ES2248403T3 - Procedimiento continuo de produccion de (s)-beta)-hidroxi-gamma-butirolactona opticamente pura. - Google Patents
Procedimiento continuo de produccion de (s)-beta)-hidroxi-gamma-butirolactona opticamente pura.Info
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Abstract
Un procedimiento para producir(S)-beta-hidroxi- gamma-butirolactona ópticamente pura a partir de un derivado de ácido carboxílico sustituido mediante hidrogenación, caracterizado porque: en dicha hidrogenación, una disolución que contiene del 1 al 50% en peso del derivado de ácido carboxílico sustituido se suministra a una WHSV de 0, 1 a 10 h-1, a un reactor de lecho fijo el cual se carga con un catalizador y se mantiene a una temperatura de reacción de 50 a 550ºC bajo una presión parcial de hidrógeno de 103.421, 4 a 37.921, 2 x 103 pascales manométricos (15 a 5.500 psig), teniendo dicho catalizador un metal noble como un ingrediente efectivo catalíticamente y un óxido inorgánico como un soporte, manteniéndose dicho hidrógeno a una razón molar de 1:1 a 10:1 relativa al derivado de ácido carboxílico sustituido, y en que dicho derivado de ácido carboxílico sustituido es de la fórmula: en la que R es alquilo lineal que contiene de 1 a 10 átomos de carbono, tales como grupo metilo, etilo o n-propilo, un cicloalquilo, o un arilo; y R¿ es un átomo de hidrógeno o un metilo.
Description
Procedimiento continuo de producción de
(S)-beta-hidroxi-gamma-butirolactona
ópticamente pura.
La presente invención se refiere a un
procedimiento para la producción de
(S)-beta-hidroxi-gamma-butirolactona
de una manera continua. Más particularmente, la presente invención
se refiere a un procedimiento continuo para la producción de
(S)-beta-hidroxi-gamma-butirolactona
ópticamente pura mediante hidrogenación de derivados de ácido
carboxílico sustituido en un reactor de lecho fijo el cual se
rellena con un catalizador que comprende un metal moble y un
soporte.
La
gamma-L-butirolactona sustituida
ópticamente pura se usa como un intermedio para la síntesis de una
diversidad de compuestos incluyendo medicinas tales como
L-carnitina y ECHB
(etil(S)-4-ciano-3-hidroxibutirato),
productos químicos para la agricultura, condimentos químicos, y
aromatizantes (patente de los Estados Unidos Nº.: 5.473.104).
Procedimientos de síntesis de
(S)-\beta-hidroxi-\gamma-butirolactona
se pueden encontrar en muchas patentes. Por ejemplo las patentes de
los Estados Unidos Nº^{s}.: 5.292.939, 5.319.110 y 5.374.773
describen procedimiento de preparación de
gamma-butirolactona sustituida mediante la oxidación
de hidrocarburos solubles en agua. Este procedimiento, sin embargo,
es desventajoso en que la cabeza de la reacción es demasiado grande
para llevar a cabo la oxidación en altas concentraciones del
reactivo. No se describe ningún procedimiento de separación, excepto
cromatografía, en las patentes anteriores. Además, en ningún sitio
se mencionan producciones. Así, el procedimiento descrito en las
patentes anteriores no es adecuado para usar en la producción
industrial.
Se reportan procedimientos multietapa para
preparar gamma-butirolactona usando ácido
L-málico o ácido L-aspártico como un
material de partida (J. Org. Chem. 1981, 46, 4319; Synth.
Commun. 1986, 16, 183). Ellos, sin embargo, tienen un
inconveniente en que la actividad óptica de los intermedios no se
mantiene durante la reacción. Además, en ninguna parte se mencionan
los rendimientos. Así, los procedimientos descritos en las patentes
anteriores no son adecuados para usar en la producción
industrial.
Comenzando a partir de derivados del ácido
(S)-málico, se ha notificado un procedimiento
reductor para preparar gamma-butirolactona mediante
el uso de dimetilsulfuro de borano y borohidruro de sodio (Chem.
