DE1668378A1

DE1668378A1 - Verfahren zur Herstellung von ss-Ketosaeuren

Info

Publication number: DE1668378A1
Application number: DE19671668378
Authority: DE
Inventors: Giorgio Bottaccio; Chiusoli Gian Paolo
Original assignee: Montedison SpA
Current assignee: Montedison SpA
Priority date: 1966-08-02
Filing date: 1967-08-01
Publication date: 1972-02-17
Also published as: DE1668378C3; GB1145098A; DE1668378B2; US3557196A

Description

DR. KARL. GEORG LO >CH

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Montecatinl Edison ...

P 16 68 378. 6-42 München, 16. März I970

M/8780

Verfahren zur Herstellung von ß-Ketοsäuren

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von ß-Ketosäuren.

Es ist bekannt, daß einige Ketone mit Kohlendioxyd reagieren, wenn sie unter geeigneten Bedingungen mit geeigneten alkalischen Reaktionsmitteln (Natrium, Natriumamid, Alkalialkoholaten oder dergl.) behandelt werden, welche sie in die Salze der entsprechenden Enole umwandeln. Magnesiummethylcarbonat begünstigt die Einführung von Kohlendioxyd ebenfalls durch Stabilisierung der erhaltenen Ketosäuren als Magnesiumkelate.

Es ist nun gefunden worden, daß es möglich ist, CO₂ in die Ketone unter solchen Bedingungen einzubringen, unter denen im allgemeinen keine Reaktion stattfindet, vorausgesetzt daß man ein Phenolat eines Alkalimetalls in einem polaren Lösungsmittel verwendet. Die Reaktion kann schematisch wie folgt angegeben werden:

R-CO-CH₀-R¹ + CO₀ + Cj-H _e-OK R-CO-CH-COOK + C,-H_K-OH !

λ 2 6 5 ι 05

R' !

·· ~ ° m- 1 <?!·♦? 3 r·«·«·. Änri!jrungaoe«.v.4.*.t9!HI

wobei R und R¹ Hydrocarbyle (einwertige Kohlenwasserstoffreste wie Alkyl, Cycloalkyl, Aryl oder dergl.) «it I bis Io Kohlenstoffatomen darstellen! R! kann H sein, R und R¹ zusammen, ergeben eine gesättigte Kohlenwasserstoffkette. Es werden Ketone verwendet, bei denen eine CH_?-Gruppe der -CO-Gruppe benachbart ist; besondere reaktionsfähig sind die Ketone, die leicht enolisiert werden können, wie Acetophenon, Cyclohexanon, Cyclopentanon. Das inerte polare Mittel wird unter den nicht-hydroxylierten, flüssigen, organischen Verbindungen ausgewählt, die frei von aktiven Methylengruppen sind und eine hohe Polarität und ein gutes Koordinationsvermögen für Kationen besitzen. Beispiele dieser Lösungsmittel sind Trimethylphosphinoxyd (CH„)»P-O, Trimethylphosphat O=tP(CH„)„, Hexamethylphosphoramid OaP (CH„)o» Dimethylsulfoxyd CH^-SO-CHo, Tetramethylharnstoff CO(CH₃)₂, Tetramethylthioharnstoff (CS(NCH_)₂), Pyridin C₅H₅N, Dirnethyläther von Mono-, Di- und Triäthylenglykol. Die Homologen dieser Lösungsmittel, bei denen die Methylgruppe voll«» ständig oder teilweise durch die Äthylgruppe ersetzt let, werden ebenfalls verwendet.

Das polare Lösungsmittel kann durch das ganz oder teilweise zu carboxyl!erende Keton ersetzt werden.

Die Salze der Alkalimetalle (Li, Na, K) von Phenol und Hydrochinon und ihre Methylhomologen, wie Mesitol (2,4,6-Tr!methylphenol) werden als Katalysatoren verwendet. Die Phenolate können entweder in geringerer Menge oder im Überschuß, bezogen auf das Keton, verwendet werden; im allgemeinen werden o,5 bis 2 Mol Phenolat je Mol Keton verwendet, wenn ein Lösungsmittel verwendet wird. Man arbeitet bei Raumtemperatur und -Druck; es iet jedoch möglich, bei Temperaturen von ο bis TOO C und unter CO^-Drücken von T bis 2o at zu arbeiten.

