto por las diferencias expuestas en la Tabla 2 más adelante.
Las condiciones de reacción para la reacción de carbonilación del ejemplo XI fueron idénticas a las del ejemplo VIII, excepto por el uso de 0,08 g (0,10 mmol) de catalizador (E^{2}) en lugar del catalizador (B) y excepto por las diferencias expuestas en la Tabla 2 más adelante.
Las condiciones de reacción para la reacción de carbonilación del ejemplo XII fueron idénticas a las del ejemplo VIII, excepto por el uso de 5 ml (71 mmol) de óxido de propileno y 0,05 g (0,04 mmol) de catalizador (F) en lugar del catalizador (B) y excepto por las diferencias expuestas en la Tabla 2 más adelante.
Los resultados para los ejemplos VII-XII se exponen en la Tabla 3 más adelante.
La reacción de carbonilación para el ejemplo XIII se llevó a cabo como sigue. Un reactor de Parr, de 100 ml, equipado con un agitador mecánico, se calentó hasta 80ºC, bajo vacío, por la noche. El reactor se cargó con óxido de propileno y catalizador (D) (solución 0,15 M en triglime), en la caja seca. Tras extracción de la caja seca, el reactor se presurizó hasta 6,89 MPa con monóxido de carbono y se calentó a 80ºC con agitación durante 16 horas. El catalizador se usó en cantidad de 2 por ciento en moles de Co por peso de epóxido. Después de 16 horas, se enfrió el reactor en un baño de hielo hasta que la presión alcanzó un mínimo y después se ventiló lentamente. La mezcla cruda se sometió a análisis por NMR. El catalizador y el compuesto (I) se exponen en la Tabla 1 más adelante. Las condiciones de reacción se exponen en la Tabla 2 más adelante. Los resultados para el ejemplo XIII se exponen en la Tabla 3 más adelante.
Los productos de \beta-lactona resultantes se obtuvieron como mezclas crudas. La purificación para obtener productos de \beta-lactona purificados se lleva a cabo fácilmente por destilación a vacío, cromatografía en columna flash u otras técnicas de purificación estándar.
La Tabla 1 que lista el catalizador y el compuesto (I) para cada uno de los ejemplos I-XIII se expone a continuación.
TABLA 1
24
La Tabla 2 que lista las condiciones de reacción para cada uno de los ejemplos I-XIII se expone a continuación.
TABLA 2
25
La base Co se usa para definir la relación molar de compuesto (I) cargado/catalizador cargado porque todos los catalizadores tienen la característica común de anión de Co(CO)_{4}, así que esto proporciona estandarización.
La Tabla 3 que presenta los resultados para los ejemplos I-XIII se expone a continuación, donde el porcentaje de conversión y porcentaje de selectividad son como se describe previamente y NVA significa número de volumen de actividad y es moles de compuesto (I) consumidos divididos por moles de catalizador cargados.
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TABLA 3
26 
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En el ejemplo I, el producto fue R-BBL.
En el ejemplo XIII también se produjeron 6% de acetona y 40% de polímero.
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Ejemplos XIV-XXI de reacción de carbonilación (sin ejemplo XVII)
Las reacciones de carbonilación de estos ejemplos se llevaron a cabo en presencia de 5% en moles de catalizador G (0,2 M en DME) bajo una presión de monóxido de carbono de 6,21 MPa. En cada caso, el compuesto (I) estaba presente en una cantidad de 1,92 mmol. El número de ejemplo, compuesto (I), temperatura de reacción, tiempo de reacción, producto y rendimiento obtenidos, se listan en la Tabla 4 siguiente:
TABLA 4
27
Los rendimientos se determinaron por espectroscopia de ^{1}H NMR. El exceso enantiomérico para el ejemplo XV fue mayor que 99% de (R)-\beta-butirolactona. Los resultados para los ejemplos XIV, XV, XVI, XVIII, XX y XXI fueron 100% regioselectivos, es decir que la inserción se produjo en el carbono menos sustituido. En los casos de los Ejemplos XIX, la inserción en el carbono más sustituido también está presente y se muestran los dos productos. En la Tabla 4, el compuesto (I) para el ejemplo XIV es óxido de propileno, el compuesto (I) para el ejemplo XV es (R)-óxido de propileno, el compuesto (I) para el ejemplo XVI es 1,2-epoxibutano, el compuesto (I) para el ejemplo XVIII es epiclorhidrina, el compuesto (I) para el ejemplo XIX es óxido de isobutileno, el compuesto (I) para el ejemplo XX es cis-2,3-epoxibutano y el compuesto (I) para el ejemplo XXI es trans-2,3-epoxibutano.
