DE1202776B - Verfahren zur Herstellung von ª†-arylsubstituierten gesaettigten aliphatischen Mono- oder Polycarbonsaeureestern oder der freien Saeuren - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von ª†-arylsubstituierten gesaettigten aliphatischen Mono- oder Polycarbonsaeureestern oder der freien Saeuren

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DE1202776B
DE1202776B DER31995A DER0031995A DE1202776B DE 1202776 B DE1202776 B DE 1202776B DE R31995 A DER31995 A DE R31995A DE R0031995 A DER0031995 A DE R0031995A DE 1202776 B DE1202776 B DE 1202776B
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Joseph William Nemec
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Rohm and Haas Co
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Rohm and Haas Co
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Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND
DEUTSCHES
PATENTAMT
AUSLEGESCHRIFT
Int. α.:
Nummer
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:
C07c
Deutsche KL: 12 ο -11
1202776
R31995IVb/12o
29. Januar 1962
14. Oktober 1965
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von y-arylsubstituierten gesättigten aliphatischen Mono- oder Polycarbonsäureestern oder der freien Säuren, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man eine aromatische Verbindung der allgemeinen Formel
in der R ein Wasserstoffatom, Chlor oder eine Alkylgruppe mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen und η eine ganze Zahl von 1 bis 3 bedeutet, in Gegenwart eines Friedel-Crafts-Katalysators, vorzugsweise Aluminiumchlorid, als Kondensationsmittel mit einem y-Nitrocarbonsäureester der allgemeinen Formel
O2N-C-Q
in der Q einen Alkylrest mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen und mindestens eine Gruppe der allgemeinen Formel
— CH2CHOOOY
in welcher X ein Wasserstoffatom oder eine Alkylgruppe mit I bis 4 Kohlenstoffatomen und Y eine Alkylgruppe mit I bis 8 Kohlenstoffatomen bedeutet, umsetzt, den erhaltenen Ester gegebenenfalls alkalisch verseift und durch Ansäuern die freie Carbonsäure in üblicher Weise gewinnt.
Beispiele für Q sind unter anderem Methoxycarbonyläthyl, Äthoxycarbonyläthyl, Butoxycarbonyläthyl, Oktoxycarbonyläthyl, 2-Methoxycarbonyl-2 - methyläthyl, 2 - Butoxycarbonyl - 2 - methyläthyl, 2-Äthoxycarbonyl-2-äthyfäthyl, 2-PropoxycarbonyI-2-methyIäthyI, 2-HexoxycarbonyI-2-propyIäthyl und 2-OktoxycarbonyI-2-butyläthyI.
Als Kondensationsmittel kommen beispielsweise in Frage: Außer Aluminiumchlorid, Ferrichlorid, Stannichlorid. Bortrifluorid, Ätherkomplexe von Bortrifluorid u. dgl.
Als aromatische Reaktionsteilnehmer kommen beispielsweise in Frage: Benzol, Toluol, Xylol, PropylbenzoK ButylbenzoF, Dibutylbenzol, Chlorbenzol, Chlortoluol, Chlorxylol.
Als Nitrocarbonsäureester kommen beispielsweise in Frage: y-Nitroisocapronsäuremethylester, Äthyl- γ - nitroisocapronat, Methyl - α - methyl - γ - nitroiso-Verfahren zur Herstellung von ^-arylsubstituierten gesättigten aliphatischen Mono- oder
Polycarbonsäureestern oder der freien Säuren
Anmelder:
Rohm & Haas Company,
Philadelphia, Pa. (V. St. A.)
Vertreter:
Dr.-Ing. Dr. jur. H. Mediger, Patentanwalt,
München 9, Aggensteinstr. 13
Als Erfinder benannt:
Joseph William Nemec, Rydal, Pa. (V. St. A.)
Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 3. Februar 1961 (86 875)
capronat, Äthyl-a-methyl-y-nitroisocapronat, Methyl-y-nitro-y-methylhexanoat, Äthyl-y-nitro-y-äthylhexanoat, Äthyl-y-nitro-a^-dimethylhexanoat, Dimethyl -γ- nitro -γ- methylpimelat, Diäthyl - γ - nitroy-methyipimelat, Dipropyl-y-nitro-y-methylpimelat, Dimethyl-y-nitro-y-propylpimelat, Diäthyl-y-nitroy-propylpimelat, Dipropyl-y-nitro-y-propylpimelat, Dimethyl-α,α,γ-trimethyl-γ-nitropimelat, Diäthyl- α,α,γ - trimethyl -γ- nitropimelat, Dibutyl - α,α,γ - trimethyl -γ- nitropimelat, Tris - (2 - methoxycarbonyläthyl) - nitromethan, Tris -(2 -butoxycarbonyläthyl)-nitromethan.
