ES2214313T3 - Proceso para la conversion de aldehidos en nitrilos usando amoniaco y peroxido de hidrogeno. - Google Patents

Proceso para la conversion de aldehidos en nitrilos usando amoniaco y peroxido de hidrogeno.

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ES2214313T3
ES2214313T3 ES00961565T ES00961565T ES2214313T3 ES 2214313 T3 ES2214313 T3 ES 2214313T3 ES 00961565 T ES00961565 T ES 00961565T ES 00961565 T ES00961565 T ES 00961565T ES 2214313 T3 ES2214313 T3 ES 2214313T3
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Abstract

Un proceso para obtener un nitrilo, que comprende poner en contacto un aldehído con (i) amoniaco o hidróxido amónico, (ii) peróxido de hidrógeno, e (iii) un metal de transición o un compuesto de metal de transición, donde la puesta en contacto se realiza, secuencial, simultáneamente o en cualquier orden.

Description

Proceso para la conversión de aldehídos en nitrilos usando amoniaco y peróxido de hidrógeno.
La presente invención se refiere a un proceso para obtener compuestos nitrilos útiles en prácticamente todos los campos de la química orgánica. Más específicamente, la presente invención se refiere a un proceso para obtener nitrilos RCN a partir de aldehídos RCHO con el mismo número de átomos de carbono y la misma estructura del substituyente R.
Antecedentes de la invención
El método tradicional de dos fases para obtener nitrilos a partir de los correspondientes aldehídos consiste en la oximación de un aldehído con hidroxilamina seguido de la deshidratación de la aldoxima resultante usando diversos agentes deshidratantes tales como anhídrido acético, pentóxido de fósforo, diciclohexilcarbodiimida, etc. (esquema 1). Véase: G. Tennant, "Imines, Nitrones, Nitriles, and Isocyanides" en: Comprehensive Organic Chemistry, ed. I.O. Sutherland. Pergamon Press, Oxford, New York, Toronto, Sydney, París, Frankfurt, 1979, Vol. 2, páginas 385-590 (especialmente en las páginas 533-537), y las referencias citadas en ese documento. Recientemente se han patentado hidróxidos de metales alcalinos como agentes de deshidratación para este proceso (M. Oku e Y. Fujikura, documentos US 5.457.222 y US 5.514.830).
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Existen modificaciones de este método general que permiten la preparación de nitrilos en "una etapa", sin la separación de la oxima intermedia (véase G.A. Olah y T. Keumi, Synthesis, 1979, páginas 112-113, y las referencias citadas en ese documento).
Además, se conocen métodos basados en la intermediación de otros derivados de azometina N-substituidos de aldehídos, tales como 0-2,4-dinitrofenil oximas (M. J. Miller y G. M. Loudon, J. Org. Chem., 1975, vol. 40, páginas 126-127), alquilidenoaminopiridonas (A.R. Katritzky y P. Molina-Buendia, J. Chem. Soc. Perkin I, 1979, páginas 1957-1960), etc., donde los intermedios se convierten en nitrilos por métodos no oxidativos.
Varios métodos se basan en la conversión oxidativa de derivados de azometina N-substituidos de aldehídos. Por ejemplo (esquema 2a), se oxida N-t-butil benzaldimina en benzonitrilo con peroxidicarbonato de diisopropilo DiPPDC (H. Ohta y K. Tokumaru, J. Chem. Soc. Chem. Commun., 1970, pág. 1601). Se oxidaron dimetilhidrazonas (esquema 2b) a nitrilos con ácido meta-cloroperbenzoico (MCPBA), o con rendimientos menores con peróxido de hidrógeno en presencia de compuestos de selenio (S. B. Said et al., Synthesis, 1989, páginas 223-224). Ciertos tipos de dimetilhidrazonas aromáticas pueden oxidarse con peróxido de hidrógeno metanólico sin catalizadores (R. F. Smith et al., J. Org. Chem., 1966, vol. 31, páginas 4100-4102. Las reacciones de este tipo se revisaron por J. Mlochowski en Chem. Papers, 1998, vol. 52(1), páginas 45-51 y por J. Mlochowski y S. B. Said en: Polish Journal of Chemistry, 1992, vol. 66, páginas 1901-1928.
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Todos los métodos mostrados anteriormente tienen una desventaja común, concretamente el uso de hidroxilamina, dimetilhidrazina, etc. relativamente caras. Los métodos basados en el uso de amoniaco barato son más atractivos desde el punto de vista práctico. Estos últimos métodos implican la formación de un intermedio de aldimina seguido de su deshidrogenación o deshidrogenación oxidativa de acuerdo con el esquema 3 (amoxidación).
3
El valor práctico de estos métodos depende ampliamente del reactivo usado para la deshidrogenación oxidativa. Por ejemplo, existe un método basado en el uso de persulfato potásico en presencia de sales de níquel y amoniaco acuoso (S. Yamazaki e Y. Yamazaki, Chem. Lett., 1990, páginas 571-574). El procedimiento da rendimientos del 21-76% de nitrilos aromáticos e insaturados a partir de los correspondientes aldehídos, incluyendo un rendimiento del 48% de geranil nitrilo a partir de citral (esquema 4).
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La aplicabilidad práctica de este método está restringida en su mayor parte porque requiere 1,5-2,0 mol de persulfato potásico por mol del aldehído, lo que significa 540,6 partes en peso del persulfato por 152,2 partes en peso de citral.