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Ejemplos XXII-XXIV de carbonilación
Las reacciones de carbonilación de estos ejemplos se llevaron a cabo en presencia de 5% en moles de catalizador (G) y para cada sustrato también con catalizador (H) (0,2 M en DME) bajo una presión de monóxido de carbono de 6,21 MPa. En cada caso, el compuesto (I) estaba presente en una cantidad de 1,92 mmol. El número de ejemplo, compuesto (I), temperatura de reacción, tiempo de reacción, producto y rendimiento obtenidos, se listan en la Tabla 5 siguiente:
TABLA 5
28 
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Los rendimientos se determinaron por espectroscopia de ^{1}H NMR. Los resultados para los ejemplos XXII, XXIII y XXIV fueron 100% regioselectivos.
En la Tabla 5, Ph es fenilo y Ts es tosilo. El compuesto (I) para el ejemplo XXII es 1-bencil-2-metilaziridina, para el ejemplo XXIII es 7-bencil-7-azabiciclo[4.1.0]heptano y para el ejemplo XXIV es 1-tosil-2-metilaziridina.
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Ejemplo XXVI de carbonilación (sin ejemplo XXV)
Se carboniló oxetano en presencia de 1% en moles de catalizador (E^{1}) bajo una presión de monóxido de carbono de 6,07 MPa, sola, durante 1,5 horas a 50ºC. El producto de interés era
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29 
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El porcentaje de conversión fue alrededor de 30% (incluye el producto de interés y otros productos).
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Ejemplos XXVII-XXXVII de carbonilación
Estos ejemplos implican la carbonilación de \beta-lactonas según la siguiente ecuación de reacción:
30
Los materiales de partida, las condiciones de reacción y los resultados se dan en la Tabla 6 siguiente. Con respecto a los materiales de partida, en cada caso R_{1} y R_{4} son H.
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TABLA 6
31 
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En la tabla anterior, Me es metilo, Et es etilo, Ph es fenilo y DME es dimetoxietano.
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Ejemplo XXXVIII de carbonilación
El compuesto (I) fue bencil-glicidil-éter. El bencil-glicidil-éter se carboniló en presencia de 1% en moles de catalizador (H), sola, bajo una presión de monóxido de carbono de 5,52 MPa, durante 15 horas a 50ºC.
\newpage
Ejemplos XXXIX, XL y XLI de carbonilación
Para el ejemplo XXXIX, el compuesto (I) fue óxido de 1-buteno. Para el ejemplo XL, el compuesto (I) fue óxido de 1-hepteno. Para el ejemplo XLI, el compuesto (I) fue óxido de cicloocteno. En cada caso, el compuesto (I) se carboniló en presencia de 0,4% en moles de catalizador (J), sola, bajo una presión de monóxido de carbono de 6,89 MPa, durante 20 horas a 60ºC. El producto del ejemplo XLI de carbonilación fue 9-oxa-biciclo[6.2.0]decan-10-ona y tiene la estructura:
32
Ejemplo XLII de carbonilación
El compuesto (I) fue óxido de ciclododecano. El óxido de ciclododecano se carboniló en presencia de 1,67% en moles de catalizador (G), sola, bajo una presión de monóxido de carbono de 9,65 MPa, durante 6 horas a 50ºC. El producto fue 13-oxa-biciclo[10.2.0]tetradecan-14-ona y tiene la estructura:
33
Ejemplo XLIII de carbonilación
El compuesto (I) fue:
34
El compuesto (I) se carboniló en presencia de 5% en moles de catalizador (GI), en dimetoxietano, bajo una presión de monóxido de carbono de 6,21 MPa, durante 4 horas a 50ºC. El producto de reacción fue una mezcla de las dos oxazinonas isómeras:
35

Claims (29)

1. Un procedimiento para la carbonilación de un compuesto (I) que tiene la fórmula:
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36 
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donde:
R_{1}, R_{2}, R_{3} y R_{4} se seleccionan de hidrógeno, alquilo de C_{1}-C_{20} y arilo de C_{6}-C_{20}, donde el alquilo y arilo están opcionalmente sustituidos con halógeno; y alquil(arilo) que contiene hasta 20 átomos de carbono; tosilo; un sustituyente que proporcione un éter de bencilo; sustituyentes que contengan desde 1 hasta 20 átomos de carbono y proporcionen un grupo funcional éster, cetona, alcohol, ácido, aldehído o amida, y donde R_{2} y R_{4} se pueden unir para formar un anillo,
