WO2014147271A1 - Procedimiento de obtención de lactonas enantioméricamente puras con catalizadores sólidos - Google Patents

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hydroxymethyl
enantiomerically pure
levoglucosenone
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Avelino Corma Canos
Manuel Moliner Marin
Cecilia Gertrudis PARIS CARRIZO
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Consejo Superior de Investigaciones Cientificas CSIC
Universidad Politecnica de Valencia
Original Assignee
Consejo Superior de Investigaciones Cientificas CSIC
Universidad Politecnica de Valencia
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    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07D—HETEROCYCLIC COMPOUNDS
    • C07D307/00—Heterocyclic compounds containing five-membered rings having one oxygen atom as the only ring hetero atom
    • C07D307/02—Heterocyclic compounds containing five-membered rings having one oxygen atom as the only ring hetero atom not condensed with other rings
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    • C07D307/56—Heterocyclic compounds containing five-membered rings having one oxygen atom as the only ring hetero atom not condensed with other rings having two or three double bonds between ring members or between ring members and non-ring members with hetero atoms or with carbon atoms having three bonds to hetero atoms with at the most one bond to halogen, e.g. ester or nitrile radicals, directly attached to ring carbon atoms
    • C07D307/58—One oxygen atom, e.g. butenolide

Definitions

  • the present invention relates to a new method of preparing enantiomerically pure cyclic lactones, by using efficient heterogeneous acid catalysts.
  • This new process comprises the selective transformation of a chiral ketone, such as levoglucosenone or dihydrolevoglucosenone into an enantiomerically pure cyclic lactone, such as (S) -y-hydroxymethyl-a, p-butenylide and (S) -4- hydroxymethyl-and-butyrolactone as well as its derivatives using exclusively heterogeneous acid catalysts.
  • Said transformation can be carried out in a single stage or two stage catalytic process.
  • levoglucosenone is oxidized using organic peroxides (such as peracetic acid or m-chloroperbenzoic acid) in acetic acid for 48 hours, obtaining an intermediate formyl lactone [see (II) in Figure 1]; and subsequently, the reaction is concentrated in vacuo, and methanol and hydrochloric acid are added to convert the formyl lactone into the (S) -and- hydroxymethyl, p-butenolide [see (III) in Figure 1 ].
  • organic peroxides such as peracetic acid or m-chloroperbenzoic acid
  • Another method involves the preparation of (S) -4-hydroxymethyl- ⁇ -butyrolactone from the terminal epoxide of the 4- pentenoic acid ethyl ester.
  • the homogeneous phase opening and delation of the racemic epoxy mixture is carried out using organometallic chromium or cobalt catalysts.
  • the main disadvantages of this method are due to the need to activate the catalyst before the reaction, because the opening of the epoxides is partial, and a second stage of oxidation with mineral acids or acid resins is necessary, because the reaction must be carried out. under anhydrous conditions and at low temperatures (0 ° C) and finally, at the prolonged reaction time (2 days).
  • zeolites with isolated metals in their structure are efficient heterogeneous catalysts for the selective oxidation of hydrocarbons using peroxides as oxidizing agents (Notari, Adv. Catal. 1996, 41, 253).
  • metals introduced with good catalytic properties for the selective oxidation of hydrocarbons tin, zirconium, titanium, tantalum, and aluminum stand out among others.
  • aqueous hydrogen peroxide as an oxidizing agent is safer, more economical and produces only water as a byproduct, thus presenting attractive advantages over the use of organic peracids as oxidizing agents.
  • the present invention relates to a new process for the synthesis of enantiomerically pure cyclic lactones (Formula I), such as (S) -y-hydroxymethyl-a, p-butenylide and (S) -4-hydroxymethyl-y -butyrolactone as well as its derivatives, which may comprise at least one stage in which it is carried carrying out a reaction of at least one organic compound with an oxidizing agent, preferably hydrogen peroxide, in the presence of a molecular sieve having an empirical formula in a calcined and dehydrated form of
  • M can be one or more metals of Valencia +3, selected from Al, B, Ga, Fe, Cr, Se and combinations thereof, preferably Al.
  • X can be a molar fraction of M and has a value between 0 and 0 , fifteen; and it can be a molar fraction of zirconium and has a value between 0 and 0.06;
  • z can be a molar fraction of tin and has a value between 0 and 0.06;
  • enantiomerically pure cyclic lactones are understood as the compounds defined in Formula I, in which the bond (a) can be a double bond being in this case the (S) -y-hydroxymethyl-a, p-butenyl and derivatives thereof, or a simple bond, in which case the (S) -4-hydroxymethyl-and-butyrolactone and derivatives thereof.
  • Formula I As derivatives of (S) -y-hydroxymethyl-a, p-butenylide and (S) -4-hydroxymethyl- ⁇ -butyrolactone, the compounds defined by Formula I are understood as Ri and R 2 which may be chosen independently from the following groups: H, alkyl (straight chain or branched chain) alkyl, alkynyl, aryl, heteroaryl, carboxyl, alkylcarboxyl, hydroxyl, amino, nitro, alkyloxy, alkylthio, formyl, cyano, carbamoyl, halogen, ketone, among others.
  • R 2 which may be chosen independently from the following groups: H, alkyl (straight chain or branched chain) alkyl, alkynyl, aryl, heteroaryl, carboxyl, alkylcarboxyl, hydroxyl, amino, nitro, alkyloxy, alkylthio, formyl, cyano, carbamoyl, halogen,
  • the process of the present invention further comprises a second stage in the presence of a catalyst with acidic Bronsted characteristics.
  • the process can be carried out in a single stage, using a heterogeneous catalyst (described above); or in two stages, using a heterogeneous catalyst in the first stage to obtain the intermediate product (B) [see (B) in Figure 2], and another heterogeneous acid catalyst in the second stage to transform the intermediate product (B) into the corresponding cyclic lactone [see (C) in Figure 2], preferably a solid with Bronsted acid centers.
  • This new methodology allows to obtain efficiently enantiomerically pure cyclic lactones, such as (S) -y-hydroxymethyl-a, p-butenylids and their derivatives (Formula I), from chiral ketones such as those defined by the Formula II.
  • the present methodology greatly improves the process previously presented by Koseki et al. (Koseki et al. Heterocycles, 1990, 31, 423).
  • heterogeneous catalysts can be easily separated from the reaction mixture, and subsequently reused in successive reaction cycles; and on the other hand, the use of hydrogen peroxide as a possible oxidizing agent is much cheaper than the organic peroxides used by Koseki et al. (Koseki et al. Heterocycles, 1990, 31, 423), and also the only byproduct that is formed from the decomposition of the oxidizing agent is water.
  • an optically pure product can be considered any one that has an enantioselectivity greater than 90% towards the corresponding enantiomer.
  • the heterogeneous catalyst used in the process described in the present invention is a sieve molecular, preferably with pores of diameter of at least 0.52 nm and has an empirical formula in calcined and dehydrated form of
  • M is one or more metals of Valencia +3, selected from Al, B, Ga, Fe, Cr, Se and combinations thereof, preferably Al;
  • x is a molar fraction of M and has a value between 0 and 0.15;
  • y is a molar fraction of zirconium and has a value between 0 and 0.06;
  • z is a molar fraction of tin and has a value between 0 and 0.06;
  • the solid used as a catalyst in the second stage has acidic characteristics.
  • Said catalyst may preferably be selected from an acidic resin, an acidic silicate and combinations thereof.
  • the catalyst of the second stage is an acidic resin.
  • the starting organic compound is selected from at least one chiral ketone or derivatives thereof, more preferably selected from levoglucosenone, dihydrolevoglucosenone and derivatives thereof, as set forth in Formula II.
