DE2553102A1

DE2553102A1 - Verfahren zur herstellung von 3-methyl -2-(4'-halogenphenyl)-butyronitrilen

Info

Publication number: DE2553102A1
Application number: DE19752553102
Authority: DE
Inventors: Nobuo Ohno; Takeaki Umemura; Tetuhiko Watanabe
Original assignee: Sumitomo Chemical Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Chemical Co Ltd
Priority date: 1974-11-26
Filing date: 1975-11-26
Publication date: 1976-08-12
Also published as: US4012428A; CA1043811A; NL7513627A; FR2292702A1; JPS538689B2; DE2553102C2; DK531475A; CH595331A5; IT1052377B; GB1472149A; FR2292702B1; JPS5163145A

Description

SUMITOMO CHEMICAL COMPANY, LIMITED
Osaka, Japan

¹¹ Verfahren zur Herstellung von 3-Methyl-2-(4^f-halogenphenyl)-butyronitrilen "

Priorität: 26. November 1974, Japan, Nr. 136 712/74

Die bekannte Alkylierung von Phenylacetonitril mit Alkylhalogeniden in Gegenwart von beispielsweise einem Alkalimetall, Alkalimetallhydrid oder -amid, wird in einem wasserfreien aprotischen Lösungsmittel oder flüssigem Ammoniak durchgeführt. Einzelheiten der Reaktionsbedingungen und der Ausbeuten sind in Organic Reactions, Bd. 9 (1957), S. 297 beschrieben. Bei der Handhabung großer Mengen der vorgenannten Basen treten jedoch Schwierigkeiten auf, so daß dieses Verfahren zur großtechnischen Herstellung unbefriedigend ist. Ferner läßt die Ausbeute und Reinheit der erhaltenen a-Monoalkylphenylacetonitrile zu wünschen übrig.

Die Alkylierung in der α-Stellung verläuft über das Natriuiasalz eines a-Phenylacetonitrils mit einem entsprechenden Alkohol; vgl. J. Org. Chem., Bd. 37 (1972), S. 526. Dieses Verfahren

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verläuft in verhältnismäßig hoher Ausbeute, wenn die in die α-Stellung eingeführten Alkylreste unverzweigte Reste mit mehr als 6 Kohlenstoffatomen sind. Die Ausbeute ist jedoch sehr niedrig bei der Einführung niederer oder verzweigter Alkylreste. Weiterhin ist dieses Verfahren in technischer Hinsicht unbefriedigend, da bei Vervrendung niederer Alkohole druckbeständige Reaktionsgefäße, wie Autoklaven, verwendet werden müssen. Vor einigen Jahren wurde ein neues Alkylierungsverfahren entwickelt, bei dem organische quartäre Ammoniumsalze als Phasen-Transferkatalysatoren eingesetzt werden. Aus den nachstehend erläuterten Gründen ist jedoch dieses Verfahren nicht vollständig befriedigend.

Nach A. Brändström u. Mitarb., Tetrahedron Letters, 1972, 473,

erhält man bei der Methylierung von Phenylacetonitril mit Mein
thyljodid/Hethylendichlorid in Gegenwart einer 7- bis 10prozentigen Natronlauge und unter Verwendung von Tetra-n-butylammoniumhydrogensulfat in äquimolaren Mengen zum Acetonitril das a-methylierte Produkt in 72prozentiger Ausbeute, das α,α-dimethylierte Produkt in 14prozentiger Ausbeute sowie 14 % der Ausgangsverbindung als Gemisch in einer Ausbeute von 84 %. Bei Verwendung von Isopropyljodid oder Äthyljodid wird das monoalkylierte Produkt mit einem Umsatz von 75 bzw. 90 % erhalten, während 10 bis 25 % des Phenylacetonitril nicht umgesetzt werden. Dieses Verfahren hat zwei wesentliche Nachteile. Alkyljodide sind teuer, und die niedrige Ausbeute erfordert eine Abtrennung des Produkts aus dem Reaktionsgemisch, beispielsweise durch Destillation. In der α-Stellung durch niedere Alkyl-

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, 2bb3 102 -η

reste substituierte Verbindungen sind auch durch einfache Destillation nicht in reiner Form zu erhalten.