Die Reaktion wird ausgeführt, indem man die Nitroverbindung einem Gemisch der aromatischen Verbindung mit dem Kondensationsmittel zusetzt, obwohl die Reihenfolge des Zusammenbringens der Reaktionsteilnehmer und des Katalysators nicht entscheidend ist. Zur Erzielung optimaler Ergebnisse empfiehlt sich die Anwendung des Kondensationsmittels im Überschuß. Enthält also der Nitroester nur eine Estergruppe, werden je Mol Ester vorzugsweise 3 Mol Katalysator, enthält er zwei Estergruppen, werden 4 Mof Katalysator, enthält er drei Estergruppen, werden zweckmäßig 5 MoI Katalysator verwendet. Die Anwendung größerer Mengen Katalysator bringt keine erkennbaren Vorteile mit
so sich. Man kann auch mit geringeren Mengen arbeiten, aber dabei tritt im allgemeinen eine gewisse Verringerung der Ausbeute ein.
509 717/430
Die Reaktion wird im Temperaturbereich von etwa 15 bis etwa 600C, vorzugsweise von etwa 25 bis 4OC. durchgeführt. Ein flüssiges Reaktionsgemisch ist vorzuziehen, und deshalb wendet man im allgemeinen einen Überschuß des aromatischen Reaktionsteilnehmers als Lösungs- oder Verdünnungsmittel an. Gegebenenfalls können auch andere inerte organische Lösungsmittel, die destillierbar sein müssen, beispielsweise Nitrobenzol, Schwefelkohlenstoff. Petroläther u. a. verwendet werden.
Die Endprodukte des Verfahrens lassen sich isolieren, indem man das Reaktionsgemisch mit einer kalten, verdünnten Mineralsäure zerlegt, die organische Schicht abtrennt und destilliert. Durch Verseifen der primär erhaltenen Ester mit Natronlauge, Kalilauge. Ammoniumhydroxyd u. dgl. lassen sich über die entsprechenden Salze durch Ansäuern die freien Säuren herstellen.
Die Endprodukte des erfindungsgemäßen Verfah-
rens stellen wertvolle Weichmacher für Polyvinylchlorid dar. Die freien Säuren oder ihre niedrigmolekularen Alkylester lassen sich mit höhermolekularen Alkoholen, wie Butyl-, 1-Methylheptyl-, 2-ÄthyIhexyl-, Hexyl-, IsooktyK Oktyl-, Nonyl- oder 2-Äthylhexyl-Alkohol, verestern oder umestern, und man erhält auf diese Weise hochsiedende Ester, welche sich besonders dazu eignen, Polyvinylchlorid, dem sie in den üblichen Mengen einverleibt werden, die Weichheit und Elastizität zu verleihen. Die Wahl des verwendeten Alkohols hängt zum Teil von der Zahl der vorhandenen Carboxylgruppen ab. Besonders wertvoll in ihren Verwendungseigenschaften sind die Di- und Tricarbonsäureester. da diese dem Polyvinylchlorid eine gute Elastizität bei niedriger Temperatur und eine gute Hitzebeständigkeit verleihen. Beispiele solcher besonders wertvollen Ester sind unter anderem:
CH — COOC8Hi7
CH2 — CH — COOC8H17
CH3
a,a-y-Trimethyl-;'-phenylpimelinsäuredioktylester
CH3
CH2 — CH2 — COOC4H9
/ V-C-CH2-CH2-COOC4H9
CH2 —CH2 — COOC4H9
Tris-(2-butoxycarboxyäthyI)-p-tolyImethan
C2H5
CH2 — CH2 ^- COO — CH2 — CH — C4H9
CH3 ^^
CH2 — CH2 — COO — CH2 — CH — C4H9
C2H5
Bis-(4-methyl-4,4-methylphenyl)-pimelinsäure-bis-(2-äthylhexyl)-ester.
Diese Verbindungen werden entweder unmittelbar hergestellt (vgl. die folgenden Beispiele) oder man stellt zunächst niedrigmolekulare Alkylester her und estert dann diese mit dem geeigneten Alkohol um.
Diese Endprodukte des Verfahrens sind auch wertvolle Ausgangsstoffe zur Herstellung von Polyestern.
Die folgenden Beispiele erläutern das Verfahren der Erfindung. Teile sind Gewichtsteile.
