DE1958252A1

DE1958252A1 - Verfahren zur Herstellung von 3-Methylisoxazol

Info

Publication number: DE1958252A1
Application number: DE19691958252
Authority: DE
Inventors: Gerard Soula
Original assignee: Chemische Werke Huels AG
Current assignee: Huels AG
Priority date: 1969-11-20
Filing date: 1969-11-20
Publication date: 1971-05-27
Also published as: FR2069315A5; GB1321280A; CH532070A

Description

Verfahren zur Herstellung von 3-Methy1-isoxazol

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von 3-Methyl-isoxazol aus ß-Keto-butyraldehyd-dimethy!acetal.

Es war bereits bekannt, Isoxazole aus 1,3-Dicarbony!verbindungen herzustellen (R.C. Elderfield, Heterocyclic Compounds, J. Wiley and Sons, New York/ 1957; Band 5, Seite 454). Ira besonderen war auch bekannt, 3-Methyl-isoxazol aus ß-Ketobutyraldehyd-dimethy !acetal und Hydroxylamin-hydrochlorid in stark saurem Medium herzustellen. Bei dieser Methode entsteht jedoch immer - und zwar zu überwiegendem Teil - 5-Methyl-isoxazol (Neuere Methoden der Präp. Org. Chemie, Verlag Chemie, Weinheim, 1960, Band II, Seite 15). Ferner ist es bekannt, aus 3-Methyl-5-methoxy-isoxazolin in saurem pH-Bereich durch Methanolabspaltung 3-Methylisoxazol herzustellen (Bull. Soc. Chim. France 2215 (1962)).

Aufgabe der Erfindung war es, gezielt 3-Methyl-isoxazol herzustellen. ..,-·.-·.-..

Diese Aufgabe wurde gelöst, indem

(a) ß-Ketobutyraldehyd-dimethylacetal in wäßriger Lösung, bei einem pH-Wert im Bereich von 7 bis 12 und bei Temperaturen im Bereich von 20 bis 120⁰C mit Salzen des Hydroxy!amins zum Ketoxim umgesetzt wird,

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(b) daß anschließend das Ketoxira in Methanol mit einem Gehalt an Schwefelsäure von 0,5 bis 10 Gewichtsprozent bei Temperaturen im Bereich von 10 bis 80°C zu 3~Methyl--5-methoxy-isoxazolxn umgesetzt wird

und

(c) daß das S-Methyl-S-methoxy-isoxazolin in an sich bekannter Weise bei einem pH-Wert kleiner 2 und bei Temperaturen im Bereich von 20 bis 120⁰C in wäßriger Lösung zum-3-Methyl-isoxazol umgesetzt wird.

Bei der Ausgangsverbxndung ß-Ketobutyraldehyd-dimethylacetal handelt es sich um ein technisches Produkt, das ohne weitere Nachbehandlung eingesetzt wird. Als Hydroxylaminsalze eignen sich z.B. das Hydrochlorid oder Hydrogensulfat. Bevorzugt wird das Hydrogensulfat eingesetzt.

Die Einstellung des pH-Wertes erfolgt mit Hilfe von Natriumhydroxid oder Kalxumhydroxxd. Bevorzugt wird Natriumhydroxid eingesetzt.

Bei der Herstellung des Ketoxims muß erfindungsgemäß im alkalischen bis neutralen Medium gearbeitet werden; dabei soll der pH-Wert im Bereich von 7 bis 12, vorzugsweise von 8 bis 10, liegen. ,

Die Reaktionstemperaturen werden so gewählt, daß sie im Be-. reich von 20 bis 120°C, vorzugsweise von 40 bis 80°C, liegen.

Die Ringschlußreaktion zum 3-Methyl-5-methoxy-isoxazolin erfolgt iii laethanolischer Schwefelsäure mit einem Säuregehalt von 0,5 bis 10 Gewichtsprozent, vorzugsweise von 2 bis 5 Gewichtsprozent, und bei Temperaturen von 10 bis 80 C, vorzugsweise von 50 bis 70 C.

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In einer Bevorzugten Äusföhrüngsform wird das Ketoxim, nachdem es isoliert wurde* mit methanolischer Salzsäure» deren Chlorwasserstoff-Gehält 1 bis IO Gewichtsprozent, bevorzugt 2 bis 5 Gewichtsprozent,, betragen muß, bei tPemperaturen im Bereich von 20 bis 80 C, vorzugsweise bei 50 bis 7O°C, direkt zum 3-Methylisoxazol umgesetzt. Nach Neutralisat ion mit wäßrigem Alkalihydroxid kann das gebildete 3-Methyl-isoxazol durch Extraktion oder Destillation gewonnen -werden, - Grundsätzlieh können anstelle von Methanol auch Wasser oder Wasser / Methanol-Gemische als Lösungsmittel verwendet werden? jedoch sinkt mit steigendem Wassergehalt die Reaktionsausbeute ab.