Die Alkylierung von Phenylacetonitril mit quartären Ammoniumsalzen als Katalysator wurde bereits versucht, doch waren die Ausbeuten unbefriedigend und das Produkt konnte nicht in hoher Reinheit erhalten werden. Beispielsweise ist in Roczniki Chem., Bd. 39 (1965), S. 1223 und C. A., Bd. 64 (I965), 12 595, beschrieben, daß bei der Alkylierung von Phenylacetonitril bei Raumtemperatur mit Äthylchlorid in Gegenwart von 50prozentiger Natronlauge und mit Benzyltriäthylammoniumchlorid als Katalysator das 2-Phenylbutyronitril in einer Ausbeute von 90 % erhalten wird. Über die Reinheit des erhaltenen Produkts finden sich jedoch keine Hinweise.

Zur Alkylierung von Phenylacetonitrilen mit substituiertem Benzolring ist aus Roczniki Chera., Bd. 42 (I968), S. I619 und C. A., Bd. 70 (1969), 37 413 bekannt, daß 4-Bromphenylacetonitril mit oc-Chloracetonitril unter den angewandten Bedingungen zum α,α-dicyanomethylierten Produkt in einer Ausbeute von 80 % umgesetzt werden kann.

In der DT-OS 23 35 347 sind Alkylierungsverfahren unter Verwendung organischer quartärer Ammoniumsalze als Katalysator, insbesondere die Umsetzung von 4-Halogenphenylacetonitrilen mit Isopropylhalogeniden beschrieben.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein neues Verfahren zur Herstellung von 3-Methyl-2-(4'-halogenphenyl)-butyronitrilen zu schaffen. Die Lösung dieser Aufgabe beruht auf dem überraschenden Befund, daß bei der Alkylierung von p-Halogenphenylacetonitrilen mit Isopropylhalogeniden in Gegenwart organischer quartärer Ammoniumsalze als Katalysator und in Gegenwart einer wäßrigen Alkalimetallhydroxidlösung die a-Isopropylsubstituierte Verbindung in überraschend hohen Ausbeuten erhalten wird.

Die Erfindung betrifft somit den in den Ansprüchen gekennzeichneten Gegenstand.

In der Zeichnung ist der Umsatz gegen die Reaktionszeit für die Umsetzung verschiedener substituierter Phenylacetonitril mit Isopropylbromid aufgetragen. Die in der Zeichnung wiedergegebenen Ergebnisse wurden unter folgenden Reaktionsbedingungen erhalten:

Ein Gemisch von 0,1 Mol Phenylacetonitril, 0,16 Mol Isopropylbromid und 0,001 Mol Benzyltriäthylammoniumchlorid in 40 ml einer 50prozentigen Natronlauge wird bei 47 bis 50⁰C gerührt. In Zeitabständen werden aus dem Reaktionsgemisch Proben entnommen, die gaschromatographisch analysiert werden. Sodann wird das Flächenverhältnis des Peaks der Ausgangsverbindung zum Reaktiongprodukt auf der graphischen Darstellung des Gaschromatographen nach der Prozentsatzmethode berechnet. Die Buchstaben A, B, C, D, E und F in der Zeichnung bezeichnen folgende substituierten Phenylacetonitril: _j

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Die 4-Chlorverbindung (A) v/ird innerhalb 2 Stunden in quantitativer Ausbeute alkyliert, während sowohl die entsprechende unsubstituierte Verbindung als auch die anderen substituierten Verbindungen mit einem Umsatz von höchstens etwa 80 % reagierten. Bei der Umsetzung der Verbindung (A) wurde die α,α-Diisopropylverbindung überhaupt nicht gebildet, selbst wenn Isopropylbromid in der 1,6-fachen äquivalenten Menge eingesetzt wurde.

Bei der Einführung eines niederen Alkylrests in die α-Stellung ist der Unterschied im Siedepunkt zwischen der Ausgangsverbindung und dem alkylierten Produkt so gering, daß eine Trennung der Produkte durch Destillation nur sehr schwer zu erreichen

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ist. Deshalb ist ein Umsatz von etwa 80 % für technische Zwecke unbefriedigend.