Beispiel 1
CH3 CH3
+ O2N — C — CH2 — CH — COOCH3 CH3
CH3
CH3
V-C-CH2-CH-COOCH3
CH3
Zu einem Gemisch aus 400 Teilen trockenem rührt danach 1 Stunde lang bei 35 bis 400C und
Benzol und 400 Teilen (3,0 Mol) wasserfreiem Alu- 65 gießt dann das Reaktionsgemisch auf eine Mischung
miniumchlorid gibt man innerhalb von 90 Minuten aus Eis und Salzsäure, wobei Stickstoffoxyde ent-
bei 30 bis 35°C unter Rühren 200 Teile (1,0MoI) wickelt werden. Man trennt die organische Schicht
α - Methyl -γ- nitroisocapronsäuremethyiester. Man ab, wäscht sie mit verdünnter Salzsäure und dann
mit Wasser, dampft das überschüssige Benzol ab, destilliert unter vermindertem Druck und erhält 167 Teile α- Methyl -γ-phenylisocapronsäuremethylester, der bei 91 bis 94° C siedet und den Brechungsindex «ο5 = 1,4942 besitzt. Verseifungszahl gefunden 253 (berechnet 255).
Analyse: C14H20O2.
Gefunden ... C 76.17%, H 9,09%; berechnet ... C 76,36%. H 9,15%.
Man verseift eine Probe dieses Esters mit verdünnter Alkalilauge, säuert mit Salzsäure an, kristallisiert die abgeschiedene Substanz aus Äthanol um und erhält farblose a - Methyl - γ - phenylisocapronsäure. welche bei 51 bis 52°C schmilzt; Säurezahl gefunden 204 (berechnet 206).
Analyse:
Gefunden
berechnet
C 75.77%.
C 75,75%,
H 8,74%;
H 8,74%.
Beispiel 2
CH3
CH3
/ V
+ O2N — C — CH2 — CH — COO — CH3 -> CH
CH3
CH3 CH3
— CH2 — CH — COOCH3
In ein Gemisch aus 1000 Teilen (7,5 MoI) wasserfreiem Aluminiumchlorid und 500 ecm Toluol läßt man innerhalb einer Stunde bei 30 bis 38° C 473 Teile (2,5 Mol) α - Methyl -γ- nitroisocapronsäuremethylester tropfen, hält das Gemisch 4,25 Stunden auf 38 bis 42° C und gießt es dann auf ein Gemisch von Eis und Salzsäure. Man trennt die organische Schicht ab, wäscht sie zweimal mit Wasser, destilliert sie unter vermindertem Druck und erhält als Hauptfraktion 366 Teile a-Methyl-y-(p-tolyl)-isocapronsäuremethylester. Kp.0,9=103 bis 107°C;n!?=l,4947.
Analyse:
Gefunden
berechnet
Man verseift eine Probe des Produkts durch Kochen mit alkoholischer Kalilauge, säuert die abgekühlte Lösung mit Salzsäure an und erhält a-Methyl-y-tolylisocapronsäure. Die rohe Säure läßt sich aus Methanol Umkristallisieren zu einer farblosen Substanz, welche bei 59 bis 6I0C schmilzt.
Analyse:
Gefunden ... C 76,53%. H 9,08%;
berechnet ... C 76,36%, H 9.09%.
Neutralisationszahl gefunden 221 (berechnet 220).
C 76.13%. H 9,36%; C 76,92%. H 9,40%.
CH3
CH3
Beispiel 3
CH3
CH3
+ O2N — C — CH2 — CH — COOCH3 CH3
C — CH2 — CH — COO — CH3 CH3
Zu einer Aufschlämmung von 266 Teilen (2,0 Mol) Aluminiumchlorid in 300 ecm Chlorbenzol gibt man innerhalb von 45 Minuten bei 32 bis 37° C unter Rühren 122 Teile (0,65 Mol) a-Methyl-y-nitroisocapron säuremethylester, rührt bei Raumtemperatur 28 Stunden, gießt dann auf ein Gemisch aus Eis und Salzsäure, wäscht die abgetrennte organische Schicht zweimal mit verdünnter Salzsäure und danach zweimal mit Wasser, trocknet das gewaschene Material über Calciumchlorid, destilliert unter vermindertem Druck und erhält 114 Teile a-Methyl-y-(p-chlorphenyl)-isocapronsäuremethylester, der bei 93 bis 95°C/0.25 mm siedet und den Brechungsindex nf = 1,5067 besitzt.
Analyse: Ci4Hi9ClO2.
Gefunden ... C 63,95%, H 7,49%; berechnet ... C 66,01%, H 7,47%.
