ES2586570T3 - Preparación de catalizadores de blanqueado - Google Patents
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Abstract
Un material sólido que se puede obtener por un método para sintetizar una sal de catalizador dinuclear de Mn(lll) y/o Mn(lV) a partir de un ligando de fórmula (l):**Fórmula** en la que:**Fórmula** p es 3; R se selecciona independientemente entre: hidrógeno, alquilo C1-C6, CH2CH2OH y CH2COOH, o uno de R está unido al N de otro Q mediante un puente etileno; R1, R2, R3 y R4 se seleccionan independiente entre: H, alquilo C1-C4 y alquil C1-C4-hidroxi, comprendiendo la sal un anión de no coordinación seleccionado entre el grupo que consiste en cloruro, nitrato, benzoato, sulfato y acetato, comprendiendo el método las siguientes etapas: (i) tratar una solución de 0,03 mmol/ml a 4 mmol/ml del ligando en un disolvente no acuoso, con una sal de manganeso (II) para formar una mezcla de complejación, en la que la relación de tres átomos de nitrógeno del anillo por ligando a una sal de manganeso es de 0,8:2 y la mezcla de complejación contiene del 0 al 6 % en peso de agua; (ii) tratar la solución de la etapa (i) con peróxido de hidrógeno o una fuente de peróxido de hidrógeno para proporcionar de 1 a 10 moles de H2O2 por mol de sal de manganeso; (iii) tratar la solución de la etapa (ii) con una base para proporcionar una solución que tiene un pH de 8 a 13; (iv) tratar la solución de la etapa (iii) con ácido para proporcionar una solución que tiene un pH de 4 a 9; y (v) eliminar el disolvente mediante secado por pulverización o mediante criodesecado a partir de la solución resultante de la etapa (iv) para proporcionar el material sólido.
Description
Preparación de catalizadores de blanqueado
5 Campo de la invención
La Invención se refiere a la síntesis de catalizadores de blanqueado y oxidación en soluciones no acuosas.
Antecedentes de la invendón
Wieghardl el al. en JACS, 110, 7398 (1988) describen la sinlesis de (MnIV2(·O)3(Me3-TACN2)J(PF6)2 haciendo reaccionar un complejo de Me3-TAeN manganeso (111) con puente de bis-carboxilato en una mezcla de etanol,lagua y aire (dioxígeno) (Mel-TAeN = 1 ,4,7-trimelil-1 ,4,7-lriazaciclononanol.
15 Wieghardl el al, en JACS, 120, 13104 (1998) describen la slnlesis de [MnIVMnlll (IJ-O)2(IJ-OAc)(Me4-DTNE)] (CIO.)2 haciendo reaccionar acetato de Mn(lIl) en metanol y permitiendo la oxidación lenta con aire para formar el complejo (Mo4-0TNE = 1 ,2-bis-(4, 7-dimetil-1,4, 7 -triazaciclonon-l-ilretano).
Koek et al., en Inor9 Chim Acta, 295, 189 (1999) describen la síntesis de complejos dinucleares de Mn(IV) basados
en derivados de TACN usando mezclas de agua/etanol.
El documento WO 96106154 describe la sintesis de (Mn1vMn'"(¡J-0)2(¡J-OAc) (Me4-0TNE)](PFsp haciendo reaccionar aCEtato de Mn (11) tetrahidrato en etanoVagua en presencia de KPF6, tras lo Que se añade peróxido de hidrógenolNaOH Que posteriormente se neutraliza con ácido acétiro.
25
El documento WO 2006.'125517 divulga la preparación de un medio acuoso y el uso de complejos de manganeso con 1 ,4,7-trimetil-1 ,4,7-triazaciclononano (Me3-TACN) y 1,2bis-(4,7...cjimetil-1 ,4,7-triazaciclonon-1 -il)-etano (Me OTNE) en forma de sales muy solubles en agua durante el blanqueado.
El documento US 5274147, de Unilever, divulga la formación de complejos de manganeso con puente tri-mu-oxo que contienen Mel-TACN soportado mediante el tratamiento de complejos di nucleares con puente de bis-carboxilato en soluciones acuosas de etanol.
