BRPI0905520A2

BRPI0905520A2 - processo de sìntese de aldeìdos derivados de monoterpenos para-mentênicos através da reação de hidroformilação, produto e uso

Info

Publication number: BRPI0905520A2
Authority: BR
Inventors: Santos Eduardo Nicolau Dos; Camila Grossi Vieira; Silva Jose Gilberto Da; Elena Vitalievna Goussevskaia
Original assignee: Univ Minas Gerais
Priority date: 2009-12-16
Filing date: 2009-12-16
Publication date: 2011-08-16

Abstract

<B>PROCESSO DE SìNTESE DE ALDEìDOS DERIVADOS DE MONOTERPENOS PARA-MENTêNICOS ATRAVES DA REAçãO DE HIDROFORMILAçãO, PRODUTO E USO.<D> A presente invenção propõe um método de síntese de aldeidos derivados de monoterpenos para-mentênicos, u-terpineno, terpinoleno, <sym>-terpineno, através da reação de hidroformilação, na presença de precursores catalíticos de ródio e do ligante volumoso tris-(o-tercbutilfenil)fosfito, P(O-o^ t^BuPh)~ 3~ em solventes aromáticos. O processo ora proposto permitiu excelentes rendimentos para os aldeidos derivados desses monoterpenos para-mentênicos. Obteve-se a conversão completa do <244>-terpineno em produtos hidroformilados, altas taxas de conversão e de seletividade para a hidroformilação do terpinoleno e <sym>-terpineno e a síntese de um ingrediente inédito de fragrância obtido pela hidroformilação da dupla ligação de maior impedimento estérico do <sym>-terpineno. Todos esses aldeidos apresentam agradáveis propriedades organolépticas e são substâncias de grande interesse para a indústria da química fina.

Description

"PROCESSO DE SÍNTESE DE ALDEÍDOS DERIVADOS DEMONOTERPENOS PARA-MENTÊNICOS ATRAVÉS DA REAÇÃO DEHIDROFORMILAÇÃO, PRODUTO E USO"

CAMPO DA INVENÇÃO

A presente invenção propõe um novo processo de síntese dealdeídos derivados de monoterpenos para-mentênicos, α-terpineno, terpinolenoe γ-terpineno, através da reação de hidroformilação, assim como a utilizaçãodessas substâncias como componentes de fragrâncias. O aldeído derivado doγ-terpineno é um componente inédito de fragrância e, as demais substânciasobtidas, já se encontram descritas na literatura.

O processo ora proposto é realizado mediante a hidroformilaçãodos monoterpenos para-mentênicos, olefinas estericamente impedidas, napresença de precursores catalíticos de ródio e do Iigante volumoso tris-{o-fercbutilfenil)fosfito, P(O-O-tBuPh)S, em solventes aromáticos. O aspectoinovador desse processo consiste na síntese em alto rendimento dos aldeídosderivados dos monoterpenos para-mentênicos, α-terpineno, terpinoleno e γ-terpineno. Além disso, o aldeído obtido pela hidroformilação da dupla ligaçãode maior impedimento estérico do γ-terpineno é um ingrediente inédito defragrância. Todas essas substâncias apresentam agradáveis aromas comnotas amadeiradas e podem ser incorporadas em composições de fragrânciase perfumes sintéticos.

ESTADO DA TÉCNICA

O sucesso da hidroformilação desses monoterpenos para-mentênicospode ser atribuído às propriedades especiais do Iigante P(O-O-tBuPh)S. EsseIigante é menos básico e apresenta um grande ângulo de cone de 175°, o quedesfavorece a coordenação de um segundo Iigante ao centro metálico.Consequentemente, a desativação do catalisador é inibida, diferentemente doque acontece quando são utilizados catalisadores de complexos de ródiomodificados com Iigantes menos volumosos (menores ângulos de cone) e maisbásicos, por exemplo, a trifenilfosfina - PPh3.A obtenção de derivados funcionalizados a partir demonoterpenos de origem natural é de grande relevância, com aplicabilidade emcosméticos, fármacos, perfumes, fungicidas, como aromatizantes eflavorizantes, não limitantes, em química fina. Portanto, busca-se desenvolvernovas tecnologias para a valorização das matérias-primas de origem natural,empregando processos mais competitivos que os atualmente utilizados e/oupropondo novas rotas de síntese de produtos com propriedades organolépticasinteressantes. Essas olefinas de origem natural são bastante abundantes empaíses tropicais, como o Brasil, e são substratos de baixo custo, renováveis emcurto período de tempo, o que os qualifica como matéria-prima atraente tantodo ponto de vista econômico quanto do ambiental.

