DE2034943A1 - - Google Patents
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Description
ν. ν.,'·'__ . ' J.R.GoigyA.G.,CH-40G0 3asGl21
Dr. F. Zumsteln sen. - Dr. E. Assmann
Dr. R. Koenigeberger - Dipl. Phys. R. Holzbauer
Dr. F. Zumstein jun. 7ς οΊηη/ΡΡ ono
Patentanwalt· /ύ-JlOb/GC ->9b
8 Mönchen 2, Bräuhausstraße 4/III
.Verfahren zur Herstellung von .Benzils'a'ureverbinduvisen
Die vorliegende Erfindung betrifft ein neuartiges und einfaches Verfahren zur Herstellung von Benzilsäureverbindungenj das
auf der Umsetzung, einer entsprechenden Bis-phenylessigsäure, die
aus dem entsprechenden Benzolderivat und Glyoxylsäure bzw. einem
Derivat derselben erhalten worden ist, mit einem Halogenierungsmittel
und anschliessenden Hydrolyse des erhaltenen Halogenierungs-Produktes
beruht. Die erfindungsgemäss hergestellten-Benzilsäure-verbindungen
sind.als Zwischenprodukts für die Herstellung von Banzilsäuraestern.
geeignet ,dieals akarizide und insektizide Wirkstoffe
verwendet werden. :
Die vorliegende Erfindung, ist besonders geeignet zur Herstellung
von 4,4'-Dihalogenbenzilsäureverbindungen, z.B. 4,4'-Dibro.mbenzilsäure
und 4,4' -Dichlorbenzilsäure. Die 4,4'-Dichlorbenzilsäure
ist eine bereits bekannte Verbindung und wird beispielsweise in der USA-Patentschrift 2 745 780 beschrieben, während die
4,4'-Dibrombenzilsäure in der schwebenden USA-Anmeldung Serial Xo.
700 750, angemeldet am 26. Januar 1968, offenbart wird.
Bas erfindungsgemässe Verfahren umfasst die Umsetzung eines
Haiogenbenzols oder eines Alkoxybenzols mit Glyoxylsäure bzw.
einem Derivat derselben sowie mit einer Halogensulfonsa'ure bzw.
konzentrierter Schwefelsäure oder Oleum unter Bildung einer unsübstituiertan
Bis-phenylessigsäure oder einer Phenylessigsäure mit substitdarten Phenyl und die anschliessenden Halogenierung der^
letztgenannten Verbindungen, wonach das erhaltene Zwischenprodukt dor Hydrolyse unterworfen wird, und man dann zu dem angestrebten
109 8 08 /2233 BAD ORIGINAL
Endprodukt, d.h. der substituierten oder unsubstituierten Benzilsäure
gelangt. Die auf diese Weise erzielten Endprodukte, insbesondere die 4,4I-Dibrombenzilsäure und die 4,4'-Dichlorbenzilsäure,
werden dann gemäss üblicher Arbeitsweise verestert. Die so hergestellten Ester sind wertvoll als Agrochemikalien, speziell als
Akarizide (insbesondere zur Bekämpfung von Acarinae) oder zur Bekämpfung
von bestimmten Insekten, z.B. von Kartoffelkäfern in Kartoffelpflanzungen.
Für die Herstellung von Benzilsäureverbindungen, insbesondere
von 4,4'-Dibrombenzilsäure, war bisher eine komplizierte Umlagerung, z.B. des 4,4'-Dibrombenzils, erforderlich, wobei dieses herkömmliche
Verfahren zur Herstellung einer Benzilverbindung unvorteilhafterweise
auch die Oxydation der entsprechenden Benzoinverbindung voraussetzte
bzw. mitumfasste. Benzoin jedoch kann nicht in üblicher Weise bromiert werden. So wurde nach der Arbeitsweise von H.BiIz
(Berichte, Band 41, Seite 1754 und 1761 ; 1908) versucht, Benzoin gleichzeitig in der p-Stellung zu bromieren und die erhaltene Verbindung
zu Benzil zu oxydieren, und zwar nach Kondensation mit Harnstoff zu einem Diphenylimidazolon und anschliessender Spaltung
mit Wasser. Bei Anwendung dieser Arbeitsweise traten aber schwierige
Abwasserproblerne auf.