Die Alkylierung mit Isopropylhalogeniden nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zeigt eine charakteristisch rasche Reaktionsgeschwindigkeit bei Verwendung von 4-Halogenphenylacetonitrilen und liefert die entsprechenden a-monoisopropylierten Produkte in quantitativer Ausbeute. Dies ermöglicht eine technische Herstellung der Verbindungen.

Spezielle Beispiele für die im erfindungsgemäßen Verfahren verwendbaren organischen quartären Ammoniumsalze sind Triäthylbenzylammoniumchlorid,

Triä thylbenzylammoniumbroraid,

Triäthylbenzylammoniumjodid,

Triäthylbenzylammoniumhydroxid,

Trimethylbenzylammoniumchlorid,

Trimethylbenzylammoniumbromid,

Tetrabutylammoniumchlorid,

Tetrabutylammoniumbromid,

3-Phenoxy benzyltriäthylammoniumbromid, Tripropylbenzylammoniumchlorid,

Triäthylpropylammoniumbromid,

Ce tyl triä thylaiaaoiiiiiffllxroiaid,

m-Octyltrimethylammoniuiachlorid und

p-Metäioxybenzyltriätfeylaiaffloiiiuiaciilorid.

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Der Katalysator kann in einer Menge von 0,005 bis 0,2 Mol pro Mol Phenylacetonitril eingesetzt werden. Für praktische Zwecke genügen etwa 0,01 Mol Katalysator pro Mol Phenylacetonitril.

Als wäßrige Alkalimetallhydroxidlösung wird vorzugsweise 10 bis 70prozentige Natronlauge oder Kalilauge verwendet. In verdünnteren Alkalimetallhydroxidlösungen ist die Reaktionsgeschwindigkeit etwas vermindert. Aus praktischen Gründen werden 40 bis 60prozentige, insbesondere etwa 50prozentige Alkalimetallhydroxidlösungen eingesetzt.

Die Konzentration der wäßrigen Alkalimetallhydroxidlösung im Reaktionssystem ist gewöhnlich etwa das 1 bis 15, vorzugsweise 1 bis 7 und insbesondere das 2 bis 4-fache des Gewichts der Reaktionsteilnehmer .

Das erfindungsgemäße Verfahren kann bei Temperaturen von Raumtemperatur bis 120⁰C durchgeführt werden. Bei niedrigen Temperaturen ist jedoch die Reaktionsgeschwindigkeit verlangsamt. Vorzugsweise wird die Umsetzung bei Temperaturen von 40 bis 70 und insbesondere von 45 bis 60⁰C durchgeführt.

Die Reaktionsgeschwindigkeit hängt von der Art des eingesetzten Isopropylhalogenids ab. Es können sowohl das Chlorid als auch das Bromid verwendet werden. Mit dem Bromid werden höhere Reaktionsgeschwindigkeiten erhalten. Das Isopropylhalogenid wird in einer Menge von mindestens 1,0 Mol pro Mol Phenylacetonitril eingesetzt. Aus praktischen Gründen beträgt das Molverhältnis

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von IsQproiylhalogenid zu Phenylacetonitril 1,1 ; 1 Ms

Das erfindungsgemäße Verfahren wird im allgemeinen bei Atmosphärendruck durchgeführt. Das Verfahren kann in Gegenwart eines Lösungsmittels, wie Benzol, Toluol, Chloroform, 1,2-Dichloräthan oder Methylendichlorid, durchgeführt werden. Die Gegenwart eines Lösungsmittels ist jedoch nicht erforderlich.

Die Beispiele erläutern die Erfindung.

