MXPA03000927A - Procedimientos para preparar acido 3.3-dimetilbutirico.. - Google Patents

Abstract

Un procedimiento para preparar acido 3,3-dimetilbutirico incluye las etapas de hacer reaccionar acido trimetilpiruvico con una primera porcion de hidrazina para obtener una ketazina y de tratar la ketazina con base y una segunda porcion de hidrazina.

Description

PROCEDIMIENTOS PARA PREPARAR ÁCIDO 3,3 -DIMETILBUTÍRICO CAMPO DE LA INVENCIÓN Esta invención se relaciona con procedimientos para preparar ácido 3 , 3-dimetilbutírico . Más concretamente, esta invención se relaciona con procedimientos para preparar ácido 3 , 3-dimetilbutírico por reacción de ácido trimetilpirú-vico con hidrazina para obtener un intermediario y tratamiento del intermediario con hidrazina y base. Esta invención se relaciona también con procedimientos para preparar una keta-zina de ácido trimetilpirúvico . ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN El ácido 3 , -dimetilbutírico ( "DMBA" ) , también llamado ácido 3 , 3 -dimetilbutanoico o ácido terc-butilacético, puede ser usado como intermediario en la síntesis de otros compuestos químicos, tales como productos químicos farmacéuticos o productos químicos agrícolas. La ketazina preparada usando ácido trimetilpirúvico ( "TMPA" ) , también llamado ácido 3 , 3-dimetil-2-oxobutírico, puede ser también usada como in-termediario en la síntesis de otros compuestos químicos. Los productos químicos agrícolas incluyen compuestos activos desde el punto de vista insecticida, fungicida y/o herbicida. El ácido 3 , 3 -dimetilbutírico puede ser preparado por reacción de terc-butanol o cloruro de tere-butilo con cloruro de vinilideno en presencia de ácido sulfúrico y BF3. Stelzer, en la Patente Estadounidense N° 5.907.060, describe un procedimiento para preparar ácido 3,3-dimetilbutírico por reacción de ácido trimetilpirúvico con hidrato de hidrazina para obtener una hidrazona y posterior tratamiento de la hidrazona con una base . Desafortunadamente, el BF3 puede ser difícil de manipular. Adicionalmente, los procedimientos de la técnica anterior para preparar ácido 3 , 3 -dimetilbutírico pueden dar como resultado ácido 3 , 3-dimetilbutírico contaminado con otros ácidos orgánicos, que han de ser eliminados por extracción con solventes y recuperación a partir del solvente. Por ejemplo, el TMPA que se puede obtener comercialmente contiene típicamente aproximadamente un 10% en peso de ácido piválico y de aproximadamente un 0 a aproximadamente un 5% en peso de ácido 2-hidroxi-3 , 3 -dimetilbutírico y, por lo tanto, en muchos procedimientos de la técnica anterior que usan TMPA el DMBA resultante contiene niveles comparables de ácido piváli-co y ácido 2-hidroxi-3 , 3-dimetilbutírico . Existe, por lo tanto, necesidad de preparar ácido 3 , 3-dimetilbutírico donde el nivel de otros ácidos orgánicos en el producto esté reducido. También se necesitan métodos para preparar ácido 3 , 3-dimetilbutirico que no requieran el uso de BF3. COMPENDIO DE LA INVENCIÓN En consecuencia, es un objeto de la presente invención obviar los problemas de la técnica anterior. Es también un objeto de la presente invención ofrecer métodos de preparación de ácido 3 , 3-dimetilbutirico donde el nivel de otros ácidos orgánicos en el producto esté reducido . Es otro objeto de la presente invención ofrecer métodos de preparación de ácido 3 , 3-dimetilbutírico que no requieran el uso de BF3. Éstos y otros objetos son alcanzados mediante los procedimientos de la invención. En una realización, la invención se dirige a procedimientos para preparar ácido 3,3-dimetilbutírico que consisten en las etapas de hacer reaccionar ácido trimetilpirúvico con una primera porción de hidra-zina para obtener una ketazina y tratar la ketazina con base y una segunda porción de hidrazina. En otra realización, la invención se dirige a procedimientos para preparar ácido 3 , 3-dimetilbutírico consistentes en las etapas de hacer reaccionar ácido trimetilpirúvico con hidrazina para obtener una ketazina, aislar la ke-tazina y tratar la ketazina con hidrazina y base. En otra realización, la invención se dirige a procedimientos para preparar ácido 3 , 