Weiterhin war es bekannt, dass Benzilsäure eine Umlagerung in Gegenwart von Aluminiumchlorid unter Bildung einer Fluorencarbonsäure
(Beilstein, lO/l, 151) erleidet, wobei angeblich eine C
Halogenierung des Kerns nicht möglich war. Dennoch wurde die Bromierung des Benzilsäureisopropylesters unter Verwendung von Eisen
(in gepulverter Form) als Katalysator versucht, aber Dibrombenzilsäure konnte nicht erhalten werden. Ferner hat man sich bemüht,
Benzilsäure in Pyridin zu bromieren, aber diese Versuche waren erfolglos, weil praktisch das gesamte Ausgangsmaterial zurückerhalten
wurde.
Die vorliegende Erfindung schlägt demgegenüber ein einfaches und neuartiges Verfahren vor, mit dessen Hilfe BenzilsMureverbin=-
düngen in hoher Ausbeute und ohne die Nachteile der bisherigen Arbeitsweisen erzielt werden können. Bei diesem Verfahren werden ein
gegebenenfalls substituertes Benzol, z.B. ein Halogenbenzol, wie
Brombenzol oder Chlorbenzol, oder ein Alkoxybenzol mit Glyoxylsäure
oder einem Derivat derselben in Gegenwart einer Halogensulfonsäure,
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z.B. Chlorsulfonsäure oder Bromsulfonsäure, oder Oleum umgesetzt
unter Bildung der entsprechenden Bisphenylessigsäureverbindung. Die
erhaltene Verbindung wird dann mit einem Halogenierungsmittel, z.B.
PClo/Br2 umgesetzt, und danach wird die so erhaltene Zwischenprodukt·
Verbindung hydrolysiert, um zu dem erwünschten Benzilsäureprodukt zu gelangen. Das Verfahren wird durch die folgende Formelreihe
erläutert:
4€H0·H2O+2 ClSO3H (oder konzentrierte Schwefelsäure oder
COR
Oleum)
2 HCl
PCl3/Br2
1.) NaOH 2.) HCl
Dabei bedeuten:
R OH, Halogen, d.h. Fluor, Chlor, Brorr oder
Iod, O-Alkalimetall, 0-Erdalkalimetall der
0-Alkyi,
R, Wasserstoff, Alkyl^Alkoxyoder Halogen.
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Die Alkyl- oder Alkoxygruppen enthalten bis zu 6 Kohlenstoffatome und können z.B. Methyl-, Aethyl-, Propyl-, Isopropyl-, Butyl-,
He'xyl-, Methoxy-, Aethoxy-, Propoxy-, Amyloxygruppen und dgl. sein.
Das Alkalimetall kann Na , K usw. und das Erdalkalimetall Ca ,
I I I I
Mg , Ba usw. sein.
Wenn es z.B. erwünscht ist, die 4,4' -Dibrornbenzilsäüre herzustellen,
dann ist das Ausgangsmaterial, das beim vorliegenden Verfahren verwendet wird, Brombenzol. Wenn es -erwünscht ist, 4,4'-Dichchlorbenzilsäure
herzustellen, dann benutzt man Chlorbenzol als Ausgang smat er i a I.
Beim ersten Umsetzungsschritt werden mindestens etwa 2 Mol Halogenbenzolverbindung, d.h. Brombenzol, Chlorbenzol und dgl., oder
Alkoxybenzol auf etwa 1 Mol Glyoxylsäure (zweckmässigerweise in der
Hydratform) bzw. eines Derivates derselben und etwa 2 Mol Halogensulfonsäure, z.B. Chlorsulfonsäure, oder konzentrierte Schwefelsäure
oder Oleum verwendet. Die anfängliche Reaktion wird bei niedriger Temperatur von etwa 20cC oder darunter durchgeführt. Zu geeigneten
GlyoxylSäurederivaten gehören z.B. Glyoxylsäure-ester und-s alze,
Glyoxylsäure-ester —Halbacetale oder Glyoxylsäure-ester-Diacetale,
Dialkylaminoalkyl-ammon iumacetat und dgl. Derartige Derivate können
wie folgt wiedergegeben werden:
OCH-COOH oder die Ammonium-, Natrium-, Kalium-, Calciumsalze und dgl.
