DE19718379A1

DE19718379A1 - Verfahren zur Herstellung von Quadratsäureestern

Info

Publication number: DE19718379A1
Application number: DE1997118379
Authority: DE
Inventors: Barry Dr Jackson
Original assignee: Lonza AG
Current assignee: Lonza AG
Priority date: 1996-05-02
Filing date: 1997-04-30
Publication date: 1997-11-06

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Quadratsäureestern (3,4- Dialkoxy-3-cyclobuten-1,2-dione) der allgemeinen Formel

worin R eine Alkylgruppe mit 1 bis 6 C-Atomen bedeutet.

Quadratsäure (3,4-Dihydroxy-3-cyclobuten-1,2-dion) und deren Ester sind wichtige Zwischenprodukte zur Herstellung von Pharmazeutika oder Farbstoffen (EP 0 444 563 B 1, EP 0442431 B1).

Die Veresterung von Quadratsäure wird beschrieben in der JP 07 126 207-A als Umsetzung von Quadratsäure mit dem entsprechenden Alkohol in Gegenwart von einem stark sauren Ionenaustauscher. Diese Veresterungsmethode beinhaltet den Nachteil, daß mit Schleppmitteln wie z. B. Cyclohexan gearbeitet werden muß, was eine Phasentrennung des Destillats bedingt. Zudem sind die Reaktionszeiten sehr lang und die erreichbaren Umsätze vergleichsweise tief.

Es bestand daher die Aufgabe, ein Verfahren auszuarbeiten, das diese Nachteile nicht aufweist und mit welchem man in der Lage ist, Quadratsäureester im technischen Maßstab zu produzieren. Die Aufgabe wurde gelöst mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gemäß Patentanspruch 1.

Darin wird Quadratsäure der Formel

mit einem Orthoameisensäuretrialkylester der allgemeinen Formel

worin R die genannte Bedeutung hat in Gegenwart eines sauren Katalysators umgesetzt.

R hat zweckmäßig die Bedeutung von einer geradkettigen oder verzweigten Niederalkylgruppe mit 1 bis 6 C-Atomen. Namentlich erwähnt sei Methyl, Ethyl, n-Propyl, i-Propyl, n-,i-,t-Butyl, Pentyl und seine Isomeren sowie Hexyl und seine Isomeren. Besonders bevorzugt hat R die Bedeutung von Methyl oder Ethyl. Die Quadratsäure kann auf einfache Weise z. B. gemäß den Verfahren der EP 0444 563 B1 oder der EP 0442431 B1) hergestellt werden.

Als saure Katalysatoren wählt man zweckmäßig saure Ionenaustauscher, Methansulfonsäure, Schwefelsäure oder gegebenenfalls Mischungen der genannten sauren Katalysatoren. Bewährte saure Ionenaustauscher sind unter dem Namen Amberlite® oder Amberlyst® im Handel erhältlich. Die sauren Katalysatoren werden üblicherweise in einer Menge von 0,1 Mol% bis 5 Mol% bezogen auf die Quadratsäure zugegeben.

Orthoameisensäuretrialkylester der allgemeinen Formel III sind kommerziell erhältlich und werden zweckmäßig stöchiometrisch oder in einem leichten Überschuß zugesetzt. Bevorzugte Orthoameisensäuretrialkylester sind der Orthoameisensäuretrimethyl- und der Orthoameisensäuretriethylester.

Die Umsetzung erfolgt vorteilhaft in Gegenwart eines Alkohols der allgemeinen Formel

R-OH IV

worin R die genannte Bedeutung hat als Lösungsmittel.

Die Reaktion wird von Vorteil so durchgeführt, daß das während der Reaktion entstehende und in der Regel tiefsiedende Alkylformiat dem Reaktionsgemisch laufend destillativ entnommen wird. Der resultierende Quadratsäureester kann im Fall des Ethylesters destillativ weiter gereinigt werden. Im Falle des Methylesters kann die Aufarbeitung über eine Umkristallisation in geeigneten Lösungsmitteln erfolgen.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren können die Quadratsäureester der allgemeinen Formel I in Ausbeuten von über 90% in sehr hohen Reinheiten erhalten werden.

