DE1668378C3

DE1668378C3 - Verfahren zur Herstellung von beta-Ketosäuren

Info

Publication number: DE1668378C3
Application number: DE1668378A
Authority: DE
Inventors: Giorgio Bottaccio; Gian Paolo Chiusoli
Original assignee: Montecatini Edison SpA
Current assignee: Montedison SpA
Priority date: 1966-08-02
Filing date: 1967-08-01
Publication date: 1974-02-07
Also published as: DE1668378A1; DE1668378B2; US3557196A; GB1145098A

Description

Bekannt ist, daß einige Ketone mit Kohlendioxyd reagieren, wenn sie unter geeigneten Bedingungen mit peei«neten alkalischen Reaktionsmitteln (Natrium, Natriunrimid oder Alkaiialkoholaten) behandelt werben die sie in die Salze der entsprechenden Enoi-· ,_im. wandeln. Magner iummethylcarbomU begünstigt die Finfiihrung von Kohlendioxyd ebenialis ciurch <:;hi!isierung der erhaltenen Keiosäuren als Magr.csuun-

chelate. ..

Es ist nun gefunden worden, daii es möglich κι, CO, in die Ketone unter solchen Bedingungen einzubringen, unter denen im aligemeinen keine Reaktion staKiindet. Danach bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung von /?-Ketosäuren der allgei ioinen Formel

R-CO -CHR'- COOH

durch Umsetzen von Ketonen der allgemeinen Formel R - CO - CH₂ - R'

worin R und R Kohlenwasserstoffreste mit I bis 10 Kohlenstoffatomen bedeuten, R' Wasserstoi=" sein kann und R und R zusammen ein Cycloalkvien ergeben könne'], mit Kohlendioxyd in Gegenwart eines Katalysators. Gekennzeichnet wird die Erfindung dadurch, daß man die Umsetzung in Gegenwart von Alkalimetallsalzen von Phenolen als Katalysator in einem inerten polaren Medium durchfühlt.

Die Reaktion kann schematisch wie folgt angegeben werden:

R _ CO — CH₂ - R' + CO₂ + C₆H₅ — OK — R — CO - CH - COOK \- C₆H₅ — OH

R'

Die besagten Kohlenwasserstoffreste können z. B. eine Alkyl-, Cycloalkyl- oder Arylgruppe sein.

Der besondere technische Fortschritt des erfindungsfemäßen Verfahrens ist darin zu sehen, daß es mit leicht zugänglichen Katalysatoren arbeitet, die leicht tu handhaben sind. Hierin ist das erfindungsgemäße Verfahren einem weiteren Verfahren nach dem Stand der Technik überlegen, das im Synthetic Methods of Organic Chemistry, Bd. 16, 1962, S. 323, Nr. 715, belchrieben wird. Nach jenem Verfahren wird 5-tert.-Bulyicyclohexan-2-on-carbonsäure hergestellt, wobei als Katalysator Kaliumtriphenylmethyl verwendet wird. Nachteilig ist bei dem bekannten Verfahren, daß als Katalysator die metallorganische Verbindung Kalium-Iriphenylmethyl verwendet werden muß, eine Verbindung, deren Beschaffung kostspielig ist und die den tusälzlichen Nachteil besitzt, daß sie luftempfindlich Ist; das erschwert und verteuert in der industriellen fraxis die Handhabung, da nämlich Maßnahmen getroffen werden müssen, um von der genannten Verbindung die Luft fernzuhalten.

Für das Verfahren nach der Erfindung wird das inerte polare Lösungsmittel unter den nicht !lydroxylierten, flüssigen, organischen Verbindungen ausgewählt, die frei von aktiven Methylengruppen sind und eine hohe Polarität und ein gutes Koordinationsvermögen für Kationen besitzen. Beispielt dieser Lösungsmittel sind Trimethylphosphinoxyd, Trimethylphosphat, Hexamethylphosphortriamid, Dimethylsulfoxyd, Tetramethylharnstoff, Tetramethylthioh.arnstoff, Pyridin, Dimethyläther von Mono-, Di- und Triäthylenglykol. Die Homologen dieser Lösungsmittel, bei denen die Methylgruppe vollständig oder teilweise durch die Äthylgruppe ersetzt ist, können ebenfalls verwendet werden.

Es ist möglich, das polare Lösungsmittel durch das ganz oder teilweise zu carboxylierendc Keton zu ersetzen.

