Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Hydroxybenzaldehyden und deren Derivaten.
Im allgemeinen können Hydroxybenzaldehyde und deren Derivate aus den entsprechenden a -Trichlormethyl-hydroxy- benzylalkoholen hergestellt werden, indem man diese bei erhöhten Temperaturen gemäss den nachstehenden Gleichungen mit wässriger oder alkoholischer Base umsetzt:
EMI1.1
In den vorstehenden Gleichungen bedeuten die Gruppe R eine Hydroxyphenylgruppe oder deren Derivate und B- ein basisches Anion, wie eine Hydroxid- oder Alkoxidgruppe.
Unter den vorstehend beschriebenen Bedingungen findet in bestimmtem Ausmass eine Nebenreaktion statt, die zur Bildung eines Derivats der Hydroxyphenylglykolsäure führt.
Diese Nebenreaktion wird durch die nachstehende Gleichung wiedergegeben: RCH(OH)CCI3 +4B-+ 2H,O- RCH(OH)COO- +4BH+3CI-
Die diese Nebenreaktion begleitenden Nachteile sind a) eine Verminderung der Aldehydausbeute und b) die erforderliche Verwendung eines erheblichen Über schusses an Base zur Umsetzung mit dem gesamten vor handenen Alkohol, da bei der Nebenreaktion 4 Mole der
Base mit jedem Mol Alkohol reagieren.
Es wurde jetzt gefunden, dass Hydroxybenzaldehyde und ihre Derivate aus den entsprechenden a-Trichlormethylhydroxybenzylalkoholen unter Bedingungen hergestellt werden können, die die vorstehend beschriebene Nebenreaktion nicht begünstigen. Dadurch lassen sich die Produkte in erheblich grösserer Ausbeute gewinnen, und es sind erheblich geringere Mengen an Base erforderlich, als sie bisher verwendet wurden.
Die Erfindung betrifft demgemäss ein Verfahren zur Herstellung von Hydroxybenzaldehyden und deren Derivaten der nachstehenden allgemeinen Formel
EMI1.2
in der Rz ein Wasserstoffatom, ein einwertiges Kation oder ein Alkyl- oder Acylrest ist. R ein Halogenatom oder eine Hydroxylgruppe, einen Alkyl- oder Alkoxyrest darstellt und n den Wert 0, 1 oder 2 aufweist und in der, sofern n = 2, die Reste R gleich oder voneinander verschieden sein können, das dadurch gekennzeichnet ist, dass eine Verbindung der Formel
EMI1.3
in Gegenwart einer polaren, keine Protonen abgebenden oder aufnehmenden organischen Flüssigkeit mit einer Base umgesetzt wird.
Als Base wird vorzugsweise eine Alkalimetall- oder Erdalkalimetallbase verwendet, die zweckmässigerweise als Hydrid, Alkoxid oder Carbonat eingesetzt wird. Insbesondere werden die Carbonate und Cl-Alkoxide von Natrium und Kalium, wie Natriumcarbonat, Kaliumcarbonat, Natriummethoxid oder Kalium-t-butoxid, verwendet.
Die erforderliche Menge an Base hängt vom jeweiligen ver vendeten Ausgangsmaterial gemäss Formel II ab, es werden jedoch zweckmässigerweise 0,2 bis 5 Äquivalente Base je Mol der Verbindung gemäss Formel II verwendet.
Als polare, keine Protonen abgebende oder aufnehmende organische Flüssigkeiten kommen vor allem solche in Betracht, die bei 25" C eine Dielektrizitätskonstante von mindestens 20 aufweisen und deren Moleküle keine zur Bildung von Wasserstoffbindungen mit negativ geladenen Gruppen fähigen Wasserstoffatome enthalten. Unter die vorstehende Definition fallen demgemäss Flüssigkeiten, wie Dimethylformamid, Dimethylacetamid, Dimethylsulfoxid, Tetramethylharnstoff, Hexamethylphosphoramid und Tetramethylensulfon, jedoch nicht Wasser, Alkohole, wie Methanol oder Äthanol, und Säuren, wie Essigsäure. Insbesondere wird beim vorliegenden erfindungsgemässen Verfahren Dimethylformamid als Lösungsmittel verwendet.