OCH-COOH oder die Ammonium-, Natrium-, Kalium-, Calciumsalze und dgl.
OCH-COOAlkyl, d.h. Alkylglyoxylat (Aethylglyoxylat)
Alkyl-O
CO-COO-Alkyl, d.h., Alkoxyhydroxy-alkylacetat
H0/
(Alkyl-O)2CH-COOAlkyl, d.h. Dialkoxy-alkylacetat (AlUyI2N)2CH-CCOH.KH(Alkyl', d.h. Dialkylaminoalkylammoniumacetat.
(Alkyl-O)2CH-COOAlkyl, d.h. Dialkoxy-alkylacetat (AlUyI2N)2CH-CCOH.KH(Alkyl', d.h. Dialkylaminoalkylammoniumacetat.
Die auf diese Weise erhaltene- Bis-halogenphenylessigsäure wird
dann mit einem Halogenierungsmittel, z.B. mit PCl3/Br2/umgesetzt und
die Halogenbenzilsäure-Zwischenproduktverbindung wird dann hydrolysiert, um das erwünschte Benzilsäure-Endprodukt, z.B. 4,4'-Dibrombenzilsäure,
4,4'-Dichlorbenzilsäure und dgl, zu erhalten.
Die Hydrolyse wird in Gegenwart einer Alkali- oder Erdalkaliverbindung,
wie z.B. Natriumhydroxid und dgl, durchgeführt, worauf sich eine Behandlung mit einer starken Mineralsäure, wie z.B. Salzsäure,
Schwefelsäure und dgl., ansehliesst.
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Die auf diese Weise erhaltenen Benzilsäure-Endprodukte, wie
4,4*-Dibrombenzilsäure, 4,4'-Dichlorbenzilsäure und dgl., können
dann nach üblichen Verfahren verestert werden, z.B. durch Umsetzung
mit einem Ester eines niedrigen aliphatischen Alkohols oder eines aromatischen Alkohols in Gegenwart eines inerten Lösungsmittels.
Geeignete umsetzungsfähige Ester sind die Ester der Chlorwasserstoff-, Bromwasserstoff-oder Jodwasserstoffsäure mit Methanol, Aethanol,
n-Propanol, Butanolen oder Benzylalkohol. Auch Ester der Schwefelsäure,
insbesondere Dimethylsulfat, Diäthylsulfat und dgl.,können als Veresterungsmittel benutzt werden..
Die Ester der 4,4'-Dihalogenbenzilsäure, speziell der 4,4'-Dichlorbenzilsäura-isopropylester,
der 4,4' -Dichlorbenzilsäure-benzylester
und dgl., sind für die Bekämpfung von Acarinae, besonders von Milben und Spinnen sowie deren Entwicklungsstadien geeignet, auch
wenn man sie auf Pflanzen anwendet, die gegen diese Schädlinge geschützt
werden sollen. Die vorstehend genannten Ester zeichnen sich
aus durch geringe Toxizität gegenüber Warmblütern, und speziell der
4,4' -Dibrombenzilsäure-a.sopropy!ester ist durch eine Toxizität von
über 5000 mg Aktivsubstanz pro kg Körpergewicht charakterisiert.
Der vorstehend genannte 4,4'-Dibrombenzilsäure-isopröpylester besitzt
ferner Wirksamkeit gegenüber Insekten, z.B. Kartoffelkäfern, und ist
auch geeignet zur Bekämpfung von normal sensiblen und resistenten Milben der Typen Parasitiformes, Tetrabodili, Trombidiformes und
Sarcoptiformes.
Die folgenden Beispiele sollen die Erfindung erläutern; wenn
nicht anders vermerkt, beziehen sich die Prozentangaben auf das Gewicht. .