Zur Durehfiihrung des Verfahrens ist es nicht notwendig, alle Zwischenprodukte jeweils durch Destillation zu isolieren» Vielmehr lassen sich einzelne Reaktionsschritte zusammenfassen.

Eine Möglichkeit besteht darin, das 3-Methyl^S-methoxy— isoxazolin herzustellen, indem man zunächst in der oben beschriebenen Weise das Ketoxim darstellt, die alkalische Reaktionsmischung mit wäßriger Mineralsäure neutralisiert und die rohe abgetrennte organische Phase wie beschrieben zur Cyclisierungsreaktiön in methanolischer Schwefelsäure einsetzt. Bei diesem Verfahren bleiben nicht umgesetztes Hydroxylamin und ß-Ketobütyraldehyd-dimethylacetäl in der wäßrigen Phase zurück»

Eine weitere Variante gestattet schließlich die Zusammen- -fassung aller beschriebenen Stufen. Man stellt das Rietoxim her, trennt es als rohe organische Phase von den in der wäßrigen Phase zurückbleibenden Ausgangsverbiadungen Hydroxylamin und ß-Ketobutyraldehyd-dimethylacetal ab und setzt es ohne vorherige Destillation wie oben beschrieben mit methanolischer oder wäßriger Salzsäure zum 3-Methylisoxazol um, das dann durch Extraktion gewonnen und durch Destillation gereinigt wird.

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3-Methyl-isoxazol wird in Form seiner quartären Salze bei der Herstellung fotografischer Platten als Härter für Gelatine-Schichten verwendet.

Beispiel 1
(Herstellung und Isolierung des Ketoxims)

Im 1 1-Rührkolben mit Glas-Elektrode / pH-Meter, Thermometer, Tropftrichter und Rückflußkühler werden 200 ml Wasser und 1 Mol Hydroxylammoniumsulfat vorgelegt. In kleinen Portionen gibt man langsam 1,1 Mol Na CO. zu, wobei sich unter CO-Entwicklung ein pH von 6,8 einstellt. Mit 50prozentiger Natronlauge bringt man den pH auf 9 und tropft anschließend innerhalb einer Stunde bei 48°C 2 Mol Ketobutyraldehyddimethylacetal zu. Das Gemisch wird zunächst 1 Stunde bei 48 C, dann zwei Stunden bei 70 C gerührt, wobei der pH auf 8,3 fällt. Darauf wird mit verdünnter Schwefelsäure neutralisiert und die organische Phase abgetrennt. Die wäßrige Phase wird zweimal mit Chloroform extrahiert, die organischen Phasen vereinigt und über Na₃SO₄ getrocknet. Nach Filtration wird Chloroform abdestilliert und der Rückstand an einer 30 cm-Püllkörper-Kolonne destilliert.

Ausbeutes 226 g 4,4-Dimethoxy.-butanon-(2)-oxim, entsprechend 78 % der Theorie. ^;

₆ : 85°

j 1,453.

Beispiel 2

(Herstellung des 3-Methyl-5-methoxy-isoxazolins aus dem Ketoxim)

Im 500 ml-Rührkolben legt man 150 ml Methanol mit 2 ml

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konzentrierterSchwefelsäure vor und tropft bei 20 C innerhalb von 15 Minuten 0,8 Mol 4,4-Dimethoxy-butanon-(2)-oxim zu. Nachdem das Gemisch eine Stunde bei 60 C gerührt wurde, neutralisiert man mit verdünnter NaOH und extrahiert mit Chloroform. Die organische Phase wird getrocknet, Chloroform abdestilliert und der Rückstand an einer 50 cm-Füllkörperkolonne destilliert.

Ausbeute: 68 g, entsprechend 74 % der Theorie, 3-Methy1-5-methoxy-isoxazo1in

₀ : 90°
n_ : 1,442, gaschromatografische Reinheit 99 %»

Beispiel 3

(Herstellung des S-Methyl-S-methoxy-isoxazolins direkt aus dem ß-Keto-butyraldehyd-dimethylacetal)

In der in Beispiel 1 beschriebenen Apparatur wird eine Lösung von 1 Mol (164 g) Hydroxylammoniumsulfat in 2OO ml Wasser mit 160 g 50prozentiger Natronlauge auf einen pH von 9 gebracht. Innerhalb einer Stunde tropft man dann bei 40 C 2 Mol (262 g) ß-Keto-butyraldehyd-dimethylacetal zu und rührt anschließend vier Stunden bei 70 C. Nach dem Abkühlen neutralisiert man das Gemisch mit wäßriger Mineralsäure, trennt die organische Phase ab und gibt sie zu einer Lösung von 5 ml 96prozentiger H₃SO₄ in 200 ml Methanol. Diese Mischung wird eine Stunde bei 6O⁰C gerührt und anschließend mit wäßriger 50prozentiger Natronlauge behandelt, bis eine wäßrige Phase vom pH 9 vorliegt. Das Gemisch wird mit Chloroform extrahiert, aus der Chloroform-Phase gewinnt man durch fraktionierte Destillation an einer 50 cm-Ftillkörperkolonne 118 g 3-Methy1-5-methoxyisoxazolin, entsprechend einer Ausbeute von 50 % der Theorie.

