CH644343A5

CH644343A5 - Verfahren zur herstellung von arylbrenztraubensaeuren.

Info

Publication number: CH644343A5
Application number: CH592679A
Authority: CH
Inventors: Moustafa El-Chahawi
Original assignee: Dynamit Nobel Ag
Priority date: 1978-06-26
Filing date: 1979-06-25
Publication date: 1984-07-31
Also published as: FR2429772A1; DE2828041A1; IT7949532A0; GB2026478A; JPS554398A; DD144536A5; CA1125307A; BE877229A; FR2429772B1; NL7904941A; BR7903978A; US4447644A; MX149923A; IT1120442B; GB2026478B; DE2828041C2

Description

Die Erfindung betrifft die Herstellung von Arylbenz-traubensäuren, die gegebenenfalls substituiert sein können, durch Umsetzung von gegebenenfalls substituierten Aryl-halogenmethylverbindungen mit Kohlenmonoxid in einem Alkohol/Wasser-Gemisch in Gegenwart von Metallcarbo-nylen und eines Alkalihydroxids.

Arylbrenztraubensäuren sind nach J. Anatol: Synthesis 1971, Heft 10, 538/539 aus a-Aminonitrilen oder Cyan-hydrinen über die a-Hydroxy-N-tert.-Carbonsäureamide durch Oxidation und Hydrolyse erhältlich.

Dieser und weitere Synthesewege benutzen schwer zugängige Ausgangsstoffe, verlaufen über zahlreiche Zwischenstufen oder erbringen nur geringe Ausbeuten.

In der DE-AS 2 600 541 wird vorgeschlagen, Aryl-methylhalogenide mit Kohlenmonoxid zu Arylbrenz-traubensäure in Gegenwart von Metallcarbonylverbin-dungen, besonders des Kobalts in Gegenwart von 1 bis 4 Mol Erdalkalibasen umzusetzen. Es entstehen dabei mehrere unerwünschte Nebenprodukte, die die Aufarbeitung erschweren.

In der DE-AS 2 600 541, Spalte 3, Zeilen 61 bis 64 wird ausdrücklich angegeben, dass beim Ersetzen der Erdalkalibasen durch Alkalibasen keine Arylbrenztraubensäure-bildung erreicht wird.

Es bestand demnach die Aufgabe, Arylbrenztraubensäuren nach einfachen und wirtschaftlich ausführbaren Verfahren herzustellen.

Überraschenderweise wurde gefunden, dass Alkalibasen sehr wohl zur Herstellung von Phenylbrenztraubensäure geeignet sind, sofern eine bestimmte Auswahl von Lösungsmitteln getroffen wird.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Arylbrenztraubensäuren, die gegebenenfalls substituiert sein können, durch Umsetzung von gegebenenfalls substituierten Arylmethylhalogeniden mit Kohlenmonoxid und einem Alkohol-Wasser-Gemisch in Gegenwart eines Kobaltcarbonyls und einer basischen Verbindung, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass die Umsetzung bei —10 bis 70 °C in Gegenwart eines Alkalhydroxids als basischer Verbindung durchgeführt wird.

Als Arylmethylhalogenid werden bevorzugt die Chloride, Bromide und gegebenenfalls Jodide verwendet, von denen die Chloride bevorzugt sind. Der Arylrest ist insbesondere ein ein- oder zweikerniger Aromat, welcher verschiedenartig substituiert sein kann. Bevorzugte Substituenten sind Halogene wie Fluor, Chlor, Brom und Jod, Alkylreste mit 1 bis 4 C-Atomen, die geradkettig oder verzweigt sein können, Alk-oxygruppen oder Phenoxygruppen, die ihrerseits substituiert oder unsubstituiert sein können, Nitro-, Cyan- und Carbalk-oxygruppen, wobei die vorgenannten Substituenten mehrfach gleich oder verschieden vorhanden sein können.

