PL214992B1 - Method for obtaining ß-metylglycidol - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób otrzymywania β-metyloglicydolu (2-metylo-1,2-epoksypropanolu), mającego szerokie zastosowanie w przemyśle farmakologicznym, oraz chemicznym do produkcji lakierów, klejów i detergentów.The subject of the invention is a method of obtaining β-methylglycidol (2-methyl-1,2-epoxypropanol), widely used in the pharmacological and chemical industries for the production of varnishes, adhesives and detergents.

β-Metyloglicydol jest związkiem bardzo reaktywnym, dzięki obecności dwóch grup funkcyjnych w cząsteczce. Wysoka reaktywność jest podstawą jego licznych zastosowań. W wyniku selektywnego zablokowania pierścienia epoksydowego S- i R-β-metyloglicydolu i utleniania grupy -OH, a następnie otwarcia pierścienia epoksydowego i podstawienia grupy - OH otrzymano: azyrydyny, oksazoliny lub oksazolidyny. Są to półprodukty w syntezie kwasów α-metylo-α-aminowych, stosowanych w produkcji leków. Pochodne oksazolidyny wchodzą w skład leków przeciwdrgawkowych. Chiralny β-metyloglicydol stosowany jest również w syntezie naturalnych produktów i ich analogów (witamina D3, cholina i jej analogi, np. acetylocholina jest związkiem pełniącym rolę przekaźnika synaptycznego w układzie nerwowym). Oba enancjomery β-metyloglicydolu są stosowane do otrzymywania S- i R-2,2,4-trimetylo-4-hydroksymetylo-1,3-dioksolanów. Związki te wraz z pochodnymi mają szerokie zastosowanie w syntezie licznych produktów naturalnych.β-Methylglycidol is a very reactive compound due to the presence of two functional groups in the molecule. Its high reactivity is the basis of its numerous applications. As a result of the selective blocking of the S- and R-β-methylglycidol epoxide ring and oxidation of the -OH group, followed by the opening of the epoxide ring and the substitution of the - OH group, the following were obtained: aziridine, oxazoline or oxazolidine. They are intermediates in the synthesis of α-methyl-α-amino acids used in the production of drugs. Oxazolidine derivatives are part of the anticonvulsants. Chiral β-methylglycidol is also used in the synthesis of natural products and their analogues (vitamin D3, choline and its analogues, e.g. acetylcholine is a compound that acts as a synaptic messenger in the nervous system). Both β-methylglycidol enantiomers are used in the preparation of S- and R-2,2,4-trimethyl-4-hydroxymethyl-1,3-dioxolanes. These compounds and their derivatives are widely used in the synthesis of numerous natural products.

β-Metyloglicydol stosuje się również w syntezie cyjanodioli oraz α-metylocysteiny i jej pochodnych. Są to półprodukty do syntezy związków wykazujących działanie antynowotworowe i przeciw wirusowi HIV-1. β-Metyloglicydol stosuje się ponadto w produkcji polimerów w miejsce glicydolu. β-Metyloglicydol poddany fotopolimeryzacji znalazł zastosowanie w produkcji szybkoschnących lakierów, tuszów, klejów drukarskich i innych materiałów adhezyjnych. β-Metyloglicydol wykryto w AK-toksynach, które są przyczyną martwicy liści i owoców gruszy japońskiej. Odkrycie to dzięki produkcji syntetycznych AK-toksyn pozwoli skutecznie przeciwdziałać tej chorobie.β-Methylglycidol is also used in the synthesis of cyanediol and α-methylcysteine and its derivatives. They are intermediates for the synthesis of compounds with anti-cancer and anti-HIV-1 activity. In addition, β-methylglycidol is used in the production of polymers in place of glycidol. Photopolymerized β-Methylglycidol is used in the production of quick-drying varnishes, inks, printing adhesives and other adhesive materials. β-Methylglycidol has been detected in AK-toxins which cause necrosis in Japanese pear leaves and fruit. This discovery, thanks to the production of synthetic AK-toxins, will effectively counteract this disease.

