DE2434244C3

DE2434244C3 - 2-Hydroxy-3-(4-alkylphenyl)-3-butensäureester, Verfahren zu ihrer Herstellung und deren Verwendung

Info

Publication number: DE2434244C3
Application number: DE19742434244
Authority: DE
Inventors: Katsura Kawagoe Saitama Kogure; Hiroyasu Saitama Koyama; Kunio Kawagoe Saitama Nakagawa
Original assignee: Nisshin Seifun Group Inc
Current assignee: Nisshin Seifun Group Inc
Priority date: 1973-01-29
Filing date: 1974-01-29
Publication date: 1981-02-12
Also published as: JPS5335067B2; JPS4995936A; DE2434244B2; DE2434244A1

Description

CHj

C-

-CH-CO₂R² (D

in der R¹ eine Alkylgruppe mit 2 bis 4 Kohlenstoffatom men und R² eine Alkylgruppe mit 1 bis 3 Kohlenstoffatomen bedeuten.

R² hat vorzugsweise die Bedeutung Methyl, Äthyl oder IsopropyL

Die Ester gemäß Anspruch 1 sind Ausgangsprodukte für die Herstellung von 2-(4-Alkylphenyl)-propionsiure, die aus diesen durch Umsetzung in alkoholischer Alkalimetallalkoholatlösung zum Pyruvat, Hydrolyse und anschließende Oxidation der Brenztraubensäure erhältlich ist (vgL DE-OS 24 04 159).

Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung der Ester gemäß Anspruch 1, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man einen «^ϊ-Epoxy-propionsäureester der allgemeinen Formel (I)

in der R¹ und R² die im Anspruch 1 genannte Bedeutung haben, mit einer Lewis-Säure in mindestens äquimolarem Verhältnis zu dem Ester in einem aprotischen polaren Lösungsmittel umsetzt, oder daß man den Ester der allgemeinen Formel (I) mit verdünnter Mineralsäure in Tetrahydrofuran unter öffnung des Oxiranringes zum Diol der allgemeinen Formel (II)

CH₃
-C —CH-COiR¹ (Π)

I I

OH OH

in der R¹ und R² die hn Anspruch 1 genannte Bedeutung haben, umsetzt und diese Verbindung dann mit p-Toluolsulfonsäure in Xylol dehydratisiert

3. Verwendung des Esters nach Anspruch 1 zur Herstellung von 2-(4-Alkylphenyr)-propionsäure.

Die Erfindung betrifft 2-Hydroxy-3-(4-alkylphenyl)-3-butensäureester der allgemeinen Formel

CH-CO₃R² (O

in der R¹ und R² die oben angegebene Bedeutung haben,

is mit einer Lewis-Säure in mindestens äquimolarem

Verhältnis zu dem Ester in einem aprotischen polaren Lösungsmittel umsetzt, oder daß man den Ester der

allgemeinen Formel (I) mit verdünnter Mineralsäure in

Tetrahydrofuran unter öffnung des Oxiranringes zum Diol der allgemeinen Formel (II)

OD

in der R< und R² die im Anspruch 1 genannte Bedeutung haben, umsetzt und diese Verbindung dann mit p-Toluolsulfonsäure in Xylol dchydratisiert

Als Lewis-Säure werden vorzugsweise Bortrifluorid, Bortrifluoridätherat oder Aluminiumchlorid verwendet Die Lewis-Säure wird mindestens im äquimolaren Verhältnis zum Ester der allgemeinen Formel (I) eingesetzt. Beim Einsatz geringerer Mengen ist die Umsetzung des Esters unvollständig.

Ab aprotische polare Lösungsmittel werden vorzugsweise Dimethylsulfojrid, Dimethylformamid und Isopropyläther verwendet Auch andere Äther mit relativ hohem Siedepunkt werden vorteilhaft verwendet

Bei Verwendung von Bortrifluorid als Lewis-Säure . werden als Lösungsmittel vorzugsweise Dimethylsulfoxid oder Dimethylformamid eingesetzt

Die Reaktion wird vorzugsweise 0,5 h bis 1 h lang bei 0 bis 100° C durchgeführt Der erhaltene Butensäureester kann in üblicher Weise gereinigt werden.

