CS216930B2

CS216930B2 - Method of preparation of the pyrazoles

Info

Publication number: CS216930B2
Application number: CS803880A
Authority: CS
Inventors: Wolf-Karlo Aders; Dietrich Mangold; Gerhard W Rotermund
Original assignee: Basf Ag
Priority date: 1979-06-02
Filing date: 1980-06-02
Publication date: 1982-12-31
Also published as: DD151164A5; IL60057A0; JPS5629574A; CA1141390A; EP0020964A1; DE2922591A1

Description

Předložený vynález se týká nového způsobu přípravy pyrazolů reakcí 1,3-dikarbonylsloučenin s · hydraziny a s nedostatečným množstvím kyseliny při pH mezi 0 a 6,9.

Z literatury je známá celá řada synthes pyrazolů viz Rodd, Chemistry of Carbon Compounds, díl IVa (Elsevier, N. Y., 1957 J, str. 246 až 249, například reakcí hydrazinů s 1,3-dikarbonylsloučeninami, dehydratací hydrazonů β-ketoesteru, cyklizací hydrazonů α-kyanoketonu, reakcí aldehydfenylhydrazonů s /--ketoestery v přítomnosti . chloridu zinečnatého, kondenzací a-halogenhydrazonů se sodnou solí ketosloučenin nebo diazosloučenin s deriváty acetylénu. Důležité způsoby synthesy vedou přes reakci derivátů 1,3-dikarbonylsloučenin s hydrazinem nebo hydrazinderiváty v kyselém vodném roztoku nebo se solemi hydrazinů nebo derivátů hydrazinu k zředěným vodným roztokům solí pyrazolů. Tak podle J. Am. Chem. Soc. díl 71 (1949) str. 3997 stechiometrická reakce 1,l,3,3-tetraethoxypropanu s hydrazindihydrochloridem se provádí ve směsi voda/ethanol. Roztok se pak odpaří, odparek se vytřepe do vody a z roztoku s kyselým uhličitanem sodným se uvolní pyrazol z odpovídající soli. Směs se filtruje, filtrační koláč se důkladně promyje etherem a etherický filtrát se použije k extrakci vodného filtrátu.

Při těchto synthesách vycházejících ze solí hydrazinu (nebo jejich derivátů) v roztoku, je nevyhnutelné, že po použití například anorganických bází vznikají stechiometrická množství odpadních solí. Při provedení ve velkém technickém měřítku vedou tyto soli k značným problémům s odpadní vodou a problémům k ochraně životního prostředí. Při postupu podle jmenované pracovní metody (J. A. Ch. S. citace výše) se například na kg připraveného pyrazolů uvolní více než 2 kg chloridu sodného.

Předmětem předloženého vynálezu je způsob přípravy pyrazolů obecného vzorce I

kde jednotlivé zbytky R1, R² a R- jsou stejné nebo různé, a to atom vodíku nebo alkyl s 1 až 18 atomy uhlíku, reakcí 1,3-dikarbonylsloučenin s hydrazinem v přítomnosti vody a kyseliny, vyznačený tím, že

se 1,3-dikarbonylsloučeniny obecného vzorce II

O R² O

II I II

R1—С—С—C—R¹ (II),

I

H kde R¹ a R² mají výše uvedený význam, nechají reagovat s hydrazinem obecného vzorce III

R3__HN—NH₂ (III), kde R³ má výše uvedený význam, v přítomnosti méně než 2 ekvivalentů kyseliny na mol hydrazinu obecného vzorce III, při teplotě —10 až 100 °C, přičemž pH reakční směsi během reakce se pohybuje mezi 0 a 6,9.

Dále bylo nalezeno, že postup podle vynálezu se s výhodou provádí tak, že se podíl pyrazolu obecného vzorce I v reakční směsi podle povahy pyrazolové soli nechá reagovat s dodatečným množstvím hydrazinu obecného vzorce III za vzniku volného pyrazolu obecného vzorce I.

S ohledem na dosavadní stav techniky poskytuje postup podle vynálezu překvapujícím způsobem jednodušší a ekonomičtější cestu pro přípravu pyrazolu v lepším výtěžku a čistotě. Značná množství kyseliny a tomu odpovídající nákladné neutralizační a odpadní vodu čisticí operace se ušetří. Postup odpovídá nárokům na ochranu životního prostředí. Veškeré tyto výhodné vlastnosti jsou s ohledem na dosavadní stav techniky překvapující. S ohledem na dosavadní stav techniky je nutno počítat s menší konversí, menšími výtěžky a tvorbou heterogenní směsi výchozích a konečných bází a jejich solí.

