DE1094254B - Verfahren zur Herstellung von cycloaliphatischen Oxycarbonsaeuren bzw. deren Salzen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von cycloaliphatischen Oxycarbonsäuren der allgemeinen Formel

CH,

OH

(CH_ä)„_y ^C-CH-COOH
R

in welcher η 2 oder 3, R einen Alkylrest mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen und R' ein Wasserstoffatom oder einen niedermolekularen Alkylrest bedeutet, bzw. von deren Salzen.

Cycloaliphatische Oxycarbonsäuren sind insbesondere von G. A. R. Kon und B. T. Narayanan (J. Chem. Soc, 1927, S. 1536), A. Kandiah und R. P. Linstead (J. Chem. Soc, 1929, S. 2139) sowie O. Wallach (Lieb. Annalen d. Chemie, Bd. 360, 1908, S. 26, und Bd. 389, 1912, S. 188) hergestellt worden.

Diese Autoren haben die Säuren entweder als viskose Flüssigkeiten oder in kristalliner Form gewonnen, jedoch waren die Produkte in allen Fällen äußerst unrein und die Ausbeuten sehr gering.

Gemäß der vorliegenden Erfindung werden cycloaliphatische Oxycarbonsäuren in großer Ausbeute und in äußerst reiner, kristallisierter Form hergestellt, wobei definierte physikochemische Konstanten sowohl bei der Herstellung der Säuren als auch bei der Herstellung der Salze erhalten werden.

Früher wurden cycloaliphatische Oxycarbonsäuren in zwei Stufen hergestellt:

1. Kondensation eines gegebenenfalls substituierten cycloaliphatischen Ketons mit einem Ester einer a-Bromfettsäure in Gegenwart von Zink nach Reformatski.

2. Verseifung des so erhaltenen Esters mit heißer oder kalter, wäßriger oder alkoholischer Natron- oder Kalilauge und Ansäuern des Verseifungsgemisches.

Erfindungsgemäß wird nun die Verseifung in der Wärme mit Bariumhydroxyd in wäßrig-alkoholischer Lösung durchgeführt und nach dem Ansäuern die erhaltene Säure aus einem leichtflüchtigen Lösungsmittel wie einer Äther-Petroläther-(Kp. 35 bis 50° C)-Mischung, kristallisiert.

Nach dieser Methode läßt sich ein äußerst reines, kristallisiertes Produkt mit definierten, physikochemischen Konstanten erhalten. Außerdem ist die Ausbeute den bisherigen Ausbeuten bei weitem überlegen. So erhielten Kon und Narayanan eine ölige Säure in 27°/₀iger Ausbeute, während Kandiah und Linstead 75°/₀ einer stark verunreinigten Substanz erhielten. Dagegen läßt sich erfindungsgemäß in etwa 73 bis 92°/₀iger Ausbeute die rohe Säure herstellen, die mit 70- bis 80°/₀iger Verfahren zur Herstellung

von cycloaliphatischen Oxycarbonsäuren

bzw. deren Salzen

Anmelder:

Societe d'Exploitation

des Laboratoires Jacques Logeais,

Issy-les-Moulineaux, Seine (Frankreich)

Vertreter: Dr.-Ing. A. van der Werth, Patentanwalt,
Hamburg-Harburg 1, Wilstorfex Str. 32

Beanspruchte Priorität:
Frankreich vom 19. Februar 1968

Jacques Georges Albert Eugene Maillard,

Robert Marcel Morin

und Madeleine Marie Monique Benard, Paris,
sind als Erfinder genannt worden

Ausbeute in die reine, kristallisierte Form übergeführt werden kann.

Die schlechte Ausbeute bei der Verseifung mit Natronoder Kalilauge ist darüber hinaus schon besonders von

O. Wallach (Lieb. Annalen d. Chemie, Bd. 360, 1908, S. 26) und von Rondestvedt und M. E. Rowley (J. Am. Chem. Soc, Bd. 78, 1956, S. 3804) festgestellt worden. Der Grund hierfür ist eine Sekundärreaktion, die in Gegenwart von Alkalilaugen auftritt und sich in einer Spaltung des Esters mit einer Rückbildung des als Ausgangsmaterial verwendeten cycloaliphatischen Ketons bemerkbar macht.

Die Verseifung von Estern mit Bariumhydroxyd als allgemeines Verfahren ist bekannt. Es wurde aber bisher noch nicht zur Gewinnung von cycloaliphatischen Oxycarbonsäuren angewendet.