En varios procedimientos de amoxidación se usa aire u oxígeno como agentes de deshidrogenación para los intermedios de aldimina de acuerdo con el esquema 3. Estos procedimientos pueden clasificarse en dos grupos: procesos 1) de fase gaseosa/alta temperatura, y 2) de fase líquida/baja temperatura.
En un proceso del grupo 1, el propanal se convierte en una mezcla que contiene algo de propionilo y acrilonitrilo junto con acetonitrilo, aldehídos y otros subproductos por una reacción con amoniaco gaseoso y aire a 460ºC sobre un catalizador de óxido de Sn/Sb (M. Cathala, et al., Bull. Soc. Chim. France, 1979, páginas 173-178). En otro ejemplo (R. J. Card y J. L. Schmitt, J. Org. Chem., 1981, vol 46, páginas. 754-757), se obtienen benzonitrilo, p-metoxibenzonitrilo y octanonitrilo con buenos rendimientos pasando una corriente de amoniaco acuoso que contiene un 5% en moles del correspondiente aldehído a través de un lecho de catalizador (3 cm de Cu/alúmina) a 325ºC. De acuerdo con la patente británica No. 709.337, se convierte acroleína en acrilonitrilo en una reacción de fase gaseosa con una mezcla de aire/amoniaco/vapor/nitrógeno sobre un catalizador de molibdeno a 285-445ºC.
Una ventaja fundamental de los procesos del grupo 1 es la alta temperatura que puede afectar a los aldehídos y nitrilos térmicamente lábiles. Por ejemplo, de acuerdo con G. Ohloff, Tetrahedron Lett., 1960, páginas 10-14, citral experimenta diversas reacciones de isomerización y ciclación a una temperatura de 130-205ºC. Otra desventaja de los procesos del grupo 1 es el uso de un amplio exceso de amoniaco.
En los métodos del grupo 2, las reacciones de aldehídos con amoniaco y oxígeno se producen en fase líquida en presencia de compuestos de cobre. De nuevo se usa un exceso significativo de amoniaco, y la mezcla de reacción se diluye fuertemente con un disolvente. W. Brackman y P.J. Smit (Rec. Trav. Chim., 1963, vol. 82(8), páginas 757-762) informaron acerca de un método para obtener nitrilos por tratamiento de aldehídos (0,05 mol) con oxígeno a 30ºC en 100 ml de metanol que contenía 0,4 mol (exceso de ocho veces) de amoniaco, 0,03 mol de metóxido sódico y 4 mmol de cloruro de cobre(II). Se realizó un estudio detallado de la reacción usando benzaldehído como material de partida por A. Misono et al. (Bull. Soc. Chem. Japan, 1967, vol. 40, páginas 912-919) a una dilución incluso mayor: 0,03 mol de benzaldehído y aproximadamente 0,09 mol de amoniaco en aproximadamente 100 ml de metanol. Se patentó un proceso para la amoxidación de acroleína que comprende el pretratamiento de una sal de cobre con amoniaco seguido de la puesta en contacto del complejo obtenido con acroleína en presencia de oxígeno en el documento US 4.202.837. Los mejores rendimientos de acrilonitrilo, del 29-40%, se obtuvieron con una relación molar de acroleína:CuBr = 1,05-1,2 (ejemplos 2 a 5) lo que significa un exceso en peso de dos veces del catalizador, y este proceso es estequiométrico en vez de catalítico.
El documento US-2 784 213 describe un proceso para la producción de tereftalonitrilo por reacción de ciertos terpenos o mezclas de los mismos con amoniaco y oxígeno a temperaturas elevadas en presencia de catalizadores adecuados.
Se resumen diversas síntesis conocidas de nitrilos en las más recientes revisiones exhaustivas: M. North, "General methods and aliphatic nitriles" en: Comprehensive Organic Functional Group Transformations. Ed. A. Katrizky et al.; Elsevier: Oxford, UK; 1995, vol. 3, páginas 610-640, 733-856; M. J. Kiefel, "\alpha,\beta-Unsaturated and aryl nitriles", ibid., páginas 641-676, 733-856.
Sumario de la invención
De acuerdo con los fines de la invención, como una realización y ampliamente descrito en este documento, esta invención en un aspecto, se refiere a un proceso para obtener un nitrilo que comprende poner en contacto un aldehído con (i) amoniaco o hidróxido amónico, (ii) peróxido de hidrógeno, e (iii) un metal de transición o compuesto de metal de transición, donde el contacto se realiza secuencial, simultáneamente o en cualquier orden.
