Verfahren zur Umwandlung einer Dihalogenverbindung in eine Monohalogenverbindung
Die Erfindung betrifft die selektive Entfernung eines Halogenatoms bei der Umwandlung einer Dihalogenverbindung in eine Monohalogenverbindung.
Die in der USA-Patentschrift Nr. 2802 855 beschriebenen Dialkyl-2-carbamylvinyl-phosphate bilden eine wichtige Klasse von Insecticiden. Wie aus dieser Patentschrift hervorgeht, werden solche Phosphate normalerweise dadurch hergestellt, dass man das geeignete Trialkylphosphit mit dem geeigneten 2-Halogenacetoacetamid umsetzt. Wenn das entsprechende 2,2-Dihalogenacetoacetamid anwesend ist, so reagiert es ebenfalls unter Bildung des entsprechenden Dialkyl-2-halogen-2-carbamylvinylphosphats. Die Gegenwart dieser letztgenannten Verbindungen in dem Produkt ist nicht erwünscht, da dieses die unerwünschten Eigenschaften einer verringerten insecticiden Wirksamkeit und einer erhöhten Toxicität gegenüber Säugetieren aufweist, im Vergleich zu dem gewünschten nichthalogenierten Phosphat.
Es ist daher in hohem Masse erwünscht, dass das 2-Halogenacetoacetamid möglichst frei von dem entsprechenden 2,2-Dihalogenacetoacetamid ist.
Technisch wurden die 2-Halogenacetoacetamide in herkömmlicher Weise durch Halogenierung der entsprechenden Acetoacetamide hergestellt. Es zeigte sich jedoch, dass es in der Praxis sehr schwierig ist, die Bildung der entsprechenden 2,2-Dihalogenacetoacetamide zu vermeiden. Wenn das Ausgangsmaterial ein N Monoalkylacetoacetamid ist, so erwies es sich tatsächlich als unmöglich, die Bildung wesentlicher Mengen an 2,2-Dihalogen-N-alkylacetoacetamid zu vermeiden. Ferner stellte man fest, dass die selektive Entfernung der Dihalogenverbindung durch physikalische Verfahren sehr schwierig und teuer ist, da die physikalischen Eigenschaften der Dihalogenverbindung denen der Monohalogenverbindung sehr ähnlich sind.
Es wurden zwar Verfahren zur Verbesserung der Selektivität der Halogenierung des Acetoacetamids entwickelt, es wird dabei jedoch sogar bei dem günstigsten Verfahren eine gewisse Menge der Dihalogenverunreinigung gebildet, und im Falle der N-Monoalkylacetoacetamide wird sogar bei den besten Halogenierungsverfahren eine ziemliche Menge der Dihalogenverunreinigung gebildet. Aus diesem Grund besteht ein echtes Bedürfnis nach einem Verfahren zur Herstellung von 2-Monohalogenacetoacetamiden, die weniger von den entsprechenden 2,2 Dihalogenacetoacetamiden enthalten als bisher, und zwar ohne dass man auf schwierige und teure physikalische Verfahren zur Entfernung der Dihalogenverunreinigungen aus den entsprechenden Monohalogenprodukten zurückgreifen muss.
Ein derartiges Verfahren wurde nun gefunden. Das erfilldUllgStgelmäss: Verfahren zur Umwandlung einer Dihalogenverbindung in die Monohalogenverbindung ist demzufolge dadurch gekennzeichnet, dass man eine Verbindung mit der Gruppierung
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in der X Halogen ist, mit einem Salz eines tÇbergangs- metalles, das zur Bildung von Kationen verschiedener Wertigkeit befähigt ist, wobei das Kation in einer niederen Wertigkeitsstufe arbeitet, in Gegenwart einer Protonen liefernden Flüssigkeit umsetzt. Wenn man auf diese Weise ein 2,2-Dihalogenacetoacetamid behandelt, so wird dieses in das 2-Monohalogenacetoacetamid als im wesentlichen einzigem Produkt umgewandelt. Es stellte sich heraus, dass die Reaktion in hohem Masse selektiv ist.
Die Reaktion ist sehr allgemeiner Art und lässt sich auf alle Verbindungen mit zwei Carbonylgrupppen anwenden.
Die Reaktion dürfte dabei nach folgender Gleichung verlaufen:
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ROHX + (MOR')+ H (mm)+ (I) in der R X, das Dihalogenacetoacetamid, ROHX das Monohalogenacetoacetamid, M ein Übergangsmetall darstellt, das zur Bildung des einwertigen Kations M + und des zweiwertigen Kations M++ befähigt ist, und wobei R'OH die Protonen liefernde Flüssigkeit, R' ein Wasserstoffatom oder ein organischer Rest und X ein Halogen ist.
Es wurde ferner gefunden, dass diese selektive Entfernung eines der Halogenatome des Dihalogenacetoacetamids von Anfang an in Gegenwart des entsprechenden Monohalogenacetoacetamids bewirkt werden kann. Diese Entdeckung erlaubt die direkte Aufbereitung eines Rohproduktes aus der Halogenierung eines Acetoacetamids, das sowohl Mono- als auch Dihalogenacetoacetamid enthält, ohne dass zuerst die zwei Amide getrennt werden müssen.
Es wurde ferner festgestellt, dass diese selektive Dehalogenierung in Gegenwart wesentlicher Mengen einer mit Wasser nicht mischbaren Flüssigkeit, z. B. eines halogenierten Alkans, durchgeführt werden kann.
Da die Halogenierung von Acetoacetamiden normalerweise in Gegenwart solcher Flüssigkeiten, z. B. Methylenchlorid, durchgeführt wird, erlaubt diese zusätzliche Entdeckung die Durchführung der Dehalogenierung ohne Entfernung der gegebenenfalls vorhandenen, mit Wasser nicht mischbaren Flüssigkeit, die bei der Halogenierung verwendet wurde.
