CS196387B2

CS196387B2 - Method of producing m-phenoxy-benzaldehyde

Info

Publication number: CS196387B2
Application number: CS776057A
Authority: CS
Inventors: Dale G Brown; William W Brand
Original assignee: American Cyanamid Co
Priority date: 1976-09-22
Filing date: 1977-09-19
Publication date: 1980-03-31
Also published as: US4108904A; GB1557421A; BE858911A; AT353251B; ATA677677A; AR220683A1; IL52749A0; DE2741764A1; AU2809177A; BR7706236A; CH632230A5; NL7710031A; AU512709B2; IT1090307B; JPS5340732A; ES462542A1; FR2365547A1; SU816397A3; PL200964A1; YU225377A

Description

Je známo, že alkyl a aralkylmonohalogenidy se mohou převádět na své odpovídající aldehydy přes kvartérní sůl připravenou z těchto alkyl a aralkylhalogenidů a hexamethylentetraminu. Hydrolýzou této kvartérní soli s získá požadovaný aldehyd. [M. Sommelet, Compt. Rend. 157, 852 (1913) a Bull. Soc. Cim. France (4) 23, 95 (1918)].

V nedávno zveřejněném článku B. Ya. Libman aj. uvádějí přípravu benzaldehydu pomocí Sommeletovy reakce se směsí benzyl a benzalchloridu [Žurnál Prikladnoj Chimii, 39 (7) 1669—70 (1966)]. Tento článek je ovšeip omezen na přípravu benzaldehydu jako takového.

V belgickém patentu č. 809 867 (1974) uděleném Sum.itomovi se uvádí přímá chlorace m-fenoxytoluenu v přítomnosti chloridu fosforitého při teplotách nad 220 °C, čímž se získá směs monohalogen a dihalogenderivátů. Příklady uvedené v patentu jasně ukazují, že při teplotách pod 220 °C dochází к rozsáhlé halogenaci kruhu a takto získané produkty jsou znečištěny v nežádoucím stupni nežádanými vedlejšími pro- dukty, například 3-fenoxy.-6-chlortoíuenem.

Tento patent neuvádí ani to nelze z něj vyvodit, že m-fenoxytoluen může být halogenován v inertních rozpouštědlech při relativně nízkých teplotách v přítomnosti některých volných radikálových iniciátorů nebo za působení silného světla, aby se získala směs monohalogen a dihalogenderivátů s minimálním znečištěním vedlejšími produkty halogenovanými v kruhu.

Vhodným a hodnotným meziproduktem pro syntézu mnoha ekonomicky důležitých, vysoce účinných pesticidů pyrethroidového typu je m-fenoxybenzaldehyd vzorce I Qo-Q-cho

ÍJJ

Obvykle se aldehyd vzorce I může připravit dihalogenací m-fenoxytoluenu vzorce IV a hydrolýzou takto získaného dihalogenderivátu vzorce III, čímž se získá požadovaný aldehyd vzorce I, jak je dále znázorněno.

190387

kde x je . halogen.

Naneštěstí výše popsaný postup není zcela dostatečný, protože během halogenační reakce se vytvářejí také významná množství monohalogen- a trihalogenmethyl analogů požadované sloučeniny vzorce III. Navíc se také vyskytuje halogenace kruhu. Tedy běžná halogenace umožňuje vznik směsi produktů a protože '' ne všechny z nich se mohou přímo hydrolyzovat - na požadovaný aldehyd vzorce I, získává se tento aldehyd v malých výtěžcích.

Ukážou obtíží, s nimiž se lze setkat při halogenaci m-fenoxytoluenu je,výše uvedený belgický patent, který uvádí, že teploty převyšující - 220 ^PC - jsou nutné během- - - - halogenace m-fenoxytoluenu, aby nedocházelo k tvorbě a/nebo aby se - minimalizovala tvorba výše uvedených nežádoucích vedlejších produktů.

Překvapivě bylo zjištěno, že při novém halogenačním postupu tohoto vynálezu může být - m-fenoxytoluen halogenován za relativně mírných podmíne_k v rozpouštědle inertním vůči reakčním složkám v teplot(IV) kde x je brom nebo chlor.