Em uma busca realizada nos bancos de patentes, em relação àsaplicações dos monoterpenos para-mentênicos e seus derivados, foramencontradas algumas patentes, que são mencionadas a seguir:

a) Uso de nitrilas para-mentênicas em perfumes ou comoingrediente aromático de desodorantes, xampus, detergentes, cosméticos,loções corporais, dentre outros. Essas nitrilas baseiam-se no esqueletocarbônico 1-metil-4-isopropilciclohexano e podem ser preparadas pela síntese-oxo (Menthene Nitriles and Use as Perfume Chemicals, US 4336204,1982).

b) Fragrância aplicada na composição de produtosdesodorizantes usados para o controle do mau cheiro em cozinhas, contendopelo menos um dos quatro componentes seguintes: decil aldeído ou decana,alil amil glicolato, c/s-3-hexenil acetato, oxido rosa, terpinoleno, 2,4-dimetil-3-ciclohexeno-1-carbaldeído (Fragrance Compositions that Reduce or EliminateMalodor, Related Methods and Related Cleaning Compositions, US 0183653,2006).

c) Produção de fragrâncias utilizadas em cosméticos à base decompostos terpenóides (terpenos e seus derivados oxigenados) e sais de ácidomalônico. As substâncias terpenóides são responsáveis por 90% em peso dareferida fragrância (Terpenoid Fragrance Components Stabilized with MalonicAcid, US 0202689, 2004).d) Composição de desinfetante para inibição do crescimento demicroorganismos, tendo como ingredientes ativos em sua formulação um sal dehaleto de cetil piridínio e compostos terpênicos (monocíclicos, bicíclicos eacíclicos), bem como seus derivados oxigenados (aldeídos, álcoois, cetonas, eoutros). Essa composição desinfetante pode ser utilizada na formulação desolução anti-séptica, loção, spray, pomada, e outras formas de medicamentose desinfetantes (Disinfecting Compositions, US 3595975,1971).

e) Método de produção de fungicidas baseados em compostos di-1-para-mentênicos, metabissulfitos, propionatos e sorbatos (Fungicides, US5057326, 1991).

f) Mistura de solventes contendo monoterpenos (componenteminoritário) e diterpenos (componente majoritário), que exibe propriedades desolventes similares às dos monoterpenos; entretanto, a mistura proposta émenos inflamável (Terpenes-Based Solvents, US 5847247, 1998).

g) Fragrância composta por uma mistura de monoterpenos, queapresenta atividade repelente efetiva contra insetos, mais especificamente,baratas (lnsect Repellents, US 0213822, 2004).

h) Preparação de um agente anti-inflamatório ou anti-irritantecomposto por 0,01-1% de γ-terpineno e fração de α-terpineno, usado notratamento de distúrbios inflamatórios na composição de xampus, saboneteslíquidos, cremes, e outros (Topical Antinflammatory Preparations of γ-Terpinene, US 0148907, 2006).

Ainda, no estado da técnica, são encontrados alguns processospara a transformação dos monoterpenos para-mentênicos em seus respectivos

aldeídos e métodos de hidroformilação de olefinas similares àquelas presentesno processo ora proposto, relatados a seguir:

i) Síntese da mistura contendo dois aldeídos derivados do a-terpineno, através da reação desse substrato e do gás de síntese (CO e H2), napresença de complexos de rádio modificados com fosfinas terciárias, usados como catalisadores, temperatura entre 70 e 160°C e pressão entre 100 a 400bar. A mistura aldeídica pode ser utilizada diretamente na composição deperfumes (Mixture of Aldehydes Resulting from Hydroformylation of a-Terpinene1 US 4283561, 1981).

j) Processo de preparação de aldeídos derivados de compostosmonoterpênicos, monocíclicos ou bicíclicos, com pelo menos uma duplaligação, tais como limoneno, canfeno, β-pineno, α-terpineno, e outros, atravésda reação de hidroformilação, na presença de catalisadores de complexos deródio e fosfinas terciárias, temperatura entre 70 e 160°C e pressão entre 100 a400 bar. A mistura pode ser utilizada como fragrância (Production ofAldehydes, US 4334100, 1982).

