DE2348195C2

DE2348195C2 - Verfahren zur Herstellung von Hydroxybenzaldehyden und deren Derivaten

Info

Publication number: DE2348195C2
Application number: DE19732348195
Authority: DE
Inventors: John Warcup Cornforth; John Anthony Sittingbourne Kent Schofield
Original assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Current assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Priority date: 1973-09-25
Filing date: 1973-09-25
Publication date: 1982-12-23
Also published as: DE2348195A1

Description

CH(OH)CCl₃

OR¹

OD

mit einer Base, in denen R¹ ein Wasserstoffatoin, ein einwertiges Kation oder ein Alkylrest mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen ist, R ein Halogenatom oder eine Hydroxylgruppe oder einen Alkoxyrest mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen bedeutet und η den Wert 0 oder 1 aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Verbindung der allgemeinen Formel II in Gegenwart einer polaren, keine Protonen abgebenden oder aufnehmenden organischen Flüssigkeit mit einem Ci^-Alkoxid von Natrium oder Kalium, Natriumcarbonat oder Kaliumcarbonat als Base umgesetzt wird.

In den vorstehenden Gleichungen bedeuten die Gruppe R eine Hydroxylgruppe oder deren Derivate und B" ein basisches Anion, wie eine Hydroxid- oder Alkoxidgruppe.

Unter den vorstehend beschriebenen Bedingungen findet in bestimmtem Ausmaß eine Nebenreaktion statt, die zur Bildung eines Derivats der Hydroxypheriylglykolsäure führt. Diese Nebenreaktion wird durch die nachstehende Gleichung wiedergegeben:

RCH(OH)CCl₃ + 4B-

> RCH(OH)COO- + 4BH

Die diese Nebenreakiion begleitenden Nachteile sind

a) eine Verminderung der Aldehydausbeute und

b) die erforderliche Verwendung eines erheblichen Überschusses an Base zur Umsetzung mit dem gesamten vorhandenen Alkohol, da bei der Nebenreaktion 4 Mole der Base mit jedem Mol Alkohol reagieren.

Es wurde jetzt gefunden, daß Hydroxybenzaldehyde und ihre Derivate aus den entsprechenden Λ-Trichlormethyi-hydroxybenzyiäikoholen unter Bedingungen hergestellt werden können, die die vorstehend beschriebene Nebenreaktion nicht begünstigen. Dadurch lassen sich die Produkte in erheblich größerer Ausbeute gewinnen, und es sind erheblich geringere Mengen an Base erforderlich als sie bisher verwendet wurden.

Die Erfindung betrifft demgemäß ein Verfahren zur Herstellung von Hydroxybenzaldehyden und deren Derivaten der nachstehenden allgemeinen Formel I

CHO

(R)_n-C J-OR' α)

durch Umsetzung einer Verbindung der allgemeinen •Formel II

CH(OH)CCl₃

(R)_n-C -I— OR¹

OD

Im allgemeinen können Hydroxybenzaldehyde und deren Derivate aus den entsprechenden a-Trichlonnethyl-hydroxybenzylalkoholen hergestellt werden, indem man diese bei erhöhten Temperaturen gemäß den nachstehenden Gleichungen mit wäßriger oder alkoholischer Base umsetzt:

mit einer Base, in denen R¹ ein Wasserstotfatom, ein einwertiges Kation oder ein Alkylrest mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen ist, R ein Halogenatom oder eine Hydroxylgruppe oder einen Alkoxyrest mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen bedeutet und η den Wert 0 oder 1 aufweist, das dadurch gekennzeichnet ist, daß eine Verbindung der allgemeinen Formel II in Gegenwart einer polaren, keine Protonen abgebenden oder aufnehmenden organischen Flüssigkeit mit einem Ci -6-Alkoxid von Natrium oder Kalium, Natriumcarbonat oder Kaliumcarbonat als Base umgesetzt wird. Die erforderliche Menge an Base hängt vom jeweiligen verwendeten Ausgangsmateri.: gemäß Formel 11 ab, es werden jedoch zweckmäßigerweise 0,2 bis 5 Äquivalente Base je Mol der Verbindung gemäß Formel II verwendet.
Unter »polare, keine Protonen abgebende oder aufnehmende organische Flüssigkeit« wird in der vorliegenden Beschreibung eine Flüssigkeit verslanden, die bei 25°C eine Dielektrizitätskonstante von mindestens 20 aufweist und deren Moleküle keine zur Bildung von Wasserstoffbindungen mit negativ geladenen Gruppen fähigen Wasserstoffatome enthalten. Unter die vorstehende Definition fallen demgemäß Flüssigkeiten, wie Dimethylformamid, Dimethylacetamid, Dimethylsulfoxid, Tetramethylharnstoff, Hexamethylphosphoramid und Tetramethylensulfon, jedoch nicht