No hemos encontrado patentes u otras publicaciones que describan un proceso para obtener nitrilos por reacción de los correspondientes aldehídos con amoniaco y peróxido de hidrógeno. Además, la existencia de tal proceso parecía poco probable basándose en la información disponible. En primer lugar, se sabe que los compuestos de carbonilo reaccionan con peróxido de hidrógeno en presencia de amoniaco para dar, dependiendo de las condiciones de reacción, aminoperóxidos, derivados de hidrazina o hidroxilamina, pero no nitrilos. En segundo lugar, el peróxido de hidrógeno puede oxidar aldehídos en formiatos (la reacción de Baeyer-Villiger), que pueden hidrolizarse para dar alcoholes o fenoles. También es posible la oxidación de aldehídos para dar ácidos. En tercer lugar, los nitrilos pueden reaccionar por si mismos con peróxido de hidrógeno proporcionando iminoperácidos, que pueden reaccionar adicionalmente con una segunda molécula de peróxido de hidrógeno para formar amidas. Podría esperarse una reacción más indeseable con aldehídos de partida insaturados - epoxidación del doble enlace. Véase: J. P. Schirmann y S.Y. Delavarenne, "Hydrogen Peroxide in Organic Chemistry", Édition et documentation industrialle: Paris, 1979, página 23, 37; 79-87, y las referencias citadas en ese documento. S. Cachhi et al., Synthesis, 1980, páginas 243-244, C.H. Hassall, The Baeyer-Villiger oxidation of aldehides and ketones. Organic Reactions, 1957, vol. 9, páginas 78-106.
Otras ventajas de la invención se mostrarán en parte en la descripción que se muestra a continuación y en parte serán obvias a partir de la descripción, o pueden comprenderse por la práctica de la invención. Las ventajas de la invención se realizarán y conseguirán por medio de elementos y combinaciones indicadas particularmente en las reivindicaciones adjuntas. Debe entenderse que tanto la anterior descripción general como la descripción detallada mostrada a continuación son solamente ejemplares y explicativas y no son restrictivas de la invención, según se reivindica.
Descripción detallada de la invención
La presente invención puede entenderse más fácilmente por referencia a la siguiente descripción detallada de realizaciones preferidas de la invención y a los ejemplos incluidos en este documento.
Definiciones y uso de términos
Debe apreciarse que, como se usa en la memoria descriptiva y en las reivindicaciones adjuntas, las formas singulares "un", "uno" y "el/la" incluyen los respectivos plurales a menos que el contexto indique claramente otra cosa. De esta forma, por ejemplo, la referencia a "un metal de transición" incluye mezclas de metales de transición, la referencia a "un disolvente" incluye mezclas de dos o más disolventes, y similares.
El término "alquilo" como se usa en este documento, se refiere a un grupo hidrocarbonado saturado, cíclico, ramificado o no ramificado, tal como metilo, etilo, n-propilo, isopropilo, n-butilo, isobutilo, t-butilo,octilo, decilo, tetradecilo, hexadecilo, eicosilo, tetracosilo y similares.
El término "alcoxi" como se usa en este documento representa un grupo unido a través de un enlace de éter sencillo terminal; es decir, un grupo "alcoxi" puede definirse como -OR, siendo R alquilo.
El término "alquenilo" como se usa en este documento representa un grupo hidrocarbonado que tiene uno, dos o más dobles enlaces, y por lo tanto incluye alcadienos. Cuando sea apropiado, estructuras tales como (AB)C=C(CD) pretenden incluir tanto los isómeros E como Z. Esto puede presumirse en fórmulas estructurales en las que esté presente un alqueno asimétrico, o puede indicarse explícitamente por el símbolo de enlace.
"alquinilo" se refiere a un grupo hidrocarbonado cíclico, ramificado o no ramificado que contiene uno o más triples enlaces.
"Arilo" se refiere a un grupo hidrocarbonado cuyas moléculas tienen las características de estructura de anillo de benceno, naftaleno, fenantreno, antraceno, etc., es decir, el anillo de seis carbonos de benceno o los anillos de seis carbonos saturados de los otros derivados aromáticos. Por ejemplo, un grupo arilo puede ser fenilo C_{6}H_{5} o naftilo C_{10}H_{7}.
"Heteroarilo" representa una estructura de anillo cerrado, normalmente de cinco o seis miembros, donde uno o más de los átomos del anillo es un heteroátomo tal como azufre, nitrógeno, oxígeno, etc., incluyendo piridina, pirrol, furano, tiofeno y purina.
\newpage
"Metal de transición" se refiere a uno cualquiera de los elementos de los grupos 1B-VIIB y VIII de la tabla periódica, y preferiblemente se refiere a cobre, hierro, níquel, manganeso, plata o paladio.
"Citral" se refiere a 3,7-dimetil-2,6-octadienal.
"Geranial" se refiere al isómero 2-E de citral.
"Neral" se refiere al isómero 2-Z de neral.
"Citronelal" se refiere a 3,7-dimetil-6-octenal.
Descripción
Hemos descubierto que pueden obtenerse nitrilos por reacción de los correspondientes aldehídos con amoniaco y peróxido de hidrógeno en presencia de metales de transición o compuestos de metales de transición. De esta forma, en un aspecto, la invención proporciona un proceso para obtener un nitrilo, que comprende poner en contacto un aldehído con (i) amoniaco o hidróxido amónico, (ii) peróxido de hidrógeno, e (iii) un metal de transición o un compuesto de metal de transición, donde el contacto se realiza secuencial, simultáneamente o en cualquier orden.
El nitrilo preferiblemente se representa por la fórmula (1)
(1)RCN
y el aldehído se representa por la fórmula (2),
(2)RCHO
donde: R representa alquilo, alquenilo, alquinilo, arilo, arilalquilo, alquilarilo, arilalquenilo, alquenilarilo, alquinilarilo, arilalquinilo, heteroarilo, alquilheteroarilo, heteroarilalquilo, alquenilheteroarilo o heteroarilalquenilo; R es ramificado, lineal, cíclico y/o policíclico; R está opcionalmente substituido con uno o más grupos funcionales seleccionados entre hidroxi, alcoxi, carboxi, ciano, alcoxicarbonilo y carbonilo.
