DE2240257C3 - Verfahren zur Herstellung eines optisch aktiven Alkylchrysanthemats - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines optisch aktiven Alkylchrysanthemats durch Umsetzung von Diazoessigsäurealkylestern mit 2,5-Dimcthyl-2.4-hexadien mit Hilfe von optisch aktiven Kupferkatalysatoren.

Chrysanthemummonocarbonsäure ist ein wichtiges Ausgangsmaterial für synthetische Pvrethroide, die wirksame Insektizide sind. Von den vier Stereoisomeren der Chrysanthemummonocarbonsäure, nämlich den zwei geometrischen eis- und trans-lsomcren, von denen jedes ein optisches d- und 1-Isonieres einschließt, sind die von der d-trans und d-cis Chrysanthemummonocarbonsäure abgeleiteten Pyrethroide als besonders wirksame Insektizide bekannt. Auch die natürlich vorkommende Chrysanthemummonocarbonsäure besitzt bekanntlich d-trans-Struktur.

Es sind zwei industrielle Methoden zur Gewinnung einer optisch aktiven Chrysanthemummonocarbonsäure möglich, von denen die eine darin besteht, zuerst ein racemisches Gemisch zu synthetisieren und dieses dann einer optischen Aufspaltung zu unterwerfen, während die andere Methode in der direkten asymmeirischen Synthese besteht. Dem Fachmann sind /ahlreiche Verfahren des zuerst genannten Typs der optischen Aufspaltung bekannt, wobei die d- und die I-Verbindung zu gleichen Teilen anfallen, so daß die Ausbeute an cl-Verbindung naturgemäß niemals 50% übersteigt und in der Praxis natürlich wesentlich niedriger liegt. Als nachteilig erweist sich dabei auch der durch /ahlreiche Verfahrensstufen und kostspielige Reagenzien bedingte hohe Zeit- und Kostenaufwand.

Auch Methoden des /weiten Typs, nämlich asymmetrische Syntheseverfahren, sind bereits bekannt, mit deren Hilfe Cyclopropanverbindurigen aus Diazoverbindungen. /. H. Dia/oesMgsäurealkylestern. und 2.5-Dimethyl -JA -hci.idien unter Verwendung von Kiipfcrk.H.iKs,ilotL'n herstellbar sind. Auch die Verwendung von Kupferkomplexen, die einen oder mehrere Chiralliganden enthalten, ist bereits bekannt, allerdings nicht zur Synthese von Chrysanthemummonocarbonsäurealkylesiern. Diese bekannten Verfahren erweisen sich jedoch für eine Durchführung in technischem Maßstab als völlig ungeeignet, da die erzielbaren Ausbeuten an optisch aktiver Verbindung äußerst gering sind. So werden z.B. gemäß J. Am. Chem. Soc, Bd.91 (1969), S. 1135-1140, Tetrahedron, Bd. 24 (l^⁶⁸)· S. 3655-3669, und J. D. M ο r r i s ο η u. a, Asymmetrie Organic Reactions (1971, S. 241-251 optisch aktive Cyclopropanderivate in optischen Ausbeuten von weit unter 10%, z. B. gemäß dem aus der angegebenen Druckschrift Tetrahedron bekannten Verfahren von etwa 5% und gemäß dem aus der angegebenen Druckschrift J. Am. Chem. Soc. bekannten Verfahren von 2,6 bis 6% erhalten.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein einfaches Verfahren zur Herstellung von optisch aktiven Alkylchrysanthcrnatcn anzugeben, das so hohe optische Ausbeuten liefert, daß es auch in technischem Maßstab in besonders vorteilhafter und wirtschaftlicher Weise durchführbar ist.

Das erfindungsgetnäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß man als Kupferkatalysator eine Verbindung von zweiwertigem Kupfer der allgemeinen Formel

Cu(A^#)₂

verwendet, worin A* eine anionische konjugierte Base darstellt, die von einer optisch aktiven Schiffschen Base abgeleitet ist, die durch Umsetzung von a,0-Diphenyläthylamin, «-Phenyl-ß-(p-tolyl)-äthylamin, a-(p-Tolyl)-/? phenyläthylamin oder a-Phenyl-/?-(p-chlorphenyl)-äthylamtn als chiralem primären Amin mit einem Salicylaldehydderivat hergestellt worden ist.