Bylo zjištěno, že výše uvedená směs sloučenin - vzorce II a III se mže převést na požadovaný m-fenoxybenzaldehyd vzorce I Sommeletovou reakcí. Výše uvedená halogenační směs - sestávající ze sloučenin vzorce II a III se nechá zreagovat s jedním až dvěma molekvivalenty hexamethylentetraminu ve vodném roztoku alkoholů s jedním až 3 uhlíkovými atomy nebo alkanových kyselin se - 2 až 3 - uhlíkovými atomy.

ním rozmezí -výhodně kolem teploty varu vybraného rozpouštědla. Výhodně se přidá účinný iniciátor - s volným radikálem, například lauroylperoxld, 2,2‘-azobis(2-methylpropi-onitrilj, 2,t-butylazo-2-kyanopropan, benzoylperoxid a podobně do - reakční směsí v množství 0,1 až 10 - hmotnostních - % a výhodně 1 až 10 hmotnostních procent m-fenoxytoluenu, nebo místo iniciátoru se může reakční směs ozářit zdrojem silného světla jako je sluneční lampa v případě, že halogenačním činidlem je bróm nebo chlor.

Dále se přidá halogenační činidlo, například brom, chlor, nebo sulfurylchlorid k výše - uvedené reakční směsi - v množství 1,2 až 2 molekvivalenty na mol m-fenoxytoluenu - po dobu 1 do 24 hodin nebo - dokud není reakce v podstatě - skončena. - Takto získaný - produkt - je - směsí monohalogenderivátů vzorce II a dihalogenderivátů vzorce III m-fenoxytoluenu, přičemž směs je v podstatě prosta nebo obsahuje jen malé množství výše uvedených nežádoucích nečistot. - Výše uvedená reakce může být graficky znázorněna následovně.

^S°^zCh roz&ouštídlo (LhicÍ&tot neb .'Silni svetlo

Dále se směs hydrolyzuje ve vodném roztoku minerální kyseliny (například kyseliny - chlorovodíkové) za varu pod zpětným chladičem po dobu 1 až 4 hodin, čímž se získá požadovaný m-fenoxybenzaldehyd v dostatečném výtěžku. Aldehyd vzorce I se získá z reakční směsi standardními laboratorními - postupy, například extrakcí - přeháněním vodní parou a podobně a .. je-li třeba, tak se vyčistí.

Výše uvedená reakce může být schematicky znázorněna následovně.

198367

ha.^m*thyl*n__ t4.tra.mCh

Jak je výše uvedeno, nový způsob halogenace předloženého vynálezu dává monohalogěnderiváty vzorce II a dihalogenderiváty vzorce III za relativně mírných podmínek a prosté významných množství nečistot, jako jsou v kruhu halogenované deriváty m-fenoxytoluenu. Vzhledem к tomu se halogenační směs může použít bez dalšího čištění při výrobě hodnotného m-fenoxybenzaldehydového meziproduktu.

Následující příklady objasňují vynález.

Příklad 1

Výroba m-fenoxybenzaldehydu.

A

Do směsi m-fenoxytoluenu (36,8 g), 0,199 molu), vařené pod zpětným chladičem v chloridu uhličitém (150 ml) ozářené 275 W. G. E. sluneční lampou, se přidává po kapkách brom (64,0 g, 0,400 molu) takovou rychlostí, že se nevytvoří žádná barva v reakční směsi. Po čtyřech hodinách varu pod zpětným chladičem se směs koncentruje za vakua, čímž se získá 75 g světlehnědého oleje. Protonové nukleární magnetické resonanční spektrum (NMR) ukazuje poměr přibližně 9 : 1 pro dibromderivát (tS

6,55 pro proton benzylu) oproti monobromderivátu (Ó 4,4 pro proton benzylu), v CDC13.

В

Směs monobromderivátu a dibromderivátu (22,5 g), hexamethylentetraminu (19 g), ledové kyseliny octové (27 ml) a vody (27 ml) se zahřívá pod zpětným chladičem po dobu 2 hodin.