Výchozí sloučenina obecného vzorce II se nechá reagovat s výchozí sloučeninou obecného vzorce III ve stechiometrickém množství nebo s přebytkem jedné komponenty vůči druhé, s výhodou v poměru 0,1 až 1,5, zejména 0,9 až 1,1 mol výchozí sloučeniny obecného vzorce III na mol výchozí sloučeniny obecného vzorce II. Výhodné výchozí sloučeniny obecného vzorce II а III a odpovídající výhodné konečné sloučeniny obecného vzorce I jsou takové, ve kterých jednotlivé zbytky R¹, R² a R³ jsou stejné nebo různé a to atom vodíku, alkyl s 1 až 18 atomy uhlíku. Místo 1,3-dikarbonylsloučenin obecného vzorce II se mohou použít zpravidla látky, které za reakčních podmínek tyto 1,3-dikarbonylsloučeniny tvoří. Převážně se jedná o bisacetaly, monoacetaly, bisacylsloučeniny a monoacylsloučeniny.

Reakce pro případ použití 1,1,3,3-tetramethoxypropanu a hydrazinu probíhá podle následujícího schématu:

OCHj OCHj

CH.O-C-CHJC-OCH.+ H_zN-NH2_ i f-1 ⁴⁷

H ti —-> П, ♦ 4CH₃OH .

v

H

Zejména výhodné jsou 1,1,3,3-tetramethoxypropan, 1,1,3,3-tetraethoxypropan, 1,1,3,3-tetraisobutoxypropan, 1,1,3,3-tetraisopropoxypropan, 1,1,3,3-tetrabutoxypropan,

1,1,3,3-tetrapropxypropan.

Jako hydraziny vzorce III přicházejí například v úvahu hydrazin, methyl-, ethyl-, propyl-, isopropyl-, butyl-, sek.butyl-, terc.butyl- a isobutyl- skupinou substituované hydraziny. Místo hydrazinu vzorce III přicházejí také v úvahu sloučeniny tvořící za reakčních podmínek tyto hydraziny, například hydrazinhydráty, soli hydrazinů jako jsou sulfáty nebo disulfonáty, například dibenzensulfonáty; hydrazony, například formaldehydu, acetaldehydu, spolu s aminy, jako je ethylamin. V případě solí tvoří celkové množství na volné a na hydrazin vázané množství kyseliny vždy méně než 2 ekvivalenty kyseliny na mol hydrazinu.

Reakce se provádí při teplotě od —10 do

4-100 °C, s výhodou od 0 do 100 °C, zejména od 30 do- 70 °C, a to za atmosférického tlaku nebo za tlaku, kontinuálně nebo přerušovaně. Případně se reakce provádí v organickém rozpouštědle, inertním za reakčních podmínek.

Jako rozpouštědla přicházejí například v úvahu: aromatické uhlovodíky, například chlorbenzen, o-, m-, p-chlortoluen, 1,2,4-tritoluen, ethylbenzen, o-, m-, p-xylen, isopropylbenzen, methylnaftalen, halogenované uhlovodíky, zejména chlorované uhlovodíky, například tetrachlorethylen, 1,1,2,2- nebo 1,1,1,2-tetrachlorethan, amylchlorid, dichlorpropan, methylenchlorid, dichlorbutan, chlorid uhličitý, 1,1,1- nebo 1,1,2-trichlorethan, trichlorethylen, pentachlorethan, 1,2-dichlorethan, 1,1-dichIorethan, n-propylchlorid, 1,2-cis-dichlorethyle.n, n-butylchlorid, 2-, 3- a iso-butylchlorid, chlorbenzen, o- p- a m-dichlorhenzen, o-, m-, p-chlortoluen, 1,2,4-trichlorbenzen; ether, například ethylpropylether, methyl-terc.-butylether, n-butylethylether, di-n-butylether, diisobutylether, diisoamylether, diisopropylether, cyklohexylmethylether, diethylether, ethylenglykoldimethylether, tetrahydrofuran, dioxan, alkanoly a cykloalkanoly, jako je ethanol, methanol, n-butanol, isobutanol, terc.-butanol, glykol, n-propanol, isopropanol, amylalkohol, cyklohexanol, 2-methyl-4-pentanol, ethylenglykolmonoethylether, 2-ethylhexanol, methylglykol, zejména ty, které obsahují 1 až 4 atomy uhlíku, alifatické nebo cykloalifatické uhlovodíky, například heptan, pinan, nonan, benzinové frakce t. v. 70 až 190 °C, cyklohexan, methylcyklohexan, dekalin, petrolether, hexan, ligroin, 2,2,4-trimethylpentan, 2,2,3--rímetliylpentan,

2,3,3--rimethylpentan, oktan a odpovídající směsi.