Ein 2,5-Liter-Kolben wurde mit 92 g (1 Mol) Glyoxylsäurehydrat
(100%) beschickt und mit einem Eis-Kochsalz-Gemisch gekühlt. Innerhalb
30 Minuten wurden 116 g (1 Mol) Chlorsulfonsäure zugesetzt, während das Umsetzungsgemisch mittels eines mechanischen Rührers gerührt wurde.
Nach weiteren 15 Minuten wurden unter Kühlung und Rühren innerhalb 15 Minuten 354 g (2,2 Mol) Brombenzol zugegeben. Dann wurden 116 g
-(I Mol) Chlorsulfonsäure während eines Zeitraums von 1,5 Stunden ?.n
dem Gemisch hinzugefügt, und zwar unter Rühren und Kühlung auf 0-50C.
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-D-
Die Temperatur der bräunlich-rötlichen Suspension wurde nach Beendigung
des Zusatzes auf 200C ansteigen gelassen. Das Gemisch wurde dann
5 Stunden lang bei 200C gehalten. Während dieses Zeitraumes entwickelte
sich mit abnehmender Intensität HCl und das Reaktionsgemisch wurde eine viskose Paste. Das Aufhören der HCl-Entwickltmg zeigte
das Ende der Reaktion an. Dann wurden 400 ml Wasser zu der Reaktionsmasse
hinzugefügt, wobei die Temperatur auf 700C anstieg. Es wurden
1,4 Liter Toluol hinzugesetzt, und das Geraisch wurde auf 80-100°C
erhitzt. Das RUhren wurde abgebrochen, nachdem das feste Material ι in Lösung gegangen war. Die Phasen wurden getrennt und die wässrige
Schicht wurde verworfen. Die Toluolschicht wurde dreimal mit jeweils
150 ml heissem Wasser gewaschen. Es wurde 1 Liter Toluol abdestilliert
und der Rückstand auf 0 - 1O°C abgekühlt. Der gebildete Niederschlag
P wurde abfiltriert, mit 200 ml Toluol gewaschen und bei 80°C getrocknet.
Es wurden 210 g Bis-(p-bromphenyl)-essigsäure mit einem Schmelzpunkt
von 184°C erhalten (Ausbeute 56%). .
Das so erhaltene Produkt, d.h. die Bis-(p-bromphenyl)-essigsaure,
wurde durch folgende Arbeitsweise irr das erwünschte Endprodukt,
d.h. die 4,4"-Dibrombenzilsäure, übergeführt:
In einen 750 ml-Kolben wurden 185 g Bis-(p-bromphenyl)-essigsäure
(0s5 MoI)5 100 ml Tetrachlorkohlenstoff und 82,5 g Phosphor-,
trichlorid (0,6 Mol) gegeben. Das Gemisch wirde unter RUhren bis
zum gelinden Sieden am Rückfluss (72°C) -erhitzt. Während eines Zeitraumes von 40 Minuten wurden 192 g (1,2 Mol) Brom hinzugefügt, und
das Gemisch wurde gerührt und während 12 Stunden am Rückfluss erhitzt.
" Dann wurden während 10 Minuten 200 ml Wasser hinzugegeben, und die
Lösung wurde auf 400C abgekühlt. Die Reaktionsmasse-wurde in einen
2,5-Liter-Sulfierkolben übergeführt, und unter Rühren wurden 813 g
Natriumhydroxid (30%) innerhalb von 15 Minuten zugefügt (es tritt:
exotherme Reaktion ein). Das Reaktionsgemiscli wurde am Rückfluss erhitzt
und der Tetrachlorkohlenstoff abdestilliert. Auf der Lösung bildete sich Schaum,, der jedoch verschwand, als der gesamte Tetrachlorkohlenstoff
entfernt worden war» Das Reaktionsgemisch wurde während einer weiteren Stunde unter RUhren am Rückfluss erhitzt,
wobei das Natriumsalz der 4,4''-Dibronibenzilsäiire ausfiel. Das
Salz wurde abfiltriert. Das Natrium-4,.48 -Dibrombenzilat .wurde
in 300 ml Wasser gelöst und in einen 2,5-Liter-Sulfierkolben einge-
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fUllt, zu dem dann noch 500 ml Toluol gegeben wurden. Diese Lösung
wurde dann auf eine Temperatur von 1000C während eines Zeitraumes
von 30 Minuten erhitzt. Hierzu wurden unter kräftigem Rühren 100 g
HCl (30%) hinzugefügt. Anfänglich fiel die freie Säure aus, löste
sich dann aber im Toluol (Volumen 1460 ml) auf. Als vollständige
Lösung eingetreten war, wurde die wässrige Phase abgetrennt und das
Toluol dreimal mit je 150 ml heissem Wasser gewaschen.