El documento US 5153161, de Unilever, divulga la formación de complejos de manganeso con puente tri-mu-oxo
35 que contienen Mel-TACN soportado mediante el tratamiento de soluciones acuosas de ligando con sales de manganeso y peróxido de hidrógeno.
El documento US 5256779, de Unilever, divulga la formación de complejos de manganeso con puente tri-mu-oxo que contienen Mel-TACN soportado mediante el tratamiento de soluciones acuosas de ligando con sales de
manganeso y peróxido de hidrógeno.
El documento WO 20051033070, de BASF, divulga la adición de una solución acuosa de acetato de Mn(ll) a una solución acuosa de Mel-TACN seguido por la adición de un sustrato orgánico seguido por la adición de peróxido de hidrógeno.
J. H. Koek et al. (J. Chem. Soco Oalton Trans, 353-363 (1996») describen la síntesis, estructuras, propiedades espectrales y electroquímicas de complejos de [MnI12(1J-0)(¡J-02CMe2)l2j2+ y [MnIV2(IJ-Ol)L2J2' derivados de una serie de ocho 1,4,7 -triazacidononanos l N-sustituidas.
Sumario de la invención
Los complejos dinucleares de manganeso con iones Mnll y Mnlv y ligandos de triazaciclononano se forman dejando que las sales de manganeso (frecuentemente como sales de f./nl) reaccionen con el ligando en disolventes no acuosos en condiciones inertes (atmósfera de nitrógeno o argón), tras lo Que se añade peróxido de hidrógeno para
55 formar las especies Mnll ylo MnlV de valencia alta.
Los invenlores han descubierto Que existe una ventaja, tanto en el rendimiento como en la pureza, estos complejos de manganeso dinucleares se fabrican con restos TACN usando disolventes no acuosos en lugar de utilizar las mezclas alcohoVagua que enseña la técnica anterior.
Una ventaja adicional es que el uso de medios que contienen poca cantidad de agua facilitan el secado de las sales del complejo metálico, incluso aunque se utilicen aniones no coordinantes que produzcan complejos que no cristalizan fácilmente en agua, tales como lo descubierto para los complejos que contienen PF6. Los ejemplos de este tipo de contraiónes no coordinantes incluyen, pero sin limitación, cloruro, nitrato, benzoato, sulfato, y acetato.
65 Además de los iones no coordinantes, los complejos preferidos también contienen conlrai6nes coordinantes. Para (Mel-TACN), los contrai6nes coordinantes son tres ()2-y para Me4-0TNE los contrai6nes coordinantes son dos 02-y
2
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coordinación de 02• y cos contraiónes de coordinación de carboxilato, siendo los más preferidos dos restos de acetato como conlrai6nes de coordinación.
Para Me4-DTNE se prefieren dos contraiónes de coordinación de ()2-y un contrajón de coordinación de acetato.
5
El anión no de coordinación de la sal de catalizador de metal de transición se selecciona preferentemente entre el grupo que consiste en cloruro, acetato, benzoato, sulfato, y nitrato, perclorato, hexafluorofosfalo.
LR primAr¡=¡ P.IR¡m del pr(j('.An de r.nmplejRr:i6n r.nnllevR IR dinllJr:i6n dAI ligRndn en un di!'inlvp.nlp. no ;:¡CLJn!';n Ir;:¡!'l In
10 cual se ai'iade la sal de manganeso. Los disolventes adecuados y preferidos incluyen, pero no de forma limitativa, me:anol, elanol, acetonrilo, 10lueno, acetona, dimetilsulfóxido, dimetilformamida, diclorometano, tetrahidrofurano, dioxano, etilenglicol, propilenglicol, 1-propanol, 2-propanol, 1-bulanol, 2-butanol, e iso-butano!' Se prefieren los disolventes que contienen OH, tales como metanol, etanol, 1-propanol, 2-propanol, 1-butanol, 2-butanol, iso-butanol, etilenglicol, 1,3-propilenglicol, y 1,2-propilenglicol.