k) Método de produção do aldeído derivado do terpinoleno napresença de complexos de ródio modificados por Iigantes organofosforados,gás de síntese (CO e H2), solvente orgânico, temperatura entre 100 a 180°C epressão entre 15 a 35 MPa. Essa mesma patente descreve um segundométodo de síntese do aldeído derivado do terpinoleno, mas empregando comosubstrato de partida o limoneno. Nesse segundo método, a hidroformilação érealizada na temperatura entre 80 a 140°C, pressão entre 1 a 4 MPa1 napresença de um sistema heterogêneo, usando uma solução aquosa comcomplexos de metais de transição do grupo Vlll e Iigantes fosforados, seguidopela separação da fase orgânica. O aldeído produzido pode ser utilizado comofragrância e em perfumes (Production of Terpinolene Aldehyde for Use inPerfumes and Flavours Involves Reacting Terpinolene with Synthesis Gas atElevated Temperature and Pressure in Presence of a Rhodium-Organophosphorus Complex, PL 150119, 1990).

I) Processo de preparação de aldeídos derivados de olefinas com2 a 20 átomos de carbono (tais como, buteno, diciclopentadieno, limoneno,terpineno, ácido oléico, dentre outros) com gás de síntese (CO e H2), emsistema bifásico, com temperatura entre 20 e 160°C e pressão entre 0,1 e 10MPa. A fase aquosa contém catalisadores de complexos de ródio modificadoscom fosfinas carboxiladas ou sulfonadas. O ultrasom é usado para a separaçãodas fases (Process for the Production of Aldehydes, US 4616096, 1986).

m) Síntese de aldeídos com alto rendimento a partir de olefinasinternas, na presença de gás de síntese (CO e H2), catalisadores de ródiomodificados por tricicloalquil fosfinas, Iigantes altamente impedidosestericamente, sob condições brandas de reação (Rhodium CatalizedHydroformylation of Internai Olefins, US 4625068, 1986).

n) Método de preparação de aldeídos não lineares derivados deolefinas internas, em condições usuais de hidroformilação, utilizandocatalisadores de complexos de ródio modificados com Iigantes fosfitosmonocíclicos (Hydroformylation Process1 US 4482749, 1984).

No estado da arte são encontrados alguns métodos para atransformação de monoterpenos para-mentênicos em produtos de interesse daquímica fina e outros terpenos com estruturas semelhantes àquelas doprocesso ora proposto, citados a seguir. Entretanto, a maioria desses trabalhosnão descreve a síntese dos aldeídos desejados com alto rendimento, nãosendo, portanto, comparáveis com o método descrito na invenção ora proposta.

a) Hidroformilação do α-terpineno, sob condições brandas dereação, na presença de grande excesso de PPh3 e complexos de ródio, comalta seletividade combinada para os dois aldeídos principais e estagnação dareação em 80% de conversão. Foi observada uma baixa reatividade doterpinoleno e γ-terpineno, em condições usuais de hidroformilação, utilizandocatalisadores de complexos de ródio modificados com PPh3, (Barros, H.V.J.; daSilva, J.G.; Guimarães, C.C.; dos Santos, E.N.; Gusevskaya, E.V.;Organometallics, 2008, 27, 4523-4531).

b) Obtenção do aldeído derivado do terpinoleno, com baixorendimento, na presença de complexos de ródio modificados com PPh3, gás desíntese (CO e H2) na proporção equimolar, e benzeno como solvente(Chalchat, J.C.; Garry, R.Ph.; Lecomte, E.; Michet, A.; Flavour and FragranceJournal, 1991, 6, 179-182).

c) Hidroformilação de olefinas estericamente impedidas, tais como2-careno, 3-careno e α-pineno, com boa quimio e regiosseletividade para oaldeído principal, sob condições relativamente brandas de reação, usandocomo catalisador complexos de ródio modificados com o Iigante volumoso P(0-o-l-BuPh)3 (da Silva, J.G.; Barros, H.V.J.; Balanta, A.; Bolanos, A.; Novoa, M.L.;Reyes1 M.; Contreras1 R.; Bayón, J.C.; Gusevskaya1 E.V.; dos Santos, E.N.;Applied Catalysis A: General, 2007, 326, 219-226).

d) Hidroformilação de olefinas pouco reativas em condiçõesbrandas de reação e na presença de catalisadores de ródio modificados comos fosfitos volumosos fn's-(o-fercbutilfenil)fosfito e fr/s-(hexafluorisopropil)fosfito(Van Leeuwen1 P.W.N.M.; Roobeek1 C.F.; Journal of OrganometallicsChemistry, 1983, 258, 343-350).