Als Salicylaldehyddenvate dienen in vorteilhafter Weise Salicylaldehyd, 3,5-DibromsalicyIaldehyd, o-Vanillin_: 2-Hydroxy-3-isopropyl-6-methylbenzaldehyd oder 2-Hydroxy-1-naphthaldehyd.

Durch die Erfindung wird erreicht, daß optisch aktive Alkylchrysanthemate in einem Schritt in ausgezeichneten Ausbeuten herstellbar sind ohne Beteiligung von lebenden Organismen. Die freie Chrysanthemummonocarbonsäure kann aus den erhaltenen Alkylchrysanthematen durch Hydrolyse leicht gewonnen werden.

Das erfindungsgemäQe Verfahren ist ohne Rücksicht darauf, ob der Kupferkomplex im reagierenden System löslich oder unlöslich ist, durchführbar. Der Katalysator kann durch ein geeignetes Verfahren zur wiederholten Verwendung wiedergewonnen und gereinigt werden.

Es gibt keine besondere Beschränkung bezüglich der Alkanolkomponenten des Diazoessigsäureesters, doch werden in der Regel niedere aliphatische Alkohole verwendet.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann in Gegenwart oder in Abwesenheit eines Lösungsmittels durchgeführt werden.

Die Reaktionstemperatur ist zwar nicht besonders begrenzt, doch erweist sich eine Temperatur zwischen -50 und 150° C normalerweise als günstig. In besonderen Fällen, wenn die Reaktion bei einer Temperatur unter dem Schmelzpunkt von 2,5-Dimcthyl-2,4-hexadien (15"C) durchgeführt wird, kann dem Reaktionssysiem ein geeignetes Lösungsmittel zugefügt werden. Alkylsubslitiiiertc Benzoldcrivatc wie Toluol sind in solchen Fällen als Lösungsmittel geeignet.

Die folgende Ucispiele erläutern die Erfindung.

Allgemein besteht eine unzweideutige Beziehung zwischen der absoluten Konfiguration der Substanz, die Asymmetrie hervorruft und der absoluten Konfiguration der Substanz, in der Asymmetrie hervorgerufen wird. Deshalb hat selbstverständlich bei Verwendung eines Kupferkomplexes mit einer der im folgenden angegebenen entgegengesetzten enantiomeren Struktur als Katalysator das resultierende Alkylchrysanthemat ebenfalls die entgegengesetzte enantiomere Struktur.

Von den folgenden Beispielen sind die Beispiele 1,4, 12, 13 und 14 zu Vergleichszwecken aufgenommen, um zu zeigen, daß dem erfindungsgemäß verwendbaren Katalysator chemisch sehr nahe verwandte Katalysatoren überraschenderweise zu weitaus schlechteren optischen Ausbeuten führen. So entspricht z. B. der im Vergleichsbeispiel 1 eingesetzte Katalysator dem aus Tetrahedron, Bd. 24 (1968), S. 3655-3669 bekannten Katalysator, der ei.ie optische Ausbeute von nur 6% ergibt, wohingegen die vergleichbaren crfindungsgemäß einsetzbaren Katalysatoren der Beispiele 15 bis 18 zu optischen Ausbeuten von etwa 22 bis 36% führen. Vergleichsbeispiel 4 ergibt ebenfalls eine optische Ausbeute von nur 5,7% und in den Vergleichsbeispielen 12 bis 14, zu deren Durchführung ähnliche Katalysatoren verwendet wurden, wie sie aus J. Am. Chem. Soc. 91 (1969), S. 1135- 1140 bekannt sind, werden optische Ausbeuten von sogar nur 0,1 bis 0,4% erhalten.