Dotychczasowe sposoby otrzymywania β-metyloglicydolu można podzielić na dwa rodzaje metod: chlorowe i bezchlorowe. W przypadku metody chlorowej (J. Myszkowski, Badanie procesów chlorohydroksylowania wybranych olefin i odchlorowodorowania wytworzonych chlorohydryn, Zeszyty Naukowe Politechniki Szczecińskiej nr 124, Szczecin 1971) substratem w syntezie β-metyloglicydolu jest 1,3-dichloro-2-metylo-2-propanol, który poddaje się odchlorowodorowaniu w obecności eteru etylowego za pomocą wodnego roztworu NaOH. Produktem pośrednim jest β-metyloepichlorohydryna, którą następnie poddaje się uwodnieniu oraz kolejnemu odchlorowodorowaniu do β-metyloglicydolu.The methods of obtaining β-methylglycidol so far can be divided into two types of methods: chlorine and chlorine-free. In the case of the chlorine method (J. Myszkowski, Research on the processes of chlorohydroxylation of selected olefins and dehydrochlorination of the produced chlorohydrins, Scientific Papers of the Szczecin University of Technology No. 124, Szczecin 1971), the substrate in the synthesis of β-methylglycidol is 1,3-dichloro-2-methyl-2-propanol, which is dehydrochlorinated in the presence of diethyl ether with aqueous NaOH solution. The intermediate product is β-methylepichlorohydrin, which is then rehydrated and further dehydrochlorination to β-methylglycidol.

W metodach bezchlorowych surowcem jest alkohol metallilowy (A. Bongini, G. Cardillo, M. Orena, G. Porzi, S. Sandri, J. Org. Chem. 1982, 47, 24, 4627). W pierwszej z nich alkohol poddawany jest reakcji z alkoholanem litu oraz ditlenkiem węgla. Następnie pod wpływem jodu rozpuszczonego w tetrahydrofuranie (THF) powstaje przejściowo pięcioczłonowy jodowęglan. Jego reakcja z anionitem Amberlyst A 26 w postaci OH^- prowadzi kolejno do β-metyloglicydolu.In the chlorine-free methods, the raw material is methallyl alcohol (A. Bongini, G. Cardillo, M. Orena, G. Porzi, S. Sandri, J. Org. Chem. 1982, 47, 24, 4627). In the first one, alcohol is reacted with lithium alkoxide and carbon dioxide. Then, under the influence of iodine dissolved in tetrahydrofuran (THF), a five-membered iodocarbonate is temporarily formed. Its reaction with the anion exchanger Amberlyst A 26 in the OH form ^- leads successively to β-methylglycidol.

Po odfiltrowaniu żywicy i oddestylowaniu rozpuszczalnika otrzymuje się czysty produkt. W powyższych dwóch metodach β-metyloglicydol uzyskiwano z około 70% wydajnością. Znana jest również metoda (Ch. Meister, H. Scharf, Liebigs Ann. Chem. 1983, 913), w której mieszaninę bezwodnego dichlorometanu, o-tytanianu tetraizopropylu Ti(OiPr)4 i estru dietylowego kwasu D-(-)-winowego umieszczano w reaktorze, po czym dodawano alkohol metallilowy i rozpuszczony w bezwodnymPure product was obtained after filtering off the resin and distilling off the solvent. In the above two methods, β-methylglycidol was obtained in about 70% yield. There is also a known method (Ch. Meister, H. Scharf, Liebigs Ann. Chem. 1983, 913), in which a mixture of anhydrous dichloromethane, tetraisopropyl o-titanate Ti (OiPr) 4 and diethyl ester of D - (-) - tartaric acid was placed in the reactor, then metallyl alcohol was added and dissolved in anhydrous

PL 214 992 B1 dichlorometanie 80% bezwodny wodoronadtlenek t-butylu. Reakcje prowadzono w temperaturze 30°C przez 40h. Reakcję zachodząca w procesie opisuje następujące równanie:Dichloromethane 80% anhydrous t-butyl hydroperoxide. Reactions were carried out at 30 ° C for 40h. The reaction taking place in the process is described by the following equation:

ch₃ ch₃ , ³ Ti{OiPr)₄, CHjCI_? ,ch ₃ ch ₃ , ³ Ti {OiPr) ₄ , CHjCl _? ,

CH, = C—CH,—OH + (CH₃)₃C-OOH -*- CH_a—C—CH₂~OH + {CH₃)₃C-OH ² ester dietylowy _x / kwasu D-(-)-wi nowego qCH, = C — CH, —OH + (CH ₃ ) ₃ C-OOH - * - CH _a —C — CH ₂ ~ OH + {CH ₃ ) ₃ C-OH ² diethyl ester _x / acid D - (-) -w and the new q