X se selecciona de O, S y NR_{5}, donde R_{5} se selecciona de hidrógeno, alquilo de C_{1}-C_{20} y arilo de C_{6}-C_{20}, donde el alquilo y arilo están opcionalmente sustituidos con halógeno; y alquil(arilo) que contiene hasta 20 átomos de carbono; tosilo; un sustituyente que proporcione un éter de bencilo; sustituyentes que contengan desde 1 hasta 20 átomos de carbono y proporcionen un grupo funcional éster, cetona, alcohol, ácido, aldehído o amida,
n es 0 o 1, e
Y es C=O o CH_{2},
comprendiendo dicho procedimiento la etapa de hacer reaccionar el compuesto (I) con monóxido de carbono en presencia de una cantidad catalíticamente eficaz de catalizador que tiene la fórmula general
[ácido de Lewis]^{z+}{[QM(CO)_{x}]^{w-}}_{y},
donde:
ácido de Lewis es un aceptor de par de electrones que se puede combinar con una molécula o ion que sea un donante de par de electrones formando enlace(s) o covalente o coordinado,
Q es cualquier ligando y no necesita estar presente,
M es un metal de transición seleccionado de los Grupos 4, 5, 6, 7, 8, 9 y 10 de la tabla periódica de los elementos,
z es la valencia del ácido de Lewis y varía desde 1 hasta 6,
w es la carga del metal carbonilo y varía desde 1 hasta 4,
y es un número tal que w veces y es igual a z, y
x es un número tal como para proporcionar un metal carbonilo aniónico estable para {[QM(CO)_{x}]^{w-}}_{y}, excluyendo dicho catalizador el catalizador formado a partir de la combinación de una fuente de cobalto y una piridina sustituida con hidroxilo, y
\newpage
el producto (a) que tiene la fórmula estructural:
37
donde
R_{1}, R_{2}, R_{3}, R_{4} y X corresponden a R_{1}, R_{2}, R_{3}, R_{4} y X en (I) incluyendo R_{2} y R_{4} formando un anillo si ese es el caso para el compuesto (I);
en el caso donde n para el compuesto (I) sea 0, n para el producto (II) es 0 o 1 y, si está presente, Y es C=O, y,
en el caso donde n para el compuesto (I) sea 1, n para el producto (II) es 1 e Y es C=O o CH_{2},
o (b) cuando el compuesto (I) tiene la fórmula (XII):
38
que comprende una mezcla de
39
2. Un procedimiento de la reivindicación 1, en el que el producto tiene la fórmula estructural:
40
donde:
R_{1}, R_{2}, R_{3}, R_{4} y X corresponden a R_{1}, R_{2}, R_{3}, R_{4} y X en (I) incluyendo R_{2} y R_{4} formando un anillo, si ese es el caso para el compuesto (I);
en el caso donde n para el compuesto (I) sea 0, n para el producto (II) es 0 o 1 y, si está presente, Y es C=O, y,
en el caso donde n para el compuesto (I) sea 1, n para el producto (II) es 1 e Y es C=O o CH_{2}.
\vskip1.000000\baselineskip
3. Un procedimiento de la reivindicación 2, en el que n para el compuesto (I) es 1.
4. Un procedimiento de la reivindicación 1, en el que el compuesto (I) tiene la fórmula (XII):
41
y el producto comprende una mezcla de
42
5. Un procedimiento de la reivindicación 3, en el que n para el compuesto (I) es 0.
6. Un procedimiento de una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el catalizador tiene la fórmula estructural:
43
donde So es un donante de dos electrones neutro, ^{t}Bu es t-butilo y M es Al o Cr.
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7. Un procedimiento de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que el catalizador es
44
donde ^{t}Bu es t-butilo y So es un donante de dos electrones neutro.
8. Un procedimiento de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que el catalizador es
45
donde So es un donante de dos electrones neutro y Ph es fenilo.
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9. Un procedimiento de la reivindicación 3 o la reivindicación 4, en el que el catalizador tiene la estructura:
46
donde M es metal tal que (VI) sea estable.
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10. Un procedimiento de la reivindicación 9, en el que el catalizador tiene la estructura (VI) donde M es titanio con una valencia de tres o samario con una valencia de tres.