  • Chiral ketone is understood as meaning the compounds defined by Formula II, in which the bond (a) may be double, in which case the levoglucosenone and derivatives thereof, or simple, being in that case the dihydrolevoglucosenone, and derivatives thereof.
  • Levoglucosenone and dihydrolevoglucosenone are defined as the compounds defined by Formula II in which Ri and R 2 can be independently selected from the following groups: H, alkyl (straight chain or branched chain), alkenyl, alkynyl, aryl, heteroaryl, carboxyl, alkylcarboxyl, hydroxyl, amino, nitro, alkyloxy, alkylthio, formyl, cyano, carbamoyl, halogen, ketone, among others.
  • Ri and R 2 can be independently selected from the following groups: H, alkyl (straight chain or branched chain), alkenyl, alkynyl, aryl, heteroaryl, carboxyl, alkylcarboxyl, hydroxyl, amino, nitro, alkyloxy, alkylthio, formyl, cyano, carbamoyl, halogen, ketone, among others.
  • the chiral ketone is levoglucosenone or one of its derivatives.
  • the chiral ketone is dihydrolevoglucosenone or one of its derivatives.
  • the process involves contacting the organic compound, preferably a chiral ketone (see Formula II), with any of the catalysts described above and with an oxidizing agent, preferably hydrogen peroxide, under reaction conditions.
  • the reaction conditions for the process include a temperature between 10 ° C and 150 ° C, preferably between 60 ° C and 10 ° C; and a contact time between 10 minutes and 48 hours, preferably between 60 minutes and 24 hours, both when the reaction is carried out in one stage and in two stages.
  • hydrogen peroxide is preferably used as an oxidizing agent in a solution in water of 20% to 70% by weight, preferably a solution of 35% to 50% by weight.
  • the molar ratio oxidizing agent to organic compound between 0.1 and 3, preferably between 0.5 and 2.
  • the molar ratio of hydrogen peroxide to chiral ketone may be between 0.1 and 3, preferably between 0.5 and 2.
  • the reaction can be carried out in the presence of at least one solvent, preferably selected from dioxane, acetonitrile, diethyl ether, toluene, acetic acid, dichloromethane, and alcohols such as methanol, ethanol, isopropanol and combinations thereof, and more preferably dioxane
  • solvent preferably selected from dioxane, acetonitrile, diethyl ether, toluene, acetic acid, dichloromethane, and alcohols such as methanol, ethanol, isopropanol and combinations thereof, and more preferably dioxane
  • the starting chiral ketone is levoglucosenone, and the enantiomerically pure cyclic lactone obtained is (S) -y-hydroxymethyl-a, p-butenyl.
  • the starting chiral ketone is dihydrolevoglucosenone, and the enantiomerically pure cyclic lactone obtained is (S) -4-hydroxymethyl-and-butyrolactone.
  • the present invention also relates to a method for using a molecular sieve, preferably with pores of diameter of at least 0.5 nm, which has an empirical formula in calcined and dehydrated form of
  • M is one or more metals of Valencia +3, selected from Al, B, Ga, Fe, Cr, Se and combinations thereof; preferably Al.
  • x is a molar fraction of M and has a value between 0 and 0.15;
  • y is a molar fraction of zirconium and has a value between 0 and 0.06;
  • z is a molar fraction of tin and has a value between 0 and 0.06;
  • Molecular sieves that can be used in accordance with the present invention can be prepared by a hydrothermal crystallization process in which a reaction mixture is prepared by combining the sources of zirconium, tin, silicon, a structure directing agent, a valence metal +3 (preferably aluminum), and water.
  • Sources of silicon include, but are not limited to, colloidal silica, amorphous silica, pyrogenic silica, silica gel and tetraalkylortosilicate.
  • Aluminum sources include, but are not limited to, aluminum halides, aluminum alkoxides, aluminum oxides, metal aluminum, alkali aluminates, alkaline earth aluminates and other aluminum salts.
  • Tin sources include tin halides, tin alkoxides, tin oxides, metallic tin, alkaline stannates, alkaline earth stannates and tin organometallic compounds, without being limiting examples.
  • a preferred source is tin tetrachloride.
  • Examples of tin alkoxides include tin butoxide, tin ethoxide and tin proproxide.
  • Zirconium sources include zirconium halides, zirconium alkoxides, zirconium oxides, metal zirconium, alkaline zirconiates, alkaline earth zirconiates and zirconium organometallic compounds, without being these limiting examples.
  • a preferred source is zirconium tetrachloride.
  • zirconium alkoxides include zirconium butoxide, zirconium ethoxide and zirconium proproxide.
  • Organic structure directing agents include tetraalkylammonium ions such as tetraethylammonium ion, aza-polycyclic compounds, dialkyl dibenzylammonium ions, and bis-piperidinium ions, without being these limiting. These ions can be used as hydroxides or halides.
  • hydroxyl ions or fluoride ions are used as mobilizing agents of the precursor species.
  • the synthesis is carried out in a hydrothermal system at temperatures between 120 and 195 ° C, for times between 12 hours and 40 days.
  • the solids are separated from the liquids by filtration or centrifugation.
  • the dry solid is calcined in air or in N 2 followed by air at temperatures between 400 and 1000 ° C, in order to remove the organic molecules occluded inside the pores.
  • Figure 1 Method of preparation of (S) -y-hydroxymethyl-a, p-buten0lido and of (S) -4-hydroxymethyl-and-butyrolactone described by Koseki et al. (Koseki et al. Heterocycles, 1990, 31, 3, 423; Eur. Pat. Appl., 1991, EP 41 1403 A1, Eur. Pat.
  • reaction a) represents the starting levoglucosenone, (II) represents a formyl lactone as intermediate of the reaction, and (III) represents the final product corresponding to (S) -y-hydroxymethyl-a, p-butenylide; and in reaction b) (IV) represents the starting dihydrolevoglucosenone, (V) represents a formyl lactone as the intermediate of the reaction and (VI) represents the final product corresponding to (S) -4-hydroxymethyl-y- butyrolactone
  • Figure 2 General process of obtaining enantiomerically pure cyclic lactones from chiral ketones according to the present invention in which (A) represents a starting chiral ketone, (B) represents an intermediate formyl ketone and (C) represents the enantiomerically pure cyclic lactone obtained as a product.
  • Figure 3 a) Oxidation of levoglucosenone in two stages to obtain (S) -y-hydroxymethyl-a, p-buten0lido. b) Oxidation of dihydrolevoglucosenone in two stages to obtain (S) -4-hydroxymethyl-and-butyrolactone.
  • Example 1 Synthesis of an Sn silicate with the structure of a beta zeolite (Sn-Beta) 21 .05 g of an aqueous solution of tetraethylammonium hydroxide (Sigma-Aldrich, 35% by weight in water) is mixed with 20.89 g of tetraethylorthosilicate (TEOS, Sigma-Aldrich, 98% by weight) and 0.282 g of tin (IV) chloride pentahydrate (Sigma-Aldrich, 98% by weight). The mixture is kept under stirring until the ethanol formed by the hydrolysis of TEOS has evaporated.
  • TEOS tetraethylorthosilicate
  • IV tin
  • the solid has the characteristic structure of the beta zeolite.
  • the solid is calcined at 580 ° C for 6 hours to remove the organic matter contained inside the crystals.
  • the chemical analysis of the Sn-Beta sample indicates a Si / Zr molar ratio of 1 14.