Kolejno w temperaturze pokojowej do mieszaniny dodawano bezwodny siarczan magnezu i węgiel aktywny a następnie przez filtrację oddzielano od mieszaniny żel wodorotlenku tytanu, siarczan magnezu oraz węgiel aktywny. W mieszaninie poreakcyjnej obok β-metyloglicydolu znajdowały się produkty uboczne i niezmienione surowce jak: wodoronadtlenek t-butylu, alkohol t-butylowy, alkohol metallilowy oraz dichlorometan. Po destylacji uzyskano β-metyloglicydol z wydajnością około 32% mol. Przedstawione metody są wieloetapowe, wymagają dużego nakładu energii i stosowania związków pomocniczych. Powstają w nich znaczne ilości produktów ubocznych, wymagające dodatkowego zagospodarowania lub utylizacji.Subsequently, anhydrous magnesium sulfate and activated carbon were added to the mixture at room temperature, and then the titanium hydroxide gel, magnesium sulfate and activated carbon were separated from the mixture by filtration. In the post-reaction mixture, apart from β-methylglycidol, there were by-products and unchanged raw materials, such as: t-butyl hydroperoxide, t-butyl alcohol, methallyl alcohol and dichloromethane. After distillation, β-methylglycidol was obtained in a yield of about 32 mol%. The presented methods are multi-stage, they require a lot of energy and use of auxiliary compounds. They generate significant amounts of by-products that require additional management or disposal.

Zgodnie z wynalazkiem, β-metyloglicydol z alkoholu metallilowego można otrzymać dwoma sposobami. Pierwszy sposób polega na epoksydacji alkoholu metallilowego nadtlenkiem wodoru w obecności rozpuszczalnika i katalizatora tytanowo-silikalitowego pod ciśnieniem autogenicznym. Proces prowadzi się periodycznie w temperaturze od 20 do 120°C, przy stosunku molowym alkoholu metallilowego do nadtlenku wodoru od 1:1 do 5:1, w czasie od 30 do 300 minut. Udział rozpuszczalnika w mieszaninie reakcyjnej wynosi od 5 do 90% wagwagowych, a katalizatora od 0,1 do 2,0% wagowych. Jako środowisko reakcji stosuje się rozpuszczalnik polarny - metanol lub etanol, natomiast jako katalizator stosuje się syntetyczne sita molekularne typu TS-1.According to the invention, β-methylglycidol from methallyl alcohol can be obtained in two ways. The first method is the epoxidation of methallyl alcohol with hydrogen peroxide in the presence of a solvent and a titanium silicalite catalyst under autogenous pressure. The process is carried out periodically at a temperature of 20 to 120 ° C, with a molar ratio of methallyl alcohol to hydrogen peroxide from 1: 1 to 5: 1, for 30 to 300 minutes. The proportion of the solvent in the reaction mixture ranges from 5 to 90% by weight, and the catalyst from 0.1 to 2.0% by weight. A polar solvent - methanol or ethanol is used as the reaction medium, while synthetic molecular sieves of the TS-1 type are used as the catalyst.

Drugi sposób polega również na epoksydacji alkoholu metallilowego nadtlenkiem wodoru w obecności rozpuszczalnika i katalizatora tytanowo-silikalitowego, z tym, że jest prowadzony pod ciśnieniem atmosferycznym w temperaturze od 20°C do temperatury wrzenia stosowanego rozpuszczalnika, w czasie od 30 do 300 minut.. Stosunek molowy alkoholu metallilowego do nadtlenku wodoru wynosi od 1:1 do 5:1. Udział rozpuszczalnika w mieszaninie reakcyjnej wynosi od 5 do 90% wagowych, a katalizatora od 0,1 do 2,0% wagowych. Jako środowisko reakcji stosuje się rozpuszczalnik polarny metanol lub etanol, natomiast jako katalizator stosuje się syntetyczne sita molekularne typu TS-1.The second method also involves the epoxidation of methallyl alcohol with hydrogen peroxide in the presence of a solvent and a titanium-silicalite catalyst, but it is carried out at atmospheric pressure at a temperature of 20 ° C to the boiling point of the solvent used, for 30 to 300 minutes. the molar molar ratio of methallyl alcohol to hydrogen peroxide is from 1: 1 to 5: 1. The proportion of the solvent in the reaction mixture is 5 to 90% by weight, and the catalyst is 0.1 to 2.0% by weight. A polar solvent, methanol or ethanol, is used as the reaction medium, while synthetic molecular sieves of the TS-1 type are used as the catalyst.