PROBLEMAS DO ESTADO DA TÉCNICA

Ressalta-se que, em ambos os estados da técnica e da arte, nãoexistem descrições sobre a obtenção dos aldeídos derivados dosmonoterpenos para-mentênicos catalisada por complexos de ródio modificadospor Iigantes fosfitos. Também não há descrição da síntese do aldeído derivadoda funcionalização da dupla ligação estericamente mais impedida do γ-terpineno (Estrutura 9 da Figura 4), obtido pelo método ora proposto. O IigantePPh3 é mais comumente empregado como Iigante modificador de catalisadoresde ródio, em reações de hidroformilação, por ser mais barato. Entretanto,apenas o α-terpineno, um monoterpeno com duplas ligações endocíclicasconjugadas, foi efetivamente hidroformilado pelo sistema catalítico Rh/PPh3,em condições brandas de reação, mas sem atingir uma conversão completa dareação. Já o terpinoleno e o γ-terpineno, monoterpenos que apresentam umadupla ligação endocíclica, apresentaram baixa reatividade na presença doscatalisadores de ródio modificados com PPh3 e nas mesmas condições reacionais.

VANTAGENS DA TECNOLOGIA

Assim, os aspectos inovadores da presente invenção são:(i) processo de obtenção de ingredientes de fragrâncias derivadosdos monoterpenos para-mentênicos, mais especificamente, a-terpineno,terpinoleno e γ-terpineno, catalisado por complexos de ródio modificados peloIigante volumoso, P(O-O-tBuPh)3;(ii) síntese de um componente de fragrância inédito, aldeído demaior impedimento estérico derivado do γ-terpineno (Estrutura 9 da Figura 4);

(iii) utilização da catálise organometálica. Portanto, a síntese nãoenvolve o emprego de reagentes em elevadas quantidades em relação aosubstrato e não implica em custos elevados;

(iv) alta seletividade e alto rendimento do método;

(v) vantagem, em relação ao uso do Iigante PPh3, em condiçõesbrandas, em que se obtém um melhor rendimento e seletividade dos produtosdesejados em um menor intervalo de tempo de reação;

(vi) matéria-prima de origem natural abundante, renovável e debaixo custo.

LISTA DAS FIGURAS

A Figura 1 mostra as estruturas dos monoterpenos para-mentênicos: a-terpineno (1), terpinoleno (2) e γ-terpineno (3).

A Figura 2 mostra as transformações do a-terpineno (1) na reação dehidroformilação.

A Figura 3 mostra as transformações do terpinoleno (2) na reação dehidroformilação.

A Figura 4 mostra as transformações do γ-terpineno (3) na reação dehidroformilação.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

O elevado valor agregado dos derivados funcionalizados dosmonoterpenos mostra o importante papel dos mesmos no setor da químicafina. Alguns desses compostos não existem em quantidades significativas nanatureza, sendo, assim, necessária a sua preparação por processos industriais.Dessa maneira, avanços nesse setor são de grande relevância prática.

A invenção ora descrita propõe um novo processo de síntese dealdeídos derivados dos monoterpenos para-mentênicos, a-terpineno,terpinoleno e γ-terpineno, e um ingrediente inédito de fragrância derivado do γ-terpineno (Estrutura 9 da Figura 4). As demais substâncias obtidas já seencontram descritas na literatura. Os aromas agradáveis desses ingredientesos tornam potencialmente importantes para serem aplicados nas indústrias defragrâncias, de perfumes e de cosméticos.

Dessa forma, foi desenvolvido um eficiente processo de síntesede aldeídos derivados dos monoterpenos para-mentênicos, a-terpineno,terpinoleno e γ-terpineno, e um novo ingrediente de fragrância derivado do γ-terpineno (Estrutura 9 da Figura 4).

