Verfahren zur Herstellung von Grignardreagens
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Grignardroagens, das zur Herstellung anderer chemischer Verbindungen verwendbar ist. Das Verfahren gemäss der Erfind'ung ist dadurch gekennzeichnet, dal3 man in einem Grignardlös.
ungsmittet einen olefiniscben Kohlenwasserstoff der Formel
EMI1.1
mit einem Alkyl-Grignardreagens der Formel R'MgX in Gegenwart einer Halogenverbindnug oder eines Alkoxyds oder Aryloxyds von Titan oder Zirko nium umsetzt, wobei R ein einwertiger organi- scher Rest ist, welche keine mit Verbindun- gen der Formel R'MgX reagierenden Substituen- Substitutenten aufweist, R'ein Alkylrest mit mindestens 2 C Atomen und Wasserstoff im ss-Kohlenstoffatom und X Halogen ist, so dass eine Verbindung entsteht, welche die Reaktion einer Verbindung der Formel RCLH4-MgX besitzt, wobei R und X die obigen Bedeutungen haben.
Grignardreagenzien werden gewöhnlich durch Umsetzung eines organischen Halogenids, z. B. Athylbromid, Propylbromid, Phenylbromid usw., mit Magnesium hergestellt, gewöhnlich in eiem Lösungsmittel, wie Diäthyl- äther, Tetrahydrofuran usw. Die so erhaltenen Grignardreagenzien gehören zu den am vielseitigsten verwend- baren Reagenzien der organischen Chemie. Sie reagieren mit einer graben Zahl von Verbindungen, wie Aldehyden, Ketonen, Kohlendioxyd, Estern, Orthoameisensäureestern, Cyanhalogeniden, Oxyranen, Chlorsilanen usw., unter Bildung von Alkoholen, Acetalen, Nitrilen usw. Diese bekannten Grignardreaktionen sind z.
B. in dem Buch Grignard Reactions of Nonmetallic Sub stancess. von Kharasch und Reinmuth (Prentixe-Hall 1954) beschrieben. Das nach dem erf. ndungsgemässen Verfahren hergestellte Grignardreagens ist zu all den Reaktionen der in üblicher Weise hergestellten Grignardreagenzien fähig und ermöglicht daher die Herstellung von VerbindUngen (Alkoholen, Säuren, Aldehyden usw.), welche die RC2H4-Gruppe aufweisen, wobei R die gleiche Bedeutung hat wie oben.
Bisher bestand eine Begrenzung der Verwendbarkeit von Grignardreagenzien darin, dass die zur Herstellung dieser Reagenzien erforderlichen organischen Halo genide nicht immer leicht zugänglich waren. Ausserdem ist es gelegentlich schwierig, das Grignardreagens direkt durch Umsetzung des organischen Halogenids mit Magnesium zu erhalten, selbst wenn das Halogenid erhältlich ist.
Es wäre daher ausserordentlich wünschens- wert, wenn man leicht erhältliche und billige Alkylhalogenide, wie Athylbromid oder Propylbromid, verwenden könnte, die leicht Grignardreagenzien bilden, und wenn man diese Grignardreaganzien mit leicht erhältlichen Olefinen umsetzen könnte, so dass neue Grignardreagenzien entstehen, die nach den bekannten Methoden nicht leicht erhältlich sind.
Die Erfindung soll nun die Herstellung von Grignardreagenzien aus leicht zugänglichen Ausgangsstoffen ermöglichen, wobei der organische Teil des Grignardreagens sich von leicht erhältlichen Zusammensetzungen ableitet, die in Form ihres Halogenids nicht so leicht oder so billig erhältlich sind.
Das erfindungsgemässe Verfahren ermöglicht die Herstellung von vielseitig verwendbaren Grignardreagenzien aus leicht erhältlichen Ausgangsstoffen mit guter Ausbeute und mit minimalen Regelungsschwierig- keiten.
Für das erfindungsgemässe Verfahren können auch langkettige Olefine verwendet werden, die neuerdings leicht zugänglich und billig geworden sind.
In der folgenden Beschreibung werden folgende Definitionen verwendet : Der Ausdruck Grignard lösungsmitteb soll die flüssigen Medien umfassen, die zur Herstellung von Grignardreagenzien verwendet werden. Als Beispiele für Grignardlösungsmittel seien fol gende Stoffe genannt : Dialkyläther, z.
B. Dimethyläther, Diäthyläther, Dipropyläther, Methyläthyläther, Diisopropyläther, Äthylbutyläther usw., cyclische sauerstoff- haltige aliphatische Verbindungen, wie Tetrahydrofuran, Dioxan usw., Alkylaryläther, wie Anisol, Phenetol usw., die Cellosolven, wie der Dimethyläther von Athylen- glycol, der Dibutyläther von Athylenglycol usw., die Diäthyläther von Diäthylenglycol, Pyridin usw.
Geeignete Halogenverbindungen von Titan und Zirkonium sind nicht nur die anorganischen Halogenide dieser beiden Metalle (einschliesslich der Oxyhalogenide, wie Oxychloride), sondern auch die Halogenide dieser Metalle, bei welchen organische Reste direkt mit den Titan- oder Zirkonatomen verbunden sind. Geeignete Alkoxyde bzw. Aryloxde von Titan und Zirkonium sind nicht nur solche Verbindungen, bei welchen diese Organoxyde die einzigen indirekt mit den Zirkon-und Titanatomen verbundenen Gruppen sind, sondern auch solche Titan-bzw. Zirkonalkoxyde bzw. Aryloxyde, die ausserdem direkt am Titan und Zirkonium hängende organische Gruppen besitzen.
Es können sowohl poly- meire als auch monomere Titan-bzw. Zirkoniumver- bindungen der genannten Arten verwendet werden.
Der einwertige organische Rest R enthält keine mit Verbindungen der Formel R'MgX reagierenden Substituenten. Vorzugsweise sind disse Substituenten unter allen Reaktionsbedingungen praktisch inert. Man sollte daher alle solche organischen Reste als R-Gruppen vermeiden, die Substituenten, wie Carboxy-, Keto-, Nitro-, primäre oder sekundäre Aminogruppen usw., enthalten.
Beispiele für R sind : Alkylreste einschliesslich von Cycloalkylresten, wie Methyl, Athyl, Propyl, Isopropyl, Butyl, Hexyl, Decyl, Dodecyl, Cyclopentyl, Cyclohexyl usw., Arylreste, wie Phenyl, Naphthyl, Biphenyl usw., Alkarylreste, wie Tolyl, Xylyl, Äthylphenyl usw., Arylalkylreste, wie Benzyl, Phenyl, Äthyl usw., Alkenylreste, wie Vinyl, Allyl, Crotyl, Cyclohexenyl, Cyclopentyl usw. Ausser den oben genannten Gruppen kann R auch eine dieser Gruppen sein, die ausserdem durch andere Substituenten substituiert ist, wobei ein oder mehrere der Wasserstoffatome der vorgenannten Gruppen durch Atome oder Gruppen substituiert sind, z.
B. aliphatische Gruppen, wie Methyl, Athyl, Vinyl, Propyl, Propenyl, Butyl, Amyl, Hexyl, Octyl, usw., sowie Isomere und Homologe derselben, Alkoxygruppen, wie Methoxy, Athoxy, Vinyloxy, Propaxy, Propenoxy, Butoxy usw., sowie Isomere und Homologe derselben, Halogenatome und halogensubstituierte Reste, wie Chlor, Fluor, Brom, Bromtolyl, Chlorbromnaphthyl, ss-Chlor- äthyl, p-Chlorphenyl, Tetrachlorphenyl, Bromtolyl, Methoxyphenyl, Phenoxyphenyl usw., sowie Isomere und Homologe derselben, Aryloxygruppen, wie Phenoxy, Tolyloxy, Xylyloxy, Chlorphenoxy, Chlornaphthoxy usw., sowie Isomere und Homologe derselben, und dergleichen. R kann auch ein Organosilylrest sein, z. B.
Trimethylsilyl, Triphenylsilyl, oder ein Trimethylsiloxy- rest, ein Pyridilrest, eine Organomercaptogruppe, z. B.
Methylmerca, pto (CHiS-), Phenylmereapto (CoH5S-), usw.
Spezielle Beispiele für Verbindungen der Formel
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si, :
Propylen, l-Buten, 3-Methylbuten-l, Isopropen, 1 Penten, 1-Hexen, 1-Dodecen, 3-Methyl-l-penten, Vinylcyclohenxan, 4-Vinylcyclohexen, Allymethylsulfid, Allylbenzol, Styrol, Butadien, m-Chlorstyrol, p-Methylstyrol, 4-Chlor-l-hexen, 2-Methyl-1, 5-hexadien, Allylphenyl äther, 5, 5, 5-Trifluor-l-penten, 3-Vinylthiophen, 4- Vinylpyridin, Vinylthioäthyläther, Allyltrimethylsilan, Vinyltriphenylsilan, Vinylheptamethylcyclotetrasiloxan usw., p-B, romstyrol, p-Methoxystyrol (einschlieef31'ich seier Isomeren und Homologen), Phenoxystyrol (einschliesslich seiner Isomeren und Homologen).
R' in der obigen Formel ist ein Alkylrest mit mindestens 2 und vorzugsweise 2 bis 6C-Atomen, z. B. Athyl, Propyl, Isopropyl, Butyl, Amyl, Hexyl, 2-Athylhexyl usw.