Lett. 1984, 1389). Sin embargo; este procedimiento es de un
tipo por lotes con altos costes de producción y que es difícil de
aplicar a la producción industrial. Además, el procedimiento
reductor produce residuos en grandes cantidades, los cuales son
perjudiciales para el medio ambiente.
Un procedimiento descrito en la patente de los
Estados Unidos Nº.: 5.808.107 es para preparar
(S)-beta-hidroxi-gamma-butirolactona
reduciendo éster dimetílico del ácido L-málico con
cloruro de litio y borohidruro de sodio para dar
(S)-3,4-dihidrolactona reduciendo el
éster dimetílico del ácido L-málico con cloruro de
litio y borohidruro de sodio para dar ácido
(S)-3,4-hidroxibutírico, y tratar
el intermediario con HCl en una disolución de metanol. Sin embargo,
el procedimiento sufre de la desventaja de llevarse a cabo en una
manera complicada de tipo por lotes y ocasiona polución del
ambiente. Además, el uso de borohidruro de sodio, un agente reductor
caro y explosivo, incrementa el coste de producción y de esta forma
no es adecuado para producción a gran escala. Cuando se usa en
grandes cantidades, el éter empleado como un disolvente de reacción
puede crear un efecto nocivo en el cuerpo debido a su naturaleza
narcótica y tienen el peligro de explotar.
En la patente de los Estados Unidos Nº.:
5.998.633 se describe un procedimiento para la preparación de
gamma-butirolactona sustituida, en la cual un
hidrocarburo se oxida para dar acetonida, seguida por el tratamiento
del intermediario con un ácido inorgánico (disolución HCl acuosa).
Este procedimiento es también desventajoso industrialmente en que es
complicado y produce residuos en grandes cantidades.
Como se describe anteriormente, los
procedimientos convencionales son de tipos por lotes que emplean
reactivos líquidos o sólidos oxidantes o reductores, tales que
tienen la desventaja de baja productividad igual que la producción
de residuos en grandes cantidades. Además, los procedimientos
convencionales se limitan a aplicaciones industriales dado que el
bajo rendimiento de producción se obtiene debido a la complejidad de
los mismos.
Conduciendo a la presente invención, la
investigación intensiva y minuciosa en la producción de
(S)-beta-hidroxi-gamma-butirolactona,
dirigida por los presentes inventores, dio como resultado el
hallazgo de que un catalizador que tiene como un ingrediente
catalítico un metal noble impregnado en un soporte de ácido
inorgánico, para hidrogenación ópticamente activa de derivados de
ácido carboxílico sustituidos, es muy útil en sintetizar
(S)-beta-hidroxi-gamma-butirolactona
ópticamente pura y un lecho fijo del catalizador lo hace posible
para producir el compuesto de interés de una forma continua.
Por lo tanto, es un objeto de la presente
invención proporcionar un procedimiento para la producción de
(S)-beta-hidroxi-gamma-butirolactona
a partir de derivados de ácido carboxílico sustituidos, el cual se
incrementa en el rendimiento de la producción, es amistoso con el
medio ambiente, y simple.
Basado en la presente invención, el objeto
anterior se puede llevar a cabo mediante una provisión de un
procedimiento para producir
(S)-beta-hidroxi-gamma-butirolactona
ópticamente pura a partir de un derivado de ácido carboxílico
sustituido como se muestra en la reivindicación 1 mediante
hidrogenación, en la cual una disolución que contienen del 1 al 50%
en peso en peso del ácido carboxílico sustituido se alimenta a una
WHSV de 0,1 a 10 h^{-1}, a un reactor de lecho fijo el cual se
carga con un catalizador y se mantiene a una temperatura de reacción
de 50 a 550ºC bajo una presión parcial de hidrógeno de 103.421,4 a
37.921,2 x 10^{3} pascales manométricos (15 a 5.500 psig),
teniendo dicho catalizador un metal noble como un ingrediente
efectivo catalíticamente y un óxido inorgánico como un soporte,
manteniéndose dicho hidrógeno a una razón molar de 1:1 a 10:1
relativa al derivado de ácido carboxílico sustituido.
