DE2108926B2 - Process for the preparation of 3-acyl-4-hydroxy-buten (2) acid lactones - Google Patents

Process for the preparation of 3-acyl-4-hydroxy-buten (2) acid lactones

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Description

R3 R 3

R4 R 4

worin R1, R2, R3 und R4 jeweils ein Wasserstoffatom oder einen Alkylrest mit 1 bis 7 Kohlenstoffatomen bedeuten, dadurch gekennzeichnet, daß man eine «-Oxo-carbonsäure der allgemeinen Formelin which R 1 , R 2 , R 3 and R 4 each denote a hydrogen atom or an alkyl radical having 1 to 7 carbon atoms, characterized in that an -oxo-carboxylic acid of the general formula

R1—C—COOHR 1 -C COOH

Il οIl ο

(D(D

R3 R 3

R4 R 4

H R2 HR 2

C=C-C=OC = C-C = O

(U)(U)

worin R1, R2, R3 und R4 die vorgenannte Bedeutung besitzen, ohne Verwendung eines Katalysators bei Temperaturen zwischen 40 und 200° C umsetztwherein R 1 , R 2 , R 3 and R 4 have the aforementioned meaning, reacts at temperatures between 40 and 200 ° C. without using a catalyst

Bromwasserstoff (Houben-Weyl, Methoden der organischen Chemie, Band VI/2,4. Auflage [1963J Seiten 658, 712 ff).Hydrogen bromide (Houben-Weyl, methods of organic Chemistry, Volume VI / 2.4. Edition [1963J pages 658, 712 ff).

Es wurde nun gefunden, daß man 3-Acyl-4-hydroxybuten-{2)-säurelactone der allgemeinen FormelIt has now been found that 3-acyl-4-hydroxybutene (2) acid lactones the general formula

mit einer «^-ungesättigten Carbonylverbindung der allgemeinen Formelwith a «^ -unsaturated carbonyl compound of the general formula

Es ist aus Houben-Weyl, Methoden der organischen Chemie, 4. Auflage Band 7/1 (1954), Seiten 85 ff und Organic Reactions, Band 16, Seiten 15 ff (John Wiley & Sons, Inc., New York 1968) bekannt, daß «,/^-ungesättigte Aldehyde oder Ketone, die am ^-Kohlenstoffatom mindestens zwei Wasserstoffatome tragen, unter dem Einfluß eines basischen Katalysators mit Aldehyden eine Aldolreaktion eingehen. Die Kondensation findet an der y-Stellung statt, die der Doppelbindung benachbart ist. Bei den Ketonen ergibt sich noch die zusätzliche Möglichkeit eines Angriffes an dem zweiten «-Kohlenstoffatom zur Ketogruppe, wenn es mindestens zwei Wasserstoffatome trägt. Man erhält in meist unbefriedigenden Ausbeuten Polyen-Carbonylverbindi'r.gcn, die wiederum rnaii dem gleichen Reaktionsprinzip weiterreagieren können. Je nach Konstitution der Ausgangsstoffe erhält man häufig schwer trennbare Gemische verschiedener Komponenten, außerdem treten Polymerisation oder Verharzungen als Nebenreaktionen auf.It is known from Houben-Weyl, Methods of Organic Chemistry, 4th Edition Volume 7/1 (1954), pages 85 ff and Organic Reactions, Volume 16, pages 15 ff (John Wiley & Sons, Inc., New York 1968) that «, / ^ - unsaturated aldehydes or ketones which carry at least two hydrogen atoms on the ^ carbon atom enter into an aldol reaction with aldehydes under the influence of a basic catalyst. The condensation takes place at the y position which is adjacent to the double bond. In the case of ketones, there is the additional possibility of attack on the second carbon atom to the keto group if it bears at least two hydrogen atoms. Polyene -carbonyl compounds are obtained in mostly unsatisfactory yields, which in turn can continue to react using the same reaction principle. Depending on the constitution of the starting materials, mixtures of different components that are difficult to separate are often obtained, and polymerization or resinification also occurs as side reactions.

