DE1468553C2

DE1468553C2 -

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Publication number: DE1468553C2
Application number: DE1963R0036722
Authority: DE
Priority date: 1962-12-13
Filing date: 1963-12-04
Publication date: 1971-09-30
Also published as: GB1005897A; DE1543427A1; US3354196A; DE1468553B1; DE1543427B2; DE1543427C3; FR1356949A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Cyclopropancarbonsäurederivaten und insbesondere die Herstellung von Chrysanthemummonocarbonsäureestern und Estern eines seiner niederen Homologen, der dl-trans-2,2-DimethyI-S-fpropen-O^ylJ-cycIopropancarbonsäure.

Es ist bekannt, daß gewisse Ester der Chrysanthemummonocarbonsäure, wie Pyrethrin, Cinerin, »Allethrin«, »Furethrin«, eine Klasse von sehr wertvollen Insektiziden auf Grund ihrer großen insektiziden Wirksamkeit einerseits und ihrer geringen Toxizität für den Menschen und Warmblüter andererseits darstellen. Es ist auch bekannt, daß die Chrysanthemummonocarbonsäurezwei stereoisomere Formen, die eis- und trans-Form, bildet, und die Ester der transSäure eine Wirksamkeit besitzen, die im allgemeinen höher als die der Derivate der cis-Form ist.

Bisher wurde Chrysanthemummonocarbonsäure durch Hydrolyse von Rethrinen natürlichen Ursprungs oder durch die Synthese von Staudinger und Mitarbeiter (Helvetica Chimica Acta, Bd. 7, 1924, S. 390), wiederholt von Campbell und Mitarbeiter (J. Chem. Soc, 1945, S. 283) hergestellt. Diese Synthese, die ausgehend von der Umsetzung von Äthyldiazoacetat mit 2,5-Dimethylhexadien-(2,4) zu einem Gemisch der dl-cis- und dl-trans-Chrysanthemummonocarbonsäure führt, ist jedoch auf Grund der Instabilität des Äthyldiazoacetats technisch recht schwierig durchzuführen.

Eine ähnliche Synthese, bei der das Äthyldiazoacetat durch Diazoacetonitril ersetzt ist, führt zu der reinen dl-trans-Chrysanthemummonocarbonsäure, doch bietet sie noch mehr Gefahren als die obengenannte.

Aus der deutschen Patentschrift 965 580, aus Compt. rend, hebd., Bd. 245, !957, S. 2304 bis 2306, und Bd. 250,1960, S. 4003 bis 4005, sowie aus der deutschen Auslegeschrift 1115 733 ist es bekannt, Verbindungen der Cyclopropanreihe dadurch herzustellen, daß man aus geeigneten, aeylischen Halogenderivaten Halogenwasserstoff mit Hilfe von Basen, besonders alkoholischen Alkalihydroxyden, abspaltet. Das erfindungsgemäße Verfahren wird durch die vorstehenden Angaben jedoch nicht nahegelegt, da die erfindungsgemäß umgesetzte Ausgangsverbindung sich von den Ausgangsverbindungen dergenannten Verfahren durch eine olefinische Doppelbindung und andere wesentliche Strukturmerkmale unterscheidet.

Gegenstand des deutschen Patents 1 149 713, der französischen Patentschrift 1 269127 und der Literaturstelle Compt. rend, hebd., Bd. 251, 1960, ist ein Verfahren zur Herstellung von dl-trans-Chrysanthemummonocarbonsäure durch überführung von 4-Methyl-3-isobutenyl-y-valerolacton in 5-Methyl-3-(l-halogenisopropyl)-hexen-(4)-säurealkylester, anschließende Cyclisierung zum Chrysanthemummonocarbonsäureester und Verseifung desselben: nach dem erfindungsgemäßen Verfahren werden jedoch wesentlich bessere Ausbeuten erzielt.

