DE2310185A1

DE2310185A1 - Verfahren zur herstellung von isoxazol

Info

Publication number: DE2310185A1
Application number: DE19732310185
Authority: DE
Inventors: Hans-Juergen D Quadbeck-Seeger; Dieter Dipl-Chem Dr Schneider; Willibald Dipl-Che Schoenleben
Original assignee: BASF SE
Current assignee: BASF SE
Priority date: 1973-03-01
Filing date: 1973-03-01
Publication date: 1974-09-05
Also published as: US3923825A; FR2219948B3; FR2219948A1; BE811755A; IT1009611B; CH588477A5; GB1451010A; JPS49134673A

Description

Badische Anilin- & Sode-Fabrik AG

Unser Zeichen: 0.Z.29 737 WB/Be 67OO Ludwigshafen, 27.2.1973

Verfahren zur Herstellung von Isoxazol

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Isoxazol durch Umsetzung von Vinyläthern mit einem Säurehalogenid und einem Formamid und Umsetzung des so erhaltenen Reaktionsgemischs mit Hydroxylamin.

Isoxazol kann durch Umsetzung von Malondialdehyd-diacetat mit Hydroxylaminhydrochlorid hergestellt werden (Gazz. chim. ital.J^, Jk (1955)). Als Ausgangsstoffe für die Herstellung von Isoxazol und seinen Derivaten eignen sich auch Propargylaldehyd (Chem. Ber. ^6, 3665 (1903))» Acylacetylenverbindungen (Compt. rend. 137» 795 (1903)) oder Dimethylaminoacroleine (Chem. Ber. <£, 1210 (i960),). Die Isolierung des Isoxazols erfolgt über den schwerlöslichen Cadmium-Komplex.

Es wurde nun gefunden, daß man Isoxazol vorteilhaft erhält, wenn man in einer ersten Stufe Vinyläther der Formel

R₁-O-CH=CH₂ I,

in der R₁ einen aliphatischen Rest bedeutet, mit einem Säurehalogenid der phosphorigen Säure, Phosphorsäure, Kohlensäure, Oxalsäure, schwefligen Säure oder Schwefelsäure und einem Formamid der Formel

II,

in der R₂ und R, gleich oder verschieden sein können und jeweils einen aliphatischen oder aromatischen Rest bedeuten, oder R₂ und R-, zusammen mit dem benachbarten Stickstoffatom Glieder eines heterocyclischen Ringes bezeichnen, umsetzt und

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in einer zweiten Stufe das so gebildete Reaktionsgemisch mit Hydroxylamin umsetzt.

Die Umsetzung läßt sich für den Fall der Verwendung von Vinyläthylather, Dimethylformamid und Phosgen durch folgende Formeln wiedergeben:

O CH, H

CH,-CH_o-0-CH=CH_o + C-Cl + J)N-C=O + H₀NOH 3 2 2 ι / 2

Cl CH,

_^ HC CH

"³^ I 1 + CH,-CH_o0H + "> NH₀Cl + C0_o + HCl.

^{HC N} ' CH₃

Im Vergleich zu den bekannten Verfahren liefert das Verfahren nach der Erfindung, ausgehend von leichter zugänglichen Ausgangsstoffen, auf einfacherem und wirtschaftlicherem Wege Isoxazol in guter Ausbeute und Reinheit. Im Hinblick auf die einbadige, zweistufige Verfahrensweise mit mehreren Ausgangsstoffen, bei der die Bildung eines schwer trennbaren Gemischs mit zahlreichen, heterogenen Reaktionsprodukten zu erwarten war, sind die vorteilhaften Ergebnisse des erfindungsgemäßen Verfahrens überraschend.