Der Ester der allgemeinen Formel (I) kann durch Umsetzen des entsprechenden Acetophenone der allgemeinen Formel (III)

-COCH₃

(Π0

in der R¹ die oben genannte Bedeutung hat, mit einem a-Halogenessigsäureester der allgemeinen Formel (IV)

XCH₂COOR²

(IV)

in der R² die oben genannte Bedeutung hat und X ein so Hatogenatom, vorzugsweise Chlor oder Brom ist, erhalten werden.

Die Kondensation wird vorzugsweise unter wasserfreien Bedingungen in inerter Atmosphäre in Gegenwart eines alkalischen Kondensationskatarysators es durchgeführt (Dtrzen-KondensationX Als Katalysator dienen vorzugsweise Natriumamid oder ein Natriumalkoholat, insbesondere das Methylat, Äthylat oder Isopropylat

Die Erfindung ist nachstehend an Hand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben.

Beispiel 1

Unter Rühren werden 54,0 g 4-Isobutylacetophenon und 65 g Chloressigsäuremethylester im Verlauf von 3 h unter Stickstoff bei einer Temperatur von nicht fiber 5⁶C 30 g Natriumalkoholat gegeben. Man läßt auf Raumtemperatur erwärmen und rührt etwa 12 h lang. Anschließend wird auf 80 bis 90° C erhitzt und bei dieser Temperatur weitere 1,5 h lang gerührt Nach Abkühlen wird Äthyläther zugesetzt, mit Wasser gewaschen und über Natriumsulfat getrocknet Nach Abziehen des Äthers wird der Rückstand destilliert Es werden 61,0 g, entsprechend 80% der theoretischen Ausbeute, 3-Me-

thyl-3-(4-isobutylphenyI)-iX^-epoxypropionsauremethylester vom Siedepunkt 108—112°C bei 0,2666 mbar erhalten.

7,44 g des enfcdtenen Esters werden in 30 nil trockenem Dimethylsulfoxid gelöst Die Lösung_wird mit 5 ml einer 47%igen Bortrifluoridlösung in Äthyläther unter Eiskühlung versetzt Anschließend wird 2 h lang bei Raumtemperatur stehen gelassen und dann in Wasser gegossen. Das wäßrige Gemisch wird mit Äthyläther extrahiert Der Ätherextrakt wird nacheinander mit Wasser, wäßriger Natriumhydrogencarbonatlösung, Wasser und einer gesättigten wäßrigen Natriumchloridlosung gewaschen. Nach Trocknen über wasserfreiem Magnesiumsulfat wird der Äther unter vermindertem Druck abgezogen. Nach Destillation werden entsprechend einer Ausbeute von 88% der theoretischen Ausbeute 6,6 g 2-Hydiüxy-3-(4-isobutylphenyl)-3-butensäuremethylestt.· vom Siedepunkt 113 bis 115^eC bei 0,2666 mbar erhalten.

Elementaranalyse:

Berechnet für C₁₅H₂₀O₃: C 7^55% H 8,12%
Gefunden: C 71,99% H 8,18%

Der Ester ist eine thermisch stabile ölige Substanz, deren Hauptabsorptionsbanden im IR-Absorptionsspektrum bei 3480, 1740 und 860 cm-' Hegen. Die NMR-Resonanzen Degen bei folgenden <J-Werten: 0,86 (6 H d), 2,42(2 H, d), 3,57 (3 H s)und4,91 (1 H s).

Beispiel 2

26,4 g 4-tert-ButyIacetophenon und 16,2 g Chloressigsäureäthylester werden im Verlauf von 30 min bei 10 bis 15°C unter Rohren langsam mit 10,2 g Natriumäthylalkoholat versetzt Man läßt auf Raumtemperatur erwärmen und rührt bei dieser Temperatur etwa 12 h lang. Anschließend wird auf 85⁰C erwärmt und bei dieser Temperatur weitere 1,5 h lang gerührt Nach Abkühlen wird mit Diäthyläther versetzt, mit Wasser gewaschen, über Magnesiumsulfat getrocknet und der Äthyläther abdestiffiert Nach Destillation den Rückstandes werden 25,0 g, entsprechend 67% der theoretischen Ausbeute, 3-Methyl-3-{4-tert-butylphenyi)-«^- epoxypropionsiureäthytester mit einem Siedepunkt von 108 bis 111"C bei 0,2666 mbar erhalten