11. Un procedimiento de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que el catalizador tiene la estructura
47
donde THF es tetrahidrofurano y ^{t}Bu es t-butilo y M es Al o Cr.
\newpage
12. Un procedimiento de una cualquiera de las reivindicaciones 1, 2 y 4 a 11, en el que n para el compuesto (I) es 1 e Y es CH_{2}.
13. Un procedimiento de una cualquiera de las reivindicaciones 1, 2 y 4 a 11, en el que n para el compuesto (I) es 1 e Y es C=O.
14. Un procedimiento de una cualquiera de las reivindicaciones 1, 2 y 4 a 11, en el que X es O.
15. Un procedimiento de la reivindicación 12, en el que el compuesto (I) se selecciona de óxido de propileno, óxido de 1-buteno, epiclorhidrina, óxido de isobutileno, 2,3-epoxibutano, bencil-glicidil-éter, óxido de 1-hepteno, óxido de cicloocteno, 1,2-epoxi-5-hexeno y oxetano (es decir, donde n para el compuesto (I) es 1, Y es CH_{2}, y R_{1}, R_{2}, R_{3} y R_{4} son H).
16. Un procedimiento de la reivindicación 14, en el que el compuesto (I) es R-óxido de propileno.
17. Un procedimiento de la reivindicación 14, en el que n para la fórmula (I) es 1, Y es C=O y o (a) R_{1}, R_{3} y R_{4} son H y R_{2} es metilo, etilo o CCl_{3}, o (b) R_{1}, R_{2} y R_{4} son H y R_{3} es Me o Ph.
18. Un procedimiento de una cualquiera de las reivindicaciones 1, 2, 3 y 5 a 13, en el que X es NR_{5} y R_{5} es como se define en la reivindicación 1.
19. Un procedimiento de la reivindicación 1, en el que el compuesto (I) se selecciona de (S)-(-)-1,2-aziridincarboxilato de 1-bencilo 2-metilo; (S)-(+)-2-bencil-1-(p-tolilsulfonil)aziridina y (S)-(-)-1-tritil-2-aziridincarboxilato de metilo.
20. Un procedimiento de una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que en la porción [ácido de Lewis]^{z+} del catalizador está presente un donante de dos electrones neutro y llena la valencia de coordinación del ácido de Lewis catiónico.
21. Un procedimiento de la reivindicación 20, en el que la porción [ácido de Lewis]^{z+} del catalizador contiene un centro de aluminio o cromo.
22. Un procedimiento de la reivindicación 20 o la reivindicación 21, en el que el donante de dos electrones neutro es tetrahidrofurano.
23. Un procedimiento de una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la reacción se lleva a cabo a una temperatura que varía desde 40ºC hasta 80ºC, en presencia de un catalizador en una relación molar de compuesto (I) a catalizador (en base cobalto) que varía desde 100:1 hasta 2.000:1.
24. Un procedimiento de la reivindicación 23 cuando es dependiente de la reivindicación 6, en el que el catalizador es de fórmula (V) en la que M es Al y So es tetrahidrofurano y el compuesto (I) es (R)-óxido de propileno y el producto es (R)-\beta-butirolactona.
25. Un procedimiento de la reivindicación 22 cuando es dependiente de la reivindicación 9, en el que el catalizador es de fórmula (VI) en la que M es titanio con una valencia de tres y el compuesto (I) es cis-2,3-epoxibutano.
26. Un procedimiento de la reivindicación 22 cuando es dependiente de la reivindicación 9, en el que el catalizador es de fórmula (VI) en la que M es titanio con una valencia de tres y el compuesto (I) es trans-2,3-epoxibutano.
27. Un procedimiento de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que la porción [ácido de Lewis]^{z+} del catalizador no contiene un donante de dos electrones neutro.
28. Un compuesto seleccionado de los que tienen la fórmula estructural:
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48 
\newpage
donde ^{t}Bu es t-butilo, M es Al o Cr y So es un donante de dos electrones neutro;
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49 
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donde ^{t}Bu es t-butilo y So es un donante de dos electrones neutro;
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50 
\newpage
donde ^{t}Bu es t-butilo y So es un donante de dos electrones neutro;
51
donde THF es tetrahidrofurano, M es Al o Cr y ^{t}Bu es t-butilo;
52
donde ^{t}Bu es t-butilo y So es un donante de dos electrones neutro, y
53
donde Ph es fenilo y So es un donante de dos electrones neutro.
29. Un compuesto de la reivindicación 28, en el que So es tetrahidrofurano.
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