  • Example 2 Synthesis of a Zr silicate with the structure of a beta zeolite (Zr-Beta) 21 .00 g of an aqueous solution of tetraethylammonium hydroxide (Sigma-Aldrich, 35% by weight in water) are mixed with 20.88 g of tetraethylorthosilicate (TEOS, Sigma-Aldrich, 98% by weight) and 0.263 g of zirconyl chloride octahydrate (Sigma-Aldrich, 98% by weight). The mixture is kept under stirring until the ethanol formed by the hydrolysis of TEOS has evaporated.
  • TEOS tetraethylorthosilicate
  • the solid has the characteristic structure of the beta zeolite.
  • the solid is calcined at 580 ° C for 6 hours to remove the organic matter contained inside the crystals.
  • the chemical analysis of the Zr-Beta sample indicates a Si / Zr molar ratio of 127.
  • Example 3 Synthesis of a silicoaluminate with the structure of a beta zeolite (Al-Beta)
  • the final gel composition is S ⁇ O 2 / 0.033 Al / 0.5 TEAOH / 0.5 HF / 3 H 2 O.
  • This gel is transferred to a steel autoclave with Teflon protected inner walls, and is heated at 140 ° C for 14 days under agitation. After this time, the The resulting solid is recovered by filtration, washing thoroughly with water, and subsequently drying it at 100 ° C for one hour. By means of X-ray diffraction it is observed that the solid has the characteristic structure of the beta zeolite. The solid is calcined at 580 ° C for 6 hours to remove the organic matter contained inside the crystals.
  • the chemical analysis of the Al-Beta sample indicates a Si / Al molar ratio of 33.
  • Example 4 Oxidation of levoglucosenone in a single stage, using Al-Beta, Zr-Beta and Sn-Beta catalysts
  • Sn-Beta, Zr-Beta and Al-Beta samples were used as catalysts in the selective oxidation of levoglucosenone.
  • the reactions were carried out in a single stage in closed reactors, under magnetic stirring and heating the reactive mixtures in a silicone bath at 100 ° C.
  • 0.33 mmol (42 mg) of levoglucosenone (95% by weight, Carbosynth) is dissolved in 1 ml of 1,4-dioxane (HPLC purity, Alpha-Aesar), and 0.5 mmol (48 mg) of H2O2 (35% by weight in water, Sigma-Aldrich) are added to the solution.
  • the Sn-Beta sample was used as a catalyst in the selective oxidation of levoglucosenone.
  • the reaction was carried out in a single stage in closed reactors, under magnetic stirring and heating of the reaction mixture in a silicone bath at 100 ° C.
  • 0.33 mmol (42 mg) of levoglucosenone (95% by weight, Carbosynth) is dissolved in 1 ml of 1,4-dioxane (HPLC purity, Alpha-Aesar), and 0.5 mmol (48 mg) of H2O2 (35% by weight in water, Sigma-Aldrich) are added to the solution.
  • the amount of catalyst is set to obtain a levoglucosenone / Sn molar ratio of 20.
  • Example 6 Oxidation of levoglucosenone in two stages, with the Sn-Beta and Amberlyst 15 catalysts.
  • the selective oxidation reaction of levoglucosenone was carried out in two stages in closed reactors and under magnetic stirring.
  • the Sn-Beta catalyst is contacted with the reaction mixture described in Example 4, in a silicone bath at 100 ° C, and with a levoglucosenone / Sn molar ratio of 20.
  • the reaction mixture is separated from the Sn-Beta catalyst by filtration, and contacted with 140 mg of a commercial acid resin (Amberlyst 15, Sigma-Aldrich) at room temperature for 8 hours.
  • the activities (measures such as conversion of levoglucosenone) and selectivities to products (II) and (III) [see Figure 3], are presented in Table 3.
  • Table 3 Oxidation of levoglucosenone with the Sn-Beta catalyst in a first stage, followed by a second stage of hydrolysis using an acid resin at room temperature (TA)
  • Example 7 Evaluation of the optical purity of the product (S) -y-hydroxymethyl- ⁇ , ⁇ -butenolide
  • Example 8 Dihydrolevoglucosenone oxidation in two stages, with the Sn-Beta and Amberlyst 15 catalysts.
  • the selective oxidation reaction of Dihydrolevoglucosenone was carried out in two stages in closed reactors and under magnetic stirring.
  • the Sn-Beta catalyst is contacted with the reaction mixture described in Example 4, in a silicone bath at 100 ° C, and with a dihydrolevoglucosenone / Sn molar ratio of 20.
  • the reaction mixture is separated from the Sn-Beta catalyst by filtration, and contacted with 140 mg of a commercial acid resin (Amberlyst 15, Sigma-Aldrich) at room temperature for 6 hours.
  • the activities (measured as conversion of dihydrolevoglucosenone) and selectivities to products (V) and (VI) [see Figure 3], are presented in Table 4.
  • Table 4 Oxidation of dihydrolevoglucosenone with the Sn-Beta catalyst in a first stage, followed by a second stage of hydrolysis using an acid resin at room temperature (T.A.)

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Abstract

La presente invención se refiere a procedimiento para la síntesis de lactonas cíclicas enantioméricamente puras, como por ejemplo el (S)-y-hidroximetil-α,β-butenólido y la (S)-4-hidroximetil-y-butirolactona así como sus derivados, caracterizado porque comprende, al menos, una etapa en la que se lleva a cabo una reacción de al menos un compuesto orgánico con un agente oxidante en presencia de un tamiz molecular, preferentemente con poros de diámetro de al menos 0,52 nm, que tiene una fórmula empírica en forma calcinada y deshidratada de (MxZrySnzSi1-x-y-z)O2 en la que: M es uno o más metales de valencia +3, seleccionado entre Al, B, Ga, Fe, Cr, Sc y combinaciones de los mismos, preferentemente Al; x es una fracción molar de M y tiene un valor entre 0 y 0, 15; y es una fracción molar de zirconio y tiene un valor entre 0 y 0,06; z es una fracción molar de estaño y tiene un valor entre 0 y 0,06. Con la condición de que, al menos, uno de los subíndices x, y y z sea distinto de cero.

Description

PROCEDIMIENTO DE OBTENCIÓN DE LACTONAS
ENANTIOMÉRICAMENTE PURAS CON CATALIZADORES SÓLIDOS
DESCRIPCION
Campo de la técnica La presente invención se refiere a un nuevo procedimiento de preparación de lactonas cíclicas enantioméricamente puras, mediante el uso de eficientes catalizadores heterogéneos ácidos. Este nuevo proceso comprende la transformación selectiva de una cetona quiral, tal como la levoglucosenona o la dihidrolevoglucosenona en una lactona cíclica enantioméricamente pura, tal como el (S)-y-hidroximetil-a,p-buten0lido y la (S)-4-hidroximetil-y-butirolactona así como sus derivados utilizando exclusivamente catalizadores heterogéneos ácidos. Dicha transformación puede realizarse en un proceso catalítico de una sola etapa o en dos etapas.
Antecedentes La preparación eficiente de lactonas cíclicas enantioméricamente puras, por ejemplo butenólidos enantioméricamente puros, como la molécula (S)-y- hidrox¡met¡l-a,p-butenól¡do [ver (III) en la Figura 1 ] es interesante debido a que se utilizan en la síntesis de diferentes medicamentos (como Burseran o Isostegane) (Tomioka, et al. J. Chem. Soc. Chem. Commun., 1979, 652; Enders et al. Synthesis, 2002, 4, 515; Takashi, et al. Heterocycles, 1990, 31 , 1585), como aromatizantes (Hawakami, et al. Heterocycles, 1990, 31 , 2041 ; Flores, et al. J. Org. Chem. 201 1 , 76, 5369; Diaz-Rodriguez, et al. Org. Biomol. Chem. 2009, 7, 1415), y como agentes antivirales frente al virus de inmunodeficiencia humana (SIDA) o al virus de la hepatitis B (Koseki, et al. Heterocycles, 1990, 31 , 423). Del mismo modo, la preparación eficiente de (S)- 4-hidroximetil-y-butirolactona [ver (VI) en la Figura 1 ] es igual de atractiva debido que este compuesto se emplea en la síntesis de aromatizantes, ácidos nucléicos, productos naturales, aditivos de alimentos, síntonos quirales (Tamogami et al. Flavour Fragr. J. 2004, 19, 1 -5; Choudhury et al., Tetrahedron Letters, 2003, 44, 247-250; EP502447A1 , Wrona et al. JACs, 2005, 15026), entre otras aplicaciones.