Der Ausgangsstoff I wird in der ersten Stufe mit Ausgangsstoff II und einem Säurehalogenid, vorzugsweise Säurebromid und Insbesondere Säurechlorid, der phosphorigen Säure, Phosphorsäure, Kohlensäure, Oxalsäure, schwefligen Säure oder Schwefelsäure, zweckmäßig Oxalylchlorid, Oxalylbromid, Phosphortrichlorid, Phosphoroxychlorid, Phosphortribromid, Sulfurylchlorid und vorzugsweise Thionylchlorid oder Phosgen, umgesetzt. Man verwendet das Säurehalogenid in stöchiometrischer Menge oder im Überschuß, zweckmäßig in einer Menge von 1 bis 8 Mol Säurehalogenid je Mol Ausgangsstoff I und den Ausgangsstoff II mit Bezug auf den Ausgangsstoff I in stöchiometrischer Menge oder einem Überschuß, vorteilhaft in einer Menge von 1 bis 4 Mol Ausgangsstoff II je Mol Ausgangsstoff

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Bevorzugte Ausgangsstoffe II sind solche, in deren Formeln R₂ und R, gleich oder verschieden sein können und jeweils für einen Alkylrest mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen oder einen Phenylrest stehen, oder Rp und R-, zusammen mit dem benachbarten Stickstoffatom Glieder eines 5- oder 6-gliedrigen, heterocyclischen Ringes, der noch ein weiteres Stickstoffatom oder ein Sauerstoffatom enthalten kann, bezeichnen. Die genannten Reste und Ringe können noch durch unter den Reaktionsbedingungen inerte Gruppen und/oder Atome, z.B. Alkyl-, Alkoxygruppen mit jeweils 1 bis 4 Kohlenstoffatomen, Chloratome, substituiert sein,

Es kommen z.B. die folgenden Formamide als Ausgangsstoffe II in Frage: Formamid, Formanilid, N-Formylpiperidin, N-Formylpyrrolidin, N-Formylmorpholin, Ν,Ν-Diäthyl-formamid, N-Isobutyl-formamid, N-Methyl-formamid, Form-(p-Chlor)-anilid und insbesondere N-Methyl-formanilid oder Ν,Ν-Dimethyl-formamid.

Man kann auch bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zuerst Säurehalogenid und Ausgangsstoff II aufeinander wirken lassen und so die für das Vilsmeiersche Verfahren bekannten Anlagerungsprodukte herstellen. Diese Anlagerungsprodukte können z.B. (Houben-Weyl, loc. cit., Seite 30) für den Fall der Verwendung von Phosphoroxichlorid durch das folgende Formelschema wiedergegeben werden:

CH, O

+ POCl

-ζ

CH, H

Cl-C-H

N-CH,
ι 3

CH, j

Doch muß das Anlagerungsprodukt nicht in jedem Fall die vorgenannte Struktur aufweisen, die Bildung eines Anlagerungsproduktes ist auch nicht Vorbedingung für die Durchführbarkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens, Man kann das Umsetzungsprodukt von Säurehalogenid und Ausgangsstoff II auch durch Einengen des Reaktionsgemische beider Komponenten isolieren und als Ausgangsstoff anstelle der 2 vorgenannten Komponenten in der ersten Stufe des erfindungsgemäßen Verfahrens mit Ausgangsstoff I umsetzen.

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Bevorzugte Ausgangsstoffe I sind solche, in deren Formeln R, einen Alkylrest mit 1 bis 8, insbesondere mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen bedeuten. Die genannten Reste können noch durch unter den Reaktionsbedingungen inerte Gruppen und/oder Atome, z.B. Alkyl-, Alkoxygruppen mit jeweils 1 bis 4 Kohlenstoffatomen, Chloratome, substituiert sein. Es kommen beispielsweise als Ausgangsstoffe I in Frage: Isobutyl-, Methyl-, Äthyl-, tert.-Butyl-, Isopropyl-, n-Hexyl-, n-Octyl-, n-Propyl-, Butyl-vinyläther.