3-dimetilbutírico consistentes en las etapas de tratar una composición consistente en agua y ácido trimetilpirúvico con hidrazina para obtener un intermediario, donde se usa menos de una mol de hidrazina por mol de ácido trimetilpirúvico, ? tratar el intermediario con hidrazina y base . En aún otra realización, la invención se dirige a procedimientos consistentes en la etapa de hacer reaccionar ácido trimetilpirúvico con hidrazina para obtener la ketazina . Los procedimientos de la invención son ventajosos, en el sentido de que se puede preparar el ácido 3,3-dimetilbutírico en ausencia de BF3. Se pueden usar los procedimientos de la invención para preparar ácido 3 , 3-dimetilbutírico sin producir grandes cantidades de otros ácidos orgánicos. Asi, los procedimientos según la presente invención evitan la necesidad de etapas adicionales dirigidas a la eliminación de otros ácidos orgánicos . Además , como el intermediario de ketazina puede ser aislado y secado antes del tratamiento con hidrazina y base, los procedimientos según la presente invención no requieren la eliminación de grandes cantidades de agua. Éstos y otros aspectos, objetos y ventajas adicionales de la invención serán descritos con más detalle en la siguiente descripción detallada. DESCRIPCIÓN DETALLADA La presente invención se dirige a un procedimiento para preparar ácido 3 , 3-dimetilbutírico y la ketazina del ácido trimetilpirúvico . Tal como se usa aquí, "hidrazina" pretende referirse a hidrazina anhidra, hidrato de hidrazina, clorhidrato de hidrazina, sulfato de hidrazina y tartrato de hidrazina. Preferiblemente, la hidrazina es hidrato de hidrazina. En una realización de la invención, se prepara una ketazina por reacción de ácido trimetilpirúvico (TMPA) con hidrazina, mientras que, en otra realización de la invención, se prepara ácido 3 , 3-dimetilbutírico por reacción de ácido trimetilpirúvico con hidrazina para obtener una ketazina y posterior tratamiento de la ketazina con base e hidrazi-na. En una realización de la invención, se prepara ácido 3 , 3-dimetilbutírico (DMBA) por reacción de ácido trimetilpirúvico con hidrazina para obtener una ketazina, aisla-miento de la ketazina y posterior tratamiento de la ketazina con base e idrazina. Las hidrazinas tales como un hidrato de hidrazina contienen agua y el TMPA puede estar en forma de una composición acuosa consistente en agua y una sal de TMPA; por lo tanto, la mezcla de reacción de TMPA e hidrazina puede incluir agua. El aislamiento de la ketazina antes del tratamiento con la base y la hidrazina adicional elimina las impurezas orgánicas y una gran cantidad de agua, que tendría que ser si no eliminada del producto DBMA final. Algo de agua está típicamente presente o se forma durante el tratamiento de la ketazina con la base y la hidrazina adicional para obtener el DMBA, pero la cantidad de agua que ha de ser eliminada del producto DMBA final se reduce mediante la etapa de aislamiento de la ketazina antes del tratamiento con la base. Así, contrariamente a muchos procedimientos de la técnica anterior, los procedimientos según la presente invención en los que se aisla la ketazina antes del tratamiento con base e hidrazina no requieren la eliminación de grandes cantidades de agua del producto DMBA final . No queriendo inclinarnos por ninguna teoría, creemos que el procedimiento de preparación del DMBA se produce según se indica a continuación: c¾_ CH3 COOH CH3 N2H4 CH3 CH3 C C= N N= C C CH3 — — CH3 C CH2 COOH+N2 CH3 COOH CH3 CH3 El TMPA puede estar libre de agua o puede estar en forma de composición acuosa consistente en agua y una sal de TMPA. Como sales adecuadas de TMPA se incluyen sales de metales alcalinos, tales como la sal sódica del TMPA. En una realización, el TMPA está en forma de composición acuosa que contiene aproximadamente un 7% a aproximadamente un 8% en peso de sal sódica de TMPA. Se puede obtener "TMPA libre", es decir, TMPA que no está en forma de sal, añadiendo un ácido, típicamente un ácido inorgánico, para convertir la sal sódica, tal como la sal sódica del TMPA, en TMPA libre. Como ácidos adecuados se incluyen HCl, H2S04 y H3P04 - Si se usa TMPA libre en lugar