Assim, os aldeídos derivados de monoterpenos para-mentênicosforam obtidos através da reação de hidroformilação, na presença decatalisadores de complexos de ródio modificados com o Iigante volumoso, trís-(o-fercbutilfenil)fosfito, P(O-O-tBuPh)3, solvente orgânico e condições brandasde reação, com altos rendimentos.

O processo ora proposto pode ser melhor compreendido com osexemplos a seguir, não limitantes:

Exemplo 1

Em uma autoclave de aço inoxidável de 100 ml_, com amostradorpara acompanhamento periódico da reação e agitação magnética constante,sob atmosfera inerte de argônio ou nitrogênio, foi preparada uma soluçãocontendo tolueno (15,0 mL), a-terpineno (3,0 mmol), [Rh(COD)(OAc)]2 (7,5 χ10"6 a 3,0 χ 10"6 mol), P(O-O-tBuPh)3 (7,5 χ 10 5 a 1,8 χ 10"4 mol), com pressãototal de 80 atm (CO/H2=1/1; 1/2; 1/3; 3/1; 2/1; 3/2 ou 2/3) e a 80°C. Após otérmino da reação, a autoclave foi resfriada à temperatura ambiente e,posteriormente, despressurizada lentamente em capela com exaustor, para aretirada do CO/H2. A conversão do α-terpineno foi de 96%, em 7 horas dereação, com seletividade combinada de 89% para os dois aldeídos formados(Estruturas 4 e 5 da Figura 2).

Exemplo 2

Em uma autoclave de aço inoxidável de 100 mL, com amostradorpara acompanhamento periódico da reação e agitação magnética constante,sob atmosfera inerte de argônio ou nitrogênio, foi preparada uma soluçãocontendo tolueno (15,0 mL), terpinoleno (3,0 mmol), [Rh(COD)(OMe)J2 (7,5 χ10"6 a 3,0 χ IO-6ITioI), P(O-O-tBuPh)3 (7,5 χ 10 5 a 1,8 χ IO^mol), com pressãototal de 60 atm (C0/H2=1/1; 1/2; 1/3; 3/1; 2/1; 3/2 ou 2/3) e a 80°C. Após otérmino da reação, a autoclave foi resfriada à temperatura ambiente e,posteriormente, despressurizada lentamente em capela com exaustor, para aretirada do CO/H2. A conversão do terpinoleno foi de 95% em 18 horas dereação, com seletividade combinada de 90% para os produtos principais. Oaldeído formado pela hidroformilação direta da dupla ligação do terpinolenocorresponde a 56% do balanço de massa e carga (Estrutura 6 da Figura 3). Osoutros aldeídos formados são derivados da isomerização do terpinoleno emlimoneno1 α-terpineno e γ-terpineno, respectivamente (Estruturas 7a, 7b, 4 e 8da Figura 3).

Exemplo 3

Em uma autoclave de aço inoxidável de 100 mL, com amostradorpara acompanhamento periódico da reação e agitação magnética constante,sob atmosfera inerte de argônio ou nitrogênio, foi preparada uma soluçãocontendo tolueno (15,0 mL), γ-terpineno (3,0 mmol), [Rh(COD)(OMe)J2 (7,5 χ10-6 a 3,0 χ IO-6HioI), P(O-O-tBuPh)3 (7,5 χ 10"5 a 1,8 χ IO^mol), com pressãototal de 80 atm (CO/H2=1/1; 1/2; 1/3; 3/1; 2/1; 3/2 ou 2/3) a 80°C. Após otérmino da reação, a autoclave foi resfriada à temperatura ambiente e,posteriormente, despressurizada lentamente em capela, com exaustor, para aretirada do CO/H2. A conversão do γ-terpineno foi de 93% em 32 horas dereação, com seletividade combinada de 76% para os produtos principais,sendo dois deles os aldeídos formados pela hidroformilação direta da duplaligação de maior e menor impedimento estérico do γ-terpineno e o outro aldeídoderivado da isomerização do γ-terpineno em α-terpineno (Estruturas 8, 9 e 4 daFigura 4, respectivamente). O aldeído formado pela hidroformilação da duplaligação, estericamente mais impedida, do γ-terpineno é um produto inédito defragrância (Estrutura 9 da Figura 4). Os dados de CG-EM deste aldeído são:6-isopropil-3-metilciclohex-3-eno-1-carbaldeído (óleo amarelo): EM(m/z/rel.int.): 166/8 (M+); 137/34 (M+ -CHO); 135/53; 107/71; 105/24; 95/48;93/100; 91/45; 81/55; 79/27; 77/30; 67/37; 55/19.Até o presente momento, os resultados obtidos através do métodode síntese ora proposto são os melhores da hidroformilação dos monoterpenospara-mentênicos, α-terpineno, terpinoleno e γ-terpineno. É a primeira vez quese obtém a conversão completa do α-terpineno em seus produtoshidroformilados, uma alta taxa de conversão e seletividade dos produtosdesejados do terpinoleno e γ-terpineno e a síntese do novo componente defragrância derivado da hidroformilação direta da dupla ligação estericamentemais impedida do γ-terpineno (Estrutura 9 da Figura 4). Todos esses aldeídosobtidos pelo processo de produção, ora descrito, apresentam aromasagradáveis e são substâncias de grande interesse da indústria da química fina.

