191497. lajstromszámú szabadalom • Eljárás dihidro- 4,4-dimetil- 2,3 furándion előállítására
1 191497 2 A találmány tárgya javított eljárás dihidro-4,4- dimetil-2,3-furán-dion előállítására pantolakton klórral és kalcium-oxiddal vízmentes közegben végrehajtott oxidációjával. A dihidro-4,4-dimetil-2,3-furán-dion, amely ketopantolakton néven is ismert, értékes közbenső vegyület az optikailag aktív dihidro-3-hidroxi-4,4- dimetil-2(3H)-furanon szintézisében. Ez a pantolaktonnak is nevezett vegyület az R-( + )-pantoténsav, illetve R-( + )-pantenol előállításának fontos kiindulási vegyülete. A 00 06 156. számú nyilvánosságra hozott európai szabadalmi bejelentésből ismert, hogy a ketopantolakton racém pantolakton szerves fázisban végrehajtott oxidálásával előnyösen előállítható, szilárd kalcium-, bárium- vagy lítium-hipoklorit alkalmazásával. A szilárd hipokloritok - elsősorban a kalciumhipoklorit - üzemi méretekben, oxidálószerként való felhasználása azonban különböző hátrányokkal jár. Az oxidálószert például előzetesen költséges módon - 60-70 °C-on, nagyvákuumban 24 órán át- szárítani kell. A felhasználásra kerülő oxidálószer szennyezéseket, például kalcium-karbonátot és nátrium-kloridot tartalmaz. Ezen felül a művelet optimáliynegvalósításához ismerni kell a kalciumhipoklor* tartalmat, amelynek meghatározása különleges analitikai módszert igényel. Hátrányos továbbá a viszonylag hosszú reakcióidő. Végül a 00 06 156. számú nyilvánosságra hozott európai szabadalmi bejelentésben megadott 75% körüli kitermelés üzemi eljárásnál viszonylag kevés. Megállapítottuk, hogy a dihidro-4,4-dimetil-2,3- furán-diont az eddiginél lényegesen jobb kitermeléssel és lényegesen egyszerűbben állíthatjuk elő dihidro-3-hidroxi-4,4-dimetil-2(3H)-furanont oxidálva szerves oldószerben, ha racém R,S-pantolaktont és klórt tartalmazó szerves fázishoz por alakú, kalcium-oxidot adunk folyamatosan, vízmentes körülmények között. Feltételezhető, hogy az oxidáció nem kalciumhipoklorit - legalábbis nem szilárd kalcium-hipoklorit vagy kalcium-klorid - keletkezése közben megy végbe, mivel a vízmentes kalcium-oxid száraz klórral, szerves oldószerben nem reagál kalciumhipoklörittá vagy kalcium-kloriddá. Mivel ipari méretben a kalcium-hipokloritot klórnak kalciumhidroxid vizes szuszpenziójába való bevezetésével- és ezt követő kisózással - állítják elő, a kalciumhipoklorit keletkezéséhez a kalcium-hidroxid mellett legalább kis mennyiségű víz is szükséges. Ezért meglepő, hogy a találmány szerint az oxidáció egyszerűen végbemegy a rövid, 60-120 perces reakcióidő alatt, enyhe, 20-30 °C-os reakcióhőmérsékleten és nagyon jó, 90% feletti kitermelési értékek érhetők el. A reakciót oxidációval szemben közömbös oldószerben játszatjuk le, például halogénezett szénhidrogénben - így metilén-kloridban vagy kloroformban - aromás szénhidrogénben - így benzolban vagy klór-benzolban - elsősorban acetonitrilben. Az oxidálást célszerűen — 10 °C és 50 °C közötti hőmérsékleten, előnyösen 20-40 ‘C-on hajtjuk végre, általában 0,3-2,0 óra, előnyösen 1-2 óra alatt. Azt tapasztaltuk, hogy általában 1,0 mólegyenérték dihidro-3-hidroxi-4,4-dimetil-2(3H)-furanonhoz 1,2-1,6 mólegyenérték klór és 2,0-4,0 mólegyenérték kalcium-oxid szükséges. A reakcióelegyet szűrés után ismert módon, desztillálással vagy bepárlás utáni kristályosítással dolgozhatjuk fel. Különösen előnyös a ketopantolakton átkristályosítása metil-terc-butil-éterből. Az alábbi példák a találmány szerinti eljárás közelebbi bemutatására szolgálnak. 1. példa Mechanikus keverővei, visszafolyató hűtővel, belső hőmérővel és gázbevezetőcsővel ellátott négynyakú lombikba 32,5 g racém dihidro-3-hidroxi-4.4- dimetil-2(3H)-furanon (R,S-pantolakton) molekulaszitán szárított 300 ml acetonitrillel készült oldatát töltjük. Ebbe az oldatba 0-10 °C-on tömény kénsavas mosópalackon való átvezetéssel szárított 25,0 g klórgázt vezetünk. A gázbevezetőcső eltávolítása után adagoló tölcséren keresztül 60 perc alatt 43,7 g kalcium-oxidot töltünk a lombikba, miközben a belső hőmérsékletet hűtőfürdő segítségével 25 °C-on tartjuk. A hozzáadás befejeztével a reakcióelegyet még 5 percig továbbkeverjük. Ezután a maradékot szűrjük és 100 ml acetonitrillel mossuk, majd a víztiszta, színtelen oldatot rotációs bepárlóban 14 mbar nyomáson és szobahőmérsékleten bepároljuk. 33,3 g színtelen, kristályos tömeget kapunk, 63-65 °C-os olvadásponttal. A dihidro-4,4-dimetil-2,3-furán-dion kitermelését gázkromatográfiás módszerrel, belső standard segítségével határozzuk meg; értéke 28,5 g (89%). Az átalakulatlan kiindulási anyag - dihidro-3-hidroxi-4.4- dimetil-2(3H)-furanon - mennyisége 4,4%. Metil-terc-butil-éterből átkristályosítva 24,0 g ketopantolaktónt kapunk. Olvadáspontja 67- 68 °C. 2. példa Az 1. példa szerinti módon járunk el, de 25 °C helyett 30 °C-on dolgozunk; így 91 %-os kitermeléssel kapjuk a dihidro-4,4-dimetil-2,3-furán-diont. Olvadáspontja 67-68 'C. 3. példa Az 1. példa szerinti módon járunk el, de a kalcium-oxidot 60 perc helyett 120 perc alatt adjuk a reakciókeverékhez; így 95%-os kitermeléssel kapjuk a dihidro-4,4-dimetil-2,3-furán-diont. Olvadáspontja 67-68 °C. Szabadalmi igénypontok 1. Eljárás dihidro-4,4-dimetil-2,3-furán-dion előállítására racém dihidro-3-hidroxi-4,4-dimetil- 2(3H)-furanont közömbös szerves oldószerben oxidálva, azzal jellemezve, hogy egy mólegyenérték racém dihidro-3-hidroxi-4,4-dimetil-2(3H)-fura-5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