Die vorliegende Erfindung betrifft nun ein neues Verfahren zur Herstellung von Cyclopropancarbonsäurederivaten der allgemeinen Formel

in der R ein Wasserstoffatom oder eine Methylgruppe und Y — CN oder — COOR', in der R' einen niedrigen Alkylrest darstellt, bedeutet, durch Cyclisieren eines durch ein Halogenatom oder den Rest einer aliphatischen oder Benzolcarbon- oder Sulfonsäure substituierten aliphatischen Carbonsäure nitrils oder eines entsprechenden niederen Alkylesters in Gegenwart eines inerten organischen Lösungsmittels, dadurch gekennzeichnet, daß man als

ίο zu cyclisjerenden Ausgangsstoff eine Verbindung der allgemeinen Formel

verwendet, in der R und Y die oben angegebenen Bedeutungen besitzen und X ein Halogenatom oder den Rest einer aliphatischen oder Benzolcarbon- oder Sulfonsäure bedeutet.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren cyclisiert

man eine Verbindung der allgemeinen Formel I nach folgendem Schema:

R, X und Y besitzen die vorstehende Bedeutung. X bedeutet vorzugsweise Chlor oder Brom, eine p-Toluolsulfonyloxy- oder Methansulfonyloxygruppe, Acetoxy, Benzoyloxy oder p-Nitrobenzoyloxy. In der Gruppe —COOR' für den Substituenten X bedeutet R' vorzugsweise Methyl, Äthyl oder Propyl.

Erfindungsgemäß wird die Cyclisierung in Gegenwart einer wasserfreien starken alkalimetallhaltigen Base durchgeführt, vorzugsweise eignet sich ein Alkalihydrid oder -amid oder -alkoholat, insbesondere Natrium- oder tertiäres Kaliumbutylat oder -tertiäres -amylat. Auch Triphenylmethylnatrium ist geeignet.

Man arbeitet in einem unter den Arbeitsbedingungen

inerten organischen Lösungsmittel, beispielsweise in einem aromatischen Kohlenwasserstoff (z. B. Benzol, Toluol) oder einem Ν,Ν-disubstituierten Amid einer niederen gesättigten Fettsäure, vorzugsweise Dimethylformamid oder Dimethylacetamid, bei Zimmertemperatur oder häufiger bei der Siedetemperatur des Reaktionsgemisches. Das Reaktionsprodukt der allgemeinen Formel II kann zur Herstellung der entsprechenden freien Carbonsäure oder ihres Alkalisalzes dienen.

Eine Verunreinigung des Ausgangsmaterials durch eine Verbindung der allgemeinen Formel

Hai

Hal COOR'

in der R und R' die vorstehende Bedeutung besitzen und Hai ein Halogenatom ist, stört die Cyclisierung nicht, da in jedem Fall das gewünschte Endprodukt erhalten- werden kann. Verwendet man Natriumhydrid oder -amid als Cyclisierungsmittel, so erhält man unmittelbar das gewünschte Reaktionsprodukt der allgemeinen Formel II. Verwendet man aber tertiäres Natriumbutylat oder -amylat, so erhält man ein Gemisch des Produktes der allgemeinen Formel II und seines Isomeren der allgemeinen Formel III

III

COOR'

in der R und R' die vorstehende Bedeutung besitzen. Die Verbindung der allgemeinen Formel III kann durch Erhitzen, vorzugsweise in Gegenwart von Spuren Säure, z. B. p-Toluolsulfonsäure oder Methansulfonsäure, zur Verbindung der allgemeinen Formel II isomerisiert werden.

Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung.

Beispiel 1

In 20 ecm Benzol bringt man rohen, aus 5,5 g 3,3,6-Trimethyl-4-äthoxyhepten-(5)-säure hergestellten 3,3,6-Trimethyl-4-chlorhepten-(5)-säureäthylester ein und setzt 30ecm einer l,5n-Lösung von tertiärem Natriumamylat in Benzol zu. Man läßt die Lösung über Nacht bei gewöhnlicher Temperatur stehen und erhitzt dann das Gemisch Vf₁ Stunden unter Rückfluß. Anschließend setzt man 100 ecm Wasser zu, dekantiert, verrührt die organische Lösung 20 Minuten mit 50 ecm 1 η-Natronlauge, wäscht dann die organische Phase mit Wasser und trocknet sie über wasserfreiem Natriumsulfat.

Die Destillation liefert 3 g Chrysanthemummonocarbonsäureäthylester vom Κρ._0Λ = 72 bis 74⁰C und n'S = 1,4590. Die Ausbeute beträgt 61%.