Beispiel 1
(Vergleichs!; iispiel)

0,40 g Bis-(N-«-phenäthylsaiicylaldiminato)-Kupfer mit R-Konfiguration wurde in /.2 g 2,5-Dimethyl-2,4-hexadien gelöst. Zu dieser Lösung wurde über einen Zeitraum von 5 Stunden eine Mischung von 21 g des obenerwähnten Diens und 10 g Diazoessigsäureäthylester tropfenweise bei 38-40⁰C zugegeben. Während dieser Zeit wurde die Reaktion unter gründlichem Rühren in Stickstoffatmosphäre durchgeführt Am Ende der Zugabe wurde die Entwicklung einer nahezu quantitativen Menge von Stickstoff beobachtet Aus dem Reaktionsgemisch wurde das nicht umgesetzte Dien abdestilliert und dann wurden 11,6g

(Ausbeute 67%) Äthylchrysanthemat durch Destillation unter vermindertem Druck isoliert Die gaschromatographische Analyse zeigte, daß das so erhaltene Äthylchrysanthemat eine Mischung von 58% trans und 42% eis-Verbindungen war. Das Gemisch zeigte eine

lu optische Drehung von «o= +1,05° (1 dm). Das durch Hydrolyse dieses Estergemisches gewonnene Chrysanthemummonocarbonsäuregemisch zeigte eine spezifische optische Drehung von [a]o= +3,16° (c= 10,8 g/ 100 inI Chloroform). Die optische Ausbeute betrug

π 6,0%.

Beispiele 2bis 11

In 11g 2,5-Dimethyl-2,4-hexadien wurde die in Tabelle 1 angegebene Menge des chiralen Kupferkom-

:ü p'excs gelöst. Zu der erhaltenen Lösung wurde über einen Zeitraum von 3 bis 5 Stunden ein Gemisch von 11 g des obengenannten Diens und 5,7 g Diazoessigsäureäthylester tropfenweise unter Rühren zugegeben. Bei Beginn der Zugabe wurde das Reaktionsgemisch

2~> einmal auf 60⁰C erhitzt, aber bei Einsetzen der Stickstoffgasentwicklung wurde das Gemisch auf die in Tabelle 1 gezeigte Reaktionstemperatur abgekühlt, bei welcher die Zugabe fortgesetzt wurde. Bei Ende der Zugabe wurde die Entwicklung einer annähernd

in quantitativen Menge Stickstoff beobachtet. Das Reaktiorsgtmisch wurde wie in Beispiel 1 weiterbehandelt, um ein Äthylchrysanthematgemisch und dann ein Gemisch von freier Chrysanihemummonocarbonsäure zu erhalten. Die Ausbeute an Ester mit Berücksichti-

|-| gung von Diazoessigsäureäthylester, das Verhältnis von trans/cis- Ester, die optische Drehung der Ester und die spezifische optische Drehung der freien Chrysanthemummonocarbonsäure sowie deren Kv-inzahlen sind zusammen mit der optischen Ausbeute in Tabelle 1

in aufgeführt.

Tabelle

Bei	Chiralligand	C'hiralcr	Reak-	Gemisch	von Athvlchrvsan-	(I dm)	Gemisch w>n freier Chrv	Ig/1(10 ml)	■santhem-
spiel		Kupfer-	lions-	thermit		monocarhonsiiure
		Komplex	lenip.	Ausheule	Irans/ «;i	M/,	Oplische
					eis	(hloro-	Ausheute
						l'i.irni
	(Λ*ΙΙ)		( ( I

	Salicylidcn-( + )-	0,35	30	66
	i/-phenyl-//-(p-tc)lyl )-
	iithylamin
3	wie oben	1,75	20	64
4	Salieylidcn-( + )-	0,30	20	46
(Yertil.)	(HI-niiphlhyD-iilhyl-
	amin
5	Snlieylidcn-( (-)-	0,37	3(1	49
	i/-phcnyl-/y-(|i-chloro-
	phcnyD-iilhyliiniin
U	(3,5-I)ibrom-sa-	0.62	3(1	59
	licylidenH t )-
	i/-phenyl-/y-(p-tolyD-
	älhvhiniin

57/43 3.00 X.64' K)X

16.3

55/45 4.00° I 1,5 Γ 9.13 21.2

65/35 f0.7P t 2.75" 9.30 5.7

60/40 1,¹H" 7.I⁷ 9.76 14.0

5K/42 2.?{)" X. I I 5.39 I5.S

Fortsetzung

Beispiel

Chiralligand

(A⁺H)