Se han descrito diferentes métodos de preparación para el (S)-y-hidroximetil- α,β-butenólido. Por un lado, un método utiliza como material de partida el azúcar D-ribosa, sintetizando el producto (S)-y-hidroximetil-a,p-buten0lido a través de una ribonolactona (Camps, et al. Tetrahedron, 1982, 32, 2395). No obstante, este procedimiento no es muy adecuado debido al elevado precio del azúcar de partida. Por otro lado, otro procedimiento utiliza el L-ácido glutámico como material de partida, pero requiere de seis etapas de reacción para obtener la γ-lactona deseada (Taniguchi et al. Tetrahedron, 1974, 30, 3547). Debido al elevado número de etapas, el rendimiento al producto es muy bajo. No obstante, el método más eficiente para obtener el (S)-y-hidroximetil-a,p- butenólido descrito hasta el momento, es el procedimiento de Koseki et al. (Koseki et al. Heterocycles, 1990, 31 , 423; Koseki et al. Eur. Pat. Appl., 1991 , EP 41 1403 A1 ). En este procedimiento, el producto deseado se obtiene a partir de la levoglucosenona [ver (I) en la Figura 1 ] a través de un proceso de dos etapas. Por un lado, la levoglucosenona se oxida utilizando peróxidos orgánicos (tales como ácido peracético o ácido m-cloroperbenzoico) en ácido acético durante 48 horas, obteniendo una formil lactona intermedia [ver (II) en la Figura 1 ]; y posteriormente, la reacción se concentra en vacío, y se añade metanol y ácido clorhídrico para convertir la formil lactona en el (S)-y- hidrox¡met¡l-a,p-butenól¡do [ver (III) en la Figura 1 ].
En relación a la (S)-4-hidroximetil-y-butirolactona, los métodos descritos para la obtención de este compuesto son variados. El método clásico de preparación es a partir del L-ácido glutámico (Taniguchi et al. Tetrahedron, 1974, 30, 3547), sin embargo este procedimiento requiere varias etapas de síntesis y la (S)-4- hidroximetil-y-butirolactona se obtiene con moderado rendimiento (64%). Otro método involucra la oxidación en fase homogénea, de una disolución en cloroformo de ácido 4-pentenoico, con peróxido de hidrógeno en presencia de metiltrioxorrenio (MTO) como catalizador (Tan et. al. J. Mol. Catal. A: Chemical. 1999, 142, 333). En este procedimiento, la principal desventaja radica en el elevado coste del catalizador y en la separación del mismo del medio de reacción. Por otro lado, no se establece en la metodología la determinación de la pureza óptica del producto.
Otro método (WO-02/18359 A1 ), involucra la preparación de (S)-4-hidroximet¡l- γ-butirolactona a partir del epóxido terminal del éster etílico del ácido 4- pentenoico. La apertura y delación en fase homogénea de la mezcla racémica de epóxidos se lleva a cabo empleando catalizadores organometálicos de cromo o cobalto. Las principales desventajas que presenta este método se deben a la necesidad de activar el catalizador antes de la reacción, a que la apertura de los epóxidos es parcial siendo necesaria una segunda etapa de oxidación con ácidos minerales o resinas ácidas, a que la reacción debe realizarse en condiciones anhidras y a bajas temperaturas (0°C) y por último, al prolongado tiempo de reacción (2 días). Un método interesante desarrollado por Koseki et al. (Koseki et al. Heterocycles, 1990, 31 , 3, 423, EP 418925 A2), utiliza la dihidrolevoglucosenona [ver (IV) en la Figura 1 ] para obtener la (S)-4- hidroximetil-y-butirolactona [ver (VI) en la Figura 1 ] en un procedimiento de dos etapas. En una primera etapa, la dihidrolevoglucosenona se oxida con peróxidos orgánicos (como por ejemplo ácido peracético o ácido m- cloroperbenzoico) durante 3 horas para obtener una lactona cíclica intermedia [ver (V) en la Figura 1 ]. La (S)-4-hidroximetil-y-butirolactona se obtiene en una segunda etapa de reacción, por tratamiento de la lactona cíclica intermedia con metanol y ácido clorhídrico [ver (VI) en la Figura 1 ].
La preparación de (S)-y-hidroximetil-a,p-buten0lido a partir de levoglucosenona y de (S)-4-hidroximetil-y-butirolactona a partir de dihidrolevoglucosenona es especialmente atractiva, ya que la levoglucosenona, dihidroglucosenona y otros azúcares similares, como el levoglucosan, pueden obtenerse fácilmente a partir de la biomasa. En concreto, la pirólisis rápida de biomasa lignocelulósica catalizada por catalizadores ácidos, muestra una gran selectividad hacia este tipo de productos. No obstante, los procesos de conversión de levoglucosenona al producto (S)-y-hidroximetil-a,p-buten0lido; y de dihidrolevoglucosenona a (S)-4-hidroximetil-y-butirolactona descritos por Koseki et al. (Koseki et al. Heterocycles, 1990, 31 , 3, 423; EP 41 1403 A1 , EP 418925 A2) presentan ciertos inconvenientes, tales como el uso de ácidos homogéneos y peróxidos orgánicos. Por un lado, el uso de catalizadores ácidos homogéneos presenta problemas de corrosión, dificultad para separar del medio de reacción ácido los productos, una manipulación peligrosa y finalmente, gran formación de residuos tóxicos. Por otro lado, el uso de peróxidos orgánicos como agentes oxidantes implica costes elevados, grandes medidas de seguridad durante su almacenamiento y manejo, y produce por lo menos una molécula de ácido como producto de desecho. Las zeolitas son materiales microporosos formados por tetraedros T04 (T=S¡, Al, Ti, Sn, Zr... ), interconectados entre sí por átomos de oxígeno, creando poros y cavidades de tamaño y forma uniforme en el rango molecular. Estos materiales zeolíticos presentan distintas aplicaciones importantes, destacando su uso como excelentes catalizadores heterogéneos ácidos (Cundy, et al. Micropor. Mesopor. Mater. 2005, 82, 1 ).
En concreto, se ha descrito que las zeolitas con metales aislados en su estructura son eficientes catalizadores heterogéneos para la oxidación selectiva de hidrocarburos utilizando peróxidos como agentes oxidantes (Notari, Adv. Catal. 1996, 41 , 253). De entre los metales introducidos con buenas propiedades catalíticas para la oxidación selectiva de hidrocarburos, destacan entre otros, estaño, zirconio, titanio, tántalo, y aluminio.
También es importante destacar que el uso de agua oxigenada acuosa como agente oxidante es más seguro, más económico y produce sólo agua como subproducto, presentando por tanto, atractivas ventajas frente a la utilización de perácidos orgánicos como agentes oxidantes.