Die Salze der Alkalimetalle (Li, Na, K) von Phenol und Hydrochinon und ihre Methylhomologen, wie Mesitol (2,4,6-Trimethylphcnol) werden als Katalysatoren verwendet. Die Phenolate können entweder in

geringerer Menge oder im Überschuß, bezogen auf das Keton, verwendet werden; im allgemeinen werden 0,5 bis 2 Moi Phenolat je MoI Keton verwendet, wenn ein Lösungsmittel verwendet wird. Man arbeitet bei Raumtemperatur und -druck; es ist jedoch möglich,

bei Temperaturen von O bis 100°C und unter CO₂-Drücken von 1 bis 20 at zu arbeiten.

Man bläst einen Überschuß CO₂, bezogen auf das Phenolat, in die Reaktionsmischung ein (bis zu 10 Mol je Mol). Das nicht umgesetzte CO₂ kann wieder in Um-

lauf gesetzt werden; der Molverbrauch CO_a entspricht etwa der Phenolatmcnge.

Es wird bevorzugt, zuerst das Lösungsmittel und das Phenolat einzuführen und das CO₂ wenigstens 1 Stunde hindurchgehen zu lassen, bevor das Keton zugesetzt

wird. Wenn das Keton als Lösungsmittel verwendet wird, wird CO, durch das Keton geleitet, und anschließend wird das Phenolat allmählich zugegeben. Zur Abtrennung der Produkte werden diese im rohen Zustand in verdünnte Schwefelsäure (5 bis 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

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von 5 '-■<■; '"%·■ Natriumhydroxid, um ua· r!,cn--.! 7u newin..^n; danach wird die Desiüb.ii.in /·.;: AIihlt,-nung '^;'-i Ketons durchgeführ·. Πιο .. - i!-.--..-Jic ί .-.-:;,-,^ eier Kii"'"=äure wird mit 5 ois 15^Ι:._Ο w;rm·.:;:;^ Si,;.i.cfeiii'.L·-· .tngcsäuert und anschliei^-n·.) fr,:' lh-jüi Lostu.ev v-ttei der Ketosäure extrahier- iJ:..- i.,■■„:!■: des Alk:;-, 'ienolats wird getrocknet (gffii.-l-cn-.-nfiiüf. durch azei;w.'i>e Destillation zusammer; mn i·:;,. ,r. K-,<i:'enwav . toff), und das getrocknete f-'henohi wird pulverjs;,.' ' Tid wieder in Umlauf gebracht.

IV..- Verfahren der Erfindung wird nachstehend durc , Beispiele erläutert.

Beispiel 1

! \nen mit einem Kühler, einem Rührer und einem oiaßrohr ausgestatteten lÜO-cnr-Dreihalskolberi η 11g Kaliumphenolat, suspendiert in 45 cm³ :.^:.liylformamid, eingebracht.
^;, wird 2 Stunden lang bei etwa 20 C eingeleitet, Be

iiel 5

I_n den Kolben gemäß Beispiel 4 werden 4,2 g Njtriumphenolat und 20cm^J

eingebracht Man läßt CO. (1 I/Std.) 1 Stunde lang bei 2O'C hindurchgehen, worauf 4,3 g Acetophenon eingeführt werden. CO₂ wifd bei Raumtemperattir unter ι η Rühren 3 Stunden lang hindurchgeleitet. Nach der Arbeitsweise des Beispiels 4 werden 1,3 g öen/oylessigsaure abgetrennt.

Beispiel 6

In den Kolben gemäß Beispiel 1 werden 4,2 g Natriumphenolat und 20 cm³ Dimethylsulfoxyd C[_j §q CH₃

eingebracht. CO₂ wird 1 Stunde lang bei 20° C einge-

h ibcht werden

i g

Γ aufeinanderfolgend 2,5 g Acetophenon einge- ao blasen, worauf 4,3 g Acetophenon eingebracht werden ht werden. Das Durchleiten von CO, erfolgt CO₂ wird bei Raumtemperatur unter Rühren 3 Stun-

.nden lang.

ü Reaktionsmischung wird in verdünnte H₂SO₄

-ssen und mehrmals mit Äther extrahiert. Die

crextrakte werden mit einer 10%igen wäßrigen N wiumcarbonatlösung geschüttelt Durch Ansäuern d r alkalischen Wasser mit H₂SO₁ werden 2 g Benzoyle-,gsäure erhalten.

₂
den lang hindurchgeleitet.

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

Beispiel 7

In den Kolben gemäß Beispiel 4 werden 4,2 g Natriumphenolat und 20 cm³ Dimethylacetamid

CH₁-CO-N(CH₃J₂

Beispiel?.