R preferiblemente comprende de 1 a 40 átomos de carbono y aún más preferiblemente de 5 a 20. Cuando el grupo funcional comprende un grupo alquilo, el grupo alquilo preferiblemente comprende no más de 30 carbonos, e incluso más preferiblemente no más de 20 carbonos.
Los aldehídos preferidos para realizar el proceso de esta invención incluyen, en realizaciones separadas: (1) citral, geranial y neral, (2) cinamaldehído, piperonal, benzaldehído, p-metoxibenzaldehído y 2,4-hexadienal y (3) el enantiómero (3R) de citronelal, el enantiómero (3S) de citronelal y mezclas de los mismos.
Los metales de transición y los compuestos de metales de transición preferidos incluyen metal cobre, sales de cobre y complejos de cobre. Otros metales de transición preferidos incluyen hierro, cobalto, níquel, manganeso, plata, paladio, etc. y compuestos de los mismos. La relación molar de metal de transición o compuesto de metal de transición con respecto al aldehído preferiblemente es de 0,0001 a 50 y más preferiblemente de 0,01 a 1.
De acuerdo con la invención, puede usarse amoniaco en forma de su solución acuosa (hidróxido amónico) o suministrarse en forma gaseosa. El peróxido de hidrógeno preferiblemente se usa como su solución acuosa.
El proceso puede realizarse en una amplia diversidad de condiciones y puede realizarse de forma continua o por lotes. Aunque la reacción generalmente se realiza sin tener en cuenta la temperatura, la secuencia de adición y las velocidades de adición de los reactivos, generalmente todos estos parámetros pueden optimizarse para obtener mayores rendimientos de los nitrilos. La temperatura de reacción puede variar dentro de un amplio intervalo. Un intervalo de temperaturas preferido es de -10ºC a +70ºC y un intervalo de temperaturas más preferido es de 0ºC a +45ºC.
El proceso se realiza preferiblemente con una relación molar de amoniaco o hidróxido amónico con respecto al aldehído de 0,5 a 20, más preferiblemente de 0,9 a 5 y aún más preferiblemente de 1 a 2. El proceso también se realiza preferiblemente con una relación de peróxido de hidrógeno con respecto a aldehído de 0,8 a 50. Más preferiblemente de 1 a 10.
El proceso puede realizarse en presencia de un disolvente orgánico o sin disolvente. Los ejemplos de disolventes son:
1)
alcoholes tales como metanol, etanol, y alcoholes superiores;
2)
glicoles tales como etilenglicol, propilenglicol, dietilenglicol, trietilenglicol y otros;
3)
éteres de glicol mono y disubstituidos tales como metil cellosolve, etil cellosolve, monoglime, diglime, 1-metoxi-2-propanol y otros;
4)
ésteres tales como acetato de etilo, acetato de butilo y otros;
5)
dimetilsulfóxido, acetonitrilo, piridina, dimetilformamida, N-metilpirrolidinona, trietanolamina y otros disolventes que contienen azufre, nitrógeno, fósforo o que contienen uno de estos elementos y oxígeno;
6)
hidrocarburos tales como hexano, heptano, ciclohexano, benceno, tolueno, xileno y otros;
7)
combinaciones de disolventes.
Cuando se realiza en presencia de un disolvente orgánico, la relación en peso de disolvente a aldehído preferiblemente es de 0,3 a 25 y más preferiblemente de 1 a 9. Además, el proceso puede realizarse en una solución acuosa más o menos diluida. La reacción puede realizarse en presencia de un catalizador de transferencia de fases (sales de aminas terciarias o cuaternarias de cadena larga o aminas terciarias libres) o sin un catalizador de transferencia de fases.
Pueden usarse diversos modos o secuencias de adición/mezcla de reactivos, por ejemplo:
1)
adición de peróxido de hidrógeno a una mezcla de un aldehído, amoniaco, catalizador y disolvente, o lo mismo sin disolvente;
2)
Adición simultánea, paralela o consecutiva de un aldehído, hidróxido amónico acuoso y peróxido de hidrógeno a una mezcla de un disolvente y un catalizador;
3)
adición simultánea, paralela o consecutiva de un aldehído en un disolvente, hidróxido amónico acuoso y peróxido de hidrógeno a una mezcla del mismo disolvente u otro disolvente, y un catalizador;
4)
adición simultánea, paralela o consecutiva de hidróxido amónico acuoso y peróxido de hidrógeno a una mezcla de un aldehído y un catalizador;
5)
adición de amoniaco gaseoso a una mezcla de un disolvente y un catalizador, con la adición simultánea, paralela o consecutiva de un aldehído y peróxido de hidrógeno;
6)
adición de amoniaco gaseoso a una mezcla de un disolvente, un aldehído y un catalizador, con la adición simultánea o consecutiva de peróxido de hidrógeno; y
7)
otros.