Zaletą sposobu według wynalazku jest przede wszystkim ograniczenie ilości etapów pośrednich oraz zminimalizowanie udziału produktów ubocznych. Praktycznie obok β-metyloglicydolu powstają niewielkie ilości 2-metyloakroleiny i β-metylogliceryny, związków również o właściwościach użytkowych. Selektywność przemiany do β-metyloglicydolu wynosi około 68% mol w odniesieniu do przereagowanego alkoholu metallilowego. W celu wyodrębnienia β-metyloglicydolu z mieszaniny poreakcyjnej w pierwszym etapie metodą filtracji oddziela się katalizator. Katalizator może być ponownie użyty do procesu po uprzedniej kalcynacji w 550°C. Rozkład nie przereagowanego nadtlenku wodoru prowadzi się siarczanem (IV) sodu lub ditlenkiem manganu. W kolejnym etapie przesącz poddaje się ekstrakcji eterem etylowym, uprzednio nasycając roztwór siarczanem amonowym lub solą kuchenną w celu łatwiejszego wyodrębnienia β-metyloglicydolu. Po ekstrakcji warstwę eterową suszy się środkami suszącymi np. bezwodnym siarczanem magnezu i prowadzi destylację pod zmniejszonym ciśnieniem. β-Metyloglicydol destyluje w 74-76°C pod ciśnieniem 26 mmHg.The advantage of the process according to the invention is, above all, the reduction of the number of intermediate steps and the minimization of the proportion of by-products. Practically apart from β-methylglycidol, small amounts of 2-methylacrolein and β-methylglycerin, also compounds with functional properties, are formed. The selectivity of the conversion to β-methylglycidol is about 68 mol% with respect to the reacted methallyl alcohol. In order to isolate β-methylglycidol from the reaction mixture in the first step, the catalyst is removed by filtration. The catalyst can be reused in the process after being calcined at 550 ° C. The decomposition of unreacted hydrogen peroxide is carried out with sodium sulphate (IV) or manganese dioxide. In the next stage, the filtrate is extracted with diethyl ether, previously saturating the solution with ammonium sulfate or table salt in order to facilitate the isolation of β-methylglycidol. After extraction, the ether layer is dried with drying agents, for example anhydrous magnesium sulfate, and distillation is carried out under reduced pressure. β-Methylglycidol distills at 74-76 ° C at 26 mmHg.

Sposób otrzymywania β-metyloglicydolu według wynalazku przedstawiony jest w przykładach wykonania.The method of obtaining β-methylglycidol according to the invention is shown in the working examples.