15
Las sales de manganeso a utilizar en las etapas de complejación se seleccionan entre cloruro de manganeso(II), sulfato de manganeso(II}, acetato de manganeso(lI) y nitrato de manganeso(ll).
Cuando se sintetizan complejos del tipo Me4-0TNE y el material de partida no es acetato de manganeso(II), se debe
20 al\adir más cantidad de acido carboxilico o su sal alcalina en un ligero exceso de equivalente molar con respecto al ligando. Preferentemente, el carboxilato de alquilo. Para Me.-DTNE se prefieren dos contraiónes de coordinación de ()2'y un contraión de coordinación de acetato.
El anión no de coordinación de la sal de catalizador de metal de lransición se selecciona preferentemente entre el
25 grupo que consiste en cloruro, acetato, benzoato, sulfato, y nitrato, perclorato, hexafluorofosfato.
La primera etapa del proceso de complejación conlleva la disolución del ligando en un disolvente no acuoso, tras lo cual se añade la sal de manganeso. Los disolventes adecuados y preferidos incluyen. pero no de fonna limitativa, me:anol, etanol, acetonrilo, tolueno, acetona, dimetilsulfóxido, dimetilformamida, diclorometano, tetrahidrofurano,
dioxano, etilenglicol, propilenglicol, 1-propanol, 2-propanol, 1-bulanol, 2-butanol, e iso-butano!. Se prefieren los disolventes que contienen OH, tales como metanol, etanol, 1-propanol, 2-propanol, 1-butanol, 2-butanol, iso-butanol, etilenglicol, 1,3-propilenglicol y 1,2-propilenglicol.
Las sales de manganeso a utilizar en las etapas de complejación se seleccionan entre cloruro de manganeso(II),
35 sulfato de manganeso(II), acetato de manganeso(II), acetato de manganeso(III), nitrato de manganeso(II).
CUClnuo SI:! sinll:!li"an oorn¡.¡ll:!jos Ul:!l lilJU MI:!4-0TNE y I:!llI1all:!rial Uf:! parliua no es Clt:elalo de lI1C1nyaneso(lI) o Cloolalo de manganeso(III), se debe al\adir más cantidad de ácido carboxilico o su sal alcalina en un ligero exceso de equivalente molar con respecto al ligando. Preferentemente, el carboxilato alcalino se selecciona entre acetato de
40 sodio, acetato de potasio, fonniato de sodio, formiato de potasio, benzoato de sodio, propionato de sodio y el ácido carboxilico se selecciona entre acido acetico, acido fórmico, ácido benzoico, y ácido propiónico. Los más preferidos son acetato de sodio y ácido acético.
En la etapa siguiente se debe aí'ladir peróxido de hidrógeno. Se pueden utilizar diferentes fuentes de pefÓK.ido de
45 hidrógeno, tales como una solución acuosa de peróxido de hidrógeno, del 3 al 70 %, peróxido alcalino, peróxido de urea-hidrógeno, perborato de sodio y percarbonato de sodio.
La cantidad óptima de peróxido es un equivalente molar del ligando, pero si se aplica un pequeño exceso de esta cantidad, esto no supone una reducción importante del rendimiento.
50 Se deberá indicar que la introducción de agua Iras la adición de una solución acuosa de peróxido de hidrógeno es esencialmente inevitable. Sin embargo, usando peróxido de hidrógeno concentrado (más del 30 %), dara como resultado un nivel de agua que será inferior al 10 % en volumen. Por este motivo, el intervalo de peróxido de hidrógeno más preferido es de 20 a 55 %, pero si el peróxidO de hidrógeno es una solución acuosa de peróK.ido de
55 hidrógeno de 3 al 70 % en peso es aceplable_
También se necesita añadir más cantidad de base para permitir que el peróxido de hidrógeno oxide los iones manganeso. La cantidad molar de base es aproximadamente similar a la cantidad molar del peróxidO añadido. Se pueden emplear NaOH, KOH, y otros hidróxidos alcalinos, siendo NaOH y KOH los más preferidos. Se pueden
60 emplear soluciones acuosas (por ejemplo, soluciones 5 M) que se añaden gota a gota a las mezclas de reacción. Cama altemativa, se pueden utilizar, par ejemplo, soluciones de KOH en etanol, para disminuir la cantidad de agua que está presente en el medio de reacción. Adicionalmente, se pueden al\adir Na o K a las soluciones de alcohol puro, generando las sales alcalinas de alcoholes, que a continuación se añaden lenlamente al medio de reacción.