Rozpouštědlo se s výhodou používá v množství 400 až 10 000 hmot, procent, s výhodou 100 až 500 hmot, procent, vztaženo na výchozí sloučeniny II.

Vždy se používá voda, s výhodou v množství od 1 do 70, s výhodou od 1 do 10 mol vody, vztaženo na hydrazin III. S výhodou se přidává do výchozí směsi spolu s jinou komponentou, například s kyselinou a/nebo výchozí sloučeninou vzorce III.

Reakce se provádí v přítomnosti méně než 2 ekvivalentů kyseliny, s výhodou v množství od 0,05 do 1,9, zejména od 0,25 do 1,25 ekvivalentů kyseliny, vztaženo na 1 mol výchozí sloučeniny III. Mohou se také použít anorganické nebo organické kyseliny. Místo jednosytných kyselin se mohou také použít ekvivalentní množství vícesytných kyselin. Vhodné jsou například následující kyseliny: anorganické kyseliny, jako je chlorovodík, bromovodík, kyselina sírová, kyselina fosforečná, kyseliny sulfonové, jako je benzensulfonová kyselina a kyselina p-toluensulfonová, kyseliny obsahující bor, jako je kyselina boritá, kyselina fluoroboritá, alifatické karboxylové kyseliny, jako: je kyselina chloroctová, kyselina dichloroctová, kyselina trichloroctová, kyselina šťavelová, kyselina mravenčí, kyselina octová, kyselina propionová, kyselina máselná, kyselina isomáselná, kyselina glykolová, a-, resp. ,3-chlorpropionová nebo odpovídající směsi. Kyseliny se mohou použít v koncentrované formě, v jejich vzájemných směsích a/nebo v rozpouštědle, zejména ve vodě. Výhodné jsou kyselina chlorovodíková. Reakce se provádí při pH mezi 0 a 6,9, s výhodou 0,5 až 4, zejména 0,9 až 2,5.

Reakce se provádí následujícím způsobem:

Směs hydrazinu III, kyseliny a vody se upraví na požadované pH a současně se přidává další výchozí sloučenina III a výchozí sloučenina II popřípadě spolu s vodou a/nebo· organickým rozpouštědlem tak, že se udržuje pH reakce. S výhodou se Teakce provádí při teplotě —10 až +60 °C a doba přidávání je · mezi 5 až 30 minutami. Celková doba reakce je mezi 0,1 a 12 hodinami. Jako značně výhodné se ukázalo, že při postupu podle · vynálezu se celkem používají minimální množství ekvivalentů kyseliny, vztaženo na derivát hydrazinu. Z reakční směsi se konečný produkt může izolovat běžným způsobem, například neutralizací a extrakcí směsi a destilací extraktu. Neutralizace se může provádět diskontinuálně, například anorganickou bází, přičemž při postupu podle vynálezu odpadá jako vedlejší produkt pouze malé množství soli, které odpovídá sníženému množství použité kyseliny. Zejména při kontinuálním způsobu ale probíhá uvolnění pyrazolu I podle vynálezu přidáním odpovídajícího · hydrazinu III k reakční směsi, přičemž před extrakcí se výhodně upraví pH na 6 až 10. Na příkladu pyrazolu je z následujícího schématu patrné, že takto znovu použitelná sůl hydrazinu zůstane v roztoku.

x HCl + h₂n-nh₂* h₂o---->

a ^^ ₊ a/aNH₂xHCpa₂o

H

K ztrátám na ekvivalentu kyseliny dochází s výhodou při destilačních a extrakčních postupech přechodem z vodné fáze. Uvolnění produktů vzorce I přidáním ' hydrazinu s výhodou probíhá při 0 až 40 °C. Výše jmenovaným způsobem se může vznikající roztok soli hydrazinu dále použít v libovolném počtu opakování, což je značnou a překvapující výhodou postupu.

Pyrazoly vzorce I podle předloženého vynálezu jsou cennými výchozími sloučeninami pro přípravu barviv, prostředků pro ochranu rostlin a farmaceutických preparátů. Pokud se týká použití, jsou tyto uvedeny v již uveřejněné literatuře.

Díly uvedené v příkladech jsou díly hmotnostní. Hmotnostní díly k objemovým se mají jako kilogram k litru.