De esta forma, en una realización, la puesta en contacto se realiza añadiendo el aldehído, amoniaco o hidróxido amónico y peróxido de hidrógeno a una mezcla de catalizador y disolvente. En otra realización, la puesta en contacto se realiza añadiendo amoniaco o hidróxido amónico y peróxido de hidrógeno a una mezcla de aldehído, disolvente y catalizador. En otra realización más, la puesta en contacto se realiza por la adición de aldehído, amoniaco o hidróxido amónico y peróxido de hidrógeno a una mezcla de catalizador y disolvente; comenzando la adición del aldehído, amoniaco o hidróxido amónico y peróxido de hidrógeno aproximadamente al mismo tiempo; la adición del aldehído se completa en primer lugar; la adición del amoniaco o hidróxido amónico se completa en segundo lugar; y la adición del peróxido de hidrógeno se completa en tercer lugar.
Después de completarse la reacción, la mezcla de reacción puede tratarse de muchas maneras. Debe entenderse que, en cada caso, el procedimiento de tratamiento óptimo depende de la naturaleza del aldehído de partida y del nitrilo resultante, o del disolvente usado, etc. Por ejemplo, la mezcla puede "inactivarse" con sulfito o bisulfito sódico acuoso y después diluirse con agua y un disolvente orgánico. Después de la separación de las capas y de la extracción opcional de la capa acuosa, el disolvente puede evaporarse y el producto destilarse. Algunas veces el producto puede cristalizarse de la mezcla de reacción como en el caso de piperonilonitrilo. Otro método posible para el tratamiento es la filtración de la mezcla de reacción a través de una capa de un sorbente tal como tierra de diatomeas, o una capa de una sal inorgánica tal como sulfato sódico, sulfato de magnesio, sulfito sódico y otros, seguido de la evaporación del disolvente y destilación del producto.
Después de la separación del producto, el catalizador puede volverse al usar. Cuando sea deseable volver a usar el catalizador, la reacción puede realizarse en un disolvente soluble en agua que tiene una miscibilidad limitada con hidrocarburos tales como heptano. Son ejemplos de tales disolventes: glicoles, cellosolves, 1-metoxi-2-propanol, dimetilsulfóxido, etc. Después de completarse la reacción, el producto puede extraerse con un hidrocarburo y la capa de disolvente/agua/catalizador restante puede volverse a usar después de una re-concentración opcional. Cuando no sea deseable volver a usar el catalizador, el metal de transición o su compuesto puede retirarse del agua no válida convirtiéndolo en un compuesto insoluble o poco soluble tal como, por ejemplo, un sulfuro, un fosfato, o un complejo con un polímero quelante.
De esta forma, la invención proporciona un proceso conveniente y muy práctico para obtener nitrilos a partir de los correspondientes aldehídos. Las ventajas de la invención se realizarán y conseguirán por medio de los elementos y combinaciones señalados particularmente en las reivindicaciones. Se entenderá que tanto la anterior descripción de la invención como los siguientes ejemplos no son restrictivos de la invención, según se reivindica.
Ejemplos
Los siguientes ejemplos se muestran para proporcionar a los especialistas en la técnica una completa discusión y descripción de cómo se realiza el método para obtener nitrilos y se proporcionan a modo meramente ejemplar de la invención sin pretender limitar el alcance de lo que los inventores consideran como su invención. Se han hecho esfuerzos para asegurar la precisión con respecto a los números (por ejemplo, cantidades, temperaturas, etc.) pero podrían producirse algunos errores y desviaciones. A menos que se indique otra cosa, las partes son partes en peso, la temperatura está en ºC o es la temperatura ambiente y la presión es la atmosférica o un valor cercano a esta.
Ejemplo 1 Geranil nitrilo a partir de citral de calidad técnica
A una mezcla agitada de 400 ml de isopropanol y 1,0 g (0,01 mol) de cloruro cuproso, a 17-23ºC, se le añadieron gota a gota 58 g (0,487 mol) de hidróxido amónico acuoso al 29,4% durante un periodo de 3 horas. De forma paralela a la adición del hidróxido amónico, se añadió una mezcla de 74,0 g (0,38 mol) de citral de calidad técnica al 78,1% (relación de isómeros E/Z = 2,4) y 1,0 g de hexadecano (patrón interno) durante un periodo de aproximadamente 2,5 horas. De forma paralela a las adiciones de hidróxido amónico y citral, se añadieron 95 g (1,4 mol) de peróxido de hidrógeno acuoso al 50% durante un periodo de aproximadamente 4 horas. Después de finalizar las adiciones, la mezcla se agitó durante otra hora y el análisis por GC mostró que la mezcla de reacción contenía aproximadamente 51 g de geranil nitrilo (0,343 mol), que corresponde a -90% del rendimiento teórico. Después del tratamiento convencional, el producto se destiló para dar 53,4 g de geranil nitrilo con una pureza del 88,2% (47,1 g; 0,3156 mol). Relación de isómeros E/Z = 2,4. El rendimiento destilado fue el 83,1% del teórico.
Ejemplo 2 Geranil nitrilo a partir de citral con una pureza del 95% y con una relación molar de hidróxido amónico/citral = 1:1
A una mezcla agitada de 300 ml de isopropanol y 1,0 g (0,01 mol) de cloruro cuproso, a 17-27ºC, se le añadieron gota a gota 48 g (0,4 mol) de hidróxido amónico acuoso al 29,4% durante un periodo de aproximadamente 2,5 horas. De forma paralela a la adición del hidróxido amónico, se añadieron 64,0 g (0,399 mmol) de citral de calidad del 95% (relación de isómeros E/Z = 0,99) y 1,0 g de hexadecano (patrón interno) durante un periodo de 2,5 horas. De forma paralela a las adiciones de hidróxido amónico y el citral, se añadieron 95 g (1,4 mol) de peróxido de hidrógeno acuoso al 50% durante un periodo de 4 horas. Después de finalizar las adiciones, la mezcla se agitó durante otra hora y el análisis por GC mostró que la mezcla de reacción contenía aproximadamente 49 g de geranil nitrilo (0,328 mol) que corresponde a \sim82% del rendimiento teórico. Después del tratamiento convencional, el producto se destiló para dar 47,3 g de geranil nitrilo con una pureza del 96,1% (45,5 g, 0,305 mol). Relación de isómeros E/Z =1,2. Rendimiento destilado del 76,3% del teórico.