736 g dieses Esters werden in 30 ml trockenem Dimethylformamid gelöst Die Lösung wird mit 5 ml einer 47%igen Bortrifluoridlösung in Diäthyläther unter EiskUhhing versetzt Das Gemisch wird in der im Beispiel 1 beschriebenen Weise behandelt Es werden in 80% der theoretischen Ausbeute 630 g 2-Hydroxy-3-{4-tert-butylphenyl)-3-butensäureäthylester mit einem Siedepunkt von 115 bis 119°C bei 0)2666 mbar erhalten.

Elementaranalyse;

Berechnet für Q₆H₂₂O₃: C 73,25% H 8,45%
Gefunden: C 72£1% H 8,60%

Beispiel 3

2£8 g 3-Methyl-3-(4-isobutylphenyl)-a^-epoxypropionsäureisopropylester werden in 30 ml trockenem Dimethylacetamid gelöst Die Lösung wird unter

ίο Eiskühlung mit 5 ml einer 47%igen Bortrifluoridlösung in Diäthyläther versetzt Das Gemisch wird in der im Beispiel 1 beschriebenen Weise weiterbehandelt Es werden in 85% der theoretischen Ausbeute 7,0 g 2-Hydroxy-3^4-isobutyIphenyT)-3-butensäureisopropyI-

is ester mit einem Siedepunkt von 122 bis 124°C bei 0,2666 mbar erhalten.

Elementaranalyse:

Berechnet Rb-Ci₇H₂₄O₃: C 73,88% H 8,75%
Gefunden: C 74.01% H 8,91%

Beispiel 4

Eine Lösung von 10,0 g Ahiminiumchlorid in 100 ml Isopropyläther wird unter Rühren tropfenweise mit einer Lösung von 10,0 g 3-Methyl-3-(4-isobiJtylphenyl)-α^-epoxypropionsäureicethylester in 40 ml Isopropyläther versetzt Das Gemisch wird anschließend 3,5 h lang unter Rückfluß gerührt Nach Abkühlen und Versetzen mit verdünnter Salzsäure wird weitere 20 min lang gerührt Nach Trennung der Isopropylätherphase und der wäßrigen Phase und Abtrennen der Ätherphase wird die wäßrige Phase mit Isopropyläther extrahiert Die vereinigten Ätherphasen werden aufeinanderfolgend mit Wasser, einer wäßrigen Natriumhydrogencarbonatlösung und wiederum mit Wasser gewaschen und anschließend über wasserfreiem Magnesiumsulfat getrocknet Der Isopropyläther wird unter vermindertem Druck abgezogen. Nach Destillation des Rückstandes werden in 67,0% der theoreti-

sehen Ausbeute 6,7 g

2-Hydroxy-3-{4-isobutylphenyr)-3-butensäuremethyI-ester vom Siedepunkt 113 bis 115⁰C bei 0,2666 mbar erhalten.

Elementaranalyse:

Berechnet für C₁₅H₂₀O₃: C 7235% H 8,12%
Gefunden: C 72,18% H 7,96%

Beispiel 5

so Dieses Beispiet demonstriert die Brauchbarkeit des beanspruchten Verfahrens unter Verwendung einer verdünnten Mineralsäure in Tetrahydrofuran.

a) 4,0 g Methyl-3-methyl-3-(4-isobutyIphenyl)-glycidat wurden in 80 ml Tetrahydrofuran gelöst, und dieser Lösung wurden 12 ml 10%ige wäßrige Schwefelsäure bei 4—5" C 5 min unter Rühren zugetropft Dieses Gemisch wurde 1 h bei 4-5°C, dann 22 h bei Raumtemperatur gerührt Darauf wurde das Reaktionsgemisch durch Zugabe von wäßrigem Natriumhydro-

genCäfbonat neutralisiert und anschließend durch Verdampfen von Wasser konzentriert Die konzentrierte Lösung wurde mit ÄthyUther extrahiert und der erhaltene Extrakt in Äthyläther mit Wasser und dann mit gesättigter wäßriger Natriumchloridlösung gewasehen und darauf fiber wasserfreiem Magnesiumsulfat getrocknet Der gewaschene Extrakt wurde unter vermindertem Druck destilliert, um das Lösungsmittel zu entfernen, so daß 4,1 g 23-Dihydroxy-3-(4-isobutyl-

phenyl)-buttersauremethylester verblieben. Ausbeute 95,6% der Theorie.