Descripción de la Invención
La presente invención se refiere a un nuevo procedimiento para la síntesis de lactonas cíclicas enantioméricamente puras (Fórmula I), como por ejemplo el (S)-y-hidroximetil-a,p-buten0lido y la (S)-4-hidroximetil-y-butirolactona así como sus derivados, que puede comprender, al menos, una etapa en la que se lleva a cabo una reacción de al menos un compuesto orgánico con un agente oxidante, preferentemente agua oxigenada, en presencia de un tamiz molecular que tiene una fórmula empírica en forma calcinada y deshidratada de
(MxZrySnzS¡i-x-y-z)02 en la que:
M puede ser uno o más metales de valencia +3, seleccionado entre Al, B, Ga, Fe, Cr, Se y combinaciones de los mismos, preferentemente Al. x puede ser una fracción molar de M y tiene un valor entre 0 y 0, 15; y puede ser una fracción molar de zirconio y tiene un valor entre 0 y 0,06; z puede ser una fracción molar de estaño y tiene un valor entre 0 y 0,06;
Con la condición de que, al menos, uno de los subíndices x, y y z sea distinto de cero.
Como lactonas cíclicas enantioméricamente puras se entiende, a los compuestos definidos en la Fórmula I, en los cuales el enlace (a) puede ser un enlace doble siendo en este caso el (S)-y-hidroximetil-a,p-buten0lido y derivados del mismo, o un enlace simple, siendo en dicho caso la (S)-4- hidroximetil-y-butirolactona y derivados de la misma.
H
Figure imgf000006_0001
(Fórmula I) Como derivados del (S)-y-hidroximetil-a,p-buten0lido y de la (S)-4-hidroximet¡l- γ-butirolactona, se entiende a los compuestos definidos por la Fórmula I, en los cuales Ri y R2 pueden elegirse de manera independiente entre los siguientes grupos: H, alquilo (de cadena lineal o de cadena ramificada), alquenilo, alquinilo, arilo, heteroarilo, carboxilo, alquilcarboxilo, hidroxilo, amino, nitro, alquiloxi, alquiltio, formilo, ciano, carbamoil, halógeno, cetona, entre otros.
Según una realización particular, el procedimiento de la presente invención comprende, además, una segunda etapa en presencia de un catalizador con características ácidas Brónsted. El procedimiento se puede llevar a cabo en una sola etapa, utilizando un catalizador heterogéneo (descrito anteriormente); o en dos etapas, utilizando un catalizador heterogéneo en la primera etapa para obtener el producto intermedio (B) [ver (B) en la Figura 2], y otro catalizador heterogéneo ácido en la segunda etapa para transformar el producto intermedio (B) en la lactona cíclica correspondiente [ver (C) en la Figura 2], preferentemente un sólido con centros ácidos Brónsted.
Esta nueva metodología permite la obtención de manera eficiente de lactonas cíclicas enantioméricamente puras, como los (S)-y-hidroximetil-a,p-buten0lidos y sus derivados (Fórmula I), a partir de cetonas quirales tales como las definidas por la Fórmula II. La presente metodología mejora notablemente el proceso presentado previamente por Koseki et al. (Koseki et al. Heterocycles, 1990, 31 , 423). Por un lado, los catalizadores heterogéneos pueden ser fácilmente separados de la mezcla reactiva, y posteriormente reutilizados en sucesivos ciclos de reacción; y por otro lado, el uso del agua oxigenada como posible agente oxidante es mucho más económico que los peróxidos orgánicos utilizados por Koseki et al. (Koseki et al. Heterocycles, 1990, 31 , 423), y además el único subproducto que se forma de la descomposición del agente oxidante es agua.
En la descripción, un producto ópticamente puro puede ser considerado todo aquel que presente una enantioselectividad mayor del 90% hacia el enantiómero correspondiente.
El catalizador heterogéneo utilizado en el proceso descrito en la presente invención, tanto cuando el proceso se lleva a cabo en una única etapa como en el primer paso cuando el proceso se realiza en dos etapas, es un tamiz molecular, preferentemente con poros de diámetro de al menos 0,52 nm y tiene una fórmula empírica en forma calcinada y deshidratada de
(MxZrySnzS¡i-x-y-z)02
En la que: M es uno o más metales de valencia +3, seleccionado entre Al, B, Ga, Fe, Cr, Se y combinaciones de los mismos, preferentemente Al; x es una fracción molar de M y tiene un valor entre 0 y 0, 15; y es una fracción molar de zirconio y tiene un valor entre 0 y 0,06; z es una fracción molar de estaño y tiene un valor entre 0 y 0,06; Con la condición de que, al menos, uno de los subíndices x, y y z sea distinto de cero.
Cuando el proceso descrito en la presente invención se lleva a cabo en dos etapas, el sólido utilizado como catalizador en la segunda etapa presenta características ácidas Brónsted. Dicho catalizador puede estar seleccionado preferentemente entre una resina ácida, un silicato ácido y combinaciones de los mismos.
Según una realización particular el catalizador de la segunda etapa es una resina ácida.
Según una realización preferente, el compuesto orgánico de partida está seleccionado entre, al menos, una cetona quiral o derivados de la misma, más preferentemente seleccionadas entre levoglucosenona, dihidrolevoglucosenona y derivados de las mismas, según lo establecido en la Fórmula II.
Como cetona quiral se entiende, a los compuestos definidos por la Fórmula II, en los cuales el enlace (a) puede ser doble, siendo en ese caso la levoglucosenona y derivados de las mismas, o simple, siendo en ese caso la dihidrolevoglucosenona, y derivados de las mismas.
Figure imgf000009_0001
(Fórmula II)
Como derivados de la Levoglucosenona y la dihidrolevoglucosenona se entiende a los compuestos definidos por la Fórmula II en los cuales Ri y R2 pueden elegirse de manera independiente entre los siguientes grupos: H, alquilo (de cadena lineal o de cadena ramificada), alquenilo, alquinilo, arilo, heteroarilo, carboxilo, alquilcarboxilo, hidroxilo, amino, nitro, alquiloxi, alquiltio, formilo, ciano, carbamoil, halógeno, cetona, entre otros.
Según una realización particular, la cetona quiral es levoglucosenona o uno de sus derivados.
Según otra realización particular, la cetona quiral es dihidrolevoglucosenona o uno de sus derivados.
El proceso implica poner en contacto el compuesto orgánico, preferentemente una cetona quiral (ver Fórmula II), con alguno de los catalizadores descritos anteriormente y con una agente oxidante, preferentemente agua oxigenada, en condiciones de reacción. Las condiciones de reacción para el proceso incluyen una temperatura entre 10°C y 150°C, preferentemente entre 60°C y 1 10°C; y un tiempo de contacto entre 10 minutos y 48 horas, preferentemente entre 60 minutos y 24 horas, tanto cuando la reacción se lleve a cabo en una etapa como en dos etapas. Como se ha indicado anteriormente, se utiliza como agente oxidante preferentemente agua oxigenada en una solución en agua del 20% al 70% en peso, preferentemente una solución del 35% al 50% en peso. De manera preferente, la relación molar agente oxidante a compuesto orgánico entre 0, 1 y 3, preferentemente entre 0,5 y 2. Según una realización particular, la relación molar de agua oxigenada a cetona quiral puede estar entre 0, 1 y 3, preferentemente entre 0,5 y 2.
La reacción se puede llevar a cabo en presencia de, al menos un disolvente, preferentemente seleccionado entre dioxano, acetonitrilo, dietil éter, tolueno, ácido acético, diclorometano, y alcoholes como metanol, etanol, isopropanol y combinaciones de los mismos, y más preferentemente, dioxano.