de TMPA en el procedimiento, no se requiere ácido. El procedimiento de preparación de la ketazina de TMPA (ketazina TMPA) incluye la etapa del tratamiento del TMPA con hidrazina, preferiblemente hidrato de hidrazina. Tí-picamente, una mol de TMPA reacciona con menos de una mol de hidrazina. En una realización de la invención, la razón molar de TMPA a hidrazina es de aproximadamente 1:0,5 a aproximadamente 1:1, preferiblemente de aproximadamente 1:0,5 a aproxi-madamente 1:0,8, más preferiblemente de aproximadamente 1:0,5 a aproximadamente 1:0,7, incluso más preferiblemente de aproximadamente 1:0,5. En otras realizaciones, la razón molar de TMPA a hidrazina es de aproximadamente 1:0,6 a aproximadamente 1:1, de aproximadamente 1:0,8 a aproximadamente 1:1 o de aproximadamente 1:0,6 a aproximadamente 1:0,7. En general, la etapa de preparación de la ketazi-na TMPA se produce a un pH de aproximadamente 0,1 a aproximadamente 3. En realizaciones de la invención, la etapa de preparación de la TMPA ketazina puede producirse a un pH de aproximadamente 0,1 a aproximadamente 1, o de aproximadamente 0,5 a aproximadamente 3. El pH de la composición acuosa puede ser ajustado por medio de cualquier ácido o base adecuada. Como ácidos adecuados se incluyen HCl, H2S04 y H3P0 , mientras que como bases adecuadas se incluyen MaOH y OH. En una rea-lización de la invención, la composición acuosa consiste en agua, TMPA y un ácido, preferiblemente HCl. La etapa de reacción del TMPA y la hidrazina es llevada a cabo durante un tiempo y a una temperatura y pre-sión suficientes para que se forme la ketazina TMPA. En general, la etapa de preparación de la ketazina TMPA se produce a una temperatura de aproximadamente 0°C a aproximadamente 80 °C, preferiblemente de aproximadamente 20 °C a aproximadamente 60 °C y a una presión de aproximadamente 100 a aproximadamente 900, preferiblemente de aproximadamente 600 a aproximadamente 800, mm Hg. Generalmente, se deja que la composición de reacción que contiene TMPA, agua, idrazina y cualquier solvente y/o ajustador del pH eventuales repose durante al menos aproximadamente 1 hora, preferiblemente al menos 2 horas, antes de filtrar para obtener los sólidos que contienen la ketazina TMPA. En una realización, se deja que la composición de reacción repose durante aproximadamente 1 a aproximadamente 10, preferiblemente durante aproximadamente 3 a aproximadamente 6, horas antes de filtrar para obtener los sólidos que contienen la ketazina TMPA. Los sólidos pueden ser lavados con una pequeña cantidad de agua antes de secar. La (ketazina TMPA) puede ser usada para preparar DMBA tratando la ketazina TMPA con base y una hidrazina, preferiblemente hidrato de hidrazina. El producto obtenido después de tratar la TMPA ketazina con hidrazina y base incluye el DMBA. En general, el producto no contiene más de aproximadamente un 1%, preferiblemente no más de aproximadamente un 0,5%, en peso de ácidos orgánicos distintos del DMBA. Típicamente, se usa al menos aproximadamente una mol de base por mol de ketazina TMPA. En una realización de la invención, la razón molar de ketazina TMPA a base es de aproximadamente 1:1 a aproximadamente 1:10, preferiblemente de aproximadamente 1:2 a aproximadamente 1:6, más preferiblemente de aproximadamente 1:4. Típicamente, se usa al menos aproximadamente una mol de hidrazina por mol de ketazina TMPA. En una realización de la invención, la razón molar de ketazina TMPA a hidrazina es de aproximadamente 1:1 a aproximadamente 1:8, preferiblemente de aproximadamente 1:2 a aproximadamente 1:6, más preferiblemente de aproximadamente 1:3. Como bases adecuadas se incluyen hidróxidos de metales alcalinos, tales como hidróxido de sodio e hidróxido de potasio; alcóxidos de metales alcalinos, tales como me-tóxido de sodio, etóxido de sodio y tere-butóxido de potasio, y combinaciones de éstos. En una realización, la base es seleccionada entre el grupo consistente en hidróxido de pota-sio, hidróxido de sodio y sus mezclas. En general, la etapa de preparación del DMBA se produce a un pH de aproximadamente 10 a aproximadamente 14, preferiblemente de aproximadamente 12 a aproximadamente 1 .