Die bisher nach diesem Verfahren erhaltenen Säuren sind leichter in kristallisiertem und reinem Zustand zu erhalten als die cycloaliphatischen Oxycarbonsäuren. Die ersteren fallen freiwillig in kristallinem Zustand während der Ansäuerung aus, welche auf die Verseifung folgt. Die cycloaliphatischen Oxycarbonsäuren dagegen hatten niemals bisher in reinem kristallisiertem Zustand mit einer guten Ausbeute erhalten werden können. Man erhielt vor

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allem ölige Produkte; sogar mit dem Verfahren der Verseifung mit Bariumhydroxyd erhält man nach der Verseifung und Ansäuerung eine Säure in öliger Form, welche nur sehr langsam freiwillig kristallisiert, aber welche man schnell in guter Ausbeute aus Lösungsmitteln, wie Äther, Petroläther oder Leichtbenzin, kristallisieren lassen kann.

— CH — COOC₂H_B + Zn

Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung. Alle Temperaturen sind in Celsiusgraden angegeben.

Beispiel 1

α- (1 -Oxycyclohexyl) -buttersäure

a) α- (1 -Oxycyclohexyl) -buttersäureäthylester

,OZnBr

XH-COOC₂H₅

C₂H₅

CH-COOC₂H₅ + ZnSO₄ + BrH

C₂H₅

In einen Kolben mit zwei seitlichen öffnungen für ein mechanisches Rührwerk und für ein vor Feuchtigkeit schützendes Calciumchloridröhrchen werden 12 g (0,185 Mol) reines, pulverisiertes Zink zu 120 ml einer Lösung von 16,6 g (0,17 Mol) wasserfreiem Cyclohexanon und 31,5 g (0,16 Mol) a-Brombuttersäureäthylester in 25 ml wasserfreiem Benzol gegeben.

Unter kräftigem Rühren wird das Zink suspendiert und der Kolben in einem ölbad bis auf 100 bis 105° erhitzt. Nach einigen Minuten macht sich die Reaktion durch heftiges Aufkochen bemerkbar, welches so lange fortdauert, wie man den Rest der Benzollösung mit den Reaktionsteilnehmern zugibt. Das Gemisch wird dann noch 1 Stunde weitergekocht.

Nach dem Abkühlen wird das flüssige Reaktionsgemisch in ein Becherglas mit 30 ml Schwefelsäure gegossen, welches zur Hälfte (Volumen) mit Eis gemischt ist. Nach kräftiger Durchmischung wird die Mischung in einen Dekantierkolben gegeben. Die wäßrige Phase wird mehrmals mit Benzol extrahiert. Die vereinigten Benzollösungen werden mit eiskalter 10%iger Schwefelsäure, mit eiskalter 5%iger Natriumcarbonatlösung und danach mit Eiswasser gewaschen und über trockenem Natriumsulfat getrocknet. Das Benzol wird verdampft und der Ester unter verringertem Druck abdestilliert.

Kochpunkte: 134 bis 135°/13 mm Hg
130 bis 132712 mm Hg
128° / 9 mm Hg

Ausbeute: 17 bis 19 g entsprechend 49 bis 55% der Theorie.

b) Verseifung des a-(l-Oxycyclohexyl)-buttersäureäthylesters

21,5 g (0,1 Mol) des Esters werden durch 4stündiges Kochen in einem Rücklaufgefäß unter ständigem Rühren mit 30 g (0,095 Mol) wasserhaltigem Bariumhydroxyd mit 8 H₂O in 250 ml einer gleichen Mischung von Wasser und Methanol verseift.

Nach dem Einengen des Gemisches auf die Hälfte unter verringertem Druck (in einem Vakuumkolben) und Filtration wird die wäßrige Lösung mit Äther gewaschen und darauf mit 10%iger HCl bei 0° angesäuert. Die frei werdende ölige Säure wird mit Äther extrahiert. Die Ätherlösung wird mit Wasser gewaschen, über wasserfreiem Natriumsulfat getrocknet und destilliert. Ausbeute an roher Säure: 14 bis 15 g = 75 bis 80% der Theorie.

c) Kristallisation

Die rohe Säure kristallisiert zwar nach und nach von selbst, man kann die Kristallisation aber vorteilhafter ao mit besserer Ausbeute in einem leichtflüchtigen Lösungsmittel, wie in einem Gemisch von Äther und Petroläther (Kp. 35 bis 50°) (1: 10) durchführen (Löslichkeit der reinen Säure beim Sieden: 100%; bei 0°:0,3%). Kristallisationsausbeute: 75 bis 80%.

Die erhaltene Säure hat einen Schmelzpunkt von 81 bis 82°. Sie ist geruchlos, stabil und wenig löslich in Wasser und Petroläther, dagegen sehr leicht löslich in anderen üblichen organischen Lösungsmitteln und vollständig löslich in wäßriger Natronlauge mit einem pH-Wert von 7,5 bis 8; der ρΚα-Wert beträgt 4,4.