Ferner zeigte sich, dass die gewünschte Reaktion in einem breiten Bereich von pH Bedingungen, insbesondere unter sauren Bedingungen, verläuft. Da das rohe Endreaktionsgemisch aus der Halogenierung des Acetoacetamids gewöhnlich sauer ist (es enthält die dem Halogen entsprechende Halogenwasserstoffsäure), erlaubt diese Entdeckung die Anwendung des Verfahrens auf das rohe Endreaktionsgemisch ohne vorherige Neutralisation.
Ein wesentliches Merkmal des Verfahrens ist das verwendete Kation. Dies muss ein Kation bestimmter Übergangsmetalle sein, die zur Bildung von Kationen verschiedener Wertigkeit befähigt sind, wobei das bei dem erfindungsgemässen Verfahren verwendete Kation ein solches ist, bei dem das Metall in einem niederen Wertigkeitszustand vorliegt, d. h. das Kation muss kein solches sein, bei dem das Metall in der höchsten mög lichten Wertigkeitsstufe vorliegt.
Es zeigte sich, dass solche Kationen im wesenlichen nach der Gleichung I reagieren, wobei das Kation in ein Kation des Übergangsmetalles höherer Wertigkeit umgewandelt (oxydiert) wird. Dieses Kation wird im folgenden als das oxydierte Kation bezeichnet. Um die zwei Arten der eingesetzten Kationen klar zu un terscheiden, wird das Kation niederer Wertigkeit, das bei der Durchführung des erfin!dulnlgslgemässen Verfahrens verwendet wird, der Kürze halber im folgenden als das reduzierte Kation bezeichnet.
Ein anderes wesentliches Merkmal des Verfahrens ist die Verwendung einer Protonen liefernden Flüssigkeit, da diese den Wasserstoff zum Ersatz des von der Dihalogenverbindung, z. B. dem 2,2-Dihalogenacetoacetamid, entfernten Halogens liefert. Als für die erfindungsgemässen Zwecke geeignete Protonen liefernde Flüssigkeiten werden diejenigen Flüssigkeiten angesehen, die Protonen abgeben und dadurch Wasserstoff für den Ersatz des von dem Dihalogenacetoacetamid entfernten Halogens schaffen. Ein wichtiges Glied dieser Klasse von Flüssigkeiten ist bei dem erfindungsgemässen Verfahren Wasser, während wesentliche Unterklassen die Alkohole und Carbonsäuren sind, und von diesen letztgenannten Unterklassen die Alkanole und Alkanmonocarbonsäuren von besonderem Interesse sind.
Es wurde nun gefunden, dass das oxydierte Kation in situ, d. h. sowohl in Gegenwart der Mono- als auch der Dihalogenacetoacetamide, umgewandelt werden kann, und zwar ohne Wechselwirkung mit der oder ohne nachteiligen Einfluss auf die gewünschte Reaktion, wenn man für das oxydierte Kation, Reduktionsmittel verwendet.
Es wurde ferner festgestellt, dass durch Einschluss eines derartigen Reduktionsmittels in das Reaktionsgemisch die erforderliche Menge an reduziertem Kation sehr viel geringer gehalten werden kann als der zur Umwandlung des gesamten Dihalogenacetoacetamids erforderlichen stöchiometrischen Menge entspricht. Offensichtlich bildet das Reduktionsmittel aus dem oxydierten Kation ein reduziertes Kation zurück, sobald ersteres gebildet ist, und das rückgebildete reduzierte Kation wandelt weiter Dihalogenacetoacetamid um.
Wenn das Verfahren auf diese Art und Weise durchgeführt wird, so nähert sich die Menge an reduziertem Kation derjenigen Menge, die gewöhnlich bei Verwendung eines Katalysators erforderlich ist. Wenn das Verfahren unter Verwendung der erniedrigten Menge an Kation durchgeführt wird, und wenn das Reduktionsmittel verwendet wird, so bezeichnet man das Kation gewissermassen als Katalysator, wobei die verwendete Menge als katalytische Menge und die Reaktion als katalytische Reaktion bezeichnet wird. Es zeigte sich, dass bei Abwesenheit des Kations bei Zugabe des Reduktionsmittels die gewünschte Reaktion nicht in einem beachtlichen Ausmass bzw. einer entsprechenden Geschwindigkeit vor sich ging.
Es wurde ferner gefunden, dass in der Gesamtsicht das Kation als unver ändert in dem System zurückbleibend angesehen werden kann, wobei das Kation in dem Endprodukt in der reduzierten Form vorliegt, und nur vorübergehend während der Reaktion in der höheren Wertigkeitsstufe vorhanden ist. Wenn das oxydierte Kation nicht in situ reduziert wird und wenn wenigstens die für die theoretische Reaktion mit dem gesamten Dihalogenacetoacetamid erforderliche Menge an reduziertem Kation verwendet wird, so bezeichnet man anderseits das reduzierte Kation als einen Reaktionsteilnehmer, dessen Menge als die theoretische oder stöchiometrische Menge und die Reaktion schliesslich als die stöchiometrische Reaktion.
Die Entdeckung, dass das oxydierte Kation in situ reduziert werden kann, wobei sich infolgedessen eine katalytische Menge des Kations verwenden lässt, erlaubt die Anwendung eines arbeitsmässig oft sehr vorteilhaften und oft im wesentlichen weniger aufwandreichen Verfahrens, bei dem eine kleinere Menge des reduzierten Kations mit dem Dihalogenacetoacetamid, der Protonen lieferneden Flüssigkeit und dem Reduktionsmittel vermischt wird. Dieser Gesichtspunkt der Erfindung kann verfahrensmässig oft vorteilhaft sein, da bei geeigneter Auswahl ein Reduktionsmittel genommen werden kann, das zu einem Nebenprodukt führt, welches sich leichter aus dem Endreaktionsgemisch abtrenne lässt als das Salz des oxydierten Kations.