El tratamiento de la ketazina con hidrazina y base se produce generalmente en presencia de una base orgánica. Como solventes adecuados se incluyen alcoholes, tales como diglicol y triglicol (trietilenglicol) , metanol, etanol, n- o i-propanol, n- , i-, sec- o terc-butanol , octanol, hexanol, etanodiol, propano-1 , 2-diol , etoxietanol, metoxietanol , die-tilenglicol monometil éter, dietilenglicol monoetil éter, sulfóxidos, tales como sulfóxido de dimetilo, solventes etéreos, tales como dietilenglicol dimetil éter (diglime) y die-tilenglicol dietil éter, y sus combinaciones. Preferiblemente, el solvente es seleccionado entre el grupo consistente en butanol , pentanol, hexanol y sus combinaciones; más preferiblemente, el solvente es butanol. La etapa de tratamiento de la ketazina TMPA con base e hidrazina es llevada a cabo durante un tiempo y a una temperatura y presión suficientes para que se forme el DMBA. En general, la etapa de preparación del DMBA se produce a una temperatura de aproximadamente 105°C a aproximadamente 130°C, preferiblemente de aproximadamente 116CC a aproximadamente 117 °C, y a una presión de aproximadamente 600 a aproximadamente 1.000, preferiblemente de aproximadamente 700 a aproximadamente 800, mm Hg . Después de calentar a la temperatura deseada y durante el tiempo deseado, se enfría la mezcla de reacción consistente en el DMBA, el solvente y cualquier hidrazina no reaccionada, la ketazina y la base y se aisla el DMBA. En general, el DMBA en la mezcla de reacción está en forma de sal y la mezcla de reacción puede ser acidificada para obtener DMBA libre. Se puede aislar el DMBA usando cualquier técnica adecuada. Por ejemplo, en una realización, se recoge la sal de DMBA cristalizada de la mezcla de reacción enfriada. En otra realización, se lleva a cabo una destilación a vapor del butanol, seguido de refrigeración o evaporación para recoger la sal de DMBA o de acidificación para obtener el DMBA. Según una realización de la invención, después de calentar durante un tiempo y a una temperatura adecuados, se puede enfriar la composición resultante, consistente en el DMBA, solvente y cualquier resto de hidrazina y/o base. Se puede añadir agua y azeotropizar y eliminar el solvente. Se puede mezclar la capa acuosa con un solvente diferente, tal como un solvente seleccionado entre el grupo consistente en solventes aromáticos, solventes hidrocarbonados, solventes hidrocarbonados clorados y cetonas, preferiblemente tolueno y metilisobutilcetona , y acidificarla a un pH de menos de aproximadamente 3, preferiblemente menos de aproximadamente 2. Se pueden separar las capas y aislar el DMBA de la capa de tolueno . En una realización de la invención, el procedimiento de preparación de ácido 3 , 3 -dimetilbutírico a partir de ácido trimetilpirúvico utiliza no más de aproximadamente 5, preferiblemente de aproximadamente 4 a aproximadamente 1, más preferiblemente de aproximadamente 3 a aproximadamente 1, moles totales de idrazina por mol de ácido trimetilpirúvico. Tal como se usa aquí, "moles