65 Después de este proceso, se debe añadir un ácido para obtener una solución neutra (pH de 4 a 9). Aunque se puede utilizar cualquier ácido orgánico o inorgánico, se prefiere utilizar el mismo ácido que la sal del complejo
5
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El análisis mediante UPLC confirmó cantidades traza de (H2(Me4-DTNE)](PF6p.
La cantidad de agua fue del 0,55 % según el método de Karl-Fischer.
El Ejemplo 5.2 muestra que. en etanol como disolvente, se obtuv·;) un rendimiento/pureza mayor del [Mn2(IJ-0}2(OAc)(Me4-DTNE)] (PFS)2 sólido en comparación con el producto aislado de la mezcla de agua/etanol (ejemplo comparativo 5.1 l.
Ejemplo 6
Bajo atmósfera de N2, la mezcla de Me3-TACN (pureza del 99 %, 10 mmol), cloruro de manganeso(ll) (11 mmol) bien en 20 mi de agua (6.1) o 20 mi de etanol (6.2) se agitó durante 20 min a 35 OC. Después de otra agitación
durante 10 min con enfriamiento en un bar'lo de hielo-agua, una mezcla recientemente preparada de H202 1 M (12,5 mmol) y NaOH 5 M (15 mmol) se aí'iadió gota a gota durante 5-10 mino La mezcla se volvió inmediatamente de color ma,'rón1rojo oscuro. La mezcla se agitó durante 20 min más en un baí'io de hielo-agua y durante 40 min más a temperatura ambiente. Se aí'iadió HCI 1 M (5,2 mmol) y se agitó durante 30 min para ajustar el valor del pH a 5. la mezcla de color rojo vino se filtró para eliminar el sólido de color marrón, y el lecho de filtración se lavó con etanol. El
filtrado se redujo al vacio (baí'io de agua: 35 oC -40 oC) para dar como resultado un aceite de color rojo. El residuo se disolvió en etanol, y las sales insolubles de color blanco separadas mediante filtración se lavaron con etanol. El filtrado de etanol combinado se evaporó hasta sequedad para obtener un aceite de color rojo. El aceite de color rojo se lavó con acelonitrilo 'J acetato de etilo hasta obtener un sólido rojo, Que se secó al vaclo a 45 oC durante 6 h para dar como resultado un sólido de color rojo como (Mn2{¡.J-O)J(Me3-TACN)2]CI2·3H20.
Pol.... o de color rojo, pureza UV·Vis del 92,7 "lo, Y un rendimiento del 88 "lo.
Espectro UV-Vis (E: mol·1 ·I·cm·1, en agua, Pm = 625): 244 nm (18016), 278 nm (17190), 313 nm (11069), 389 nm (949),485 nm (355).
El análisis mediante UPLC confirmó cantidades traza de (H2{MeJ-TACN)]CI2 Iibre.
La cantidad total de cloruro fue del 12,35 "lo.
Pol.... o de color rojo, pureza UV-Vis del 92,9 "lo, Y un rendimiento del 82 "lo.
Espectro UV-Vis (E: mol·1 .I·cm·l, en agua. Pm = 625): 244 nm (18048). 278 nm (17231). 313 nm (11113). 389 nm (979), 485 nm (370).
El análisis mediante UPLC confirmó cantidades traza de (H2(Me3-TACN)]Cl2libre.
La cantidad total de cloruro fue del 11 ,83 %.