Es lässt sich somit die sonst notwendige Verwerfung des oxydierten Kations oder die Reduktion des oxydierten Kations in einer getrennten Zone umgehen, wobei die für das Verfahren erforderlichen Anlagen wesentlich verringert werden können.
Nach einem bevorzugten Merkmal des erfindungsgemässen Verfahrens wird ein 2,2Dihalogenacetoacetarnid (das mit dem entsprechenden 2-Halogenacetoacetamid vermischt sein kann) mit einer kleineren Menge eines reduzierten Kations eines oben angegebenen tÇbergangs- metalls, einer Protonen liefernden Flüssigkeit und einem Reduktionsmittel der oben angegebenen Art vermischt.
Die als Ausgangsstoffe für das erfindungsgemässe Verfahren in Erwägung gezogenen 2,2-Dihalogenacetoacetamide lassen sich durch folgende Formel wiedergeben:
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in der jedes R ein Wasserstoffatom oder eine niedere Alkylgruppe mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen ist und X jeweils ein mittleres Halogen, d. h. Chlor oder Brom, darstellt.
Das erfindungsgemässe Verfahren scheint sich auch auf Amide folgender Struktur anwenden zu lassen:
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in der adie rechte CO-Gruppe direkt mit dem Amido- stickstoffatom verbunden ist. Ein besonderer Vorteil des Verfahrens ist die Tatsache, dass der Angriff an der ersten Kohlenstoff-Halogen-Bindung ohne merklichen Angriff an der zweiten Kohlenstoff-Halogen-Bindung oder an irgendwelchen anderen möglichen reaktionsfähigen Bindungen des Moleküls vor sich geht, wie beispielsweise denen des benachbarten Stickstoffatoms.
Sowohl substituierte als auch unsubstituierte Dihalogenacetoacetamide lassen sich durch das erfindungsgemässe Verfahren mit Erfolg in die entsprechenden Monohalogenverbindungen umwandeln. Beispiele für am Stickstoffatom nicht substituierte Verbindungen sind:
2,2-Dichlorbutyroacetamid
2,2-Dibromvaleroacetamid
2-Chlor-2-bromacetoacetamid
2,2-Dichlorisobutyroacetamid
2,2-Dichloracetoacetamid
2,2-Dichlor-sec-butyroacetamid
Beispiele, bei denen zwei Alkylgruppen mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen an den Stickstoff gebunden sind, sind:
:
2,2-Dichlor-N,N-dimethylacetoacetamid 2,2-Dibrom-N,N-diäthylpropioacetamid
2-Chlor-2-brom-N,N-dimethylacetoacetamid
2,2-Dichlor-N-methyl-N-äthylacetoacetamid 2,2-Dichllor¯N,N-Idibutyl.valeroacetamid
2,2-Dichlor-N,N-diisopropylacetoacetamid
Wie bereits gesagt wurde, ist das erfindungsgemässe Verfahrens insbesondere zur Herstellung von 2-Halogen-N-alkylacetoacetamiden aus 2, 2-Dihalogen-N-alkyl- acetoacetamiden anwendbar, und zwar insbesondere wegen der grossen Mengen der letzteren, die unver änderlich bei Ider Halogenierung von N-Alkylaceto- acetamid gebildet werden.
Diese 2,2-Dihalogen-N-alkylacetoacetamide haben die allgemeine Formel
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in der R und X jeweils die entsprechenden, bereits angegebenen Bedeutungen haben und R1 eine Alkylgruppe mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen ist. Typische Verbindungen dieser Klasse sind:
2,2-Dichlor-N-methylbutyroacetamid 2,2-Dibrom-N-äthylvalero acetamid
2-Chlor-2-borm-N-methylacetoacetamid
2,2-Dichlor-N-isopropyl-sec-butyroacetamid 2,2-Dichlor-N-butylacetoacetamid
2,2-Dibrom-N-isobutylacetoacetamid
2,2-Dichlor-N-sec-butylacetoacetamid
2,2-Dichlor-N-methylacetoacetamid
Die wichtigsten Verbindungen dieser Unterklasse sind 2,2-Dichloracetoacetamide, bei denen alle Substituenten R Wasserstoff sind und bei denen R1 eine an das Amidostickstoffatom gebundene Alkylgruppe ist.
Diese 2,2-Dichlor-N-alkylacetoacetamide haben die allgemeine Formel:
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Die wichtigste Verbindung hiervon ist das 2,2-Dichlor-N-methylacetoacetamid.
Es wurde bereits erwähnt, dass das reduzierte Kation ein Kation mit niederer Wertigkeit von einem Übergangsmetall sein muss, das zur Bildung von Kationen verschiedener Wertigkeit befähigt ist. Zusätzlich ist es in höchstem Masse erwünscht, dass die Halogensalze sowohl des Kations niederer Wertigkeit (reduziertes Kation) als auch des Kations höherer Wertigkeit (oxydiertes Kation) wenigstens etwas in der Protonen liefernden Flüssigkeit löslich ist. Obereinstimmungsge- mäss werden diese Metalle, die zur Bildung verschiedener Wertigkeiten befähigt sind, als polyvalente Metalle bezeichnet.