Ejemplo 3 Geranil nitrilo a partir de citral con una pureza del 95% con una relación molar de hidróxido amónico/citral = 1,23:1
A una mezcla agitada de 400 ml de isopropanol y 1,0 g (0,01 mol) de cloruro cuproso, a 17-22,5ºC, se le añadieron gota a gota 58 g (0,487 mol) de hidróxido amónico acuoso al 29,4% durante un periodo de 3 horas. De forma paralela a la adición del hidróxido amónico, se añadieron 63,4 g (0,396 mmol) de citral de calidad del 95% (relación de isómeros E/Z = 1,11) y 1,0 g de hexadecano (patrón interno) durante un periodo de 2,5 horas. De forma paralela a las adiciones de hidróxido amónico y citral, se añadieron 95 g (1,4 mol) de peróxido de hidrógeno acuoso al 50% durante un periodo de 4 horas. Después del tratamiento convencional, el producto se destiló para dar 48,5 g de geranil nitrilo con una pureza del 96,3% (46,7 g, 0,313 mol). Relación de isómeros E/Z =1,33. Rendimiento destilado del 79,0% del teórico.
Ejemplo 4 2-E Geranil nitrilo a partir de 2-E citral (geranial)
A una mezcla agitada de 300 ml de isopropanol y 1,0 g (0,01 mol) de cloruro cuproso, a 17-22,2ºC, se le añadieron gota a gota 58 g (0,487 mol) de hidróxido amónico acuoso al 29,4% durante un periodo de 200 minutos. De forma paralela a la adición del hidróxido amónico, se añadieron 61,1 g (0,4 mmol) de geranial (que contenía un 98,5% de geranial y 1,1% de neral) y 1,0 g de hexadecano (patrón interno) durante un periodo de 2,5 horas. De forma paralela a las adiciones de hidróxido amónico y citral, se añadieron 95 g (1,4 mol) de peróxido de hidrógeno acuoso al 50% durante un periodo de 4 horas. Después del tratamiento convencional, el producto se destiló para dar 47,6 g de geranil nitrilo con una pureza total del 96,6% (46,0 g, 0,308 mol; que contenía 89,3% de 2-E-geranil nitrilo y 7,3% de 2-Z-geranil nitrilo). Rendimiento destilado del 77,0% del teórico.
Ejemplo 5-19 Síntesis de geranil nitrilo a partir de citral usando diversos catalizadores y disolventes
A una mezcla agitada de 300 ml de un disolvente y 0,01 mol de un catalizador (véase la tabla 1), a 17-26ºC, se le añadieron gota a gota 53-58 g (0,44-0,49 mol) de hidróxido amónico acuoso al 29,4% durante un periodo de 3 horas. De forma paralela a la adición del hidróxido amónico, se añadió una mezcla de 74,0 g (0,38 mol) de citral de calidad técnica al 78,1% (relación de isómeros E/Z = 2,4) y 1,0 g de hexadecano (patrón interno) durante un periodo de aproximadamente 2,5 horas. De forma paralela a las adiciones de hidróxido amónico y citral, se añadieron 95 g (1,4 mol) de peróxido de hidrógeno acuoso al 50% durante un periodo de aproximadamente 4 horas. Después de finalizar las adiciones, la mezcla se agitó durante otra hora, se trató por agitación durante 1 hora con sulfito sódico acuoso al 10% y se diluyó con agua y heptano o cloroformo. La capa orgánica se separó y la capa acuosa se extrajo con heptano o cloroformo. Después de la evaporación del disolvente, el producto se destiló al vacío. Los rendimientos destilados se dan en la tabla 1.
TABLA 1
5
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Ejemplo 20-24 Síntesis de geranil nitrilo a partir de citral usando diversos catalizadores y disolventes
Estas reacciones se realizaron de la misma forma descrita en los ejemplos 5-19, con la excepción de que los rendimientos se determinaron por GC. Los resultados se dan en la tabla 2.
TABLA 2
6
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Ejemplos 25-27
Síntesis de geranil nitrilo en dimetilformamida
Se añadió hidróxido amónico acuoso (concentración del 29,4%, 15 g, 0,126 mol) a 8-15ºC durante un periodo de 5-11 minutos a una mezcla agitada de 16 g de citral al 95% (0,1 mol, relación de isómeros geranial/neral 0,96), 125 ml de dimetilformamida y 0,5 g de un catalizador especificado en la tabla 3. Después, se añadieron 30 g de peróxido de hidrógeno al 50% (0,44 mol) durante un periodo de 20-40 minutos mientras que la temperatura se mantenía dentro de aproximadamente el mismo intervalo. La mezcla se agitó durante 1,5 horas más y se analizó por GC. Los resultados se dan en la tabla 3.
