DD144536A5

DD144536A5 - Verfahren zur herstellung von arylbrenztraubensaeure

Info

Publication number: DD144536A5
Application number: DD79213844A
Authority: DD
Inventors: Moustafa El-Chahawi
Original assignee: Dynamit Nobel Ag
Priority date: 1978-06-26
Filing date: 1979-06-22
Publication date: 1980-10-22
Also published as: IT7949532A0; GB2026478A; FR2429772A1; JPS554398A; DE2828041A1; CH644343A5; NL7904941A; IT1120442B; FR2429772B1; GB2026478B; CA1125307A; DE2828041C2; BR7903978A; MX149923A; BE877229A; US4447644A

Description

Berlin, den 11.10.1979 AP C 07 C/213 844 (55 094/11)

Verfahren zur Herstellung von Arylbrenztraubensäuren

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft die Herstellung von Arylbrenztrauben·» säuren, die gegebenenfalls substituiert sein können, durch Umsetzung von gegebenenfalls substituierten Arylhalogenmethylverbindungen mit Kohlenmonoxid in einem Alkohol-Wasser-Gemisch in Gegenwart von Metallcarbonylen und einer basischen Verbindung« ^: ·

Charakteristik der bekannten technischen Losungen : , ; :

Arylbrenztraubensäuren sind nach J« Anatol: Synthesis 1971,' Heft 10, 538/39 aus C^-Aminonitrilen oder Cj^anliydrinen über die Qt* -Hydroxy~Ii-tert ♦-Carbonsäureamide durch Oxidation und Hydrolyse erhältliche

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

In der DE-AS 26 00 541 wird vorgeschlagen, Arylmethylhaiogenide mit Kohlenmonoxid zu Arylbrenztraubensäure in Gegenwart von Metallcarbonylverbindungen besonders des Kobalts in Gegenwart von T bis 4 Mol Erdalkalibasen^junzusetzen. Es entstehen dabei melirere unervainschte Nebenprodukte, die die Aufarbeitung erschweren·

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AP C 07 C/213 844 V-(5.5 094/11)

In der DE-AS 26 00 541, Spalte 3, Zeilen 61 bis 64 wird ausdrücklich, angegeben, daß beim Ersetzen der Erdalkalibasen durch Alkalibasen keine Ärylbrenztraubensäurebildung erreicht wird. Es bestand cLemnach die Aufgabe, Arylbrenztraubensäuren nach einfachen und wirtschaftlich, ausführbaren Verfahren herZUSteilen.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung eines einfachem und wirtschaftlichem Verfahrens, mit dem Arylbrehztraubehsäuren, insbesondere Phesylbrenztraubensäure, mit guter Ausbeute und hoher Reinheit hergestellt werden kann«.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine geeignete basische Verbindung und ein geeignetes Lösungsmittel sowie optimale Reaktionsbedingungen für die Umsetzung zu Aryl-. brenztraubensäure in hoher Ausbeute aufzufinden₉ .

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Ary!brenztraubensäure!]., die gegebenenfalls substituiert sein können, durch Umsetzung von gegebenenfalls substituierten Aryljmethy !halogeniden mit Kohlenmonoxid und einem Alkohol-Wasser-Gemisch iri Gegenwart eines Kobalt carbonyls und einer basischen Verbindung, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß die'Umsetzung bei - 10 bis 70 ⁰C in Gegenwart eines Alkohols und eines AlkalihydrO&ids als basischer Verbindung durchgeführt «ird« .

Als Arylmethylhalogeniö- werden die Chloride_s Bromide und gegebenenfalls Jodide verwendet, von denen die Chloride "bevorsind« Als iirylrest finden ein- oder sweikernige Aroma-

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^: AP ^c °⁷ C/213

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ten, welche verschiedenartig substituiert sein können, Anwendung· Bevorzugte Substituenten sind Halogene wie Fluor, Chlor, Brom und Jod, Alkylreste mit 1 bis 4 C-Atomen, die geradkettig oder verzweigt sein können, Alkoxygruppen öder Phenoxygruppen, die ihrerseits substituiert oder unsubstituiert sein können, 2Titro-, Cyan- und Carbalkoxygruppen, wobei die vorgenannten Substituenten mehrfach gleich oder verschieden vorhanden sein können.

