DE2553102C2

DE2553102C2 - Verfahren zur Herstellung von 3-Methyl-2-(4'-chlorphenyl)-butyronitril

Info

Publication number: DE2553102C2
Application number: DE2553102A
Authority: DE
Inventors: Nobuo Toyonaka Osaka Ohno; Takeaki Takarazuka Hyogo Umemura; Tetuhiko Minoo Osaka 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: 1983-07-07
Also published as: JPS5163145A; CA1043811A; DK531475A; IT1052377B; DE2553102A1; FR2292702A1; GB1472149A; US4012428A; JPS538689B2; FR2292702B1; NL7513627A; CH595331A5

Description

A: Cl-

B:

C: CH₃O-

-CH₂CN

E: tert-CH,

F:

-CH₂CN

₂CN

Die 4-Chlorverbindung (A) wird innerhalb 2 Stunden in quantitativer Ausbeute alkyliert, während sowohl die entsprechende unsubstltuierte Verbindung als auch die anderen substituierten Verbindungen mit einem Umsatz von höchstens etwa 80* reagierten. Bei der Umsetzung der Verbindung (A) wurde die «,ar-Diisopropylverbindung überhaupt nicht gebildet, selbst wenn Isopropylbromid in der I,6fachen äquivalenten Menge eingesetzt wurde.

Bei der Einführung eines niederen Alkylrests In die tz-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 Ist. Deshalb ist ein Umsatz von etwa 80* für technische Zwecke unbefriedigend.

Die Alkylierung mit Isopropylchlorid oder -bromid nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zeigt eine charakteristisch rasche Reaktionsgeschwindigkeit bei Verwendung von 4-Chlorphenylacetonitrlr und liefert die entsprechende cr-monolsopropylierte Verbindung In quantitativer Ausbeute. Dies ermöglicht eine technische Herstellung der Verbindung.

Im erfindungsgemäßen Verfahren werden folgende organische quartäre Ammoniumsalze als Katalysator verwendet:

Trläthylbenzylammonlumchlorld, Trläthylbenzylammonlumbiomld, Trläthylbenzylammonlumjodld, Trläthylbenzylammoniumhydroxld, Trlmethylbenzylammonlumchlorld, Trimethylbenzylamrnonlumbromld, Tetrabutylammonlumchlorld, Tetrabutylammonlumbromld,

3-Phenoxybenzyltrläthylammonlumbrom)d,

Trlpropylbenzylammonlumchlorld, Trläthylpropylammonlumbromld, Cetyltrläthylatr.monlumbromld,

n-Octyltrlmethylammonlumchlorld und

p-Methoxybenzyltriai'iylammonlumchlorld.

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

h Als wäßrige Alkallmetallhydroxldlösung wird vorzugsweise 10- bis 70prozentige Natronlauge oder Kalilauge verwendet. In verdünnteren Alkalirnetallhydroxldlösungen ist die Reaktionsgeschwindigkeit etwas vermindert. Aus praktischen Gründen werden 40- bis 60prozentige,

M- insbesondere etwa SOprozentige Alkalimetallhydroxidlösungen eingesetzt.

Die Konzentration der wäßrigen Alkalimetallhydroxidlösung im Reaktionssystem ist gewöhnlich etwa das 1- bis 15-, vorzugsweise 1- bis 7- und insbesondere das

π 2- bis 4fache des Gewichts der Reaktionsteilnehmer.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann bei Temperaturen von Raumtemperatur bis 120⁰C durchgeführt werden. Bei niedrigen Temperaturen ist jüdoch die Reaktionsgeschwindigkeit verlangsamt. Vorzugswelse wird

2n 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. Mit dem Bromid werden höhere Reaktionsgeschwindigkeiten erhalten.

j5 Das Isopropylchlorid- bzw. -bromid wird in einer Menge von mindestens 1,0 Mol pro Mol Phenylacetonitril eingesetzt. Aus praktischen Gründen beträgt das Molverhältnis von Isopropylchlorid bzw. -bromid zu Phenylacetonitril 1,1 : 1 bis 1,5 : 1.

yi Das erfindungsgemäße Verfahren wird Im allgemeinen bei Atmosphärendruck durchgeführt. Das Verfahren kann in Gegenwart eines Lösungsmittels, wie Benzol, Toluol, Chloroform, 1,2-Dlchloräthan oder Methylendichlorid, durchgeführt werden. Die Gegenwart eines

j5 Lösungsmittels ist jedoch nicht erforderlich.