Según una realización particular de la presente invención, la cetona quiral de partida es la levoglucosenona, y la lactona cíclica enantioméricamente pura que se obtiene es el (S)-y-hidroximetil-a,p-buten0lido. Según otra realización particular, la cetona quiral de partida es la dihidrolevoglucosenona, y la lactona cíclica enantioméricamente pura que se obtiene es la (S)-4-hidroximetil-y-butirolactona.
La presente invención también se refiere a un método para usar un tamiz molecular, preferentemente con poros de diámetro de al menos 0,5 nm, que tiene una fórmula empírica en forma calcinada y deshidratada de
(MxZrySnzS¡i-x-y-z)02
En la que:
M es uno o más metales de valencia +3, seleccionado entre Al, B, Ga, Fe, Cr, Se y combinaciones de los mismos; preferentemente Al. x es una fracción molar de M y tiene un valor entre 0 y 0, 15; y es una fracción molar de zirconio y tiene un valor entre Oy 0,06; z es una fracción molar de estaño y tiene un valor entre 0 y 0,06;
Con la condición de que, al menos, uno de los subíndices x, y y z sea distinto de cero. En cuyo método dicho tamiz molecular se usa como catalizador en una reacción de conversión de una cetona quiral tal como la establecida en la Fórmula II, preferentemente Levoglucosenona, dihidrolevoglucosenona o derivados de las mismas, en presencia de un agente oxidante, preferentemente agua oxigenada, para obtener como producto de reacción una lactona cíclica enantioméricamente pura tal como la definida en la Fórmula I, preferentemente (S)-y-hidroximetil-a,p-buten0lido y (S)-4-hidroximetil-y-butirolactona respectivamente. Las condiciones del procedimiento y los tamices moleculares específicos que se usan de acuerdo con este método, pueden ser los anteriormente descritos en relación con las características del procedimiento de la presente invención. Los tamices moleculares que pueden emplearse de acuerdo con la presente invención, pueden prepararse mediante un proceso de cristalización hidrotérmico en el que una mezcla de reacción se prepara combinando las fuentes de zirconio, estaño, silicio, un agente director de estructura, un metal de valencia +3 (preferentemente aluminio), y agua. Las fuentes de silicio incluyen, aunque no son limitantes, la sílice coloidal, la sílice amorfa, la sílice pirogénica, gel de sílice y tetraalquilortosilicato. Las fuentes de aluminio incluyen, aunque no son limitantes, halogenuros de aluminio, los alcóxidos de aluminio, los óxidos de aluminio, el aluminio metálico, aluminatos alcalinos, aluminatos alcalinotérreos y otras sales de aluminio. Las fuentes de estaño incluyen los halogenuros de estaño, los alcóxidos de estaño, los óxidos de estaño, el estaño metálico, estannatos alcalinos, estannatos alcalinotérreos y a los compuestos organometálicos de estaño, sin ser ejemplos limitantes. Una fuente preferida es el tetracloruro de estaño. Los ejemplos de alcóxidos de estaño incluyen butóxido de estaño, etóxido de estaño y propóxido de estaño. Las fuentes de zirconio incluyen los halogenuros de zirconio, los alcóxidos de zirconio, los óxidos de zirconio, el zirconio metálico, zirconatos alcalinos, zirconatos alcalinotérreos y a los compuestos organometálicos de zirconio, sin ser estos ejemplos limitantes. Una fuente preferida es el tetracloruro de zirconio. Los ejemplos de alcóxidos de zirconio incluyen butóxido de zirconio, etóxido de zirconio y propóxido de zirconio. Los agentes orgánicos directores de estructura incluyen iones de tetraalquilamonio tal como el ion de tetraetilamonio, compuestos aza-policíclicos, iones de dialquil-dibencilamonio, e iones bis-piperidinio, sin ser éstos limitantes. Estos iones se pueden emplear como hidróxidos o halogenuros.
Como agentes movilizantes de las especies precursoras se usan iones hidroxilo o iones fluoruro. La síntesis se lleva a cabo en un sistema hidrotermal a temperaturas entre 120 y 195°C, durante tiempos entre 12 horas y 40 días. Una vez cristalizado el material, se separan los sólidos de los líquidos mediante filtración o centrifugación. Finalmente el sólido seco se calcina en aire o en N2 seguido por aire a temperaturas entre 400 y 1000°C, con el fin de eliminar las moléculas orgánicas ocluidas en el interior de los poros. A lo largo de la descripción y las reivindicaciones la palabra "comprende" y sus variantes no pretenden excluir otras características técnicas, aditivos, componentes o pasos. Para los expertos en la materia, otros objetos, ventajas y características de la invención se desprenderán en parte de la descripción y en parte de la práctica de la invención. Los siguientes ejemplos se proporcionan a modo de ilustración, y no se pretende que sean limitativos de la presente invención.
Descripción de las figuras
Figura 1 : Método de preparación del (S)-y-hidroximetil-a,p-buten0lido y de la (S)-4-hidroximetil-y-butirolactona descrito por Koseki et al. (Koseki et al. Heterocycles, 1990, 31 , 3, 423; Eur. Pat. Appl., 1991 , EP 41 1403 A1 , Eur. Pat. Appl., 1991 , EP 418925 A2), donde en la reacción a) (I) representa la levoglucosenona de partida, (II) representa una formil lactona como producto intermedio de la reacción, y (III) representa el producto final que corresponde al (S)-y-hidroximetil-a,p-buten0lido; y en la reacción b) (IV) representa la dihidrolevoglucosenona de partida, (V) representa una formil lactona como producto intermedio de la reacción y (VI) representa el producto final que corresponde a la (S)-4-hidroximetil-y-butirolactona.
Figura 2: Proceso general de obtención de lactonas cíclicas enantioméricamente puras a partir de cetonas quirales según la presente invención en el que (A) representa una cetona quiral de partida, (B) representa una formil cetona intermedia y (C) representa la lactona cíclica enantioméricamente pura obtenida como producto.
Figura 3: a) Oxidación de levoglucosenona en dos etapas para la obtención de (S)-y-hidroximetil-a,p-buten0lido. b) Oxidación de dihidrolevoglucosenona en dos etapas para la obtención de (S)-4-hidroximetil-y-butirolactona.
EJEMPLOS
A continuación se describirán ejemplos no limitativos de la presente invención.
Ejemplo 1 : Síntesis de un silicato de Sn con la estructura de una zeolita beta (Sn-Beta) 21 .05 g de una disolución acuosa de hidróxido de tetraetilamonio (Sigma- Aldrich, 35% en peso en agua) se mezclan con 20.89 g de tetraetilortosilicato (TEOS, Sigma-Aldrich, 98% en peso) y 0.282 g de cloruro de estaño (IV) pentahidratado (Sigma-Aldrich, 98% en peso). La mezcla se mantiene en agitación hasta que el etanol formado por la hidrólisis del TEOS se haya evaporado. Finalmente, 2.08 g de una disolución acuosa de HF (Sigma-Aldrich, 48%en peso en agua) se añade a la mezcla reactiva, formándose un gel viscoso. El gel resultante se controla hasta que alcanza la concentración deseada. La composición del gel final es S¡O2 / 0.008 Sn / 0.54 TEAOH / 0.54 HF / 3 H2O. Este gel se transfiere a un autoclave de acero con las paredes interiores protegidas de Teflon, y es calentado a 140°C durante 21 días bajo agitación. Transcurrido este tiempo, el sólido resultante se recupera mediante filtración, lavando abundantemente con agua, y secándolo posteriormente a 100°C durante una hora. Por medio de difracción de rayos X se observa que el sólido presenta la estructura característica de la zeolita beta. El sólido es calcinado a 580°C durante 6 horas para eliminar la materia orgánica recluida en el interior de los cristales. El análisis químico de la muestra Sn-Beta indica una relación molar Si/Zr de 1 14.