Zur weiteren Charakterisierung werden 1,9 g dieses Esters durch Erhitzen in Gegenwart von 1,5 g Kaliumhydroxyd, gelöst in 50 ecm Methanol, und anschließendes Ansäuern mit Salzsäure verseift. Man erhält 1,4 g (85%) Chrysanthemummonocarbonsäure vom F. = 47 bis 48° C nach Umkristallisieren aus Essigsäureäthylester.

Beispiel 2

Man erhitzt ein Gemisch von 810 mg des Bcnzoats von3,3,6-Trirnethy!-4-hydroxyhepten-(5)-nitril,400mg Natriumamid und 7 ecm wasserfreies Dimethylformamid über Nacht unter Rückfluß. Nach dem Abkühlen gießt man das Gemisch auf Eis, extrahiert es mit Diäthyläther (50 ecm), wäscht die organische Lösung nacheinander mit einer wäßrigen Natriumbicarbonatlösung und mit Wasser und trocknet sie über Natriumsulfat. Durch Destillation isoliert man 270 mg des dl-trans-Chrysanthemummonocarbonsäurenitrils in Form einer farblosen Flüssigkeit von

ίο Kp.₂ = 10O⁰C; n? =. 1,4695; Ausbeute: 60%.'

Zur weiteren Charakterisierung erhitzt man 330 mg des obigen Nitrils in 2 ecm Athylenglykol mit 350 mg Kaliumhydroxyd 24 Stunden unter Rückfluß. Nach dem Abkühlen gießt man das Gemisch in Wasser, extrahiert ein nicht verseifbares Produkt mit 50 ecm Äther, säuert die wäßrige Lösung durch Zugabe von Salzsäure an und extrahiert dann zweimal mit je 50 ecm Äther. Die Ätherextrakte werden in 20 ecm einer wäßrigen 8%igen Natriumbicarbonatlösung aufgenommen, und die so erhaltene, wäßrige Lösung wird dann durch Zugabe von Salzsäure angesäuert. Man extrahiert erneut mit 50 ecm Äther und isoliert aus diesem Extrakt 240 mg (68%) flüssige dl-trans-Chrysanthemummonocarbonsäure, die durch Zugabe von Keimen kristallisiert. F. = 47 bis 48'C nach Umkristallisieren aus Essigsäureäthylester.

B e i s ρ i e 1 3

Man löst 1 g p-Nitrobenzoat von 3,3,6-Trimethyl-4-hydroxyhepten-(5)-nitril-(l) in 10 ecm wasserfreiem Dimethylformamid, setzt 420 mg Natriumamid zu und erhitzt das Gemisch über Nacht unter Rückfluß. Nach dem Abkühlen gießt man es auf Eis, extrahiert es mit Äther, wäscht es mit Natriumbicarbonatlösung und dann mit Wasser und trocknet die Ätherlösung über wasserfreiem Natriumsulfat. Durch Destillation isoliert man 190 mg (40%) Chrysanthemummonocarbonsäurenitril, das mit dem von Beispiel 2 identisch ist.

Das als Ausgangssubstanz verwendete p-Nitrobenzoat wird aus p-Nitrobenzoylchlorid und 3,3,6-Trimethyl-4-hydroxyhepten-(5)-nitril hergestellt.

B e i s ρ i e ί 4

Man arbeitet wie im Beispiel 2, verwendet jedoch das Acetat von 3,3,6-Trimethyl-4-hydroxyhepten-(5)-nitril-(l) und erhält ebenfalls Chrysanthemummonocarbonsäurenitril in etwa 50%iger Ausbeute.

Weiterhin werden 0,5 g Acetat von 3,3,6-Trimethyl-4-hydroxyhepten-(5)-nitril-(l) durch Behandlung mit 2 ecm 1,7 η-tertiärem Natriumamylat in 15 ecm Dimethylformamid cyclisiert. Nach dem Stehenlassen über Nacht bei Zimmertemperatur (etwa 20'C) erhitzt man das Gemisch 2 Stunden zum Sieden und isoliert aus dem erhaltenen Gemisch wie im Beispiel 2 das Chrysanthemummonocarbonsäurenitril in etwa 50%iger Ausbeute.

