DE1818048C2 - Verfahren zur Herstellung von 5-Isopropyliden-2-norbornen durch Isomerisieren von 5-Isopropenyl-2-norbornen - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von 5-Isopropyliden-2-norbornen durch Isomerisieren von 5-Isopropenyl-2-norbornenInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von 5-lsopropy!iden-2-norbornen gemäß
der vorstehenden Anspruchsfassung.
Nach N. P. Sapov, Zhur, Obschei Khim., Band 25
(1955), Seiten 2082 bis 2090, erhält man 5-Isopropyliden-2-norbornen
in etwa 60prozentiger Ausbeute durch Abspaltung von Wasser aus a/x-Dimethyl-5-norbornen-2-methanol
mit 50% Oberschuß Essigsäureanhydrid durch 6stündiges Erhitzen auf 2000C im Bombenrohr.
Eigene Untersuchungen haben jedoch ergeben, daß das von N. P. Sapov beschriebene Produkt nicht das
gewünschte 5-IsopropyIiden-2-norbornen, sondern das isomere 5-Isopropenyl-2-norbornen ist.
In der US-PS 31 51 173 ist ein Verfahren zur Herstellung von 5-Alkyliden-2-norbornenen durch
Isomerisierung von 2-Alkylnorbornadien-Verbindungen
mittels Säuren oder Friedel-Crafts-Metallhalogeniden beschrieben. Versuche haben ergeben, daß bei Verwendung
von 2-lsopropylnorbornadien die Isomerisierung
sehr uneinheitlich verläuft, so daß 5-IsopropyIiden-2-norbornen
nicht in reinem Zustand erhalten werden kann.
In der BE-PS 6 99 611 ist ein Verfahren zur Herstellung von 5-Alkylidennorbornenen aus 5-Alkenylnorbomenen
nach folgendem Reaktionsschema beschrieben:
C = C
C-CH
Ri, Ri und R3 bedeuten Wasserstoffatome und/oder
Ci -6-Alkylreste. Die Isomerisierung wird in Gegenwart
von 0,001 bis 2,5 MoI eines Alkalimetalls oder einer
alkalimetallorganischen Verbindung pro Mol 5-Alkenylnorbornen
bei Temperaturen zwischen 20 und 275°C durchgeführt. Die Aktivität der Katalysatoren ist so
gering, daß mindestens im Temperaturbereich von 80 bis 2200C gearbeitet werden muß. Die nach diesem
Verfahren erzielten Ausbeuten liegen für die Isomerisierung von 5-Vinyl-2-norbornen bei höchstens 38% der
Theorie. Aus der BE-PS 7 00 674 ist eine Verbesserung dieses Verfahrens bekannt, bei dem auch eine
Alkalimetall-Legierung als Katalysator verwendet werden kann und die Umsetzung in Gegenwart eines
Phosphorsäure-tris-dialkylamids durchgeführt wird.
Das Verfahren scheint sich speziell zur Isomerisierung von 5-Vinylnorbornen zu eignen.
In der FR-PS 14 95 709 ist schließlich ein Verfahren zur Herstellung von 5-AlkyIiden-bicycIo[2J2.1]hept-2-enen
beschrieben, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man ein 5-AlkenyIbicycIo[2^.1]hept-2-en der Formel
X1
in der X1 ein C2-io-Alkenylrest ist, der zwischen der
olefinischen Doppelbindung und dem Norbornenring nicht verzweigt sein darf, und X2 ein Wasserstoffatom
oder ein Ci_io-Alkylrest ist, mit einem basischen
Katalysator in Berührung bringt, der besteht aus
a) einem Alkalimetall auf einem Träger Jiit einer
Oberfläche von wenigstens 30 m2/g oder
b) einer Mischung aus
b) einer Mischung aus
(1) einer starken Base eines Alkalimetalls der Formel MZ, in der M für ein Aikaiimeiaii mit
einer Atomnummer von 3 bis 19 und Z für eine Amino-, Hydroxyl- oder eine von nicht
benzolischer Ungesättigtheit freie Kohlenwas-
serstoffoxygruppe mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen steht, und
(2) Dimethylsulfoxid, N-Methylpyrrolidin, N,N-Dimethylacetamid
oder Hexamethylphosphoramid oder
c) einer Mischung aus
(1) einem Alkaiiamid und
(2) einer Stickstoffbase, die wenigstens ein mit dem Stickstoff verbundenes Wasserstoffatom
enthält und unter den angewendeten Verfah
rensbedingungen flüssig ist.
Die Reaktionstemperatur spielt bei diesem Verfahren keine wesentliche Rolle, sie kann bei 0 bis 2000C oder
mehr, optimal bei 75 bis 150° C liegen.
