PL213051B1 - Sposób wytwarzania 1,2-epoksybutan-3-olu - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania 1,2-epoksybutan-3-olu wykorzystujący reakcję epoksydacji.

1,2-Epoksybutan-3-ol dzięki obecności dwóch grup funkcyjnych w cząsteczce jest związkiem bardzo reaktywnym. W wyniku reakcji ze związkami typu (R)2Cu(CN)Li2, a następnie ze związkami typu (n-Bu)2Cu(CN)Li2 w obecności THF, w temp. -20°C, 1,2-epoksybutan-3-ol tworzy najpierw długołańcuchowe związki zawierające pierścień oksiranowy a następnie długołańcuchowe rozgałęzione alkohole.

1.2-Epoksybutan-3-ol jest również półproduktem w syntezie treoniny (hydroksyaminokwasu), β-hydroksy-a-aminokwasy są ważną klasą związków.

W przyrodzie występują jako produkty naturalne oraz jako składniki kompleksowe naturalnych związków, pochodnych β-hydroksytyrozyny, β-hydroksyfenyloalaniny oraz innych cyklicznych peptydów. Treonina ma istotny wpływ na produkcję wielu białek np. kolagenu, elastyny i szkliwa zębów. Bierze ona również udział w metabolizmie tłuszczów, poprawia pracę układu trawiennego, transport treści pokarmowych w przewodzie pokarmowym i przemianę materii. Działa ochronnie na wątrobę i pomaga w utrzymaniu równowagi białkowej w organizmie. Bierze także udział w syntezie aktynomycyny D, która jest znanym antybiotykiem wykazującym dużą aktywność przeciwbakteryjną oraz przeciwnowotworową. (2S,3R)-1,2-Epoksybutan-3-ol jest stosowany w syntezie fragmentu antybiotyku boromycyny. Boromycyna jest polieterowo-makrolidowym antybiotykiem, wykazującym silny wpływ hamujący na replikację wirusa HIV.

1.2-Epoksybutan-3-ol należy do związków optycznie czynnych i jest stosowany do syntezy leków o nazwie Epothilone B i A. Epothilone B oznaczony symbolem EPO906 jest obecnie badany klinicznie. Wykazano, że blokuje on podziały komórek nowotworowych i jest skuteczniejszy w tym działaniu niż taksol, lek stosowany w chemioterapii w przypadku zachorowań na raka jajnika, sutka oraz płuc. Zaletą tych dwóch związków w porównaniu z taksolem jest lepsza rozpuszczalność. 1,2-Epoksybutan-3-ol zastosowano również jako chiralny element strukturalny w syntezie (-)-rhodinose, cukrowego składnika takich antybiotyków jak rhodomycin i streptolydigin. Streptolydigin jest antybiotykiem, który hamuje polimerazę RNA (enzym wytwarzający cząsteczkę RNA na matrycy jednego łańcucha DNA). Enzym ten uczestniczy w procesie transkrypcji.

Z literatury znane są dwie metody otrzymywania 1,2-epoksybutan-3-olu. Pierwsza metoda opisana w Tetrahedron Lett., 1989, 30 (48), 6637-6640, polega na epoksydowaniu 1-buten-3-olu za pomocą wodoronadtlenku t-butylu w obecności o-tytanianu tetraizopropylu w dichlorometanie. Epoksydowanie prowadzono w temperaturze -20°C, w ciągu kilku dni w obecności diizopropylotryptaminy (DIPT). Według drugiej metody opisanej w Tetrahedron Lett., 1983, 24 (42), 4539-4542, J. Am. Chem. Soc. 1983, 105, 6517-6518, 1,2-epoksybutan-3-ol można otrzymać epoksydując 1-buten-3-ol wodoronadtlenkiem t-butylu z o-tytanianem tetraizopropylu jako katalizatorem w obecności D-winianu izopropylu.

Sposób wytwarzania 1,2-epoksybutan-3-olu według wynalazku polegający na epoksydacji 1-buten-3-olu charakteryzuje się tym, że proces epoksydacji prowadzi się 30-procentowym nadtlenkiem wodoru w obecności zeolitowych, mikroporowatych katalizatorów tytanowo-silikalitowych, korzystnie TS-1 lub TS-2 oraz rozpuszczalnika polarnego, którym jest metanol. Proces prowadzi się pod ciśnieniem atmosferycznym lub autogenicznym w temperaturze 20°C, przy stosunku molowym substratów 1:1, stężeniu rozpuszczalnika 80-90% wagowych, w czasie 3 do 5 h.

W porównaniu ze znanymi metodami wytwarzania zaletą sposobu według wynalazku jest ograniczenie ilości etapów pośrednich, zminimalizowanie udziału produktów ubocznych oraz znaczne skrócenie czasu reakcji. Zastosowanie nadtlenku wodoru jako czynnika epoksydującego sprawia, że jedynym związkiem powstającym ubocznie w związku z jego przereagowaniem jest woda. EpoksydaPL 213 051 B1 cja pod ciśnieniem atmosferycznym zapewnia wyższą selektywność przemiany do 1,2-epoksybutan-3-olu przy wysokiej konwersji 1-buten-3-olu i H2O2 i jednocześnie jest tańsza od metody ciśnieniowej.