Man erhitzt ein Gemisch aus 51 Teilen (0,2 Mol) des Esters und 12 Teilen (0.3 Mol) Natriumhydroxyd in 50 ecm 70%igem Äthanol 30 Minuten unter Rückfluß, kühlt ab, verdünnt mit 60 ecm Wasser, säuert mit konzentrierter Salzsäure an, wäscht die ausgefallene feste Substanz mit Wasser, kristallisiert sie aus 50%igem Äthanol um und erhält als farblose Kristalle a-Methyl-i/-(p-chlorphenyl)-isocapronsäure. welche bei 74 bis 75° C schmilzt.
Analyse: Ci3Hi7ClO2.
Gefunden ... C 64,60%, H 7,19%;
berechnet ... C 64,86%, H 7,07%.
Beispiel 4
CH3
CH2 — CH2COOC2H5
] O2N-C-CH3
CH2-CH2COOC2H5
CH2-CH2-COOC2H5
C-CH3
CH2 — CH2 — COOC2H5
Zu einem Gemisch aus 600 ecm Toluol und 433 Teilen (3,25 Mol) Aluminiumchlorid gibt man innerhalb von 90 Minuten bei 33 bis 38° C unter Rühren 296 Teile (1,08 MoI) y-Methyl-y-nitropimelin-
säurediäthylester. rührt 16 Stunden bei 26 bis 32°C weiter, gießt auf ein Gemisch aus Eis und Salzsäure, trennt die organische Schicht ab, wäscht sie mit verdünnter Salzsäure und danach mit. Wasser, dampft das überschüssige Toluol ab, destilliert den Rückstand unter vermindertem Druck und erhält 256 Teile --Methyl-y-(p-tolyl)-pimelinsäurediäthylester. welcher bei 146 bis 147°C/0,08 mm siedet und den Brechungsindex nl4 = 1,4945 besitzt.
Analyse: C19H28O4.
Gefunden ... C 69,25%, H 8,70%;
berechnet ... C 71.10%, H 8,74%. 148 Teile (0,46 Mol) dieser Verbindung werden verseift, indem man 4 Stunden mit 48 Teilen (1,2 MoI) Natriumhydroxyd in 200 ecm 50%igem Äthanol unter Rückfluß erhitzt. Man säuert die erhaltene Lösung mit Salzsäure an, kristallisiert die abgeschiedene feste Substanz aus Xylol um und erhält 115 Teile y-Methyl-y-(p-tolyl)-pimeIinsäure, welche bei 132 bis 132,5°C schmilzt.
Analyse: C15H20O4.
Gefunden ... C 68,12%, H 7,63%; berechnet ... C 68,15%, H 7,58%.
Beispiel 5
CH3
+ O2N-C-CH2-CH2-COO-CH3
Innerhalb von 45 Minuten gibt man zu einem Gemisch aus 400 Teilen (3,0 Mol) Aluminiumchlorid und 500 ecm Benzol bei 26 bis 32° C unter Rühren 175 Teile (1,0 Mol) y-Nitroisocapronsäuremethylester. Nach beendetem Zusatz rührt man noch 5,25 Stunden bei Raumtemperatur weiter und gießt dann das Gemisch auf eine Mischung aus Eis und Salzsäure. Die abgetrennte Ulschicht wird zweimal mit je 500 ecm Wasser gewaschen, das überschüssige Benzol bei 25 mm abgedampft und das zurückbleibende öl unter vermindertem Druck destilliert. Man erhält 153 Teile y-Phenylisocapronsäuremethylester. Kp.0,1 = 77 bis 79°C; n%° = 1,5012. Analyse:
Gefunden
berechnet
CH3
C-CH2-CH2-COO-CH3
CH3
C 75,73%, H 8,80%; C 75,72%, H 8,74%.
Verseifungszahl gefunden 272 (berechnet 255).
Eine Probe des Produkts wird mit alkoholischer Natronlauge verseift, mit Salzsäure angesäuert und hierbei γ - Phenylisocapronsäure vom Siedepunkt 114°C/0,02mm erhalten.
Analyse: C12H16O2.
Gefunden ... C 75,24%, H 8,31%; berechnet ... C 75,00%, H 8,33%.
Neutralisationszahl gefunden 193, berechnet 192.
