DE1618981B1

DE1618981B1 - Verfahren zur Herstellung von niederen Alkylestern der 4-Phenyl-3-oxobutan-1-carbonsäure

Info

Publication number: DE1618981B1
Application number: DE1967S0112905
Authority: DE
Inventors: Nobushige Itaya; Yutake Matsumoto; Hirosuke Yoshioka
Original assignee: Sumitomo Chemical Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Chemical Co Ltd
Priority date: 1966-12-26
Filing date: 1967-11-20
Publication date: 1971-02-04
Also published as: BE706793A; US3585234A; CH495937A; NL6715714A; GB1178897A

Description

4-Phenyl-3-oxobutan-l-carbonsäureester (T) wurden bisher durch. Abspaltung von Cyangruppen aus 4-Phenyl-4-cyan-3-oxobutan-l-carbonsäureestern (Π) gemäß dem folgenden Schema hergestellt, wobei gleichzeitig die Cyangruppe und die Estergruppe der Ester in Gegenwart von Salzsäure und Essigsäure hydrolysiert und die erhaltene 4-Phenyl-3-oxobutan-1-carbonsäure (ΙΠ) in Gegenwart von Schwefelsäure mit Alkohol oder nach einem anderen Verfahren verestert wurde:

CH-CO- CH₂ · CH₂ · COOR

vor sich geht als beim üblichen Verfahren, wobei die Umsetzung in Gegenwart von Salzsäure od. dgl. durchgeführt wird, und daß die Abspaltung der Cyangruppe in kurzer Zeit, z. B. in 1 bis 2 Stunden, vollständig abgelaufen ist. Es wurde weiter gefunden, daß im Gegensatz zu den Erwartungen an Hand des bekannten Verfahrens ein Produkt erhalten wird, das hauptsächlich aus dem Ester© besteht, wobei der Esterteil des Cyanoesters (H) erhalten geblieben ist.

Die erfindungsgemäße Umsetzung kann durch das folgende Schema dargestellt werden:

CN

HCl + CH₃ · COOH

(P) ¹S \ ,

CH-CO- CH₂ · CH₂ · COOR

CN

H₃PO₄

/ Ν— CH₂ · CO · CH₂ - CH₂ · COOH

ROH + H₂SO₄

CH₂ · CO · CH₂ · CH₂ - COOR

(H)

Q)

- CH₂ · CO · CH₂ · CH₂ · COOR

OO

wobei in den Formeln R einen niederen Alkylrest bedeutet.

Wenn der Cyanoester (II) in Gegenwart von Salzsäure oder Bromwasserstoffsäure hydrolysiert wird, wird die Estergruppe zunächst hydrolysiert und eine 4-Phenyl-4-cyan-3-oxobutan-l-carbonsäure der Formel (IV) erhalten.

- CH · COCH₂ · CH₂ · COOH

CN

(IV)

Anschließend wird erst die Cyangruppe hydrolysiert und danach decarboxyliert, wobei die Carbonsäure (ΠΓ) erhalten wird. Jedoch findet die Hydrolyse der Cyangruppe viel langsamer statt als die Hydrolyse der Estergruppe. Wenn z. B. der Cyanoester QI) 16 Stunden in Gegenwart von 17%iger wäßriger Salzsäure in Essigsäure unter Rückfluß erhitzt wird, enthält der aus Carbonsäuren bestehende Teil des Reaktionsgemischs immer noch etwa 30% der Cyancarbonsäure(TV). Unter diesen Umständen ist es völlig unmöglich, die Carbonsäure QH) in befriedigender Reinheit aus dem Cyanoester QI) oder dem Ester Q) durch Abspaltung der Cyangruppe aus dem Cyanoester QI) unter Erhalt der Estergruppe zu erhalten. Bei einem solchen Verfahren wird ein teeriges Produkt erhalten, das stark gefärbt ist, und die Ausbeute ist unbefriedigend.