Claims

1. Processo de síntese de aldeídos derivados de monoterpenos para-mentênicos através da reação de hidroformilação, caracterizado pelaobtenção dos aldeídos através de reação de hidroformilação, na presença decatalisadores de complexos de ródio modificados com o Iigante volumoso tris-(o-fercbutilfenil)fosfito, P(O-O-tBuPh)3, solvente orgânico e condições brandasde reação.

2. Processo de síntese de aldeídos derivados de monoterpenos para-mentênicos através da reação de hidroformilação, de acordo com areivindicação 1, caracterizado pela utilização de monoterpenos para-mentênicos com concentração entre 0,1 e 0,5 mol.L-1.

3. Processo de síntese de aldeídos derivados de monoterpenos para-mentênicos através da reação de hidroformilação, de acordo com asreivindicações 1e 2, caracterizado pela utilização de catalisadores decomplexos de ródio compreender a razão [substrato]/[Rh] entre 200 e 500.

4. Processo de síntese de aldeídos derivados de monoterpenos para-mentênicos através da reação de hidroformilação, de acordo com asreivindicação 3, caracterizado pelos catalisadores de complexos de ródio serempreferencialmente [Rh(COD)(OMe)]2 ou [Rh(COD)(OAc)]2 .

5. Processo de síntese de aldeídos derivados de monoterpenos para-mentênicos através da reação de hidroformilação, de acordo com asreivindicação 1 a 4, caracterizado pela utilização do Iigante volumoso trís-(o-tercbutilfenil)fosfito, P(O-O-tBuPh)3 compreender a razão [Rh]/[fosfito] entre 10 e-60.

6. Processo de síntese de aldeídos derivados de monoterpenos para-mentênicos através da reação de hidroformilação, de acordo com asreivindicações 1 a 5, caracterizado pela utilização da pressão total entre 40 e100 atm e razão molar CO/H2= 1/1; 1/2; 1/3; 3/1; 2/1; 3/2 ou 2/3.

7. Processo de síntese de aldeídos derivados de monoterpenos para-mentênicos através da reação de hidroformilação, de acordo com asreivindicações 1 a 6, caracterizado pela utilização da temperatura entre 60 e 100°C.

8. Processo de síntese de aldeídos derivados de monoterpenos para-mentênicos através da reação de hidroformilação, de acordo com asreivindicações 1 a 7, caracterizado pela utilização de solventes aromáticos,selecionados do grupo compreendendo tolueno, benzeno.

9. Aldeídos derivados de monoterpenos para-mentênicos através dareação de hidroformilação, caracterizado por apresentar a seguinte fórmulaestrutural:

10. Aldeídos derivados de monoterpenos para-mentênicos através dareação de hidroformilação, de acordo com a reivindicação 9, caracterizadopor serem utilizados em formulações de fragrâncias, perfumes sintéticos,cosméticos, produtos de higiene pessoal, desodorizador de ar.

11. Aldeídos derivados de monoterpenos para-mentênicos através dareação de hidroformilação, de acordo com a reivindicação 9 e 10,caracterizado por apresentarem potencial aplicação como flavorizante earomatizante em alimentos.