totales de hidrazina" pretende hacer referencia al total de la hidrazina usada para preparar la ketazina TMPA y la hidrazina usada para preparar el DMBA a partir de la ketazina TMPA. En una realización preferida de la invención, el proceso de preparación de ácido 3 , 3-dimetilbutírico se produce en ausencia de BF3. Se pueden usar los métodos según la invención para preparar un producto con bajos niveles de ácidos orgánicos distintos del DMBA. En una realización de la invención, el producto que contiene el DMBA incluye no más de aproximadamente un 0,5% a aproximadamente un 1% en peso de ácidos orgánicos distintos del DMBA. En todos los ejemplos y en la presente descripción, las partes y porcentajes son en peso a menos que se in-dique algo diferente. El siguiente ejemplo es meramente ilustrativo y no pretende limitar el alcance de los procedimientos de la invención, tal como queda definido por las reivindicaciones . EJEMPLOS Ejemplo A. Se prepara la ketazina del ácido trimetilpirúvico (TMPA) poniendo 271 gramos de TMPA al 62% (1,77 moles) en 2 litros de agua y añadiendo 20 mi de HCl concentrado y 50 gramos (1 mol) de hidrato de hidrazina con agitación. Se utiliza el HCl para asegurarse de que no hay presencia de sal sódica de TMPA. Se deja que la solución repose durante al menos aproximadamente 5 horas y se filtra. Se pueden lavar los sólidos con una pequeña cantidad de agua antes de secar. La ketazina (201 gramos) es un polvo blanco. El rendimiento es del 89%. Ejemplo B. Se carga un reactor con una mezcla de 100 mi de butanol, 42,5 gramos (0,116 moles) de la ketazina del TMPA, 25 gramos (0,5 moles) de hidrato de hidrazina y 27 gramos de hidróxido de sodio al 100% (0,667 moles) . Se calienta la mezcla lentamente a reflujo y se azeotropiza el agua hasta que la temperatura alcanza aproximadamente 116-117°C. Se mantiene la temperatura a aproximadamente 116-117°C durante aproximadamente 3 a aproximadamente 4 horas. Se azeotropizan y eliminan aproximadamente 13 gramos de agua. Por el contrario, los métodos de la técnica anterior producen típicamente cantida-des mayores de agua, que debe ser azeotropizada y eliminada. Después de finalizar el calentamiento, se añaden 200 mi de agua. Se azeotropiza y elimina el butanol y se devuelve la capa acuosa al reactor. Se añade tolueno (75 mi) y se acidifica la composición resultante a un pH de menos de aproximadamente 2, mientras se mantiene la temperatura a menos de aproximadamente 40 °C. Se separan las capas y se analiza la capa de tolueno. El análisis libre de solvente de la capa de tolueno es de un 0,5% de ácido piválico y un 99% de ácido 3, 3-dimetilbutirico (DMBA) . El rendimiento del DMBA es del 94%. Serán evidentes realizaciones y modificaciones adicionales dentro del alcance de la invención reivindicada para un experto en la técnica. En consecuencia, el alcance de la presente invención será considerado en términos de las si-guientes reivindicaciones y se entiende que no está limitado a los detalles de los procedimientos descritos en la memoria.