Chiraler Reak- Gemisch von Äthylchrysan- Gemisch von freier Chrysanthem-

Kupfer- tions- themat

Komplex temp. _{Ausbeute trans/ ffß}

(B)

(1 dm)

monocarbonsäure	(g/100	ml)	Optische
			Ausbeute
Chloro
form		%

7	(3-Methoxysalicyli-	0,75	20	55
	denH+J-ff-phenyl-
	Xp-tolyl)-äthyl-
	amin
8	(3-Isopropyi-o-me-	0,75	20	58
	thylsalicyliden)-(+)-
	ir-phenyl-jS-(p-tolyl)-
	äthylamin
9	(2-Hydroxynaphthyl-	1,00	20	50
	(D-methylenH+)-
	ff-phenyl-jS-(p-tolyl)-
	äthylamin
!0	Salicylidenf-)-«,/?-	0,83	24	67
	diphenyl-äthylamin
11	Salicyliden(-)-fl-(p-	0,89	24	67
	tolyl)-jS-phenyl-
	äthylamin
	Beispiele 12 bis 14
	(Vergleichsbeispiele)

Zu einem Gemisch von 5,5 g 2,5-Dimethyl-2,4-hexadien und der in Tabelle 2 gezeigten Menge an chiralem Kupferkomplex wurde über einen Zeitraum von 3 bis 4 Stunden ein Gemisch von 5,5 g des obengenannten Diens und 2,85 g Diazoessigsäureäthylester tropfen-

Tubelle 2

55/45 -3,13° - 9,35° 5,10 17,2

58/42 -3,22° - 9,92° 5,27 18,9

58/42 -3,15° - 9,57° 5,12 18,2

57/43 +3,36° + 9,64° 5,30 18,2

55/45 +3,54° + 9,94° 4,88 18,3

weise zugefügt. Das Reaktionsgemisch wurde zuerst bis zu der in Tabelle 2 gezeigten Ausgangstemperatur erhitzt, aber dann nach Einsetzen der Stickstoffgasentwicklung auf die in Tabelle 2 gezeigte Reaktionstemperatur abgekühlt. Die Zugabe wurde bei dieser Temperatur fortgesetzt. Danach wurde das Reaktionsgemisch wie in Beispiel 1 behandelt, wobei die in Tabelle 2 aufgeführten Ergebnisse erhalten wurden.

Bei	Chiraler	Ausgangs-	Reak-	Gemisch	von Äthylcnchrysan-	(I dm)	Gemisch	von freier Chrvsanthem-	c Optische
spiel	Kupfer-Komplex	lemp.	tions-	themai.		monocarbonsäure	Ausbeute
			tcmp.	Chem.	trans/ α ρ	M/>
				Ausbeute	eis	Chloro	(g/100 ml) (%)
						form
		( ( )	( < )	(%)

12 Tri-(-)-Mcnthyl- 38 20 36 phosphit-Kupfer-

monochlorid
(0,166 g)

13 Bis-/Tri-(-)-Mcn- 60 20 30 thylphosphit/

Kupfermonochlorid
(0,455 g)

14 Tri-(-)-Isobornyl- 50 20 34 phosphit-Kupfcr-

monochlond
(0.30 g)

Beispiele 15 bis 18

Zu einer Lösung von Bis-(R)-N-('vF⁾henyl-/?-(p-to-IyI)-äthylj-salicyhildiminalokiipfer, gelöst in einer Mischung von 2,5'[>!inethyl-2.4-hcxadicn und Toluol, wurde über einen in der Tabelle 3 gezeigten Zeitraum

65/35 -0,08° -0.04° 4,72 0,1

65/35 -0,64° -0,10° 4,84 0,2

66/34 -0.54° -0,19° 4,31 0,4

ein Gemisch des obenerwähnten Diens, sowie von Diazoessigsäurcäthylcstcr und Toluol tropfenweise zugefügt. Beim Beginn der Zugabe wurde das Reaktionssystem einmal auf 60"C erhitzt, aber nach Hinsetzen der .Stickstoffgasentwicklung wurde das Erhitzen beendet und das Reaktionssvstern auf die in