La figura 1 es un histograma que muestra la
conversión y selectividad bajo diversas afecciones cuando los
derivados sustituidos de ácidos carboxílicos se convierten en
(S)-beta-hidroxi-gamma-butirolactona
ópticamente pura mediante hidrogenación en presencia de un
catalizador de acuerdo con la presente invención.
La presente invención se refiere a hidrogenación
continua de ésteres de ácidos carboxílicos sustituidos en
(S)-beta-hidroxi-gamma-butirolactona
ópticamente pura en presencia de un catalizador en un reactor de
lecho fijo. En virtud de su rendimiento de producción y
productividad superior, este procedimiento continuo es mucho más
económico que los procedimientos convencionales. El procedimiento de
la presente invención también tiene un beneficio económico en que el
catalizador se puede recuperar y usar repetidamente. Adicionalmente,
el procedimiento anterior no requiere procesados posteriores
complicados, tales como filtrado del catalizador.
Un catalizador adecuado para usar en la
hidrogenación de acuerdo con la presente invención comprende un
metal noble y un ingrediente catalíticamente activo. Un metal noble
útil se selecciona del grupo que consta e níquel (Ni), paladio (Pd),
platino (Pt), rodio (Rh), iridio (Ir), rutenio (Ru), osmio (Os) y
mezclas de los mismos. Tal ingrediente catalíticamente efectivo se
impregnó sobre un soporte, el cual se selecciona preferiblemente del
grupo que consta de alúmina, sílice, sílice-alúmina,
zirconia, titania, zeolita y un tamiz molecular.
La hidrogenación de acuerdo con la presente
invención se puede ilustrar mediante la siguiente fórmula 1 de
reacción:
En la que R es un alquilo lineal que contiene de
1 a 10 átomos de carbono, un cicloalquilo, o un arilo; y R' es un
átomo de hidrógeno o un metilo.
De acuerdo con la presente invención, para
sintetizar un compuesto de éster de un ácido carboxílico sustituido
a partir del cual se produce
(S)-beta-hidroxi-gamma-butirolactona
ópticamente pura, se emplea un alcohol seleccionado de un alcohol
lineal que contiene de 1 a 10 átomos de carbono tales como metanol,
etanol y n-propanol, un cicloalcohol o un alcohol
aromático. El alcohol se usa a una cantidad de 2,0 a 40 equivalentes
del ácido carboxílico. Como para el ácido carboxílico, por ejemplo,
se puede usar ácido málico o citramálico ópticamente puro. La
reacción de esterificación se lleva a cabo a
50-150ºC bajo una presión de 6894,8 a 2068427
pascales manométricos (1 a 300 psig) con una velocidad de espacio
por hora de peso (WHSV) que varía de 0,1 a 10 h^{-1} en la
ausencia o en la presencia de un catalizador. Un ácido sólido con
una preferencia por una resina de ácido fuerte sustituida con
sulfonato es adecuado como un catalizador. Si las condiciones de
reacción están fuera de los intervalos anteriores, el rendimiento de
producción de los ésteres de ácido carboxílico se disminuye y la
velocidad de desactivación del catalizador se incrementa. De acuerdo
con ello, las ventajas que disfruta el procedimiento continuo de la
presente invención se pierden.
De acuerdo con la presente invención, la
hidrogenación de ésteres del ácido carboxílico sustituido en
(S)-beta-hidroxi-gamma-butirolactona
ópticamente activa se lleva a cabo a 50-500ºC bajo
una presión parcial de hidrógeno de 103.421,4 a 37.921,2 x 10^{3}
pascales manométricos (15 a 5.500 psig) con una WHSV que varía de
0,2 a 10 h^{-1}. Esta conversión a través de hidrogenación se
lleva a cabo preferiblemente a 100-250ºC bajo una
presión parcial de hidrógeno de 6,894757 x 10^{6} a 2,757903 x
10^{7} pascales manométricos (1.000 a 4.000 psig) con una WHSV
que varía de 0,2 a 10 h^{-1}, y más preferiblemente a
110-200ºC bajo una presión parcial de hidrógeno de
8.273,709 x 10^{6} a 20.684,27 x 10^{7} pascales manométricos
(1.200 a 3000 psig) con una WHSV que varía de 0,3 a 5 h^{-1}. Una
condición de reacción fuera de cualquiera de los intervalos causa
una disminución en el rendimiento de producción y un incremento en
la velocidad de desactivación del catalizador, dando como resultado
la pérdida de las ventajas que disfruta el procedimiento continuo de
la presente invención.