Bevorzugte Vertreter der Arylmethylhalogenide sind .Benzyl-. Chlorid, ο-, m- und p-Chlorbenzylchlorid, o-, m- und p-Brombenzylchlorid, o-, m- und p-Fluorbenzylchlörid, o-, m- und p-MethyTbenzylchlorid, 2,3-Dimethyl-, 2,4-Dimethyl-, 3,5-DimethyIbenaylchlorid, 1-Chlormethylnaphthalin, 2-öhlormethy!naphthalin, mono- und Dirnethoxybenzylchlorid, ο-, m- und p-Phenoxy-benzylchloride

Als Carbonylierungskatalysatoren eignen sich·!Cobaltcarbonyle, bevorzugt Dikobaltoctacarbonyl und weiterhin Salze, ζ«Β· das Kalium- oder Natrium-Salz von Kobalttetracarbonylwasserstoff· 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 notwendigen Lösungsmittel entstammen der Gruppe der geradkettigen, verzweigten oder cyclischen Alkohole mit bis zu 6 C-Atomen, wie Methanol, Aethanol_? Propanol, Isopröpanol, n-Butanöl, Isobutanol, tert© Butanol

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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 clen/verzweigten Alkoholen diejenigen mit guter Mischbarkeit mit Wasser bevorzugt. Entschieden bevorzugtes Lösiaigsmittel ist tert. Butanol« Das Gewichtsverhältnis Arylhalogenmethylverbindung zum Alkohol kann zwischen 1 ; 1 und 1 j 20 liegen« :

Überraschenderweise wurde gefunden, daß Alkalibasen sehr wohl zur Herstellung von Phenyibrenztraubensäure geeignet sind, sofern eine bestimmte Auswahl von Lösungsmittel getroffen wird· : .. .· . . '..·'. ' " , '.' . '" '" ·

Als geeignete basische Reagenzien seien Alkalihydroxide wie LiOHj EaOH, KOH, RbOH genannt ₀ Bevorzugt sind LiOH und NaOH* Das Molverhältnis von basischem Reagenz zur Arylhalogenmethy!verbindung 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 40 mass enpr ο ζ ent igen', vorzugsweise 10- bis25massenprozentigen, wäßrigen Lösungen während der Reaktion zudosiert« Auch wäßrige alkoholische Lösungen sind verv/eiidbar»

Das Kohlenmonoxid kann im Druckbereich von 0,5 bis 200 bar angewandt v/erden. Vorzugsweise wird im Druckbereich von 5 bis 50 bar gearbeitete .Bas Kohlenmonoxid kann mit inerten Gasen, wie ζ,B, Stickstoff, vermischt oder verunreinigt sein» Die Temperatur kann zwischen ^l0 und· 70 ⁰G, bevorzugt zwischen -KlO und 40 ⁰G, liegen* Gegebenenfalls muß während der Reaktion gekühlt werden® Temperaturen zwischen 10 und '- 20 ⁰C sind möglich, ergeben jedoch geringe Umsatzgrade_e In Sonder-

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fällen sind Temperaturen von 50 ⁰G bis etwa 70 ⁰C möglich, jedoch sind dann nebenprodukte bzw· geringere Ausbeuten der erstrebten Arylbrenztraubensäuren in Kauf zu nehmen.

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 Anteil Arylbrenztraubensäure (A) entstehen, während ITaOH 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 bewirken insbesondere t-Butanol und gegebenenfalls weitere tertiäre Alkohole die Entstehung hoher Anteile A, während sekundäre Alkohole wie Isopropa,nol 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«, ,

' ..-· ' ' . ο 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·

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Im allgemeinen wird die Reaktion so durchgeführt, daß die ArylhaXogenmethylverbindung, der Alkohol und das Metallcarboiiyl in einem mit einem Rührer versehenen Autoklaven unter IL-Atmosphäre vorgelegt werden. Danach wird der erforderliche Kohlenmonoxid-Druck eingestellt· einschließend wird unter starkem Rühren die Alka,libase zudosiert· Dann wird das Reaktionsgemisch filtriert, wobei als Hauptkomponente 'das Alkalisalz der Ary!brenztraubensäure neben wenig Alkali salz der Arylessigsäure von flüssigen Reaktion^- komponenten getrennt wird» Das FiItrat enthält das Alkalisalz der Arylessigsäure, bei Verwendung unverzweigter Alkohole auch Ester, neben sehr geringen Mengen an Alkalisalz der Ary!brenztraubensäure*

Die Alkalisalze der Ary!brenztraubensäure werden mit ver~ ^; dünnten Säuren, z· B_e Salzsäure, angesäuert und anschließend wird die Hauptmenge der freien Säure isoliert* In der angesäuerten Lösung findet man Arylessigsäure und Arylbrenztraubensäure, die mit Lösungsmittel extrahiert werden können, Arylessigsäure laßt sich von Ary!brenztraubensäure z· B. mit Benzol oder Toluol leicht trennen« ^:

Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Ary1-brenzti-aubensäuren sind wichtige Ausgangsstoffe zur Herstellung von OC »Aminosäuren, wie z«, B« Phenylalanin«