In dem hierin gebrauchten Sinn werden unter diesem Begriff nicht nur Metalle verstanden, die Kationen mit einer Wertigkeit grösser als 1 bilden können, (obgleich solche Metalle unter die Bedeutung des Begriffes fallen), sondern dieser Begriff legt Metalle fest, die zur Bildung von Kationen verschiedener Wertigkeit befähigt sind. Wie hierin verwendet, ist das Kupfer ein polyvalentes Metall, da es das Kupfer-I-Ion (Cu+) und das Kupfer-II-Ion (Cu+ +) bilden kann. Zu geeigneten Metallen gehören Vanadium, Chrom, Mangan, Eisen, Titan, Quecksilber, Kobalt und Kupfer.
Entsprechende reduzierte Kationen sind V++, Cr + Mn+ +, Fe+ +, Ti+ ++++++ +, Hg+, Co+ + und Cu+. Obgleich irgendwelche Salze dieser Kationen, die im gewissen Masse in Wasser und/oder anderen Protonen abgebenden Flüssigkeiten löslich sind, geeignet sind, so werden doch die Halogensalze zur Reduzierung der Anzahl von Anionen im Reaktionsgemisch mehr bevorzugt, wobei man aus dem gleichen Grund insbesondere darauf achtet, dass das Halogen des Kationssalzes das gleiche wie das Halogen des 2,2-Dihalogen-acetoacetamid-Reaktionsteilnehmers ist. Besonders bevorzugt sind bei dem erfindungsgemässen Verfahren die Kupfersalze wegen der hohen Aktivität des Kupfer-I-Ions und weil geeignete Kupfersalze im Handel leicht erhältlich sind. Wenn das erfindungsgemässe Verfahren stöchiometrisch durchgeführt wird, so muss das reduzierte Kation verwendet werden.
Wenn das erfindungsgemässe Verfahren katalytisch durchgeführt wird, so kann entweder das reduzierte Kation oder das oxydierte Kation verwendet werden, wobei das oxydierte Kation in situ durch das Reduktionsmittel reduziert wird.
Wasser ist die bevorzugte Protonen liefernde Flüssigkeit, da es leicht Wasserstoff abgibt, die reduzierten Kationen bei dessen Gegenwart hochaktiv sind und seine physikalischen Eigenschaften, insbesondere seine Eigenschaften als Lösungsmittel hinsichtlich der Halogensalze der entsprechenden Übergangsmetallkationen, für dessen Verwendung als flüssiges Reaktionsmedium sowie als Reaktionsteilnehmer geeignet sind. Zu anderen geeigneten Protonen abgebenden Flüssigkeiten gehören Alkohole und Carbonsäuren, und von diesen wiederum die Alkanole und Alkanmonocarbonsäuren bis hinauf zu 6 Kohlenstoffatomen, wobei zu typischen Vertretern dieser Klasse folgende gehören: Methanol, Äthanol n- und Isopropylalkohole, die verschiedenen isomeren Butyl-, Amyl- und Hexylalkohole, Essigsäure, Propionsäure, Buttersäure und ähnliche.
Ferner eignen sich Gemische dieser Flüssigkeiten, die in besonderen Fällen sogar bevorzugt werden können. Die Wahl der besonderen Protonen liefernden Flüssigkeit oder Flüssigkeiten in irgendeinem besonderen Fall hängt zum gro ssen Teil von Löslichkeitsbeziehungen ab, wobei man das besondere umzusetzende Dichloracetoacetamid und das zu verwendende besondere Salz des Übergangsme- tallkations mit berücksichtigt. Im allgemeinen erscheint es vorteilhaft zu sein, dass man sogar dann, wenn eine oder mehrere der anderen Protonen liefernden Flüssigkeiten verwendet werden, Wasser in das Reaktionsgemisch einschliesst. Die entsprechenden Mengen der verwendeten Flüssigkeit bzw.
Flüssigkeiten sollten so gewählt werden, dass sich eine optimale Lösungsmittelkapazität für den Dihalogenacetoacetamid-Reaktionsteilnehmer und insbesondere für das verwendete Salz des Übergangsmetalls ergibt. In den meisten Fällen ist es erwünscht, dass das flüssige Reaktionsmedium aus wenigstens 50 % Wasser besteht. Wenn Wasser vorhanden ist und ferner noch eine andere Protonen liefernde Flüssigkeit verwendet wird, so ergibt sich der Wunsch, dass die Flüssigkeit in einem wesentlichen Ausmass, vorzugsweise vollständig, mit Wasser mischbar ist. Es ist jedoch auch zulässig und in einigen Fällen sogar erwünscht, in das Reaktionsgemisch eine wesentliche Menge einer in Wasser nicht mischbaren inerten Flüssigkeit einzuschliessen, beispielsweise ein chloriertes Alkan. Beispiele hierfür sind Methylenchlorid, Tetrachlorkohlenstoff, Chloroform und ähnliches.
Diese Flüssigkeit kann eingeschlossen werden, um eine selektive Entfernung des Monohalogenacetoacetamid Produktes aus der wässrigen Phase des Reaktionsgemisches zu bewirken.
Wenn ein Reduktionsmittel zur Regenerierung des reduzierten Kations aus dem oxydierten Kation in situ in dem Reaktionsgemisch eingesetzt wird, muss natürlich dieses Mittel ein solches sein, das die Regenerle- rung bewirkt, und es muss ferner so beschaffen sein, dass es keine unerwünschte Nebenreaktionen verursacht oder fördert.
In jedem Fall muss das zur Regenerierung des reduzierten Kations verwendete Material ein Redoxpotential sein, das stärker positiv ist als das Redoxpotential, welches zur Regenerierung des Kations erforderlich ist; d. h. in einer Tabelle von Standard Oxydations-Reduktions-Potentialen, wie sie beispielsweise in den verschiedenen Ausgaben des Reference Book of Inorganic Chemistry von Latimer und Hildebrand sowie in anderen Büchern zu finden sind, muss das für Oxydations-Reduktion des geeigneten Reduktionsmittels verwendete Paar oberhalb des Paares erscheinen, das für Oxydation-Reduktion der Regenerierung des reduzierten Kations verwendet wird.