Die Reaktion wird in der ersten Stufe in der Regel bei einer Temperatur zwischen -10 und +75 C, vorzugsweise zwischen 30 und 75°C, drucklos oder unter Druck, kontinuierlich oder diskontinuierlich durchgeführt. Man kann, insbesondere im Falle gasförmiger Säurehalogenide, unter den Reaktionsbedingungen inerte, organische Lösungsmittel verwenden, z.B. cyclische Carbonsäureamide wie N-Methyl-pyrrolidon; Kohlenwasserstoffe wie Cyclohexan, Benzol, Toluolj Chlorkohlenwasserstoffe wie Chloroform, Tetrachlorkohlenstoff; Äther wie Tetrahydrofuran, Dioxan, Glykoldimethyläther; oder entsprechende Gemische. Die Menge an Lösungsmittel beträgt im allgemeinen von 10 bis 1 000 Gew.^, bezogen auf Ausgangsstoff I. In vielen Fällen verwendet man einen geeigneten Ausgangsstoff II, z.B. Formamid, als Reaktionsmedium. Zweckmäßig wird in der ersten Stufe eine Reaktionszeit von 1 bis 8, vorzugsweise von 2 bis 3 Stunden eingehalten.

Das gebildete Reaktionsprodukt kann man, z.B. durch Destillatior des Lösungsmittels, isolieren und als Ausgangsstoff der 2. Verfahrensstufe zuführen. Schon aus Gründen eines einfachen und wirtschaftlichen Betriebs wird man aber in der Regel das Reaktionsgemisch direkt mit dem Hydroxylamin umsetzen. Stöchiometrische Mengen, ein Unterschuß oder ein Überschuß an Hydroxylamin, vorzugsweise 0,5 bis 6, insbesondere 0,75 bis 3 Mol Hydroxylamin, bezogen auf Ausgangsstoff I, kommen in Betracht. Die 2. Stufe der Reaktion wird in der Regel bei einer Temperatur zwischen 75 und +150⁰C, vorzugsweise zwischen 90 und 110⁰C, drucklos oder unter Druck, kontinuierlich oder diskontinuierlich durchgeführt. Zweckmäßig wird man zusammen mit

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dem Hydroxylamin unter den Reaktionsbedingungen inerte, organische Lösungsmittel verwenden, vorteilhaft aliphatische Mono- und Dialkohole, z.B. Methanol, Äthanol, n-Propanol, n-Butanol, Äthylenglykol, Propylenglykol, Isobutanol, tert.-Butanol, Isopropanol; oder entsprechende Gemische. Die Menge an Lösungsmittel beträgt im allgemeinen von 10 bis 1 000 Gew.%, bezogen auf Hydroxylamin. Das Hydroxylamin wird in der Regel in Form seiner Salze verwendet. Geeignete Salze sind z.B. das Chlorid, Sulfat, Formiat oder Acetat des Hydroxylamins. Die Reaktionszeit der 2. Stufe beträgt zweckmäßig von 1 bis 6, vorzugsweise von 2 bis 4 Stunden.

Die Reaktion kann wie folgt durchgeführt werden: Ein Gemisch von Säurehalogenid, Ausgangsstoffen I und II und gegebenenfalls Lösungsmittel wird während der Reaktionszeit bei vorgenannter Reaktionstemperatur umgesetzt. Dann gibt man das Hydroxylamin und vorteilhaft ein vorgenanntes Alkanol oder Glykol zu, läßt das Gemisch unter den vorgenannten Bedingungen bezüglich Reaktionstemperatur und Reaktionszeit reagieren und isoliert dann den Endstoff in üblicher Weise, z.B. durch Extraktion mit einem der vorgenannten Lösungsmittel.

In der Regel wird man aber Isoxazol und Lösungsmittel durch Destillation aus dem Gemisch abtrennen. Diese bevorzugte Verfahrensweise ist vorteilhaft, da das gebildete Isoxazol mit dem als Reaktionsmedium dienenden Lösungsmittel in Gestalt von Alkanolen und Glykolen aus der stark sauren Reaktionslösung abdestillierbar ist.