Bevorzugte Vertreter der Arylmethylhalogenide sind Benzylchlorid, o-, m- und p-Chlorbenzylchlorid, o-, m- und p-Brombenzylchlorid, o-, m- und p-Fluorbenzylchlorid, o-, m- und p-Methylbenzylchlorid, 2,3-Dimethyl-, 2,4-Di-methyl-, 3,5-Dimethylbenzylchlorid, l-Chlormethylnaph-thalin, 2-Chlormethylnaphthalin, mono- und Dimethoxy-benzylchlorid, o-, m- und p-Phenoxybenzylchlorid.

Als Carbonylierungskatalysatoren eignen sich Kobalt-carbonyle, bevorzugt Dikobaltoctacarbonyl und weiterhin Salze, z. B. das Kalium- oder Natrium-Salz von Kobalttetra-carbonylwasserstoff. Die Katalysatoren können dem Reaktionsgemisch in Substanz oder auch in Form von Lösungen in dem Lösungsmittel der Carbonylierungsreaktion zugesetzt werden. Das Molverhältnis von Metallcarbonyl zur Arylhalogenmethylverbindung kann zwischen 1:1 und 1:1000 liegen, jedoch ist ein Molverhältnis zwischen 1:20 und 1:1000, vorzugsweise zwischen 1:30 und 1:200, wirtschaftlich sinnvoll.

Die für die Reaktion bevorzugten Lösungsmittel entstammen der Gruppe der geradkettigen, verzweigten oder cyclischen Alkohole mit bis zu 6 C-Atomen, wie Methanol, Äthanol, Propanol, Isopropanol, n-Butanol, Isobutanol, tert.-Butanol und tert.-Amylalkohol. Cyclische Äther wie Tetrahydrofuran sind ebenfalls möglich. Mit steigendem Verzweigungsgrad der Alkohole werden bessere Ergebnisse erhalten, so dass tertiäre Alkohole sehr gute und sekundäre Alkohole noch gute Ausbeuten ergeben, jedoch sind von den verzweigten Alkoholen diejenigen mit guter Mischbarkeit mit Wasser bevorzugt.

Entschieden bevorzugtes Lösungsmittel ist tert.-Butanol.

Das Gewichtsverhältnis Arylhalogenmethylverbindung zum Alkohol kann zwischen 1:1 und 1:20 hegen.

Als geeignete basische Reagenzien seien Alkalihydroxide wie LiOH, NaOH, KOH, RbOH genannt. Bevorzugt sind LiOH und NaOH. Das Molverhältnis von basischem Reagenz zur Arylhalogenmethylverbindung liegt im Bereich von 4:1 bis 2:1, vorzugsweise zwischen 2,8:1 und 2,2:1. Die Basen werden zweckmässig in Form ihrer 5 bis 40gewichtspro-zentigen, vorzugsweise 10 bis 25gewichtsprozentigen, wäss-rigen Lösungen während der Reaktion zudosiert.

Auch wässrige alkoholische Lösungen sind verwendbar.

Das Kohlenmonoxid kann im Druckbereich von 0,5 bis 200 bar angewandt werden. Vorzugsweise wird im Druckbereich von 5 bis 50 bar gearbeitet. Das Kohlenmonoxid kann mit inerten Gasen wie z.B. Stickstoff vermischt oder verunreinigt sein.

Die Temperatur liegt zwischen —10 und 70 °C, bevorzugt zwischen +10 und 40 °C. Gegebenenfalls muss während der Reaktion gekühlt werden. Temperaturen zwischen 10 und —20 °C sind möglich, ergeben jedoch geringe Umsatzgrade. In Sonderfällen sind Temperaturen von 50 °C bis etwa 70 °C möglich, jedoch sind dann Nebenprodukte bzw. geringere Ausbeuten der erstrebten Arylbrenztraubensäuren in Kauf zu nehmen.