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Man bläst einen Überschuß CO₂, bezogen auf das Phenolat, In die Reaktionsmischung ein (bis zu 1o Mol je Mol). Das nichtumgesetzte COp kann wieder in Umlauf gesetzt werden; der Molverbrauch. CO₂ entspricht etwa der Phenolatmenge.

Es wird bevorzugt, zuerst das Lösungsmittel und das Phenolat einzuführen und das CO» wenigstens 1 Stunde hindurchgehen zu lassen, bevor das Keton zugesetzt wird. Venn das Keton als Lösungsmittel verwendet wird, wird COp durch das Keton geleitet und anschließend wird das Phenolat allmählich zugegeben*

Zur Abtrennung der Produkte werden diese im rohen Zustand in verdünnte Schwefelsäure (5 his 15 $) gegossen und mehrmals mit Äthyläther extrahiert·

Der Extrakt wird mit einer Natriumcarbonatlösung (5 bis 15 %) geschüttelt, um die Säuren zu extrahieren, und anschließend mit einer stöchiometrischen Menge von 5 hie 15 # Natriumhydroxyd, um das Phenol zu gewinnen; danach wird die Destillation zur Abtrennung des Ketone durchgeführt. Die alkalische Lösung der Ketosäure wird mit 5 bis 15 5& verdünnter Schwefelsäure angesäuert und anschließend alt einem Lösungsmittel der Ketosäure extrahiert. Die Lösung des Alkal!phenolate wird getrocknet (gegebenenfalls durch azeotrope Destillation zusammen mit einem Kohlenwasserstoff) und das getrocknete Phenolat wird pulverisiert und wieder in Umlauf gebracht.

Die Erfindung wird nachstehend durch Beispiele erläutert.

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Beispiel In einen mit einem Kühler, einen Rührer und einem Gaseinlaß-

3 rohr ausgestatteten 100 cm -Dreihaiekolben werden 11g Kaliun phenolat suspendiert in 45 car Dimethylformamid eingebracht.

CO₂ wird 2 Stunden lang bei etwa 20°C eingeleitet, wobei aufeinanderfolgend 2,5 g Acetophenon eingebracht werden. Das Durchleiten von CO₂ erfolgt 3 Stunden lan.

Die Reaktionsmischung wird in verdünnte H₂SO^ gegossen und mehrmals mit Äther extrahiert. Die Ätherextrakte werden mit einer 1o %igen wässrigen NatriumcarbonatlÖsung geschüttelt. Durch Ansäuern der alkalischen Wasser mit H₂SO^ werden 2 g Benzoylessigsäure erhalten.

Beispiel

In den Kolben gemäß Beispiel 1 werden 11g Kaliumphenolat, suspendiert in k5 cm Dimethylformamid, eingebracht. CO₂ wird 2 Stunden lang bei etwa 20 C eingeblasen, worauf 2 g Cyclohexanon eingebracht werden. CO₂ wird kontinuierlich 3 Stunden lang ein- bzw. durchgeleitet.

Nach der Arbeitsweise gemäß Beispiel 1 werden 2,6 g einer . sauren Mischung aus Cyclohexanoncarbonsäure und Cyclohexanondicarbonsäure abgetrennt; aus der letzteren besteht der größte Teil der Mischung·

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Beispiel3

Xn den Kolben gemäß den vorstehenden Beispielen werden 11g Kaliumphenolat in k5 cm Cyclohexanon eingebracht und CO₂ h Stunden lang bei 20 C hindurchgeleitet»

Es werden 6 g eines carboxylierten Produkts erhalten, das vor wiegend aus Cyclohexanonmonocarbonsäure besteht.