Pak se přidá koncentrovaná kyselina chlorovodíková (31 mí) a směs se zahřívá pod zpětným chladičem po'dobu 45 minut. Směs se ochladí, extrahuje etherem, etherový extrakt se promyje zředěnou kyselinou a zředěným alkalickým hydroxidem a. vysuší síranem hořečnatým. Ether se pak odstraní za vakua, čímž se získá 12,0 m-feno xybenzaldehydu ve formě světlehnědého oleje.

Struktura se určí pomocí NMR, která ukazuje aldehydický proton při S 9,95 a aromatické protony při S 7,25 (multiplet) v poměru 1:9 (v CDCI3). Infračervené (IR) spektrum ukazuje karbonylovou skupinu při 1680 cm^-1, neředěno.

Příklad 2

Výroba m-fénoxybenzaldehydu

A

Směs m-fenóxytoluenu (20,0 g, 0,109 molu), 2,2‘-azobis-(2-methylpropionitrilu) (AIBN, 1,89 g) a chloridu uhličitého (80» ml) se zahřívá pod zpětným chladičem a přidá se roztok sulfurylchloridu (22,0 g, 0,163 molu) v chloridu uhličitém (80 ml) po kapkách během 1,5 hodiny.

Reakční směs se zahřívá pod zpětným chladičem přes noc, pak se koncentruje ve vakuu, čímž se získá 25 8 g oleje. Tento olej předběžně obsahuje 60 % monochlor a 29 procent dichlorderivátu podle NMR.

В

Směs výše uvedeného oleje (14,2 g) hexamethylentetramlnu (17,1 g) a 60°/o vodného roztoku ethanolii (85 ml)' se zahřívá pod zpětným chladičem po dobu 4 hodin. Směs se ochladí, okyselí zředěnou kyselinou chlorovodíkovou a extrahuje etherem. Etherový extrakt se vysuší síranem hořečnatým, koncentruje ve vakuu a 10,1 g zbylého oleje se destiluje při. 120 ažl30°C, čímž se získá 7,5 g n-fenoxybenzaldehydu.

Hmotnostní spektrum aldehydu ukazuje, že v produktu není přítomen žádný chlor, což Indikuje, že nedošlo к žádné chloraci kruhu během chloračního stupně.

Příklady 3 až 14

Vyhodnocení sulfurylchloridu jako chloračního činidla pro chloraci postranního ře190387 těžce m-fenoxytoluenu za různých reakčních podmínek

Při následujících pokusech byl použit m-fenoxytoluen prostý jakýchkoli fenolových nečistot vlivem předcházejícího promytí alkáliemi a/nebo filtrací přes silikagel.

Obecný postup

Roztok sulfurylchloridu [5,46 . g, 0,0405 molu) v chloridu uhličitém . . (20 ml) se přidává po kapkách do roztoku m-fenoxytoluenu (IV, 5,0 g, 0,024 molu), 2,2‘-azobis-(2C

-methylpropionitrilu) (AIBN, 0,05 g) v chloridu uhličitém - (20 ml), zahřívanému pod zpětným chladičem. ' ' Když je přidávání skončeno, roztok se zahřívá pod zpětným ' chladičem po dobu 18 hodin. Rozpouštědlo se pak odpaří za vakua a zbytek se analyzuje plynovou chromatografií (VPC) a protonovým ' nukleárním, magnetickým resonančním spektrem (NMR).

Při výše uvedeném postupu za použití různých rozpouštědel a/nebo katalyzátorů se získá souhrn dat, která jsou uvedena v tabulce 1, - která , následuje.