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Beispiel 4
(Herstellung von 3-Methyl-isoxazol direkt aus dem Ketoxim)

In der oben beschriebenen Apparatur tropft man innerhalb von 15 Minuten 1 Mol (146 g) 4,4-Dimethoxy-butanon- (2) -oxira bei Raumtemperatur zu einer Mischung aus 200 ml Methanol und 2OmI 36prozentiger Salzsäure. Anschließend rührt man das Gemisch zwei Stunden bei 60 C. Dann wird mit wäßriger Natronlauge versetzt, bis ein pH von 9 erreicht ist,und mit Chloroform extrahiert. Aus der Chloroformphase isoliert man durch fraktionierte Destillation an einer 0,5 m-Füllkörperkolonne 65 g , entsprechend 78 % der Theorie, 3-Methyl-isoxazol.

^{! 70}°

1,434

Beispiel 5

(Herstellung von 3-Methyl-isoxazol direkt aus ß-Keto-butyraldehyd-dimethylaceta1)

In der oben beschriebenen Apparatur tropft man 160 g 5öpro~ zentige Natronlauge zu einer Lösung von 2 Mol Hydroxylammoniumchlorid in 200 ml Wasser und erreicht damit einen pH von 9. Darauf tropft man innerhalb einer Stunde bei 40 C 2 Mol ß-Keto-butyraldehyd-dimethy!acetal dazu, rührt anschließend 4 Stunden bei 70 C, kühlt ab, neutralisiert mit wäßriger Mineralsäure und trennt die organische iPhase ab. Diese wird zu einer Mischung aus 200 ml Methanol until 20 ml 36prozentiger Salzsäure gegeben und zwei Stunden bei 70°C gerührt. Aufarbeiten wie in Beispiel 4 beschrieben, liefert 72 g 3-Methylisoxazol, entsprechend 57 % der Theorie.

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Claims

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Patentansprüche

Verfahren zur Herstellung von 3-Methyl-isoxazoi aus ß-Keto-butyra ldehyd-dimethy laceta 1,
dadurch gekennzeichnet , daß

(a) ß-Keto-butyraldehyd-dimethylacetal in wäßriger Lösung, bei einem pH-Wert im Bereich von 7 bis 12 und bei Temperaturen im Bereich von 20 bis 120 C mit Salzen des Hydroxylamins zum Ketoxim umgesetzt wird,

Cb) daß anschließend das Ketoxim in Methanol mit einem Gehalt an Schwefelsäure von 0,5 bis 10 Gewichtsprozent bei Temperaturen im Bereich von 10 bis 80 C zu 3-Me— thyl-5-methoxy-isoxazolin umgesetzt wird und

(c) daß das S-Methyl-S-methoxy-isoxazolin in an sich bekannter Weise bei einem pH-Wert kleiner 2 und bei Temperaturen im Bereich von 20 bis 12O°C in wäßric Lösung zum 3-Methyl-isoxazol umgesetzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß

das Ketoxim bei einem pH-Wert im Bereich von 8 bis 10 hergestellt wird·
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2,

.dadurch gekennzeichnet, daß das Ketoxim bei Temperaturen im Bereich von 40 bis 80°C hergestellt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3,

dadurch gekennzeichnet, daß das 3-Methyl-5-methoxy-isoxazolin bei einem Schwefelsäure-

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Gehalt von 2 bis 5 Gewichtsprozent hergestellt wird.
5· Verfahren nach Anspruch 1 bis 4,

dadurch gekennzeichnet, daß das S-Methyl-S-methoxy-isoxazolin bei Temperaturen im Bereich von 50 bis 70⁰C hergestellt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3,

dadurch gekennzeichnet, daß das Ketoxim mit methanolischer Salzsäure, deren Chlorwasserstoff-Gehalt 1 bis 10 Gewichtsprozent beträgt, bei Temperaturen im Bereich von 20 bis 80°C zum 3-Methyl-isoxazol umgesetzt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6,

dadurch gekennzeichnet, daß bei Temperaturen im Bereich von 50 bis 70 C gearbeitet wird.
8. Verfahren nach Anspruch 6 und 7,

dadurch gekennzeichnet, daß der Chlorwasserstoff-Gehalt der methanolischen Salzsäure 2 bis 5 Gewichtsprozent beträgt./

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