4-Hydroxy-buten-(2)-säurelactone wurden bisher nur auf umständlichem, mehrstufigem und unwirtschaftlichem Wege hergestellt, z. B. ausgehend von 3-Chlorpropandiol-(l,2) und Kaliumcyanid oder durch Umsetzung von 2,3-Epoxy-butansäureestern mit Eisessig und R2-C4-Hydroxy-butene (2) acid lactones have so far only been produced in a cumbersome, multi-stage and uneconomical way, e.g. B. starting from 3-chloropropanediol (l, 2) and potassium cyanide or by reacting 2,3-epoxy-butanoic acid esters with glacial acetic acid and R 2 -C

R'R '

C =
C
C =
C.

R3 R 3

\n/\ n /

= C= C

I cI. c

(III)(III)

o/ χo / χ

R4 R 4

worin R1, R2, R3 und R4 jeweils ein Wasserstoffatom oder einen Alkylrest mit 1 bis 7 Kohlenstoffatomen bedeuten, in vorteilhafter Weise dadurch erhält, wenn man eine «-Oxo-carbonsäure der allgemeinen Formelin which R 1 , R 2 , R 3 and R 4 each represent a hydrogen atom or an alkyl radical having 1 to 7 carbon atoms, advantageously obtained by using an -oxocarboxylic acid of the general formula

R1—C-COOHR 1 -C-COOH

mit einer «,^-ungesättigten Carbonylverbindung der allgemeinen Formelwith a «, ^ - unsaturated carbonyl compound of general formula

R3 R 3

R4 R 4

H R2 HR 2

I II I

C-C-C = IC-C-C = I.

(H)(H)

worin R1, R2, R3 und R4 die vorgenannte Bedeutung besitzen, ohne Verwendung eines Katalysators bei Temperaturen zwischen 40 und 200° C umsetzt.wherein R 1 , R 2 , R 3 and R 4 have the aforementioned meaning, reacts at temperatures between 40 and 200 ° C. without using a catalyst.

Die Umsetzung wird für den Fall der Verwendung von Crotonaldehyd und Glyoxylsäure durch die folgende Reaktionsgleichung veranschaulicht.The implementation is carried out for the case of the use of crotonaldehyde and glyoxylic acid the following reaction equation is illustrated.

OHCOHC

OHC-CHOHC-CH

OCH -H,OOCH -H, O

H1C-CH HOOCH 1 C-CH HOOC

so Im Hinblick auf die bekannten Verfahren liefert das erfindungsgemäße Verfahren überraschend 3-Acyl-4-hydroxy-buten-(2)-säurelactone («-Butenolide) auf einfacherem und wirtschaftlicherem Wege in besserer Ausbeute und Reinheit. Die Carbonylgruppe der «-Oxocarbonsäure reagiert mit der «-Stellung der Carbonylverbindung, was nach dem Stand der Technik nicht zu erwarten war. Da beide Ausgangsstoffe poiytunktionell sind, mußte angenommen werden, daß im Reaktionsgemisch verschiedene Reaktionen neben-With regard to the known processes, the process according to the invention surprisingly yields 3-acyl-4-hydroxy-buten (2) acid lactones («-Butenolide) in a simpler and more economical way in better yield and purity. The carbonyl group of «-Oxocarboxylic acid reacts with the« position of the carbonyl compound, which is according to the state of the art was not to be expected. Since both starting materials are polyfunctional, it had to be assumed that various reactions in the reaction mixture

bo einander auftreten würden, z. B. Aldolisierung der Carbonylverbindung, Bildung von Polyen-Carbonylverbindungen, Diels-Alder-Reaktionen, und man entsprechend Gemische unterschiedlicher Endstoffe erhalten würde. Das erfindungsgemäße Verfahren ist daher mitbo would occur to each other, e.g. B. Aldolization of the Carbonyl compound, formation of polyene carbonyl compounds, Diels-Alder reactions, and one accordingly Mixtures of different end products would be obtained. The inventive method is therefore with

b5 seinen vorteilhaften Ergebnissen überraschend.b5 surprising its favorable results.

Die Ausgangsstoffe können in stöchiometrischen Mengen oder im Überschuß, vorzugsweise in einem Verhältnis von 1 bis 5 Mol des einen Ausgangsstoffs zu 1The starting materials can be used in stoichiometric amounts or in excess, preferably in one Ratio of 1 to 5 moles of one starting material to 1

Mol des anderen Ausgangsstoffs, verwendet werden.Moles of the other starting material.

Geeignet« «-Qxo-carbonsäuren sind z. B.: Glyoxylsäure, Brenztraubensäure, Isobutylglyoxylsäure.Suitable «« -Qxo-carboxylic acids are z. E.g .: glyoxylic acid, pyruvic acid, isobutylglyoxylic acid.