Ejemplo 2: Síntesis de un silicato de Zr con la estructura de una zeolita beta (Zr-Beta) 21 .00 g de una disolución acuosa de hidróxido de tetraetilamonio (Sigma- Aldrich, 35% en peso en agua) se mezclan con 20.88 g de tetraetilortosilicato (TEOS, Sigma-Aldrich, 98% en peso) y 0.263 g de cloruro de zirconilo octahidratado (Sigma-Aldrich, 98% en peso). La mezcla se mantiene en agitación hasta que el etanol formado por la hidrólisis del TEOS se haya evaporado. Finalmente, 2.00 g de una disolución acuosa de HF (Sigma-Aldrich, 48%en peso en agua) se añade a la mezcla reactiva, formándose un gel viscoso. El gel resultante se controla hasta que alcanza la concentración deseada. La composición del gel final es S¡O2 / 0.008 Zr / 0.54 TEAOH / 0.54 HF / 3 H2O. Este gel se transfiere a un autoclave de acero con las paredes interiores protegidas de Teflon, y es calentado a 140°C durante 21 días bajo agitación. Transcurrido este tiempo, el sólido resultante se recupera mediante filtración, lavando abundantemente con agua, y secándolo posteriormente a 100°C durante una hora. Por medio de difracción de rayos X se observa que el sólido presenta la estructura característica de la zeolita beta. El sólido es calcinado a 580°C durante 6 horas para eliminar la materia orgánica recluida en el interior de los cristales. El análisis químico de la muestra Zr-Beta indica una relación molar Si/Zr de 127.
Ejemplo 3: Síntesis de un silicoaluminato con la estructura de una zeolita beta (Al-Beta)
21 .04 g de una disolución acuosa de hidróxido de tetraetilamonio (Sigma- Aldrich, 35% en peso en agua) se mezclan con 20.84 g de tetraetilortosilicato (TEOS, Sigma-Aldrich, 98% en peso) y 0.363 g de isopropóxido de aluminio (Sigma-Aldrich, 98% en peso). La mezcla se mantiene en agitación hasta que el etanol formado por la hidrólisis del TEOS se haya evaporado. Finalmente, 2.08 g de una disolución acuosa de HF (Sigma-Aldrich, 48%en peso en agua) se añade a la mezcla reactiva, formándose un gel viscoso. El gel resultante se controla hasta que alcanza la concentración deseada. La composición del gel final es S¡O2 / 0.033 Al / 0.5 TEAOH / 0.5 HF / 3 H2O. Este gel se transfiere a un autoclave de acero con las paredes interiores protegidas de Teflon, y es calentado a 140°C durante 14 días bajo agitación. Transcurrido este tiempo, el sólido resultante se recupera mediante filtración, lavando abundantemente con agua, y secándolo posteriormente a 100°C durante una hora. Por medio de difracción de rayos X se observa que el sólido presenta la estructura característica de la zeolita beta. El sólido es calcinado a 580°C durante 6 horas para eliminar la materia orgánica recluida en el interior de los cristales. El análisis químico de la muestra Al-Beta indica una relación molar Si/Al de 33.
Ejemplo 4: Oxidación de levoglucosenona en una sola etapa, empleando catalizadores Al-Beta, Zr-Beta y Sn-Beta
Las muestras Sn-Beta, Zr-Beta y Al-Beta se emplearon como catalizadores en la oxidación selectiva de levoglucosenona. Las reacciones se llevaron a cabo en una sola etapa en reactores cerrados, bajo agitación magnética y calentamiento de las mezclas reactivas en baño de silicona a 100°C. En una reacción típica, 0.33 mmol (42 mg) de levoglucosenona (95% en peso, Carbosynth) se disuelven en 1 mi de 1 ,4-dioxano (pureza HPLC, Alfa-Aesar), y 0.5 mmol (48 mg) de H2O2 (35% en peso en agua, Sigma-Aldrich) se añaden a la disolución. La cantidad de cada catalizador se fija para obtener una relación molar de levoglucosenona/metal de 50. Las actividades (medidas como conversión de levoglucosenona) y selectividades a los productos (II) y (III) [ver Figura 3], se presentan en la Tabla 1 . Tabla 1 : Oxidación de levoglucosenona con los catalizadores Al-Beta, Zr- Beta y Sn-Beta en una sola etapa
Catalizador T(°C) t (h) Conv. (%) s„ S||| Stotal
Sin
100 4 3 0 0 0 catalizador
Si-Beta 100 4 9 0 0 0
4 97 45 30 75
AI-Beta(F) 100
20 100 5 57 62
4 92 67 23 90
Zr-Beta 100
20 98 40 47 87
4 91 72 24 96
Sn-Beta 100
20 100 41 48 89 Ejemplo 5: Oxidación de levoglucosenona en una sola etapa, con el catalizador Sn-Beta
La muestra Sn-Beta se empleó como catalizador en la oxidación selectiva de levoglucosenona. La reacción se llevó a cabo en una sola etapa en reactores cerrados, bajo agitación magnética y calentamiento de la mezcla reactiva en baño de silicona a 100°C. En una reacción típica, 0.33 mmol (42 mg) de levoglucosenona (95% en peso, Carbosynth) se disuelven en 1 mi de 1 ,4- dioxano (pureza HPLC, Alfa-Aesar), y 0.5 mmol (48 mg) de H2O2 (35% en peso en agua, Sigma-Aldrich) se añaden a la disolución. La cantidad de catalizador se fija para obtener una relación molar de levoglucosenona/Sn de 20. Las actividades (medidas como conversión de levoglucosenona) y selectividades a los productos (II) y (III) [ver Figura 3], se presentan en la Tabla 2.
Tabla 2: Oxidación de levoglucosenona con el catalizador Sn-Beta en una sola etapa
Figure imgf000016_0001
Ejemplo 6: Oxidación de levoglucosenona en dos etapas, con los catalizadores Sn-Beta y Amberlyst 15.
La reacción de oxidación selectiva de levoglucosenona se llevó a cabo en dos etapas en reactores cerrados y bajo agitación magnética. En la primera etapa el catalizador de Sn-Beta se pone en contacto con la mezcla reactiva descrita en el Ejemplo 4, en un baño de silicona a 100°C, y con una relación molar levoglucosenona/Sn de 20. Tras 4 horas de reacción, la mezcla reactiva se separa del catalizador Sn-Beta por filtración, y se pone en contacto con 140 mg de una resina ácida comercial (Amberlyst 15, Sigma-Aldrich) a temperatura ambiente durante 8 horas. Las actividades (medidas como conversión de levoglucosenona) y selectividades a los productos (II) y (III) [ver Figura 3], se presentan en la Tabla 3. Tabla 3: Oxidación de levoglucosenona con el catalizador Sn-Beta en una primera etapa, seguida de una segunda etapa de hidrólisis utilizando una resina ácida a temperatura ambiente (T.A.)
Figure imgf000017_0001
Ejemplo 7: Evaluación de la pureza óptica del producto (S)-y-hidroximetil- α,β-butenólido
Del crudo de reacción obtenido en el Ejemplo 6 de la presente invención, el producto (III) [ver Figura 3] fue purificado y aislado por columna. Su pureza óptica fue estudiada midiendo su rotación específica ([<*] ) en un polarímetro Jasco P-1030, comparando el valor obtenido con el correspondiente a una muestra del producto (III) comercial enantioméricamente pura. El valor obtenido para el producto aislado fue ([<*] ) = -114,56, valor muy similar al obtenido para el producto comercial ([<*] ) = -117,01. Esta caracterización confirma que el producto (S)-y-hidroximetil-a,p-buten0lido, se encuentra como mínimo con una pureza óptica mayor del 95% utilizando la metodología presentada en la presente invención.