P r z y k ł a d I ₃ Example I ₃

Do autoklawu ze stali nierdzewnej z wkładką teflonową o pojemności 7 cm³ wprowadzono 0,250 g alkoholu metallilowego, 0,214 g 30-proc. nadtlenku wodoru, 4,020 g metanolu i 0,004 g katalizatora tytanowo-silikalitowego TS-1. Po zakręceniu autoklawu umieszczano go w uchwycie wytrząsarki i reakcję prowadzono w 20°C przez 30 minut. Po zakończeniu reakcji mieszaninę poreakcyjną ważono w celu określenia strat i oznaczano stężenia związków organicznych metodą chromatografii gazowej oraz stężenie nadtlenku wodoru metodą jodometryczną. W prowadzonym procesie selektywność przemiany do β-metyloglicydolu w odniesieniu do przereagowanego alkoholu metallilowego wynosi 66,0% mol a w odniesieniu do przereagowanego nadtlenku wodoru 25,6% mol, przy konwersji alkoholu metallilowego 13,4% mol i nadtlenku wodoru 84,2% mol.To a stainless steel autoclave with a Teflon liner with a capacity of 7 ^cm3 were introduced 0,250 g of methallyl alcohol, 0.214 g of 30 per cent. hydrogen peroxide, 4.020 g methanol and 0.004 g TS-1 titanium silicalite catalyst. After screwing the autoclave on, it was placed in the shaker handle and the reaction was carried out at 20 ° C for 30 minutes. After completion of the reaction, the reaction mixture was weighed to determine the losses, and the concentration of organic compounds was determined by gas chromatography and the concentration of hydrogen peroxide by iodometric method. In the conducted process, the selectivity of the conversion to β-methylglycidol in relation to the reacted methallyl alcohol is 66.0 mol%, and in relation to the reacted hydrogen peroxide 25.6 mol%, with the conversion of methallyl alcohol 13.4 mol% and 84.2 mol% hydrogen peroxide .

PL 214 992 B1PL 214 992 B1

P r z y k ł a d II ₃ Example II ₃

Do szklanego reaktora o pojemności 25 cm³ wprowadzono 5,000 g alkoholu metallilowego, 2,384 g 30-proc. nadtlenku wodoru, 3,590 g metanolu, 0,009 g katalizatora TS-2. Reakcję prowadzono w 20°C przez 180 minut. Po zakończeniu reakcji postępowano jak w przykładzie I. Otrzymano β-metyloglicydol z selektywnością 57,3% mol w odniesieniu do przereagowanego alkoholu metallilowego i 19,0% mol w odniesieniu do przereagowanego nadtlenku wodoru, konwersja alkoholu metallilowego wynosiła 7,3% mol, a nadtlenku wodoru 93,8% mol.Glass reactor with a capacity of 25 cm ³ was introduced 5,000 g of methallyl alcohol, 2.384 g of 30 per cent. hydrogen peroxide, 3.590 g of methanol, 0.009 g of TS-2 catalyst. The reaction was carried out at 20 ° C for 180 minutes. After completion of the reaction, the procedure was as in example I. The β-methylglycidol was obtained with a selectivity of 57.3 mol% with respect to reacted methallyl alcohol and 19.0 mol% with respect to reacted hydrogen peroxide, the conversion of methallyl alcohol was 7.3 mol%, and hydrogen peroxide 93.8 mol%

P r z y k ł a d III ₃ Example III ₃

Do autoklawu za stali nierdzewnej o pojemności 7 cm³ wprowadzono 0,516 g alkoholu metallilowego, 0,417 g 30-proc. nadtlenku wodoru, 3,585 g etanolu oraz 0,046 g katalizatora TS-1. Reakcję prowadzono w temperaturze 20°C przez 180 minut. Po zakończeniu reakcji postępowano jak w przykładzie I. Otrzymano β-metyloglicydol z selektywnością 51,4% mol w odniesieniu do przereagowanego alkoholu metallilowego i 11,4% mol w odniesieniu do przereagowanego nadtlenku wodoru, konwersja alkoholu metallilowego wynosiła 9,7% mol a nadtlenku wodoru 94,6% mol.A 7 cm ³ stainless steel autoclave was charged with 0.516 g of methallyl alcohol, 0.417 g of 30%. hydrogen peroxide, 3.585 g of ethanol, and 0.046 g of TS-1 catalyst. The reaction was carried out at 20 ° C for 180 minutes. After the completion of the reaction, the procedure was as in example I. The β-methylglycidol was obtained with a selectivity of 51.4 mol% with respect to the reacted methallyl alcohol and 11.4 mol% with respect to the reacted hydrogen peroxide, the conversion of methallyl alcohol was 9.7 mol% and the peroxide hydrogen 94.6 mol%.