Beispiel 6
CH3
CH2-CH-COOCH3
+ QaN-C-CH8
CH3
CH2-CH-COOCH3
CH2-CH-COOCH3 CH3
Zu einem Gemisch aus 500 ecm Benzol und 400 Teilen (3,0 Mol) Aluminiumchlorid gibt man innerhalb von 2 Stunden, während man durch Kühlen eine Temperatur von 22 bis 26 0C aufrechterhält, unter Rühren 175 Teile (0,64 Mol) α,α,γ-Τή-methyl-y-nitropimelinsäuredimethylester, rührt weitere 3 Stunden bei 26 bis 300C, gießt das Reaktionsgemisch auf eine Mischung aus Eis und Salzsäure, trennt die organische Schicht ab, wäscht sie mit verdünnter Salzsäure und Wasser, destilliert das gewaschene Material unter vermindertem Druck und erhält 148 Teile a,a',y-Trimethyl-y-phenyIpimelinsäuredimethylester, welcher bei 126 bis 127°C/0,l mm siedet und den Brechungsindex nls = 1,4950 besitzt. Analyse:
Gefunden
berechnet
CH2-CH-COOCH3 CH3
C70,55%, H 8,51%; C 70,59%, H 8,55%.
50 Teile dieses Esters führt man in a,a',y-Trimethyly-phenylpimelinsäure über, indem man ihn I Stunde mit 40 Teilen Natriumhydroxyd in 70%igem Äthanol unter Rückfluß erhitzt, dann mit Salzsäure ansäuert und die erhaltene feste Substanz aus Xylol umkristallisiert. Schmelzpunkt 173 bis 174° C.
60 Analyse:
Gefunden... C69,10%, H8,14%; berechnet ... C 69,10%, H 7,92%.
Säurezahl gefunden 280, berechnet 278.
Beispiel 7 CH2-CH2CO2CH3
O2N — C — CH2 — CH2 — CO2CH3 CH2-CH2CO2CH3 CH2-CH2COOCH3
C — CH2 — CH2COOCH3
CH2-CH2COOCH3
Zu einem Gemisch aus 667 Teilen (5.0 MoI) Aluminiumchlorid und 1000 ecm Benzol gibt man innerhalb von 7 Stunden bei 35 bis 45°C unter Rühren 319 Teile (1.0 Mol) Tri-(methyl-/i-carboxyäthyl)-nitroniethan, rührt 2 Stunden bei dieser Temperatur weiter, läßt dann 16 Stunden bei Raumtemperatur stehen, gießt auf eine Mischung aus Eis und Salzsäure, trennt die organische Schicht ab. wäscht sie zweimal mit verdünnter Salzsäure und zweimai mit Wasser, trocknet das gewaschene Material über Calciumchlorid, verdampft unter vermindertem Druck das überschüssige Benzol, destilliert den Rückstand im Vakuum und erhält als Hauptfraktion 173 Teile praktisch reines Tri-(methyl-,;-carboxyäthyl)-toluol, welches bei 201 bis 2070C/ 0.9 mm siedet und den Brechungsindex ni5 = 1,5060 besitzt.
Analyse:
Gefunden
berechnet
C 64,66%. H 7.32%;
C 65.14%. H 7.43%.

Claims (5)

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Herstellung von y-arylsubstituierten gesättigten aliphatischen Mono- oder Polycarbonsäureestern oder der freien Säuren, dadurch gekennzeichnet, daß man eine aromatische Verbindung der allgemeinen Formel
in der R ein Wasserstoffatom, Chlor oder eine Alkylgruppe mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen und η eine ganze Zahl von 1 bis 3 bedeutet, in Gegenwart eines Friedel-Crafts-Katalysators, vorzugsweise Aluminiumchlorid, als Kondensationsmittel,
10
mit einem ^-Nitrocarbonsäureester der allgemeinen Formel
O2N — C — Q
in der Q einen Alkylrest mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen und mindestens eine Gruppe der allgemeinen Formel
— CH2CHOOOY
in welcher X ein Wasserstoffatom oder eine Alkylgruppe mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen und Y eine Alkylgruppe mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen bedeutet, umsetzt, den erhaltenen Ester gegebenenfalls alkalisch verseift und durch Ansäuern die freie Carbonsäure in üblicher Weise gewinnt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man einen molaren Überschuß an Kondensationsmittel anwendet.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man je MoI Nitroester, je nachdem, ob es sich um einen Mono-, Di- oder Triester handelt, ungefähr 3, 4 oder 5 Mol Kondensationsmittel verwendet.
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man den flüssigen aromatischen Reaktionsteilnehmer oder ein anderes geeignetes inertes, organisches, destillierbares Lösungs- oder Verdünnungsmittel verwendet.
5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man die Reaktion bei einer Temperatur von etwa 15 bis etwa 6O0C, vorzugsweise 25 bis 400C, durchführt.
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