DE19858738C2

DE19858738C2 - Verfahren zur Herstellung von 3-Isochromanon

Info

Publication number: DE19858738C2
Application number: DE1998158738
Authority: DE
Inventors: Wolfram Eichinger; Josef Kaesbauer; Alexander Klausener
Original assignee: Bayer AG
Current assignee: Lanxess Deutschland GmbH
Priority date: 1998-12-18
Filing date: 1998-12-18
Publication date: 2001-03-22
Anticipated expiration: 2018-12-19
Also published as: GB0115218D0; DE19858738A1; SE0101989D0; GB2361475B; SE0101989L; AU3035800A; DE19982749D2; SE526012C2; WO2000037454A1; GB2361475A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von gegebenenfalls substituiertem 3-Isochromanon ausgehend von 2-Halogenmethylphenylacetonitril.

3-Isochromanon ist ein wichtiges Zwischenprodukt bei der Herstellung spezieller Pflanzenschutzmittel, insbesondere von Fungiziden des aus EP-A-0 278 595 be kannten Strobilurin Typs. Für die Herstellung von 3-Isochromanon sind aus der Literatur verschiedene Verfahren bekannt.

Im Labormaßstab ist die Darstellung von 3-Isochromanon beispielsweise über eine Baeyer-Villiger-Oxidation von 2-Indanon möglich. Aus Synthesis 1973, 107 ist es bekannt, 2-Indanon in Gegenwart von Wasserstoffperoxid, Schwefelsäure und Essig säureanhydrid zu oxidieren. Nachteilig ist hierbei, daß das 3-Isochromanon in einer Ausbeute von nur 68% erhalten wird.

In Synthesis 1981, 818, Synthesis 1987, 497 sowie J. Heterocyclic Chem. 32, (1995) 73 wird ferner beschrieben, die Oxidation von 2-Indanon in Gegenwart von 3-Chlorperbenzoesäure durchzuführen. Hierbei werden Ausbeuten von 86 bzw. 90% erhalten, wofür aber eine unvergleichlich lange Reaktionszeit von 20 bis 24 Stunden bzw. sogar 10 Tagen nötig ist. Aus Synth. Commun. 1989, 829 ist es bekannt, eine Mischung von 3-Chlorperbenzoesäure und Trifluoressigsäure zur Oxidation einzu setzen. Hierdurch wird die Reaktionszeit zwar verkürzt, die Ausbeute liegt jedoch bei nur 71%.

Aus J. Chem. Soc. 1949, 1720 ist bekannt, die Oxidation von 2-Indanon unter Ein satz einer Mischung aus Kalium-peroxomonoschwefelsäure und Schwefelsäure durchzuführen. Synthesis 1991, 739 beschreibt weiterhin die Verwendung von Per oxotrifluoressigsäure oder Natriumpercarbonat und Trifluoressigsäure. Selbst bei langen Reaktionszeiten von 15 Stunden werden jedoch nur Ausbeuten von 78% erhalten.

Gemeinsam ist allen vorgenannten Varianten der Baeyer-Villiger Reaktion, daß die Verwendung von Wasserstoffperoxid oder Peroxyverbindungen bei einer Durch führung des Verfahrens im technischen Maßstab zu Sicherheitsrisiken führt. So ist auf die exakte Einhaltung der Reaktionstemperatur zu achten und ferner die Zugabe des Wasserstoffperoxids bzw. der Peroxysäuren genau zu kontrollieren, um einen zu hohen Überschuß dieser Verbindungen im Reaktionssystem zu vermeiden. In vielen Fällen kommt es ferner zur Bildung labiler Reaktionszwischenprodukte, wie bei spielsweise Diacetylperoxid.

3-Isochromanon kann ferner aus 2-Methoxycarbonylmethylbenzoesäure durch Um setzung mit a) Ethylchlorformiat in Triethylamin und b) mit Natriumborhydrid ge wonnen werden (Chem. Pharm. Bull. 16 (1968), 492, 496). Auch durch Reaktion von Isochroman-3-ol mit Chromtrioxid ist 3-Isochromanon zugänglich (Tetrahedron Letters 1973, 2359).