P r z y k ł a d IV ₃ Example IV ₃

Do szklanego reaktora o pojemności 25 cm³ wprowadzono 3,180 g alkoholu metallilowego, 5,001 g 30-proc. nadtlenku wodoru, 5,680 g etanolu oraz 0,137 g katalizatora TS-1. Reakcję prowadzono w temperaturze 20°C przez 180 minut. Po zakończeniu reakcji postępowano jak w przykładzie I. Otrzymano β-metyloglicydol z selektywnością 45,4% mol w odniesieniu do przereagowanego alkoholu metallilowego i 6,8% mol w odniesieniu do przereagowanego nadtlenku wodoru, konwersja alkoholu metallilowego wynosiła 7,0% mol a nadtlenku wodoru 95,0% mol.3.180 g of methallyl alcohol, 5.001 g of 30% alcohol were introduced into a glass reactor with a capacity of 25 cm ³ . hydrogen peroxide, 5.680 g of ethanol, and 0.137 g of TS-1 catalyst. The reaction was carried out at 20 ° C for 180 minutes. After the completion of the reaction, the procedure was as in Example I. The β-methylglycidol was obtained with a selectivity of 45.4 mol% with respect to reacted methallyl alcohol and 6.8 mol% with respect to reacted hydrogen peroxide, the conversion of methallyl alcohol was 7.0 mol%, and peroxide hydrogen 95.0 mol%.

Claims (6)

1. Sposób otrzymywania β-metyloglicydolu z alkoholu metallilowego, znamienny tym, że alkohol metallilowy poddaje się epoksydacji nadtlenkiem wodoru w obecności katalizatorów tytanowosilikalitowych i polarnego rozpuszczalnika organicznego, przy czym proces prowadzi się w temperaturze 20 do 120°C, pod ciśnieniem autogenicznym, przy stosunku molowym alkoholu metallilowego do nadtlenku wodoru od 1:1 do 5,0:1 w czasie 30 do 300 minut.1. The method of obtaining β-methylglycidol from methallyl alcohol, characterized in that methallyl alcohol is epoxidized with hydrogen peroxide in the presence of titanium silicalite catalysts and a polar organic solvent, the process being carried out at a temperature of 20 to 120 ° C, under autogenous pressure, at a ratio of molar metallyl alcohol to hydrogen peroxide from 1: 1 to 5.0: 1 in 30 to 300 minutes. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako rozpuszczalnik stosuje się metanol lub etanol w ilości 5-90% wagowych.2. The method according to p. The process of claim 1, wherein the solvent is methanol or ethanol in an amount of 5-90% by weight. 3. Sposób wg zastrz. 1, znamienny tym, że jako katalizator stosuje się syntetyczne sita molekularne typu TS-1 w ilości od 0,1 do 2% wagowych.3. The method according to p. The method of claim 1, characterized in that the catalyst is synthetic molecular sieves of the TS-1 type in an amount of 0.1 to 2% by weight. 4. Sposób otrzymywania β-metyloglicydolu z alkoholu metallilowego, znamienny tym, że alkohol metallilowy poddaje się epoksydacji nadtlenkiem wodoru w obecności katalizatorów tytanowosilikalitowych i polarnego rozpuszczalnika organicznego, przy czym proces prowadzi się w temperaturze 20°C do temperatury wrzenia stosowanego rozpuszczalnika, pod ciśnieniem atmosferycznym, przy stosunku molowym alkoholu metallilowego do nadtlenku wodoru od 1:1 do 5,0:1 w czasie 30 do 300 minut.4. The method of obtaining β-methylglycidol from methallyl alcohol, characterized in that methallyl alcohol is epoxidated with hydrogen peroxide in the presence of titanium silicalite catalysts and a polar organic solvent, the process being carried out at a temperature of 20 ° C to the boiling point of the solvent used, under atmospheric pressure , with the molar ratio of methallyl alcohol to hydrogen peroxide from 1: 1 to 5.0: 1 over 30 to 300 minutes. 5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako rozpuszczalnik stosuje się metanol lub etanol w ilości 5-90% wagowych.5. The method according to p. The process of claim 1, wherein the solvent is methanol or ethanol in an amount of 5-90% by weight. 6. Sposób wg zastrz. 1, znamienny tym, że jako katalizator stosuje się syntetyczne sita molekularne typu TS-1 w ilości od 0,1 do 2% wagowych.6. The method according to p. The method of claim 1, characterized in that the catalyst is synthetic molecular sieves of the TS-1 type in an amount of 0.1 to 2% by weight.