ES2932872T3 - Proceso continuo para preparar un compuesto carbonílico ópticamente activo por hidrogenación asimétrica - Google Patents

Abstract

Un proceso para la preparación continua de un compuesto de carbonilo ópticamente activo por hidrogenación asimétrica de un compuesto quiral proquiral α, β-insaturado con hidrógeno en presencia de un catalizador de rodio homogéneo que tiene al menos un ligando quiral, en el que una mezcla de reacción líquida que contiene el proquiral α El compuesto de carbonilo ,β-insaturado se somete a una hidrogenación gas/líquido bifásica en un primer reactor de retromezclado, y la mezcla de reacción líquida se hidrogena luego más en un segundo reactor, en el que una concentración del compuesto de carbonilo α,β-insaturado proquiral en el Se establece un primer reactor de 3% a 20% en peso. El proceso permite una alta conversión global al compuesto de carbonilo α,β insaturado proquiral. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Proceso continuo para preparar un compuesto carbonílico ópticamente activo por hidrogenación asimétrica

La presente invención se refiere a un proceso para preparar compuestos carbonílicos ópticamente activos por hidrogenación asimétrica de un compuesto carbonílico proquiral a,p-insaturado con hidrógeno en presencia de al menos un catalizador de rodio homogéneo que comprende al menos un ligando quiral. Más específicamente, la presente invención se refiere a un proceso para la preparación de citronelal ópticamente activo.

Muchos aldehídos y cetonas ópticamente activos son sustancias intermedias valiosas para la síntesis de ingredientes activos y valor quiral refinado más alto, y a menudo son sustancias de olor y sabor deseados.

El mentol representa una de las sustancias químicas aromáticas más importantes, cuya principal cantidad se sigue aislando de fuentes naturales. Un enfoque sintético total para el enantiómero natural L-mentol utiliza la hidrogenación asimétrica (enantioselectiva) de geraniol o nerol para obtener el citronelal ópticamente activo. El citronelal, ópticamente activo, puede ser ciclizado con ácido para formar L-isopulegol e hidrogenado para formar L-mentol. Existe una necesidad constante de optimización con respecto a la eficiencia económica del proceso y, en particular, de la etapa de hidrogenación asimétrica introductoria.

El documento DE 19854637 A1 describe un reactor para reacciones continuas de gas-líquido, líquido-líquido y gaslíquido-sólido, con una boquilla de chorro dirigida hacia abajo y un tubo guía dispuesto concéntricamente.

El documento EP-A 0 000 315 se refiere a un proceso para la preparación de citronelal ópticamente activo por hidrogenación de geraniol o nerol en presencia de un complejo catalizador de rodio y una fosfina quiral disuelta en el sistema de reacción.

El documento DE 10 2004 049 631 describe un proceso para la preparación de compuestos carbonílicos ópticamente activos por hidrogenación asimétrica de compuestos carbonílicos a,p-insaturados en presencia de catalizadores de metales de transición ópticamente activos solubles en el sistema de reacción y que tienen al menos un ligando de monóxido de carbono.

El documento WO 2009/153123 describe un proceso continuo para la hidrogenación de compuestos orgánicos en un sistema multifásico en presencia de un catalizador homogéneo o heterogéneo, en el que el proceso se lleva a cabo en dos etapas, la primera en un reactor de bucle con intercambiador de calor externo y la segunda en un reactor de columna de burbujas con retromezclado limitado.

La presente invención se refiere a un proceso para la preparación continua de un compuesto carbonílico ópticamente activo por hidrogenación asimétrica de un compuesto carbonílico proquiral a,p-insaturado con hidrógeno en presencia de un catalizador de rodio homogéneo que tiene al menos un ligando quiral, que comprende someter una mezcla de reacción líquida que contiene el compuesto carbonílico proquiral a,p-insaturado a la hidrogenación en dos fases gas/líquido en un primer reactor de retromezclado, y

la mezcla líquida de reacción se hidrogena aún más en un segundo reactor,

en el que el compuesto carbonílico proquiral a,p-insaturado se emplea en el primer reactor en una concentración del 3% al 20% en peso.

Se descubrió que la velocidad de reacción de la hidrogenación del compuesto carbonílico proquiral a,p-insaturado con hidrógeno en presencia del catalizador homogéneo de rodio a bajas concentraciones del compuesto carbonílico a,p-insaturado aumenta inicialmente de forma pronunciada con la concentración del compuesto carbonílico a,pinsaturado, pero luego disminuye bruscamente a mayores concentraciones del compuesto carbonílico a,pinsaturado. Presumiblemente, a altas concentraciones del compuesto carbonílico a,p-insaturado, el doble enlace olefínico del compuesto carbonílico a,p-insaturado puede interactuar con el átomo de rodio del catalizador e inhibir reversiblemente el catalizador. Este comportamiento también se denomina inhibición del reactivo.

En el proceso según la invención, se hace reaccionar una mezcla de reacción líquida en un primer reactor de mezcla inversa. El retromezclado con el producto de hidrogenación conduce a una dilución del compuesto carbonílico a,pinsaturado y a una minimización de la inhibición del reactivo.

La velocidad de reacción puede expresarse como la cantidad de compuesto carbonílico a,p-insaturado convertido por tiempo, normalizada a la cantidad de átomos de rodio. Muestra un Vmax máximo cuando se representa gráficamente (en las condiciones de presión y temperatura del primer reactor) frente a la concentración del compuesto carbonilo proquiral a,p-insaturado. Preferentemente, en el primer reactor se fija una concentración del compuesto carbonílico proquiral a,p-insaturado a la que la velocidad de reacción es al menos 0,8 veces Vmax. En el primer reactor, se establece una concentración del compuesto carbonílico proquiral a,p-insaturado en la fase líquida de 3 a 20 % en peso, preferentemente de 5 a 20 % en peso, especialmente de 5 a 15 % en peso, como de 7 a 13 % en peso, de 8 a 12 % en peso o de 9 a 11 % en peso, por ejemplo 10 % en peso. Dado que, a pesar del retromezclado en el primer reactor, la concentración del compuesto carbonílico proquiral a,p-insaturado en la fase líquida no es completamente homogénea, se considera que la concentración del compuesto carbonílico proquiral a,p-insaturado es su concentración en la fase líquida a la salida del primer reactor.

Para aumentar la conversión, la mezcla líquida de reacción se hace reaccionar en un segundo reactor. Las altas concentraciones de compuesto carbonílico proquiral sin reaccionar (en lo sucesivo también denominado "reactivo") en la mezcla de reacción final también conducen a altas concentraciones residuales de compuesto carbonílico proquiral a,p-insaturado en el residuo del catalizador, del que se separa el compuesto carbonílico ópticamente activo, por ejemplo, por destilación. El residuo de catalizador suele reciclarse en la reacción de hidrogenación tras una preformación que se describe a continuación. Las altas concentraciones residuales del compuesto carbonilo proquiral a,p-insaturado perjudican la preformación. Por lo tanto, es deseable completar en gran medida la conversión en el segundo reactor y minimizar la concentración del compuesto carbonílico proquiral sin reaccionar. Preferentemente, en el segundo reactor, la mezcla de reacción líquida se hace reaccionar hasta una concentración del compuesto carbonílico proquiral a,p-insaturado inferior al 5% en peso, en particular inferior al 3% en peso, tal como inferior al 2% en peso o inferior al 1% en peso.

Preferentemente, la relación entre el volumen de reacción del primer reactor y el volumen de reacción del segundo reactor es de 1:1 a 1:5, en particular de 1:2 a 1:4, por ejemplo de aproximadamente 1:3,5.