Tabelle 3 gezeigte Reaktionstemperatur abgekühlt, bei der die Zugabe fortgesetzt wurde. Nach dem Ende der Zugabe wurde das Reaktionssystem bis zum Ende der Gasentwicklung bei dieser Temperatur gehalten. Die Reaktion wurde unter gründlichem Rühren in Stickstoffatmosphäre durchgeführt. In jedem Beispiel wurden gleiche Mengen des Diens sowohl in der Katalysatorlösung als auch in der Diazoacetatlösung verwendet. Das rtiolare Verhältnis von Diazoessigsäureäthylester zu dem Dien der Diazoacetatlösung wurde durchweg auf I : 2 festgelegt. Das Gewichtsverhältnis von Toluol zu dem Dien in der Katalysatorlösung wurde in den Beispielen 15 bis 18 auf 0; 1; 1 und 4 festgesetzt. Die Menge von Toluol in der Diazoacetatlösung war 0; 0; 0 und Ί im Gewichtsverhältnis zu dem Dien. Die Gesamtverfahrensweise der Reaktion in jedem Beispiel ist in Tabelle 3 durch die Menge des verwendeten

Tabelle 3

Diazoacetats gezeigt. Das molare Verhältnis de: Kupferkomplexes zum Diazoacetat war 0.05.

Nach dem Ende der Reaktion wurden nich umgesetztes Dien und Toluol unter verminderterr Druck aus dem Reaktionsgemisch abdestilliert, worau das erhaltene Äthylchrysanthemat unter weiter vermin dertem Druck abdestilliert wurde.

Der so gewonnene Ester war ein Gemisch von eis und trans-Verbindungen, deren durch gaschromato graphische Analyse bestimmtes Mischungsverhältnis ir Tabelle 3 gezeigt ist. Der Ester wurde nach Hydrolyse durch Destillation gereinigt, um ein Gemisch von freiei Chrysanthemummonocarbonsäurc zu erhalten. Die optische Drehung von Ester und freier Säure und die Kennzahlen sind in Tabelle 3 gezeigt, ebenso die optische Ausbeute.

Hei- Äthyl- Reak- Zeilraum (ionisch von Athvkhrysanlhemal Gemisch von freier

spiel diazo- tions- der (hrysanthem-

acetat lemp Zugabe iminocarbonsäure

Ausbeute trans/ H₁₁ I«!,, r Optische

eis Chloroform Ausbeute

(μ) ((I (Stil.) (¹M (I ilm) (g/100 ml) (%)

15	2,85	10	4,5
16	2,85	-10	4.5
17	5,70	-Kl	18
IS	5,70	-30	13

52/48	+ 4.37°	+ 12,52°	5,03	22,3
51/49	+ 6.23°	+ 16,53°	1.70	29,1
52/48	+ 6.37°	+ 17,31°	4,61	31,4
50/50	+ 8.39°	+■20,55°	3,26	35,8

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung eines optisch aktiven Alkylchrysanthemats durch Umsetzung von Diazoessigsäurealkylestern mit 2,5-Dimethyl-2,4-hexadien mit Hilfe von optisch aktiven Kupferkatalysatoren, dadurch gekennzeichnet, daß man als Kupferkatalysator eine Verbindung von zweiwertigem Kupfer der allgemeinen Formel

Cu(A*)₂

verwendet, worin A* eine anionische konjugierte Base darstellt, die von einer optisch aktiven Schiffschen Base abgeleitet ist, die durch Umset- π zung von «^-Diphenyläthylamin, «-Phenyl-/?-(p-tolyl)-äthylamin, a-(p-Tolyl)-j3-phenyläthylamin oder «-Phenyl-/J-(p-chlorphenyl)-äthylamin als chiralem primärem Amin mit einem Salicylaldehydderivat

Hergestellt Wufucn iSi. -^::

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ais

Salicylaldehydderivat Salicylaldehyd,
3,5-Dibromsalicylaldehyd, o-Vanillin,
2-Hydroxy-3-isopropyl-6-methylbenz- r>

aldehyd oder 2-Hydroxy-1-naphthaldehyd
verwendet worden ist.