DE2617586A1 - Verfahren zur herstellung von 3,5-di-tert.butyl-4-hydroxybenzaldehyd - Google Patents

Description

DR. KURT JACOBSOHN D - 8042 OBERSCHLEISSHEIM

PATENTANWALT Freisinger Straße 29 ■ Postfach / P.O.B. 58

22. April 1976

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GULF OIL CORPORATION Pittsburgh, Pennsylvania, USA

Verfahren zur Herstellung von 3,5-Di-tert.butyl-4-hydroxybenzaldehyd

Für diese Anmeldung wird die Priorität vom 7. Mai 1975 aus der USA-Patentanmeldung Serial No. 575 554 in Anspruch genommen.

3,5-Di-tert.butyl-4-hydroxybenzylalkohol ist im Handel erhältlich und wird als Oxidationsverzögerer von der Art der sterisch gehinderten Phenole verwendet. Der entsprechende Benzaldehyd ist ein wertvolles Zwischenprodukt für die Herstellung von Schädlingsbekämpfungsmitteln von der Art des Benzylidenmalonsaurenitrils.

Die Umwandlung von substituierten Benzylalkoholen in die entsprechenden Benzaldehyde durch Oxidation ist bekannt; vgl. z.B. Journal of Organic Chemistry, Band 39, Seite 3304 (1974) und Journal of Organic Chemistry, Band 26, Seite 4814-4816 (1961). Die Oxidation der Alkohole bringt jedoch Probleme mit sich; denn die Reaktionsteilnehmer sind kostspielig, es müssen anorganische Abfallprodukte beseitigt werden, und die Ausbeuten nach der Reinigung lassen zu wünschen übrig. Als wirtschaftlichere Methode zur Herstellung der Aldehyde wird

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öl.

oft die Oxidation der entsprechenden Benzylchloride angesehen. Ein anderes Verfahren zum Umwandeln einer begrenzten Klasse von Benzylhalogeniden in die entsprechenden Benzaldehyde ist die Sommeletsche Reaktion, bei der das Benzylhalogenid durch Umsetzung mit Hexamethylentetramin ein quartäres Salz bildet. Die quartäre Verbindung kann dann zu dem Benzaldehyd und Ammoniak hydrolysiert werden. Die Reaktion ist aber nicht allgemein durchführbar und misslingt mitunter ohne ersichtliche Ursache; vgl. "Survey of Organic Syntheses" von Calvin A. Buehler und Donald E. Pearson, Seite 557-558, Verlag John Wiley & Sons, Inc., 1970. Wenn dieses Verfahren zur Umwandlung von 3,5-Di-tert.butyl-4-hydroxybenzylchlorid in den entsprechenden Aldehyd angewandt wird, erweist sich das Entfernen von farbigen, halbfesten Verunreinigungen aus dem Produkt als zeitraubend und wenig wirkungsvoll.

Es wurde nun gefunden, dass 3,5-Di-tert.butyl-4-hydroxybenzylalkohol mit Hexamethylentetramin in wässriger Essigsäure unter Bildung des entsprechenden Benzaldehyds von hochgradiger Reinheit in Form eines festen Niederschlags reagiert. Es wurde ferner gefunden, dass das Hexamethylentetramin durch Reaktionsteilnehmer, die einem Gemisch aus Formaldehyd und Ammoniak äquivalent sind, z.B. durch Formalin und Ammoniumacetat, ersetzt werden kann, so dass das Verfahren mit einfachen, wohlfeilen Rohstoffen durchgeführt werden kann.

Der Umstand, dass offenbar keine Nebenreaktianen stattfinden, und die Möglichkeit, dass Hexamethylentetramin durch Formaldehyd und Ammoniak zu ersetzen, deuten darauf hin, dass die Umwandlung des Benzylalkohol in den entsprechenden Aldehyd nach einem ganz anderen Reaktionsmechanismus vor sich geht als die Umwandlung des entsprechenden Benzylhalogenids,

Das Verfahren gemäss der Erfindung besteht darin, dass man 3#5-Di-tert.butyl-4-hydroxybenzylalkohol mit mindestens einem molaren Äquivalent Hexamethylentetramin oder Reaktionsteilnehmern, die einem Gemisch aus mindestens 6 Mol Formalde-

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hyd und mindestens 4 Mol Ammoniak äquivalent sind, in wässriger Essigsäure als Reaktionsmedium umsetzt.

Vorzugsweise verwendet man als Reaktionsteilnehmer mindestens ein molares Äquivalent Hexamethylentetramin oder ein diesem äquivalentes Gemisch aus Formaldehyd und Ammoniumacetat, um die Einführung von Verunreinigungen in das Produkt zu vermeiden. Der Formaldehyd kann in Form der handelsüblichen Formalinlösung oder in reiner Form, aber auch als festes Kondensationsprodukt, wie als Paraformaldehyd., eingesetzt werden. Das Ammoniak kann unmittelbar in die Essigsäure eingeleitet werden, so dass sich das Acetat im Reaktionsgemisch bildet. Wenn dies unzweckmässig ist, kann man andere, leicht erhältliche Ammoniumsalze verwenden.