Geeignete «^-ungesättigte Carbonylverbindungen sind beispielsweise Acrolein, Crotonaldehyd, Dimethylacrolein; Methylvinylketon, Pent-3-en-2-on, Mesityloxid.Suitable "^ -unsaturated carbonyl compounds are, for example, acrolein, crotonaldehyde, dimethylacrolein; Methyl vinyl ketone, pent-3-en-2-one, mesityl oxide.

Ein überraschender Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht ferner darin, daß eine Verwendung von Katalysatoren nicht notwendig istAnother surprising advantage of the process according to the invention is that it can be used of catalysts is not necessary

Die Reaktion wird im allgemeinen drucklos oder unter Druck, vorteilhafterweise unter dem sich bei der Reaktionstemperatur einstellenden Druck des Reaktionsgemisches, kontinuierlich oder diskontinuierlich durchgeführt Vorzugsweise wird bei Temperaturen zwischen 80 und 1300C gearbeitet Gegebenenfalls verwendet man unter den Reaktionsbedingungen ine: te Lösungsmittel, wie Wasser; aliphatische Äther, wie Diäthyläther; aromatische Kohlenwasserstoffe, wie Benzol, Toluol; Halogenkohlenwasserstoffe, wie Trichloräthylen; Ester, wie Essigsäureäthylester; oder entsprechende Gemische. Das Lösungsmittel kommt zweckmäßigerweise in einer Menge von 1 bis 5 Gew.-%, bezogen auf die Λ-Oxo-carbonsäure, in Frage.The reaction is generally carried out without pressure or under pressure, advantageously under the pressure of the reaction mixture established at the reaction temperature, continuously or batchwise, preferably at temperatures between 80 and 130 ° C. If appropriate, a solvent such as water is used under the reaction conditions ; aliphatic ethers such as diethyl ether; aromatic hydrocarbons such as benzene, toluene; Halogenated hydrocarbons such as trichlorethylene; Esters, such as ethyl acetate; or corresponding mixtures. The solvent is expediently used in an amount of 1 to 5% by weight, based on the Λ-oxocarboxylic acid.

Im allgemeinen wird die Reaktion wie folgt durchgeführt: Ein Gemisch der Ausgangsstoffe, gegebenenfalls zusammen mit einem Lösungsmittel, wird während 2 bis 4 Stunden bei der Reaktionstemperatur gehalten. Zweckmäßigerweise setzt man dem Ausgangsgemisch einen die ungesättigte Carbonylverbindung stabilisierenden Stoff, z. B. Hydrochinon, zu. Man kann auch zu Beginn der Reaktion einen der Ausgangsstoffe dem Restgemisch während 15 bis 45 Minuten zusetzen. Wenn der Siedebereich des Gemisches über 1000C liegt kann das Reaktionswasser aus dem Gleichgewicht bei Normaldruck oder auch im Vakuum abdestilliert wenden. Das Wasser kann ebenfalls durch azeotrope Destillation mit einer Zusatzkomponente, z. B. Benzol, entfernt werden. Bei kontinuierlichem Betrieb wird das Ausgangs^emisch zweckmäßigerweise bei der Reaktionstemperatur in den Reaktor eingeleitet und gleichzeitig das Reaktionsgemisch in eine Kolonne zur Destillation entspannt Aus dem Reaktionsgemisch wird dann das Verfahrensprodukt in üblicher Weise, z. B. durch Destillation oder Kristallisation, abgetrenntIn general, the reaction is carried out as follows: A mixture of the starting materials, optionally together with a solvent, is kept at the reaction temperature for 2 to 4 hours. Expediently, the starting mixture is given a substance which stabilizes the unsaturated carbonyl compound, e.g. B. hydroquinone, too. One of the starting materials can also be added to the remainder of the mixture over a period of 15 to 45 minutes at the beginning of the reaction. If the boiling range of the mixture is above 100 ° C., the water of reaction can be distilled off from equilibrium at normal pressure or in vacuo. The water can also be obtained by azeotropic distillation with an additional component, e.g. B. benzene, can be removed. In continuous operation, the starting ^ emisch is expediently introduced into the reactor at the reaction temperature and at the same time the reaction mixture is let down in a column for distillation. B. separated by distillation or crystallization

Ein Oberschuß an Ausgangsstoff kann entwederAn excess of starting material can either

durch Destillation oder im Falle einer a-Oxo-carbonsäuby distillation or in the case of an α-oxo-carboxylic acid re auch durch Extraktion mit Natriumbicarbonatlösungre also by extraction with sodium bicarbonate solution entfernt werden.removed.

Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren herstell-The manufacture according to the method according to the invention

baren Verfahrensprodukte sind wertvolle Ausgangsstoffe für die Herstellung von Lösungsmitteln, Farbstoffen, Kunststoffen, Anstrichmitteln, Pflanzenschutzmitteln, Riechstoffen und Kosmetika. Beispielsweise können durch Abspaltung der 3-Acylgruppe die inProcess products are valuable starting materials for the production of solvents, dyes, plastics, paints, pesticides, fragrances and cosmetics. For example can by splitting off the 3-acyl group in

is Ulimanns Encyklopädie der technischen Chemie, Band 14 (1963), Seiten 769 ff beschriebenen Lactone erhalten werden.is Ulimann's Encyclopedia of Technical Chemistry, Volume 14 (1963), pages 769 ff described lactones can be obtained.

In den folgenden Beispielen bedeuten Teile = Gewichtsteile.In the following examples, parts mean parts by weight.

Beispiel 1example 1

Zu 92 Teilen Glyoxylsäure-Hydrat (1 Mol) werden bei 800C innerhalb von 30 Minuten 70 Teile (1 Mol) Crotonaldehyd, stabilisiert mit 0,1 Gew.-% Hydrochi70 parts (1 mol) of crotonaldehyde, stabilized with 0.1% by weight of Hydrochi, are added to 92 parts of glyoxylic acid hydrate (1 mol) at 80 ° C. within 30 minutes non, unter Rühren portionsweise zugegeben. Das Reaktionsgemisch wird noch 1 V2 Stunden bei 1000C gehalten und dann destilliert Man erhält 93 Teile (74% der Theori;) 4-Methyl-3-formyl-4-hydroxy-buten-(2)-säurelacton vom Kp^-S 95 bis 97° C. Das Phenylhydra-non, added in portions with stirring. The reaction mixture is kept for 1 V2 hours at 100 0 C and then distilled to give 93 parts (74% of Theori) 4-methyl-3-formyl-4-hydroxy-butene (2) from -säurelacton Kp ^ - S 95 to 97 ° C. The phenylhydra-

so zonderivat dieser Verbindung schmilzt bei 183,5 bis 185°":.so zonderivat this compound melts at 183.5 to 185 ° ":.

Beispiel 2Example 2

Unter Rühren werden bei 8O0C zu 92 Teilen Glyoxylsäure-Hydrat-70 Teile Methylvinylketon innerhalb 45 Minuten portionsweise zugegeben. Man hält dann die Temperatur noch 15 Minuten bei 8O0C, 15 Minuten bei 95° C und erhöht dann auf 110° C. Nach weiteren 2 Stunden werden durch Destillation 89 Teile (71% der Theorie) 3-Acetyl-4-hydroxy-buten-(2)-säurelacton vom Kp3 121°C erhalten. Das Phenylhydrazon dieser Verbindung schmilzt bei 193,5 bis 1940C.With stirring, glyoxylic acid hydrate 70 parts of methyl vinyl ketone are added over 45 minutes in portions at 8O 0 C for 92 parts. The temperature is then still holds for 15 minutes at 8O 0 C, 15 minutes at 95 ° C and then increased to 110 ° C. After an additional 2 hours by distillation 89 parts (71% of theory) of 3-acetyl-4-hydroxy buten (2) acid lactone with a boiling point of 121 ° C. The phenylhydrazone of this compound melts at 193.5 to 194 ° C.

Claims (1)

Patentanspruch:Claim: Verfahren zur Herstellung von 3-Acyl-4-hydroxybuten-(2)-säurelactonen ler allgemeinen FormelProcess for the preparation of 3-acyl-4-hydroxybutene- (2) -acid lactones ler general formula IlIl R2—C R1 R 2 -CR 1 C=CC = C I II I C CC C (III)(III)
DE19712108926 1971-02-25 1971-02-25 Process for the preparation of 3-acyl-4-hydroxy-buten- (2) -saurelactonen Expired DE2108926C3 (en)

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