Ein anderer Weg zur Darstellung von 3-Isochromanon umfaßt zwei Stufen: Zunächst wird o-Tolylessigsäure mit N-Bromsuccinimid (NBS) unter Bildung von 2-Brom methylphenylessigsäure umgesetzt, und anschließend erfolgt ein Ringschluß dieser 2-Brommethylphenylessigsäure im basischen Milieu zum 3-Isochromanon (Zh. Org. Khim. 9 (1973), 2145). Durch den Einsatz des teuren Bromierungsreagenzes im ersten Schritt ist dieses Verfahren jedoch in technischem Maßstab nicht wirt schaftlich durchführbar. Gemäß WO 97/48692 kann das Verfahren aber verbessert werden, indem im ersten Schritt o-Tolylessigsäure mit Sulfurylchlorid und Azo-bis- isobutyronitril (AIBN) als Radikalstarter umgesetzt wird. Im zweiten Schritt wird dann die gebildete 2-Chlormethylphenylessigsäure mit einer Base in 3-Iso chromanon umgewandelt. Der erste Schritt erfolgt in einem inerten Lösungsmittel bei Temperaturen von 50-90°C. Als Basen können im zweiten Schritt übliche Ver bindungen wie Alkali- oder Erdalkalimetallhydroxide sowie Alkalimetallcarbonate eingesetzt werden. Nachteilig an diesem Verfahren sind jedoch die nur geringen Ge samtausbeuten von 49 bis 60%.

Vor dem Hintergrund der aufgezählten Nachteile der bisher bekannten Verfahren zur Synthese von 3-Isochromanon bestand die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein verbessertes Verfahren bereitzustellen, das die Herstellung von 3-Iso chromanon in verfahrenstechnisch einfacher und sicherheitstechnisch ungefährlicher Weise mit hohen Ausbeuten ermöglicht.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung von gegebenenfalls substituiertem 3-Isochromanon der Formel I, bei dem 2-Halogenmethylphenyl acetonitrile der Formel II mit einer Halogenwasserstoffsäure umgesetzt werden,

wobei
R¹, R², R³ und R⁴ gleich oder verschieden sind und H, Halogen, OH oder OR⁵, wobei
R⁵ für C₁- bis C₄-Alkyl steht, bedeuten oder R¹ und R² oder R² und R³ oder R³ und R⁴ ge meinsam einen C₃- oder C₄-Alkylenrest oder einen C₃- oder C₄-Alkenylrest bilden und X für Chlor oder Brom steht und wobei die Halogenwasserstoffsäure dem Reaktionssystem als solche zugesetzt wird.

Im erfindungsgemäßen Verfahren wird als Halogenwasserstoffsäure bevorzugt Salz säure oder Bromwasserstoffsäure eingesetzt.

Bevorzugt sind R¹, R², R³ und R⁴ gleich oder verschieden und stehen für Wasserstoff oder Halogen, insbesondere Chlor oder Brom.

Insbesondere stehen alle vier Reste R¹ bis R⁴ für Wasserstoff oder einer der vier Reste für Chlor oder Brom, während die drei übrigen Reste Wasserstoff bedeuten.

Die Umsetzung des 2-Halogenmethylphenylacetonitrils der Formel II mit der Halo genwasserstoffsäure stellt eine saure Hydrolyse dar und läuft somit bei einem pH- Wert von 0 bis 7, bevorzugt 0,5 bis 5, insbesondere 1,5 bis 4,5 ab. Die Reaktionstemperatur liegt bei 70 bis 150°C, bevorzugt 80 bis 120°C und insbesondere 90 bis 110°C. Das molare Verhältnis von Halogenwasserstoffsäure zu 2-Halogenmethylphenylacetonitril liegt bei (0,1 bis 10) : 1, bevorzugt bei (0,5 bis 5) : 1 und insbesondere bei (3 bis 5) : 1. Für die Durchführung der Reaktion ist kein Lösungsmittel erforderlich. Wird ein Lösungs mittel verwendet, so wird bevorzugt das Lösungsmittel eingesetzt, das im Anschluß an die Umsetzung auch zur Extraktion des 3-Isochromanons aus der Wasserphase verwendet wird. Üblicherweise kommen organische Lösungsmittel wie Toluol, Me thylenchlorid, Chlorbenzol oder Fluorbenzol zum Einsatz.

Bei der sauren Hydrolyse des erfindungsgemäßen Verfahrens werden aus dem 2-Halogenmethylphenylacetonitril zunächst die 2-Halogenmethylphenylessigsäure sowie im Gleichgewicht damit 2-Hydroxymethyl-phenylessigsäure gebildet, die beide zum 3-Isochromanon cyclisieren. Es ist daher wichtig, daß der pH-Wert von 0 bis 7 im Verlauf der Reaktion eingehalten wird. Als besonders günstig hat es sich sogar erwiesen, den pH-Wert im Reaktionsverlauf innerhalb des vorgegebenen Wertebereichs, d. h. auf einen pH-Wert von maximal 7, bevorzugt maximal 5 und ins besondere maximal 4,5 zu erhöhen, um das 3-Isochromanon quantitativ zu erhalten. Dies wird durch Verdünnung des Systems mit Wasser oder partielle Neutralisation mit einer Alkalimetallbase, bevorzugt NaOH oder KOH, erreicht.

Es ist ferner sinnvoll, daß Reaktionsgemisch intensiv zu rühren, wodurch eine mög lichst geringe Reaktionszeit von üblicherweise 2 bis 24 Stunden erreicht werden kann.