Die Reaktionsteilnehmer werden zweckmässigerweise in der polaren, keine Protonen abgebenden oder aufnehmenden organischen Flüssigkeit vermischt, und man lässt sie dann vorzugsweise unter Rühren bis zu 24 Stunden miteinander reagieren, wobei das Reaktionsgemisch gegebenenfalls erhitzt werden kann. Das Produkt wird aus dem Reaktionsgemisch extrahiert und mittels herkömmlicher Verfahren gereinigt.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist insbesondere zur Herstellung solcher Verbindungen gemäss Formel I von Interesse, in denen die Gruppe R eine Hydroxygruppe oder ein Alkoxyrest mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen, wie eine Methoxygruppe, ist, in denen n den Wert 0 oder 1 aufweist, in denen Rl ein Wasserstoffatom oder einen Alkylrest mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen, wie eine Methyl- oder Äthylgruppe, darstellt und in denen die Gruppe OR1 in Stellung 4 an den Phenylring gebunden ist. Beispiele solcher Verbindungen sind:
4-Hydroxybenzaldehyd
4-Hydroxy-3-methoxybenzaldehyd (Vanillin)
3 ,4-Dihydroxybenzaldehyd
4-Methoxybenzaldehyd (Anisaldehyd) und
4-Äthoxy-3 -methoxybenzaldehyd.
Die nachstehenden Beispiele erläutern das erfindungsgemässe Verfahren.
Beispiel 1
Herstellung von 4-Hydroxybenzaldehyd (Verfahren A)
Natriummethoxid [hergestellt aus Natrium (0,42 g, 0,018 m) und Methanol] wird unter Rühren absatzweise zu einer Lösung von a-Trichlormethyl-4-hydroxybenzylalkohol (3,6 g, 0,015 m) in Dimethylformamid (50 ml) zugesetzt und das Gemisch bei Raumtemperatur 20 Stunden gerührt. Es werden dann 50 ml Wasser zugesetzt und die Lösung bei vermindertem Druck bis zur Trockne eingedampft. Es werden dann 1,2 g Natriumhydroxid in 100 ml Wasser zum Rückstand zugesetzt, und man lässt das Gemisch bei Raumtemperatur eine Stunde stehen. Das Gemisch wird dann mit konzentrierter Salzsäure angesäuert, mit festem Natriumbicarbonat neutralisiert und mit festem Natriumchlorid gesättigt.
Das wässrige Gemisch wird mit Äther (4 x 80 ml) extrahiert und die Extrakte getrocknet (Na2SO4) und bis zur Trockne eingedampft, wodurch man 1,7 g (94 Prozent) des Rohproduktes erhält.
Das Rohprodukt wird durch Lösen in 120 ml Chloroform, Kochen dieser Lösung mit Aktivkohle und Filtrieren gereinigt. Das Filtrat wird bis zur Trockne eingedampft und der Rückstand in 40 ml Äther gelöst. Nach Zusatz von Petrol äther (Kochpunkt 40 bis 60 C, 100 ml) und Abkühlen der Lösung werden 1,44 g (80 Prozent) an 4-Hydroxybenzaldehyd mit einem Schmelzpunkt von 113,5 bis 115 C erhalten und durch Umkristallisieren in Chloroform das reine Produkt (Schmelzpunkt 116 bis 117 C) gewonnen.
