PL212092B1

PL212092B1 - Sposób otrzymywania 2,3-epoksybutan-1-olu

Info

Publication number: PL212092B1
Application number: PL390554A
Authority: PL
Inventors: Agnieszka Wróblewska; Eugeniusz Milchert; Anna Fajdek
Original assignee: Univ West Pomeranian Szczecin Tech
Priority date: 2010-02-26
Filing date: 2010-02-26
Publication date: 2012-08-31
Also published as: PL390554A1

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób otrzymywania 2,3-epoksybutan-1-olu polegający na epoksydacji alkoholu krotylowego za pomocą 30-proc. nadtlenku wodoru w obecności katalizatora tytanowo-silikalitowego oraz rozpuszczalnika polarnego. Sposób ten umożliwia otrzymanie 2,3-epoksybutan-1-olu, związku o licznych zastosowaniach użytkowych.

2,3-Epoksybutan-1-ol wykorzystuje się do syntezy erytronolidu A, który jest aglikonem jednego z najbardziej znanych antybiotyków makrolidowych, erytromycyny A. Zwią zek ten jest stosowany w leczeniu zakaż e ń dróg oddechowych i u pacjentów reagują cych alergicznie na penicyliny, w leczeniu anginy, kokluszu, chorób wenerycznych oraz zakażeń dróg oddechowych i moczowych. Związek ten zależnie od dawki działa bakteriostatycznie i bakteriobójczo. Działa on m. in. na paciorkowce, gronkowce i krętki.

NH₂

CH \

co₂h (2R,3S)-Epoksybutan-1-ol jest substratem w syntezie D,L-waliny. L-walina jest aminokwasem stosowanym do tworzenia pierścieni β-laktamowych antybiotyków penicylinowych i cefalosporynowych. Antybiotyki penicylinowe i cefalosporynowe należą do najstarszych z grupy antybiotyków β-laktamowych i stanowią podstawową i najcenniejszą grupę leków stosowanych w terapii chorób zakaźnych. ³H₃C

H^CI ch₃ (2R5,3S)-[4,4,4 ²H₃]-walina

Antybiotyki penicylinowe mają działanie bakteriobójcze i bakteriostatyczne. Penicylina hamuje wbudowywanie kwasu N-acetylomuraminowego do ściany komórkowej. Ponadto wywołuje rozpad ściany komórkowej bakterii. Penicylina działa na bakterie G-dodatnie np. Staphylococcus aureus, Streptococcus pyogenes i na niektóre G-ujemne np. Neisseria meningitids. Jest ona wykorzystywana w leczeniu m.in. zapalenia opon mózgowych, ostrego i przewlekłego zapalenia migdałków, anginy, infekcji górnych dróg oddechowych, zapalenia płuc, kiły, rzeżączki i wąglika.

2,3-Epoksybutan-1-ol stosowany jest również do syntezy segmentu C1-C12 leptomycyny B (LMB). LMB jest rozgałęzionym kwasem tłuszczowym zakończonym pierścieniem laktonowym, o właściwościach przeciwgrzybiczych i przeciwnowotworowych. Jest także inhibitorem białka odpowiedzialnego za nuklearny eksport w komórkach, a także inhibitorem translokacji białka wirusa HIV typ 1. Do grupy leków wykorzystywanych w leczeniu zakażenia wirusem HIV, których synteza oparta jest na

2,3-epoksybutan-1-olu zaliczyć można także 3-amino-2-hydroksymaślan. Związek ten jest β-hydroksy-α-aminokwasem, który działa hamująco na proteazę odpowiedzialną za hydrolizę wiązań peptydowych. Enzym ten jest niezbędny do dojrzewania wirusa. Niedobór 3-amino-2-hydroksymaślanu powoduje wytwarzanie niedojrzałych i niezakaźnych cząstek HIV.

PL 212 092 B1

Sposób otrzymywania 2,3-epoksybutan-1-olu przedstawiony w Adv. Synth. Catal., 2003, 11, 1193 - 1196, polega na epoksydacji mieszaniny cis/trans izomerów 2-buten-1-olu w stosunku 13:87 za pomocą 30-proc. H2O2 na katalizatorze K2[{W(O)(O2)2(H2O)}2(m-O)]*2H2O i w wodzie jako rozpuszczalniku. Proces epoksydacji prowadzi się w reaktorze szklanym z mieszadłem magnetycznym i termometrem. Do reaktora wprowadzano w następującej kolejności: katalizator K2[{W(O)(O2)2(H2O)}2(m-O)]*2H2O, alkohol krotylowy oraz wodę jako rozpuszczalnik. Następnie mieszaninę podgrzewano do temperatury 31,85°C. Nadtlenek wodoru wkraplano w temperaturze prowadzenia procesu, podczas ciągłego mieszania. Całkowity czas reakcji wynosił 120 minut. W procesie uzyskano 96% mieszaninę (cis/trans =13:87) 2,3-epoksybutan-1-olu oraz 4% tlenku wolframu.