Experimentell wurde festgestellt, daß 5-Alkenyl-2-norbornene,
in denen der Rest X1 die dort formelmäßig angegebene Bedeutung hat und X2 ein Wasserstoffatom
darstellt, nicht zu 5-Alkyliden-2-norbornen-Verbindungen isomerisiert werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von 5-Isopropyliden-2-norbornen
durch Isomerisieren von 5-lsopropenyl-2-norbornen zur Verfugung zu stellen, das wirtschaftlich
durchführbar ist und bei dem ein reins-» Produkt anfällt. Die Lösung dieser Aufgabe beruht auf dem überrascvif
nden Befund, daß für die selektive Isomerisierung ein Alkalimetallhydroxid oder -alkoxid in Dimethylsulfoxid
geeignet ist, wenn man mit diesem Katalysator die Isomerisierung am oder unterhalb des Siedepunkts von
Dimethylsulfoxid durchführt.
Die Erfindung betrifft somit den in den Patentansprüchen gekennzeichneten Gegenstand.
Die Möglichkeit der Isomerisierung des 5-lsopropenyl-2-norbornens
zur 5-Isopropyliden-Verbindung stellt eine überraschende Ausnahme dar, die in der FR-PS
14 95 709 nicht offenbart und durch die Fassung der Erfindungsdefinition ausdrücklich ausgeschlossen ist.
Experimentell wurde festgestellt, daß bei Verwendung einer Verbindung der Formel II, in der X1 den Rest
-CH2-CH=CH-CH3
und X2 ein Wasserstoffatom ist, lediglich eine Umlage-
und X2 ein Wasserstoffatom ist, lediglich eine Umlage-
rung der eis-Form in die trans-Form erfolgt und daß bei
Verwendung von Phosphorsäure-tris-dimethylamid als Lösungsmittel keine Isomerisierung unter den Verfahrensbedingungen
gemäß Beispiel 1 der BE-PS 7 00 674 festzustellen ist Weitere Untersuchungen haben ergeben,
daß Alkenyl-norbornene, bei denen X' eine der nachfolgenden Gruppen ist
CH3 CH3 CH3
I I I
—CH=C-CH3 — C = C— CH3
CH3
10
-C=CH-CH3
CH3
-C = CH-CH
CH3
15
20
CH3
nicht umlagert werden.
Das Verfahren der Erfindung kann durch die folgenden Reaktionsgleichungen schematisch erläutert werden:
(Da)
endo-5-IsopropenyI-2-norbornen
CH,
(Hb)
exo-5-Isopropenyl-2-norbornen
30
35
45
50
55
(I)
5-Isopropyliden-2-norbornen
Das im Verfahren der Erfindung eingesetzte 5-lso- eo
prQpenyl-2-norbgrnen kann in einem mehrstufigen Verfahren hergestellt werden, das in der DE-PS
18 04 874 beschrieben ist.
Nach dem Verfahren der Erfindung erhält man in quantitativer Ausbeute das S-Isopropyliden^-norbornen
(I) dadurch, daß man das endo- oder exo-5-Isopropenyl-2-norbornen
(Ha oder Hb), mit dem erfindungsgemäß verwendeten Katalysator und unter den weiteren,
erfindungsgemäß einzuhaltenden Reaktionsbedingungen in Berührung bringt und hierbei die Doppelbindung
der Isopropenylgruppe verschiebt
Es ist nicht erforderlich, die reinen Isomeren (Ha oder Hb) zu verwenden, sondern man kann auch die
Isomerengemische einsetzen. Das in der o. a. 2. Stufe
erhaltene 5-Isopropenyl-2-norbornen enthält im allgemeinen auch S-Isopropyliden^-norbornen. Auch dieses
Gemisch kann im Verfahren der Erfindung eingesetzt werden.
Die verwendete Menge des Katalysators ist nicht von entscheidender Bedeutung, im allgemeinen werden '/ioo
bis Vs Äquivalent, vorzugsweise Vio bis '/s Äquivalent
bezogen auf das Ausgangsmaterial, verwendet
Das Fortschreiten der Reaktion kann durch Gaschroma-.ographie
verfolgt werden.
In einen 50 ml fassenden Dreihalskolben, der mit einem Rührer ausgerüstet ist, werden 10 g endo-5-Isopropenyl-2-norbornen,
20 g Dimethylsulfoxid und 4,5 g Kaliumbydroxid gegeben, und das Gemisch wird unter
Rühren auf 112 bis 115°C erhitzt Das Fortschreiten der
Reaktion wird gaschromatographisch verfolgt Es werden folgende Ergebnisse erhalten:
Zeit
Isomerisationsprodukt
10 Std. 23%
30 Std. 58%
50 Std. 85%
In einen 100 ml fassenden Dreihalskolben, der mit
einem Rührer ausgerüstet ist, werden 8,6 g endo-5-Isopropenyl-2-norbornen,
25 g Dimethylsulfoxid und 4,0 g Kaliumäthylat gegeben, und das Gemisch wird auf 112
bis 115°C erwärmt und gerührt. Das Fortschreiten der
Reaktion wird gaschromatographis,jh verfolgt Es
werden folgende Ergebnisse erhalten.