Para convertir completamente un derivado éster de
ácido carboxílico sustituido en un compuesto deseado, se requiere
que la razón molar de hidrógeno al derivado éster de ácido
carboxílico sustituido sea al menos 1,0. No se dan límites a la
cantidad de hidrógeno si la razón molar excede de aproximadamente 1.
Sin embargo, cuando un aspecto económico se toma en consideración,
la razón de hidrógeno frente a un éster de ácido carboxílico se
mantiene preferiblemente en el intervalo de 2,0 a 10. El hidrógeno
el cual pasa a través del reactor mientras que permanece sin
reaccionarse recomprime y recicla dentro del reactor. Dependiendo de
las condiciones de reacción, la reacción se puede separar
directamente en productos deseables o se puede reciclar para
convertir adicionalmente el reactivo no reaccionado, seguido por
separación.
Para convertir ésteres de ácido carboxílico
sustituido en
(S)-beta-hidroxi-gamma-butirolactona
mediante hidrogenación, se requiere un disolvente adecuado para
disolver derivados carboxílicos altamente viscosos tan efectivamente
como para alimentar de ellos sin problemas al reactor.
Adicionalmente, el disolvente requiere eliminar el calor de reacción
el cual ocurre durante la esterificación y la hidrogenación y no
para reaccionar con ninguno de los reactivos, por ejemplo, ni
derivados de ácidos carboxílicos ni hidrógeno. Por ejemplo, uno
seleccionado del grupo que consta de alcohol metílico, alcohol
etílico, alcohol n-propílico, alcohol isopropílico,
dioxano, gamma-butirolactona, tetrahidrofurano,
agua y mezclas de los mismos se pueden usar como un disolvente. De
éstos, se prefieren al alcohol isopropílico y el agua con mayor
preferencia por la última. En el disolvente, el éster de ácido
carboxílico se mantiene a una concentración del 1 al 50% en peso y
preferiblemente a una concentración del 10 al 40% en
peso.
peso.
Como se mencionó anteriormente, la hidrogenación
de acuerdo con la presente invención, se lleva a cabo con la ayuda
de un catalizador. Este tiene un metal noble como ingrediente
catalíticamente efectivo. Ejemplos de metales nobles adecuados
incluyen Ni, Pd, Pt, Rh, Ir, Ru, Os y mezclas de los mismos con
preferencia a Ru. El ingrediente catalíticamente activo se puede
usar en una forma sin modificar o con un soporte. En el último caso,
el metal noble está impregnado en el soporte. Un óxido inorgánico
seleccionado del grupo que consta de alúmina, sílice, sílice de
alúmina, zirconia, titania, zeolita y tamices moleculares es
adecuado como soporte. De ellos, el más preferido es
sílice.
sílice.
El soporte puede estar en cualquier forma, tal
como una forma esférica, una forma cilíndrica, una forma granular,
etc. Para las propiedades mecánicas, el soporte tiene
preferiblemente una forma esférica o una cilíndrica.
En el catalizador, el metal noble se contiene
preferiblemente en una cantidad del 0,1 al 15% en peso en base al
catalizador, y más preferiblemente en una cantidad del 0,5 al 10% en
peso. Por ejemplo, un catalizador que contiene menos del 0,1% en
peso del metal noble es pobre en actividad y selectividad de
hidrogenación. Por otro lado, más de un 15% en peso del metal noble
es económicamente desfavorable.