Beispiel

Xn einen, mit einem Kühler, einem Rührer und einem Gaseinlaß-

3
rohr ausgestatteten 50 cm -Dreihalskolben werden 4,2 g Natrium-

3
phenolat C^H_-ONa in 20 cm Dimethylformamid eingebracht. CO₂ wird bei Raumtemperatur 1 Stunde lang eingeleitet (strömungsgeschwindigkeit 1 l/Std.), worauf 4,3 g Acetophenon CH^-CO-C^-He eingebracht werden. Das Einleiten von CO₂ wird 3 Stunden fortgesetzt.

Die Reaktionsmischung wird in 20 cm kalter 1o #iger Schwefelsäure gegossen und mehrmals mit Äthyläther extrahiert (4.x 50 cm³).

Die Ätherextrakte werden'gesammelt und mit 50 cm einer 1o $- igen wässrigen Na_CO„-Lösung geschüttelt. Durch Ansäuerung der alkalischen Abwasser mit verdünnter HpSOj, (50 cm ) (bei 1o $) in der Kälte, werden 2,2 g Benzoylessigsäure, C₆H₅-CO-CH₂-COOH, erhalten.

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Beispiel 5

In den Kolben gemäß Beispiel 4 werden 4,2 g Natriumphenolat und 20 cm³ Diglym (diglym: CH₃-O-CH₂-Ch₂-O-CH₂-CH₂-O-CH₃)
eingebracht. Man läßt CO₂ (1 l/Std.) 1 Stunde lang bei 20°C hindurchgehen, worauf 4,3 g Acetophenon eingeführt werden.
CO₂ wird bei Räumtemperafcir unter Rühren 3 Stunden lang hindurchgeleitet. Nach der Arbeitsweise des Beispiels 4 werden 1,3 g Benzoylessigsäure abgetrennt.

Beispiel

Xn den Kolben gemäß Beispiel 1 werden 4,2 g Natriumphenolat und 20 cm Dimethylsulf oxyd CH„-SO-*-CH_ eingebracht · CO₂ wird 1 Stunde lang bei 20°C eingeblasen, worauf 4,3 g Acetophenon eingebracht werden. COp wird bei Rauetemperatur unter Rühren 3 Stunden lang hindurchgeleitet.

Nach der Arbeitsweise des Beispiels 4 werden 2,3 g Benzoylessigsäure abgetrennt.

Beispiel

In den Kolben gemäß Beispiel 4 werden 4,2 g Natriumphenolat und 2o cm Dimethylacetamid CH„-CO-N(CH„)„ eingebracht und
COp bei 20°C 1 Stunde lang eingeleitet, worauf 4,3 g Acetophenon eingebracht werden.

CO₂ wird bei Raumtemperatur unter Rühren 3 Stunden lang hindurchgeleitet.

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Nach der Arbeitsweise gemäß Beispiel 4 werden 2,1 g Benzoyl· essigsäure abgetrennt.

Beispiel 8

In den Kolben gemäß Beispiel 4 werden 4,2 g Natriumphenolat und 20 cm³ Tetrametbylharnstoff (CH J₂N-CO-N(CH₃)₂ eingebracht. φ CO₂ wird 1 Stunde lang bei 20°C eingeleitet, worauf 4,3 g Acetophenon eingebracht werden. ^:

CO₂ wird bei Raumtemperatur unter Rühren 3 Stunden lang hindurchgeleitet·

Nach der Arbeitsweise des Beispiels 4 werden 1,8 g Benzoylessigsäure abgetrennt·

Beispiel

In den Kolben gemäß Beispiel 4 werden 4,2 g Natriumphenolat und 20 cm Hexamethylphosphoramid O=P(NCH„)„ eingebracht. wird 1 Stunde bei 20 C eingeleitet, worauf 4,3 g Acetophenon eingebracht werden.

CO» wird bei Raumtemperatur unter Rühren weitere 3 Stunden lang zugeführt.

Nach der Arbeitsweise des Beispiels 4 werden 3*2 g Benzoylessigsaure abgetrennt.

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Beispiel 1o

In einen, mit einem Rührer, einem Kühler, einem GaseInIaBrohr und einer Einrichtung zum Einbringen der Feststoffmaterialien ausgestatteten 50 cm -Vierhalskolben werden 2o,5 g Acetophenon eingebracht.