Grignardreagenzien, die der Formel R'MgX entsprechen und für das Verfahren verwendet werden können sind z. B. : Athylmagnesiumbromid, n-Propylmagne siumbromid, n-Propylmagnesiumchlorid, Isopropylma- gnsiumchlorid, 1-Butylmagnesiumbromid, 3-Amylmagnesiumbromid usw.
Für das Verfahren als Katalysatoren verwendbare Titanhalogenidie, Zirkonhalogenide, Titanalkoxyde, Titana. ryloxyde, Zirkonalkoxyde und Zirkonaryloxyde sind z. B. : Tìtantetrachlorid, Titanbetrabromid, Titantetrajodid, Zirkontetrachlorid, Zirkontetrafluorid, Zirkontetrajodid, Zirkonoxychloird, Zirkonsoxybromid, Äthyltitantrichlorid, monomere Titanate und monomere Zirkonate der Formeln RmTi (OR) 4 m und RmZr (OR) 4 m, wobei R die obige Bedeutung besitzt und gleiche oder verschiedene Reste darstellen kann, und wobei m eine ganze Zahl von Null bis einschliesslich drei ist.
Beispiele solcher Titanate und Zirkonate sind: Tetraälthyltitanat, Tetraäthylizirkonat, Tetrabutyltitanat, Tetrapropylzirkonat, Phenyltriisopropyltitanat, Tetraphenyltitanat, Tetra phenylzirkonat, Methyltriäthoxytitan der Formel CH3Ti (COoH5) 3, Diphenyldiisopropoxytitan, Phenyltriisopropoxytiten, Diphenyldiäthoxytitan der Formel (C0H5) sTi (OC2H5) 2, Tributyläthylzirkonat, Phenyltriäthylzirkonat, Dicyclopentadienyltitandichlorid usw. Polymere Titanate und Zirkonate, bei denen einige oder alle Valenzen durch Organoxygruppen substituiert sind, können ebenfalls verwendet werden. Als Beispiele für derartige Stoffe seien z. B. genannt : Polyäthyltitanat der Formel
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worin n eine ganze Zahl grösser als 1 und z.
B. 5 bis 1000 oder mehr ist, Polybutyltitanat, Polyäthylzirkonat usw. Die polymeren Titanate und Zirkonate können verzweigte Ketten besitzen. Diese polymeren Stoffe können organsiche Reste aufweisen, die direkt über Kohlenstofftitan-od'er Kohlenstoffzirkon-Brücken mit dem Titan bzw. Zirkon verbunden sind. Als Beispiele für Stoffe der zuletzt genannten Gruppe können Polymere erwähnt werden, welche die Gruppe
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enthalten.
Viele Polytitanate und Polyzirkonate und insbesondere die linearen Verbindungen dieser Art können endstän- dige Hydroxylgruppen besitzen, die mit Titan oder Zirkon verbunden sind.
Das erfindungsgemässe Verfahren kann relativ einfach und z. B. wie folgt durchgeführt werden : Nach Herstellung des üblichen Grignardreagens der Formel R'MgX im Grignardlösungsmittel wird vorzugsweise die Olefinverbindung zugesetzt und die Reaktionsmischung unter Raumtemperatur gekühlt, z. B. auf-5 bis 15 C.
Danach wird eine kleine Menge des Titan-oder Zirkonkatalysators (im folgenden als Katalysator bezeichnet) zugesetzt und die Mischung der Komponenten auf Raumtemperatur gebracht, oder bis auf 200 C erhitzt. Im allgemeinen ist ein Erhitzen der Mischung der Komponenten auf Rückflusstemperatur bei gleichzeitigem Rühren für die Durchführung der Reaktion geeignet. Durch Verwendung von Lösungsmitteln mit höheren Siede- punkten oder durch Überdruck können auch höhere Temperaturen erzielt werden. Die Dauer der Erhitzung kann verändert werden, z. B. in Abhängigkeit von Faktoren, wie der Art des verwendeten Olefins und Grignardreagens der Katalysatorkonzentration usw. Gewöhnlich ist die Reaktion nach einem Zeitraum von 15 Minuten bis 20 Stunden beendet.
Danach kann das neue Grignardreagens, das sich immer noch in Lösung im Grignardlösungsmittel befindet und durch Reaktion der Olefinverbindung mit dem gewöhnlichen Grignardreagens erhalten wurde, mit verschiedenen Stoffen behandelt werden, so dass ein Endprodukt entsteht, wie es üblicherweise mittels der Grignardreaktion erhalten wird.
Im allgemeinen stellt die Reaktion zwischen dem üblichen Grignardreagens und der Olefinverbindung eine Austauschreaktion dar, bei welcher die Olefinverbindung die Alkylgruppe des Grignardreagens ersetzt. Dabei kommt die Verbindung mit dem Magnesiumatom meist über das endständige Kohlenstoffatom der olefinisch ungesättigten Komponente zustande. In einigen Fällen kann diese Bindung über das -Kohlenstoffatom der olefinischen Gruppe erfolgen, insbesondere wenn eine aromatisch substituierte Olefinverbindung verwendet wird.
Für den Mechanismus, nach welchem die neuen Grignardreagenzien aus der Olefinverbindung hergestellt werden ; sind die folgenden Gleichungen beispielhaft, welche die Reaktion von Penten-l mit einem Grignardreagens, nämlich Magnesiumbromid, unter Verwendung von Titantetrachlorid als Katalysator darstellen.
Die folgenden Gleichungen zeigen nicht nur die Art der Bindung über das olefinische C-Atom, sondern auch die Produkte, die als Ergebnis einer weiteren Behandlung des neuen Grignardreagens mit den zur Herstellung von Stoffen, wie Alkanen, Alkoholen, Estern, Säuren usw. normalerweise verwendeten Reaktionskomponenten entstehen :
EMI3.2
CHCH2CH2CH=CH2 <SEP> C2HsMgBr <SEP> CH3CH2CH2CH2CH2MgBr <SEP> + <SEP> C2H4
<tb> <SEP> TiCl4
<tb> <SEP> H20 <SEP> n > Pentan
<tb> CH3 <SEP> (CH2) <SEP> 4MgBr <SEP> CH20 <SEP> n-H, <SEP> exanol
<tb> <SEP> CH3CHO <SEP> n-Heptanol-2
<tb>
Natürlich können oben angegebene Reaktionsbe dingungen derart abgeändert werden, dass das im Grignardlösungsmittel gelöste normale Grignardreagens mit dem Katalysator gemischt wird.
Danach wird das Olefin zugegeben, worauf die Reaktionsmischung auf eine Temperatur erhitzt wird, welche zur Umwandlung des normalen Grignardreagens in das gewünschte Grignardderivat, welches sich von der in der Reaktionsmischung verwendeten Olefinverbindung ableitet, geeignet ist.
Die Katatysatonne. nge kann innerhalb weiter Gnenzen verändert werden. Im allgemeinen können schon Spurenmenge, n lauch alls KataJysatormlischungen) lz. B. 0, 1 Gew. % oder aber grössere Mengen bis 15 Gew. % oder mehr, verwendet werden, bezogen auf das errechnete Gewicht des als Ausgangsverbindung verwendete Grignardreagens. Übermässige Katalysatormengen ergeben jedoch keine besonderen Vorteile. Das nach dem erfindungsgemassen Verfahren hergestellte Grignardreagens kann in bekannter Weise mit verschiedenen Reaktionskomponenten zu einem gewünschten Endprodukt umgesetzt werden. So kann durch Reaktion des Grignardreagens mit Aldehyden, wie Formaldehyd, Acebaldehyd usw. ein entsprechender Alkohol erhalten werden.
Durch Umsetzen des Grignardreagens mit Koh lendioxyd erhält man Säuren. Durch Zusatz eines Ketons, z. B. Aceton, Methyl-Athylketon, Dibutylketon usw. erhält man einen Alkohol. Der Zusatz eines organischen Orthokohlensäureesters, z. B. Athylorthokohlensäure- ester, Propylorthokohlensäureaster usw. zu dem neu ge bildeten Grignardreagens ergibt Acetale. Die Reaktionen zwischen dem neu gebildeten Grignardreagens und den obigen anderen Reaktionskomponenten zur Bildung der gewünschten Endprodukte sind bekannt und in dem oben erwähnten Buch von Kharasch und Reinmuth beschrieben. In den folgenden Beispielen sind alle Teile Gewichtsteile.
Das in den Beispielen verwendete n-Propylgrignardreagens kann wie folgt hergestellt werden : Eine Lösung von ungefähr 135 Teilen n-Propylbromid in ungefähr 71 Teilen Diäthyläther wird innerhalb von ungefähr 30 Minuten zu 34, 3 Teilen Magnesium in 142 Teilen Ather zugegeben, die in einem mit Rührer, Tropftrichtern und Rüclrflusskühler versehenen Reaktions- gefäss vorgelegt sind. Der Rückflusskühler ist mit einer Trockeneisfalle verbunden, die durch eine Stickstoff- umleitung geschützt ist. Die Mischung wird dann in Eis gekühlt.
Das Grignardreagens der Formel CHgCHsCHs-MgBr in Äther wird in vielen der folgenden Beispiele für die Reaktion mit den verschiedenen Olefinen unter Verwendung des Titan-oder Zirkonkatalysators verwendet.