Para impregnar el metal noble en el soporte, se
pueden usar diversas técnicas, incluyendo impregnación de humedad
incipiente, impregnación de exceso de agua, pulverización, y mezcla
física. Después de la completación de la impregnación, el compuesto
se sinteriza durante 2 horas o más en el aire o una atmósfera de
gas inerte. La temperatura de sinterización se mantiene
preferiblemente a 300-700ºC y más preferiblemente a
300-550ºC. Por ejemplo, cuando la sinterización se
lleva a cabo a menos de 300ºC, los precursores del metal impregnado
se descomponen insuficientemente. Por otro lado, una temperatura de
sinterización más alta de 700ºC disminuye el grado de dispersión del
metal impregnado, dando como resultado un catalizador con
rendimiento pobre.
En un reactor de lecho fijo se carga el
catalizador sinterizado. Antes de suministrar el reactivo al
reactor, el catalizador debería estar en un estado reducido. Para
este fin, el catalizador se mantiene durante al menos dos horas en
una atmósfera de hidrógeno a 50-500ºC dependiendo de
la clase de metal impregnado.
En la presencia del sistema catalizador el cual
tiene un metal noble impregnado en un soporte, se hidrogenan
derivados de ácidos carboxílicos sustituidos para dar
(S)-beta-hidroxi-gamma-butirolactona
ópticamente pura a una alta producción. De acuerdo con la presente
invención, el empleo de un reactor de lecho fijo en esta
hidrogenación permite el procedimiento para llevarse a cabo en una
forma continua, provocando un gran incremento en el rendimiento de
producción. Además, el procedimiento es económicamente favorable en
que el catalizador usado se puede recuperar fácilmente. Además, el
producto de recuperación que sigue a la conversión es simple porque
no hay necesidad de filtrar el catalizador.
Adoptando un sistema de reacción de lecho fijo,
la presente invención presenta un rendimiento de producción por
espacio de tiempo reactivo que realiza procedimientos
convencionales, tiene un beneficio económico que pertenece al uso
repetido del catalizador, y está puro sin la necesidad de filtrar el
catalizador en recuperar el producto. En el sistema de reacción de
lecho fijo, no se imponen limitaciones como para la forma del
reactor o la alimentación de reactivos y la dirección del flujo. Con
el fin de que los reactivos entren en contacto unos con otros, se
usa preferiblemente un reactor de tipo lecho percolador en el cual
los reactivos hidrocarburo e hidrógeno están fluyendo hacia abajo
juntos y se dispersan uniformemente por todas partes.
\newpage
Los efluentes del reactor se hacen pasar a una
unidad de recuperación del disolvente en la cual el disolvente se
separa al menos parcialmente del producto. Para este propósito, se
puede proporcionar al sistema reactor cualquier unidad de
recuperación, tal como columna de destilación o vaporizador
ultrarrápido. Los productos o concentrados desecados de la parte más
baja de la unidad de recuperación se transfieren a una unidad de
destilación al vacío.
Una mejor comprensión de la presente invención se
puede obtener a la luz de los siguientes ejemplos los cuales se
exponen para ilustrar, pero no para interpretarse como que limitan
la presente invención.
En un matraz de 100 cc que contiene agua
destilada secundaria se añadieron 17,9 g de cloruro de rutenio
(RuCl_{3}) para dar una disolución de rutenio acuosa. En un
recipiente para impregnar metal, equipado con un motor de velocidad
controlable, se añadieron 100 g de sílice (1/8'' cilíndrica),
después de lo cual la disolución de rutenio se vertió mientras que
se rota el vaso. Como un resultado, la disolución de rutenio se
dispersó uniformemente por la sílice. Durante 30 minutos, después de
la completación del vertido de la disolución de rutenio, el
recipiente se rotó adicionalmente a la misma velocidad.
Subsiguientemente, el catalizador sustentado en rutenio resultante
se sinterizó a 550ºC durante 6 horas bajo la atmósfera de aire en un
horno amortiguado. Se encontró que el catalizador tenía un contenido
en rutenio del 3,0% en peso como se mide mediante análisis de rayos
X fluorescente.