Ausfühxun-^sbeispiel

Die Erfindung wird nachstehend an einigen Ausführungsbei"-spielen näher erläutert©

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AP G 07 C/213 844 (55 094/11)

Beispiel 1

Im 20-Ltr.-Autoklav wurden unter Up~Atmosphäre 2000 g (15,9 Mol) Benzylchlorid, 4 620 ml tert.-Butanol und 60 g .{0,18 Mol) Co₀(CO)₀ vorgelegt. Der Autoklav wird mit CO gespült und auf einen Druck von 20 bar CO eingestellt. Bei Raumtemperatur wurde eine 9,7masseprozentige wäßrige LiOH unter ständigem Rühren in 3 Stunden zudosiert. Die Reaktionstemperatur wurde unter 35 ⁰C gehalten· Sie wurde kontrolliert, indem der Autoklav gekühlt bzw· die Dosiergeschwindigkeit verringert wurde. ITach Beendigung der C0~Aufnähme wurde die 'Dosierung des LiOH eingestellt ( 8 800 g LiOH als 9,7%ige ' Lösung = 35 Mol·)» Das Reaktionsgemisch wurde mittels U₂' aus dem Autoklav gedrückt' und über eine Druckfilternutsehe unter H₂ der Peststoff getrennt

Aufarbeitung

A Feststoff - -

A- Der Peststoff wurde unter Rühren mit 6000 ml I3masseprozentiger HCl angesäuert. Es wurde so lange gerührt, bis die Säure vollständig ausgefallen ist. Die Pheny!brenztraubensäure wurde abgesaugt, mit Wasser gewaschen und in Äther aufgenommen«

Das nach dem Ansäuern verbleibene Piltrat varrde mit Äther extrahiert und mit vorheriger Ätherphase vereinigte Nach dem Abdestillieren des Äthers wurde die Pheny!brenztraubensäure mit wenig kaltem Benzol aufgeschlämmt, wobei vorhandene Phenylessigsäure gelöst wurde. Man erhielt 2 340 g PhenyIhrenztraubensäure

Ausbeute ,89,9 %. · '

Ap Im Benzol befanden sich 21 g Phenylessigsäure_? Ausbeute

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AP C 07 C/213 (55-094/11)

B Reaktionsfiltrat

B^ Das Reaktionsfiltrat wurde mit H₂O versetzt Und mit HCl angesäuert· Uach dem Extrahieren mit Äther wurde die Ätherphase mehrmals mit einer 10%igen HaOH-Lösung aüsge~[ schüttelt* Der Äther wurde abgetrennt und abdestilliert_β Der Rückstand Wurde destilliert, um die neutralen Carbonylierungsprodukte zu isolieren«

Bp Die ITaOH-Lb" sung wurde angesäuert und mit Äther extrahiert. Hier erhielt man nur Phenylessigsäure 126 g (5>8 % Ausbeute)·

Gesamtausbeute an Pheny!brenztraubensäure; 89,9 %

an Phenylessigsäure: 6,8 %

Beispiel _ 2 ..

Entsprechend Beispiel 1, jedoch bei einer Temperatur von 0 ⁰C und 8 Stunden Dosierseitf v/urde nach der Aufarbeitung ein Um-^ satz von 15,5 % festgestellt© Die Ausbeute an Pheny!brenztraubensäure betrug 90 % des Umsatzes«

Beispiel 3 ' . -

Entsprechend Beispiel 1, Jedoch bei 20 ⁰C und 6 Stunden Dosierzeit j wurden nach der Aufarbeitung ein Umsatz von 95»9 % und eine Ausbeute an Pheny!brenztraubensäure von 87 % und an Phenylessigsäure von 6 % festgestellte

Beispiel 4 , . _: ^: > - ;: . . ·.

35ntsprechend Beispiel. Ij. jedoch unter "Verwendung von 3 800 ml t_e Amylalkohol anstelle von tert« Butanol wurde eine Ausbeute von 39j 8 % Pheny!brenztraubensäure und 12; % Phenylessigsäure erhaltene

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AP G 07 C/213 (55 094/11)

Beispiel 5

Beispiel 1 wurde wiederholt unter Verwendung von 24masse- ' prozent wäßriger ITaOH, ,wobei 35 ¹^⁰I NaOH während der gesamten Reaktionszeit zudosiert wurden

Nacli 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 % Pheny!brenztraubensäure, 33 % Phenylessigsäui'e und 2 % Dibenzylketon erhalten. . . .