Da die verschiedenen Dihalogenacetoacetamide in ihrer Empfindlichkeit gegenüber den verwendeten Reagenzien etwas schwanken, hängt die Wahl des Reduktionsmittels ferner in einem beachtlichen Ausmass von dem besonderen zu behandelnden Dihalogenacetoacetamid ab. Beispiele von Reduktionsmitteln, die für die Klasse von Dihalogenacetoacetamiden und Übergangsmetallkationen verwendet werden können, sind Sulfition, Bisulfition, Thiosulfation, Sulfiden und Metalle, wie Alkalimetalle, Erdalkalimetalle, Zinn, Zink und Magnesium. Die Sulfit-, Bisulfit- und Thiosulfationen können aus den entsprechenden Alkali- und/oder Erdalkalisalzen gebildet werden. Sulfit- und Bisulfitionen können ebenfalls aus Schwefeldioxyd hergestellt werden. Am besten wird ein Sulfidion aus Schwefelwasserstoff gebildet.
Bevorzugt sind wegen ihrer hohen Wirksamkeit und ihrer Löslichkeit in den bevorzugten wässrigen Reaktionsgemischen die Alkalibisulfite, insbesondere Natrium- und Kaliumbisulfite, sowie Schwefeldioxyd und Schwefelwasserstoff.
Die Menge des Übergangsmetallkations, die zugesetzt werden muss, hängt davon ab, ob das erfindungsgemässe Verfahren stöchiometrisch oder katalytisch durchgeführt wird. Wie in Gleichung I gezeigt ist, müssen theoretisch 2 Äquivalente des Kations auf 1 Mol zu behandelndes Dihalogenacetoacetamid verwendet werden. Infolgedessen müssen bei stöchiometrischer Arbeitsweise wenigstens 2 Äquivalente an Kation auf 1 Mol des Dihalogenacetoacetamids zugesetzt werden.
Um einen vollständigen Ablauf der Reaktion zu gewährleisten, ist es, wie sich zeigt, im allgemeinen erwünscht, einen mittelmässigen Überschuss des Kations gegenüber der theoretischen Menge anzuwenden. Im allgemeinen sollte ein Überschuss von wenigstens 100 % zugesetzt werden, und in den meisten Fällen ist ein 2- bis 4facher Überschuss erwünscht. In den meisten Fällen ist ein über 6facher Überschuss nicht erwünscht, da man dabei keine besseren Ergebnisse erhält als mit einem geringen Überschuss, und da die grössere Menge an Kation in ungünstiger Weise die Gewinnung des gewünschten Produktes weiter erschwert.
Wenn das Verfahren katalytisch durchgeführt wird, so bewegt sich die Menge zugesetzter Kationen in zweckmässiger Weise zwischen etwa 0,005 Äquivalent bis etwa 0,5 Äquivalent pro Mol Dihalogenacetoacetamid. Im allgemeinen werden beste Ergebnisse dann erhalten, wenn man 0,02 bis etwa 0,15 äquivalent Kation auf 1 Mol Dihalogenacetoacetamid verwendet.
Ob nun das erfindungsgemässe Verfahren stöchiometrisch oder katalytisch durchgeführt wird, so wirkt die Protonen liefernde Flüssigkeit stets als ein Reaktionsteilnehmer, und infolgedessen muss wenigstens die Menge zugesetzt werden, die theoretisch zur Schaffung von genügend Wasserstoff zum Ersatz des von dem Dihalogenacetoacetamid entfernten Halogens erforderlich ist. Aus Gleichung I lässt sich ersehen, dass hierzu wenigstens 1 äquivalent Protonen liefernder Flüssigkeit auf 1 Mol behandeltes Dihalogenacetoacetamid erforderlich ist, d. h. also eine Gesamtmenge von 1 Mol Wasser, Alkanol und/oder Alkanmonocarbonsäure auf 1 Mol Dihalogenacetoacetamid. Auch hier wird zweckmässigerweise wiederum ein Überschuss verwendet, da dies die Reaktion nicht nachteilig beeinflusst und einen vollständigen Ablauf der Reaktion gewährleistet.
Ferner kann die Protonen liefernde Flüssigkeit auch als flüssiges Reaktionsmedium mit Vorteil in nahezu allen Fällen verwendet werden. Man verwendet wenigstens einen 2fachen und vorzugsweise einen 3- oder 4fachen oder sogar einen noch grösseren Überschuss. Die maximale Menge wird in den meisten Fällen nur durch die Verringerung der Reaktionsgeschwindigkeit gegeben, die sich aus einer übermässigen Verdünnung der Reaktionsteilnehmer ergibt.
Das gegebenenfalls verwendete Reduktionsmittel wirkt in der Tat auch als Reagens. Wird beispielsweise Bisulfition als Reduktionsmittel verwendet, so lässt sich die Reaktion folgendermassen schreiben: ROXa + (HSO2)- + R'OH
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ROHX + R'OSO3 + X- II worin die Symbole R , R' und X die entsprechenden Bedeutungen aus Gleichung I haben. Infolgedessen muss wenigstens 1 äquivalent Reduktionsmittel auf je 1 Mol Dihalogenacetoacetamid verwendet werden.