Die anderen unter erwähnten Grignardreagenzien können in gleicher oder ähnlicher Weise hergestellt werden.
Beispiel 1
Grignardreagens wurde aus 0, 1 Mol n-Propylbromid und 0, 1 Mol Magnesium in 40 m : t Diäthyläther herge- stellt und mit 13, 4 g (0, 1 Mol) p-Methoxystyrol vereinigt.
Die Lösung wurde auf 0 C gekühlt. Dann wurd'en 0, 4 ml Titantetrachlorid zugesetzt und die Mischung 2 Stunden auf Rückflusstemperatur erhitzt, wieder auf 0 C gekühlt und mit einer zweiten Portion von 0, 1 ml Titantetrachlorid versetzt. Nach dieser Zugabe wurde die Mischung wieder 16 Stunden auf Rückflusstemperatur erhitzt und dann -13 C abgekühlt. Dann wurde trockenes Kohlendioxyd in solchem Masse zugeführt, dass die Temperatur auf ungefähr-5 C blieb. Nach einer Stunde fiel die Temperatur auf-13 C und stieg nicht mehr an, wenn die C02-Zufuhr verstärkt wurde.
Das Magnesiumsalz wurde durch Zugabe von Eis und 20 % iger Schwefelsäure zersetzt. Die Atherschicht wurde getrennt und die wässrige Phase erneut mit Ather ausge zogen. Die vereinigten Atherextrakte wurden mit
25 o iger wässriger NaOH-Lösung extrahiert, die wässrige
Phase abgetrennt und mit konzentrierter HC1 angesäuert.
Die sich abtrennende Flüssigkeit wurde entfernt, die nvässrige Phase mit Benzol ausgezogen und die Benzol lösung zur vorher abgetrennten organischen Flüssigkeit zugegeben. Nach dem Trocknen wurde die Mischung bei atmosphärischem Druck zur Entfernung des Benzols und anderer flüchtiger Komponenten destilliert. Nach dem Abtreiben im Vakuum blieben 8, 6 g eines braunen Ols mit einem Neutraläquivalent von 194 zurück, das p-Methoxyhydratropinsäure enthielt. Das 0l wurde mit
500 ml Wasser unter Rückfluss gekocht und mit Aktiv kohle behandelt. Nach Abkühlen des Filtrats wurden farblose Kristalle erhalten, die zwischen 54 und 56 C schmelzen.
Der Rückstand wurde mit 500 ml kochendem
Wasser extrahiert, worauf man eine zweite Menge der kristallinen Säure mit Fp. 54 bis 56 C erhielt. Durch Umkristallisieren beider Kristallmischungen aus einer
Benzol-Petroläthermischung erhält man reine p-Meth oxyhydratropinsäure, Fp. 55, 5 bis 56 C. Der Schmelz- punkt einer Mischung dieses Stoffs mit einer in anderer Weise hergestellten p-Methoxyhydratropinsäure-Probe wurde nicht vermindert.
Beispiel 2
Zu einem Grignardreagens, das aus 0, 5 Mol n Propylbromid in 200 ml Ather hergestellt worden war, wurden 55 g (0, 5 Mol) Vinylcyclohexan zugegeben. Die Losung wurde auf 0 C gekühlt, mit 1, 05 ml Titantetrachlorid versetzt und die Mischung 2 Stunden zum Rückfluss erhitzt. Die Mischung wurde dann auf 0 C gekühlt, mit 0, 45 ml Titantetrachlorid versetzt und die Mischung 16 Stunden auf JRückfluss erhitzt. Man erhält die Grignardverbindung des Vinylcyclohexans. Nach Verdünnen der Reaktionsmischung mit 200 ml Äthyl äther wurde die Mischung auf-13 C gekühlt und trockenes Kohlendioxyd, ähnlich wie in Beispiel 1 zugeführt.
Das Magnesiumsalz wurde durch Zusatz von Eis und 20 % iger Schwefelsäure zersetzt. Die Atherschicht wurde abgetrennt und die wässrige Phase mit Ather extrahiert. Die vereinigten Atherextrakte wurden mit 25 % iger wässriger Natriumhydroxydlösung extra- hiert, die wässrige Phase abgetrennt und mit konzen- trierter Salzsäure angesäuert. Es schied sich ein gelbes 01 ab, das abgezogen wurde. Die wässrige Phase wurde mit 15 ml Benzol ausgezogen, die Benzollösung zu dem gelben 01, zugesetzt und über wassorfreiem Magnesiumsulfat getrocknet.
Die Destillation ergab 38, 2 g ss-Cyclo- hexylpropionsäure, Kp. 114 bis 115 C/1, 5 mm, n2D
1, 4647. Die Säure hatte ein Neutraläquivalent von 158, verglichen mit einem theoretischen Wert von 156.
BBdspiel 3
0, 5 Mol n-Propylmagnesiumbromid in 500 ml Di äthyläther wurden bei 0 C mit 56 g 1-Octen (0, 5 Mol) und 1, 5 ml Titantetrachlorid versetzt. Die Mischung wurde 24 Stunden auf Rückflusstemperatur erhitzt. Man erhält das von 1-Octen abgeleitete Grignardreagens.
25 ml dieses Stoffs wurden mit 15 g Eis und 5 ml Salzsäure hydrolysiert. Man erhält Octan in einer Ausbeute von 58, 2%.
Beispiel 4
Eine Lösung aus 0, 175 Mol n-Propylmagnesium- bromid, 0, 25 ml Titantetrachlorid und 9, 8 g l-Octen wurde 30 Stunden auf Rückfluss erhitzt, wobei die Grignardverbindung von 1-Octen entstand. Die Mi schung der Komponenten wurde auf 0 C gekühlt und mit 0, 25 Mol Triäthylorthoameisensäure versetzt. Die Mischung wurde dann 60 Stunden auf Rückflusstempe- ratur erhitzt, der Diäthyläther abdekantiert und der zurückbleibende Feststoff zweimal mit 50 ml Athyl äther gewaschen. Die Destillation der Atherlösung ergab
7,3 g Pelargondiäthylacetal, Kp. 64 bis 66 C/25 mm, nD20 1,4219.
Beispiel 5
Zu einem aus 0, 5 Mol n-Propylbromid in 200 ml Diäthyläther hergestellten Grignardreagens wurden 42 g (0, 5 Mol) l-Hexen zugegeben. Die Lösung wurde auf
0 C gekühlt, mit 1, 05 ml Titantetrachlorid versetzt und die Mischung 2 Stunden unter Rückfluss gekocht.
Die Mischung wurde wieder auf 0 C gekühlt, mit
0, 45 ml Titantetracholrid versetzt und weitere 16 Stunden unter Rückfluss gekocht. Nach Beendigung dieser
Zeitspanne wurde das neu gebildete 1-Hexen-Grignard- reaktionsprod'ukt bei ungefähr 0 C mit 73, 5 g (0, 75
Mol) Cyclohexanon versetzt, nachdem die Mischung vor- her 1 Stunde bei Raumtemperatur gerührt worden war.
Das Magnesiumsalz wurde durch Zugabe von Am moniumchlorid zersetzt. Die Destillation der Ather schicht ergab 21, 45 g l-Hexylcyclohexanol, Kp. 114 bis 116 C4 mm, nD 1, 4665.
Beispel 6
Zu 0, 5 Mol n-Propylmagnesiumbromid in 400 ml Ather wurden bei ungefähr 0 C 56 g (0, 5 Mol) 1-Octen und-1, 5 ml Titantetrachlorid zugegeben. Die Mischung wurde gerührt, 18 Stunden unter Rückfluss erhitzt und ergab die von 1-Octen abgeleitete Grignardverbindung.
Die Reaktionsmischung wurde gekühlt und ein Strom von trockenem Kohlendioxyd in solchem Masse über die Oberfläche der Mischhung geführt, dass die Tempera tur unter-5 C blieb. Nach Beendigung der Reaktion unter Bildung von Pelargonsäure wurde die Temperatur des Systems auf-20 C gesenkt und Methanol zur Veresterung in solchem Masse zugesetzt, dass die Tempera tur zwischen-20 und-30 C blieb. Nach Zugabe des Methanols wurde trockener Chlorwasserstoff in das Rcaktionsgefäss eingeleitet, die Reaktionsmischung 21/2 Stunden gerührt, in 600 g Eis gegossen, die Atherphase abgetrennt und die wässrige Schicht mit Ather ausgezogen. Nach dem Trocknen wurde das organische Material destilliert.
Man erhält 34, 3 g Methylpelargonat, Kp. 97 bis 99 C/12 mm n 1, 4205.
Beispiel 7
Zu 1, 0 Mol n-Propylmagnesiumbromid in 800 ml Diäthyläther mit einer Temperatur von 0 C wurden 108 g (1 Mol) 4-Vinylcyclohexen und 3, 2 ml Titantetrachlorid zugegeben. Die Mischung wurde 18 Stunden auf Rückflusstemperatur gehalten, wobei sich die Grignardverbindnug von Cyclohexen bildet. Darauf wurde auf-10 C gekühlt. Trockenes Kohlendioxyd wurde in solchem Masse auf die Oberfläche der Reak tionsmischung gebracht, dal3 die Temperatur unter 5 C blieb. Sobald diel Verstärkung des Kohlendioxydstroms die Temperatur nicht mehr erhöhte, wurde die Kohlendioxydzugabe beendet.