Die wässrige Essigsäure soll mindestens 50 Volumprozent Essigsäure in Wasser (etwa 525 g/l) enthalten. Zu empfehlen ist die Verwendung eines Reaktionsmediums auf der Basis von etwa 60- bis"85-volumprozentiger wässriger Essigsäure, vorzugsweise einer Essigsäure von mindestens.65 Volumprozent, die einen Überschuss an Hexamethylentetramin oder Formaldehyd und Ammoniak enthält, und das flüssige Reaktionsmedium nach der Gewinnung des als Niederschlag ausgefallenen Produkts einmal oder mehrmals wiederzuverwenden. Dieses Verfahren ist wirtschaftlicher und vermindert Probleme der Abfallbeseitigung.

Die Reaktionstemperatur soll so hoch sein, dass die Reaktionsteilnehmer in Lösung vorliegen. Eine bevorzugte Reaktionstemperatur liegt im Bereich von 65 bis 115° C. Besonders bevorzugt wird die Rückflusstemperatur bei Atmosphärendruck.

Die folgenden Beispiele erläutern die beste Durchführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens.

Beispiel 1

Ein mit Rührer, Heizmantel, Thermometer und Wasserkühler mit einer an einen mit Wasser gefüllten Blasenzähler angeschlossenen Gasäbzugsleitung versehener 12 Liter-Reaktions-

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kolben wird mit ·1 1 Eisessig beschickt. Unter Rühren werden 280,4 g (2,0 Mol) Hexamethylentetramin zugesetzt. Die Temperatur des Kolbeninhalts steigt auf 40 C. Das Gemisch wird unter Rühren mit einer Lösung von 236,4 g (1,0 Mol) 3,5-Di-tert.-butyl-4-hydroxybenzylalkohol in 1 1 Essigsäure versetzt. Nach diesem Zusatz sinkt die Temperatur des Kolbeninhalts auf 30°C, und es bildet sich eine klare Lösung. Beim Zusatz von 1 1 V/asser zu der Lösung unter Rühren fällt ein starker orangefarbener Niederschlag aus, wobei die Temperatur des Kolbeninhalts etwas ansteigt. Nun beginnt man unter gutem Rühren zu erhitzen. Wenn die Temperatur 65 bis 70° C erreicht, ist alles feste Material in Lösung gegangen,, Bei einer Temperatur des Kolbeninhalts von 100 bis 102 C sind an den Wandungen des Reaktionskolbens kleine gelbe Kristalle zu bemerken. Man erhitzt weiter auf Rückflusstemperatur (107 C)₀ Um die Rückflusstemperatur zu erreichen, werden insgesamt 1,25 Stunden benötigt. Die Menge des kristallinen Niederschlags nimmt langsam zu, und es wird eine langsame Gasentwicklung bemerkt. Wenn das Gas durch gesättigtes Kalkwasser geleitet wird, bildet sich ein weisser Niederschlag. Mit einer Lösung von 2,4-Dinitrophenylhydrazin gibt das abströmende Gas keine Reaktion. Nach 2 Stunden Rückflussbehandlung wird der Heizmantel entfernt. Das Reaktionsgemisch wird unter Rühren im Eisbad auf 25° C gekühlt. Der Rührer wird zum Stillstand gebracht und eine zylindrische Glasfrittenfilterkerze in den Reaktionskolben eingesetzt. Das Filtrat wird durch ein angeschlossenes Rohr mittels eines angelegten Vakuums in ein anderes Gefäss abgesaugt. Dieses Filtrat (2280 ml = 2477 g) wird für die Verwendung als im Kreislauf geführtes Lösungsmittel für das nachfolgende Beispiel aufgehoben. Der Reaktionskolben wird mit 2500 ml Wasser beschickt, die 5 Minuten gerührt werden. Das Waschwasser wird durch die zylindrische Filterkerze abgezogen und das Filtrat verworfen. Dann werden weitere 2500 ml Wasser zugesetzt. Nach dem Rühren wird die Reaktionsaufschlämmung auf ein Va-

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kuumfilter gegossen. Die Filtration geht schnell vor sich. Der Reaktionskolben wird mit 500 ml Wasser nachgespült, die ebenfalls auf das Filter gegeben werden. Wenn der grösste Teil der Flüssigkeit von dem Filterkuchen abgesaugt worden ist, wird das Filtrat verworfen und das Produkt in eine Glasschale überführt. Nach dem Trocknen an der Luft Übernacht wird das Material 3 Stunden in einen Vakuumofen von 60 bis 65° C gestellt. Man erhält 205 g eines hellgelben kristallinen Stoffes; F. 189-191° C. Durch gas/flüssig-chromatographische Analyse wird festgestellt, dass das Produkt zu 96,8 % aus 3,5-Ditert.butyl-4-hydroxybenzaldehyd besteht„ Das Infrarotspektrum und das kernmagnetische Resonanzspektrum sind mit den Spektren des authentischen Materials identisch; Ausbeute 84,7 %.