Das als Ausgangssubstanz verwendete Acetat kann durch Umsetzung von Essigsäureanhydrid mit 3,3,6-Trimethyl-4-hydroxyhepten-(5)-nitril hergestellt werden.

Beispiels

Man löst den aus 11 g 3,3-Dimethyl-4-äthoxyhepten-(5)-säure, wie im nachstehenden angegeben, erhaltenen 3,3-Dimethyl-4-chlorhepten-(5)-säureäthylester in 25 ecm Benzol und setzt dann 55 ecm einer 1,5 η-Lösung von tertiärem Natriumamylat in Benzol

zu. Man läßt das Gemisch 15 Stunden bei Zimmertemperatur (etwa 2O⁰C) stehen und erhitzt es dann X¹I₂ Stunden unter Rückfluß. Das Reaktionsprodukt wird wie im Beispiel I behandelt. Man erhält 6,3 g 2,2- Dimethyl -3-[propen -(1 )-yl]-cycIopropancarbonsäureäthylester vom Kp._O4 = 63 bis 65^rC; Ausbeute: 63%.

Zur weiteren Charakterisierung verseift man 5,5 g (0,03 Mol) dieses Esters durch 4stündiges Erhitzen unter Rückfluß in Gegenwart von 5 g Kaliumhydroxyd in 30 ecm Äthanol, extrahiert dann, wie im Beispiel 1 beschrieben, und erhält 2,675 g 2,2-Dimethyl - 3 - [propen -(I)- yl] - cyclopropancarbonsäure vom F. = 58 bis 60 C.

Beispiel 6

oder durch Halogenieren einer Verbindung de gemeinen Formel

OH Y

in der R und Y (die vorstehende Bedeutung besitzen.

,o RO COOH

in der R und R' die vorstehende Bedeutung besit herstellen. '

Claims

Patentanspruch :

Verfahren zur Herstellung von Cycloprop carbonsäurederivaten der allgemeinen Formel

15,2 g (5,9 · 10~² Mol) Benzoat des 3,3-Dimethyl-4-hydroxyhepten-(5)-nitrils in 130 ecm Dimethylformamid werden mit 6,2 g (0,18 Mol) Natriumamid zunächst 1 Stunde bei einer Temperatur von etwa 20 C und dann über Nacht bei 15O⁰C behandelt. Anschließend setzt man 500 ecm Wasser zu, extrahiert das Gemisch dreimal mit je 150 ecm Äthyläther, wäscht die ätherische Lösung mit einer wäßrigen Natriumbicarbonatlösung und dann zweimal mit Wasser und trocknet sie über Natriumsulfat. Durch Destillation gewinnt man bei etwa 65 C und 0,7 mm Hg (40%) l-Cyano-2,2-dimethyl-3-[propen-(l)-yl]-cyclopropan.

Zur weiteren Charakterisierung verseift man 540 mg dieses Nitrils durch Erhitzen zum Sieden über Nacht mit 500 mg Kaliumhydroxyd und 10 ecm Äthylenglykol und erhält so nach Ansäuern durch Zugabe von Salzsäure und Extraktion 425 mg (70%) 2,2-Dimethyl - 3 - [propen - (1) - yl] - cyclopropancarbonsäure vom F. = 55 bis 57°C.

Die Ausgangsverbindungen kann man z. B. durch Acylieren von Verbindungen der allgemeinen Formel

45

in der R ein Wasserstoffatom oder eine Methy gruppe und Y-CN oder — COOR', in der F einen niedrigen Alkylrest darstellt, bedeuten, durc Cyclisieren eines durch ein Halogenatom oder dei Rest einer aliphatischen oder Benzolcarbon- ode Sulfonsäure substituierten aliphatischen Carbon säurenitrils oder eines entsprechenden niederer Alkylesters in Gegenwart einer wasserfreien, starken, alkalimetallhaltigen Base und in Gegenwart eines inerten organischen Lösungsmittels, dadurch gekennzeichnet, daß man als zu cyclisierenden Ausgangsstoff eine Verbindung der allgemeinen Formel

XY

verwendet, in der R und Y die oben angegebenen Bedeutungen besitzen und X ein Halogenatom oder den Rest einer aliphatischen oder Benzolcarbon- oder Sulfonsäure bedeutet.