Los resultados que se muestran en las secciones 6.1 'J 6.2 indicaron que ambos disolventes (acuosos vs no acuosos) son adecuados para formar un complejo. aunque el disolvente no acuoso muestra la ventaja de que el disolvente no acuoso se puede eliminar más fácilmente que el disolvente acuoso.
Claims (2)
- 5 10 ES 2 586 570 T3 REIVINDICACIONES 1. Un material sólido que se puede obtener por un método para sintetizar una sal de catalizador dinuclear de Mn(llI) y/o Mn(lV) a partir de un ligando de fórmula (1): (Q) p ( I ) en la que: Q= -N-[CR¡ R,CR,R, ) --pes 3; R se selecciona independientemente entre: hidrógeno, alquilo C··Cs, CH2CH20H y CH2COOH, o uno de R está unido al N de otro a mediante un puente etileno; Rl, R2. R3 y R4 se seleccionan independiente entre: H, alquilo Cl-C4 y alquil Cl-C4-hidroxi, comprendiendo la sal un anión de no coordinación seleccionado entre el grupo que consiste en 15 cloruro, nitrato, benzoalo, sulfato y acetato, comprendiendo el método las siguientes etapas: (i) tratar una solución de 0,03 mmol/ml a 4 mmol/ml del ligando en un disolvente no acuoso, con una sal de manganeso (11) para formar una mezcla de complejación. en la que la relación de tres atomos de nitrógeno del 20 anillo por ligando a una sal de manganeso es de 0,8:2 y la mezcla de compleiación contiene del O al 6 % en peso de agua; (ii) tratar la solución de la etapa (i) con peróxido de hidrógeno o una fuente de peróxido de hidrógeno para proporcionar de 1 a 10 moles de H202 por mol de sal de manganeso; (iii) tratar la solución de la etapa (ii) con una base para proporcionar una solución que tiene un pH de 8 a 13; 25 (iv) tratar la solución de la etapa (iii) con ácido para proporcionar una solución que tiene un pH de 4 a 9; y (v) eliminar el disolvente mediante secado por pUlverización o mediante criodesecado a partir de la solución resultante de la etapa (iv) para proporcionar el material sólido. 2. El material sólido de acuerdo con la reivindicación 1, en el que R se selecciona independientemente de: CHJ, 30 C2H5, CH2CH20H y CH2COOH. 3. El material sólido de acuerdo con la reivindicación 1 o la reivindicación 2. en el que Rl. R2. R3 Y R4se seleccionan independiente entre: H y Me. 35 4. El material sólido de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el catalizador se deriva de un ligando seleccionado del grupo que consiste en 1,4,7 ·lrimetil·1,4, 7 ·triazaciclononano (MeJ·TACN) y 1 ,2·bis·(4,7 odimetil·1,4, 7· triazaciclonon·1·il)--etano (Me.·DTNE). 5. Un método para sintetizar una sal de catalizador dinuclear de Mn(llI) y/o Mn(IV) a partir de un ligando de fórmula 40 (1): 145 ES 2 586 570 T3 (Q) p ( I ) en la que ,Q= pes 3; R se selecciona independientemente entre: hidrógeno, alquilo C,-CS. CH2CH20H, y CH2COOH, o uno de R está unido al N de otro Qmediante un puente etileno; R" R2. R3 Y R4 se selecciona independiente entre: H, alquilo C" c., 10 y alquil C,-C4-hidroxi, comprendiendo el método las siguientes etapas: (i) tralar una solución de 0,03 mmol/ml a 4 mmol/ml del ligando en un disolvente no acuoso, con una sal de manganeso (11) para formar una mezcla de complejaci6n, en donde la relación de tres atomos de nitrógeno del anillo por ligando a una sal de manganeso es de 0,8:2 y la mezcla de complejación contiene del O al 6 % en peso 15 de agua; 20 25 (ii) tralar la solución de la etapa (i) con peróxido de hidrógeno o una fuente de peróxido de hidrógeno para proporcionar de 1 a 10 moles de H2Ü2 por mol de sal de manganeso; (iii) tralar la solución de la etapa (ii) con una base para proporcionar una solución que tiene un pH de 8 a 13; (iv) tratar la solución de la etapa (iii) con ácido para proporcionar una solución que tiene un pH de 4 a 9. 