TABLA 3
7
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Ejemplo 28-33 Síntesis de geranil nitrilo a varias temperatura y tiempos de adición de los reactivos
Estas reacciones se realizaron como se describe en el ejemplo 2, pero a diferentes temperaturas y tiempos de adición de los reactivos. Las condiciones de reacción y los rendimientos destilados de geranil nitrilo se dan en la tabla 4.
TABLA 4
8
Ejemplo 34 Síntesis de geranil nitrilo en 1-metoxi-2-propanol, con la reutilización de la capa de disolvente/agua/catalizador
La reacción se realizó como en el ejemplo 16 y después se trató por extracción con heptano. Después de la evaporación del heptano, el producto se destiló para dar 52,2 g de geranil nitrilo al 88,3%; rendimiento de 81,3% del teórico. Después de la extracción, la capa de disolvente/agua/catalizador se reutilizó, sin reconcentración, en la siguiente reacción similar. En el segundo ensayo, el rendimiento destilado de geranil nitrilo fue del 35,3% del teórico.
Ejemplo 35-88 Síntesis de trans-cinamonitrilo, 2,4-hexadienonitrilo, citronelil nitrilo y 2-metil-2-pentenonitrilo
A una mezcla agitada de 300 ml de isopropanol y 1,36 g de cloruro cúprico (0,01 mol) a 17-24ºC se le añadieron gota a gota 58 g (0,487 mol) de hidróxido amónico acuoso al 29,4% durante un periodo de aproximadamente 3 horas. De forma paralela a la adición de hidróxido amónico, se añadió una mezcla de 0,4 mol de un aldehído (tabla 5) y 1,0 g de hexadecano (patrón interno) durante un periodo de aproximadamente 2,5 horas. De forma paralela a las adiciones de hidróxido amónico y citral, se añadieron 95 g (1,4 mol) de peróxido de hidrógeno acuoso al 50% durante un periodo de aproximadamente 4 horas. Después de finalizar las adiciones, la mezcla se trató por agitación durante 1 hora con sulfito sódico acuoso al 10% y se diluyó con agua y heptano o cloroformo. La capa orgánica se separó y la capa acuosa se extrajo con heptano o cloroformo. Después de la evaporación del disolvente, el producto se destiló al vacío. Los rendimientos destilados se dan en la tabla 5.
TABLA 5
9
Ejemplo 39 Síntesis de piperonilonitrilo (3,4-metilenodioxibenzonitrilo) a partir de piperonal (3,4-metilenodioxibenzaldehído)
A una mezcla agitada de 200 ml de isopropanol y 1,36 g de cloruro cúprico a 17-23ºC se le añadieron gota a gota 58 g (0,487 mol) de hidróxido amónico acuoso al 29,4% durante un periodo de 190 minutos. De forma paralela a la adición de hidróxido amónico, se añadió una solución de 60,1 g mol de piperonal al 99% (0,396 mol) y 1,0 g de hexadecano (patrón interno) en 100 ml de isopropanol durante un periodo de 147 minutos. De forma paralela a las adiciones de hidróxido amónico y piperonal, se añadieron 150 g (2,2 moles) de peróxido de hidrógeno acuoso al 50% durante un periodo de aproximadamente 590 minutos. Después de finalizar las adiciones, la mezcla se trató por agitación durante 1 hora con sulfito sódico acuoso al 10% y se diluyó con agua y cloroformo. La capa orgánica se separó y la capa acuosa se extrajo con cloroformo. Después de la evaporación del disolvente, el peso del producto sólido bruto fue de 36,4 g (rendimiento bruto aproximadamente del 60%). La recristalización del material bruto p en heptano hirviendo dio 17,9 g de piperonilonitrilo cristalino; rendimiento del 30,7% del teórico.
Ejemplos 40-44
Síntesis de p-metoxibenzonitrilo, benzonitrilo, trans-2-hexenonitrilo, crotononitrilo y undecanonitrilo
Las reacciones se realizaron como en los ejemplos 35-38 con la excepción de que los rendimientos se determinaron por GC (Tabla 6).
TABLA 6
10
Ejemplo 45 Síntesis de geranil nitrilo con la posterior precipitación del catalizador
A una mezcla agitada de 300 ml de isopropanol y 1,0 g (0,01 mol) de cloruro cuproso, a 17-23ºC, se le añadieron gota a gota 58 g (0,487 mol) de hidróxido amónico acuoso al 29,4% durante un periodo de aproximadamente 3 horas. De forma paralela a la adición de hidróxido amónico, se añadió una mezcla de 74,0 g (0,368 mol) de citral de calidad técnica y con una pureza del 75,7%, 1,0 g de hexadecano y 25 ml de heptano durante un periodo de aproximadamente 2,5 horas. De forma paralela a las adiciones de hidróxido amónico y citral, se añadieron 95 g (1,4 mol) de peróxido de hidrógeno acuoso al 50% durante un periodo de aproximadamente 4 horas. Después de la adición de peróxido de hidrógeno acuoso al 50%, se añadieron 50 g de ácido fosfónico al 85% y la mezcla resultante se agitó durante 1 hora, después de lo cual se diluyó con 175 ml de heptano y se trató con 30 g de NaCl cristalino. Las capas formadas se separaron, y la capa orgánica se destiló para dar 54,0 g de geranil nitrilo con una pureza del 86,6% (46,8 g; 0,314 mol). El rendimiento destilado fue del 85,2% del teórico.