Elementaranalyse für CisHaO«:
ber.: C 67,64% H 8,33%
gef.: C 67,94% H 8,13%
IR: (Vm«r): 3460,1735,1270,1215,1100Cm-'.

b) 4,1 g dej so erhaltenen 2^-Dihydroxy-3-(4-isobutylphenyl)-buttersäuremethylesters wurden in 30 ml Xylol gelöst und die Lösung mit 0,2 g p-Toluolsulfonsäure gemischt, worauf 3 h Rückfluß gekocht wurde. Die Reaktionslösung in Xylol wurde mit 5%iger wäßriger Natronlauge, dann mit Wasser und schließlich mit gesättigter wäßriger Natrhimchloridlösung gewaschen und anschließend¹ über wasserfreiem Magnesiumsulfat getrocknet Die getrocknete Reaktionslösung wurde unter vermindertem Druck zur Entfernung des Xylols destilliert, so daß 2ß g MethyI-2-hydroxy-3-(4-isobutyJ-phenyl)-butenoat erhalten wurden. Ausbeute: 73,2% der Theorie.

Elementaranalyse für C15H20O3:
ber.: C 72£5% H 8,12%
get: C 7139% H 8,18%

Die Vorteile der Verwendung eines einzigen Reaktionsbehälters beim erfindungsgemäßen Verfahren ergeben sich aus den folgenden Vergleichsbeispielen I und II:

Vergleichsbeispiel I

a) Zu einem gerührten Gemisch von 211 g 4-Isobutylacetophenon und 254 g Methylchloracetat wurden 117g eines Natriummethylatpulvers Ober 3 h bei einer Temperatur von weniger ab 5°C unter Stickstoffatmosphäre gegeben. Nach der Zugabe wurde dieses Gemisch 12. h bei Raumtemperatur und dann 1,5 h bei 85 bis 90° C gerührt Nach dem Kühlen wurde das Reaktionsgemisch mit Äthyläther extrahiert, und der Ätherextiakt wurde mit Wasser und dann mit gesättigter wäßriger Natriumchloridlosung gewaschen und darauf über wassere Magnesiumsulfat getrocknet Die Ätherlösung wurde unter vermindertem Druck durch Destination des Äthers zur Trockne eingeengt

b) De? so erhaltene Rückstand (297,6 g, enthaltend Me*hyI-3-methyl-3-(4-isobutylphenyi)-glycidat) wurde in 1000 ml Dimethylformamid gelöst, und der erhaltenen Lösung wurden 322 ml einer Lösung von 47% Bortrifluorid (die Lewis-Säure) in Äthyläther unter Kühlen und Rühren zugetropft Das Gemisch wurde 1 h bei 20 by 22°C gerührt, und das Methyl-2-hydrcxy-3-<4-isobutyIphenyl)-3-butenoat enthaltende gebildete Reaktionsgemisch wurde mit 696 ml einer Lösung von 28% Natriummethylat in Methanol zusammengemischt Das Gemisch wurde 30 min bei 60 bis 62°C gerührt, um die erste Stufe der Herstellung von 2-(4-Alkylphenyf)-propionsäure durchzuführen. Nach Zusatz von 1200 ml Wasser wurde das ganze Gemisch 30 min bei 30 bis 35°C geführt, um die zweite Stufe (die Hydrolyse) durchzuführen. Nach dem Abkühlen wurden der Reaktionslösung 204 ml 30%iges wäßriges Wasserstoffperoxid über 30 min bei 25 bis 30" C unter Rühren zugetropft, und das Gemisch wurde 30 min bei 25 bis 30° C gerührt, um die dritte Stufe (die Oxydation) durchzuführen. Die Behandlung des oben genannten glycidathaltigen RücÜ.äands mit Bortrifluorid sowie die erste, zweite und dritte Stufe der Herstelhang von 2-(4-Alkylphenyl)-propionsäure wurden in einem einzigen Reaktionsgefäß durchgeführt Das aus der obigen Oxydationsstufe kommende Reaktionsgemisch wurde mit Isopropyläther extrahiert, und die restliche wäßrige Phase wurde durch Zusatz von 204 ml 35%iger Salzsäure angesäuert und dann mit Isopropyläther extrahiert Die Isopropylätherextrakte wurden miteinander vereinigt und mit Wasser und dann mit wäßriger gesättigter Natriumchloridlösung gewaschen und darauf über wasserfreiem Magnesiumsulfat getrocknet