Die Toluol-Lösung wurde zur Trockene eingedampft und das Produkt
im Ofen getrocknet. Es wurden 191 g eines leicht gelblichen Produktes, d.h. 4,4'-Dibrombenzilsäure, mit einem Schmelzpunkt von
1000G erhalten.
(Analyse: KOCH3-Titration 96,6%
Brom (Wurtz) 98,4%)
Das Zwischenprodukt Bis-(p-bromphenyl)-bromacetylbromid konnte isolierl werden durch Verdünnen des Bromierungsgemiscb.es mit Tetrachlorkohlenstoff
und aufeinanderfolgendes Auswaschen bei O0C mit
Bisulfit-Lösung, Soda-Lösung und Wasser. Die so behandelte Lösung
wurde konzentriert und das Produkt durch Auskristallisieren erhalten.
Das Produkt besitzt einen Schmelzpunkt von 115°C, die Elementaranalyse
sowie die IR- und NiIR-Spektren beweisen die angegebene Molekularstruktur.
Die wie oben angegeben erhaltene 4,4'-Dibrombenzilsäure kann
mit p-Toluolsulfonsäure und Isopropanol in Toluol unter Bildung des
entsprechenden Isopropylesters verestert werden.
Die Veresterung.kann auch in Isopropanol mit HCl-Gas und anschliessendem
Umkristallisieren aus Petroläther vorgenommen werden.
Entsprechend der im Beispiel 1 beschriebenen Arbeitsweise mit
der Abwandlung, dass Chlorbenzol als Ausgangsmaterial verwendet und das Zwischenprodukt Bis-(chlorphenyl)-essigsäure chloriert worden
ist, wurde die entsprechende 4,4'-Dichlorbenzilsäureerhalten.
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— O -
Es wurden 61,2 g Glyoxylsäure-äthylester *) (50%) zusammen mit
105 g Brombenzol in einen mit mechanischem Trichter, Thermormeter Iropftrichter
ausgestatteten 500-ml-Dreihalskolben gegeben. Zu dem gut gerührten und gekühlten Gemsich wurden während eines Zeitraumes von
zwei Stunden 400 g Schwefelsäure (100%, Monohydrat) in der Weise hinzugefügt,
dass die Temperatur zwischen 0 und 50C gehalten werden
konnte. Nach Beendigung des Zusatzes liess man das Reaktionsgemisch
sich auf Umgebungstemperatur erwärmen, und dann wurde das Gemisch weitere 16 Stunden lang gerührt. Die beige-farbene Suspension wurde
auf ein Gemisch aus 600 g zerstossenem Eis und 120 g Natriumchlorid
gegossen. Das Wasser wurde abdekantiert und der Rückstand in 150 ml
Aethanol gelöst. Zu dieser Lösung wurden 500 ml Natriumhydroxyd (10%) zugesetzt, und das Gemisch wurde während 2 Stunden am Sieden gehalten.
Nach dieser Zeit war der Alkohol entfernt und der Ester hydrolysiert. Das Gemisch wurde dann mit Salzsäure (10%) gegen Kongorot angesäuert
und dann mit Natriumchlorid gesättigt. Die wässrige Lösung wurde'
abdekantiert,und der Rückstand wurde aus Aethanol umkristallisiert.