I η den Kolben gemäß Beispiel 1 werden 11 g Kalium- eingebracht und CO₂ bei 20 C 1 Stunde lang eingenncnolat, suspendiert in 45 cm³ dimethylformamid, f 3 A

eingebracht. CO₂ wird 2 Stui.den 1? ig 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 weiden
2,6 g einer sauren Mischung aus Cyclohexanoncarbonsäure und Cyclohexanoncbarbonsäure abgetrennt; aus In den Kolben gemäß p

ß Til d Mih 40 triumphenolat und 20 cm³ Tetra.nethylharnstorl

eingebracht und CO₂ bei 20 C 1 g g

leitet, worauf 4,3 g Acetophenon eingebracht werden.

CO₂ wird bei Raumtemperatur unter Ruhren J Munden lang hindurchgeleitet. _{n D} ■·,, _ln

Nach der Arbeitsweise gemäß Beispiel 4 wrruen 2,1 g Benzoylessigsäure abgetrennt.

Beispiel 8

In den Kolben gemäß Beispiel 4 werden 4 2g Nahlhtl

y
der letzteren besteht der größte Teil der Mischung.

Be 1 s ρ 1 e I 3

In den Kolben gemäß den vorstehenden Beispielen werden 11 g Kaliumphenolat in 45 cm³ Cyclohexanon eingebracht und CO₂ 4 Stunden lang bei 2O = C hinc'urcheeleitet ·

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

B e i s ρ i e I 4

In einen, mit einem Kühler, einem Rührer und einem Gaseinlaßrohr ausgestatteten 50-cm³-Dreihalskolben werden 4,2 g Natriumphenolat C₆H₅ -ONa in 20 cm³

(CH₃I₁N - CO - N(CH₃), ^{v 3 2}

eingebracht. CO₂ wird 1 Stunde lang bei 2CPC. einge-

leitet, worauf 4,3 g Acetophenon eingebracht werden.

CO₂ wird bei Raumtemperatur unter Ruhren 3 Stun-

^{den lan}ß hindurchgeleitet.

Nach der Arbeitsweise des Beisp.els 4 werden 1,8 g Benzoylessigsaure abgetrennt.

Beispiel 9

j_{n den} Kolben gemäß Beispiel 4 werden 4,2 g Natriumphenolat und 20 cm³ Hexame^^"£1 ©= P(NCH,), angebracht. CO,^¹¹J J ^^un« ~ 20⁰C eingeleitet, worauf 4,3 g Acetophenon enge

teilen von CO, wird 3 Stunden ίοηρχΙζΙ Die Reaktionsmisctiung wird in 20 cm¹

Ä ^Τ'ΐ S °^nd

kalter ie Benzoytasigsäute abgelrtnnl.

Beispiel 10 In einen mit einem Rührer, einem Kühler, einen,

I

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bei Raumtemperatur weiter .1 Stunden !unp kontinuierlich zugeführt. N;ich der Arbeitsweise des Beispiels J werden 1,1 g Ikivoylessigsäure abgetrennt.

H e ι s ρ i e I 11

In ilen Kolben gemäß Beispiel 4 werden 4.7 g Nairiiim-p-cresiiiat CH₃ CcH₁-ONa zusammen mit 2i) cm¹ Dimethylformamid eingebracht.

CO₂ wird i Stunde lang bei etwa 20 C eingeleitet, worauf 4.3 e Acetophenon eingebracht werden. CO₂ wird bei kaumiemperatur weitere 3 Stunden lang hindurchgelciict.

Nach der Arbeitsweise des Beispiels 4 werden 2,1 g Bcn/oy!essigsäure abgetrennt.

'⁵

Beispiel i2

In den Kolben von Heispiel 4 werden 5,7 g des Dinairmmsal/es '.on Hydrochinon C_nIl₄(ONa).. in .Ui cm³ i >i:ueihyif.irmamJd eingebracht.

ν Oo 12 ! Std.) wird 1 Stunde lang bei einer Temperatur \on etwa 20 C eingeleitet.

Aii-ichiicBend werden 4.3 g Acetophenon eingcbraciii. während weiterhin unter Rühren bei Raumicmperatnr 3 Stunden lang CO₂ zugeführt wird.

Nach der Arbeitsweise des Beispiels 4 werden 3,d g Bcn/o\ !essigsäure abgetrennt

U c i s ρ i e I 13

In einen mit einem Kühler, einem Rührer und einen': Ciaseinlaßrohr ausgestatteten lOO-cnr'-Drcihalskolbcn werden 9.5 g Natriumphenat m 45 cm³ Dimethylformamid eingebracht. CO₂ wird bei etwa 20 C 2 Stunden lang eingeleitet (1,5 1/Std.). worauf 4,7 g Aceton eingebrächt werden.

CO₂ wird kontinuierlich weiter zugeführt und Has Ganze etwa 4 Stunden gerührt. Dann wird kaltes Wasser /upcfügt und mit Äther extrahiert.