to Der getrocknete Extrakt wurde durch Destillation des Lösungsmittels zur Trockne eingeengt, und der Rückstand wurde als Petroläther umkristallisiert, um 1683 g 2-(4-Isobutylphenyl)-propionsäure als kristallines Produkt mit einem Schmelzpunkt von 75,0 bis 76,5⁰C zu liefern. Ausbeute 68,4% (bezogen auf 4-IsobutyIacetophenon).

Elementaranalyse (für CuHi₈O₂):

ber.: C 75,69, H 8£0%
^ get: C 7533, H 8,76%

Vergleichsbeispiel II

a) Zu einem gerührten Gemisch von 422 g 4-isobutylacetonhenon und 508 g Methylchloracetat wurden 234 g eines Natriummethylatpulvers über 3 h bei einer Temperatur von weniger als 5° C unter Stickstoffatmosphäre gegeben. Nach ckr Zugabe wurde das Gemisch 12 h bei Raumtemperatur und denn 1,5 h bei 85 bis 90° C .gerührt Nach dem Abkühlen wurde das Reaktionsge-

misch mit Methyläther extrahiert, und der Ätherextrakt wurde mit Wasser und dann mit gesättigter wäßriger Natriumchloridlösung gewaschen und darauf, über wasseie Magnesiumsulfat getrocknet Die Ätherlösung wurde unter vermindertem Druck durch

Destillation des Äthers zur Trockne eingeengt

B) Der so erhaltene feste Rückstand (594,2 g; enthaltend Methyl-3-nT€thyI-3-(4-isobutylpheE;d)-gIycidat) wurde in 1200 ml Isopropyläther gelöst, und der erhaltenen Lösung wurden 030 ml konzentrierter Schwefelsäure zugetropft Das Gemisch wurde 30 min bei 30 bis 35"C gerührt, und das Methyl-2-hydroxy-3-(4-isobutyiphenyi}-3-butenoat enthaltende entstandene Reaktionsgemisch wurde mit 696 ml einer 28%igen Natriummethylatlösung in Methanol zusammengemischt Das Gemisch wurde 30 min bei 40 bis 42⁹C gerührt um die erste Stufe der Herstellung von 2-(4-AlkYlphenyI)-propions»ure durchzuführen. Nach Zugabe von 24O0ml Wasser wurde das gesamte Gemisch 30 min bei 30 Ins 35°C gerührt, um die zweite

so Stufe (die Hydrolyse) durchzuführen. Der Reaktkmslösung wurden nach dem Abkühlen 406 ml 30%iges wjlftnges Wasserstoffperoxid fiber 30 min bei 25 bis 30"C unter Rühren zugetropft, und darauf wurde das Gemach 30 min bei 25 bis 30"C gerührt, um die dritte Stufe (die Oxydation) durchzufahren. Die Behandlung des oben erwähnten gfvcidathaitigen Rückstands mit konzentrierter Schwefelsaure sowie die erste, zweite und dritte Stufe der Herg von 2-(4-AlkylphetiyI)-ioe wurden in einem einzigen RcaktionsgefäB durchgeführt Das aus der obigen Oxydationsstufe kommende Reaktionsgemisch wurde mit Isopropyläther extrahiert, und die verbleibende wäßrige Phase wurde durch Zusatz von 40BmI 35%iger Salzsäure angesäuert und dam mit Isopropyläther extrahiert Die Isopropylitherextrakte wurden miteinander vereinigt und mit Wasser und dann mit wäßriger gesättigter Kochsalzlösung gewaschen und darauf über wasserfreiem Magnesiumsulfat getrocknet Der getrocknete

Extrakt wurde durch Destillation des Lösungsmittels zur Trockne eingeengt, und der Rückstand wurde aus Petroläther umkristallisiert, um 343,3 g 2-(4-lsobutylphenylj-propionsäure als kristallines Produkt mit einem Schmelzpunkt von 75,0 bis 76,5⁰C zu ergeben. Ausbeute 69,5% (bezogen auf 4-Isobutylacetophenon).