In den folgenden Beispielen wird nur die erfindungsgemäße Stufe beschrieben.

Beispiel 2

12,5 g (0,055MoI) des a-(l-Oxy-3-methylcyclohexyl)-buttersäureäthylesters werden unter Rückfluß und unter Rühren 4 Stunden mit wasserhaltigem Bariumhydroxyd mit 8 H₂O in 140 ml einer gleichen Mischung von Wasser und Methanol gekocht.

Nach dem Einengen des Gemisches auf die Hälfte unter vermindertem Druck und nach Filtration wird die wäßrige Lösung mit Äther gewaschen und darauf bei 0° mit 10%iger HCl angesäuert. Die unlösliche Säure wird mit Äther extrahiert, der Äther mit Wasser gewaschen, getrocknet und im Vakuum abgedampft. Ausbeute an roher Säure: 8g = 73,5% der Theorie.

Die in leichtflüchtigen Lösungsmitteln lösliche Säure wird in einer Äther-Petroläther-(Kp. 35 bis 50°)-Mischung (1:10) kristallisiert, wobei man 6 g der reinen Säure mit

einem Schmelzpunkt von 85 bis 86° erhält. Das acidimetrisch gemessene Molekulargewicht beträgt 200 (berechnet 200); die Säure hat die folgende Formel:

OH

Analyse:
Gefunden
berechnet

C 66,37%, H 10,04%;
C 66,00%, H 10,00%.

Beispiel 3

Unter den genau gleichen Bedingungen der vorhergehenden Beispiele ergaben 12 g a-(l-Oxy-4-methylcyclohexyl)-buttersäureäthylester eine Ausbeute von 10 g an roher Säure, entsprechend 92 % der Theorie.

Nach der Kristallisation in einem Petroläther mit Siedebereich 70 bis 100° wurden 8 g der reinen Säure

erhalten, die einen Schmelzpunkt von 96 bis 97° und folgende Formel aufwies:

OH

CH-COOH

Beispiel 4

10 sation der Säure mit stöchiometrischen Mengen an NaOH, NaHCO₃ oder alkoholischer Natronlauge in Wasser oder in einem orgamschen Lösungsmittel erhalten. Die anderen Salze werden durch Einwirkung eines geringen Überschusses der wasserfreien Base in einer Lösung der betreffenden Säure in wasserfreiem Äther hergestellt.

Der Stickstoffgehalt wurde — sofern er angegeben ist — nach Kjeldahl bestimmt.

α- (1 -Oxycyclohexyl) -buttersaures Natrium:

Unter den Bedingungen der vorhergehenden Beispiele wurden 7 g (0,035 Mol) des ct-(l-Oxycyclopentyl)-buttersäureäthylesters 3 Stunden unter Rückfluß mit 10 g (0,032 Mol) wasserhaltigem Bariumhydroxyd in 80 ml einer gleichvolumigen Mischung von Methanol und Wasser verseift; es wurden 5 g der reinen Säure in einer Ausbeute von 83 % erhalten.

Die Kristallisation in einem Petroläther mit Siedebereich 70 bis 100° ergab 3,5 g eines Säuremonohydrates, welches einen Schmelzpunkt von 64 bis 65° und ein acidimetrisch gemessenes Molekulargewicht von 190 (berechnet 190) und folgende Formel aufwies:

.OH

XH-COOH · H₂O C₂H₅

Analyse des Monohydrates:

Gefunden ... C 56,84%, H 9,50%; berechnet ... C 56,84%, H 9,47%.

Nach der gleichen Methode wurden die folgenden Säuren hergestellt:

Ct-(I-OxycyclohexylJ-propionsäure, welche leicht löslich in Wasser und sehr gut löslich in den meisten organischen Lösungsmitteln und in wäßrigen Alkalilösungen ist. Der Schmelzpunkt Hegt zwischen 60 und 61°; die Verbindung hat die folgende Formel:

,OH

CH-COOH

CH₃

XH-COOH

C₄H₉

Acidimetrisch bestimmtes Molekulargewicht: 211 (berechnet 214).

Gefunden... C 67,15%, H 10,60%; berechnet ... C 67,29%, H 10,28%.

Die Eigenschaften einiger Salze werden weiter unten beschrieben. Die Natriumsalze werden durch Neutrali-,OH

¹CH-COONa

C₂H₅

Weißes, kristallines Pulver, wasserfrei und leicht hygroskopisch, leicht löslich in Wasser mit einem pn-Wert von 7,5 bis 8. Der Schmelzpunkt liegt bei 299 bis 300°.

a-(l-Oxycyclohexyl)-buttersaures Ammonium: ,OH

XH-COONH₄

Schmelzpunkt:
Gefunden ..
berechnet ..