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Eine optimale Bildung der Arylbrenztraubensäuren als Zielprodukte ist wie folgt erreichbar:

Unter den als basische Reagenzien verwendeten Alkalihydroxiden lässt unter gleichartigen sonstigen Bedingungen LiOH einen sehr grossen Atneil Arylbrenztraubensäure (A) entstehen, während NaOH einen bereits deutlich geringeren, wenn auch noch vorteilhaft hohen Anteil von A entstehen lässt. KOH ergibt einen geringeren Anteil von A.

Unter den Alkoholen der Lösungsmittel bewirkt insbesondere t-Butanol und gegebenenfalls weitere tertiäre Alkohole die Entstehung hoher Anteile A, während sekundäre Alkohole wie Isopropanol deutlich geringere, primäre Alkohole einen weiter verringerten Anteil von A entstehen lassen.

Die höchsten Ausbeuten von 90% Arylbrenztraubensäuren wurden bei Verwendung von LiOH und einem tertiären Alkohol, besonders t-Butanol, festgestellt.

Die Reaktionstemperatur soll dann nicht höher als 40 °C sein.

Es ist vorteilhaft, die zur erfindungsgemässen Umsetzung benötigten Alkalien in dem Masse zuzusetzen, wie die Reaktion fortschreitet, die am Verbrauch an CO zu erkennen ist. Auch der Katalysator kann gegebenenfalls, ebenso wie die Ausgangsstoffe, während der Reaktion zudosiert werden.

Im allgemeinen wird die Reaktion so durchgeführt, dass die Arylhalogenmethylverbindung, der Alkohol und das Metallcarbonyl in einem mit einem Rührer versehenen Autoklav unter N2-Atmosphäre vorgelegt werden. Danach wird der erforderliche Kohlenmonoxid-Druck eingestellt. Anschliessend wird unter starkem Rühren die Alkalibase zudosiert. Dann wird das Reaktionsgemisch filtriert, wobei als Hauptkomponente das Alkalisalz der Arylbrenztraubensäure neben wenig Alkalisalz der Arylessigsäure von flüssigen Reaktionskomponenten getrennt wird. Das Filtrat enthält das Alkalisalz der Arylessigsäure, bei Verwendung unverzweigter Alkohole auch Ester, neben sehr geringen Mengen an Alkalisalz der Arylbrenztraubensäure.

Die Alkalisalze der Arylbrenztraubensäure werden mit verdünnten Säuren, z.B. Salzsäure, angesäuert und anschliessend die Hauptmenge der freien Säure isoliert. In der angesäuerten Lösung findet man Arylessigsäure und Arylbrenztraubensäure, die mit Lösungsmittel extrahiert werden können, Arylessigsäure lässt sich von Arylbrenztraubensäure z.B. mit Benzol oder Toluol leicht trennen.

Die nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellten Arylbrenztraubensäuren sind wichtige Ausgangsstoffe zur Herstellung von a-Aminosäure wie z.B. Phenylalanin.

Beispiel 1

Im 20-Liter-Autoklav wurden unter N2-Atmosphäre 2000 g (15,9 Mol) Benzylchlorid, 4620 ml tert.-Butanol und 60 g (0,18 Mol) Co2(CO)8 vorgelegt. Der Autoklav wird mit CO gespült und auf einen Druck von 20 bar CO eingestellt. Bei Raumtemperatur wurde eine 9, 7gewichtsprozentige wässrige LiOH unter ständigem Rühren in 3 Stunden zudosiert. Die Reaktionstemperatur wurde unter 35 °C gehalten. Sie wurde kontrolliert, indem der Autoklav gekühlt bzw. die Dosiergeschwindigkeit verringert wurde. Nach Beendigung der CO-Aufnahme wurde die Dosierung des LiOH eingestellt (8800 g LiOH als 9,7%ige Lösung = 35 Mol). Das Reaktionsgemisch wurde mittels Nz aus dem Autoklav gedrückt und über eine Druckfilternutsche unter N2 der Feststoff getrennt.