ti5 Wasser, Alkohole, wie Methanol oder Äthanol, und Säuren, wie Essigsäure. Insbesondere wird beim vorliegenden erfindungsgemäßen Verfahren Dimethylformamid als Lösungsmittel verwendet.

Die Reaktionsteilnehmer werden zweckmäßigerweise in der polaren, keine Protonen abgebenden oder aufnehmenden organischen Flüssigkeit vermischt, und man läßt sie dann vorzugsweise unter Rühren bis zu 24 Stunden miteinander reagieren, wobei das Reaktionsgemisch gegebenenfalls erhitzt werden kann. Das Produkt wird aus dem Reaktionsgemisch extrahiert und mittels herkömmlicher Verfahren gereinigt.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere zur Herstellung solcher Verbindungen gemäß Formel I von Interesse, in denen die Gruppe R eine Hydroxygruppe oder ein Alkoxyrest mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen, wie eine Methoxygruppe, ist, in denen π den Wert 0 oder 1 aufweist, in denen R¹ ein Wasserstoffatom oder einen Alkylrest mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen, wie eine Methyl- oder Äthylgruppe, darstellt und in denen die Gruppe OR¹ in Stellung 4 an den Phenylring gebunden ist.

Beispiele solcher Verbindungen sind

4- Hydroxybenzaldehyd
4-Hydroxy-3-methoxybenzaldehyd (Vanillin)
3,4- Dihydroxybenzaldehyd
4-Methoxybenzaldehyd (Anisaldehyd) und
4-Äthoxy-3-methoxybenzaldehyd.

Die nachstehenden Beispiele erläutern das erfindungsgemäße Verfahren.

Beispiel 1

Herstellung von 4-Hydroxybenzaldehyd
(Verfahren A)

Natriummethoxid (hergestellt aus Natrium (0,42 g, 0,018 m) und Methanol) wird unter Rühren absatzweise zu einer Lösung von *-Trichlormethyl-4-hydroxybenzylalkohol (3,6 g, 0,015 m) in Dimethylformamid (50 ml) zugesetzt und das Gemisch bei Raumtemperatur 20 Stunden gerührt. Es werden dann 50 ml Wasser zugesetzt und die Lösung bei vermindertem Druck bis zur Trockne eingedampft. Es werden dann 1,2 g Natriumhydroxid in 100 ml Wasser zum Rückstand zugesetzt, und man läßi das Gemisch bei Raumtemperatur eine Stunde stehen. Das Gemisch wird dann mit konzentrierter Salzsäure angesäuert, mit festem islatriumbicarbonat neutralisiert und mit festem Natriumchlorid gesättigt. Das wäßrige Gemisch wird mit Äther (4 χ 80 ml) extrahiert und die Extrakte getrocknet (Na₂SO₄) und bis zur Trockne eingedampft, wodurch man 1,7 g(94 Prozent) des Rohproduktes erhält.

ίο Das Rohprodukt wird durch Lösen in 120 ml Chloroform, Kochen dieser Lösung mit Aktivkohle und Filtrieren gereinigt. Das Filtrat wird bis zur Trockne eingedampft und der Rückstand in 40 ml Äther gelöst. Nach Zusatz von Petroläther (Kochpunkt 40 bis 60°C, 100 ml) und Abkühlen der Lösung werden 1,44 g (80 Prozent) an 4-Hydroxybenzaldehyd mit einem Schmelzpunkt von 113,5 bis 115°C erhalten und durch Umkristallisieren in Chloroform das reine Produkt (Schmelzpunkt 116 bis 117°C) gewonnen.