Durch die Auswahl des bestimmten Alkylierungsmittels (Isopropylchlorid bzw. -bromid) zur Alkylierung von p-Chlorphenylacetonltril unter bestimmten und vergleichbaren Reaktionsbedingungen gelingt es, das

4(· Alkylierungsprodukt in besseren Ausbeuten und vor allen Dingen praktisch frei von Dlalkylierungsprodukten herzuj· iellen.

Soweit bei den bekannten Verfahren der DE-OS 22 23 957 auch gute Ausbeuten an Alkylierungsprodukt erhalten werden (Beispiel 8; 90,4%), werden weit längere Reaktionszelten benötigt.

Bei Verwendung des sehr strukturnahen n-Propylchlorids erhält man in 80 Stunden nur eine Ausbeute von 46,2* (vgl. DE-OS 22 23 957, Beispiel 11).

Es kann aber auch als überraschend bezeichnet werden, daß nur durch den Ersatz eines n-Alkylhalogenids durch Isopropylchlorid oder -bromid die Alkylierung In «-Stellung wesentlich rascher erfolgt und ausschließlich zu einem raonoalkylierten Produkt führt.

Die Beispiele erläutern die Erfindung. Beispiel 1

22,7 g (0,15 Mol) p-Chlorphenylacetonitril, 22,14 g ω (0,18 Mol) Isopropyltromld und 0,342 g (0,0015 Mol) TrI-äthylbenzylammoniumchlorid werden In einem Reaktionsgefäß vorgelegt. Das Gemisch wird innerhalb 1 Stunde unter Wasserkühlung mit 60 ml einer 50prozentlgen Natronlauge tropfenweise versetzt. Nach beendeter Zugabe wird das Gemisch allmählich auf 55⁰C erwärmt und 6 Stunden bei differ Temperatur gerührt. Hierauf wird das Reaktionsgemisch auf Raumtemperatur abgekühlt und mit 50 ml Wasser und 100 ml Benzol unter

Rühren verdünnt Danach wird die Benzolschlcht abgetrennt. Die wäßrige Lösung wird mit 100 ml frischem Benzol extrahiert. Der Benzolextrakt und die Benzollösung werden vereinigt und mit gesättigter Kochsalzlösung gewaschen. Danach wird das Benzol unter vermindertem Druck abdestilliert und der Rückstand unter stark vermindertem Druck destilliert. Ausbeute 26,5 g (91,4% d. Th.) eines Destillats vom Kp. 100 bis 122° C/1,07 mbar.

Das erhaltene 3-Methyl-2-(4'-chlorphenyl)-butyronltrll wird gaschromatographisch untersucht. Es enthält weniger als 0.1 % p-Chlorphenylacetonitrll und weniger als 1 .(K 3-Methyl-2-isoprnpyl-2-(4'-chlorphenyl)-bulyronitril. das heißt das x.z-Dlisopropylprodukt.

Beispiel 2

Beispiel I wird wiederholt, jedoch werden 0,483 g (0.0015 Mol) Tetrabutylammoniumbromld als Katalysator verwendet. Die vollständlRe Umsetzung erfordert 9 Stunden. Ausbeute 25,8 g (89% d. Th.) Produkt. Die gaschromatographische Analyse ergibt das gleiche Ergebnis wie In Beispiel 1.

Beispiel 3

Beispiel 1 wird wiederholt, jedoch werden 0,546g (0,0015 Mol) 3-Phenoxybenzyltriäthylammonlumbromld als Katalysator verwendet. Die vollständige Umsetzung erfordert 8 Stunden. Ausbeule 26,4 g (90.9% d. Th.) Produkt. Die gaschromatographische Analyse liefert das gleiche Ergebnis wie In Beispiel I.