Nun wurde 1, 0 Liter 25 vol. % ige wässrige Schwefelsäure-zugesetzt. Nach 30 Minuten Rühren wurde die Atherphase abgetrennt und, die wässrige Schicht zweimal mit 75 ml Äther ausgezogen.
Die Ätherschichten wurden vereinigt und dreimal mit insgesamt 350 ml 25%igem natriumhydroxyd ausgezogen. Nach jeder Extraktion wurde genügend Wasser zur Lösung der gebildeten Seife zugegeben. Der wässrige basische Extrakt wurde zum Sieden erhitzt. Es wurde eine solche Menge abdestilliert, dass sich das Volumen. um 10 % verringerte. Dann wurde die Flüssigkeit gekühlt und mit konzentrierter Salzsäure versetzt, bis die wässrige Phase kongosauer war, Die organische Schicht wurde d'ann abgetrennt und die wässrige Schicht mit 50-ml-Portionen ausgezogen. Das gesamte organische Material wurde vereinigt und über wasserfreiem Magne siumsulfat getrocknet. Nach Abdestillieren des Chloroforms wurde der Rückstand fraktioniert.
Man erhält 44 g ss-(#3-Cyclohexenyl)-propionsäure der Formel
EMI5.1
Kp.99bis102 C/0, 2 mm, Fp. 31 bis 32u C, n", 1, 4732.. Die Analyse dieser Verbindnug zeigte, dass sie 69, 8 % Kohlenstoff und 9, 3 % Wasserstoff enthielt, ver glichen mit den theoretischen Werten von 70, 1 % Kohlen- stoff und-. 9, 2 % Wasserstoff.
Beispiel 8
Grignardreagens wurde aus 0a5 Mol n-Propylbromid in 200 ml Biäthyläther hergestellt. Es wurden 45 g 1-Penten (oder n-Penten) zugegeben und die Lösung auf 0 C geküht. Nach Zugabe von 3, 9 g Isopropyltetra- titanat [(C3H7O) 4Ti] wurde die Mischung 16 Stunden auf Rückflusstemperatur erhitzt, wobei sich die Grignardverbindung von l-Penten bildet. Dann wurden 200 ml Athyläther zugesetzt, die Mischung mit 20 g Formal dehyd behandelt und das Produkt durch Zersetzen der Mischung mittels Zugabe von Eis und 20 iger wässriger Schwefelsäure isoliert. Nach der Dampfdestillation wurde die organische Schicht abgetrennt und destilliert.
Man erhält 11, 8 g 1-Hexanol, Kp. 87 C/49 mm, nD20 1, 4182.
Das folgende Beispiel zeigt die Wirkung des Weglassens des Katalysators aus der in Beispiel 8 beschrie- benen Reaktion von Olefinverbindung mit Grignardreagens.
Beispiel 9
Grignardreagens, das aus 0, 5 Mol n-Propylbromid und 0, 55 Mol Magnesium in 200 ml Ather hergestellt worden war, wurde 18 Stunden mit 45 g l-Penten unter Rückfluss gekocht. Die Mischung wurde mit Formaldehyd versetzt, mit Eis und Schwefelsäure zersetzt und ähnlich wie in einem vorigen Beispiel mit Dampf destilliert. Die organische Phase des Destillates wurde abgetrennt, getrocknet und destilliert. Man erhält n-Butylalkohol. Die Analyse des Rohprodukts und des Destilla- tionsrückstandes zeigte kein n-Hexanol.
Beispiel 10
Aus 0, 5 Mol n-Propylbromid in 400 ml Diäthyl- äther wurde ein Grignardreagens hergestellt. Das Grignardreagens wurde mit ungefähr 45 g 1-Penten versetzt und die Lösung auf 0 C gekühlt. Nach Zugabe von 3, 34 g Dicyclopentadienyltitandichlorid wurde die Mischung 12 Stunden auf Rückflusstemperatur erhitzt, (wobei eine neue, von 1-Fenten abgeleitete Grignardverbindung entsteht), dann mit Formaldehyd umgesetzt und das Reaktionsprodukt wie in Beispiel 8 isoliert.
Die fraktionierte Destillation ergab 10, 2 g 1-Hexanol, Kp. 90 C/50 mm, nD20 1, 4182.
Beispiel 11
Aus 0, 5 Mol n-Propylbromid in 200 ml Diäthyläther wurde ein Grignardreagens hergestellt. 45 g 1-Penten wurden zugegeben und die Lösung auf 0 C gekühlt.
Nun wurden 3, 3 g Zirkontetrachlorid zugegeben und die Mischung 16 Stunden auf Rückflusstemperatur erhitzt, wobei das Grignardderivat von-l-Penten entsteht.
Dann wurde die Mischung mit 200 ml Diäthyläther versetzt, auf 0 C gekühlt. Dann wurden ungefähr 20 g Formaldehyd mit einem langsamen Stickstoffstrom eingeführt. Die Mischung wurde durch Zugabe von Eis und 20 igerwässrigerSchwefelsäurezersetzt. Nach der Dampfdestillation wurde die organische Schicht abge- trennt und destilliert. Man erhält 14,4 g 1-Hexanol, Kp. 85 C/45 mm, nD20 1,4186.
Beispiel-12
Zu einem Grignardreagens, das aus 0, 1 Mol Magnesium und 0, 1 Mol Isopropylbromid in 50 ml Diäthyl- äther hergestellt worden war, wurden bei 0 C 2, 2 X 10-3 Mol Titantetrachlorid und 0, 1 Mol 1-Penten zugegeben. Die Reaktionsmischung wurde 18 Stunden auf Rückflu13temperatur erhitzt, wobei sich ein neues von l-Penten abgeleitete Grignardreagens der Formel CH3 (CH2)4-MgBr bildet.
Die Reaktionsmischung wurde dan, mit 5 g Ammoniumchlorid in 15 ml Wasser hydroli siert. Nach Waschen des festen Reaktionsrückstandes mit 25 ml Diäthyläther wurde das Produkt über Magne siumsulfat getrocknet. Die Analyse dieses Materials zeigte, dass n-Pentan in guter Ausbeute entstanden war.
Wenn die oben beschriebene Reaktion mit der Änderung durchgefuhrt wird, dass zur Herstellung des ursprünglichen Grignardreagens n-Propylbromid anstelle von Isopropylbromid verwendet wird, erhält man ähnliche Er gebnisse, jedoch mit einer etwas besseren Ausbeute an n-Pentan.
Beispiel 13
Zu einem Grignardreagens, das aus 0, 5 Mol n Propylbromid in 200 ml Diäthyläther hergestellt worden war, wurden 42 g (0, 5 Mol) 4-Methyl-l-penten zugege- ben. Die Lösung wurde auf 0 C gekühlt, mit 1, 05 ml Titantetrachlorid versetzt, 2 Stunden auf Rückflusstemperatur erhitzt und wieder auf 0 C gekühlt. Nach Zugabe einer zweiten Portion von 0, 35 ml Titantetra- chlorid wurde die Mischung 16 Stunden unter Rück- fluss gekocht, wobei sich das neue Grignardderivat des genannten Pentens bildete.
Die Reaktionsmischung wurde wieder auf 0 Cgekühltund innerhalb einer Stunde mit einer Lösung aus 28 ml Acetaldehyd in 50 ml Diäthyl- äther versetzt. Da die Mischung immer noch Anzeichne darauf hin aufwies, dass noch nicht umgesetztes Grignardreagens vorhanden war, wurde eine Lösung aus 5 ml Acetaldehyd in 25 ml Diäthyläther zugesetzt und die Mischung bei Raumtemperatur (ungefähr 22 C) weitere
10 Minuten gerührt.
Dann wurde die Reaktionsmischung durch Zugabe von Ammonchloridlösung zersetzt. Die Atherschicht wurde abgetrennt und destilliert. Man erhält 24, 2 g 6-Methyl-2-heptanol, Kp. 82 bis 85 C/22 mm, ng
1, 4248.
Beispiel 14
Aus 0, 5 Mol n-Propylbromid und 0, 55 Mol Magnesium in 200 ml Diäthyläther wurde ein Grignardreagens hergestellt. Dieses Grignardreagens wurde mit 59 g (0, 5 Mol) Allylbenzol versetzt, die Lösung auf 0 C gekühlt und mit 1 ml Titantetrachlorid versetzt. Die Mischung wurde 16 Stunden auf Rückflusstemperatur erhitzt, wobei sich die neue, von Allylbenzol abgeleitete Grignardverbindung bildet. Die Reaktionsmischung wurde gakühlt und wie in vorangehenden Beispielen mit trockenem Kohlendioxyd behandelt. Die Mischung wurde mit 25% iger wässriger Schwefelsäure versetzt und mit Diäthyläther ausgezogen. Die Sitherlösung wurde ihrerseits mit 25 % iger wässriger Natriumhydroxydlösung ausgezogen.