B ei s ρ i e 1 1

22,7 g (0,15 Mol) p-Chlorphenylacetonitril, 22,14 g (0,18 Mol) Isopropylbromid und_:0,342 g (0,0015 Mol) Triäthylbenzylammomjmchlorid werden in einem Reaktionsgefäß vorgelegt. Das Ge-... misch wird innerhalb 1 Stunde unter Wasserkühlung mit 60 ml einer 50prozentigen Natronlauge tropfenweise, versetzt. Nach beendeter Zugabe wird das Gemisch allmählich auf 55⁰C erwärmt und 6 Stunden bei dieser Temperatur gerührt, Hierauf wird das Reaktionsgemiseh auf Raumtemperatur abgekühlt und mit 50 ml Wasser und 100. ml Benzol unter Rühren verdünnt. Danach wird die Benzolschicht abgetrennt. Die wäßrige Lösung wird mit. 100 ml frischem Benzo.! extrahiert. Der Benzolextrakt und die Benzollösung werden vereinigt und mit gesättigter Kochsalzlösung gewaschen. Danach wird das Benzol unter venaindertes Druck abdestilliert und der Rückstand unter stark vermindertem Druck destilliert, Ausbeute 26,5 g (91,4 % d. Th.) eines Destillats vom Kp. 100 bis 112°C/0,8 Torr. _j

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Das erhaltene 3-Methyl-2-(4^l-chlorphenyl)-butyronitril wird gaschromatographisch untersucht. Es enthält weniger als 0,2 % p-Chlorphenylacetonitril und weniger als 1,0 % 3-Methyl-2-isopropyl-2-(4^f-chlorphenyl)-butyronitril, das heißt das α,α-Diisopropylprodukt.

Beispiel 2

Beispiel 1 wird wiederholt, jedoch werden 0,483 g (0,0015 Mol) Tetrabutylammoniumbromid als Katalysator verwendet. Die vollständige Umsetzung erfordert 9 Stunden. Ausbeute 25,8 g (89 % d. Th.) Produkt. Die gaschromatographische Analyse ergibt das gleiche Ergebnis wie in Beispiel 1.

Beispiel3

Beispiel 1 wird wiederholt, jedoch werden 0,546 g (0,0015 Mol) 3-Phenoxybenzyltriäthylammoniumbromid als Katalysator verwendet. Die vollständige Umsetzung erfordert 8 Stunden. Ausbeute 26,4 g (90,9 % d. Th.) Produkt. Die gaschromatographische Analyse liefert das gleiche Ergebnis wie in Beispiel 1.

Beispiel4

Beispiel 1 wird wiederholt, jedoch werden 60 ml einer 40prozentigen Natronlauge verwendet. Ausbeute 25,6 g (88,1 % d. Th.) Produkt. Die gaschromatographische Analyse zeigt die Gegenwart von 1 % Ausgangsverbindung und weniger als 1 % dialkyliertes Produkt.

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Beispiel. '5'

Beispiel 1 wird wiederholt, jedoch wird die Umsetzung bei 70⁰C durchgeführt. Die vollständige Umsetzung erfordert 5 Stunden. Ausbeute 25,7 g (88,5 % d. Th.) Produkt. Die gaschromatographische Analyse ergibt die Gegenwart von 3 % Phenylacetonitril als Hauptverunreinigung.

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Claims

P a t e η t a η s ρ r ü c h e

j 1./ Verfahren zur Herstellung von 3-Hethyl~2-(4^l-halogenphenyl )-butyronitrilen, dad u r e h g e k e η η ζ e i c h η e t, daß man ein p-Halogenphenylacetonitril mit einem Isopropylhalogenid in Gegenwart eines organischen quartären -I Ammoniumsälzes als Katalysator und in Gegenvrart einer wäßrigen Alkalimetallhydroxidlösung umsetzt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man den Katalysator in einer Menge von 0,005 Ms 0,2 Mol pro Mol Phenylacetonitril verwendet.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Umsetzung in Gegenwart von 10 bis 70gewichtsprozentiger Alkalimetallhydroxidlösung durchführt.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß man die Umsetzung in Gegenwart von 40 Ms 60gewichtsprozentiger Alkalimetallhydroxidlösung durchführt.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Umsetzung bei Temperaturen von Raumtemperatur bis 120⁰C durchführt.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß man die Umsetzung bei Temperaturen von 45 bis 60⁰C durchführt.

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