En un reactor automático de alta presión hecho de
acero inoxidable 316 se cargaron 25 g de un catalizador ácido
sólido. Después de purgarse con nitrógeno, el interior del reactor
se calentó desde temperatura ambiente hasta 84ºC y se mantuvo a una
presión de 689475,7 pascales manométricos (100 psig) el ácido
L-málico se disolvió en 8 equivalentes de metanol y
la disolución resultante se suministró a WHSV de 4,0 h^{-1} dentro
del reactor para producir el compuesto del título a un rendimiento
del 90%: conversión 99%. Selectividad 99%.
El efluente del reactor se destiló al vacío para
separar a un rendimiento de separación del 90%
dimetil(S)-malato el cual estaba al 99,8% en
pureza y al 99,9% en pureza óptica. La preparación se puede efectuar
en un tipo por lotes. En este caso, el periodo de tiempo de reacción
se fijó para ser de 2 a 4 horas.
Ejemplos del 3 al
8
En un reactor automático, de acero inoxidable
316, de alta presión (2,52 cm de diámetro interior x 60 cm de
longitud) se cargaron 50 gramos del catalizador preparado en el
ejemplo 1. El catalizador se convirtió a un estado reducido elevando
la temperatura a una velocidad de 1ºC por minuto a 350ºC y se
mantuvo a esta temperatura durante 6 horas en una atmósfera de
hidrógeno. Después de enfriarse, el interior del reactor se purgó
con gas nitrógeno. Mientras el interior del reactor se calentó a una
velocidad de 1ºC por minuto a 145ºC a partir de temperatura
ambiente, se suministró hidrógeno a una velocidad de 10 sccm. El
hidrógeno se añadió en una cantidad tanto como dos veces la
necesaria para la reacción. El
dimetil(S)-malato preparado en el ejemplo 2
se disolvió en agua para dar una disolución al 30% en peso. Esta
disolución de dimetil(S)-malato se suministró
bajo las condiciones mostradas en la tabla 1, más adelante. Los
productos de reacción se tomaron cada 9 horas y se analizaron
mediante cromatografía de gases usando un detector de ionización de
llama (FID) (columna beta-DEX de 60 cm x 0,25 mm x
0,25 \mum). Los resultados se dan en la tabla 1, a
continuación.
| Ejemplo | Temperatura | (Presión | WHSV | Conversión | Selectividad para | Presión (pascales |
| N°. | (°C) | (psig.) | (h-^{1}) | (%) | (S) - HGB* (%) | manométricos) |
| 3 | 125 | 2.483 | 0,5 | 90,5 | 75,5 | 1,711968 |
| x 10^{7} | ||||||
| 4 | 165 | 2.483 | 0,5 | 95,0 | 57,9 | 1,711968 |
| x 10^{7} | ||||||
| 5 | 145 | 2.190 | 0,5 | 88,5 | 82,7 | 1,509952 |
| x 10^{7} |
| Ejemplo | Temperatura | (Presión | WHSV | Conversión | Selectividad para | Presión (pascales |
| N°. | (°C) | (psig.) | (h-^{1}) | (%) | (S) - HGB* (%) | manométricos) |
| 6 | 145 | 2.778 | 0,5 | 92,0 | 87,5 | 1,915364 |
| x 10^{7} | ||||||
| 7 | 125 | 2.483 | 0,2 | 90,2 | 86,3 | 1,711968 |
| x 10^{7} | ||||||
| 8 | 125 | 2.483 | 0,8 | 85,2 | 65,3 | 1,711968 |
| x 10^{7} | ||||||
| *(S)-beta-hidroxi-\gamma-butirolactona |
Ejemplos del 9 al
12
Mientras que el disolvente se cargó como se
muestra en la tabla 2, más adelante, la hidrogenación de
dimetil(S)-malato se llevó a cabo a 145ºC
bajo una presión parcial de hidrógeno de 1,811942 x 10^{7}
pascales manométricos (2,628 psig) con el reactivo suministrándose a
una WHSV de 0,5 h^{-1}en la misma manera que en el ejemplo 3. Se
realizó una medida de la conversión y selectividad y los resultados
se dan en la tabla 2, a continuación.