Ejemplo 8: Oxidación de Dihidrolevoglucosenona en dos etapas, con los catalizadores Sn-Beta y Amberlyst 15. La reacción de oxidación selectiva de Dihidrolevoglucosenona se llevó a cabo en dos etapas en reactores cerrados y bajo agitación magnética. En la primera etapa el catalizador de Sn-Beta se pone en contacto con la mezcla reactiva descrita en el Ejemplo 4, en un baño de silicona a 100°C, y con una relación molar dihidrolevoglucosenona/Sn de 20. Tras 4 horas de reacción, la mezcla reactiva se separa del catalizador Sn-Beta por filtración, y se pone en contacto con 140 mg de una resina ácida comercial (Amberlyst 15, Sigma-Aldrich) a temperatura ambiente durante 6 horas. Las actividades (medidas como conversión de dihidrolevoglucosenona) y selectividades a los productos (V) y (VI) [ver Figura 3], se presentan en la Tabla 4.
Tabla 4: Oxidación de dihidrolevoglucosenona con el catalizador Sn-Beta en una primera etapa, seguida de una segunda etapa de hidrólisis utilizando una resina ácida a temperatura ambiente (T.A.)
Catalizador T(°C) t (h) Conv. (%) Sv Svi Stotal
1 ) Sn-Beta 100 4 95 60 33 93
2) Amberlyst T.A. 8 96 5 80 85

Claims

REIVINDICACIONES
1 . - Un procedimiento para la síntesis de lactonas cíclicas enantioméricamente puras, caracterizado porque comprende, al menos, una etapa en la que se lleva a cabo una reacción de al menos un compuesto orgánico con un agente oxidante en presencia de un tamiz que tiene una fórmula empírica en forma calcinada y deshidratada de
(MxZrySnzS¡i-x-y-z)02 en la que:
M es uno o más metales de valencia +3, seleccionado entre Al, B, Ga, Fe, Cr, Se y combinaciones de los mismos; x es una fracción molar de M y tiene un valor entre 0 y 0, 15; y es una fracción molar de zirconio y tiene un valor entre 0 y 0,06; z es una fracción molar de estaño y tiene un valor entre 0 y 0,06;
Con la condición de que, al menos, uno de los subíndices x, y y z sea distinto de cero.
2. - Un procedimiento según la reivindicación 1 , caracterizado porque comprende, además, una segunda etapa en presencia de un catalizador con características ácidas Brónsted.
3. - Un procedimiento según la reivindicación 1 , caracterizado porque el compuesto orgánico está seleccionado entre una cetona quiral, y derivados de la misma.
4. - Un procedimiento según la reivindicación 3, caracterizado porque la cetona quiral está seleccionada entre levoglucosenona, dihidrolevoglucosenona y derivados de las mismas.
5.- Un procedimiento según la reivindicación 4, caracterizado porque la cetona quiral es levoglucosenona o uno de sus derivados.
6. Un procedimiento según la reivindicación 4, caracterizado porque la cetona quiral es dihidrolevoglucosenona o uno de sus derivados.
7. Un procedimiento según la reivindicación 1 , caracterizado porque el agente oxidante es agua oxigenada.
8.- Un procedimiento según la reivindicación 7, caracterizado por que el agua oxigenada se encuentra en una solución en agua del 20% al 70% en peso.
9. - Un procedimiento según la reivindicación 8, caracterizado por que el agua oxigenada se encuentra en una solución de agua del 35% al 50% en peso.
10. - Un procedimiento según la reivindicación 2, caracterizado por que el catalizador está seleccionado entre una resina ácida, un silicato ácido y combinaciones de los mismos.
1 1 . - Un procedimiento según la reivindicación 10, caracterizado por que el catalizador es una resina ácida.
12. - Un procedimiento según la reivindicación 1 , caracterizado porque comprende el uso de al menos un disolvente.
13. - Un procedimiento según la reivindicación 12, caracterizado por que dicho disolvente está seleccionado entre dioxano, acetonitrilo, dietil éter, tolueno, ácido acético, diclorometano, metanol, etanol, isopropanol y combinaciones de los mismos.
14.- Un procedimiento según las reivindicaciones 1 y 2, caracterizado porque se lleva a cabo a una temperatura entre 10°C y 150°C, y durante un tiempo de contacto de 10 minutos y 48 horas.
15.- Un procedimiento según la reivindicación 1 , caracterizado porque se lleva a cabo a una relación molar de agente oxidante a compuesto orgánico entre 0, 1 y 3.
16. - Un procedimiento según la reivindicación 5, caracterizado porque la lactona cíclica enantioméricamente pura que se obtiene es la (S)-y-hidroximetil- α,β-butenólida, o uno de sus derivados.
17. - Un procedimiento según la reivindicación 6, caracterizado porque la lactona cíclica enantioméricamente pura que se obtiene es la (S)-4-hidroximet¡l- γ-butirolactona, o uno de sus derivados.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018007764A1 (fr) * 2016-07-07 2018-01-11 Institut Des Sciences Et Industries Du Vivant Et De L'environnement - Agroparistech Procédé de transformation de la lévoglucosénone en 4-hydroxyméthylbutyrolactone et 4-hydroxyméthylbuténolide en absence de solvant organique et de catalyseur

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0411403A1 (en) * 1989-07-19 1991-02-06 Japan Tobacco Inc. Method of preparing (S)-gamma-hydroxymethyl-alpha, beta-butenolide
EP0418925A2 (en) * 1989-09-22 1991-03-27 Japan Tobacco Inc. Method of producing (S)-4-hydroxymethyl-gamma-lactone
WO2001081291A2 (en) * 2000-04-25 2001-11-01 Uop Llc The oxidation of ketones to esters using a tin substituted zeolite beta

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0411403A1 (en) * 1989-07-19 1991-02-06 Japan Tobacco Inc. Method of preparing (S)-gamma-hydroxymethyl-alpha, beta-butenolide
EP0418925A2 (en) * 1989-09-22 1991-03-27 Japan Tobacco Inc. Method of producing (S)-4-hydroxymethyl-gamma-lactone
WO2001081291A2 (en) * 2000-04-25 2001-11-01 Uop Llc The oxidation of ketones to esters using a tin substituted zeolite beta

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
C. PARIS ET AL.: "Metal-containing zeolites as efficient catalysts for the transformation of highly valuable chiral biomass-derived products", GREEN CHEMISTRY, vol. 15, 2013, pages 2101 - 2109 *
K. MATSUMOTO ET AL.: "Short synthesis of (3S,4R)- and (3R,4R)-3-hydroxy-4-hydroxymethyl-4-butenolides, two lactones from levoglucosenone", BULL. CHEM. SOC. JPN., vol. 68, 1995, pages 670 - 672 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018007764A1 (fr) * 2016-07-07 2018-01-11 Institut Des Sciences Et Industries Du Vivant Et De L'environnement - Agroparistech Procédé de transformation de la lévoglucosénone en 4-hydroxyméthylbutyrolactone et 4-hydroxyméthylbuténolide en absence de solvant organique et de catalyseur
FR3053687A1 (fr) * 2016-07-07 2018-01-12 Inst Des Sciences Et Industries Du Vivant Et De L'environnement - Agroparistech Procede de transformation de la levoglucosenone en 4-hydroxymethylbutyrolactone et 4-hydroxymethylbutenolide en absence de solvant et de catalyseur

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