El comportamiento del tiempo de residencia en un reactor puede representarse mediante el modelo de cascada (véase, por ejemplo, Baerns, Hofmann, Renken, "Chemical Reaction Engineering"), que describe un reactor real mediante un número teórico N (denominado número de recipientes) de recipientes agitados ideales conectados en serie. Los recipientes son iguales en volumen y el volumen de reacción no cambia. Es imposible la mezcla inversa entre los distintos recipientes. El número de recipientes N puede estar entre 1 e infinito, pero sólo puede tomar valores enteros. Los estados extremos son N = 1 (mezcla completa, tanque agitado ideal) o N = ~ (sin retromezclado axial, tubo de flujo ideal).

En el proceso según la invención, el primer reactor tiene preferentemente un número de recipientes en el intervalo de 1 a 3, en particular 1 o 2.

Preferentemente, el primer reactor está diseñado como un reactor de bucle. Ejemplos de reactores de bucle son los reactores tubulares con bucles internos y externos. Estos reactores se describen con más detalle, por ejemplo, en la Enciclopedia de Ullmann (Enciclopedia de química industrial de Ullmann, Verlag Chemie, edición electrónica 2008, 7a edición, capítulo "Stirred Tank and Loop Reactors" y capítulo "Bubble Columns"). Un reactor de bucle suele consistir en un reactor tubular vertical, preferentemente cilíndrico.

La relación longitud/diámetro del reactor de bucle es típicamente de 2:1 a 100:1, preferentemente de 5:1 a 100:1, más preferentemente de 5:1 a 50:1, particularmente preferentemente de 5:1 a 30:1.

El reactivo se introduce en cualquier punto del reactor tubular, preferentemente a través de una boquilla de chorro, en particular una boquilla de chorro dispuesta por encima del nivel del líquido. El término boquilla de chorro suele referirse a un tubo que se estrecha en la dirección del flujo. La boquilla de chorro provoca la mezcla del primer reactor.

La entrada de potencia específica del volumen al primer reactor es preferentemente de 0,5 a 5 kW/m3, por ejemplo de 1,0 a 4 kW/m3 o de 1,5 a 3 kW/m3. La potencia específica del volumen se puede determinar como el producto de la presión diferencial a través de la boquilla del chorro y el flujo de volumen a través de la boquilla.

La boquilla de chorro puede ser diseñada como una boquilla de una o dos sustancias. Con la boquilla monosubstancia, sólo se inyecta la mezcla líquida de reacción y el hidrógeno se inyecta en cualquier otro punto, pero preferentemente en la zona inferior del reactor.

Lo ventajoso de esta realización es la construcción sencilla de dicha boquilla de una sola sustancia. Inyectar el hidrógeno en la zona inferior del reactor favorece ventajosamente la circulación de la mezcla de reacción en el reactor. En la boquilla de dos sustancias, el hidrógeno se alimenta y dispersa junto con la mezcla líquida de reacción.

En una realización preferente, la mezcla de reacción se dosifica hacia abajo a través de una boquilla de chorro de una sola sustancia situada en la cabeza del reactor. El hidrógeno se acumula en el espacio de gas por encima del nivel de líquido en el reactor. El chorro procedente de la boquilla cae a través del espacio gaseoso y, al entrar en la fase líquida, choca con el gas hidrógeno, que se rompe así en burbujas y se dispersa en la fase líquida.

El reactor de bucle se diseña generalmente como un reactor tubular con un circuito externo (bucles externos). En un reactor de bucle con un circuito externo, suele haber una salida en cualquier punto del reactor, preferentemente en la zona inferior del mismo, a través de la cual la mezcla de reacción se devuelve a la boquilla de chorro en un circuito externo mediante un transportador. El elemento de suministro es preferentemente una bomba, por lo que el circuito externo suele denominarse circuito de bomba de transferencia.

Ejemplos de bombas son las bombas centrífugas o las bombas de pistones rotativos, como las bombas de pistones rotativos, las bombas de paletas rotativas, las bombas de pistones rotativos o las bombas de engranajes. Se prefieren las bombas centrífugas como dispositivo de suministro.

Preferentemente, el primer reactor está diseñado como un reactor de bucle con un circuito externo, en el que un intercambiador de calor está situado en el circuito externo. En el contexto de la presente invención, dicho reactor se denomina reactor de bucle con un intercambiador de calor externo.

El intercambiador de calor es, por ejemplo, un intercambiador de calor de carcasa y tubos, un intercambiador de calor de doble tubo, un intercambiador de calor de placas o un intercambiador de calor en espiral. A presiones de diseño del reactor inferiores a 100 bar, se utiliza preferentemente un intercambiador de calor de carcasa y tubos; a presiones superiores, se prefieren uno o varios intercambiadores de calor de doble tubo conectados en serie.

El reactor de bucle con intercambiador de calor externo suele funcionar de manera que parte de la mezcla de reacción se bombea fuera del reactor a través del circuito de bombeo externo en el que se encuentra el intercambiador de calor externo, con lo que la mezcla de reacción bombeada a través del intercambiador de calor se enfría. Debido a la recirculación externa, la mezcla de reacción en la primera etapa de reacción suele estar fuertemente mezclada y recirculada, por lo que el tiempo de residencia en la primera etapa suele corresponder al de un tanque agitado completamente de retromezclado (CSTR).

La mezcla de reacción se devuelve finalmente al reactor por medio de la boquilla de chorro. Normalmente, los reactivos frescos y la solución catalizadora se dosifican en el circuito de recirculación y se introducen en el reactor como una mezcla de reacción junto con la corriente que ya está en el circuito de recirculación.

En una realización preferente, el reactor de bucle está diseñado de tal manera que, además del circuito externo, se forma un llamado flujo de bucle interno. En un reactor de bucle con flujo de bucle interno, se suele disponer un tubo guía concéntrico, preferentemente cilíndrico, en el interior del reactor tubular, que se extiende esencialmente a lo largo de todo el reactor tubular con la excepción de los extremos del reactor.

El tubo guía suele estar diseñado como un tubo simple. La relación entre la longitud y el diámetro del tubo guía es generalmente de 5:1 a 100:1, preferentemente de 5:1 a 50:1.

El diámetro del tubo guía es menor que el diámetro del reactor tubular. La relación entre el diámetro del tubo guía y el diámetro del reactor tubular suele ser de 0,3:1 a 0,9:1, preferentemente de 0,5:1 a 0,7:1. El espacio entre el tubo guía y la pared interior del reactor se denomina generalmente anillo.

La boquilla de chorro suele estar dispuesta de manera que el chorro de gas/líquido producido por la boquilla de chorro se dirija al tubo guía. La boquilla del chorro se encuentra preferentemente por encima del extremo superior del tubo guía. La punta de la boquilla está por encima del nivel del líquido y no está sumergida en la fase líquida. El chorro de gas/líquido generado por la tobera de chorro provoca un flujo descendente en el tubo guía (columna de flujo descendente), que se desvía después de salir del tubo guía de modo que el líquido en el espacio anular entre el tubo guía y la pared interior del reactor fluye de nuevo hacia arriba en dirección a la tobera de chorro (columna de flujo ascendente). Esto suele crear un flujo de bucle interno. La relación entre los caudales volumétricos del flujo del bucle interno y de la mezcla de reacción bombeada externamente es preferentemente de 2 a 30:1, más preferentemente de 5 a 20:1.

Desde el primer reactor, al menos una parte de la mezcla de reacción se alimenta al segundo reactor. En el segundo reactor, el retromezclado se limita preferentemente para que la distribución del tiempo de residencia en este segundo reactor se aproxime a la de un reactor tubular. Debido a este tiempo de residencia del líquido definido, la conversión del reactivo puede tener lugar casi por completo. El segundo reactor tiene preferentemente un número de recipientes superior a 4, en particular más de 5 o más de 6.

El segundo reactor suele consistir en un reactor tubular vertical, preferentemente cilíndrico. La relación entre la longitud y el diámetro del reactor suele ser de 2:1 a 100:1, preferentemente de 5:1 a 50:1, más preferentemente de 7:1 a 25:1.

En una sección del segundo reactor situada hacia la salida del segundo reactor, la hidrogenación se lleva a cabo preferentemente en fase líquida única, es decir, no hay fase gaseosa dispersa en la sección situada hacia la salida del segundo reactor y la hidrogenación se lleva a cabo exclusivamente con el hidrógeno disuelto en la fase líquida. Como las conversiones de hidrogenación hacia la salida del segundo reactor son bajas, la concentración de hidrógeno disuelto es suficiente. La ausencia de una fase gaseosa discreta hacia la salida del segundo reactor puede aumentar la retención de líquido del segundo reactor y aumentar el tiempo de residencia de la fase líquida en el segundo reactor. Dado que la hidrogenación tiene lugar en la fase líquida, el espacio de reacción se aprovecha de forma óptima. La sección de funcionamiento monofásico líquido del segundo reactor representa preferentemente entre el 30 y el 50 % del volumen total del segundo reactor.

El retromezclado en el segundo reactor está preferentemente limitado por las partes internas. La instalación de estos dispositivos suele restringir la circulación y, por lo tanto, el retromezclado de gas y líquido.

La limitación del retromezclado en el segundo reactor puede realizarse mediante la instalación de diferentes elementos internos. En una realización preferente, la limitación del retromezclado se consigue mediante la instalación de varios fondos fijos en el reactor tubular. Así, se crean segmentos individuales ("compartimentos") con volúmenes de reacción definidos entre los distintos suelos. Cada uno de los segmentos individuales suele actuar como un único reactor de tanque agitado con mezcla posterior. Con un número creciente de segmentos individuales en sucesión, la distribución del tiempo de residencia de dicha cascada suele aproximarse al tiempo de residencia de un reactor tubular. El número de segmentos individuales formados de esta manera es preferentemente de 2 a 20, particularmente preferente de 2 a 10, especialmente preferente de 3 a 6. Los suelos se diseñan preferentemente como suelos permeables a los líquidos. De manera especialmente preferente, los estantes están diseñados como láminas perforadas.

Para garantizar una saturación de hidrógeno suficiente, el gas hidrógeno se dispersa preferentemente en la mezcla líquida de reacción en una sección del segundo reactor situada hacia la entrada del mismo, por ejemplo, en el primer segmento individual del segundo reactor.

Para ello, la sección del segundo reactor situada en la entrada del segundo reactor se diseña preferentemente como un reactor de bucle con un circuito externo. La dispersión del hidrógeno en la sección se realiza preferentemente a través de una boquilla de chorro. La boquilla de chorro puede diseñarse como boquilla de una o dos sustancias. En cualquier punto de la sección hay una salida a través de la cual la mezcla de reacción se devuelve a la boquilla de chorro en un circuito externo por medio de un transportador. El hidrógeno puede alimentarse junto con la mezcla líquida de reacción o dosificarse en cualquier punto de la sección situada para la entrada en el segundo reactor. Preferentemente, el reactor de bucle externo comprende un intercambiador de calor y es operado de tal manera que la mezcla de reacción que pasa del reactor a través del bucle de bombeo externo es enfriada por el intercambiador de calor.

En una realización preferente, la mezcla de reacción se dosifica hacia abajo a través de una boquilla de chorro de una sola sustancia situada en la cabeza del segundo reactor. El chorro procedente de la boquilla cae a través del espacio gaseoso y, al entrar en la fase líquida, impacta con el gas, que se rompe así en burbujas y se dispersa en la fase líquida.

El número de segmentos individuales del segundo reactor es preferentemente de 2 a 10, particularmente preferente de 2 a 10, especialmente preferente de 3 a 6. El volumen del primer segmento individual en el que se dispersa el gas hidrógeno en la mezcla líquida de reacción es preferentemente del 30 al 70%, en base al volumen total del segundo reactor. Los penúltimos segmentos individuales del segundo reactor funcionan preferentemente en modo monofásico líquido; los penúltimos segmentos individuales del segundo reactor representan entonces preferentemente del 30 al 70 % del volumen total del segundo reactor.

El primer reactor y el segundo reactor están dispuestos preferentemente como dos aparatos espacialmente separados que están conectados entre sí a través de tuberías.

En otras realizaciones, ambos reactores pueden estar dispuestos en un aparato (reactor de hidrogenación). En esta realización preferente, el reactor de hidrogenación está diseñado como un tubo largo y cilíndrico (diseño cilíndrico alto).

Un compuesto carbonílico proquiral a,p-insaturado puede formar un centro de quiralidad por reacción de adición al doble enlace olefínico. Para ello, el doble enlace lleva cuatro sustituyentes diferentes. El compuesto carbonílico proquiral a,p-insaturado se selecciona preferentemente de entre los compuestos del la Fórmula general (I)

( I)

en la que

R1, R2 son diferentes entre sí y cada uno de ellos es un radical hidrocarburo no ramificado, ramificado o cíclico que tiene de 1 a 25 átomos de carbono, que está saturado o tiene uno o más dobles enlaces etilénicos no conjugados, y que no está sustituido o lleva uno o más sustituyentes idénticos o diferentes seleccionados entre OR4, NR5aR5b, halógeno, arilo C6-C10 y heteroarilo que tiene de 5 a 10 átomos anulares,

R3 es hidrógeno o un radical hidrocarburo no ramificado, ramificado o cíclico que tiene de 1 a 25 átomos de carbono, que está saturado o tiene uno o más dobles enlaces etilénicos no conjugados y que no está sustituido o lleva uno o más sustituyentes idénticos o diferentes seleccionados entre OR4, NR5aR5b, halógeno, arilo C6-C10 y heteroarilo que tiene de 5 a 10 átomos anulares,

o

R3 junto con uno de los radicales R1 o R2 también puede indicar un grupo alquileno de 3 a 25 miembros en el que 1, 2, 3 o 4 grupos CH2 no adyacentes pueden ser sustituidos por O o N-R5c, donde el grupo alquileno está saturado o tiene uno o más dobles enlaces etilénicos no conjugados, y donde el grupo alquileno no está sustituido o lleva uno o más sustituyentes idénticos o diferentes seleccionados entre OR4, NR5aR5b, halógeno, alquilo C1-C4, arilo C6-C10 y heteroarilo con 5 a 10 átomos anulares, arilo C6-C10 y heteroarilo que tienen de 5 a 10 átomos anulares, en los que dos sustituyentes también pueden representar juntos un grupo alquileno de 2 a 10 miembros, en el que el grupo alquileno de 2 a 10 miembros está saturado o tiene uno o más dobles enlaces etilénicos no conjugados, y en el que el grupo alquileno de 2 a 10 miembros no está sustituido o lleva uno o más sustituyentes idénticos o diferentes seleccionados de entre OR4, NR5aR5b, halógeno, arilo C6-C10 y heteroarilo con 5 a 10 átomos anulares; en la que

R4 es hidrógeno, alquilo C1-C6, arilo C6-C10, arilo C6-C14- alquilo C1-C10, o alquilo C1-C10- arilo C6-C14;

R5a, R5b son cada uno, independientemente de los otros, hidrógeno, alquilo C1-C6, arilo C6-C10, aril C6-C14-alquilo C1-C10 o alquil C1-C10-arilo C6-C14, o

R5a y R5b juntos también pueden indicar una cadena de alquileno con 2 a 5 átomos de carbono, que puede estar interrumpida por N u O; y

R5c es hidrógeno, alquilo C1-C6, arilo C6-C10, aril C6-C14-alquilo C1-C10 o alquil C rC 10-arilo C6-C14.

En realizaciones preferentes, el compuesto carbonílico proquiral a,p-insaturado se selecciona entre los compuestos de las fórmulas generales (la) y (Ib)

en las que

R1, R2 en cada caso representa un radical hidrocarburo no ramificado o ramificado que tiene de 2 a 25 átomos de carbono, que está saturado o tiene 1, 2, 3, 4 o 5 dobles enlaces etilénicos no conjugados.

Una realización particularmente preferente se refiere a un proceso para la preparación de citronelal ópticamente activo de fórmula (III)

en la que * indica el centro de asimetría;

por hidrogenación asimétrica del geraniol de la fórmula (la-1) o del nerol de la fórmula (lb-1)

o una mezcla que contenga Nerol y Geraniol. Una mezcla que contiene Nerol y Geraniol se conoce como Citral.

El citronelal ópticamente activo de fórmula (111) así obtenido puede someterse a una ciclización para obtener isopulegol ópticamente activo y el isopulegol ópticamente activo puede hidrogenarse para obtener mentol ópticamente activo.

El proceso según la invención permite preparar compuestos carbonílicos ópticamente activos, en particular aldehidos ópticamente activos, en altos rendimientos y excesos enantioméricos. Por lo general, los compuestos asimétricamente hidrogenados deseados se obtienen en un exceso enantiomérico de al menos el 80 % de ee, a menudo con un exceso enantiomérico de aproximadamente el 85 a aproximadamente el 99 % de ee. Hay que tener en cuenta que el máximo exceso enantiomérico alcanzable puede depender de la pureza del sustrato utilizado, especialmente en lo que respecta a la pureza isomérica del doble enlace a hidrogenar. Consiguientemente, particularmente las sustancias de partida adecuadas son aquellas que tienen una proporción de isómero de al menos aproximadamente 90:10, preferentemente al menos aproximadamente 95:5 con respecto a los isómeros de doble enlace E/Z.

El proceso de preparación según la invención se lleva a cabo en presencia de un catalizador de rodio ópticamente activo que es soluble en la mezcla de reacción y tiene al menos un ligando ópticamente activo. Tales catalizadores pueden obtenerse, por ejemplo, haciendo reaccionar un compuesto de rodio adecuado soluble en la mezcla de reacción con un ligando ópticamente activo que contenga al menos un átomo de fósforo y/o arsénico.

Ejemplos de compuestos de rodio que pueden utilizarse según la invención son: RhCb, Rh(OAc)3, [Rh(cod)Cl]2, Rh(CO)2acac, [Rh(cod)OH]2, [Rh(cod)oMe]2, Rh4(CO)12, Rh6(CO)16, donde "acac" es un ligando acetilacetonato y "cod" es un ligando ciclooctadieno.

La concentración de catalizador en la mezcla de reacción es preferentemente de 0,001 a 1 % en moles, en particular de 0,002 a 0,5 % en moles, particularmente preferentemente de 0,005 a 0,2 % en moles, basándose en la cantidad de compuesto carbonílico proquiral a,p-insaturado en la mezcla de reacción, calculado como átomos de rodio contenidos en el catalizador.

Dichos compuestos de rodio se ponen en contacto con otro compuesto que es ópticamente activo, preferentemente sustancialmente enantioméricamente puro (es decir, tiene un exceso enantiomérico de al menos alrededor del 99%) y tiene al menos un átomo de fósforo y/o arsénico, preferentemente al menos un átomo de fósforo. Este compuesto, que se denominará ligando quiral, forma el catalizador de rodio que se utilizará según la invención en la mezcla de reacción o en la mezcla de preformación con el compuesto de rodio utilizado.

Son particularmente preferentes los ligandos quirales que tienen dos átomos de fósforo y forman complejos de quelato con el rodio.

Los ligandos quirales adecuados en el contexto de la presente invención son compuestos como los que se encuentran en: I. Ojima (Ed.), Catalytic Asymmetric Synthesis, Wiley-VCh, 2a edición, 2000 o en E. N. Jacobsen, A. Pfaltz, H. Yamamoto (eds.), Comprehensive Asymmetric Catalysis, 2000, Springero en W. Tang, X. Zhang, Chem. Rev. 2003, 103, 3029-3069.

Los ligandos preferentes son ligandos bifosfínicos bidentados quirales, en particular los de las fórmulas generales (IV) a (VI)

en las que

R5, R6 son, cada uno independientemente del otro, un radical hidrocarburo no ramificado, ramificado o cíclico que tiene de 1 a 20 átomos de carbono, que está saturado o puede tener uno o más, generalmente de 1 a 4, dobles enlaces etilénicos no conjugados y que no está sustituido o lleva uno o más, generalmente de 1 a 4, sustituyentes idénticos o diferentes seleccionados de entre OR13, NR14R15, halógeno, arilo C6-C1o y hetarilo C3-C9, o

R5 y R6 pueden representar conjuntamente un grupo alquileno de 2 a 10 miembros o un grupo cicloalquileno de 3 a 10 miembros, en los que 1, 2, 3 o 4 grupos CH no adyacentes pueden ser sustituidos por O o N-R13, siendo dicho grupo alquileno y dicho grupo cicloalquileno saturados o con uno o dos dobles enlaces etilénicos no conjugados, y siendo dicho grupo alquileno y dicho grupo cicloalquileno no sustituidos o con uno o más sustituyentes idénticos o diferentes seleccionados entre alquilo C1-C4;

R7, R8 son, cada uno independientemente del otro, hidrógeno o alquilo C1-C4 de cadena lineal o ramificada, y

R9, R10, R11, R12 son iguales o diferentes y son arilos C6-C10 no sustituidos o con uno o más sustituyentes seleccionados entre alquilo C1-C6, cicloalquilo C3-C6, arilo C6-C10, alcoxi C1-C6 y amino;

R13, R14, R15 son cada uno independientemente del otro hidrógeno, alquilo C1-C4, aralquilo C6-C10, alquilo C7-C12 o alquilarilo C7-C12, siendo también posible que R14 y R15 juntos sean una cadena de alquileno que tenga de 2 a 5 átomos de carbono, que puede estar interrumpida por N u O.

Con respecto a las fórmulas (IV), (V) y (VI), las variables tienen en particular el siguiente significado:

R5, R6 representan cada uno, de forma independiente, alquilo C1-C4 o

R5 y R6 representan conjuntamente un radical alquenodiilo C3-C5, un radical alquenodiilo C3-C7, un radical cicloalquenodiilo C5-C7 o un radical cicloalquenodiilo C5-C7, siendo los cuatro radicales mencionados no sustituidos o con uno o más sustituyentes idénticos o diferentes seleccionados entre alquilo C1-C4;

R7, R8 son cada uno independientemente hidrógeno o alquilo C1-C4;

R9, R10, R11, R12 representan respectivamente fenilo.

Los ligandos de bifosfina bidentados quirales particularmente preferentes, debido a su fácil disponibilidad, son los compuestos de la fórmula obtenible bajo el nombre de "Quirafos"

Los ligandos quirales se utilizan ventajosamente en una cantidad de aproximadamente 0,9 a aproximadamente 10 moles, preferentemente de aproximadamente 1 a aproximadamente 4 moles por mol de compuesto de rodio utilizado. Convenientemente, el catalizador de rodio ópticamente activo soluble en la mezcla de reacción se genera in situ haciendo reaccionar un compuesto de rodio aciral y con un ligando bifosfino bidentado quiral antes o durante la hidrogenación. En este contexto, el término "in situ" significa que el catalizador se genera directamente antes o al comienzo de la hidrogenación. Preferentemente, el catalizador se genera antes de la hidrogenación.

Se encontró que la presencia de ligandos monodentados puede aumentar la actividad del catalizador. En una realización preferente del proceso según la invención, se utilizan compuestos de la fórmula (II)

en la que Z en la fórmula (II) es un grupo CHR18R19 y en los que las variables R16, R17, R18, R19 independientemente unas de otras y en particular juntas tienen los siguientes significados:

R16, R17: son idénticos o diferentes y representan al fenilo que no está sustituido o lleva 1, 2 o 3 sustituyentes seleccionados entre metilo y metoxi, donde R16 y R17 en particular representan cada uno fenilo no sustituido;

R18 significa alquilo C1 a C4, especialmente metilo;

R19 representa un alquilo C1-a C4 que lleva un grupo P(=O)R19aR19b, donde y en particular indica un grupo CH2-P(=O)R19aR19b o CH(CH3)-P(=O)R19aR19b;

en la que

R19a, R19b: son idénticos o diferentes y son fenilos no sustituidos o con 1, 2 o 3 sustituyentes seleccionados entre metilo y metoxi, siendo particularmente preferente que R19a y R19b sean cada uno fenilos no sustituidos. En esta realización preferente del proceso según la invención, se utiliza particularmente de forma preferente un compuesto de fórmula (II), en el que

R16, R17: significa fenilo no sustituido;

R18 significa metilo;

R19 es un grupo CH(CH3)-P(=O)R19aR19b en el que R19a y R19b son cada uno fenilo no sustituido.

Se trata del compuesto (2-(difenilfosforil)-1-metilpropil)-difenilfosfano (quirafosmonoxido), que incluye el (R,R)-enantiómero (=(R,R)-quirafosmonoóxido) y el (S,S)-enantiómero (=('S,S)-qu¡rafosmonoóx¡do), así como las mezclas de('R,R)-quirafosmonoóxido y('S,S)-quirafosmonoóxido.

Si R18 y R19 en la fórmula general (II) tienen significados diferentes, el átomo de carbono que lleva R18 y R19 puede tener una configuración (R) o (S). Estos compuestos de fórmula general (II) pueden estar presentes como estereoisómeros puros (R) o puros (S) o como mezclas de los mismos. Por regla general, se utilizarán los estereoisómeros puros (R) y (S) en estos casos, aunque cualquier mezcla de estereoisómeros también es adecuada para su uso en el presente proceso.

Por estereoisómero puro se entienden aquí y en lo que sigue las sustancias quirales que, con respecto al estereoisómero deseado, tienen un exceso enantiomérico (ee) de al menos el 80%e E, en particular de al menos el 90%EE y especialmente del 95% de ee.

En particular, el quirafós se utiliza como ligando quiral y el (2-(difenilfosforil)-1-metilpropil)-difenilfosfano (monóxido de quirafós) se utiliza como compuesto de unión monodentada. Por ejemplo, se utiliza el R-quirafos como ligando quiral y el ('R,R)-quirafosmonoóxido y/o el('S,S)-quirafosmonoóxido como compuesto de unión monodentada. Como alternativa, se utiliza el S-quirafos como ligando quiral y el(R,R)-quirafosmonoóxido y/o el(^S,S)-quirafosmonoóxido como compuesto de unión monodentada.

Según la invención, el compuesto de fórmula (II) se utiliza generalmente en una cantidad de 0,01 a 1 mol, preferentemente de 0,02 a 0,8 mol, particularmente preferentemente de 0,03 a 0,7 mol y especialmente en una cantidad de 0,04 a 0,6 mol por mol de rodio.

Otras realizaciones del catalizador de rodio y del ligando monodentado se divulgan en los documentos US 2018/0057437 A1, WO 2006/040096 A1 y WO 2008/132057 A1 descritos.

El hidrógeno utilizado para la hidrogenación se utiliza generalmente en un exceso estequiométrico mayor de 1 a 10 veces, preferentemente de 1,1 a 5 veces, las cantidades estequiométricamente necesarias. Puede volver a introducirse en la reacción como gas del ciclo. El hidrógeno se utiliza generalmente en forma técnicamente pura. El hidrógeno también puede utilizarse en forma de gas que contiene hidrógeno, es decir, en mezclas con otros gases inertes como el nitrógeno, el helio, el neón, el argón o el dióxido de carbono. Por ejemplo, los gases de escape de los reformadores, los gases de las refinerías, etc., pueden utilizarse como gases que contienen hidrógeno. Sin embargo, es preferente utilizar hidrógeno puro o esencialmente puro en el proceso.

La hidrogenación asimétrica según la invención se lleva a cabo ventajosamente a una presión de aproximadamente 2 a aproximadamente 200 bar, en particular de aproximadamente 10 a aproximadamente 100 bar, especialmente de aproximadamente 60 a aproximadamente 100 bar, y a una temperatura de normalmente aproximadamente 0°C a aproximadamente 100°C, preferentemente de aproximadamente 0°C a aproximadamente 30°C, especialmente de aproximadamente 10°C a aproximadamente 30°C.

La elección del disolvente a utilizar para llevar a cabo la hidrogenación asimétrica según la invención es de menor importancia. Los disolventes o medios de disolución adecuados e inertes en las condiciones de reacción son, por ejemplo, éter, tetrahidrofurano, metiltetrahidrofurano, tolueno, xilenos, clorobenceno, octadecanol, éter de bifenilo, texanol, Marlotherm, oxoaceite 9N (productos de hidroformilación de octenos isoméricos, BASF SE), citronelal y similares. El producto de hidrogenación o cualquier subproducto de alto punto de ebullición producido durante la reacción también pueden servir como medio de solución. Con especial ventaja, la hidrogenación asimétrica se lleva a cabo en el mismo disolvente que cualquier preformación que se haya realizado previamente.

En una realización preferente del proceso según la invención, el catalizador se pretrata con una mezcla de gas que contiene monóxido de carbono e hidrógeno antes de la hidrogenación y/o la hidrogenación asimétrica se lleva a cabo en presencia de monóxido de carbono añadido adicionalmente a la mezcla de reacción.

Esto significa que el catalizador de rodio utilizado, que es soluble en la mezcla de reacción, es decir, homogéneo, se trata previamente con una mezcla de gas que contiene monóxido de carbono e hidrógeno antes de la hidrogenación asimétrica (es decir, se lleva a cabo una llamada preformación) o la hidrogenación asimétrica se lleva a cabo en presencia de monóxido de carbono añadido adicionalmente a la mezcla de reacción o se lleva a cabo una preformación y luego la hidrogenación asimétrica se lleva a cabo en presencia de monóxido de carbono añadido adicionalmente a la mezcla de reacción.

Los catalizadores de rodio utilizados en esta realización preferente, que son solubles en la mezcla de reacción, pueden por tanto tener al menos un ligando de CO en al menos una forma pasada en el ciclo de catálisis o en una preforma que precede al ciclo de catálisis real, siendo irrelevante si esta forma de catalizador que tiene al menos un ligando de CO representa la forma de catalizador real catalíticamente activa. Para estabilizar las formas de catalizadores que pueden contener ligandos de CO, puede ser ventajoso añadir adicionalmente monóxido de carbono a la mezcla de reacción durante la hidrogenación.

En esta realización preferente, dicho pretratamiento del precursor del catalizador se lleva a cabo con una mezcla de gases que comprende del 20 al 90% en volumen de monóxido de carbono, del 10 al 80% en volumen de hidrógeno y del 0 al 5% en volumen de otros gases, sumando dichas proporciones en volumen hasta el 100% en volumen, a una presión de 5 a 100 bar. Además, el exceso de monóxido de carbono se elimina del catalizador así obtenido antes de utilizarlo en la hidrogenación asimétrica. Por exceso de monóxido de carbono se entiende el monóxido de carbono que está contenido en la mezcla de reacción obtenida en forma gaseosa o disuelta y que no está unido al catalizador de rodio o a su precursor. En consecuencia, el exceso de monóxido de carbono no unido al catalizador se elimina al menos en gran medida, es decir, en tal medida que cualquier cantidad residual de monóxido de carbono disuelto no interfiere con la hidrogenación posterior. Esto se suele garantizar cuando se separa alrededor del 90%, preferentemente alrededor del 95% o más del monóxido de carbono utilizado para la preformación. Preferentemente, el exceso de monóxido de carbono se elimina por completo del catalizador obtenido por preformación.

La separación del exceso de monóxido de carbono del catalizador obtenido o de la mezcla de reacción que contiene el catalizador puede llevarse a cabo de varias maneras. Preferentemente, el catalizador o la mezcla que contiene el catalizador es la mezcla que contiene el catalizador obtenida por preconformación se despresuriza a una presión de hasta aproximadamente 5 bar (absolutos), preferentemente, sobre todo, cuando la preconformación se lleva a cabo en el intervalo de presión de 5 a 10 bar, a una presión inferior a 5 bar (absolutos), preferentemente a una presión en el intervalo de aproximadamente 1 bar a aproximadamente 5 bar, preferentemente de 1 a menos de 5 bar, particularmente preferentemente a una presión en el intervalo de 1 a 3 bar, muy particularmente preferentemente a una presión en el intervalo de alrededor de 1 a alrededor de 2 bar, particularmente preferentemente a una presión normal, de modo que el monóxido de carbono gaseoso no ligado escape del producto de preformación. La mencionada expansión del catalizador preformado puede llevarse a cabo, por ejemplo, utilizando un separador de alta presión como el que conoce per se el experto en la materia. Tales separadores, en los que el líquido está en la fase continua, se describen, por ejemplo, en: Perry's Chemical Engineers' Handbook, 1997, 7. Ed., McGraw-Hill, pp.

14.95 y 14.96la prevención del posible arrastre de gotas se describe en las páginas 14.87 a 14.90. El catalizador preformado puede despresurizarse en una sola etapa o en dos etapas hasta alcanzar la presión deseada en el intervalo de 1 bar a aproximadamente 5 bar, generalmente con una caída de temperatura de 10 a 40°C. Alternativamente, la separación del exceso de monóxido de carbono puede lograrse mediante el llamado stripping del catalizador o de la mezcla que contiene el catalizador con un gas, ventajosamente con un gas inerte en las condiciones de reacción. Por el término stripping, el experto entiende la introducción de un gas en el catalizador o en la mezcla de reacción que contiene el catalizador, como por ejemplo enW. R. A. Vauck, H. A. Müller, Grundoperationen chemischer Verfahrenstechnik, Deutscher Verlag für Grundstoffchemie Leipzig, Stuttgart, 10a edición, 1984, página 800, descrito. Ejemplos de gases inertes adecuados son: Hidrógeno, helio, neón, argón, xenón, nitrógeno y/o CO2, preferentemente hidrógeno, nitrógeno, argón.

Preferentemente, la hidrogenación asimétrica se lleva a cabo con hidrógeno que tiene un contenido de monóxido de carbono en el intervalo de 50 a 3000 ppm, particularmente en el intervalo de 100 a 2000 ppm, especialmente en el intervalo de 200 a 1000 ppm, y más particularmente en el intervalo de 400 a 800 ppm.

Cuando se realiza una preformación del catalizador de rodio, se suele disolver el compuesto de rodio seleccionado y el ligando quiral seleccionado en un disolvente o medio de disolución adecuado que sea inerte en las condiciones de reacción, como éter, tetrahidrofurano, metiltetrahidrofurano, tolueno, xilenos, clorobenceno, octadecanol, éter de bifenilo, texanol, etc. Disolvente como éter, tetrahidrofurano, metiltetrahidrofurano, tolueno, xilenos, clorobenceno, octadecanol, éter de bifenilo, texanol, Marlotherm, oxoaceite 9N (productos de hidroformilación a partir de octenos isoméricos, BASF Aktiengesellschaft), el citronelal y similares. El producto de hidrogenación o cualquier subproducto de alto punto de ebullición producido durante la reacción también pueden servir como medio de solución. Una mezcla de gas que contiene hidrógeno y monóxido de carbono se introduce a la fuerza en la solución resultante, ventajosamente en un reactor a presión o autoclave adecuado, a una presión que suele ser de aproximadamente 5 a aproximadamente 350 bar, preferentemente de aproximadamente 20 a aproximadamente 200 bar y particularmente preferente de aproximadamente 50 a aproximadamente 100 bar. Preferentemente, se utiliza una mezcla de gas para la preformación que es aproximadamente

30 a 99% en volumen de hidrógeno,

1 a 70 % en volumen de monóxido de carbono y

0 a 5% en volumen de otros gases, sumando los porcentajes en volumen hasta el 100% en volumen.

Una mezcla de gas particularmente preferente para la preformación es el llamado gas de síntesis, que normalmente consiste en aproximadamente 35 a 55 % en volumen de monóxido de carbono además de hidrógeno y trazas de otros gases.

La preformación del catalizador se lleva a cabo típicamente a temperaturas de aproximadamente 25°C a aproximadamente 100°C, preferentemente de aproximadamente 40°C a aproximadamente 80°C. La preformación suele completarse después de entre 1 y 24 horas, a menudo entre 1 y 12 horas. Tras la preformación opcional, se lleva a cabo la hidrogenación asimétrica del sustrato seleccionado según la invención. Tras la preformación previa, el sustrato seleccionado puede realizarse normalmente con buen éxito con o sin la adición de monóxido de carbono adicional. Si no se lleva a cabo la preformación, la hidrogenación asimétrica según la invención puede llevarse a cabo en presencia de monóxido de carbono añadido al sistema de reacción o sin la adición de monóxido de carbono. Ventajosamente, se lleva a cabo una preformación como la descrita y se añade monóxido de carbono adicional a la mezcla de reacción durante la hidrogenación asimétrica.

Si el monóxido de carbono se alimenta al sistema de reacción, la alimentación puede hacerse de diferentes maneras: Por ejemplo, el monóxido de carbono puede añadirse al hidrógeno utilizado para la hidrogenación asimétrica o puede dosificarse directamente en la solución de reacción en forma gaseosa. Preferentemente, el monóxido de carbono se añade al hidrógeno utilizado para la hidrogenación asimétrica.

El producto de reacción puede eliminarse de la mezcla de reacción mediante procesos conocidos por el experto, como la destilación y/o la evaporación flash, y el catalizador restante puede utilizarse en otras reacciones, si es necesario, después de repetidas preformas. En la realización preferente, se omite ventajosamente la adición de disolventes y las reacciones mencionadas se llevan a cabo en el sustrato o producto a reaccionar y, si es necesario, en subproductos de alto punto de ebullición como medio de disolución. En particular, se prefiere el control continuo de la reacción con reutilización o reciclaje del catalizador homogéneo estabilizado según la invención.

La invención se ilustra además mediante las figuras adjuntas y el siguiente ejemplo.

La Fig. 1 muestra un gráfico de la velocidad de reacción (relativa a la velocidad máxima de reacción) de la hidrogenación del citral en presencia de un catalizador de rodio quirafos en función de la concentración de citral.

La Fig. 2 muestra esquemáticamente una planta adecuada para llevar a cabo el proceso según la invención.

La Fig. 3 muestra esquemáticamente una planta adecuada para llevar a cabo el proceso según la invención.

Los datos mostrados en la Fig. 1 se obtuvieron en un reactor de bucle de chorro en el que se consiguieron diferentes conversiones con diferentes cargas de catalizador. La diferencia entre la cantidad de citral que entra y sale del reactor se relacionó con la masa de rodio en el reactor y se representó gráficamente frente a la concentración de citral en la descarga del reactor. La velocidad de reacción así determinada se normalizó con la velocidad de reacción máxima.

En la Fig. 1 se puede observar que la velocidad de reacción de la hidrogenación del citral aumenta hiperbólicamente con la concentración de citral a bajas concentraciones de citral, pero luego disminuye bruscamente a mayores concentraciones de citral. El Vmax máximo de la velocidad de reacción se alcanza a una concentración de citral de aproximadamente 9 % en peso. Se consiguen velocidades de reacción iguales o superiores a 0,8 veces la Vmax en el intervalo de concentración de aproximadamente 5 a 20 % en peso de citral.

Refiriéndose a la Fig. 2, una planta adecuada para llevar a cabo el proceso según la invención comprende un primer reactor de hidrogenación 201 y un segundo reactor de hidrogenación 202.

El reactor de hidrogenación 201 comprende un agitador 203. Un líquido que comprende un reactivo a hidrogenar se alimenta al reactor de hidrogenación 201 a través de la línea 204. El gas hidrógeno se suministra al reactor de hidrogenación 201 a través de la línea 205. El gas de escape del reactor de hidrogenación 201 se exporta desde el reactor de hidrogenación 1 a través de la línea 206.

La corriente de descarga 207 descargada en el sumidero del reactor de hidrogenación 201 se alimenta al reactor de hidrogenación 202. El reactor de hidrogenación 202 comprende un agitador 208. El gas hidrógeno se alimenta al reactor de hidrogenación 202 a través de la línea 209. El gas de escape del reactor de hidrogenación 202 se exporta desde el reactor de hidrogenación 202 a través de la línea 210.

El reactor de hidrogenación 202 comprende bandejas incorporadas 211 que limitan la retromezclado en el reactor de hidrogenación 202. Los suelos son preferentemente placas perforadas. El gas hidrógeno disperso es retenido, al menos parcialmente, por los fondos, de modo que la proporción de gas disperso en la mezcla líquida de reacción disminuye en la sección situada hacia la salida del segundo reactor. Al menos en la salida, la hidrogenación es líquida monofásica.

Un líquido que contiene el producto de reacción hidrogenado se exporta desde el reactor de hidrogenación 202 a través del conducto 212.

Un líquido que comprende un catalizador de rodio homogéneo que tiene al menos un ligando quiral se dispensa en la corriente líquida 204 (no mostrada).

Refiriéndose a la Fig. 3, una planta adecuada para llevar a cabo el proceso según la invención comprende un primer reactor de hidrogenación 301 y un segundo reactor de hidrogenación 302. Los reactores de hidrogenación 301 y 302 se mezclan por inyección y cada uno tiene un circuito de bombeo.

El reactor de hidrogenación 301 comprende una boquilla de chorro 303. Un líquido procedente de la línea 304 se introduce en el reactor de hidrogenación 301 a través de la boquilla de chorro 303. El flujo de líquido de la línea 304 comprende el flujo de reactivo 305 y el flujo de la bomba de transferencia 306. La corriente de reactivo 305 comprende un líquido que comprende un reactivo a hidrogenar. El flujo de transferencia 306 es un flujo parcial del flujo de descarga 307 realizado en el sumidero del reactor de hidrogenación 1. El gas hidrógeno se suministra al reactor de hidrogenación 301 a través de la línea 308. El reactor de hidrogenación 301 comprende un tubo guía 309, en el que la boquilla de chorro 303 está dispuesta por encima del nivel de líquido y el chorro de gas/líquido generado por la boquilla de chorro 303 se dirige al tubo guía 309. El gas de escape del reactor de hidrogenación 301 se exporta desde el reactor de hidrogenación 301 a través de la línea 310.

Una corriente parcial de la corriente de descarga 307 se combina con la corriente de recirculación de líquido 311 tomada de la zona de retromezclado del reactor de hidrogenación 302 para formar la corriente de líquido 312 y se alimenta al reactor de hidrogenación 302 a través de la boquilla de chorro 313. El gas hidrógeno se suministra al reactor de hidrogenación 302 a través de la línea 314. El reactor de hidrogenación 302 comprende un tubo guía 315, en el que la boquilla de chorro 313 está dispuesta por encima del nivel de líquido y el chorro de gas/líquido generado por la boquilla de chorro 313 se dirige al tubo guía 315. El gas de escape del reactor de hidrogenación 302 se exporta desde el reactor de hidrogenación 302 a través de la línea 316.

El reactor de hidrogenación 302 incluye bandejas incorporadas 317 que limitan el retro-mezclado en el reactor de hidrogenación 302. Los suelos son preferentemente placas perforadas. El gas hidrógeno disperso es retenido, al menos parcialmente, por los fondos, de modo que la proporción de gas disperso en la mezcla líquida de reacción disminuye en la sección situada hacia la salida del segundo reactor. Al menos en la salida, la hidrogenación es líquida monofásica.

Un líquido que contiene el producto de reacción hidrogenado se exporta desde el reactor de hidrogenación 302 a través de la línea 318.

Un líquido que comprende un catalizador de rodio homogéneo que tiene al menos un ligando quiral se dosifica en el bucle de recirculación del reactor de hidrogenación 301, por ejemplo en la corriente líquida 304 (no mostrada). El circuito de bombeo del reactor de hidrogenación 301 y del reactor de hidrogenación 302 comprende un intercambiador de calor externo (no mostrado) que enfría, por ejemplo, la corriente de descarga 307 y la corriente de bombeo 311.

Ejemplo

En un reactor de bucle de chorro con un volumen de líquido de 12 m3, se alimentaron 1.500 kg/h de citral y 1.500 kg/h de una mezcla de catalizador. La mezcla catalizadora era un análogo de la mezcla catalizadora descrita en los documentos US 2018/057437 A1, WO 2006/040096 y WO 2008/132057 A1 en el que Rh(CO)2acac, quirafós y tridodecilamina están presentes en una proporción molar de 1 : 1,4 : 10 en citronelal reaccionaron con CO y H2. La concentración de la mezcla catalizadora en el reactor de bucle de chorro era de 300 a 1.000 ppm en peso, según la cantidad de rodio en el catalizador. La relación entre la circulación externa y el flujo de entrada era de 380 : 130. La relación entre la circulación interna y la afluencia era de 3.000 : 1000.

La potencia de entrada era de 2 kW/m3. La presión en el reactor se reguló a 80 bar mediante la introducción de gas hidrógeno (con 1.000 ppm de monóxido de carbono). La temperatura del reactor se reguló a 22 °C. El volumen de negocio del citral era del 88%. En la descarga del primer reactor, había una concentración de citral de aproximadamente 7 % en peso.

La descarga del reactor se introdujo en un segundo reactor con un volumen de líquido de 9,7 m3. La presión en el segundo reactor se reguló a 80 bar mediante la introducción de gas hidrógeno (con 1.000 ppm de monóxido de carbono). La temperatura del reactor se reguló a 22 °C. La conversión total tras el segundo reactor se situó entre el 93 y el 99,9%.

Se demostró que la velocidad de reacción en el primer reactor disminuía a mayores concentraciones de citral. Así, resultó ventajoso hacer funcionar el primer reactor a bajas concentraciones de citral y completar la reacción en el segundo reactor.

Claims (17)

REIVINDICACIONES

1. Un proceso para la preparación continua de un compuesto carbonílico ópticamente activo por hidrogenación asimétrica de un compuesto carbonílico proquiral a,p-insaturado con hidrógeno en presencia de un catalizador de rodio homogéneo que tiene al menos un ligando quiral, que comprende

someter una mezcla de reacción líquida que contiene el compuesto carbonílico proquiral a,p-insaturado a la hidrogenación en dos fases gas/líquido en un primer reactor de retromezclado, y

la mezcla líquida de reacción se hidrogena aún más en un segundo reactor,

en el que el compuesto carbonílico proquiral a,p-insaturado se emplea en el primer reactor en una concentración del 3% al 20% en peso.

2. El proceso de la reivindicación 1, en el que el gas hidrógeno se dispersa en la mezcla de reacción líquida en una sección del segundo reactor ubicado en la entrada al segundo reactor.

3. El proceso de la reivindicación 1 o 2, en el que el compuesto carbonílico proquiral a,p-insaturado se emplea en el primer reactor en una concentración a la que la velocidad de reacción es al menos 0,8 veces Vmax, Vmax es el valor máximo para la velocidad de reacción en un gráfico de la velocidad de reacción frente a la concentración del compuesto carbonílico proquiral a,p-insaturado.

4. El proceso según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la mezcla de reacción líquida sufre una reacción en el segundo reactor hasta que la concentración del compuesto carbonílico proquiral a, pinsaturado es inferior al 5% en peso.

5. El proceso según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la relación entre el volumen de reacción del primer reactor y el volumen de reacción del segundo reactor es de 1:1 a 1:5.

6. El proceso según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el primer reactor se caracteriza por un número de recipientes N en el intervalo de 1 a 3.

7. El proceso según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la entrada de potencia específica del volumen al primer reactor es de 0,5 a 5 kW/m3.

8. El proceso según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el primer reactor está diseñado como un reactor de bucle.

9. El proceso según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el retromezclado en el segundo reactor está limitado, y en el que la hidrogenación se lleva a cabo en fase única líquida al menos en una parte del segundo reactor situada en la salida del segundo reactor.

10. El proceso según la reivindicación 9, en el que el retromezclado en el segundo reactor está limitado por las partes internas.

11. El proceso según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el segundo reactor se caracteriza por un número de recipientes N superior a 4.

12. El proceso según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el compuesto carbonílico proquiral a,pinsaturado se selecciona entre los compuestos de la fórmula general (I)

en la que

R1, R2 son diferentes entre sí y cada uno es un radical hidrocarburo no ramificado, ramificado o cíclico que tiene de 1 a 25 átomos de carbono, que está saturado o tiene uno o más dobles enlaces etilénicos no conjugados, y que no está sustituido o lleva uno o más sustituyentes idénticos o diferentes seleccionados entre OR4, NR5aR5b, halógeno, arilo C6-C10y heteroarilo que tiene de 5 a 10 átomos anulares,

R3 es hidrógeno o un radical hidrocarburo no ramificado, ramificado o cíclico que tiene de 1 a 25 átomos de carbono, que está saturado o tiene uno o más dobles enlaces etilénicos no conjugados y que no está sustituido o lleva uno o más sustituyentes idénticos o diferentes seleccionados entre Or4, NR5aR5b, halógeno, arilo C6-C10y heteroarilo que tiene de 5 a 10 átomos anulares,

o

R3 junto con uno de los radicales R1 o R2 también puede ser un grupo alquileno de 3 a 25 miembros en el que 1, 2, 3 o 4 grupos CH2 no adyacentes pueden ser sustituidos por O o N-R5c, en el que el grupo alquileno está saturado o tiene uno o más dobles enlaces etilénicos no conjugados, y en el que el grupo alquileno no está sustituido o lleva uno o más sustituyentes idénticos o diferentes que se seleccionan de entre OR4, NR5aR5b, halógeno, arilo C6-C10 y heteroarilo con 5 a 10 átomos anulares, en el que dos sustituyentes también pueden representar juntos un grupo alquileno de 2 a 10 miembros, en el que el grupo alquileno de 2 a 10 miembros está saturado o tiene uno o más dobles enlaces etilénicos no conjugados, y en el que el grupo alquileno de 2 a 10 miembros no está sustituido o lleva uno o más sustituyentes idénticos o diferentes seleccionados de entre OR4, NR5aR5b, halógeno, arilo C6-C10 y heteroarilo con 5 a 10 átomos anulares;

en la que

R4 es hidrógeno, alquilo C1-C6, arilo C6-C10, aril C6-C14-alquilo C1-C10, o alquil C rC 10-arilo C6-C14;

R5a, R5b son, cada uno independientemente del otro, hidrógeno, alquilo C1-C6, arilo C6-C10, aril C6-C14-alquilo C1-C10 o alquil C rC 10-arilo C6-C14, o

R5a y R5b juntos pueden representar también una cadena de alquileno de 2 a 5 átomos de carbono que puede estar interrumpida por N u O; y

R5c es hidrógeno,alquilo C1-C6, arilo C6-C10, aril C6-C14-alquilo C1-C10 o alquil C1-C10-arilo C6-C14.

13. El proceso según la reivindicación 12 para la preparación de citronelal ópticamente activo de fórmula (111)

en la que * indica el centro de asimetría;

por hidrogenación asimétrica del geraniol de la fórmula (la-1) o del nerol de la fórmula (lb-1)

o de una mezcla que contenga Nerol y Geraniol.

14. El proceso según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la concentración de catalizador es de 0,001 a 1 % en moles en base a la cantidad de compuesto carbonílico proquiral a,p-insaturado en la mezcla de reacción, calculada como átomos de rodio contenidos en el catalizador.

15. El proceso según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el ligando quiral es un ligando bidentado quiral de bifosfina, en particular el quirafós.

16. El proceso según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el proceso se lleva a cabo en presencia de un compuesto de fórmula (II)

en la que Z en la fórmula (II) es un grupo CHR3R4 y en la que las variables R1, R2, R3, R4 son independientemente y en particular conjuntamente las siguientes:

R1, R2: son iguales o diferentes y representan fenilo que no está sustituido o lleva 1, 2 o 3 sustituyentes seleccionados entre metilo y metoxi, siendo R1 y R2 cada uno en particular fenilo no sustituido;

R3 representa alquilo C1 a C4, en particular metilo;

R4 representa alquilo Ci a C4 que lleva un grupo P(=O)R4aR4b y en particular un grupo CH2-P(=O)R4aR4b o CH(CH3)-P(=O)R4aR4b

en la que

R4a, R4b: son iguales o diferentes y representan fenilo que no está sustituido o lleva 1, 2 o 3 sustituyentes seleccionados entre metilo y metoxi, particularmente preferentemente R4a y R4b representan cada uno fenilo no sustituido.

17. Un proceso para preparar mentol ópticamente activo que comprende preparar citronelal ópticamente activo de fórmula (III) según un proceso de las reivindicaciones 13 a 16, el citronelal ópticamente activo de la fórmula (III) se somete a una ciclización para proporcionar isopulegol ópticamente activo y el isopulegol ópticamente activo es hidrogenado para proporcionar mentol ópticamente activo.