| Ejemplo N°. | Disolvente | Conversión (%) | Selectividad para (S) - HGB* (%) |
| 9 | H_{2}O al 30% | 92,0 | 85,5 |
| 10 | H_{2}O al 20% | 94,0 | 72,0 |
| 11 | H_{2}O al 10% | 95,0 | 78,0 |
| 12 | i-PrOH al 10% | 72,5 | 54,2 |
| *(S)-beta-hidroxi-\gamma-butirolactona |
En la presencia del catalizador preparado en el
ejemplo 1, el procedimiento de hidrogenación se llevó a cabo de la
misma manera que en el ejemplo 6, excepto en que usan una presión
parcial de hidrógeno tan baja como 1,006635 x 10^{17} pascales
manométricos (1.460 psig). Los efluentes de producto del reactor se
reciclaron dos veces más. Durante el reciclaje, no se observó
desactivación del catalizador mientras se provoca un incremento en
la conversión y selectividad. Estos resultados se dan en la tabla
3, a continuación.
| Ciclo Rxn | N° de Conversión (%) | Selectividad (%) |
| 1 | 75 | 65 |
| 2 | 90 | 75 |
| 3 | 95 | 85 |
\newpage
Usando el catalizador preparado en el ejemplo 1,
se llevó a cabo una reacción de conversión continua a largo plazo en
un reactor similar al descrito en el ejemplo 2. Incluso después de
500 horas de reacción, no se observó desactivación en el
catalizador. Los resultados se dan en la tabla 4 más adelante.
| Rxn | Tiempo | (h) | |
| 100 | 250 | 500 | |
| Conversión (%) | 92,5 | 92,4 | 91,4 |
| Selectividad (%) | 74,3 | 78,8 | 77,7 |
Usando 50 g del catalizador preparado en el
ejemplo 1, una reacción de hidrógeno se llevó a cabo en un reactor
similar al descrito en el ejemplo 2. Durante la hidrogenación, la
presión parcial de hidrógeno se mantuvo a 1,680942 x 10^{7}
pascales manométricos (2.438 psig) mientras hubo diversos cambios en
la temperatura de reacción y la WHSV. Después de 200 horas de la
hidrogenación, se obtuvieron 30 litros de una disolución que
contiene
(S)-beta-hidroxi-gamma-butirolactona
con una selectividad del 75,2% en peso. Esta disolución se
neutralizó con un NaHCO_{3} acuoso al 10% y se privó del
disolvente, después de lo cual el residuo se extrajo tres veces con
acetato de etilo para recuperar
(S)-beta-hidroxi-gamma-butirolactona.
En un reactor de vaso de 10 l equipado con un destilador a vacío,
el extracto se destiló a 60ºC bajo 10 mbar para evaporar el
disolvente. En un evaporador de película fina, el concentrado se
destiló a 100-120ºC bajo 0,6-1,7
torr (79,9932-226,6474 pascales) para dar
(S)-beta-hidroxi-gamma-butirolactona
al 99% en pureza a un rendimiento de separación del 65%.
Como se describe anteriormente en el presente
documento, la presente invención puede producir
(S)-beta-hidroxi-gamma-butirolactona
ópticamente pura con mayores purezas a mayores rendimientos de lo
que pueden las técnicas convencionales. Además de ser relativamente
simple y ambientalmente amigable, la presente invención es tan
económicamente favorable como para aplicar a la producción
industrial.
La presente invención se ha descrito en una
manera ilustrativa y se entiende que la terminología usada se desea
para estar en la naturaleza de la descripción más que de limitación.
Son posibles muchas modificaciones y variaciones de la presente
invención a la luz de las enseñanzas anteriores. Por lo tanto, se
entenderá que dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas,
esta invención se puede practicar de otra manera que como se
describe específicamente.