Nach kurzzeitigem Kochen zur Entfernung flüchtiger organischer Verbindungen wurde die Natrium hydroxydlösung gekühlt und mit 36% iger Salzsäure angesäuert. Die Mischung wurde mit Diäthyläther ausgezogen und der Ather bei 50 C verdampft. Beim Abkühlen erhält man 50, 9 g wachsartige Platten aus ss-Phenylbuttersäure. Die Umkristallisation der wachsartigen Platten aus Wasser ergab die reine Säure, Fp. 50, 5 bis 51 C. Das Neutraläquivalent betrug 166, verglichen mit einem theoretischen Wert von 164.
Beispiel 15
Zu 1, 0 Mol n-Propylmagnesiumbromid in 800 ml Athyläther wurden bei 0 C 108 g (1, 0 Mol) 4-Vinyl- cyclohexen und 3, 0 ml Titantetrachloxnd zugegeben.
Die Reaktionsmischung wurde 16 Stunden unter Rückfluss gekocht, dann auf 0 C gekühlt und ein trockener Luftstrom eine Stunde über die Oberfläche der gerührten Mischung geleitet. Die Luft wurde dann während d weiterer 11/2 Stunden durch Sauerstoff ersetzt. Nach Ende dieser Zeitspanne wurde die Reaktionsmischung in 800 ml Wasser gegossen, das 100 ml Salzsäure enthielt. Die wässrige Phase wurde mit insgesamt 600 ml Äthyläther ausgazogen. Nach Trocknen über Magnesiumsulfat wurde das Produkt destilliert. Man erhält 50 g ss(#3-Cyclohexenyl)-äthanol, Kp. 92 bis 94 C/4 mm, nD20 1,4835.
Beispiel 16
Eine Lösung aus 0, 5 Mol 3-Amylmagnesiumbromid in 400 ml Athyläther wurde auf 0 C gekühlt und mit 56 g 1-Octen versetzt, worauf 1, 5 ml Titantetrachlorid zugegeben wurden. Nach 16 Stunden Kochen unter Rückfluss wurde die Mischung auf 0 C gekühlt und innerhalb 20 Minuten mit 29 g Aceton versetzt. Das Reaktionsgemisch wurde dann 2 Stunden bei Raum- temperatur gerührt. Nach Hydrolyse mit 30 ml Wasser und 55 g Ammonchlorid wurde der Äther abdekantiert und der Rückstand mit weiteren 200 ml Ather gewaschen. Die Destillation ergab 2-Methyldecanol-2, Kp. 82 bis 83 C/1 mm, n2r0, 1, 4380.
Beispiel 17
52 g (0, 5 Mol) Styrol wurden dem Grignardreagens zugesetzt, das aus 0, 5 Mol n-Propylbromid und 0, 55 Mol Magnesium in 200 ml Diäthyläther hergestellt worden war. Die Lösung wurde auf 0 C gekühlt, mit 1, 05 ml Titantetrachlorid versetzt, die Mischung dann gerührt und 2 Stunden auf Rückflusstemperatur erhitzt. Nach Abkühlen der Mischung und Zugabe von 0, 45 ml Titantetrachlorid wurde weitere 16 Stunden unter Rückfluss erh, itzt. Dann wurde die Mischung mit 200 ml Diäthyl- äther verdünnt, auf-13 C gekühlt und mit Kohlen- dioxyd wie in vorangehenden Beispielen behandelt.
Die Mischung wurde mit Schwefelsäure zersetzt und die organische Schicht abgetrennt. Die wässrige Phase wurde mit Diäthyläther extrahiert und der Atherextrakt mit der vorher erhaltenen organischen Schicht vereint. Die Ätherlösung wurde mit 25 o iger wässriger Natriumhydroxydlösung ausgezogen. Die Natriumhydroxydlösung wurde zur Entfernung flüchtiger organischer Verbindungen erhitzt, abgekühlt und mit konzentrierter Salzsäure angessäuert. Die Mischung wurde mit Diäthyläther extrahiert und der Atherextrakt destilliert. Man erhält 37,6 g Hydratropinsäure, Kp. 125 C/3 mm, n20D 1,5230.
Selbstverständlich können die in den obigen Bei- speilen verwendeten Olefinverbindungen durch anderen Olefinverbindungen ersetzt werden, für die weiter oben zahlreiche Beispiele angeführt wurden. Anderseits kann das Grignardreagens, mit welchem die Olefinverbindung umgesetzt wird, erheblich abgeändert werden und es besteht keine Beschränkung der Art der üblichen Grignardverbindung der Formel R'MgX, die für das erfindungsgemässe Verfahren verwendet werden kann.
Die Reaktionsbedingungen können entsprechend den Gegebenheiten abgeändert werden. Auch die Katalysatorkonzentration kann den Reaktionsbedingungen entsprechend verändert werden. Selbstverständlich kann auch das Mengenverhältnis von Olefinverbindung zu Grignardreagens innerhalb weiter Grenzen verändert werden. Im allgemeinen ist es zweckmässig, wenn die olefinische Verbindung und das Grignardreagens in praktisch äquimolaren Konzentrationen vorliegen. Ein Uberschuss einer Reaktionskomponente, z. B. ein 1-10 molarer Überschuss über die andere Komponente, ist nicht ausgeschlossen. Im allgemeinen werden gute Er gebnisse erzielt, wenn ungefähr 0, 5 bis 2 Mol Olefinverbindung pro Mol des als Ausgangsmaterial verwendeten Grignardreagens vorhanden sind.
Die nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellten Grignardreagenzien können unter den Bedingun- gen der bekannten Grignardumsetzungen, z. B. unter Bildung von Alkoholen, Säuren, Ester, Acetalen usw. umgesetzt werden, die ihrerseits wieder zu anderen Verbindungen weiterverarbeitet werden können. So kann die Säure mit Alkoholen, wie in einigen Beispielen be schrieben, unter Bildung von Estern umgesetzt werden, die als Weichmacher für bestimmte Harze, insbesondere Vinylhalogenidharze, wie Polyvinylchlorid, geeignet sind.
Andere Verbindungen, die als Ergebnisse der Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens erhältlich sind, können als insekt & nabstossende Mittel oder zur Herstellung von. Seifen, insbesondere den von lang kettigen olefinischen Verbindungen abgeleiteten, verwendet werden.
Process for the preparation of Grignard reagent
The invention relates to a process for the production of grignard drugs which can be used for the production of other chemical compounds. The method according to the invention is characterized in that one in a Grignard solution.
emits an olefinic hydrocarbon of the formula
EMI1.1
with an alkyl Grignard reagent of the formula R'MgX in the presence of a halogen compound or an alkoxide or aryloxide of titanium or zirconium, where R is a monovalent organic radical which does not have any substituents which react with compounds of the formula R'MgX Has substituents, R 'is an alkyl radical with at least 2 C atoms and hydrogen in the carbon atom and X is halogen, so that a compound is formed which has the reaction of a compound of the formula RCLH4-MgX, where R and X have the above meanings.
Grignard reagents are usually prepared by reacting an organic halide, e.g. B. ethyl bromide, propyl bromide, phenyl bromide, etc., made with magnesium, usually in a solvent such as diethyl ether, tetrahydrofuran, etc. The Grignard reagents obtained in this way are among the most versatile reagents in organic chemistry. They react with a large number of compounds, such as aldehydes, ketones, carbon dioxide, esters, orthoformic acid esters, cyanide halides, oxyrans, chlorosilanes, etc., with the formation of alcohols, acetals, nitriles, etc. These known Grignard reactions are z.
B. in the book Grignard Reactions of Nonmetallic Substancess. described by Kharasch and Reinmuth (Prentixe-Hall 1954). The Grignard reagent produced by the process according to the invention is capable of all the reactions of the Grignard reagents produced in the customary manner and therefore enables the production of compounds (alcohols, acids, aldehydes, etc.) which have the RC2H4 group, where R has the same meaning has as above.
Up to now, one limitation of the use of Grignard reagents has been that the organic halides required for the production of these reagents were not always easily accessible. In addition, it is sometimes difficult to obtain the Grignard reagent directly by reacting the organic halide with magnesium even when the halide is available.
It would therefore be extremely desirable to be able to use readily available and inexpensive alkyl halides, such as ethyl bromide or propyl bromide, which easily form Grignard reagents, and if these Grignard reagents could be reacted with readily available olefins, so that new Grignard reagents emerge which are after the known methods are not readily available.
The invention is now intended to enable the production of Grignard reagents from readily available starting materials, the organic part of the Grignard reagent being derived from easily available compositions which are not so easily or so cheaply available in the form of their halide.
The process according to the invention enables the production of versatile Grignard reagents from readily available starting materials with good yield and with minimal control difficulties.
Long-chain olefins, which have recently become easily accessible and cheap, can also be used for the process according to the invention.
The following definitions are used in the following description: The term Grignard solvent is intended to encompass the liquid media which are used for the preparation of Grignard reagents. Examples of Grignard solvents include the following substances: Dialkyl ethers, e.g.
B. dimethyl ether, diethyl ether, dipropyl ether, methyl ethyl ether, diisopropyl ether, ethyl butyl ether, etc., cyclic oxygen-containing aliphatic compounds such as tetrahydrofuran, dioxane, etc., alkylaryl ethers such as anisole, phenetole, etc., the cellosolves, such as the dimethyl ether of ethylene glycol, the dibutyl ether of ethylene glycol, etc., the diethyl ethers of diethylene glycol, pyridine, etc.