Druga metoda opisana w Tetrahedron Lett., 2001, 4, 695-698, polega na epoksydacji alkoholu krotylowego za pomocą bezwodnego kompleksu mocznikowo-nadtlenkowego. Katalizatorem tej reakcji jest H2WO4 na fluoroapatycie. Epoksydację prowadzono w temperaturze pokojowej. Całkowity czas reakcji wynosił 4 h. Podczas epoksydacji uzyskano 71% 2,3-epoksybutan-1-olu, natomiast resztę stanowiły etery.

Z polskiego zgłoszenia patentowego P 386 389 znany jest sposób otrzymywania 2,3-epoksybutan-1-olu polegający na epoksydacji 2-buten-1-olu nadtlenkiem wodoru przy użyciu katalizatorów tytanowo-silikalitowych TS-1 i TS-2, pod ciśnieniem autogenicznym lub atmosferycznym w środowisku metanolu jako rozpuszczalnika. Pod ciśnieniem autogenicznym proces prowadzi się w temperaturach 20-120°C, przy stosunku molowym alkohol metallilowy/nadtlenek wodoru 1:1 do 5:1, w zakresie stężeń rozpuszczalnika 80-90% wag., i w czasie od 3 do 5 h. W najkorzystniejszych warunkach uzyskuje się selektywność przemiany do 2,3-epoksybutan-1-olu w odniesieniu do przereagowanego alkoholu krotylowego 95% mol, przy konwersji alkoholu krotylowego 14% mol i konwersji nadtlenku wodoru 13% mol. Z polskiego zgłoszenia patentowego P 386388 znany jest sposób otrzymywania 2,3-epoksybutan-1-olu polegający na epoksydacji 2-buten-1-olu 30% nadtlenkiem wodoru w obecności katalizatora tytanowo-silikalitowego Ti-Beta, w obecności polarnego rozpuszczalnika protonowego: metanolu lub etanolu lub aprotonowego: acetonitrylu lub acetonu w ilości od 5 do 90% wagowych. Proces prowadzi się pod ciśnieniem autogenicznym lub pod ciśnieniem atmosferycznym. W najkorzystniejszych warunkach uzyskuje się selektywność przemiany do

2,3-epoksybutan-1-olu w odniesieniu do przereagowanego alkoholu krotylowego 100% mol, przy konwersji alkoholu krotylowego 25% mol i nadtlenku wodoru 26% mol.

Sposób otrzymywania 2,3-epoksybutan-1-olu według wynalazku polegający na epoksydacji alkoholu krotylowego za pomocą 30-proc. nadtlenku wodoru w obecności katalizatora tytanowo-silikalitowego oraz rozpuszczalnika polarnego charakteryzuje się tym, że stosuje się tytanowy katalizator o strukturze MWW. Proces prowadzi się pod zwiększonym ciśnieniem, wynikającym z prężności par składników tworzących mieszaninę reakcyjną, w temperaturze 20-120°C. Stosując stężenie katalizatora Ti-MWW w mieszaninie reakcyjnej od 0 do 5,0% wag. Proces prowadzi się w czasie od 5 do 300 minut, przy szybkości mieszania od 50 do 350 obrotów na minutę, przy stosunku molowym alkoholu krotylowego do nadtlenku wodoru 1:1-3:1. Jako polarny rozpuszczalnik stosuje się alkohol metylowy w takiej ilości, aby jego stężenie w mieszaninie reakcyjnej wynosiło od 30% wag. do 90% wag.

Zaletą sposobu według wynalazku w stosunku do dotychczasowych metod jest znaczne ograniczenie powstawania produktów ubocznych. Proponowana technologia jest przykładem nowych trendów we współczesnej technologii organicznej. Jest to technologia spełniająca wymogi „zielonej chemii i mieści się w grupie procesów niskotonażowych. Użycie katalizatora tytanowo-silikalitowego eliminuje etapy pośrednie reakcji. Katalizator można łatwo oddzielić i zregenerować, przez co można go stosować wielokrotnie w procesie epoksydacji. Katalizatory te są bezpieczniejsze i nie powodują korozji aparatury. Surowce w postaci alkoholu metallilowego i metanolu odzyskuje się przez destylację i zawraca do procesu.

Sposób epoksydacji alkoholu krotylowego 30-proc. nadtlenkiem wodoru w obecności katalizatora tytanowo-silikalitowego Ti-MWW przedstawiają poniższe przekłady.