Claims (13)
1. Un procedimiento para
producir(S)-beta-hidroxi-gamma-butirolactona
ópticamente pura a partir de un derivado de ácido carboxílico
sustituido mediante hidrogenación, caracterizado porque:
en dicha hidrogenación, una disolución que
contiene del 1 al 50% en peso del derivado de ácido carboxílico
sustituido se suministra a una WHSV de 0,1 a 10 h^{-1}, a un
reactor de lecho fijo el cual se carga con un catalizador y se
mantiene a una temperatura de reacción de 50 a 550ºC bajo una
presión parcial de hidrógeno de 103.421,4 a 37.921,2 x 10^{3}
pascales manométricos (15 a 5.500 psig), teniendo dicho catalizador
un metal noble como un ingrediente efectivo catalíticamente y un
óxido inorgánico como un soporte, manteniéndose dicho hidrógeno a
una razón molar de 1:1 a 10:1 relativa al derivado de ácido
carboxílico sustituido, y
en que dicho derivado de ácido carboxílico
sustituido es de la fórmula:
en la que R es alquilo lineal que
contiene de 1 a 10 átomos de carbono, tales como grupo metilo, etilo
o n-propilo, un cicloalquilo, o un arilo; y R' es un
átomo de hidrógeno o un
metilo.
2. El procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 1, caracterizado porque dicho metal noble se
selecciona del grupo que consta de níquel (Ni), paladio (Pd),
platino (Pt), rodio (Rh), iridio (Ir), rutenio (Ru), osmio (Os), y
mezclas de los mismos.
3. El procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque el metal noble
está impregnado sobre el soporte de óxido inorgánico a una cantidad
del 0,1 al 15% en peso en base al catalizador.
4. El procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 1, caracterizado porque dicha temperatura de
reacción se mantiene a 100-250ºC.
5. El procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 1, caracterizado porque dicha presión parcial
de hidrógeno se mantiene a 8.273,7 x
10^{3}-20.684,3 x 10^{3} pascales manométricos
(1.200 a 3000 psig).
6. El procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 1, caracterizado porque los reactivos se
proporcionan a una WHSV de 0,2 a 5,0 h^{-1}.
7. El procedimiento de acuerdo con una cualquiera
de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque dicha
disolución contiene el derivado de ácido carboxílico en una cantidad
del 10 al 40% en peso.
8. El procedimiento de acuerdo con una cualquiera
de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque dicho
disolvente se selecciona del grupo que consta de alcohol metílico,
alcohol etílico, alcohol n-propílico, alcohol
isopropílico, dioxano, gamma butirolactona, tetrahidrofurano, agua y
mezclas de los mismos.
9. El procedimiento de acuerdo con una cualquiera
de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque dicho
soporte ácido inorgánico se selecciona del grupo que consta de
alúmina, sílice, sílice-alúmina, zirconia, titania,
zeolita y tamices moleculares.
10. El procedimiento de acuerdo con una
cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado
porque dicho reactor de lecho fijo es un reactor de tipo lecho
percolador.
11. El procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 1, caracterizado porque dicho derivado de
ácido carboxílico se prepara haciendo reaccionar un ácido
carboxílico con un alcohol en presencia de un ácido sólido en un
reactor el cual se mantiene a una temperatura de reacción de
50-150ºC bajo una presión de reacción de 6,89476 x
10^{3} a 2.068,4 x 10^{3} pascales manométricos (1 a 300 psig)
con una WHSV que varía de 0,5 a 10 h^{-1}, estando dichos
alcoholes controlados en el intervalo de 0,5 a 10 h^{-1},
seleccionándose dicho alcohol del grupo que consta de alcoholes
lineales que contienen de 1 a 10 átomos de carbono, alcoholes
cíclicos y alcoholes aromáticos y usándose en una cantidad de 2,0 a
30 equivalentes de dicho ácido carboxílico.
12. El procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 11, caracterizado porque dicho ácido sólido
es una resina ácida fuerte sustituida con sulfonato.
13. El procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 11, caracterizado porque dicho ácido
carboxílico es un ácido málico o citramálico ópticamente puro.
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