Suitable halogen compounds of titanium and zirconium are not only the inorganic halides of these two metals (including the oxyhalides, such as oxychlorides), but also the halides of these metals, in which organic radicals are directly linked to the titanium or zirconium atoms. Suitable alkoxides or aryloxes of titanium and zirconium are not only those compounds in which these organoxides are the only groups indirectly linked to the zirconium and titanium atoms, but also those titanium or. Zirconium alkoxides or aryloxides, which also have organic groups attached directly to titanium and zirconium.
Both polymeric and monomeric titanium or. Zirconium compounds of the types mentioned can be used.
The monovalent organic radical R does not contain any substituents which react with compounds of the formula R'MgX. These substituents are preferably practically inert under all reaction conditions. One should therefore avoid all such organic radicals as R groups which contain substituents such as carboxy, keto, nitro, primary or secondary amino groups, etc.
Examples of R are: alkyl radicals including cycloalkyl radicals such as methyl, ethyl, propyl, isopropyl, butyl, hexyl, decyl, dodecyl, cyclopentyl, cyclohexyl etc., aryl radicals such as phenyl, naphthyl, biphenyl etc., alkaryl radicals such as tolyl, xylyl , Ethylphenyl etc., arylalkyl radicals such as benzyl, phenyl, ethyl etc., alkenyl radicals such as vinyl, allyl, crotyl, cyclohexenyl, cyclopentyl etc. In addition to the groups mentioned above, R can also be one of these groups, which is also substituted by other substituents , wherein one or more of the hydrogen atoms of the aforementioned groups are substituted by atoms or groups, e.g.
B. aliphatic groups such as methyl, ethyl, vinyl, propyl, propenyl, butyl, amyl, hexyl, octyl, etc., as well as isomers and homologues thereof, alkoxy groups such as methoxy, ethoxy, vinyloxy, propaxy, propenoxy, butoxy etc., as well as isomers and homologues of the same, halogen atoms and halogen-substituted radicals, such as chlorine, fluorine, bromine, bromotolyl, chlorobromonaphthyl, ss-chloroethyl, p-chlorophenyl, tetrachlorophenyl, bromotolyl, methoxyphenyl, phenoxyphenyl etc., as well as isomers and homologues of the same, aryloxy groups, such as phenoxy, tolyloxy, xylyloxy, chlorophenoxy, chloronaphthoxy, etc., as well as isomers and homologues thereof, and the like. R can also be an organosilyl radical, e.g. B.
Trimethylsilyl, triphenylsilyl, or a trimethylsiloxy radical, a pyridile radical, an organomercapto group, e.g. B.
Methylmerca, pto (CHiS-), Phenylmereapto (CoH5S-), etc.
Specific examples of compounds of the formula
EMI2.1
si,:
Propylene, 1-butene, 3-methylbutene-1, isopropene, 1-pentene, 1-hexene, 1-dodecene, 3-methyl-1-pentene, vinylcyclohenxane, 4-vinylcyclohexene, allymethyl sulfide, allylbenzene, styrene, butadiene, m-chlorostyrene , p-methylstyrene, 4-chloro-1-hexene, 2-methyl-1, 5-hexadiene, allylphenyl ether, 5, 5, 5-trifluoro-1-pentene, 3-vinylthiophene, 4-vinylpyridine, vinylthioethyl ether, allyltrimethylsilane, Vinyltriphenylsilane, vinylheptamethylcyclotetrasiloxane, etc., pB, romstyrene, p-methoxystyrene (including its isomers and homologues), phenoxystyrene (including its isomers and homologues).
R 'in the above formula is an alkyl radical having at least 2 and preferably 2 to 6C atoms, e.g. B. Ethyl, Propyl, Isopropyl, Butyl, Amyl, Hexyl, 2-Athylhexyl etc.
Grignard reagents which correspond to the formula R'MgX and which can be used for the method are e.g. B.: Ethylmagnesium bromide, n-propylmagnesium bromide, n-propylmagnesium chloride, isopropylmagnesium chloride, 1-butylmagnesium bromide, 3-amylmagnesium bromide etc.
Titanium halides, zirconium halides, titanium alkoxides, titana which can be used as catalysts for the process. ryloxides, zirconium alkoxides and zirconium aryl oxides are z. B.: Titanium tetrachloride, titanium tetrabromide, titanium tetraiodide, zirconium tetrachloride, zirconium tetrafluoride, zirconium tetraiodide, zirconium oxychloride, zirconium oxybromide, ethyltitanium trichloride, monomeric titanates and monomeric zirconates of the formulas RmTi (OR) 4m and RmTi (OR) 4m has the same meaning, where RmTi (OR) 4m and above or can represent different radicals, and where m is an integer from zero to three inclusive.
Examples of such titanates, and zirconates are: Tetraälthyltitanat, Tetraäthylizirkonat, tetrabutyl titanate, tetrapropyl zirconate, Phenyltriisopropyltitanat, tetraphenyl titanate, tetra phenylzirkonat, Methyltriäthoxytitan of formula CH3Ti (COoH5) 3, Diphenyldiisopropoxytitan, Phenyltriisopropoxytiten, Diphenyldiäthoxytitan of the formula (C0H5) STI (OC2H5) 2, Tributyläthylzirkonat, Phenyltriäthylzirkonat , Dicyclopentadienyl titanium dichloride, etc. Polymeric titanates and zirconates in which some or all of the valences are substituted by organoxy groups can also be used. Examples of such substances are z. B. named: Polyäthyltitanat of the formula
EMI2.2
where n is an integer greater than 1 and z.
B. 5 to 1000 or more, polybutyl titanate, polyethylene zirconate, etc. The polymeric titanates and zirconates can have branched chains. These polymeric substances can have organic residues that are directly connected to the titanium or zirconium via carbon titanium or carbon zirconium bridges. As examples of substances of the last-mentioned group, polymers can be mentioned which the group
EMI3.1
contain.
Many polytitanates and polyzirconates, and in particular the linear compounds of this type, can have terminal hydroxyl groups that are linked to titanium or zirconium.
The inventive method can be relatively simple and z. B. be carried out as follows: After preparing the usual Grignard reagent of the formula R'MgX in the Grignard solvent, the olefin compound is preferably added and the reaction mixture is cooled to below room temperature, e.g. B. to -5 to 15 C.
Then a small amount of the titanium or zirconium catalyst (hereinafter referred to as the catalyst) is added and the mixture of the components is brought to room temperature or heated to 200.degree. In general, heating the mixture of the components to reflux temperature with simultaneous stirring is suitable for carrying out the reaction. By using solvents with higher boiling points or by using overpressure, higher temperatures can also be achieved. The duration of the heating can be changed, e.g. Depending on factors such as the kind of olefin used and Grignard reagent, catalyst concentration, etc. Usually, the reaction is completed in a period of 15 minutes to 20 hours.
Thereafter, the new Grignard reagent, which is still in solution in the Grignard solvent and obtained by reacting the olefin compound with the ordinary Grignard reagent, can be treated with various substances so that an end product is obtained, as is usually obtained by the Grignard reaction.
In general, the reaction between the usual Grignard reagent and the olefin compound is an exchange reaction in which the olefin compound replaces the alkyl group of the Grignard reagent. The connection with the magnesium atom usually comes about via the terminal carbon atom of the olefinically unsaturated component. In some cases this linkage can be via the carbon atom of the olefinic group, particularly when an aromatically substituted olefin compound is used.
For the mechanism by which the new Grignard reagents are made from the olefin compound; exemplary the following equations depicting the reaction of pentene-1 with a Grignard reagent, namely magnesium bromide, using titanium tetrachloride as a catalyst.
The following equations show not only the type of bond via the olefinic carbon atom, but also the products which, as a result of further treatment of the new Grignard reagent with those normally used for the preparation of substances such as alkanes, alcohols, esters, acids, etc. Reaction components arise:
EMI3.2
CHCH2CH2CH = CH2 <SEP> C2HsMgBr <SEP> CH3CH2CH2CH2CH2MgBr <SEP> + <SEP> C2H4
<tb> <SEP> TiCl4
<tb> <SEP> H20 <SEP> n> pentane
<tb> CH3 <SEP> (CH2) <SEP> 4MgBr <SEP> CH20 <SEP> n-H, <SEP> exanol
<tb> <SEP> CH3CHO <SEP> n-heptanol-2
<tb>
Of course, the above reaction conditions can be modified so that the normal Grignard reagent dissolved in the Grignard solvent is mixed with the catalyst.
The olefin is then added and the reaction mixture is heated to a temperature suitable for converting the normal Grignard reagent to the desired Grignard derivative which is derived from the olefin compound used in the reaction mixture.
The Katatysatonne. length can be changed within wide limits. In general, trace amounts, including all catalyst mixtures, can be used. B. 0.1% by weight or larger amounts up to 15% by weight or more, based on the calculated weight of the Grignard reagent used as the starting compound. However, excessive amounts of catalyst do not result in any particular advantages. The Grignard reagent prepared by the process according to the invention can be reacted in a known manner with various reaction components to give a desired end product. A corresponding alcohol can be obtained by reacting the Grignard reagent with aldehydes such as formaldehyde, acebaldehyde, etc.