Unter Einleiten von CO₂ werden bei Raumtemperatur k,2 g Natriumphenolat ganz langsam innerhalb von 2 Stunden eingebracht. CO₂ wird unter Rühren bei Raumtemperatur welter 3 Stunden lang kontinuierlich zugeführt. Nach der Arbeitsweise des Beispiels k werden 1,1 g Benzoylessigsäure abgetrennt.

B e 1 s ρ Ae 1 11

In den Kolben gemäß Beispiel k werden 4,7 g Natrium-p-cresolat

3 CHo-C^Hr-ONa zusammen mit 20 cm Dimethylformamid eingebracht.

CO₂ wird 1 Stunde lang bei etwa 20°C eingeleitet, worauf k,3 g Acetophenon eingebracht werden. CO₂ wird bei Raumtemperatur weitere 3 Stunden lang hindurchgeleitet.

Nach der Arbeitsweise des Beispiele k werden 2,1 g Benzoylessigsäure abgetrennt.

Beispiel 12

In den Kolben von Beispiel k werden 5,7 g des Dinatriumsalzes von Hydrochinon CgH.(ONa) in 30 cm Dimethylformamid eingebracht .

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CO₂ (2 1/Std.) wird 1 Stunde lang bei einer Temperatur von etwa 20°C eingeleitet.

Anschließend werden k_t3 g Acetophenon eingebracht, während weiterhin unter Rühren bei Raumtemperatur 3 Stunden lang C zugeführt wird.

Nach der Arbeitsweise des Beispiels 4 werden 3_f6 g Benzoyl essigsäure abgetrennt·

Beispiel 13

In einen, mit einem Kühler, einem Rührer und einem Gaseinlaßrohr ausgestatteten 100 cm -Dreihalskolben werden 9,5 g Natriuephenat in k5 cm Dimethylformamid eingebracht. CO₂ wird bei etwa 20°C 2 Stunden lang eingeleitet (1,5 l/Std.), worauf 4,7 g Aceton eingebracht werden.

CO₂ wird kontinuierlich weiter zugeführt und das Ganze etwa k Stunden gerührt. Dann wird kaltes Wasser zugefügt und mit Äther extrahiert.

Die wässrige Lösung enthält etwa 1,9 g Acetessigsäure CH₃-CO-CH₂-COOH und o,3 g Acetondicarbonsäure CO(CH₂-COOH)₂ in J^orm ihrer Natriumsalze.

Beispiel lh

In einen, mit einem Kühler, einem Gaseinlaßrohr und einer Einrichtung zum Einbringen der festen Materialien auege-

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- 1ο-

statteten 100 cm -^vierhalskoben werden 45 cm Aceton eingebracht ι danach werden bei Raumtemperatur unter Einleiten von CO₂ (1 1/Std.) 9,4 g Natriumphenolat in kleinen Mengen innerhalb von 6 Stunden zugegeben. CO₂ wird weitere 2 Stunden zugeführt .

Es wird wie in Beispiel 13 beschrieben gearbeitet.

In der erhaltenen wässrigen alkalischen Lösung sind 1,5 g Acetessigsäure und etwa o,3 g Acetondicarbonsäure enthalten, und zwar in Form ihrer Natriumsalze.

Beispiel 15

3 Zn den Kolben des vorhergehenden Beispiels werden 22,5 ca

3
Aceton und 22,5 cm Hexaraethylphosphoramid eingebracht»

Bei Raumtemperatur werden unter Einleiten von CO₂ (1 l/Std. ) 9,7g Natriumphenolat in kleinen Mengen innerhalb von 5 Stunden zugegeben»

CO₂ wird eine weitere halbe Stunde lang zugeführt. Anschliessend wird wie in Beispiel 13 gearbeitet. In der erhaltenen alkalischen wässrigen Lösung sind etwa 4,2 g Acetessigsäure und o,5 g Acetondicarbonsäure in Form ihrer Natriumsalze enthalten.