190387

Tabulka I

Příklad Iniciátor Iniciátor jako Rozpouštědlo Reakční teplota °C Výsledky hmot. % slou- VPC NMR

Ceniny vzorce IV 3 - AIBN 10 neředěno 75—80 většinou většinou ed d P cd Fh

CJ

Λ d ρ ω O co

to

E o to

E o

φ

CJ co P o φ CJ CO í—4 o rd

CJ

CJ to

E o

φ

CJ co

P o

F-4 rd

CJ d Λ 3 p _ Ο Λ •M >ω s >

φ CJ g

P 2 ²

CJ

Ο «3

3 >

to

O 3 ω g o .3 3 · >00 p ¹ ‘ o

CJ d Λ 3 p. Λ

-d 3 ř-ч Λ

Φ

CJ cd P O Λ

CJ to

E CJ

Φ

CJ cd

P o Λ

CJ jd d

P .W Φ d CJ

N Z~ '03 d a cd d _cO

N p

- p o

CJ

O .Ξ ΧΛ 4-» >φ >

to

K o

ω CJ d

P O rd

CJ

O .S X3 >

to K CJ ω

o

C-t O Λ

CJ

a	S	S	s	g	a		2	a	a	s
	'>>	4x					'ί>Χ	'>>
3 - ><Φ §	3 - 3 ^S	3 w 3 )φ s	з m 4-» A 3 3	3 3 S	3 ₂ 3 3		3 H 3 §	3 ₂ XD ²	3 >a> d	'3 _dч-ч d 3 K
?φ nS	?	a® ns	CL ®	r>. Φ N>.a	p. Φ &s	o σ> í	a>g N S	n>o N 2	N « N «
ó 2 o 12	Ό Έ o 12 a j-	ó 2 o p ®<rd	O 12 c^jd	Ό 2 o 12	2 o 2 л 4d	1 o 00	ό 5 o 12 f tí	-o 2 ' o ²řdrd	th · 'd o2 f^4d	•g^j
3 «	^{3 w}	3 ° '	' d °	0 ^ϋ	3 ^ϋ		^{3 u}	^{d u}	d . ^u	3 °
P	P	P	P	P	P		P	p	P	Ph
3	3	3	co	cd	co		3	cd	co	3
>	>	>	>	>	>		>	>	>	>

	i—H CJ	d . φ
T4		—r	-r	d φ	CN K	N d	•T<	M·	*·	Ti
O	u	O	CJ	N d	4	φ ,Q	^CJ	u		CJ
o	CJ	CJ	CJ	Φ	E	P	CJ	CJ	CJ	ω
				rQ	o	O
					r—4 CJ	² CJ

rH

Ο

							Ν M ¹ tí ' S S ^o	d	J X	T3. •ř4 X
Z	Z	Z	Z	Z	Z	Z	N £ N ca £ оз r—H Q r-4 >4 P Ο»	od 0	o P Φ	o- P Φ
S t—4	s	M t—<	PQ	CQ	S t—4	3	M Qj —M 0 O 0	O Q	dí	Jd
<	<	<	<	5	<	<	Λ 3 Λ	3 S	>> o	>* o
							o r? cj	>>	N	P
	*						P t*» p OJ φ		d φ	d co
							4—* t 4—* » f .		0Q	hJ

xr ιη co

IS 00 · ο ο rH rH rH

СЧ rH

CO rH

180387

Příklady 15 až 20 račního činidla pro chloraci postranního řetězce m-fenoxytoluenu za různých reakčVyhodnocení plynného chloru jako chlo- nich podmínek.

O

CHi ³

θγ^τ-CHCtx (in)a.

Obecný postup

Směs m-fenoxytoluenu (IV, 5,0 g) iniciátoru (je-li nějaký) a rozpouštědla, které-bylo vybráno (20 ml) se zahřívá pod zpětným chladičem a zahřívanou směsí se probublává plynný chlor.

Po přidání plynného chloru se reakční směs zahřívá pod zpětným chladičem až 18 hodin předtím, než se ovzorkuje. Po uplynutí požadované reakční doby se odeberou vzorky a odpaří se ve vakuu předtím, než se určuje procentní složení pomocí VPC a NMR.

VPC analýzy se získají se sloupcem 85 cm X 0,6 cm O. D. naplněným 10 % OV-17 na plynovém chromatografu Q při 175 °C.

Retenční doby jsou následující:

IV — 2,4 minuty

II — 8,0 minut

III — 12,4 minuty

V — 5,6 minut.

Struktura V je shodná u hmotnostního spektra a C¹³ nukleárního magnetického resonančního spektra.