C₂H₅

bis 126°.
• N 6,60%;
. N 6,88%.

a-(l-Oxycyclohexyl)-buttersaures Diäthylamin:

,OH

XH-COOH · NH(C₂Hg)₂ C₂H₅

45 Schmelzpunkt: 98 bis 100° (Zersetzung).

Gefunden
berechnet

Acidimetrisch bestimmtes Molekulargewicht: 172,5 (berechnet 172).

Gefunden ... C 62,72%, H 9,28%; berechnet ... C 62,78%, H 9,30%.

ct-(l-Oxycyclohexyl)-capronsäure, ein weißes, kristallines Pulver mit einem Schmelzpunkt von 71° und folgender Formel:

,OH

N 5,38%;
N 5,40%.

a-(l-Oxycyclohexyl)-buttersaures Piperidin: .OH

XH- COOH

C₂H₅
Schmelzpunkt: 100 bis 103° (Zersetzung).

Gefunden
berechnet

N 5,14%;
N 5,16%.

a-(l-Oxycyclohexyl)-buttersaures Morpholin: ,OH

XH- COOH

C₂H₅

Schmelzpunkt: 98 bis 100° (Zersetzung). Gefunden ... N 5,11%; berechnet ... N 5,12%.

a-(l-Oxycyclohexyl)-buttersaures Cyclohexylamin: OH

CH-COOH · NH,

Schmelzpunkt: 148 bis 152° (Zersetzung). Gefunden ... N 4,88%; berechnet ... N 4,90%.

a-(l-Oxycyclohexyl)-propionsaures Natrium: ,OH

CH-COONa

CH₃

Ein weißes, kristallines Pulver, hygroskopisch, leicht löslich in Wasser. Der Schmelzpunkt liegt bei 275 bis 276°.

a-(l-Oxycyclohexyl)-propionsaures Diäthylamin:

, ^ ,OH

a-(l-Oxy-4-methylcyclohexyl)-buttersaures Diäthylamin:

,OH
CH-COOH · NH(C₂Hg)₂

C₂H₅

ίο Schmelzpunkt: 122 bis 123°.
Gefunden ... N 5,08%;
berechnet ... N 5,12%.

Für die Herstellung der als Ausgangsmaterial verwendeten cycloaliphatischen Oxycarbonsäureester wird Schutz im Rahmen der vorliegenden Erfindung nicht beansprucht.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Verfahren zur Herstellung von cycloaliphatischen Oxycarbonsäuren der allgemeinen Formel

   /CH₂
   (CH₂)_n .,
   R' CH,

   OH

   X —CH-COOH

   CH-COOH · NH(C₂H₆)₂

   CH₃

   Schmelzpunkt: 102°. Gefunden ... N 5,71%; berechnet ... N 5,70%.

   a-(l-Oxycyclohexyl)-capronsaures Diäthylamin: ,OH

   CH-COOH - NH(C₂H₆)₂ C₄H₉

   35

   40

   45 in welcher η 2 oder 3, R einen Alkylrest mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen, und R' ein Wasserstoffatom oder einen niedermolekularen Alkylrest bedeutet, bzw. von deren Salzen durch Kondensation eines cycloaliphatischen Ketons mit einem Ester einer a-Bromfettsäure in Gegenwart von Zink nach Reform at ski, anschließende Verseifung des erhaltenen Esters mit nachfolgendem Ansäuern und gewünschtenfalls Behandeln der erhaltenen freien Oxycarbonsäure mit einer stöchiometrischen Menge Natronlauge, Natriumhydrogencarbonat oder Natriumalkoholat in Wasser oder in organischen Lösungsmitteln bzw. Behandeln einer Lösung der freien Oxycarbonsäure in wasserfreiem Äther mit einem geringen Überschuß einer anderen wasserfreien Base, dadurch gekennzeichnet, daß die Verseifung in bekannter Weise mit Bariumhydroxyd in wäßrigalkoholischer Lösung in der Kälte durchgeführt und nach dem Ansäuern die freie Oxycarbonsäure aus einem leichtflüchtigen Lösungsmittel, wie einem Äther-Petroläther-Gemisch, kristallisiert wird.

   Schmelzpunkt: 125 bis 126°. Gefunden ... N 4,84%; berechnet ... N 4,87%. In Betracht gezogene Druckschriften: Houben-Weyl, Methoden der organ. Chemie, Bd. 2, 3. Auflage, 1925, S. 694/695.

   ' 009 677/450 11.60