Ein Weg, und in vielen Fällen der bequemste Weg zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens besteht darin, dass man das Dihalogenacetoacetamid, das Übergangsmetallsalz und die Protonen liefernde Flüssigkeit vermischt und dann das Reduktionsmittel zusetzt, wobei das Ausmass und in hohem Masse die Geschwindigkeit der Reaktion durch die Geschwindigkeit gesteuert wird, mit der das Reduktionsmittel zugesetzt wird. In einem solchen Fall kann die Reaktion weitgehend wie eine Titration durchgeführt werden, wobei das Reduktionsmittel bis zur Beendigung der gewünschten Reaktion zugesetzt wird. In solchen Fällen ist dann ein geringer oder gar kein Überschuss an Reduktionsmittel erforderlich.
Jedoch auch in solchen Fällen und im allgemeinen auch bei Anwendung anderer Techniken zur Durchführung der Reaktion ist ein leichter bis mittelmässiger Überschuss, beispielsweise ein Überschuss von 25 bis 100 X, an Reduktionsmittel von Vorteil, um den vollständigen Ablauf der gewünschten Reaktion sicherzustellen. In den meisten Fällen erwies sich ein Überschuss von über 200 % als nicht erwünscht, da ein so grosser Überschuss nicht erforderlich ist und dieser ferner die Gewinnung des gewünschten Produktes ziemlich erschwert.
Das erfindungsgemässe Verfahren wird im allgemeinen am besten bei Temperaturen leicht oder mittelmässig oberhalb Raumtemperatur durchgeführt, beispielsweise bei Temperaturen zwischen etwa 30 und 1000 C. Wie sich zeigte, ist es gewöhnlich das beste, die Reaktionstemperatur zwischen 35 und 850 C zu halten, wobei Temperaturen im unteren Teil dieses Bereiches dann zweckmässiger sind, wenn die Reaktion stöchiometrisch durchgeführt wird. Das Verfahren kann bei atmosphärischem oder erhöhtem Druck, wie bei dem Fall, bei dem Schwefeldioxyd oder ein sonstiges gasförmiges Reduktionsmittel eingesetzt wird, durchgeführt werden. Das Verfahren kann absatzweise, halbabsatzweise oder kontinuierlich durchgeführt werden.
Die Reaktionsteilnehmer (und der gegebenenfalls verwendete Katalysator) können in irgendeiner gewünschten Reihenfolge zugesetzt werden, obgleich es, wie bereits erwähnt, bei katalytischer Durchführung des Verfahrens empfehlenswert ist, das Dihalogen'aceto acetam'id, den Katalysator und die Protonen liefernde Flüssigkeit zu vermischen und dann erst das Reldulçtionrslmittel zuzusetzen.
Nachdem die Umwandlung des Dihalogenacetoacetamids in das gewünschte Monohalogenacetoacetamid in dem erforderlichen Ausmass erfolgte, kann das gebildete Monohalogenacetoacetamid aus dem Reaktionssystem nach irgendeinem aus der Vielzahl der dem Fachmann bekannten herkömmlichen Verfahren abgetrennt werden. Zu solchen Verfahren gehören beispielsweise die fraktionierte Destillation, die Lösungsmittelextraktion, die Kristallisation und ähnliche. Da das Produkt organischer Natur ist, lässt es sich sehr bequem aus dem wässrigen System durch Extraktion mit einer in Wasser nicht mischbaren Flüssigkeit extrahieren, in der das Monohalogenacetoacetamid löslich ist.
Geeignete Extraktionsmittel sind beispielsweise Chloroform, Tetrachlorkohlenstoff und Methylenchlorid. Gegebenenfalls können mehrere aufeinanderfolgende Extraktionen durchgeführt werden, um den gewünschten Grad der Abtrennung zu erreichen. In einigen Fällen erwies es sich für wünschenswert und zweckmässig, in das Reaktionsgemisch eine solche mit Wasser nicht mischbare Flüssigkeit einzuschliessen, um dadurch die Abtrennung des Monehalogenacetoacetamlids aus dem wässrigen Teil des Reaktionsgemisches sofort nach dessen Bildung zu bewirken.
Die Erfindung wird anhand der folgenden Beispiele näher erklärt. In den Beispielen sind die Mengenangaben Gewichtsteile, wenn nichts anderes angegeben ist.
Beispiel 1
Eine Lösung aus 10 Gew.% 2,2-Dichlor-N-methylacetoacetamid in l-n-Salzsäure wurde mit einer ausreichenden Menge einer Lösung von Kupfer-I-chlorid vermischt, das in einer geringen Menge einer 1-n-Salzsäure aufgeschlämmt war, so dass sich 6 Mole Kupfer I-chlorid auf 1 Mol des Acetoacetamids ergaben. Das Gemisch wurde auf 550 C erwärmt und 30 min lang auf dieser Temperatur gehalten. Hierbei erhielt man eine im wesentlichen quantitative Umwandlung des 2,2 Dichlor-N-methylacetoacetamids in 2-Chlor-N-methylacetoacetamid.
Der Versuch wurde wiederholt, wobei man als Ausgangsreaktanten 2-Chlor-N-methylacetoacetamid verwendete. Es wurde im wesentlichen keine Umwandlung des 2-Chlor-N-methylacetoacetamids in das nichtchlorierte N-Methylacetoacetamid oder irgendein anderes Produkt festgestellt.
Bei dieser Arbeit wurde die Lösung angesäuert, um das saure Produkt zu simulieren das aus der Chlorierung des N-Methylacetoacetamids hätte erhalten werden können.