Příklad 1

Do míchané aparatury se umístí 320 dílů vody a 20 dílů (0,4 mol] hydazinhydrátu a při 40 °C se přidáním 59 dílů vodné 36 '% hmot, kyseliny chlorovodíkové (0,5 mol) se pH upraví na 1. V průběhu 2,5 hodiny se · ze tří zásobníků současně přidává po částech (392 objemových dílů) 380 dílů (7,6 mol) hydrazinhydrátu, 354 dílů vodné 36% hmot, kyseliny chlorovodíkové (3,54 mol) а 1312 dílů (8 mol) 1,1,3,3-tetramethoxypropanu tak, že pH se udržuje na 2 až 3 (43 až 55 °C bez chlazení). Rychlost přidávání se přitom upraví tak, že 1,1,3,3-tetramethoxypropan se přidává konstantní rychlostí 540 objemových dílů za hodinu a hydrazinhydrát konstantní rychlostí 153 dílů za hodinu. Hodnota pH se reguluje přidáváním kyseliny chlorovodíkové, Po 7hodinovém míchání se směs upraví přidáním 320 dílů (4 mol) NaOH na pH 8 a při 2 kPa/50 stupňů Celsia se během 2,5 hodiny oddestiluje 1553 dílů směsi methanol-voda.

Odparek se rozmíchá s 2000 objemovými díly methylenchloridu a filtruje se. Odfiltruje se 250 dílů chloridu sodného a z filtrátu se destilací získá 445 dílů (82 % teorie) pyrazolu t. v. 60 až 70 °C/30 Pa.

Příklad 2

а) V míchané aparatuře s pH-elektrodou se umístí 12,9 dílů (0,258 mol) hydrazinhydrátu a za chlazení se neutralizuje 50,6 díly vodné kyseliny chlorovodíkové (0,506 mol). Nejprve se vysráží hydrazinhydrochlorid. Pak se při 45 až 50 °C současně přidává 1,1,3,3-tetramethoxypropan a další hydrazinhydrát tak, že se udržuje pH 1 až 2, jmenovitě se během 20 minut přidá 82 dílů (0,5 mol) 1,1,3,3-tetramethoxypropanu a

15.5 dílů (0,31 mol) hydrazinhydrátu. Po skončení přidávání je pH reakční směsi 1. Reakční směs se pak míchá dvě hodiny při 22 °C.

b) 120 objemových dílů (to je 3/4) tohoto roztoku, se upraví 20,6 objemovými díly (0,426 mol) hydrazinhydrátu na pH 6,8 až 7,2, načež se provede extrakce 2 x 200 objemovými díly CH₂C1₂ (hydrazinhydrátová fáze/extrakt). Destilací extraktu se získá

23,2 dílů pyrazolu (85 % teorie) t. v. 60 až 70 °C/10 Pa.

c) Zbylá čtvrtina, jemnovitě 40 objemových dílů v příkladu 2a získaného reakčního roztoku (pH 1) se během 20 minut postupem podle příkladu 2a nechá reagovat s

61.5 díly (0,375 mol) 1,1,3,3-tetramethoxypropanu a podle odstavce b) extrahovanou hydrazlnhydrátovou fází (pH 6,9 až 7,2). Hodnota pH se znovu udržuje na 1 a 2. Po dalších 2 hodinách se směs zpracuje postupem podle příkladu 2b. Destilací se získá 21,45 dílů (0,36 mol) pyrazolu (odpovídá 84 % výtěžku) t. v. 60 až 70 °C/10 Pa.

d) Postup podle odstavce c) se provede s desetinásobným opakováním. Ještě v 10. opakování se získá reakční směs o pH 1,6 až

1,7 a stejné výsledky jako v příkladu 2c.

Claims

1. Způsob přípravy pyrazolů obecného vzorce I kde jednotlivé zbytky R¹, R² a R³ jsou stejné nebo různé, a to atom vodíku nebo alkyl s 1 až 18 atomy uhlíku, reakcí 1,3-dikarbonylsloučenin s hydrazinem v přítomnosti vody a kyseliny, vyznačený tím, že se 1,3-dikanbonylsloučeniny obecného vzorce II vynalezu kde R¹ a R² mají výše uvedený význam, nechají reagovat s hydrazinem obecného vzorce III

R³—HN—NH₂ (III), kde R³ má výše uvedený význam, v přítomnosti méně než 2 ekvivalentů kyseliny na mol hydrazinu obecného vzorce III, při teplotě —10 až 100 °C, přičemž pH reakční směsi během reakce se pohybuje mezi 0 a 6,9.

2. Způsob podle bodu 1, vyznačený tím, že podíl pyrazolu obecného vzorce I přítomný v reakční směsi ve formě soli pyrazolu se převede na volný pyrazol reakcí s dalším množstvím hydrazinu obecného vzorce III.

O R² O ri—с—с—C—R¹ (II),