Protonové NMR chemické pokusy pro sloučeniny II, III, IV а V jsou

II — 4,45 δ

III — 6,57 <5 IV 2,25 δ

V — 2,2-2,3 á.

198387

ел ел >

К)	ю	ctí		4Й		к>
к .	X.	¢-1			к
ω	о	О	й	Сч	Й	CJ
ф О	ф Ф	2 Ф	Й о Л й r-Ч	ф	Ó Й	Ф Ф
ctí	ctí	Й о	Г >сл	ф	)СЛ	ctí
ř-ч О	¢-1 О	>Ф	Ctí ¢-1	>Ф	¢-1 О
		Й	>	О	>
2	2	>сл				2
Ф	Ф		2		ω
		>ф		ω

Ь й£ g s§ s N S Ы«	Гч 4-> Й >Ф S ел,£ о N 2	>ф В >ф S N ν .у
й 5 й 'З о 5 о 2	Ό 2 \| о 2 о	^2^2 о· S о « ^ν
елдй -ел д	ад	ад »Д
Д ° й^	й °	й ° й °
t-ι ¢-1	¢4	Рч Гн
ctí .Φ ..	.. ctí . .. ..	Ctí ctí
> >	>	> >

cd й

'2 S >Ф +>ω

Й

О ел N О м

О сэ

Сч о 4-J 'S о й 'Ctí

ctí	со	СО	Й
СЛ	ел	ел	ел
в	S	.6	8
со	ctí	Ctí	СО
	7¹	Я—1
\ι-4	>ř—<	\г-(
Й	fl	й	Й
>о	>о	>ф	>ф
ф	φ	ф	ф
й	Й	Й	й
Й	Й	Й	Й

2	СЛ	СЛ	СЛ

Ό ctí

	СО	О) .	О
тН	тН	г-1	С\]

Příklad ' 21

Vyhodnocení světlem iniciované chlorace m-fenoxytoluenu v chloridu uhličitém při zahřívání pod zpětným chladičem při použití plynného chloru jako chloračního činidla.

Obecný postup

Roztok m-fenoxytoluenu (38,5 g, 0,21 molu) v chloridu uhličitém (200 ml) se zahřívá pod zpětným chladičem a ozařuje se G. E. 275 W sluneční lampou. Do zahřívaného roztoku se přidává chlor. V různých intervalech se reakce přeruší, čímž se získá vzorek pro analýzu pomocí plynové chromatografie (VPC). Současně se zaznamená hmotnost chloru vypuštěného z odváženého válce, ačkoli dochází k určité ztrátě chloru z reakční směsi. Údaje získané VPC analýzou (183 cm vysoký skleněný sloupec o ' průměru vnitřním 0,635 cm, . naplněný 3% OV—17, teplota 200 °C) jsou shrnuty ' v tabulce 3.

Když bylo přidáno 34 g chloru, reakční směs byla ochlazena a odpařena za vakua, čímž se získalo 40,3 g oranžového oleje.

NMR analýza ukazuje následující . přibližné složení v hmotnostních %:

IV — 4,5 %

II — 52,0 O/o

III — 43,5 o/o.

Výše uvedená NMR data odpovídají 16,5 g z· 34 g· chloru použitého během reakce.

Ačkoli konečný poměr II a .III, jak je určeno VPC a NMR, není v úplném souhlase, oba . analytické postupy potvrzují nízkou ú— roveň chlorace kruhu (méně než . 5 %) jak je uvedeno v příkladech 15· až 20.

Tabulka III

Interval	Hmotnost přidaného CI2 v g	Ekvivalent Ch
1	15	1
2	19	1,27
3	20	1,34
4	25	1,68
5	30	2,01
6	31,5	2,11
7	34,0	2,28
Příklad	22

Výroba alfa—kyanobenzylesterů reakcí m-fenoxybenzaldehydu a chldoridů kyselin v přítomnosti alkalických kyanidů

Směs 0,05 grammolekuly m-fenoxybenzaldehydu a 0,05 grammolekuly chloridu 3,3-dimethylspir o (cykl opropan--.,Γ-inden) -2-karboxylové· kyseliny se přidává pomalu, po · částech, k roztoku 0,075 grammolekuly kyanidu . draselného ve 100 ml vody při 5°C.