P r z y k ł a d I

Do autoklawu ze stali kwasoodpornej wprowadzano 0,087 g katalizatora Ti-MWW, 1,006 g alkoholu krotylowego, 1,578 g nadtlenku wodoru w postaci roztworu o stężeniu 30% wag. i 1,714 g alkoholu metylowego. Proces prowadzono w temperaturze 40°C w ciągu 3 h podczas mieszania z szybkością 200 obr./min. Stosunek molowy alkoholu krotylowego do nadtlenku wodoru wynosił 1:1.

Zastosowanie wymienionych parametrów technologicznych pozwala uzyskać selektywność przemiany do 2,3-epoksybutan-1-olu w odniesieniu do przereagowanego alkoholu krotylowego 78% mol. Konwersja alkoholu krotylowego wynosi 42% mol, a konwersja nadtlenku wodoru 42% mol.

PL 212 092 B1

P r z y k ł a d II

Do reaktora ciśnieniowego umieszczonego w ramieniu wytrząsarki w celu intensyfikacji mieszania jak w przykładzie I wprowadzono 0,061 g katalizatora Ti-MWW, 1,00 g alkoholu krotylowego, 0,528 g alkoholu metylowego, 1,012 g nadtlenku wodoru. Epoksydowanie prowadzono pod ciśnieniem autogenicznym w temperaturze 80°C w ciągu 1 h i stosując szybkość mieszania 50 obr./min. Stosunek molowy alkoholu krotylowego do nadtlenku wodoru wynosił 1:1, a stężenie metanolu 30% wag. W powyższych warunkach technologicznych selektywność przemiany do 2,3-epoksybutan-1-olu w odniesieniu do przereagowanego alkoholu krotylowego osiągała wartość 50% mol, konwersja alkoholu krotylowego 65% mol, a konwersja nadtlenku wodoru 88% mol.

P r z y k ł a d III

Do reaktora ciśnieniowego jak w przykładzie II wprowadzono 0,252 g katalizatora Ti-MWW, 0,131 g alkoholu krotylowego, 1,577 g nadtlenku wodoru w postaci roztworu o stężeniu 30% wag. i 0,394 g metanolu. Epoksydowanie prowadzono pod ciśnieniem autogenicznym w temperaturze 100°C w ciągu 4 h i z szybkością mieszania 150 obr./min. Z podanych ilości reagentów wynika, że stosunek molowy alkoholu krotylowego do nadtlenku wodoru wynosił 3:1, a stężenie metanolu 50% wag. W powyższych warunkach technologicznych selektywność przemiany do 2,3-epokysbutan-1-olu w odniesieniu do przereagowanego alkoholu krotylowego wynosiła 95% mol, konwersja alkoholu krotylowego 80% mol, a konwersja nadtlenku wodoru 99% mol.

P r z y k ł a d IV

Do reaktora ciśnieniowego umieszczonego w łaźni olejowej wprowadzono 0,233 g katalizatora Ti-MWW, 0,542 g alkoholu krotylowego, 2,375 g alkoholu metylowego, 0,453 g nadtlenku wodoru. Epoksydowanie prowadzono pod ciśnieniem autogenicznym w temperaturze 120°C w ciągu 30 min i stosując szybkość mieszania 300 obr./min. Stosunek molowy alkoholu krotylowego do nadtlenku wodoru wynosił 2:1, a stężenie metanolu 90% wag. W powyższych warunkach technologicznych selektywność przemiany do 2,3-epoksybutan-1-olu w odniesieniu do przereagowanego alkoholu krotylowego osiągała wartość 100% mol, konwersja alkoholu krotylowego 73% mol, a konwersja nadtlenku wodoru 87% mol.

Claims

1. Sposób otrzymywania 2,3-epoksybutan-1-olu polegający na epoksydacji alkoholu krotylowego za pomocą 30% nadtlenku wodoru w obecności katalizatora tytanowo-silikalitowego oraz rozpuszczalnika polarnego, znamienny tym, że stosuje się katalizator Ti-MWW.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że proces prowadzi się pod zwiększonym ciśnieniem, wynikającym z prężności par składników tworzących mieszaninę reakcyjną, w temperaturze 20-120°C.

3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że proces prowadzi się stosując stężenie katalizatora Ti-MWW w mieszaninie reakcyjnej od 0 do 5,0% wag.

4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że proces prowadzi się w czasie od 5 do 300 minut, przy szybkości mieszania od 50 do 350 obrotów na minutę.

5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że proces prowadzi się przy stosunku molowym alkoholu krotylowego do nadtlenku wodoru 1:1-3:1.

6. Sposób według zastrz. od 1 do 4, znamienny tym, że jako polarny rozpuszczalnik stosuje się alkohol metylowy w takiej ilości, aby jego stężenie w mieszaninie reakcyjnej wynosiło od 30% wag. do 90% wag.