Elementaranalyse (für C13H18O2):
ber.: C 75,69% H 8,80%
gef.: C 75,81% H 8,70%

Die Gesamtausbeuten des Endprodukts, bezogen auf 4-Isobutylacetophenon, nach dem beanspruchten Verfahren sind in Form der folgenden Übersicht wiedergegeben:

Arbeitsweise

Ausbeulen

Mit Isolierung der Zwischen- 57,2%*)

produkte in jeder Stufe

Verwendung eines einzigen 68,4% (Beispiel I) Reaktionsbehälters

69,5% (Beispiel II)

Anmerkung:

*) Beispiel 1 der DE-OS 24 .14 244 wurde wiederholt, aber ohne Reinigung des Reaktionsprodukts des Isobutylacetophenons mit Methylchloracetat, mit anschließender Wiederholung des Beispiels 1 der vorliegenden Beschreibung.

Mit den vorstehenden Ausbeuten an Endprodukt ist das beanspruchte Verfahren dem Verfahren der GB-PS 11 60 725 augenscheinlich überlegen, wenn das erstere mit einer erforderlichen Minimalzahl der Reaktionsbehälter und unter Weglassung der Isolierung der Zwischenprodukte in jeder Stufe für die wesentlichen

Stufen des Verfahrens, ausgehend von 4-Isobutylacetophenon, durchgeführt wird.

Demgegenüber erfordert das aus der GB-PS 11 60 725 bekannte Verfahren wenigstens zwei Reaktionsgefäße zu seiner Durchführung, wenn es von 2,3-Epoxybiityrat ausgeht, da zur Trennung des 2-(4-lsobutylphenyl)-propionaldehyds Dampfdestillation erforderlich ist. Gewöhnlich ist die Durchführung dieser Dampfdestillation unergiebig und mühevoll. Das erfindungsgemäße Verfahren erfordert im Gegensatz dazu nur ein einziges Reaktionsgefäß, ausgehend von dem entsprechenden 2,3-Epoxybutyrat, das heißt dem Glycidat (I). Dies liegt daran, daß die Zwischenprodukte in den Stufen des erfindungsgemäßen Ver'ahrens stabil und als relativ reine Substanzen erhältlich sind, so daß die Zwischenprodukte nicht isoliert werden und als solche gleich in jeder nachfolgenden Stufe eingesetzt werden können.

Die Oxydationsstufe des aus der GB-PS Il 60 725 bekannten Verfahrens macht die Verwendung von Silberoxid (aus dem Silbernitrat) oder von Kaliumpermanganat erforderlich; beide Stoffe sind relativ kostspielig und geben Anlaß zu Problemen der Umweltverschmutzung, wenn sie beseitigt werden sollen, so daß für die Aufarbeitung der Abwässer hohe Kosten erforderlich sind. Hinzu kommen, wie bereits erwähnt, Kosten für die erforderliche Dampfdestillationsvorrichtung, die nicht nur als solche kostspielig ist, sondern auch einen hohen Energieverbrauch hat.

Im Gegensatz dazu ist für die Durchführung des beanspruchten Verfahrens keine aufwendige Arbeitsweise erforderlich, und es ist frei von Problemen der Umweltverschmutzung, da keine irgendwie schädlichen Nebenprodukte anfallen. Das erfindungsgemäße Verfahren, die Herstellung der Ausgangsverbindung eingeschlossen, kann in einfacher Weise durchgeführt werden und eignet sich damit offensichtlich wesentlich besser für die industrielle Praxis.

Claims

Patentansprüche:

1. 2-Hydroxy-3-(4-alkylphenyI)-3-butensäureester der allgemeinen Formel

CH₂

in der R¹ eine Alkylgruppe mit 2 bis 4 Kohlenstoffatomen und R² eine Alkylgruppe mit 1 bis 3 Kohlenstoffatomen bedeuten.

2. Verfahren zur Herstellung der Ester nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Ester der allgemeinen Formel (1)