VPC — Přibližné složení produktu
IV	II	III	V
81,7	14,8	0,5	3,0
44,6	48,3	3,1	4,0
40,3	51,5	4,3	3,0
27,0	59,1	10,9	3,0
7,3	74,0	21,8	4,2
6,0	67,7	27,5	3,7
4,1	66,5	26,0	3,4

Směs se míchá po· dobu 1,5 . hodiny při 5 °C a pak se .extrahuje· 3X50 ml etheru. Extrakty se promyjí 10·% roztokem kyseliny chlorovodíkové nasyceným roztokem hydrogenuhličitanu sodného a vodou a pak se vysuší síranem sodným. Odstraněním etheru za vakua se získá álfa<-kyano-m-fenoKybenzyl-3,3-dlmethylspiro(cykloorooan--lT-inde-n)-2-karboxýlát jako žlutohnědý olej, který je vhodným insekticidem, jak je uvedeno v US patentu 3 966 959 (1976').

Claims

předmět vynalezu

1. Způsob výroby m-fenoxybenzaldehydu vzorce I (I) vyznačený tím, že se halogenuje sloučenina vzorce IV v inertním rozpouštědle 1,2 až 2,0 molárními ekvivalenty halogenačního činidla přibližně při teplotě varu vybíraného rozpouštědla v přítomnosti 0,5 až 10 hmotnostních procent účinného iniciátoru s volným radikálem z: celkového množství sloučeniny vzorce IV a když je halogenačním činidlem brom nebo chlor, může se použít zdroje silného jasně zářícího světla k aktivaci halogenační reakce po dostatečnou dobu k úplnému dokončení reakce a získání směsi sloučenin vzorců

13 14 (li) kde

X je halogen, halogenovaná směs se nechá zreagovat s 1 až 2 molárními ekvivalenty hexamethylentetraminu v rozpouštědle tvořeném vodným roztokem alkoholu s 1 až 3 atomy uhlíku nebo vodným roztokem alkanové kyseliny se 2 až 3 atomy uhlíku a takto získaná směs se hydrolyzuje zředěnou minerální kyselinou.
2. Způsob podle bodu 1 vyznačený tím, že rozpouštědlem je chlorid uhličitý, halogenačním činidlem je brom, reakční směs se ozařuje jasně zářícím zdrojem světla, X je brom a minerální kyselinou je kyselina chlorovodíková.
3. Způsob podle bodu 1 vyznačený tím, že halogenačním činidlem je sulfurylchloriď, iniciátorem s volným radikálem je 2,2’-azobis- {2-methylpropionitril ] přítomný v množství 0,5 až 10 hmotnostních % množství sloučeniny vzorce IV, X je chlor a minerální kyselinou je chlorovodíková kyselina.

(lil)
4. Způsob podle bodu 1 vyznačený tím, žé iniciátorem s volným radikálem je 2-t.butylazo-2-kyanopropan nebo běnzoylperoxid přítomný v množství 0,
5 až 10 hmotnostních % z množství sloučeniny vzorce IV.

,5. Způsob podle bodu 1 vyznačený tím, že směs m-fenoxybenzylchloridu vzorce II a m-fenoxybenzalchlcridu vzorce III, kde X = = chlor, se nechá zreagovat s 1 až 2 molárními ekvivalenty hexamethylentetráininu v. horkém vodném roztoku ethanolu nebo horkém vodném roztoku kyseliny octové a směs se hydrolyzuje zředěnou kyselinou chlorovodíkovou.
6. Způsob podle bodu l· vyznačený tím, že směs m-fenoxybenzylbromidu vzorce II a m-fenoxybenzalbromídu, kde X = brom, se nechá zreagovat s 1 až 2 molárními ekvivalenty hexamethylentetraminu v horkém vodném roztoku ethanolu nebo v horkém vodném roztoku kyseliny octové a směs se hydrolyzuje zředěnou kyselinou chlorovodíkovou.