6. El método de acuerdo con la reivindicación 5, en el que el ligando de fórmula (1) es como se ha definido en una cualquiera de las reivindicaciones 2 a 4. 7. El método de acuerdo con la reivindicación 5, en el que el disolvente no acuoso contiene al menos un grupo OH, por ejemplo, en donde el disolvente prólico no acuoso se selecciona entre metanol, etanol. 1-propanol, 2-propanol. 1-butanol, 2-butanol, iso·butanol, etilenglicol, 1,3-propilenglicol, 1,2-propilenglicol. 30 8. El método de ocuerdo con lo reivindicoción 5, en el que: (i) el disolvente no acuoso se selecciona entre: diclorometano; lolueno; acetonitrilo; acetona; dimetilsulfóxido; diclorometano; y dimetilformamida; o (ii) la sal de manganeso se selecciona entre: cloruro de marganeso(II); sulfato de manganeso(II); acetato de 35 manganeso(II); y nitrato de manganeso(II). 40 9. El método de acuerdo con la reivindicación 5, en el que la solución tras la finalización de la etapa (iv) contiene menos del 20 % en volumen de agua, por ejemplo, en el que la sdución tras la finalización de la etapa (iv) contiene menos del 10 % en voh)men de agua. 10. El método de acuerdo con la reivindicación 5. en el que la sal comprende un contraión de no coordinación seleccionado entre cloruro; nitrato; sulfato; acetato; benzoato; y hexafluorofosfato, por ejemplo, cloruro; nitrato; sulrato; acetato; y benzoato. 45 11. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 5 a 10, en donde el método comprende además eliminar el disdvente de la solución resultante de la eté()a (iv) para proporcionar un material sólido, por ejemplo, en donde el disolvente se elimina mediante secado por pulverización. mediante criodesecación o mediante evaporación a presión atmosférica o a presión reducida, tal como en el que el disolvente se elimina mediante secado por pulverización o mediante criodesecado. 50 12. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 5 a 10, en el que tras el proceso de complejación de la etapa (iv) se ai'lade agua a la solución y la sal de catalizador de manganeso dinuclear se extrae 15ES 2 586 570 T3en agua para proporcionar una solución acuosa de catalizador y el disolvente tiene una miscibilidad en agua en elintervalo usado de O a 20 gIl a 20 oC, por ejemplo, en donde el disolvente de compejación se selecciona entretolueno y diclorometano.5 13. El método de acuerdo con la reivindicación 12, en el que el disolvente de complejaci6n se selecciona entre tolueno y diclorometano, en donde la solución acuosa de catalizador comprende del 0,1 al 20 % en peso de la sal de catalizador de manganeso dinuclear, por ejemplo, en donde la solución acuosa comprende del 0,5 al 10 % en peso de la sal de catalizador de manganeso dinuclear.10 14. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 5 a 13, en el que cuando uno de R está unido al N de otro a a través de un puente de etileno, se af'iade un carixlxilato alcalino o un ácido carboxilico antes de la adición del peróxido de hidrógeno después de la etapa (i) y antes de la etapa (ii), por ejemplo, en donde el carboxilato alcalino se selecciona entre acetato de sodio, acetato de potasio, formiato de sodio, formiato de potasio, benzoato de sodio, propionato de sodio y el ácido carboxílico se selecciona entre ácido acético, ácido fórmico, ácido15 benzoico y ácido propiónico.
- 15. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 5 a 14, en el que:(i) la fuente de peróxido de hidrógeno es una solución acuosa de peróxido de hidrógeno del 3 al 70 % en peso,20 por ejemplo, en el que la fuente de peróxido de hidrógeno es una solución acuosa de peróxido de hidrógeno del 20 y 55 % en peso; y/o(ii) la reacción se lleva a cabo bajo una atmósfera de gas inerte seleccionado entre: nitrógeno y argón.'6
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