Als besonders vorteilhaft für diese Abtrennung zeigen sich unter 250°C siedende Alkanole und Glykole, insbesondere die vorgenannten. Isoxazol wird auf diese Weise in reiner Form abgetrennt, die erhaltenen Lösungen können ohne Isolierung des Endstoffs direkt für weitere Synthesen verwendet werden; so erhält man mit ihnen zum Beispiel N-Phenyl— 5-aminopyrazol nach dem in DOS 2 044 654 beschriebenen Verfahren mit über 80-prozentiger Ausbeute. Für Umsetzungen des Isoxazole mit starken Basen zu Cyanacetaldehyd, einem viel verwendeten Zwischenprodukt, bietet diese Verfahrensweise weiterhin den Vorteil, daß die im

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Reaktionsmedium gebildeten Säuren nicht neutralisiert werden müssen.

Das nach dem Verfahren der Erfindung herstellbare Isoxazol ist ein wertvoller Ausgangsstoff für die Herstellung von Farbstoffen und Schädlingsbekämpfungsmitteln. Bezüglich der Verwendung wird auf die genannten Veröffentlichungen verwiesen.

Die in den folgenden Beispielen genannten Teile bedeuten Gewichtsteile.

Beispiel 1

In 111 Teile Dimethylformamid und 192 Teile Vinyl-n-hexyläther werden l60.Teile Phosgen innerhalb einer Stunde eingeleitet, wobei die Temperatur durch Kühlung auf 60°C gehalten wird. Man rührt das Gemisch 2 Stunden bei 40 bis 50⁰C nach, gibt 100 Teile Äthylenglykol und 70 Teile Hydroxylaminhydrochlorid zu und hält das Gemisch 3 Stunden bei 100⁰C. Man destilliert die bis zu einer Badtemperatur von l60°C flüchtigen Bestandteile ab und erhält eine Lösung, die 56 Teile Isoxazol enthält (8l % der Theorie, bezogen auf Hydroxylaminhydrochlorid). Aus der Lösung wird Isoxazol durch fraktionierte Destillation isoliert. Kp 95°C bei Normaldruck.

Beispiel 2

In 70 Teile Tetrachlorkohlenstoff werden 70 Teile Phosgen bei 0 bis 5°C eingeleitet und danach während 45 Minuten J57 Teile Dimethylformamid zugegeben. Anschließend führt man 42 Teile Vinylisobutyläther zu und hält das Gemisch 2 Stunden bei 35°C Das Reaktionsgemisch trennt sich in zwei Phasen, deren obere abgetrennt und mit 50 Teilen Äthanol und 35 Teilen Hydroxylaminhydrochlorid 3 Stunden am Rückfluß erhitzt wird. Danach destilliert man alle flüchtigen Anteile ab, bis die Badtemperatur l80°C erreicht. Man erhält eine Lösung, die nach gaschromatographischer Analyse 26 Teile Isoxazol enthält (75 % der Theorie).

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Beispiel 3

In 1^0 Teile Vinylisobutyläther und 96 Teile Dimethylformamid werden 150 Teile Phosgen binnen 60 Minuten eingeleitet, wobei die Temperatur von 25 auf 70⁰C steigt. Bei 70⁰C rührt man 2 Stunden nach, gibt dann 100 Teile Isobutanol und 70 Teile Hydroxylaminhydrochlorid zu und hält das Gemisch 3 Stunden am Rückfluß (l00°C). Analog Beispiel 1 erhält man eine Lösung mit (nach gaschromatographischer Analyse) 53 Teilen Isoxazol (76 fo der Theorie).

Beispiel 4

In 111 Teile Dimethylformamid und 110 Teile Vinyläthyläther werden 160 Teile Phosgen eingeleitet, wobei die Temperatur auf 60⁰C ansteigt. Man rührt das Gemisch 2 Stunden bei 40 bis 50⁰C nach, gibt 100 Teile Isobutanol und 70 Teile Hydroxylaminhydrochlorid zu und hält das Gemisch 3 Stunden am Rückfluß. Nach Aufarbeitung analog Beispiel 1 erhält man eine Lösung mit (nach gaschromatographischer Analyse) 62 Teilen Isoxazol (90 % der Theorie).