Durch Zusatz katalytischer Mengen eines Alkalimetalliodids, insbesondere Kalium iodid, oder von Iodwasserstoffsäure kann die Reaktion zusätzlich beschleunigt werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, daß es die Herstellung von 3-Isochromanon in Ausbeuten von mindestens 90% ermöglicht. Aufgrund dieser hohen Ausbeute entstehen unerwünschte Nebenprodukte nur in geringer Menge, insbesondere die Bildung der biologisch schwer abbaubaren Dibenzylether wird vermieden.

2-Halogenmethylphenylacetonitrile der Formel I sind prinzipiell durch Photohalo genierung der entsprechenden 2-Methylphenylacetonitrile in organisch-wäßrigen Systemen bei einem pH-Wert von -1 bis +7 herstellbar. Dieses Verfahren ist Gegenstand der deutschen Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen 198 587 37.6. Die Photochlorierung von 2-Methylphenylacetonitril wird bei einer Temperatur von -10 bis +30°C durchgeführt, während die entsprechende Photobromierung bei +10 bis +60°C erfolgt.

Die Herstellung von 2-Brommethylphenylacetonitril ist alternativ auch durch Bromierung von 2-Methylphenylacetonitril mit N-Bromsuccinimid (NBS) als Bromierungsreagenz und Dibenzoylperoxid (DBP) als Radikalstarter möglich (J. Heterocycl. Chem. 16 (1979), 1443).

Beispiele Beispiel 1

Zu 111,6 g Salzsäure 37% werden 120 g 2-Brommethylphenylacetonitril gegeben und das Gemisch unter Rühren auf 100°C erwärmt und 4 Stunden nachgerührt. Im Verlauf von 12 Stunden werden unter Rühren bei 100°C 696 g Wasser zugefügt und anschließend noch 8 Stunden nachgerührt. Dem Gemisch werden dann in der Hitze 60 g Methylenchlorid zugefügt und dieses dabei gleichzeitig auf Raumtemperatur abgekühlt. Die erhaltene Wasserphase wird noch zweimal mit je 60 g Methylen chlorid extrahiert. Der erhaltene Methylenchloridextrakt wird anschließend in 490 g Toluol bei 80°C eingetragen, dabei das Methylenchlorid abdestilliert und zurück gewonnen. Die toluolische Lösung wird heiß filtriert und zur Kristallisation abge kühlt. Nach Filtration und Trocknung werden 59 g 3-Isochromanon mit einem Gehalt von 99,3% erhalten. Von der Mutterlauge werden 300 g Toluol abdestilliert und weitere 11,7 g Produkt mit einem Gehalt von 99,1% erhalten. In der Mutterlauge verbleiben danach 5,9 g Produkt mit einem Gehalt von 70%. Die chemische Ausbeute an 3-Isochromanon liegt somit bei 90%.

Beispiel 2

Auf dieselbe Weise lassen sich aus 50 g 2-Chlormethylphenylacetonitril 39 g 3-Iso chromanon mit einem Gehalt von 98,5% erhalten, entsprechend einer chemischen Ausbeute von 90%.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von gegebenenfalls substituiertem 3-Isochromanon der Formel I, dadurch gekennzeichnet, daß 2-Halogenmethylphenylacetonitrile der Formel II mit einer Halogenwasserstoffsäure umgesetzt werden,
wobei
R¹, R², R³ und R⁴ gleich oder verschieden sind und H, Halogen, OH oder OR⁵, wobei
R⁵ für C₁- bis C₄-Alkyl steht, bedeuten oder R¹ und R² oder R² und R³ oder R³ und R⁴ gemeinsam einen C₃- oder C₄-Alkylenrest oder einen C₃- oder C₄-Alkenylrest bilden und X für Chlor oder Brom steht
und wobei die Halogenwasserstoffsäure dem Reaktionssystem als solche zugesetzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Halogenwasser stoffsäure Salzsäure oder Bromwasserstoffsäure eingesetzt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß alle Reste R¹, R², R³ und R⁴ für Wasserstoff stehen oder einer der vier Reste für Chlor oder Brom steht, während die drei übrigen Reste Wasserstoff bedeuten.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der pH-Wert 0 bis 7 beträgt.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionstemperatur bei 70 bis 150°C liegt.

6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das molare Verhältnis von Halogenwasserstoffsäure zu 2-Halo genmethylphenylacetonitril bei (0,1 bis 10) : 1 liegt.

7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß man dem Reaktionsgemisch nach der Umsetzung ein organisches Lösungsmittel zusetzt, um das 3-Isochromanon abzutrennen.

8. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der pH-Wert während der Umsetzung durch Zugabe von Wasser oder einer Alkalimetallbase auf einen Wert von maximal 7 erhöht wird.

9. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß man bei der Umsetzung als Katalysator ein Alkalimetalliodid oder Iodwasserstoffsäure zusetzt.