Es wurde jedoch gefunden, daß bei der Hydrolyse der Cyanoester (H) die Orthophosphorsäure ein sehr wirksames Reagens ist, womit das Ziel der Erfindung erreicht wird. Es wurde nämlich gefunden, daß bei der Lösung oder teilweisen Suspendierung des Cyanoesters (H) in Orthophosphorsäure und beim Erhitzen des Gemisches die Decarboxylierung der hydrolysierten Cyangruppe dieses Esters viel glatter und schneller Es ist zwar bekannt, daß in einzelnen Fällen zur Hydrolyse von Cyangruppen zu Carbonsäuregruppen oder zu deren Abspaltung unter Decarboxylierung Orthophosphorsäure verwendet werden kann. Es war jedoch nicht bekannt, daß man mittels Örthophosphorsäure Carbonsäureester mit Cyangruppen so umsetzen kann, daß lediglich selektiv die Cyangruppen entfernt werden und die Estergruppen wie im vorliegenden Fall erhalten bleiben. Durch diese Wirkungsweise der Orthophosphorsäure können die Ester (T) aus den Cyanoestern QI) in einer Stufe in höherer Ausbeute und Reinheit durch einfachere Verfahrensschritte als beim herkömmlichen Verfahren erhalten werden. Außerdem erübrigt sich die Wiederveresterung der Carbonsäure (IH), die beim bekannten Verfahren erhalten wird. Aus diesen Gründen kann das Herstellungsverfahren für die Ester (T) erheblich verbessert werden. Das Verfahren kann auch bei Verwendung der Carbonsäure (IV) als Ausgangsmaterial glatt und schnell durchgeführt werden, wobei durch Zugabe von Alkoholen zum Reaktionssystem die entsprechenden Ester leicht erhalten werden können.

Orthophosphorsäure kann auch in Form der wasserhaltigen Orthophosphorsäure verwendet werden. Zum Beispiel ist eine 85%ige Orthophosphorsäure, die handelsüblich ist, zur Verwendung geeignet.

Gegenstand der Erfindung ist somit ein Verfahren zur Herstellung von niederen Alkylestern der 4-Phenyl-3-oxobutan-l-carbonsäure aus den entsprechenden niederen Alkylestern der 4-Phenyl-4-cyan-3-oxobutan- !-carbonsäure, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man den 4-Phenyl-4-cyan-3-oxobutan-l-carbonsäurealkylester in wasserfreier Orthophosphorsäure oder wäßriger, mindestens 60%ige^r Phosphorsäure und gegebenenfalls in Gegenwart eines inerten Lösungsmittels auf Temperaturen von 100 bis 200⁰C erhitzt, nach beendeter Umsetzung das Reaktionsgemisch mit Wasser verdünnt und das Produkt in üblicher Weise

isoliert.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann man die 4-Phenyl-3-oxobutan-l-carbonsäureester dadurch erhalten, daß man die Umsetzung in Gegenwart des dem Alkylester entsprechenden Alkohols vornimmt.

Die als Ausgangsmaterial verwendeten 4-Phenyl-4-cyan-3-oxobutan-l-carbonsäureester können durch. Umsetzung von Benzylcyanid mit Dialkylbernsteinsäureestern in Gegenwart eines Natriumalkoholats gemäß der folgenden Gleichung erhalten werden:

-CH₂-CN +

CH₂ · COOR

NaOR

CH₂ · COOR

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird mit ansteigendem Wassergehalt der Orthophosphorsäure die für die Hydrolyse und Abspaltung der Cyangruppen benötigte Temperatur höher und die Reaktionsgeschwindigkeit langsamer. Außerdem wird die Estergruppe leichter abgespalten, d. h. das Verhältnis von Ester zur. freien Säure im Reaktionsprodukt wird kleiner. Andererseits nimmt jedoch die Bildung von gefärbten teerartigen Substanzen mit steigendem Wassergehalt der Orthophosphorsäure stark ab. Es wird daher eine Orthophosphorsäure einer Konzentration von 60% oder darüber verwendet, obwohl diese Größe nicht kritisch ist.