Die wäßrige Lösung enthält etwa 1.9 g Acetessigsäure CH₃ "CO ■— CH₂ — COOH und 0,3 g Acetondicarl or.säurc CO(CH₂ — COOH)₂ in Form ihrer Natriumsal/e.

Beispiel 14

In einen mit einem Kühler, einem Gascinlaßrohr und eirer Einrichtung zum Einbringen der festen Materiahcn ausgestatteten 100-cm³-VierhalskoIben werden 45 env" Aceton eingebracht: danach werden bei Raumtemperatui unter Einleiten \on CO₂ (1 I/Std.) 9,4 g Natriumphenolat in kleinen Mengen innerhalb von 6 Stunden zu gegeben. 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 0,3 g Aeetondicarbonsäure enthalten, und zwar in Form ihrer Natriumsalze.

Beispiel 15

In den Kolben des vorhergehenden Beispiels werden 22,5 cm³ Aceton und 22,5 cm³ Hexamethylphosphoramid eingebracht.

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

CO₃ wird eine weiterdMialbe Stunde lang zugeführt. Anschließend wird wie im Beispiel Ϊ3 gearbeitet. In der erhaltenen alkalischen wäßrigen Lösung sind etwa 4,2 g Acetessigsäure und 0,5 g Acetondicarbonsäure in Form ihrer N;üritinisa!/e enthalten.

Beispiel 16

In den kleinen Kolben gemäß Beispiel 4 werden 4,2 g Natriumphenolat und 20 cm³ Hexamethylphosphoramid eingebracht.

CO., wird bei Raumtemperatur 1 Stunde lang eingeleitet (1 I Sid.). Danach werden 5,4 g Kampfer eingebracht, und unter ständiger Zufuhr von CCO₂ bei Raumtemperatur wird weitere 3 Stunden lang gerührt.

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

CH

CH₃

CO,

O
COOH

Kampfer: Kampfer-3-carbonsäure;

1_:7,7-Trimethyl- 1,7,7-Trimcthylbicyclo-

bicyclo-2.2,l-heptan-2-on 2,2-hep!:m-2-on-3-säure

Beispiel 17

In einen mit einem Kühler, einem Rührer und einem Gaseinlaßrohr ausgestatteten SO-cm^Drcihalskolben werden 4.2 g Natriumphenolat und 20 cm³ Triäihylphosphal O - I'iOC™H₅)_:, eingebracht.

CO₂ wird bei Raumtemperatur etwa 1 Stunde lang eingeleitet, worauf 4,3 g Acetophenon in etwa 2 cm³ Triäthylphosphat zugegeben werden.

Es wird weitere 3 Stunden etwn das Gas zugeführt und gerührt, während die Temperatur t^i etwa 20 C gehalten wird. Nach üblichen Trennungsmethoden werden 2.2 g Benzoylessigsäure abgetrennt.

Beispiel 18

Iu einen mit einem Kühler, einem Rührer, einem Gaseinlaßrohr und einer Einrichtung für das Einbringen der festen Materialien ausgestatteten 100-cm³-Vierhalskolbcn werden 22,5 cm^J Aceton und 22,5 cm³ Pyridin eingegeben. Innerhalb von 6,5 Stunden werden bei Temperaturen zwischen 20 und 25⁰C 9,8 g Natriumphenolat in kleinen Mengen eingebracht.

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

Beispiel 19

In einen 50-cm³-Dreihalskolben werden 3,6 g Lithiumphenoiat und 20 cm³ Dimethylformamid eingebracht. CO} wird etwa 1 Stunde lang bei Raumtemperatur eingeleitet. Danach werden 4,3 g Acetophenon zugegeben, während weiter ge ührt und weitere 3 Stunden lang CO₂ zugeführt wird.

Nach der vorstehend beschriebenen Arbeitsweise werden 1,2 β Benzovlessiesäure erhalten.

Claims

I 668 378

Patentanspruch:

Verfahren zur Herstellung von /i-Ketosäuren der allgemeinen Formel

R — CO — CHR' — COOH

durch Umsetzen von Ketonen der allgemeinen Formel

R-CO-CH₂-R',

worin R und R' Kohlenwasserstoffreste mit 1 bis IO Kohlenstoffatomen bedeuten, R' Wasserstoff sein kann und R und R' zusammen ein Cycloalkylen ergeben können, mit Kohlendioxyd in Gegenwart eines Katalysators, dadurch gekennzeichnet, daß man die Umsetzung in Gegenwart von Alkalimetallsalzen von Phenolen als Katalysator in einem inerten polaren Medium durchführt.