Aufarbeitung A. Feststoff

Aj Der Feststoff wurde unter Rühren mit 6000 ml 13gewichtsprozentiger HCl angesäuert. Es wurde so lange gerührt, bis die Säure vollständig ausgefallen ist. Die Phenylbrenztraubensäure wurde abgesaugt, mit Wasser gewaschen und in Äther aufgenommen.

Das nach dem Ansäuern verbliebene Filtrat wurde mit Äther extrahiert und mit vorheriger Ätherphase vereinigt. Nach dem Abdestillieren des Äthers wurde die Phenylbrenztraubensäure mit wenig kaltem Benzol aufgeschlämmt, wobei vorhandene Phenylessigsäure gelöst wurde. Man erhielt 2340 g Phenylbrenztraubensäure. Ausbeute 89,9%.

A2 Im Benzol befanden sich 21 g Phenylessigsäure, Ausbeute 0,97%.

B. Reaktionsfiltrat

Bj Das Reaktionsfiltrat wurde mit H20 versetzt und mit HCl angesäuert. Nach dem Extrahieren mit Äther wurde die Ätherphase mehrmals mit einer 10%igen NaOH-Lösung ausgeschüttelt. Der Äther wurde abgetrennt und abdestilliert. Der Rückstand wurde destilliert, um die neutralen Car-bonylierungsprodukte zu isolieren.

B2 Die NaOH-Lösung wurde angesäuert und mit Äther extrahiert. Hier erhielt man nur Phenylessigsäure 126 g (5,8% Ausbeute).

Gesamtausbeute an Phenylbrenztraubensäure 89,9%

an Phenylessigsäure 6,8%

Beispiel 2

Entsprechend Beispiel 1, jedoch bei einer Temperatur von 0 °C und 8 Stunden Dosierzeit, wurde nach der Aufarbeitung ein Umsatz von 15,5% festgestellt. Die Ausbeute an Phenylbrenztraubensäure betrug 90% des Umsatzes.

Beispiel 3

Entsprechend Beispiel 1, jedoch bei 20 °C und 6 Stunden Dosierzeit, wurde nach der Aufarbeitung ein Umsatz von 95,9% und eine Ausbeute an Phenylbrenztraubensäure von 87% und an Phenylessigsäure von 6% festgestellt.

Beispiel 4

Entsprechend Beispiel 1, jedoch unter Verwendung von 3800 ml t. Amylalkohol anstelle von tert.-Butanol wurde eine Ausbeute von 39,8% Phenylbrenztraubensäure und 12% Phenylessigsäure erhalten.

Beispiel 5

Beispiel 1 wurde wiederholt unter Verwendung von 24gewichtsprozentiger wässriger NaOH, wobei 35 Mol NaOH während der gesamten Reaktionszeit zudosiert wurden.

Nach der Aufarbeitung erhielt man:

Gesamtausbeute an Phenylbrenztraubensäuren 62,9%

an Phenylessigsäure 33,0%

Beispiel 6

Entsprechend Beispiel 5, jedoch bei 60 °C wurden nach Aufarbeitung 39% Phenylbrenztraubensäure, 33% Phenylessigsäure und 2% Dibenzylketon erhalten.

Beispiel 7

Beispiel 1 wurde wiederholt unter Verwendung von NaOH (24gewichtsprozentig) und einem Druck von 5 bar CO.

Nach der Aufarbeitung erhielt man:

Gesamtausbeute an Phenylbrenztraubensäure 55,7%

an Phenylessigsäure 33,4%

sowie Dibenzylketon 6,1 %

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Beispiel 8

Beispiel 1 wurde wiederholt unter Verwendung von NaOH (24gewichtsprozentig) und einem Druck von 100 bar CO.

Nach der Aufarbeitung erhielt man:

Gesamtausbeute an Phenylbrenztraubensäure 67,9%

an Phenylessigsäure 21,7%

Beispiel 9

Beispiel 1 wurde wiederholt unter Verwendung von NaOH (20gewichtsprozentig) und einem Druck von 20 bar CO.