Beispiele Beispiel 1 Herstellung von Quadratsäurediethylester

240,16 g (2,106 mol) Quadratsäure wurden in 755 ml Ethanol abs. suspendiert und während 30 min. bei Rückflußtemperatur gerührt. Danach gab man 0,55 g (5,6 mmol) Methansulfonsäure zu und begann gleichzeitig mit dem Zutropfen einer ersten Portion von 320 g (2, 116 mol) Orthoameisensäuretriethylester. Nach einer Zutropfzeit von einer Stunde ließ man 35 min nachrühren und gab dann die zweite Portion von 320 g (2,116 mol) Orthoameisensäuretriethylester innert 2 Stunden zu. Während der Zugabe des Orthoameisensäuretriethylesters wurde das entstehende Ethylformiat bei einer Kopftemperatur von 59°C-62°C laufend abfraktioniert. Mit steigender Kopftemperatur wurde anschließend das Ethanol und bei einem reduzierten Druck von 12 mbar (125°C) weitere leichtflüchtige Bestandteile des Reaktionsgemisches entfernt. Schließlich erhielt man 358,02 g einer braunen Lösung.

Zu dieser auf Raumtemperatur gekühlten Lösung wurden 2, 17 g (5,642 Moläquivalente) Amberlite LA-2 (Fluka) zugegeben und während 1 Stunde gerührt. Danach erfolgte eine Destillation im Dünnschichtverdampfer bei 190°C-195°C 3-4 mbar, Rührung 1000 U/min.

Das Titelprodukt wurde darauf in Form einer leicht gelblichen klaren Flüssigkeit in einer Ausbeute von 330,83 g (92,15%) mit einem Gehalt von 99,8% erhalten.

Beispiel 2 Herstellung von Quadratsäuredimethylester

58,2 g (500 mmol) Quadratsäure wurden in 520 g Methanol abs. suspendiert und während 2 h bei Rückflußtemperatur gerührt. Danach gab man 1,45 g (6,7 Moläquivalente) Amberlyst-15 (Fluka) zu und begann gleichzeitig mit dem Zudosieren einer ersten Portion von 54,2 g (500 mmol) Orthoameisensäuretrimethylester (Gehalt 98%).

Danach wurde eine zweite Portion von 46,6 g (430 mmol) während 2 h und schließlich eine letzte Portion von 7,5 g (70 mmol) währen einer weiteren Stunde zudosiert. Das während der Orthoameisensäuretrimethylester-Zugabe entstehende Methylformiat wurde laufend bei einer Kopftemperatur von 29°C-33°C abdestilliert. Danach wurde das Reaktionsgemisch während 5 h am Rückfluß gerührt. Der Ionenaustauscher wurde danach abfiltriert und das Filtrat eingeengt. Nach Trocknen des Rückstands im Hochvakuum wurde in t-Butylmethylether/Hexan 9 : 1 umkristallisiert.

Man erhielt das Titelprodukt in Form von weißen Kristallen in einer Ausbeute von 53,05 g (75%) mit einem Gehalt von 99%.

Aus der Mutterlauge konnten zusätzlich 11% reiner Quadratsäuremethylester gewonnen werden.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von Quadratsäureestern der allgemeinen Formel worin R eine Alkylgruppe mit 1 bis 6 C-Atomen bedeutet, dadurch gekennzeichnet, daß Quadratsäure der Formel mit einem Orthoameisensäuretrialkylester der allgemeinen Formel worin R die genannte Bedeutung hat in Gegenwart eines sauren Katalysators umgesetzt wird.

2. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß saure Katalysatoren aus der Reihe saurer Ionenaustauscher, Methansulfonsäure, Schwefelsäure oder gegebenenfalls Mischungen der genannten sauren Katalysatoren eingesetzt werden.

3. Verfahren nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der saure Katalysator in einer Menge von 0,1 Mol% bis 5 Mol% bezogen auf Quadratsäure zugegeben wird.

4. Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in Gegenwart eines Alkohols R-OH IVworin R die genannte Bedeutung hat als Lösungsmittel gearbeitet wird.

5. Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das während der Reaktion entstehende Alkylformiat dem Reaktionsgemisch laufend destillativ entnommen wird.