Analyse:

Berechnet !UrC₇H₆O₂: C 68,9%, H 4,9%;
gefunden: C 68,7%, H 4,9%.

Beispiel 2
Ve.-gleichsversuche

Mittels Verfahren gemäß Beispiel 1 werden weitere Versuche zur Herstellung von 4-Hydroxybenzaldehyd durchgeführt, wobei sowohl Protonen abgebende oder aufnehmende, wie keine Protonen abgebende oder aufnehmende Lösungsmittel verwendet werden.

Die verwendeten Ausgangsmaterialien, die angewendeten Bedingungen und die erhaltenen Ausbeuten sind in Tabelle I zusammengefaßt, aus der deutlich hervorgeht, daß bei Verwendung eines polaren, keine Protonen abgebenden oder aufnehmenden Lösungsmittels (DMF) erheblich höhere Ausbeuten an 4-Hydroxybenzaldehyd erhalten werden als bei Verwendung eines Alkohols (Methanol oder t-Butanol) als Lösungsmittel.

Tabelle I

Base	Molverhältnis	Lösungsmittel	Reaktionsbedingungen	Ausbeute (%) an
	Base : THBA*)			4-Hydroxybenz
				aldehyd
Kalium-t-butoxid	1,2: 1	Dimethylformamid	Raumtemperatur,	72
			Rühren, 24 Std.
Natriummethoxid	.5 :1	Dimethylformamid	Raumtemperatur,	74
			Rühren, 20 Std.
Kalium-t-butoxid	1,2: 1	t-Butanol	Raumtemperatur,	25
			Rühren, 20 Std.
Natriummethoxid	5 : 1	Methanol	Raumtemperatur,	22
			Rühren, 20 Std.
Natriummethoxid	5: 1	Methanol	Rückfluß, 7 Std., dann	38
			16 Std. Stehen bei
			Raumtemperatur

ι THBA = ir-Trichlormethyl-4-hydroxybenzylalkohoI.

Beispiel 3

Herstellung von 4-Hydroxybenzaldehyd
(Verfahren B)

a-Trichlormethyl-4-hydroxybenzyIalkohol (3.6 g, 0,015 m) wird in einer Lösung von Natrium (0,35 g, 0,015 m) in 60 ml *.'.^.',.ano\ gJisi und die erhaltene Lösung bis zur Trockne eingedampft. Der Rückstand wird in 60 ml Dimethylformamid gelöst und es werden zur Lösung 0,35 g (0,003 m) Kaüum-t-butoxid zugesetzt. Das Gemisch wird 20 Stunden bei Raumtemperatur gerührt und wird dann auf gleiche Weise, wie in Beispiel 1 beschrieben, weiterbehandelt, wodurch man eine Ausbeute von 1,43 g (79 Prozent) an 4-Hydroxybenzaldehyd mit einem Schmelzpunkt von 116 bis 117°C erhält.

Beispiel 4

Herstellung von 4-Hydroxy-3-methoxybenzaldehyd
(Vanillin)

Gemäß dem in Beispiel 3 beschriebenen Verfahren und unter Verwendung von a-Trichlormethyl-4-hydroxy-3-methoxybenzylalkohol (2,7 g, 0,01 m), Natrium (0.23 g, 0,01 m) in Methanol (50 ml), Kalium-t-butoxid (0,23 g, 0,002 m) und Dimethylformamid (60 ml) als Ausgangsmaterialien werden 1,2 g (79 Prozent) des erwünschten Produkts mit einem Schmelzpunkt von 76 bis 79°C erhalten und in heißem Wasser zu reinem Vanillin mit einem Schmelzpunkt von 80 bis 82°C umkristallisiert.

Analyse:

Berechnet für C₈H₈O₃: C 63,2%, H 5,3%;
gefunden: C 63,1%, H 5,4%.

Beispiel 5

Herstellung von 4-Hydroxybenzaldehyd
(Verfahren C)

Wasserfreies Kaliumcarbonat (3,1 g, 0,025 m) wird zu einer Lösung von «-Trichlormethyl-4-hydroxybenzylalkohol (3,6 g, 0,015 m) in 25 ml Dimethylformamid zugesetzt und das Gemisch dann 4 Stunden unter Rühren auf 100⁰C erhitzt. Das Gemisch wird dann weiter gemäß dem in Beispiel 1 beschriebenen Verfahren behandelt und dadurch eine Ausbeute von 1,33 g 4-Hydroxybenzaldehyd (73 Prozent) erhalten.