Nach der Aufarbeitung erhielt man:

Gesamtausbeute an Phenylbrenztraubensäure 66,5%

an Phenylessigsäure 21,2%

sowie Benzylphenylbrenztraubensäure 3,5%

Beispiel 10

Wie in Beispiel 1 beschrieben, jedoch unter Verwendung von KOH (22gewichtsprozentig) und einem Druck von 20 bar CO.

Nach der Aufarbeitung erhielt man:

Gesamtausbeute an Phenylbrenztraubensäure 50,3%

an Phenylessigsäure 35,4%

Beispiel 11

Wie in Beispiel 1 beschrieben, jedoch unter Verwendung von NaOH (24gewichtsprozentig) einem Druck von 100 bar CO und Isopropanol als Lösungsmittel.

Bei der Aufarbeitung erhielt man:

Gesamtausbeute an Phenylbrenztraubensäure 47,1 %

an Phenylessigsäure 32,1 %

sowie Phenylessigsäureisopropylester 8,7%

und Dibenzylketon 6,5%

Beispiel 12

Wie in Beispiel 1 beschrieben, jedoch unter Verwendung von NaOH (24gewichtsprozentig) einem Druck von 100 bar CO und Äthanol als Lösungsmittel.

s Bei der Aufarbeitung erhielt man:

Gesamtausbeute an Phenylbrenztraubensäure 39,9%

an Phenylessigsäure 29,6%

sowie Phenylessigsäureäthylester 14,5%

und Dibenzylketon 5,1 %

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Beispiel 13

Wie in Beispiel 1 beschrieben, jedoch unter Verwendung von NaOH (24gewichtsprozentig) einem Druck von 100 bar 15 CO und Methanol als Lösungsmittel.

Bei der Aufarbeitung erhielt man:

Gesamtausbeute an Phenylbrenztraubensäure 17,4%

an Phenylessigsäure 48,2%

20 sowie Phenylessigsäuremethylester 21,7%

Beispiel 14

Wie in Beispiel 1 beschrieben, jedoch unter Verwendung von p-Chlorbenzylchlorid mit NaOH (24gewichtsprozentig) 25 mit einem Druck von 20 bar CO.

Nach Aufarbeitung erhielt man:

Gesamtausbeute an p-Chlorphenylbrenztraubensäure 59,5%

an p-Chlorphenylessigsäure 1,1%

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Beispiel 15

Wie in Beispiel 1 beschrieben, jedoch unter Verwendung von p-Methylbenzylchlorid mit NaOH (24gewichts-prozentig) mit einem Druck von 100 bar CO.

35 Nach Aüfarbeitung erhielt man:

Gesamtausbeute an p-Methylphenylbrenztraubensäure 60,8%

an p-Methylphenylessigsäure 1,7%

Claims

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2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Alkohol ein verzweigter Alkohol verwendet wird.

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PATENTANSPRÜCHE c 1. Verfahren zur Herstellung von Arylbrenztrauben-säuren, die gegebenenfalls substituiert sein können, durch Umsetzung von gegebenenfalls substituierten Arylmethyl-halogeniden mit Kohlenmonoxid und einem Alkohol-Was-ser-Gemisch in Gegenwart eines Kobaltcarbonyls und einer basischen Verbindung, dadurch gekennzeichnet, dass die Umsetzung bei einer Temperatur von —10 bis 70 °C in Gegenwart eines Alkohols und eines Alkalihydroxids als basischer Verbindung durchgeführt wird.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Alkohol t-Butanol verwendet wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass man das Alkalihydroxid in wässriger Lösung von 5 bis 40 Gew.-% einsetzt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass man das Alkalhydroxid während der Reaktion zudosiert.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass man als Alkalihydroxid bevorzugt LiOH oder NaOH verwendet.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck 0,5 bis 200 bar beträgt.