Analyse für C7H602: berechnet: C 68,9 H 4,9% gefunden: C 68,7 H 4,9%
Beispiel 2 Vergleichsversuche
Mittels Verfahren gemäss Beispiel 1 werden weitere Versuche zur Herstellung von 4-Hydroxybenzaldehyd durchgeführt, wobei sowohl Protonen abgebende oder aufnehmende, wie keine Protonen abgebende oder aufnehmende Lösungsmittel verwendet werden.
Die verwendeten Ausgangsmaterialien, die angewendeten Bedingungen und die erhaltenen Ausbeuten sind in Tabelle l zusammengefasst, aus der deutlich hervorgeht, dass bei Verwendung eines polaren, keine Protonen abgebenden oder aufnehmenden Lösungsmittels (DMF) erheblich höhere Ausbeuten an 4-Hydroxybenzaldehyd erhalten werden als bei Verwendung eines Alkohols (Methanol oder t -Butanol) als Lösungsmittel.
Tabelle I Base Molverhältnis Lösungsmittel Reaktionsbedingungen Ausbeute (%) an Base : THBA 4-Hydroxybenz aldehyd Kalium-t-butoxid 1,2:1 Dimethylformamid Raumtemperatur, 72
Rühren, 24 Std.
Natriummethoxid 5 : 1 Dimethylformamid Raumtemperatur, 74
Rühren, 20 Std.
Kalium-t-butoxid 1,2:1 t-Butanol Raumtemperatur, 25
Rühren, 20 Std.
Natriummethoxid 5:1 Methanol Raumtemperatur, 22
Rühren, 20 Std.
Natriummethoxid 5 : 1 Methanol Rückfluss, 7 Std., 38 dann 16 Std. Stehen bei Raumtemperatur
THBA = a-Trichlormethyl-4-hydroxybenzylalkohol
Beispiel 3
Herstellung von 4-Hydroxybenzaldehyd (Verfahren B) a-Trichlormethyl-4-hydroxybenzylalkohol (3,6 g, 0,015 m) wird in einer Lösung von Natrium (0,35 g, 0,015 m) in 60 ml Methanol gelöst und die erhaltene Lösung bis zur Trockne eingedampft. Der Rückstand wird in 60 ml Dimethylformamid gelöst und es werden zur Lösung 0,35 g (0,003 m) Kalium-t-butoxid zugesetzt. Das Gemisch wird 20 Stunden bei Raumtemperatur gerührt und wird dann auf gleiche Weise, wie in Beispiel 1 beschrieben, weiterbehandelt, wodurch man eine Ausbeute von 1,43 g (79 Prozent) an 4- Hydroxybenzaldehyd mit einem Schmelzpunkt von 116 bis 117"C erhält.
Beispiel 4 Herstellung von 4-Hydroxy-3-methoxybenzaldehyd (Vanillin)
Gemäss dem in Beispiel 3 beschriebenen Verfahren und unter Verwendung von a-Trichlormethyl-4-hydroxy-3-methoxybenzylalkohol (2,7 g, 0,01 m), Natrium (0,23 g, 0,01 m) in Methanol (50 ml), Kalium-t-butoxid (0,23 g, 0,002 m) und Dimethylformamid (60 ml) als Ausgangsmaterialien werden 1,2 g (79 Prozent) des erwünschten Produkts mit einem Schmelzpunkt von 76 bis 79" C erhalten und in heissem Wasser zu reinem Vanillin mit einem Schmelzpunkt von 80 bis 82" C umkristallisiert.
Analyse für C8H8O3: berechnet: C 63,2 H 5,3% gefunden: C 63,1 H 5,4%
Beispiel 5
Herstellung von 4-Hydroxybenzaldehyd (Verfahren C)
Wasserfreies Kaliumcarbonat (3,1 g, 0,0225 m) wird zu einer Lösung von a-Trichlormethyl-4-hydroxybenzylalkohol (3,6 g, 0,015 m) in 25 ml Dimethylformamid zugesetzt und das Gemisch dann 4 Stunden unter Rühren auf 100" C erhitzt.