Bei Wiederholung des vorstehend beschriebenen Herstellungsverfahrens unter Verwendung von Natriumcarbonat (0,018 m) anstelle von Kaliumcarbonat wird das Produkt in einer Ausbeute von 68 Prozent erhalten.

Beispiel 6
Herstellung von 3,4-Dihydroxybenzaldehyd

Wasserfreies Kaliumcarbonat (3,1 g, 0,0225 ir.), Ä-Trichlormethyl-3,4-dihydroxybenzylalkohol (2,6 g, 0,01 m) und Dimethylformamid (20 ml) werden 5,5 Stunden unter Rühren miteinander auf 100⁰C erhitzt. Das Gemisch wird weiter gemäß dem in Beispie! 1 beschriebenen Verfahren behandelt und dadurch eine Ausbeute von 0,45 g 3,4-Dihydroxybenzaldehyd (32 Prozent) mit einem Schmelzpunkt von 145 bis 148^CC erhalten. Das umkristallisierte Material weist einen .Schmelzpunkt von 151 bis 154°C auf. Eine Probe des Produkts wird mit Anilin zu Anil mit einem Schmelzpunkt von 178^C C umgesetzt.

Analyse:

Berechnet fürCi₃HnNO;>:
C 73,2%, H 5,2%, N 6,6%;
gefunden:
C 72.8%, H 5,1%, N 6,2%.

Beispiel 7

Herstellung von 4-Methoxybenzaldehyd
(Anisaldehyd)

Wasserfreies Kaliumcarbonat (12,5 g, 0,09 m) wird zu einer Lösung von «-TrichlormelhyM-hydraxybenzylalkohol (18,0 g, 0,075 m) und Dimethylsulfat (7,9 ml) in 100 ml Aceton zugesetzt und das Gemisch 7,5 Stunden unter Rühren am Rückfluß erhitzt. Man läßt das Gemisch dann 3 Tage bei Raumtemperatur stehen und dampft es dann unter vermindertem Druck bis zur Trockne ein. Zum Rückstand werden 100 ml Dimethylformamid und wasserfreies Kaliumcarbonat (2,0 g, 0,015 m) zugesetzt und das Gemisch wird dann 3 Stunden unter Rühren auf 100°C erhitzt.

Das Gemisch wird jetzt mit 50 ml Wasser versetzt, anschließend mit konzentrierter Salzsäure angesäuert und eine Wasserdampfdestillation bis zur Ansammlung von 1250 ml Destillat durchgeführt. Das Destillat wird mit Äther (2 χ 400 ml) extrahiert und die Extrakte getrocknet (Na₂SO-O. Der Äther wird unter vermindertem Druck entfernt und das als Rückstand erhaltene öl destilliert, wodurch man 5,35 g des Produkts (53 Prozent) mit einem Siedepunkt von 124 bis 128°C bei 11 mm Quecksilbersäule erhält.

Wird das vorstehend beschriebene Herstellungsverfahren unter Verwendung von Natriumcarbonat anstelle von Kaliumcarbonat wiederholt, so wird eine Produktausbeute von 48 Prozent erhalten.

Beispiele
Herstellung von 4-Äthoxy-3-methoxybenzaldehyd

Gemäß dem in Beispiel 7 beschriebenen Verfahren, wobei jedoch «-Trichlormethyl-4-hydroxy-3-methoxybenzylalkohol und Diäthylsulfat als Ausgangsmaterialien verwendet werden, wird das erwünschte Produkt mit einem Schmelzpunkt von 58 bis 61 °C in einer Ausbeute von 59 Prozent erhalten.

Analyse:

Berechnet für Ci₀H₁₂O₃: C 66,7%, H 6,7%;
gefunden: C 66,8%, H 6,8%.

Claims

Patentanspruch:

Verfahren zur Herstellung von Hydroxybenzaldehyden und deren Derivaten der nachstehenden allgemeinen Formel I:

CHO

durch Umsetzung
meinen Formel II:

einer Verbindung der allge