Acids are obtained by reacting the Grignard reagent with carbon dioxide. By adding a ketone, e.g. B. acetone, methyl ethyl ketone, dibutyl ketone, etc., an alcohol is obtained. The addition of an organic orthocarbonic acid ester, e.g. B. Ethylorthokohlensäure- ester, Propylorthokohlensäureaster etc. to the newly formed Grignard reagent gives acetals. The reactions between the newly formed Grignard reagent and the above other reaction components to form the desired end products are known and described in the aforementioned book by Kharasch and Reinmuth. In the following examples, all parts are parts by weight.
The n-propyl Grignard reagent used in the examples can be prepared as follows: A solution of about 135 parts of n-propyl bromide in about 71 parts of diethyl ether is added over about 30 minutes to 34.3 parts of magnesium in 142 parts of ether, which are in one with Stirrer, dropping funnels and reflux condenser equipped reaction vessel are presented. The reflux condenser is connected to a dry ice trap which is protected by a nitrogen bypass. The mixture is then chilled in ice.
The Grignard reagent of the formula CHgCHsCHs-MgBr in ether is used in many of the following examples for reaction with the various olefins using the titanium or zirconium catalyst.
The other Grignard reagents mentioned below can be prepared in the same or a similar manner.
example 1
Grignard reagent was prepared from 0.1 mol of n-propyl bromide and 0.1 mol of magnesium in 40 m: t diethyl ether and combined with 13.4 g (0.1 mol) of p-methoxystyrene.
The solution was cooled to 0C. Then 0.4 ml of titanium tetrachloride were added and the mixture was heated to reflux temperature for 2 hours, cooled again to 0 ° C. and a second portion of 0.1 ml of titanium tetrachloride was added. After this addition, the mixture was heated to reflux temperature again for 16 hours and then cooled to -13 ° C. Then dry carbon dioxide was added in such a mass that the temperature remained at about -5 C. After one hour the temperature fell to -13 C and did not rise again when the CO 2 supply was increased.
The magnesium salt was decomposed by adding ice and 20% sulfuric acid. The ether layer was separated and the aqueous phase was again drawn out with ether. The combined ether extracts were with
25 o iger aqueous NaOH solution extracted, the aqueous
Phase separated and acidified with concentrated HC1.
The separating liquid was removed, the aqueous phase was extracted with benzene and the benzene solution was added to the previously separated organic liquid. After drying, the mixture was distilled at atmospheric pressure to remove the benzene and other volatile components. After stripping off in vacuo, 8.6 g of a brown oil with a neutral equivalent of 194 remained, which contained p-methoxyhydratropinic acid. The 0l was with
500 ml of water boiled under reflux and treated with activated charcoal. After cooling the filtrate, colorless crystals were obtained which melt between 54 and 56 ° C.
The residue was boiling with 500 ml
Extracted water, whereupon a second amount of crystalline acid with melting point 54 to 56 ° C. was obtained. By recrystallizing both crystal mixtures from one
Benzene-petroleum ether mixture gives pure p-methoxyhydratropinic acid, melting point 55.5 to 56 C. The melting point of a mixture of this substance with a p-methoxyhydratropinic acid sample prepared in another way was not reduced.
Example 2
55 g (0.5 mol) of vinylcyclohexane were added to a Grignard reagent which had been prepared from 0.5 mol of n propyl bromide in 200 ml of ether. The solution was cooled to 0 ° C., 1.05 ml of titanium tetrachloride were added and the mixture was refluxed for 2 hours. The mixture was then cooled to 0 ° C., 0.45 ml of titanium tetrachloride were added, and the mixture was refluxed for 16 hours. The Grignard compound of vinylcyclohexane is obtained. After diluting the reaction mixture with 200 ml of ethyl ether, the mixture was cooled to −13 ° C. and dry carbon dioxide, similar to that in Example 1, was added.
The magnesium salt was decomposed by adding ice and 20% sulfuric acid. The ether layer was separated off and the aqueous phase was extracted with ether. The combined ether extracts were extracted with 25% strength aqueous sodium hydroxide solution, and the aqueous phase was separated off and acidified with concentrated hydrochloric acid. A yellow 01 deposited, which was peeled off. The aqueous phase was extracted with 15 ml of benzene, the benzene solution was added to the yellow oil and dried over anhydrous magnesium sulfate.
The distillation gave 38.2 g of β-cyclohexylpropionic acid, boiling point 114 to 115 C / 1.5 mm, n2D
1, 4647. The acid had a neutral equivalent of 158 compared to a theoretical value of 156.
BBd game 3
0.5 mol of n-propylmagnesium bromide in 500 ml of diethyl ether were treated at 0 C with 56 g of 1-octene (0.5 mol) and 1.5 ml of titanium tetrachloride. The mixture was refluxed for 24 hours. The Grignard reagent derived from 1-octene is obtained.
25 ml of this substance were hydrolyzed with 15 g of ice and 5 ml of hydrochloric acid. Octane is obtained in a yield of 58.2%.
Example 4
A solution of 0.175 mol of n-propylmagnesium bromide, 0.25 ml of titanium tetrachloride and 8.8 g of l-octene was heated to reflux for 30 hours, the Grignard compound of 1-octene being formed. The mixture of the components was cooled to 0 ° C. and 0.25 mol of triethylorthoformic acid was added. The mixture was then heated to reflux temperature for 60 hours, the diethyl ether was decanted off and the solid that remained was washed twice with 50 ml of ethyl ether. Distillation of the ether solution yielded
7.3 g pelargon dietary acetal, b.p. 64 to 66 C / 25 mm, nD20 1.4219.
Example 5
42 g (0.5 mol) of 1-hexene were added to a Grignard reagent prepared from 0.5 mol of n-propyl bromide in 200 ml of diethyl ether. The solution was on
0 C cooled, mixed with 1.05 ml of titanium tetrachloride and the mixture was refluxed for 2 hours.
The mixture was cooled to 0 C again, with
0, 45 ml of titanium tetracholride are added and the mixture is refluxed for a further 16 hours. After finishing this
During the period of time, the newly formed 1-hexene-Grignard reaction product was at about 0 ° C. with 73.5 g (0.75
Mol) cyclohexanone added after the mixture had previously been stirred for 1 hour at room temperature.
The magnesium salt was decomposed by adding ammonium chloride. Distillation of the ether layer gave 21.45 g of 1-hexylcyclohexanol, boiling point 114 to 116, C4 mm, nD 1,4665.
Example 6
56 g (0.5 mol) of 1-octene and 1.5 ml of titanium tetrachloride were added to 0.5 mol of n-propyl magnesium bromide in 400 ml of ether. The mixture was stirred, refluxed for 18 hours to give the 1-octene-derived Grignard compound.
The reaction mixture was cooled and a stream of dry carbon dioxide was passed over the surface of the mixture to such an extent that the temperature remained below -5.degree. After the reaction had ended, with the formation of pelargonic acid, the temperature of the system was lowered to −20 ° C. and methanol was added for esterification to such an extent that the temperature remained between −20 and −30 ° C. After the methanol had been added, dry hydrogen chloride was passed into the reaction vessel, the reaction mixture was stirred for 21/2 hours, poured into 600 g of ice, the ether phase was separated off and the aqueous layer was extracted with ether. After drying, the organic material was distilled.
34.3 g of methyl pelargonate, boiling point 97 to 99 ° C. / 12 mm n 1. 4205 are obtained.
Example 7
108 g (1 mol) of 4-vinylcyclohexene and 3.2 ml of titanium tetrachloride were added to 1.0 mol of n-propyl magnesium bromide in 800 ml of diethyl ether at a temperature of 0 ° C. The mixture was held at reflux temperature for 18 hours, during which the Grignard compound of cyclohexene was formed. It was then cooled to -10 ° C. Dry carbon dioxide was applied to the surface of the reaction mixture to such an extent that the temperature remained below 5 ° C. As soon as the amplification of the carbon dioxide flow stopped increasing the temperature, the addition of carbon dioxide was stopped.
Now 1.0 liter was 25 vol. % aqueous sulfuric acid added. After stirring for 30 minutes, the ether phase was separated off and the aqueous layer was extracted twice with 75 ml of ether.
The ether layers were combined and extracted three times with a total of 350 ml of 25% sodium hydroxide. After each extraction, enough water was added to dissolve the soap formed. The aqueous basic extract was heated to boiling. Such an amount was distilled off that the volume. decreased by 10%. The liquid was then cooled and concentrated hydrochloric acid was added until the aqueous phase was Congo acidic. The organic layer was then separated off and the aqueous layer was extracted in 50 ml portions. All of the organic material was combined and dried over anhydrous magnesium sulfate. After the chloroform had been distilled off, the residue was fractionated.
44 g of ss - (# 3-cyclohexenyl) propionic acid of the formula are obtained
EMI5.1
Bp 99 to 102 C / 0.2 mm, m.p. 31 to 32 u C, n ", 1, 4732 .. Analysis of this compound showed that it contained 69.8% carbon and 9.3% hydrogen compared to the theoretical values of 70.1% carbon and -.9.2% hydrogen.
Example 8
Grignard reagent was prepared from 0.5 moles of n-propyl bromide in 200 ml of diethyl ether. 45 g of 1-pentene (or n-pentene) were added and the solution was cooled to 0.degree. After adding 3.9 g of isopropyl tetra titanate [(C3H7O) 4Ti], the mixture was heated to reflux temperature for 16 hours, during which the Grignard compound of l-pentene is formed. Then 200 ml of ethyl ether were added, the mixture was treated with 20 g of formaldehyde and the product was isolated by decomposing the mixture by adding ice and 20% aqueous sulfuric acid. After the steam distillation, the organic layer was separated and distilled.