Das Gemisch wird dann weiter gemäss dem in Beispiel 1 beschriebenen Verfahren behandelt und dadurch eine Ausbeute von 1,33 g 4-Hydroxybenzaldehyd (73 Prozent) erhalten.
Bei Wiederholung des vorstehend beschriebenen Herstellungsverfahrens unter Verwendung von Natriumcarbonat (0,018 m) anstelle von Kaliumcarbonat wird das Produkt in einer Ausbeute von 68 Prozent erhalten.
Beispiel 6
Herstellung von 3,4-Dihydroxybenzaldehyd
Wasserfreies Kaliumcarbonat (3,1 g, 0,0225 m), a Trichlormethyl-3 ,4-dihydroxybenzylalkohol (2,6 g, 0,01 m) und Dimethylformamid (20 ml) werden 5,5 Stunden unter Rühren miteinander auf 100" C erhitzt. Das Gemisch wird weiter gemäss dem in Beispiel 1 beschriebenen Verfahren behandelt und dadurch eine Ausbeute von 0,45 g 3,4-Dihydroxybenzaldehyd (32 Prozent) mit einem Schmelzpunkt von 145 bis 148 C erhalten. Das umkristallisierte Material weist einen Schmelzpunkt von 151 bis 154" C auf. Eine Probe des Produkts wird mit Anilin zu Anil mit einem Schmelzpunkt von 1780 C umgesetzt.
Analyse für Cl3HllNO2: berechnet: C 73,2 H 5,2 N 6,6Wo gefunden: C 72,8 H 5,1 N 6,2%
Beispiel 7
Herstellung von 4-Methoxybenzaldehyd (Anisaldehyd)
Wasserfreies Kaliumcarbonat (12,5 g, 0,09 m) wird zu einer Lösung von a-Trichlormethyl-4-hydroxybenzylalkohol (18,0 g, 0,075 m) und Dimethylsulfat (7,9 ml) in 100 ml Aceton zugesetzt und das Gemisch 7,5 Stunden unter Rühren am Rückfluss erhitzt. Man lässt das Gemisch dann 3 Tage bei Raumtemperatur stehen und dampft es dann unter vermindertem Druck bis zur Trockne ein. Zum Rückstand werden 100 ml Dimethylformamid und wasserfreies Kaliumcarbonat (2,0 g, 0,015 m) zugesetzt und das Gemisch wird dann 3 Stunden unter Rühren auf 100" C erhitzt.
Das Gemisch wird jetzt mit 50 ml Wasser versetzt, anschliessend mit konzentrierter Salzsäure angesäuert und eine Wasserdampfdestillation bis zur Ansammlung von 1250 ml Destillat durchgeführt. Das Destillat wird mit Äther (2 x 400 ml) extrahiert und die Extrakte getrocknet (Na2SO4). Der Äther wird unter vermindertem Druck entfernt und das als Rückstand erhaltene Öl destilliert, wodurch man 5,35 g des Produkts (53 Prozent) mit einem Siedepunkt von 124 bis 128 C bei 11 mm Quecksilbersäule erhält.
Wird das vorstehend beschriebene Herstellungsverfahren unter Venvendung von Natriumcarbonat anstelle von Kaliumcarbonat wiederholt, so wird eine Produktausbeute von 48 Pro zent erhalten.
Beispiel 8
Herstellung von 4-Äthoxy-3-methoxybenzaldehyd
Gemäss dem in Beispiel 7 beschriebenen Verfahren, wobei jedoch a-Trichlormethyl-4-hydroxy-3-methoxybenzylalkohol und Diäthylsulfat als Ausgangsmaterialien verwendet werden, wird das erwünschte Produkt mit einem Schmelzpunkt von 58 bis 61" C in einer Ausbeute von 59 Prozent erhalten.
Analyse für C10H12O3: berechnet: C 66,7 H 6.7wo gefunden: C 66,8 H 6,8 Wo