Es wurde die Bis-(p-bromphenyl)-essigsäure in einer Ausbeute von
48 g erhalten.
*) D.er Glyoxylsäure-äthylester wurde hergestellt aus Weinsäure-diäthylester
und Bleitetraacetat nach derin Org, Synth.Coil. , VoI IV·, 124, beschriebenen Arbeitsweise. *
65 g Diisopropoxy-isopropylacetat".**) und 105 g Brombenzol
wurden in einem 500-ml-Dreihalsrundkolben vermischt, der mit einem
mechanischen Rührer, Thermometer und Tropftrichter ausgestattet war.
Zu dem gut gerührten und gekühlten Gemisch wurden während eines Zeitraumes
von 1,5 Stunden 400 g Schwefelsäure (100% } Monohydrat) hinzugefügt.
Nach dem Zusatz wurde das Gemisch zur Erwärmung stehen gelassen und weitere 16 Stunden lang bei Umgebungstemperatur gerührt.
Die rote Reaktionsmasse wurde dann auf gestossenes Eis gegossen und mit Natriumchlorid gesättigt. Die wässrige Lösung wurde abdekantiert,
der Rückstand in 200 ml Äethanol gelöst und durch zweistündiges Sieden
mit 500 ml Natriumhydroxid (10%)hydrolysiert, wobei der Alkohol verdampfte.
Die Lösung wurde dann gegen Kongorot mit Salzsäure (10%)
angesäuert und mit Natriumchlorid gesättigt. Die wässrige Lösung wurde abdekantiert und der Rückstand aus Äethanol umkristallisiert.
In einer Ausbeute von 14 g wurde Bis-(p-bromphenyl)-essigsäure
erhalten, \ ■
Gemäss der in Beispiel 1 vorstehend beschriebenen Arbeitsweise,
mit der Abwandlung(dass die Chlorsulfonsäure in der ersten Umsetzungsstufe
durch Schwefelsäure ersetzt worden war, wurde in einer Ausbeute, die derjenigen nach Beispiel 1 vergleichbar war, das erwünschte
Zwischenprodukt, d.h. Bis-(p-bromphenyl)-essigsäure, erhalten.
**) Das Diisopropoxy-isopropyl-acetat wurde hergestellt durch Rückflusskochen von Glyoxylsäure, Isopropanol,
■ Benzol und einer kleinen Menge konzentrierter Salzsäure und anschliessende Entfernung des Wassersaus
dem Reaktionsgemisch durch azeotrope Destillation.
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Claims (4)
- JLAJ! s p R ti cVerfahren zur Herstellung einer Benzilsäureverbindung der Formelin der R, Wasserstoff, Fluor, Chlor, Brom, Jod, Alkyl oder Alkoxy bedeutet, dadurch gekennzeichnet, dass man ein Benzol der Formelin der R^ die oben angegebene Bedeutung hats mit Glyoxylsäure oder einem Derivat derselben in Gegenwart von Halogensulfonsäure, Schwefelsäure oder Oleum zu eimer Bis-phenylessigsäure der Formelin der R-. oben angegebene Bedeutung hat, umsetzt, die erhaltene Bis» phenylessigsäure zu dem entsprechenden Bis-phenyl-a-halogen-aeetylhalogenid halogeniert und dieses in Gegenwart basischer Verbindungen hydrolisiert.
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man als Benzol der Formel H \_Jl,'ein Halogenbenzole vorzugsweiseBrombenzol oder Chlorbenzol, verwendet.
- 3> Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man zur Herstellung von 4,4*-Dibrom- bzw. 4,4'-Dichlorbenzilsaure die
Bis-(p-bromphenyl)- bzw. Bis-(p-Chlorphenyl)-essigsaure zum Bis-(pbromphenyl) - bromacetyl-bromid bzw. Bis-Cp-chjlorphenyl)-chloracetylchlorid bromiert bzw. chloriert und anschliessend hydrolysiert. - 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man als Derivat der Glyoxylsäure Glyoxylsäureäthylester oder Diisopropoxyisopropyl-acetat verwendet.1<Ι9βσ8/'2233--
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