Sposób epoksydowania 1-buten-3-olu 30-proc. nadtlenkiem wodoru według wynalazku ilustrują poniższe przykłady wykonania.

P r z y k ł a d I

Do szklanego reaktora zaopatrzonego w chłodnicę zwrotną, termometr, wkraplacz wprowadza się 0,803 g 1-buten-3-olu, 1,259 g nadtlenku wodoru w postaci roztworu o stężeniu 30% wag., 8,238 g alkoholu metylowego i 0,318 g katalizatora TS-1. Proces prowadzi się w temperaturze 20°C w ciągu 3 h. Stosunek molowy 1-buten-3-olu do nadtlenku wodoru wynosił 1:1, stężenie katalizatora TS-1 wynosiło 3% wag., stężenie alkoholu metylowego (rozpuszczalnika) 80% wag. Po zakończeniu procesu mieszaninę reakcyjną, waży się w celu ustalenia strat masy reakcyjnej. O ile straty nie przekraczały 4% wag. wykonywano analizy chemiczne. Metodą chromatografii gazowej oznaczano stężenie 1-buten-3-olu oraz poszczególnych produktów reakcji, metodą jodometryczną stężenie nadtlenku wodoru. W procesie tym selektywność przemiany do 1,2-epoksybutan-3-olu w odniesieniu do przereagowanego 1-buten-3-olu wynosi 100% mol. konwersja 1-buten-3-olu wynosi 83,0% mol, nadtlenku wodoru 96,4% mol. Konwersję każdego z surowców obliczano z ilości oznaczonych w produkcie do wprowadzonych do procesu.

P r z y k ł a d II

Do stalowego reaktora ciśnieniowego jak w przykładzie I wprowadza się 0,155 g 1-buten-3-olu, 0,237 g nadtlenku wodoru o stężeniu 30% wag., 3,495 g alkoholu metylowego, i 0,205 g katalizatora TS-1. Proces prowadzi się w temperaturze 20°C, w czasie 3 h. Podczas przebiegu procesu autoklaw był energicznie wytrząsany i zanurzony w łaźni olejowej o temperaturze utrzymywanej na stałym poziomie za pomocą ultratermostatu. Stosunek molowy 1-buten-3-olu do nadtlenku wodoru wynosił 1:1, stężenie alkoholu metylowego 90% wag., stężenie katalizatora TS-1 5,0% wag. W rozpatrywanych warunkach technologicznych selektywność przemiany do 1,2-epoksybutan-3-olu w odniesieniu do przereagowanego 1-buten-3-olu wynosi 100% mol., konwersja 1-buten-3-olu wynosi 63,6% mol a nadtlenku wodoru 95,2% mol.

P r z y k ł a d III

Do szklanego reaktora jak w przykładzie I wprowadza się 0,508 g 1-buten-3-olu, 0,783 g nadtlenku wodoru o stężeniu 30% wag., 5,138 g alkoholu metylowego i 0,388 g katalizatora TS-2. Epoksydowanie prowadzi się w temperaturze 20°C w ciągu 5 h. Stosunek molowy 1-buten-3-olu do nadtlenku wodoru wynosił 1:1, stężenie katalizatora TS-2 5% wag. a metanolu 80% wag. W powyższych warunkach technologicznych selektywność przemiany do 1,2-epoksybutan-3-olu w odniesieniu do przereagowanego 1-buten-3-olu wynosiła 100% mol., konwersja 1-buten-3-olu 63,4% mol a nadtlenku wodoru 95,7% mol.

P r z y k ł a d IV

Do reaktora ciśnieniowego jak w przykładzie II wprowadza się 0,202 g 1-buten-3-olu, 0,344 g nadtlenku wodoru o stężeniu 30% wag., 2,070 g 1-buten-3-olu oraz 0,028 g katalizatora TS-2. Epoksydowanie prowadzi się pod ciśnieniem autogenicznym w temperaturze 20°C w ciągu 3 h. Z podanych ilości reagentów wynika, że stosunek molowy 1-buten-3-olu do nadtlenku wodoru wynosił 1:1, stężenie katalizatora TS-2 około 5% wag. a metanolu 80% wag. W powyższych warunkach technologicznych selektywność przemiany do 1,2-epoksybutan-3-olu w odniesieniu do przereagowanego 1-butenolu wynosiła 100% mol., konwersja 1-buten-3-olu 60,7% mol a nadtlenku wodoru 90,0% mol.

Claims (3)

1. Sposób wytwarzania 1,2-epoksybutan-3-olu polegający na reakcji epoksydacji 1-buten-3-olu, znamienny tym, że epoksydację 1-buten-3-olu prowadzi się 30 procentowym nadtlenkiem wodoru, pod ciśnieniem atmosferycznym lub autogenicznym, w obecności 3-5% wagowych katalizatora tytanowo-silikalitowego, w temperaturze 20°C, przy stosunku molowym substratów 1:1, stężeniu rozpuszczalnika 80-90% wagowych, w czasie 3 do 5 h.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako katalizatory tytanowo-silikalitowe stosuje się mikroporowate katalizatory TS-1 lub TS-2.

3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako rozpuszczalnik stosuje się metanol.