Die Reaktionstemperatur liegt im Bereich von 100 bis 200° C und schwankt in Abhängigkeit vom Wassergehalt der Orthophosphorsäure.

Die Reaktion kann in Gegenwart eines geeigneten Lösungsmittels durchgeführt werden. Brauchbare Lösungsmittel sind organische Lösungsmittel, wie Toluol oder Xylol, die an der Umsetzung nicht teilnehmen, außerdem niedrige Alkohole, die die Bildung von Esterverbindungen im Reaktionsgemisch, erheblich erhöhen, und mehrwertige Alkohole, wie Äthylenglykol, die das Reaktionssystem homogen machen.

Für den vollständigen Ablauf der Umsetzung genügt im allgemeinen eine Zeitspanne von 1 bis 2 Stunden. Das Reaktionsgemisch ist nach dem Abkühlen eine ölige Substanz, die im wesentlichen aus dem Ester (T) und einer kleinen Menge der Carbonsäure (III) besteht, wenn man vom Ester ausgegangen ist, obwohl die Zusammensetzung vom Wassergehalt der Orthophosphorsäure und den anderen Reaktionsbedingungen abhängt. Anschließend wird das Reaktionsgemisch mit Wasser verdünnt, entweder als solches oder, falls erforderlich, nach Umwandlung der freien Säure in den Ester durch Zugabe einer kleinen Menge Alkohol. Danach wird das Reaktionsgemisch mit einem gewöhnlichen, mit Wasser und Orthophosphorsäure unmischbaren organischen Lösungsmittel extrahiert, der Extrakt mit einer wäßrigen Natriumbicarbonatlösung gewaschen und das Lösungsmittel abgedampft, wobei der Ester (T) in hoher Ausbeute als braune, ölige Substanz erhalten wird. Der Ester kann zur Reinigung unter vermindertem Druck destilliert werden, um die kleinen Mengen gefärbter Verunreinigungen zu entfernen. Die Ausbeute an Ester (T) und Carbonsäure (TT) zusammen ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren im wesentlichen quantitativ.

Die Ester (I) sind als Zwischenprodukte zur Herstellung von Insektiziden und Arzneimitteln sehr brauchbar.

Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele näher erläutert.

CH-CO- CH₂CH₂ - COOR + ROH

CN

vollständigen Decarboxylierung erhitzt. Während der

ίο Umsetzung wurden etwa 5 cm³ abdestilliertes Wasser-Äthanol-Gemisch abgezogen.

Nachdem das Reaktionsgemisch weitere 2 Stunden bei der Umsetzungstemperatur gestanden hatte, wurde es in 500 cm³ kaltes Wasser gegossen und mit Benzol extrahiert. Die Benzolschicht wurde mit 7 %ig^er wäßriger Natriumbicarbonatlösung gewaschen, über Na₂SO₄ getrocknet und durch Abdampfen vom Benzol befreit und 12 g 4-Phenyl-3-oxobutan-l-carbonsäureäthylester vom Kp. 110°C/0,5mmHg in einer Ausbeute von 33% erhalten.

Die Natriumbicarbonat-Waschflüssigkeit wurde mit Salzsäure angesäuert und mit Benzol extrahiert und die Benzolschicht eingedampft und 21 g kristalline 4-Phenyl-3-oxobutan-l-carbonsäure vom F. 54°C in einer Ausbeute von 66% erhalten.

Beispiel2

Ein gemäß Beispiel 1 erhaltenes Reaktionsgemisch wurde nach, der Decarboxylierung auf 70° C abgekühlt.

Das Gemisch wurde mit 40 cm³ wasserfreiem Äthanol versetzt und bei dieser Temperatur 1 Stunde stehengelassen. Anschließend wurde das Gemisch bei dieser Temperatur unter vermindertem Druck destilliert, auf Raumtemperatur abkühlen gelassen, in 500 cm³ kaltes Wasser gegossen und mit Benzol extrahiert. Danach wurde weiter wie gemäß Beispiel 1 aufgearbeitet und 29 g 4 - Phenyl - 3 - oxobutan -1 - carbonsäureäthylester in einer Ausbeute von 81% erhalten. Aus dem angesäuerten Teil wurden 6 g 4-Phenyl-3-oxobutan-l-carbonsäure gewonnen.