Beispiel 4

Beispiel 1 wird wiederholt, jedoch werden 60 ml einer 40prozentlgen Natronlauge verwendet. Ausbeute 25,6 g (88.1¹V el. Th.) Produkt. Die gaschromalographlsche Analyse zeigt die Gegenwart von I¹V Ausgangsverbindung und weniger als \% dlalkylieries Produkt

Beispiel 5

Beispiel 1 wird wiederholt, jedoch wird die Umsetzung bei 70^e C 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.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

14% der Ausgangsverbindung als Gemisch in einer Aus-Patentanspruch: beute von 84%, Bei Verwendung von Jsopropyljodid oder

Ätnyljodid wird das monoalkyllerte Produkt mit einem

Verfahren zur Herstellung von 3-Methyl-2-(4'- Umsatz von 75 bzw. 90% erhalten, .während 10 bis 25% chlorphenyD-butyronltrll, dadurch gekennzelch- 5 des Phenylacetonitril nicht umgesetzt·werden. Dieses net, daß man p-Chlorphenylacetonltril mit Iso- Verfahren hat zwei wesentliche Nachtelle, Alkyljodtde propylchlorid oder -bromid in Gegenwart von . sind teuer, und die niedrige Ausbeute erfordert eine

Abtrennung des Produkts aus dem Reaktionsgemisch,

Triäthylbenzylammonlumchlorid, beispielsweise, durch Destillation. In der a-Stellung durch

Triäthylbenzylammonlumbromid, 10 niedere Alkylreste substituierte Verbindungen sind auch

Trläthylbenzylammonlumjodld, durch einfache Destillation nicht in reiner Form zu erhal-

Trläthylbenzylammoniumhydroxid, ten,

Trimethylbenzylammoniumchlorid, Die Alkylierung von Phenylacetonitril mit quartären

Trimethylbenzylammoniumbromld, Ammoniumsalzen als Katalysator wurde bereits ver-

Tetrabutylammonlumchlortd, 15 sucht, doch waren die Ausbeuten unbefriedigend, und

Tetrabutylammonlumbromld, das Produkt konnte nicht in hoher Reinheit erhalten wer-

3-Phenoxybenzyltriäthylammoniumbromid, den. Beispielsweise ist in Rocznlki Chem., Bd. 39 (1965),

Trlpropylbenzylammoniumchlorid, S. 1223 und C. A., Bd. 64 (1965), 12 595, beschrieben,

Triäthylpropylammonlumbromld, daß bei der Alkylierung von Phenylacetonitril bei Raum-

Cetyltriäthylammonlumbromld, 20 temperatur mit Äthylchlorid in Gegenwart von 50prozen-

n-Odyitrimethylarnmoniumchlorid oder tiger Natronlauge und mit Benzyltriäthylammoniumchlo-

rid als Katalysator das 2-PhenylbutyrenUr!! in einer Aus-

p-Methoxybenzyltriäthylammonlumchlorid als Kata- beute von 90% erhalten wird. Ober die Reinheit des lysator und in Gegenwart einer wäßrigen Alkallmetall- erhaltenen Produkts finden sich jedoch keine Hinweise, hydroxidlösung umsetzt. 25 Zur Alkylierung von Phenylacetonitril mit substitu

iertem Benzolring Ist aus Rocznlki Chem., Bd. 42 (1968), S. 1619 und C. A., Bd. 70 (1969), 37 413 bekannt, daß

4-BromphenyIacett>nitril mit ar-Chloracelonitril unter den

angewandten Bedingungen zum «,ar-dlcyanomethyllerten 30 Produkt in einer Ausbeute von 80% umgesetzt werden

kann.

Die bekannt Alkylierung von Phenylacetonitril mit Aus der DE-OS 22 23 957 ist die Alkylierung von

Alkylhalogeniden in Gegenwart von beispielsweise einem p-Chlorphenylacetonitril mit Äthylchlorid bzw. n-Pro-Alkallmetall, Alkallmetallhydnd oder -amid, wird In pylchlorld In Gegenwart von Triäthylbenzylammoniumelnem wasserfreien aprotischen Lösungsmittel oder flüs- 35 Chlorid als Katalysator und in Gegenwart einer konzensigem Ammoniak durchgeführt, einzelheiten der Reak- inerten wäßrigen Natriumhydroxidlosung bekannt. Die tlonsbedingungen und der Ausbeuten sind In Organic Ausbeuten sind jedoch selbst nach 80stündlger Reak-Reactlons, Bd. 9 (1957), S. 297 beschrieben. Bei der tlonsdauer unbefriedigend.