Beispiel 2
Ein Gemisch aus 2,2-Dichlor- und 2-Chlor-N-methylacetoacetamiden, das durch Chlorierung von N-Methylacetoacetamid erhalten wurde, wurde nach der katalytischen Durchführungsart des erfindungsgemässen Verfahrens behandelt. Das Gemisch, welches 5,2% N Methylacetoacetamid, 76,7 % 2-Chlor-N-methylaceto acetamid und 18,1X 2,2-Dichlor-N-methylacetoacetamid (Gew.S) enthielt, wurde mit Kupfer-I-chlorid (10 Gew. des 2,2-Dichlor-N-methylacetoacetamids) aufgeschlämmt, und auf 850 C erwärmt. Anschliessend versetzte man das Gemisch möglichst schnell mit 7,5 Gew.% einer wässrigen Natriumbisulfit-Lösung, wobei man dessen Temperatur auf 850 C hielt.
Die Verweilzeit in dem Reaktionsgefäss und das Molverhältnis an Natriumbisulfit/Dichloracetoacetamid wurde durch Ver änderung der Fliessgeschwindigkeit der Bisulfit-Lösung gesteuert. Das Produkt wurde aufgearbeitet, indem man das Endgemisch mehrere Male mit Methylenchlorid extrahierte, dann das Methylenchlorid im Vakuum durch Destillation bei 700 C und 10 Torr. während eines Zeitraums von 20 min entfernte. Der Rückstand wurde durch Gas-flüssig-Chromatographie, Kernresonanzmessung sowie nasse Analysen analysiert. Die Ergebnisse einer breiten Versuchsreihe sind in Tabelle I wiedergegeben.
Der Ersatz von Kupfer-I-chlorid durch Kupfer-IIsulfat als Katalysator ergab keinen erkennbaren Unterschied in den Ergebnissen.
Tabelle I
Versuch I Versuch II Versuch III Versuch IV Molverhältnis: NaHSO3/2,2-Dichlor-N-methyl- 2,03 0,96 1,67 1,08 acetoacetamid Verweilzeit (Minuten) 10 15 15 15 Reaktionstemperatur (O C) 83 84-87 8486 85-90 Analyse des Reaktionsproduktes (Gew.%) 2-Chlor-N-methylacetoacetamid 92,2 92,4 92,9 91,5 2,2-Dichlor-N-methylacetoacetamid 4,2 3,5 4,3 3,9 N-Methylacetoacetamid 3,2 3,5 2,5 3,5 2,2-Dichlor-N-methylacetamid 0,4 0,3 0.3 0,7
Beispiel 3
Unter Anwendung des in Beispiel 2 beschriebenen Verfahrens wurde 2,2-Dichlor-N-methylacetoacetamid zu 2-Chlor-N-methylacetoacetamid dechloriert, wobei Kupfer-I-chlorid als Katalysator Natriumbisulfit als Reduktionsmittel und Wasser als Protonen liefernde Flüssigkeit verwendet wurden.
Das Acetoacetamid wurde mit Wasser bei den angegebenen Bedingungen vermischt, so dass sich 0,95 Mol des Acetoacetamids pro Liter Wasser ergaben. Die Ergebnisse gehen aus Tabelle II hervor.
Tabelle II Dichlorverbindung Reaktionszeit Dichlorverbindung Monochlorverbindung nichtchlorierte Verbindung Reaktionstemperatur Reaktionszeit im Produkt im Produkt im Produkt
C C Stunden Gew.% Gew.% Gew.%
85 0,5 35 65 0
85 1 26 74 < 1
85 2 18,2 82 0
85 2 a 14,4 85 0,6
85 3 7,5 92 0,6
85 1b 23,8 75 1,2 a Das Produkt wurde durch kontinuierliche Extraktion isoliert, und es wurde ein Überschuss von 20% Natrium bisulfit verwendet.
b Die Natriumbisulfitlösung wurde über einen Zeitraum von 1 h tropfenweise zugesetzt.
Beispiel 4
Unter Anwendung der in Beispiel 3 beschriebenen Verfahrensweise wurde ein Chlorierungsprodukt von N-Methylacetoacetamid, das 15 Gew.% 2,2-Dichlorund 85 Gew. 2-Monochlor-N-methylacetoacetamid enthielt, unter Verwendung von Kupfer-I-chlorid als Katalysator und Natriumbisulfit als Reduktionsmittel dechloriert. Das ursprüngliche Gemisch wurde am Anfang mit genügend Wasser vermischt, so dass sich die in Tabelle III angegebene Konzentration an 2,2Di- chlor-N-mFetlhyliaceteacetSamid ergab, bei der die Ergebnisse beschrieben sind.
Tabelle III Reaktions- Reaktionszeit Konzentration der Dichlorverbindung Monochlorverbindung nichtchlorierte Verbindung temperatur Reaktionszeit Dichlorverbindung im Produkt im Produkt im Produkt oC Stunden Mole/Liter Wasser Gew.% Gew.% Gew.%
85 2,5 a 0,31 2 97 1
85 2,5b 0,92 < 1 98 2 Das Natriumbisulfit wurde über einen Zeitraum von 1 h tropfenweise zugesetzt.
b Das Natriumbisulfit wurde über einen Zeitraum von 1,5 h tropfenweise zugesetzt.
Beispiel 5
Unter Anwendung derselben Arbeitsweise wie in Beispiel III und Verwendung eines im wesentlichen reinen 2,2-Dichlor-N-methylacetolacetamids sowie von Vanadin-II-chlorid und Chrom-II-chlorid als Katalysator, Natriumbisulfit als Reduktionsmittel und Wasser als die Protonen abgebende Flüssigkeit, wurden die in Tabelle IV zusammengestellten Ergebnisse erhalten, Die Reaktionstemperatur betrug 850 C, die Katalysatormenge 10 Gew.% des Dichloracetoacetamids.