Beispiel 16

In den kleinen Kolben gemäß Beispiel 4 werden 4,2 g Natrium-

3
phenolat und 2o cm Hexamethylphosphoramid eingebracht.

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wird bei Raumtemperatur 1 Stunde lang eingeleitet (1 l/Std. J)

Danach werden 5,4 g Kampfer eingebracht und unter ständiger Zufuhr con CO₂ bei Raumtemperatur wird weitere 3 Stunden lang gerührt.

Nach der Arbeitsweise des Beispiels 1 werden 1,3 g Säure abgetrennt, die im wesentlichen aus der Kampfercarbonsäure besteht .

CH,

-COOH

Kampfer;

1,7,7-Trimethyl bicyclo-2,2,1-heptan-2-on

Kampf•r-3-carbonsäure; 1,7.7-Trimethylbicyclo-2 _t2-heptan-2-on-3-säure

i β ρ i e 1

17

In einen, mit einem Kühler, einem Rührer und einem Gaeeinlaßrohr ausgestatteten 50 cm -Dreihalskolben werden 4,2 g Natriumphenolat und 20 cm Triäthylphosphat 0«P(OC₂H-)- eingebracht.

COo wird bei Raumtemperatur etwa 1 Stunde lang eingeleitet, worauf 4,3 g Acetophenon in etwa 2 cm Triäthylphosphat zugegeben werden.

Es wird weitere 3 Stunden etwa das Gas zugeführt und gerührt, während die Temperatur bei etwa 20°C gehalten wird. Nach üblichen Trennungsmethoden werden 2,2 g Benzoy!.essigsäure abgetrennt.

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BAD

Beispiel18

In einen mit einem Kühler, einem Rührer, einem Gaseinlaßrohr und einer Einrichtung für das Einbringen der festen Materialien

3 3

ausgestatteten 100 cm -Vierhalskolben werden 22,5 cm Aceton und 22,5 cnr Pyridin eingegeben. Innerhalb von 6,5 Stunden weiden bei Temperaturen zwischen ;
in kleinen Mengen eingebracht.

den bei Temperaturen zwischen 20 und 25 C 9|8 B Natriumphenolat

Nach der Extraktion mit Äther enthält der wässrige Teil 2,5 g einer Säuremischung, die zum größten Teil aus Acetessigsäure in Form des Natriumsalzes besteht.

Beispiel 19

In einen 50 «3m -Dreihalskolben werden 3 »6 g Lithiumphenolat

3
und 20 cm Dimethylformamid eingebracht. CO₂ wird etwa 1 Stunde

lang bei Raumtemperatur eingeleitet. Danach werden 4,3 g Acetophenon zugegeben, während weiter gerührt und weitere 3 Stunden lang COp zugeführt wird.

Nach der vorstehend beschriebenen Arbeitsweise werden 1,2 g Benzojlessigsäure erhalten.

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Claims

Pat ent ansprüche

1.) Verfahren zur Herstellung von ß-Ketosäuren der Formel R-CO-CHR¹-COOH aus Ketonen R-CO-CH₂-R¹, wobei R und R· Kohlenwasserstoffreste mit 1 bis Io Kohlenstoffatomen bedeuten, R¹ H sein kann, R und R¹ zusammen ein Cycloalkyl en ergeben, dadurch gekennzeichnet, daß man das Keton mit Kohlendioxyd in Gegenwart von Alkalimetallsalzen von Phenolen in einem inerten polaren Medium umsetzt.

2.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man Li-, Na- und K-Salze von Phenol, Hydrochinon und ihren Methylhomologen verwendet.

3.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als inertes polares Medium Trialkylphosphinoxyde, Trialkylphosphate, Hexalphosphortriamide, Dialkylsulfoxyde, Dialkylformamide, Dialkylacetamide, Tetraalkylharnstoffe, Pyridin oder Dialkyläther von Mono-, Di- und Triäthylenglykol verwendet,- wobei die Alkyle Methyl und/oder Äthyl sind.

2k6/mo ♦

,, , „„*-. OH^ Τ5—·-Γ'ΐηα8<ιββ. ν. 4. 9.1967)

209308/1943