Handhabung großer Mengen der vorgenannten Basen tre- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein neues

ten jedoch Schwierigkeiten auf, so daß dieses Verfahren 40 Verfahren zur Herstellung von l-Methyl-2-(4'-chlorzur großtechnischen Herstellung unbefriedigend Ist. Fer- phenyO-butyronltrli zu schaffen. Die Lösung dieser Aufner laßt die Ausbeute und Reinheit der erhaltenen a- gäbe beruht auf dem überraschenden Befund, daß bei der Monoalkylphenylacetonitrlle zu wünschen übrig. Alkylierung von p-Chlorphenylacetonltrll mit Isopropyl-

Die Alkylierung in der α-Stellung verläuft über das chlorid oder -bromid In Gegenwart bestimmter, organi-Natrlumsalz eines «-Phenylacetonltrlls mit einem ent- 45 scher quartärer Ammoniumsalze als Katalysator und In sprechenden Alkohol; vgl. J. Org. Chem., Bd. 37 (1972), Gegenwart einer wäßrigen Alkallmetallhydroxidlösung S. 526. Dieses Verfahren verläuft lh verhältnismäßig die «-Isopropylsubstliulerte Verbindung In wesentlich hoher Ausbeute, wenn die In die α-Stellung eingeführten kürzeren Reaktionszeiten und In überraschend hohen Alkylreste unverzweigte Reste mit mehr als 6 Kohlen- Ausbeuten erhalten wird.

Stoffatomen sind. Die Ausbeute ist jedoch sehr niedrig 50 Die Erfindung betrifft somit den Im Anspruch gekennbei der Einführung niederer oder verzweigter Alkylreste. zeichneten Gegenstand.

Weiterhin Ist dieses Verfahren In technischer Hinsicht I_n der Zeichnung Ist der Umsatz gegen die Reaktionsunbefriedigend, da bei Verwendung niederer Alkohole zelt für die Umsetzung verschiedener substituierter druckbeständige Reaktlonsgefaße, wie Autoklaven, ver- Phenylacetonitril mit Isopropylbromid aufgetragen. Die wendel werden müssen. Vor einigen Jahren wurde ein 55 In der Zeichnung wiedergegebenen Ergebnisse wurden neues Alkyllerungsverfahren entwickelt, bei dem orga- unter folgenden Reaktionsbedingungen erhalten:
nlsche quartäre Ammoniumsalze als Phasen-Transfer- Ein Gemisch von 0,1 Mol Phenylacetonitril, 0,16 Mol katalysatoren eingesetzt werden. Aus den nachstehend Isopropylbromid und 0,001 Mol Benzyltrläthylammonlerläuterten Gründen Ist jedoch dieses Verfahren nicht umchlorld In 40 ml einer 50pro7.entlgen Natronlauge wird vollständig befriedigend. 60 bei 47 bis 5O⁰C gerührt. In Zeltabständen werden aus

Nach A, Bfindström u. Mitarb., Tetrahedron Letters, dem Reaktionsgemisch Proben entnommen, die gaschro-1972, 473, erhält man bei der Methyllerung von Phenyl- matographlsch analysiert werden. Sodann wird das FIaacetonltrll mit Methyljodld In Methylendlchlorld In chenverhältnls des Peaks der Ausgangsverbindung zum Gegenwart einer 7- bis lOprozentlgen Natronlauge und Reaktionsprodukt auf der graphischen Darstellung des unter Verwendung von Tetra-n-butyl-ammonlumhydro- 65 Oaschromatographen nach der Prozentsatzmethode gensulfat In äqulmolaren Mengen zum Acetonitril das ar- berechnet. Die Buchstaben A₁ B, C, D, E und F In der methyllerte Produkt in 72 prozentlger Ausbeute, das a,a- Zeichnung bezeichnen folgende substituierten Phenyldimethyllerte Produkt In 14 prozentlger Ausbeute sowie acetonitrile: