MXPA00001384A - Preparacion de 3,3-dimetilbutiraldehido por oxidacion de 3,3-dimetilbutanol - Google Patents

Abstract

Esta invención provee un método para preparar 3,3-dimetilbutiradehido a partir 3,3-dimetilbutanol usando un componente oxidante;en una modalidad, 3,3-dimetilbutanol se oxida a 3,3-dimetilbutiraldehido en la fase de vapor poniéndolo en contacto con un compuesto deóxido de metal oxidante;en otra modalidad, la oxidación de 3,3-dimetilbutanol se realiza tratándolo con 2,2,6,6-tretametil-1-piperidiniloxi, radical libre y un agente oxidante en un solvente para producir 3,3- dimetilbutiraldehido;el método de esta invención provee un medio comercialmente factible para preparar 3,3-dimetilbutiraldehido.

Description

PREPARACIÓN DE 3,3-DlMETILB j?RALDEtHIDO POR OXIDACIÓN DE 3.3-DHv muTANOL ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN CAMPO DE LA INVENCIÓN Esta invención se refiere a un método para preparar 3,3-dimetilbutiraldehído por oxidación de 3,3-dimetilbutanol. En una primera modalidad, 3,3-dimetilbutanol se pone en contacto con un óxido de metal. En una segunda modalidad, 3,3-dimetilbutanol se trata con 2,2,6, 6-tetrametil-1-piperidiniloxi, radical libre y un agente oxidante.

TÉCNICA ANTERIOR Se conocen varios métodos para la preparación de 3,3-dimetilbutiraldehído por oxidación de 3,3-dimetilbutanol. En EP 0391652 y EP 0374952, 3,3-dimetilbutiraldehído se produce por oxidación de 3,3-dimetilbutanol con cloruro de oxalilo, sulfóxido de dimetilo, y trietilamina en una solución de diclorometano. Este procedimiento es la bien conocida oxidación de Swern, la cual produce sulfuro de dimetilo de un olor extremadamente desagradable como un subproducto. El uso de este procedimiento en una escala comercial requiere medidas fclí* sssmbx ;3Fs p costosas e ineficientes para evitar laceración de cantidades inconvenientes de sulfuro de dimetilo. Esta es una gran desventaja. Un procedimiento similar se reporta en Cheung, C. K. et al., Journal of Organic Chemistry, Vol. 54, p. 570 (1989). Esta referencia describe 5 la mezcla de 3,3-dimetilbutanol, sulfóxido de dimetilo, ácido trifluoroacético, piridina, y diciciohexilcarbodiimida en benzeno para producir 3,3- dimetilbutiraldehído. La principal desventaja de este procedimiento es que, como en la oxidación de Swern, produce sulfuro de dimetilo como un producto secundario. Otra desventaja del procedimiento es que el aislamiento del 10 producto requiere eliminación del producto secundario diciclohexilurea y destilación para purificar el producto. La oxidación de 3,3-dimetilbutano también se ha realizado usando clorocromato de piridinio, como se describe en Wiberg, K. B. et al., Journal of the American Chemical Society, Vol. 103, p. 4473 (1981 ). Este 15 método tiene la desventaja de usar una sal de cromo extremadamente tóxica la cual debe ser completamente removida del producto. Además, el uso de este método necesita un desecho costoso de corrientes residuales que contienen cromo de la reacción. También es posible oxidar 3,3-dimetilbutanol con una cantidad catalítica de PdCl2(CH3CN)2, junto con trifenilfosfina y 2-bromomesitileno en N,N-dimetilformamida y agua. Einhorn, J., et al., Journal of Organic Chemistry, Vol. 61 , p. 2918 (1996). Sin embargo, este procedimiento requiere un catalizador relativamente caro.

Se conocen métodos generales para la oxidación de alcoholes a aldehidos ya sea con óxido de cob|e (ll) o 2,2,6,6-tetrametil-1-piperidiniloxi, radical libre. v La oxidación de alcoholes en fase de vapor por óxido de cobre (II) se describe en Sheik, M. Y., et al., Tetrahedron Letters, 1972, p. 257. Aunque se describe la oxidación de un número de alcoholes primarios a los aldehidos correspondientes, ninguno de estos alcoholes tiene una estructura de base de carbono ramificado como 3,3-dimetilbutanol. No se hace ninguna sugerencia de que el procedimiento sea aplicable a oxidación de tales compuestos. La oxidación de alcoholes primarios y bencílicos por hipoclorito en solución, catalizada por 4-metoxi-2,2,6,6-tetrametil-1-piperidin¡loxi, radical libre se describe en Anelli, P. L. et al., Journal of Organic Chemistry, Vol. 52, p. 2559 (1987); Anelli, P. L. et al., Organic Synthesis, Vol. 69, p. 212 (1990). Estas referencias también mencionan el uso de 2,2,6, 6-tetrametil-1-piperidiniloxi, radical libre, pero no sugieren que alguno de estos agentes oxidantes sea adecuado para oxidación de 3,3-dimetilbutanol. La oxidación de alcoholes con N-clorosuccinimida, catalizada por 2,2,6, 6-tetrametil-1-pipehdiniloxi, radical libre, se reporta en Einhorn, J., et al., Journal of Organic Chemistry, Vol. 61 , p. 7452 (1996). No se hace ninguna sugerencia de que este procedimiento sea aplicacble a oxidación de 3,3-dimetilbutanol. * 3,3-dimetilbutiraldehído es un intermediario que es útil en la preparación del edulcorante N-[N-(3,3-dimetilbutil)-L-<x-aspartil]-L-fenilalanina descrita en la Patente de E.U.A. No. 5,480,668 y Patente de E.U.A. No. 5,510,508. Por consiguiente, es altamente deseado un método para preparar ese intermediario el cual es económico y específico.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN Esta invención está dirigida a un método para preparar 3,3- 10 dimetilbutiraldehído a partir de 3,3-dimetilbutanol usando un componente oxidante que se describe más adelante con más detalle. En una modalidad, 3,3-dimetilbutanol se oxida a 3,3-dimetilbutiraldehído en la fase de vapor poniéndolo en contacto con un compuesto de óxido de metal oxidante. En otra modalidad, la oxidación de 3,3-dimetilbutanol se realiza tratándolo con 2,2,6,6- 15 tretametil-1-piperidiniloxi, radical libre, y un agente oxidante en un solvente para producir 3,3-dimetilbutiraldehído. El método de esta invención provee un medio comercialmente factible para preparar 3,3-dimetilbutiraldehído.

DESCRICPCION DETALLADA DE LA INVENCIÓN 20 En una primera modalidad de esta invención, la oxidación de 3,3- dimetilbutanol a 3,3-dimetilbutiraldehído se realiza haciendo pasar el material de partida vaporizado en un gas portador inerte sobre un óxido de metal __*rv£ •|f 1 oxidante. La mezcla del gas portador y material de partida se hace pasar típicamente a través de una columna metálica empacada con el óxido de metal oxidante. La velocidad de flujo, temperatura de reacción, tiempo de residencia, longitud y diámetro de columna, concentración del material de 5 partida, y material de empaque de columna, son interdependientes y pueden ser fácilmente determinados por un experto en la técnica. La temperatura de reacción generalmente se establece para asegurar la oxidación mientras se impide sustancialmente la sobre-oxidación. Las temperaturas de reacción adecuadas para este método están típicamente en la escala de 250°C a 350°C aproximadamente. De preferencia, la reacción se efectúa a aproximadamente 300°C. Generalmente, un gas portador es utilizado para facilitar el transporte de 3,3-dimetilbutanol sobre un óxido de metal oxidante. Se cree que el rendimiento se puede optimizar estableciendo la velocidad de flujo junto con una temperatura de reacción seleccionada que no resulte en sobre- oxidación para lograr máxima oxidación del alcohol al aldehido y mínima formación de ácido. Los gases portadores adecuados para la reacción incluyen nitrógeno, argón, helio, neón, xenón y similares. Los gases portadores preferidos son nitrógeno y helio, y el de gas portador de mayor preferencia es nitrógeno. Preferentemente, el contenido de oxígeno en el gas portador se minimiza para evitar la sobre-oxidación. La reacción es conducida a una temperatura y durante un tiempo suficiente para proveer el 3,3- dimetilbutiraldehído deseado. Los tiempos de reacción adecuados variarán dependiendo de las condiciones j están típicamente en la escala de aproximadamente 2 minutos a aproximadamente 8 horas. Los tiempos de reacción preferibles son de aproximadamente 2 minutos a aproximadamente 3 horas, preferentemente de aproximadamente 2 minutos a aproximadamente 30 minutos. Cualquier compuesto de óxido de metal oxidante será adecuado para usarse en esta reacción. Tales compuestos incluyen óxido de cobre (II), pentóxido de vanadio, dióxido de manganeso, óxido de níquel (IV), trióxido de cromo y dióxido de rutenio. Los óxidos de metal preferidos son óxido de cobre (II) y dióxido de manganeso. El óxido de metal de mayor preferencia es óxido de cobre (II). Después de la reacción, es posible regenerar el óxido de metal gastado por exposición a oxígeno a una temperatura elevada, por ejemplo, 500°C. El aislamiento del producto de esta reacción es particularmente simple y eficiente. El producto oxidado, formado en la fase de vapor, puede ser simplemente condensado desde el gas portador por enfriamiento para formar un producto líquido de alta pureza. En una segunda modalidad de esta invención, la oxidación de 3,3-dimetilbutanol a 3,3-dimetilbutiraldehído se realiza tratando el material de partida con 2,2,6,6-tetrametil-1-pipehd¡niloxi, radical libre, (disponible por Aldrich Chemical Company, Milwaukee, Wl, bajo el nombre comercial de TEMPO) y un agente oxidante en un solvente. El TEMPO se presenta generalmente en una relación molar al 3,3-dimetilbutanol en una escala de aproximadamente 0.5:100 a aproximadamente 2:100, preferentemente de aproximadamente 0.75:100 a aproximadamente 1 :100. Los agentes oxidantes adecuados incluyen hipoclorito de sodio, hipoclorito de calcio, hipoclorito de potasio, hipoclorito de litio, peróxido de hidrógeno y ácido peracético. El agente oxidante de preferencia es hipoclorito de sodio. Preferentemente, la relación molar del agente oxidante a 3,3-dimetilbutanol está en la escala de aproxidamente 0.5:1 a aproximadamente 10:1 , y preferentemente de aproximadamente 1 :1 a aproximadamente 2:1. Esta reacción es conducida por un tiempo y a una temperatura suficiente para proporcionar la formación de 3,3-dimetilbutiraldehído. Las temperaturas de reacción adecuadas para esta modalidad están típicamente en la escala de aproximadamente -10°C a aproximadamente 15°C, preferentemente de aproximadamente -5°C a aproximadamente 15°C, preferentemente de aproximadamente 5°C a 15°C. Los tiempos de reacción variarán considerablemente dependiendo de la configuración exacta del equipo usado. Los solventes adecuados para esta modalidad de la invención incluyen todos aquellos que disuelven los reactivos y no son susceptibles de oxidación por los reactivos empleados en la reacción. Tales solventes incluyen heptano, tolueno, acetato de etilo, diclorometano y agua. Los solventes preferidos son diclorometano, tolueno y heptano, y el solvente de mayor preferencia es diclorometano. El agente oxidante es típicamente añadido como una solución acuosa a una solución del material de partida y TEMPO en el solvente. La adición de aproximadamente 0.1 equivalentes de bromuro de potasio a la mezcla de reacción reduce los tiempos de reacción. Sin apegarse a la teoría, se cree que el KBr aumenta la velocidad de reacción como resultado de la formación del oxidante HOBr más potente. El 3,3-dimetilbutiraldehído producido por el método de oxidación de esta invención es útil como un intermediario en la preparación del edulcorante N-[N-3,3-dimetilbutil)-L-<x-aspart¡l-L-fenilalan¡na. Se pretende que los ejemplos siguientes sean una ilustración de ciertas modalidades preferidas de la invención y no se implica limitación de la invención.

EJEMPLO 1 Oxidación de 3,3-dimetilbutanol por óxido de cobre (II) Se hicieron pasar vapores de 3,3-dimetilbutanol junto con un flujo de gas de nitrógeno a 30 ml/min. a través de una columna de acero inoxidable (disponible por Aldrich Chemical Co., Milwaukee, Wl) y conectados a cada extremo con lana de vidrio en una cromatografía de gas. Las temperaturas del inyector y detector se fijaron en 200°C. Cuando se fijó la temperatura de columna a 250°C, se obtuvo una mezcla de 70% de 3,3-dimetilbutiraldehído y 30% del alcohol de partida junto con una cantidad insignificante de ácido. A una temperatura de columna de 300°C, ocurrió la oxidación casi completa del alcohol, pero aproximadamente 30% de ácido se formó junto con el 3,3- '- ?*} -c dimetilbutiraldehído. La formación de 3í3*dimetilbutiraldehído se confirmó por análisis de cromatografía de gases capilar.

EJEMPLO 2 5 Oxidación de 3.3-dimetilbutanol por hipoclorito de sodio catalizado con TEMPO A una mezcla de 3,3-dimetil-1 -butanol (51.09 g, 0.5 mol) y 2,2,6,6-tetrametilpiperidin-1-oxil (TEMPO, 0.78 g, 5 mmoles) en diclorometano (150 ml) se añadió una solución de bromuro de potasio (5.95 g, 0.05 moles) en agua (25 ml). La mezcla se enfrió de -5°C a 0°C y después se le añadió hipoclorito de sodio acuoso (550 ml, 1 M, 0.55 moles) durante un período de 15 - 25 minutos mientras se mantenía el pH a 9.5 y la temperatura entre 5°C y 15°C. La mezcla de reacción se agitó durante otros 15 minutos. Se separó la capa orgánica y se extrajo la fase acuosa con diclorometano (100 ml) que contenía yoduro de potasio (1.6 g, 0.01 moles) para remover el TEMPO. Se lavó la capa orgánica combinada con 10% de ácido clorhídrico (100 ml) y luego con 10% de tiosulfato de sodio acuoso (50 ml) y agua (50 ml). Se secó la capa orgánica sobre sulfato de magnesio anhidro filtrado y destilado a presión atmosférica para dar 40 g (80%) de 3,3-dimetilbutiraldehído como un aceite incoloro. Ventajosamente, no se encontró bajo esas condiciones ningún reordenamiento del grupo t-butilo del alcohol impedido, es decir, 3,3- dimetilbutanol a pinacol.

Otras variaciones y mlftlficéiciones de esta invención serán obvias para los expertos en la técnica. Esta invención no está limitada a excepción de lo expuesto en las reivindicaciones.

Claims (17)

NOV€D VENCIÓN REIVINDICACIONES

1.- Un método para preparar 3,3-dimetilbutiraldehído que comprende el paso de poner en contacto 3,3-dimetilbutanol con un componente oxidante seleccionado del grupo que consta de: un óxido de metal oxidante; o un 2,2,6,6-tetrametil-1-piperidiniloxi, radical libre y un agente oxidante, durante un tiempo y a temperatura suficientes para formar dicho 3,3-dimetilbutiraldehído.

2.- El método de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el componente oxidante es un óxido de metal oxidante.

3.- El método de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado además porque el óxido de metal oxidante es óxido de cobre (II).

4.- El método de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el componente oxidante es 2,2,6,6-tetrametil-1-piperidiniloxi, radical libre y un agente oxidante.

5.- El método de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado además porque el agente oxidante es hipoclorito de sodio.

6.- Un método para preparar 3,3-dimetilbutiraldehído que comprende el paso de poner en contacto 3,3-dimetilbutanol en una fase de vapor con un óxido de metal oxídaníll -f Un tiempo y temperatura suficiente para formar dicho 3,3-dimetilbutiraldehído.

7.- El método de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado además porque el óxido de metal oxidante es óxido de cobre (II).

8.- El método de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado además porque la temperatura es de aproximadamente 250°C a aproximadamente 350°C.

9.- El método de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado además porque la fase de vapor comprende 3,3-dimetilbutanol y un gas portador.

10.- El método de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado además porque el gas portador es seleccionado del grupo que consta de nitrógeno, argón, helio, neón y xenón.

11.- El método de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado además porque el tiempo es de aproximadamente 2 minutos a aproximadamente 8 horas.

12.- Un método para preparar 3,3-dimet?lbutiraldehído que comprende el paso de tratar 3,3-dimetilbutano con 2,2,6,6-tetrametil-1-piperidiniloxi, radical libre y un agente oxidante en un solvente durante un tiempo y a una temperatura suficientes para formar dicho 3,3-dimetilbutiraldehído.

13.- El método de fßff rm?dad con la reivindicación 12, caracterizado además porque el agente oxidante es hipoclorito de potasio.

14.- El método de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado además porque el hipoclorito de sodio y el 3,3-dimetilbutanol se hacen reaccionar en una relación molar de aproximadamente 0.5:1 a aproximadamente 10:1.

15.- El método de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado además porque con 2,2,6,6-tetrametil-1-piper¡diniloxi, radical libre y 3,3-dimetilbutanol se hacen reaccionar en una relación molar de aproximadamente 0.5:100 a aproximadamente 2:100.

16.- El método de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado además porque el solvente es seleccionado del grupo que consta de heptano, tolueno, acetato de etilo y diclorometano.

17.- El método de conformidad con la reivindicación 16, caracterizado además porque se añade bromuro de potasio al solvente en una cantidad efectiva para reducir el tiempo de reacción. Esta invención provee un método para preparar 3,3-dimetilbutiraldehído a partir de 3,3-dimetilbutanol usando un componente oxidante; en una modalidad, 3,3-dimetilbutanol se oxida a 3,3-dimetilbutiraldehído en la fase de vapor poniéndolo en contacto con un compuesto de óxido de metal oxidante; en otra modalidad, la oxidación de 3,3-dimetilbutanol se realiza tratándolo con 2,2,6,6-tretametil-1-piperidiniloxi, radical libre y un agente oxidante en un solvente para producir 3,3-dimetilbutiraldehído; el método de esta invención provee un medio comercialmente factible para preparar 3,3-dimetilbutiraldehído. MC P00/153F