Zeit | Isomerisations- |
produkt | |
10 Std. | 11,3% |
20 Std. | 53,5% |
40 Std. | 86,8% |
Beispiel 3 |
In einem 50 ml fassenden Dreihalskolben mit Rührwerk werden 10,0 g endo-S-Isopropenyl^-norbornen,
50 g Dimethylsulfoxid und 7,2 g Natrium-tert.-butylat unter Stickstoff als Schutzgas vorgelegt. Das
Gemisch wird auf 110 bis 115°C erhitzt und gerührt. In
Zeitabständen werden aus dem Reaktionsgemisch Proben entnommen und gaschromatographisch analysiert.
Es werden folgende Ergebnisse erhalten:
Reaktionszeit,
Std.
Ausbeute
an 5-Isopropyliden-
2-norbornen, %
10
25
50
25
50
12,0
25,5
43,3
25,5
43,3
Versuch A
In einen 50 ml fassenden Dreihalskolben, der mit
einem Rührer ausgerüstet ist, werden 10 g endo-5-Isoproperiyl-2-norbornen
und 10 g einer Paste gegeben, die durch Pulverisieren von 40 Gewichtsteilen Kaliumhydroxid
in 60 Gewichtsteilen Benzol erhalten worden ist.
Anschließend wird das Gemisch unter Rühren auf 112
bis 115°C erhitzt. Hierbei wird das 5-lsopropenyl-2-nor-,
, bornen nicht isomerisiert und wiedergewonnen.
Versuch B
Arbeitsweise analog Beispiel 1 der BE-PS 6 99611: eingetragen, und das Gemisch wird unter Stickstoff 5
Ein 50 ml lösendes Reaktionsgefäß wird mit 15 g io Stunden auf 1600C erhitzt und mit einem Magnetrührer
5-Isopropenyl-2-norbornen (883% endo- und 11,7%
exo-Form) beschickt. Nach dem Verdrängen der Luft im Reaktionsgefäß durch Stickstoff werden 03 g Kalium
gerührt. Anschließend wird das Reaktionsgemisch gaschromatographisch untersucht Es wurden folgende
Ergebnisse erhalten:
Tabelle I | 5-läopropenyl- | 2-norbornen | 5-Isopropyliden- | Methyltetra- |
Verbindung | endo-Typ | exo-Typ | 2-norbornen | hydroinden |
K | ||||
K | K | H1C | ||
(Η-« | A | |||
A | H Ϊ | 0% | 0% | |
88,3 % | 11,7 % | 2,9 % | 17,2 % | |
vor dem Erhitzen | 67,7 % | 12,2 % | ||
nach dem Erhitzen | 63-64/20 | — | ||
160°C/5h | 62-63/20 | 62-63/20 | ||
Kp, °C/Torr | ||||
Aus der Tabelle ist ersichtlich, daß die Ausbeute an 5-lsopropyIiden-Verbindung sehr niedrig ist und daß es
auf Grund der nahe beieinanderliegenden Siedepunkte nicht möglich ist, die Komponenten durch fraktionierende
Destillation zu trennen.
Im wesentlichen gleiche Ergebnisse wurden erhalten, wenn zusätzliche 0,89 g o-Chlortoluol in der Ausgangsmischung
ν orliegen.
Weiterhin wurden folgende Verbindungen hergestellt, die unter die im Patentanspruch 1 der BE-PS
angegebene allgemeine Formel fallen:
(1) 5-( 1 '-Methyl-1 '-propenyl)-2-norbornen,
(2) 5-(T,2'-Dimeihyl-l'-propenyl)-2-norbornenund
(3) 5-(2'-Methyl-propen-1 '-yl)-2-norbornen.
Die Isomerisierung dieser Verbindungen wurde nach dem Verfahren der BE-PS versucht. Die Versuche
wurden in einem 25-ml-Reaktionsgefäß aus Glas unter Rühren in Gegenwart von 0,1 g Kalium bei 140- 150°C
durchgeführt. Die Reaktionsgemische wurden nach Ablauf von 1,2,3 und 4 Stunden, das die Verbindung (1)
enthaltende Reaktionsgemisch zusätzlich schon nach 10
Minuten und 30 Minuten nach Beginn der Umsetzung analysiert. In keinem dieser drei Versuche konnte
gaschromatographisch eine Isomerisierung nachgewiesen werden.
Claims (3)
1. Verfahren zur Herstellung von 5-Isopropyliden-2-norbornen
durch fsomerisieren von 5-IsopropenyI-2-norbornen,
dadurch gekennzeichnet, daß man die Isomerisierung in Gegenwart eines Alkalimetallhydroxids oder -alkoxids in Dimethylsulfoxid
bei Temperaturen am oder unterhalb des Siedepunkts von Dimethylsulfoxid durchführt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß man als Alkalimetallhydroxid Kaliumhydroxid
einsetzt
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Alkalimetallalkoxid Kaliumäthoxid
einsetzt
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