Beispiel 5

Analog Beispiel 4 wird die Reaktion unter Verwendung von 100 Teilen Äthanol anstelle von Isobutanol als Lösungsmittel durchgeführt. Man erhält nach gaschromatographischer Analyse 55 Teile Isoxazpl in Lösung (80 % der Theorie).

Beispiel 6

In ein Gemisch aus 170 Teilen N-Formylpyrrolidon und 150 Teilen Vinylisobutyläther werdeu 150 Teile Phosgen während 70 Minuten eingeleitet, wobei die Temperatur von 25 auf 70⁰C ansteigt. Man hält das Gemisch anschließend 3 Stunden bei 40 bis 50°C, setzt 100 Teile Isobutanol und 70 Teile Hydroxylaminhydrochlorid zu und erhitzt das Gemisch 3 Stunden am Rückfluß. Die Weiter-

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verarbeitung erfolgt analog Beispiel 1 und liefert eine Lösung mit (nach gaschromatographischer Analyse) 58 Teilen Isoxazol (84 % der Theorie).

Beispiel 7

70 Teile Tetrachlorkohlenstoff werden mit 73 Teilen Dimethylformamid vorgelegt und 120 Teile Thionylchlorid bei 0 bis 10⁰C zugegeben. Man rührt das Gemisch 30 Minuten bei 10⁰C nach und gibt dann langsam 100 Teile Vinylisobutyläther zu. Die Reaktionszeit dsr ersten Stufe beträgt insgesamt 5 Stunden. Das Gemisch trennt sich in zwei Phasen, deren obere mit 100 Teilen Isobutanol und 53 Teilen Hydroxylaminhydrochlorid 3 Stunden am Rückfluß (100°C) erhitzt wird. Man erhält analog Beispiel 1 (nach gaschromatographischer Analyse) 31 Teile Isoxazol in Lösung (59 % der Theorie).

Beispiel 8

Analog Beispiel 4 wird die Reaktion unter Verwendung von 100 Teilen Äthylenglykol als Lösungsmittel durchgeführt. Man erhält nach gaschromatographischer Analyse 56 Teile Isoxazol in Lösung (8l % der Theorie).

Beispiel 9

70 Teile Tetrachlorkohlenstoff werden mit 135 Teilen N-Methylformanilid vorgelegt und 153 Teile Phosphoroxychlorid bei 0 bis 10°C zugegeben. Man rührt das Gemisch eine Stunde bei 10⁰C und gibt dann langsam 86 Teile n-Propylvinyläther bei einer Temperatur von 35 bis 45°C zu. Man erwärmt das Gemisch 3 Stunden auf 60⁰C und trennt nach dem Abkühlen das Gemisch in 2 Phasen. Man erhält analog Beispiel 1 eine Lösung von 32 Teilen Isoxazol (60 % der Theorie).

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Claims

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Patentanspruch

Verfahren zur Herstellung von Isoxazol, dadurch gekennzeichnet, daß man in einer ersten Stufe Vinyläther der Formel

R₁-O-CH=CH₂ I,

in der R, einen aliphatischen Rest bedeutet, mit einem Säurehalogenid der phosphorigen Säure, Phosphorsäure, Kohlensäure, Oxalsäure, schwefligen Säure oder Schwefelsäure.und einem Formamid der Formel

CH II, R, S

in der Rp und R, gleich oder verschieden sein können und jeweils einen aliphatischen oder aromatischen Rest bedeuten, oder Rp und R, zusammen mit dem benachbarten Stickstoffatom Glieder eines heterocyclischen Ringes bezeichnen, umsetzt und in einer zweiten Stufe das so gebildete Reaktionsgemisch mit Hydroxylamin umsetzt.

Badische Anilin- & Soda-Fabrik AG

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