11.8 g of 1-hexanol, b.p. 87 C / 49 mm, nD20 1, 4182 are obtained.
The following example shows the effect of omitting the catalyst from the reaction of olefin compound with Grignard reagent described in Example 8.
Example 9
Grignard reagent, which had been prepared from 0.5 mol of n-propyl bromide and 0.55 mol of magnesium in 200 ml of ether, was refluxed with 45 g of 1-pentene for 18 hours. The mixture was treated with formaldehyde, decomposed with ice and sulfuric acid and, similar to a previous example, distilled with steam. The organic phase of the distillate was separated off, dried and distilled. N-Butyl alcohol is obtained. Analysis of the crude product and the distillation residue showed no n-hexanol.
Example 10
A Grignard reagent was prepared from 0.5 mol of n-propyl bromide in 400 ml of diethyl ether. About 45 g of 1-pentene were added to the Grignard reagent and the solution was cooled to 0.degree. After addition of 3.34 g of dicyclopentadienyltitanium dichloride, the mixture was heated to reflux temperature for 12 hours (a new Grignard compound derived from 1-fentene is formed), then reacted with formaldehyde and the reaction product isolated as in Example 8.
Fractional distillation gave 10.2 g of 1-hexanol, b.p. 90 ° C./50 mm, nD20 1, 4182.
Example 11
A Grignard reagent was prepared from 0.5 mol of n-propyl bromide in 200 ml of diethyl ether. 45 g of 1-pentene were added and the solution was cooled to 0.degree.
3.3 g of zirconium tetrachloride were then added and the mixture was heated to reflux temperature for 16 hours, the Grignard derivative of 1-pentene being formed.
200 ml of diethyl ether were then added to the mixture and the mixture was cooled to 0.degree. About 20 grams of formaldehyde was then introduced with a slow stream of nitrogen. The mixture was decomposed by adding ice and 20% aqueous sulfuric acid. After the steam distillation, the organic layer was separated and distilled. 14.4 g of 1-hexanol, boiling point 85 ° C./45 mm, nD20 1.4186 are obtained.
Example-12
To a Grignard reagent which had been prepared from 0.1 mol of magnesium and 0.1 mol of isopropyl bromide in 50 ml of diethyl ether, 2 × 10 -3 mol of titanium tetrachloride and 0.1 mol of 1-pentene were added at 0 C. The reaction mixture was refluxed for 18 hours during which time a new 1-pentene-derived Grignard reagent of the formula CH3 (CH2) 4-MgBr is formed.
The reaction mixture was then hydrolyzed with 5 g of ammonium chloride in 15 ml of water. After washing the solid reaction residue with 25 ml of diethyl ether, the product was dried over magnesium sulfate. Analysis of this material showed that n-pentane had been formed in good yield.
If the reaction described above is carried out with the change that n-propyl bromide is used instead of isopropyl bromide for the preparation of the original Grignard reagent, similar results are obtained, but with a somewhat better yield of n-pentane.
Example 13
42 g (0.5 mol) of 4-methyl-1-pentene were added to a Grignard reagent which had been prepared from 0.5 mol of n propyl bromide in 200 ml of diethyl ether. The solution was cooled to 0 C., 1.05 ml of titanium tetrachloride was added, the mixture was heated to reflux temperature for 2 hours and cooled to 0 C. again. After adding a second portion of 0.35 ml of titanium tetrachloride, the mixture was refluxed for 16 hours, the new Grignard derivative of the pentene mentioned being formed.
The reaction mixture was cooled again to 0 C and a solution of 28 ml of acetaldehyde in 50 ml of diethyl ether was added over the course of one hour. Since the mixture still showed signs of unreacted Grignard reagent being present, a solution of 5 ml of acetaldehyde in 25 ml of diethyl ether was added and the mixture was further added at room temperature (approximately 22 ° C.)
Stirred for 10 minutes.
Then the reaction mixture was decomposed by adding ammonium chloride solution. The ether layer was separated and distilled. This gives 24.2 g of 6-methyl-2-heptanol, boiling point 82 to 85 ° C./22 mm, ng
1, 4248.
Example 14
A Grignard reagent was prepared from 0.5 mol of n-propyl bromide and 0.55 mol of magnesium in 200 ml of diethyl ether. 59 g (0.5 mol) of allylbenzene were added to this Grignard reagent, the solution was cooled to 0 ° C. and 1 ml of titanium tetrachloride was added. The mixture was refluxed for 16 hours during which time the new allylbenzene-derived Grignard compound was formed. The reaction mixture was gas cooled and treated with dry carbon dioxide as in previous examples. The mixture was treated with 25% strength aqueous sulfuric acid and extracted with diethyl ether. The Sither solution was in turn extracted with 25% strength aqueous sodium hydroxide solution.
After brief boiling to remove volatile organic compounds, the sodium hydroxide solution was cooled and acidified with 36% hydrochloric acid. The mixture was extracted with diethyl ether and the ether evaporated at 50.degree. On cooling, 50.9 g of waxy plates made from β-phenylbutyric acid are obtained. Recrystallization of the waxy plates from water gave the pure acid, m.p. 50.5 to 51 ° C. The neutral equivalent was 166, compared with a theoretical value of 164.
Example 15
108 g (1.0 mol) of 4-vinylcyclohexene and 3.0 ml of titanium tetrachloride were added to 1.0 mol of n-propyl magnesium bromide in 800 ml of ethyl ether.
The reaction mixture was refluxed for 16 hours, then cooled to 0 ° C. and a stream of dry air was passed over the surface of the stirred mixture for one hour. The air was then replaced with oxygen for an additional 11/2 hours. At the end of this time, the reaction mixture was poured into 800 ml of water containing 100 ml of hydrochloric acid. The aqueous phase was degassed with a total of 600 ml of ethyl ether. After drying over magnesium sulfate, the product was distilled. 50 g of solid (# 3-cyclohexenyl) ethanol, boiling point 92 to 94 ° C./4 mm, nD20 1.4835 are obtained.
Example 16
A solution of 0.5 mol of 3-amylmagnesium bromide in 400 ml of ethyl ether was cooled to 0 C and treated with 56 g of 1-octene, whereupon 1.5 ml of titanium tetrachloride were added. After boiling under reflux for 16 hours, the mixture was cooled to 0 ° C. and 29 g of acetone were added over the course of 20 minutes. The reaction mixture was then stirred at room temperature for 2 hours. After hydrolysis with 30 ml of water and 55 g of ammonium chloride, the ether was decanted off and the residue was washed with a further 200 ml of ether. The distillation gave 2-methyldecanol-2, boiling point 82 to 83 ° C / 1 mm, n2r0, 1, 4380.
Example 17
52 g (0.5 mol) of styrene were added to the Grignard reagent, which had been prepared from 0.5 mol of n-propyl bromide and 0.55 mol of magnesium in 200 ml of diethyl ether. The solution was cooled to 0 ° C., 1.05 ml of titanium tetrachloride were added, and the mixture was then stirred and heated to reflux temperature for 2 hours. After the mixture had cooled and 0.45 ml of titanium tetrachloride had been added, it was heated under reflux for a further 16 hours. The mixture was then diluted with 200 ml of diethyl ether, cooled to −13 ° C. and treated with carbon dioxide as in the previous examples.
The mixture was decomposed with sulfuric acid and the organic layer was separated. The aqueous phase was extracted with diethyl ether and the ether extract was combined with the previously obtained organic layer. The ether solution was extracted with 25% aqueous sodium hydroxide solution. The sodium hydroxide solution was heated to remove volatile organic compounds, cooled and acidified with concentrated hydrochloric acid. The mixture was extracted with diethyl ether and the ether extract was distilled. 37.6 g of hydratropic acid, b.p. 125 C / 3 mm, n20D 1.5230 are obtained.
Of course, the olefin compounds used in the above examples can be replaced by other olefin compounds, for which numerous examples have been given above. On the other hand, the Grignard reagent with which the olefin compound is reacted can be changed considerably and there is no restriction on the nature of the usual Grignard compound of the formula R'MgX which can be used for the process according to the invention.
The reaction conditions can be changed according to the circumstances. The catalyst concentration can also be changed according to the reaction conditions. Of course, the quantitative ratio of olefin compound to Grignard reagent can also be varied within wide limits. In general, it is expedient if the olefinic compound and the Grignard reagent are present in practically equimolar concentrations. An excess of a reaction component, e.g. B. a 1-10 molar excess over the other component is not excluded. In general, good results are obtained when about 0.5 to 2 moles of olefin compound are present per mole of the Grignard reagent used as the starting material.
The Grignard reagents produced by the process according to the invention can, under the conditions of the known Grignard reactions, eg. B. to form alcohols, acids, esters, acetals, etc., which in turn can be further processed into other compounds. For example, the acid can be reacted with alcohols, as described in some examples, to form esters which are suitable as plasticizers for certain resins, in particular vinyl halide resins such as polyvinyl chloride.
Other compounds which are obtainable as the results of carrying out the process according to the invention can be used as insect repellants or for the preparation of. Soaps, particularly those derived from long chain olefinic compounds, can be used.