La capa acuosa se separó a partir del precipitado de fosfato de cobre y se trató con 5 g de una solución acuosa de sulfuro. Después de que se produjera la separación del sulfuro de cobre, el agua no contenía prácticamente nada de cobre.
A lo largo de esta solicitud, se han mencionado diversas publicaciones. Las descripciones de estas publicaciones en su totalidad se incorporan en esta solicitud como referencia con el fin de describir el estado de la técnica al que pertenece esta invención.

Claims (26)

1. Un proceso para obtener un nitrilo, que comprende poner en contacto un aldehído con (i) amoniaco o hidróxido amónico, (ii) peróxido de hidrógeno, e (iii) un metal de transición o un compuesto de metal de transición, donde la puesta en contacto se realiza, secuencial, simultáneamente o en cualquier orden.
2. El proceso de la reivindicación 1, donde el nitrilo se representa por la fórmula (1)
(1)RCN
y el aldehído se representa por la fórmula (2),
(2)RCHO
donde:
a.
R representa alquilo, alquenilo, alquinilo, arilo, arilalquilo, alquilarilo, arilalquenilo, alquenilarilo, alquinilarilo, arilalquinilo, heteroarilo, alquilheteroarilo, heteroarilalquilo, alquenilheteroarilo o heteroarilalquenilo;
b.
R es ramificado, lineal, cíclico y/o policíclico;
c.
R está opcionalmente substituido con uno o más grupos funcionales seleccionados entre hidroxi, alcoxi, carboxi, ciano, alcoxicarbonilo y carbonilo.
3. El proceso de la reivindicación 1, donde el metal de transición o compuesto de metal de transición es cobre, una sal de cobre o un complejo de cobre.
4. El proceso de la reivindicación 1, donde la puesta en contacto se realiza en presencia de un disolvente orgánico.
5. El proceso de la reivindicación 1, donde la puesta en contacto se realiza en presencia de un alcohol, glicol o glicol éter.
6. El proceso de la reivindicación 1, donde la puesta en contacto se realiza en presencia de isopropanol.
7. El proceso de la reivindicación 1, donde la puesta en contacto se realiza en presencia de 1-metoxi-2-propanol.
8. El proceso de la reivindicación 1, donde la puesta en contacto se realiza en presencia de dimetilsulfóxido, dimetilformamida, N-metilpirrolidinona, acetonitrilo o trietanolamina.
9. El proceso de la reivindicación 1, donde el aldehído es citral, geranial o neral.
10. El proceso de la reivindicación 1, donde el aldehído es cinamaldehído, piperonal, benzaldehído, p-metoxibenzaldehído o 2,4-hexadienal.
11. El proceso de la reivindicación 1, donde el aldehído es el enantiómero (3R) de citronelal, el enantiómero (3S) de citronelal, o una mezcla de los mismos.
12. El proceso de la reivindicación 1, donde la relación molar de amoniaco o hidróxido amónico con respecto al aldehído es de 0,5 a 20.
13. El proceso de la reivindicación 1, donde la relación molar de amoniaco o hidróxido amónico con respecto al aldehído es de 0,9 a 5.
14. El proceso de la reivindicación 1, donde la relación molar de amoniaco o hidróxido amónico con respecto al aldehído es de 1 a 2.
15. El proceso de la reivindicación 1, donde la relación molar de peróxido de hidrógeno con respecto al aldehído es de 0,8 a 50.
16. El proceso de la reivindicación 1, donde la relación molar de peróxido de hidrógeno con respecto al aldehído es de 1 a 10.
17. El proceso de la reivindicación 1, donde la puesta en contacto se realiza por la adición de aldehído, amoniaco o hidróxido amónico y peróxido de hidrógeno a una mezcla de catalizador y disolvente.
18. El proceso de la reivindicación 1, donde la puesta en contacto se realiza por adición de amoniaco o hidróxido amónico y peróxido de hidrógeno a una mezcla de aldehído, disolvente y catalizador.
19. El proceso de la reivindicación 1, donde:
a.
la puesta en contacto se realiza por la adición de aldehído, amoniaco o hidróxido amónico y peróxido de hidrógeno a una mezcla de catalizador y disolvente;
b.
la adición del aldehído, amoniaco o hidróxido amónico y peróxido de hidrógeno comienza a aproximadamente el mismo tiempo;
c.
la adición del aldehído es completa en primer lugar;
d.
la adición del amoniaco o hidróxido amónico se completa en segundo lugar; y
e.
la adición del peróxido de hidrógeno se completa en tercer lugar.
20. El proceso de la reivindicación 1, donde la puesta en contacto se realiza a una temperatura de -10ºC a +70ºC.
21. El proceso de la reivindicación 1, donde la puesta en contacto se realiza a una temperatura de 0ºC a +45ºC.
22. El proceso de la reivindicación 1 realizado por lotes.
23. El proceso de la reivindicación 1 realizado de forma continua.
24. El proceso de la reivindicación 2, donde R comprende de 1 a 40 carbonos.
25. El proceso de la reivindicación 2, donde R comprende de 5 a 20 carbonos.
26. El proceso de la reivindicación 1, que además comprende la etapa posterior de retirar el metal de transición o compuesto de metal de transición del producto de reacción mediante la conversión en un compuesto insoluble o poco soluble.
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