Tabelle IV
Reaktionszeit Dichlorverbindung Monochlorverbindung Katalysator Stunden im Produkt, Mol % im Produkt, Mol % Vanadium-II-chlorid 2 63 37 Chrom-II-chlorid 1 80 20
Beispiel 6
Setzt man die im folgenden beschriebenen Ansätze nach einem im wesentlichen zu Beispiel 3 ähnlichen Verfahren um, so erhält man die in der rechten Spalte angegebene Produkte.
Ausgangs-2,2-Dihalogen- Reduktionsmittel Katalysator Produkt verbindung
EMI7.1
<tb> <SEP> O <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 0
<tb> <SEP> 1 < <SEP> II <SEP> II
<tb> CH3C <SEP> C <SEP> C12CNH2 <SEP> Natriummetabisulfit <SEP> Kupfer-II-chlorid <SEP> CH3C <SEP> C <SEP> H <SEP> ClCNH2
<tb> <SEP> O <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 0
<tb> <SEP> II <SEP> II <SEP> II
<tb> C <SEP> H3C <SEP> C <SEP> Ol2C <SEP> N <SEP> HC <SEP> 2H5 <SEP> Natriummetabisulfit <SEP> Kupfersulfat <SEP> CH2C <SEP> CHClCNHC2H5
<tb> <SEP> O <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 0
<tb> <SEP> 1 <SEP> I/ <SEP> II
<tb> CH3C <SEP> C <SEP> Cl <SEP> C <SEP> NH <SEP> C4H9 <SEP> Natriummetabisulfit <SEP> Kupfer-II-chlorid <SEP> CH3CCHCICNHC4H9
<tb> <SEP> O <SEP> O <SEP> 0 <SEP> 0
<tb> CH3C <SEP> C <SEP> 12C <SEP> N(CH3)2 <SEP> Natriumbisulfit <SEP> Kupfersulfat <SEP> CH3CCHClCN(CHs)2
<tb> <SEP> O <SEP> O <SEP> 0 <SEP> 0
<tb> <SEP> II <SEP> II <SEP>
II
<tb> CH3CC]2CN(C2H5)2 <SEP> Natriumthiosulfat <SEP> Kupfer-II-chlorid <SEP> C <SEP> H3C <SEP> C <SEP> H <SEP> ClC <SEP> N(C2H5)2
<tb>
Beispiel 7
Da die Chlorierung von Acetoacetamiden normalerweise in Gegenwart eines halogenierten Alkans, z.B.
Methylenchlorid, durchgeführt wird, wurde ein Versuch gefahren, um sicherzustellen, ob die Gegenwart eines solchen Materials irgendeinen nachteiligen Einfluss auf die D ehalogenierungsreaktion hat. N-Methylacetoacetamid wurde in einem Gemisch aus Methylenchlorid und Wasser chloriert. Nach Beendigung der Chlorierung versetzte man das Rohprodukt bei Raumtemperatur mit einem Kupfer-I-chlorid-Schlamm und verschloss das Reaktionsgefäss für ein Druckverfahren. Das Gemisch wurde innerhalb 25 min auf 850 C erwärmt, so dass sich im Reaktor ein Druck von 5,5 atm ergab. Über einen Zeitraum von 30 min wurde wässriges Natriumbisulfit in den Reaktor eingepumpt.
Das Gemisch wurde für weitere 2 Stunden auf 80 bis 850 C gehalten, dann auf Raumtemperatur abgekühlt und in seine Phasen getrennt, und die wässrige Phase wurde viermal mit Methylenchlorid, und zwar in einem Verhältnis von 1 Volumen Methylenchlorid auf je 2 Volumina wässrige ger Phase, extrahiert. Die wässrige Phase und der Feststoff aus der Methylenchlorid-Phase wurden untersucht.
Der ursprüngliche Ansatz enthielt 868 Teile N-Methylenacetoacetamid, 457 Teile Wasser und 6807 Teile Methylenchlorid. Es wurden 10 Teile Kupfer-I-chlorid in 252 Teilen Wasser und 113 Teile Natriumbisulfit in 841 Teilen Wasser verwendet.
Analyse des Produktes: wässrige Phase (4220 Teile):
N-Methylacetoacetamid; 0,41 Gew.S
2-Chlor-N-methylacetoacetamid; 0,81 Gew.% feste Phase (1165 Teile):
N-Methylacetoacetamid; 1 Gew.%
2-Chlor-N-Methylacetoacetamid; 94 Gew.% 2.2-Dichlor-N-Methylacetoacetamid; 5 Gew.%
Ausbeute an 2-Chlor-N-methylacetoacetamid, bezogen auf eingesetztes Methylacetoacetamid: 90 %.
Beispiel 8
Das Verfahren des Beispiels 7 wurde wiederholt, mit der Ausnahme, dass Schwefeldioxyd anstelle von Natriumbisulfit verwendet wurde. Das Einleiten des Schwefeldioxyds in das Reaktionsgefäss dauerte 15 min lang. Der ursprüngliche Ansatz enthielt 975 Teile N Methylacetoacetamid, 457 Teile Wasser und 6807 Teile Methylenchlorid. 10 Teile Kupfer-I-ciiiorid in 252 Teilen Wasser und 70 Teile Schwefe1dioxyd in 841 Teilen Wasser wurden verwendet.
Analyse des Produktes: wässrige Phase (3380 Teile)
N-Methylacetoacetamid; 1,4 Gew.%
2-Chlor-N-methylacetoacetamid; 0,33 Gew.% feste Phase (1149 Teile):
N-Methylacetoacetamid; 1 Gew.%
2-Chlor-N-methylacetoacetamid; 95 Gew.%
2,2-Dichlor-N-methylacetoacetamid; 4 Gew.%
Ausbeute an 2-Chlor-N-methylacetoacetamid, bezogen auf das eingesetzte N-Methylacetoacetamid: 87 %.