Claims (20)

REIVINDICACIONES

1. Un procedimiento para preparar ácido 3,3-dimetilbutirico consistente en las siguientes etapas : (a) reacción de ácido trimetilpiruvico con una primera porción de hidrazina para obtener una ketazina y (b) tratamiento de la ketazina con base y una segunda porción de hidrazina.

2. Un procedimiento según la Reivindicación 1, donde la hidrazina es hidrato de hidrazina.

3. Un procedimiento según la Reivindicación 1, donde el ácido trimetilpirúvico está presente en forma de una composición consistente en ácido trimetilpirúvico y agua.

4. Un procedimiento según la Reivindicación 1, donde se usa al menos una mol de hidrazina por mol de ácido trimetilpirúvico en la etapa de la reacción del ácido trimetilpirúvico con la primera porción de hidrazina.

5. Un procedimiento según la Reivindicación 1, donde la razón molar de ácido trimetilpirúvico a la primera porción de hidrazina es de aproximadamente 1:0,5 a aproximadamente 1:0,6.

6. Un procedimiento según la Reivindicación 1, donde la razón molar de ácido trimetilpirúvico a la primera porción de hidrazina es de aproximadamente 1:0,5.

7. Un procedimiento según la Reivindicación 1, donde la razón molar de ketazina a base es de aproximadamente 1:2 a aproximadamente 1:6.

8. Un procedimiento para preparar ácido 3,3-dimetilbutírico consistente en las siguientes etapas : (a) reacción de ácido trimetilpirúvico con hidrazina para obtener una ketazina, (b) aislamiento de la ketazina y (c) tratamiento de la ketazina con hidrazina y base.

9. Un procedimiento según la Reivindicación 8, donde la etapa de la reacción del ácido trimetilpirúvico con hidrazina consiste en añadir hidrazina a una composición consistente en agua y ácido trimetilpirúvico.

10. Un procedimiento según la Reivindicación 8, donde la razón molar de ácido trimetilpirúvico a hidrazina en la etapa (a) es de aproximadamente 1:0,5 a aproximadamente 1:0,6.

11. Un procedimiento según la Reivindicación 8, donde la razón molar de ketazina a base en la etapa (b) es de aproximadamente 1:2 a aproximadamente 1:6.

12. Un procedimiento según la Reivindicación 8, donde la razón molar de ketazina a hidrazina en la etapa (b) es de aproximadamente 1:1 a aproximadamente 1:8.

13. Un procedimiento según la Reivindicación 8, donde la etapa de tratamiento de la ketazina con hidrazina y base consiste en las siguientes etapas : (i) mezcla de la ketazina con hidrato de hidrazina, base y solvente para obtener una mezcla y (ii) calentamiento de la mezcla a una temperatura de aproximadamente 114°C a aproximadamente 120°C, durante un tiempo de aproximadamente 2 horas a aproximadamente 8 horas .

14. Un procedimiento según la reivindicación 13 , que además incluye la etapa de aislamiento del ácido 3,3-dimetilbutirico .

15. Un procedimiento para preparar ácido 3,3-dimetilbutírico consistente en las siguientes etapas: (a) tratamiento de una composición consistente en agua y ácido trimetilpirúvico con hidrato de hidrazina para obtener un intermediario, donde se usa menos de una mol de hidrato de hidrazina por mol de ácido trimetilpirúvico, y (b) tratamiento del intermediario con hidrato de hidrazina y base.

16. Un procedimiento según la Reivindicación 15, donde la razón molar de ácido trimetilpirúvico a hidrato de hidrazina es de aproximadamente 1:0,5 a aproximadamente 1:0,6.

17. Un procedimiento según la Reivindicación 15, donde la razón molar de intermediario a hidrato de hidrazina es de aproximadamente 1:1 a aproximadamente 1:5 y la razón molar de intermediario a base es de aproximadamente 1:2 a aproximadamente 1:6.

18. Un procedimiento para preparar una ketazina consistente en la etapa de hacer reaccionar ácido trimetilpirúvico con hidrazina para obtener la ketazina.

19. Un procedimiento según la Reivindicación 18, donde la hidrazina es hidrato de hidrazina y la Tazón molar de ácido trimetilpirúvico a hidrato de hidrazina es de aproximadamente 1:0,5 a aproximadamente 1:0,6.

20. Un procedimiento según la Reivindicación 19, donde la etapa de hacer reaccionar ácido trimetilpirúvico con hidrato de hidrazina consiste en añadir el hidrato de hidrazina y un ácido a una composición consistente en ácido trimetilpirúvico y agua.