Beispiel 3

40 g 4-Phenyl-4-cyan-3-oxobutan-l-carbonsäureäthylester wurden mit 110 cm³ 85%iger Orthophosphorsäure vermischt und das Gemisch unter Rühren erhitzt. Wenn die Temperatur 115°C erreicht hatte, wurde die Decarboxylierung des Gemisches beobachtet. Die Umsetzung war nach etwa 2 Stunden beendet. In diesem Fall betrug die Reaktionstemperatür 135°C.

Das Reaktionsgemisch wurde auf Raumtemperatur abgekühlt und in 500 cm³ kaltes Wasser gegossen. Die erhaltene ölige Substanz wurde mit Benzol extrahiert und danach durch Extraktion mit Natriumbicarbonatlösung in eine Esterfraktion und eine Carbonsäurefraktion getrennt und 22 g des 4-Phenyl-3-oxobutan-1-carbonsäureäthylesters, Ausbeute 61%» ^un(i 12,4 g 4-Phenyl-3-oxobutan-l-carbonsäure, Ausbeute 38 ⁰J₀, erhalten.

Beispiel 4 Beispiel 1

Ein Reaktionsgemisch, das gemäß Beispiel 3 erhalten wurde und in gleicher Weise decarboxyliert war,

40 g 4-Phenyl-4-cyan-3-oxobutan-l-carbonsäure- wurde auf 70°C abgekühlt und mit 40 cm³ Äthanol äthylester wurden mit 115 cm³ 75 %i§^er wäßriger 65 versetzt. Nachdem das Reaktionsgemisch 1 Stunde Orthophosphorsäure gemischt. Das Gemisch wurde stehengelassen wurde, wurde es unter vermindertem unter Rühren auf 125 bis 135°C 2 Stunden bis zur Druck von 30 mm Hg destilliert, abkühlen gelassen

und danach, in 500 cm³ kaltes Wasser ,gegossen. Es wurde in gleicher Weise wie im Beispiel 3 angegeben aufgearbeitet und 30,6 g 4-Phenyl-3-oxobutan-l-carbonsäureäthylester, Ausbeute 85 %, und 4,5 g 4-Phenyl-3-oxobutan-l-carbonsäure, Ausbeute 14%, erhalten.

Beispiel 5

35,5 g 4-Phenyl-4-cyan-3-oxobutan^l-carbonsäure wurden mit 100 cm³ 85 %iger Orthophosphorsäure vermischt. Das Gemisch wurde danach 2 Stunden unter Rühren auf 120 bis 130⁰C zur vollständigen Decarboxylierung erhitzt. Nach, dem Abkühlen auf 70° C wurde das Gemisch, mit 20 cm³ Äthanol versetzt und danach noch. 1 Stunde stehengelassen. Anschließend wurde wie gemäß Beispiel 3 aufgearbeitet und 28 g 4-Phenyl-3-oxobutan-1 -carbonsäurearylester, Ausbeute 75%, erhalten.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von niederen Alkylestern der 4-Phenyl-3-oxobutan-l-carbonsäure aus den entsprechenden niederen Alkylestern der 4-Phenyl-4-cyan-3-oxobutan~l-carbonsäure, dadurch gekennzeichnet, daß man den 4-Phenyl-4-cyan-3-oxobutan-l-carbonsäurealkylester in wasserfreier Orthophosphorsäure oder wäßriger, mindestens 60%iger Phosphorsäure und gegebenenfalls, in Gegenwart eines inerten Lösungsmittels auf Temperaturen von 100 bis 200⁰C erhitzt, nach beendeter Umsetzung das Reaktionsgemisch mit Wasser verdünnt und das Produkt in üblicher Weise isoliert

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Umsetzung in Gegenwart des dem Alkylester entsprechenden Alkohols durchführt.