Beispiel 7

Beispiel 1 wurde wiederholt unter Verwendung von NaOH (24 masseproζentig) und einem Druck von 5 bar CO· Nach der Aufarbeitung erhielt man: Gesamtausbeute an Pheny !brenztraubensäure .: ·' 55»7 %

an Phenylessigsäure: 33»4 % sowie Dibenzylketon: 6,1 %

Beispiel 8

Beispiel 1 wurde wiederholt miter Verwendung von NaOH (24 masseprozentig) und einem Druck von 100 bar CO, Nach der Aufarbeitung erhielt man: ;

Gesamtausbeute an Pheny!brenztraubensäure: 67»9 %

an Phenylessigsäure: 21,7 %

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AP 0 07 G/213 (55 094/11)

Beispiel

Beispiel 1 wurde' wiederholt unter Verwendung von HaOH (20 masseprozentig) und einem Druck von 20 bar GO.

Nach der Aufarbeitung erhielt man?

Gesamtausbeute an Pheny!brenztraubensäure: · 66,5 %

an Phenylessigsäure: 21_?2 %

sowie Benzylphenylbi-enztraubeiisäure: 3,5 %

Beispiel 10 .

Wie .in Beispiel 1 beschrieben, jedoch unter Verwendung von KOH (22masseprozentig) und einem Druck von 20 bar CO. lach der Aufarbeittmg erhielt man:

Gesamtausbeute an Phenylbrenztraubensäure: 50,3 %

an Phenylessigsäure: 35>4 %

Beispiel 11 ^: ' ' >:

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

Bei der Aufarbeitung erhielt man:

Gesainta-usbeute an Phenylbrentraubensäure: 47 »1 %

an Phenylessigsäure: 32,1: % sov/ie Phenylessigsäureisopropylester: . 8,7 %

und Dibenzylketon: 6,5 %

-11- 11.10.1979

AP 0.-0.7 C/213 (55 094/11)

Beispiel 12

Y/ie in Beispiel 1 beschrieben, jedoch unter Verwendung von NaOH (24masseprozentig), einem Druck von 100 bar CO und Äthanol als Lösungsmittel.

.Bei der Aufarbeitung erhielt man:

Gesamtausbeute an Phenylbrentraubensäure: 39,9 %

an Phenylessigsäure: 29,6 %

sowie Phenylessigsäureäthylester: 14,5 %

und Dibenzylketon: 5,1 %

Wie in Beispiel I beschrieben, jedoch unter Verwendung von ETaOH (24masse.prozentig), einem Druck von 100 bar CO und Methanol als Lösungsmittel,

Bei der Aufarbeitung erhielt man:

Gesamtausbeute an Pheny!brenztraubensäure: 17,4 %

an Phenylessigsäure: 48,2 %

sowie Phenylessigsäuremethylester: 21,7 %

Wie in Beispiel 1 beschrieben, jedoch unter Verwendung von p-Chlorbenzylchlorid mit ITaOH (24masseprozentig) mit einem Druck von 20 bar CO, Nach Aufarbeitung erhielt man:

Gesamt ausbeute an p-Chlörplieny !brenztraubensäure: 59,5 %

an p-Chlorphenylessigsäure: ^: _r1,l %

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AP C 07 G/213 844 (55 094/11)

Beispiel

Wie in Beispiel 1 beschrieben, jedoch unter Verwendung von p~Methylbenzylchlorid mit HaOH (24masseprozentig) mit einem Druck von 100 bar CO_β Uach Aufarbeitung erhielt man:

Gesamtausbeute an p-Methylpheny!brenztraubensäure: 60,8 %

an p-Methylphenylessigsäurei 1,7 %

Claims

-Iß-.. 11.1Ο·1979 AP C 07 -.0/213 844 . .(55 094/11) "Erfindungsanspruch:

1, Verfahren zur Herstellung von irylbrenztraubensauren, 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, /.gekennzeichnet¹'.dadurch-, daß die Umsetzung bei einer Temperatur von -10 bis 70 ⁰C in Gegenwart eines Alkohols und eines Alkalihydroxids als basischer Verbindung durchgeführt wird· .

2« Verfahren nach .Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß als Alkohol ein verzweigter Alkohol verwendet wird«

3« Verfahren nach einem der Punkte 1 oder 2,. gekennzeichnet dadurch, daß .als Alkohol t~Butanol verwendet wird«

4· Verfahren nach einem der Punkte 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß man das Alkalihydroxid in wäßriger Lösung von 5 bis 40 Masse-% einsetzt· . , .

5· Verfahren nach einem der Punkte 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß man das Alkalihydroxid während der Reaktion zudosiert« .

6« Verfahren neich einem der Punkte ·1 bis 5, gekennzeichnet dadurch, daß man als Alkalihydroxid bevorzugt LiOH oder NaOH verwendet* .

7« Verfahren nach einem der'Punkte 1 bis 6,'gekennzeichnet dadurch; daß der Druck Ό,5 bis 200.bar beträgt«