Beispiel 2

Herstellung von 3,5-Di-tert.butyl-4-hydroxybenzaldehyd unter Verwendung des im Kreislauf geführten Reaktionsfiltrats

Ein, wie oben beschrieben, ausgestatteter 12 Liter-Reaktionskolben wird mit 2280 ml (2477 g) des in Beispiel 1 beschriebenen Filtrats beschickt. Unter Rühren setzt man 106,5 g (0,76 Mol) Hexamethylentetramxn zu. Während das Amin in Lösung geht, steigt die Temperatur etwas an. Diese Lösung wird mit 179,6 g (0,76 Mol) 3,5-Di-tert,butyl-4-hydroxybenzylalkohol versetzt. Es findet keine Reaktion statt, und wenn die Temperatur des Kolbeninhalts durch Erhitzen von aussen her auf 65 bis 70 C erhöht worden ist, bildet sich aus der Aufschlämmung eine klare Lösung. Unter gesteuertem Erhitzen wird nach 1,25 Stunden die Rückflusstemperatur (108° C) erreicht; bei 104 C beginnt das Produkt unter Gasentwicklung auszufallen. Nach 2 Stunden Rückflussbehandlung wird das Reaktionsgemisch auf 25 C gekühlt. Das Produkt wird von der Mutterlauge abgetrennt und, wie oben beschrieben, gewaschen. Nach dem Trocknen im Vakuumofen erhält man 164 g hellgelben, kristallinen 3,5-Di-tert.butyl-4-hydroxybenzaldehyd; F. 191-193° C Durch

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gas/flüssig-chromatographische Analyse wird festgestellt, dass das Produkt zu 100 % der analytischen Normprobe entspricht; Ausbeute 92,1 %_e

Beispiel 3

Herstellung von 3,5-Di-tert.butyl-4-hydroxybenzaldehyd unter Verwendung von Formalin und Ammoniumacetat

Dieses Beispiel erläutert den Ersatz des Hexamethylentetramins durch ein gleichwertiges Gemisch von Reaktionsteilnehmern bei der Umsetzung mit 3,5-Di-tert.butyl-4-hydroxybenzylalkohol.

Ein mit Rührer, Heizmantel, Thermometer und Wasserkühler ausgestatteter 500 ml-Reaktionskolben wird mit 100 ml Eisessig und 17 ml Wasser beschickt. Die Lösung wird unter Rühren mit 30,8 g (0,4 Mol) Ammoniumacetat, 48,7 g 37-prozentigem Formalin (0,60 Mol Formaldehyd) und 11,8 g (0,05 Mol) 3,5-Di-tert.butyl-4-hydroxybenzylalkohol versetzt. Um das in dem technischen Formalin enthaltene Methanol zu entfernen, wird der Kolben mit einem Destillieraufsatz versehen. Das Gemisch wird 2 Stunden auf Rückflusstemperatur (100-102° C) erhitzt. Nach dem Kühlen wird das Gemisch auf ein Vakuumfilter gegossen und der Produktkuchen mit Wasser gewaschen. Nach dem Trocknen erhält man 8,0 g kristallinen 3,5-Di-tert.butyl-4-hydroxybenzaldehyd; F. 191-193° C; Ausbeute 68,4 %.

In den folgenden Beispielen werden die Verhältnisse der Reaktionsteilnehmer und die Essigsäurekonzentrationen abgeändert, um den Einfluss dieser Variablen auf das Ergebnis zu zeigen. Man arbeitet nach dem allgemeinen Verfahren des Beispiels 1. Diese Beispiele sind in der folgenden Tabelle zusammengefasst:

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Beispiel

Mol Alkohol ,(2)

(D

Mol HMT^y

ml Essigsäure ml Wasser

Produktausbeute , %

Bemerkungen

(3)

0,10	0,10
0,10	0,30
200	200
100	100
76	87
2 Stunden	Rückfluss

0,20 0,40 300 300

Unreines Produkt

3,5-Di-tert.butyl-4-hydroxybenzylalkohol.

(2)

^v ' Hexamethylentetramin.

^~*' 3,5-Di-tert.butyl-4-hydroxybenzaldehyd.

Das Verfahren gemäss der Erfindung liefert aussergewöhnlich gute Ergebnisse bei der Herstellung des angegebenen Produkts, ist aber nicht auf die Umwandlung aller substituierter Benzylalkohol anwendbar. Das Verfahren lässt sich z.B. mit
4-Chlorbenzylalkohol, 4-Methoxybenzylalkohol oder 4-Nitrobenzy!alkohol nicht durchführen.

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Claims (4)

1. Gulf Oil Corporation

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   Patentansprüche

   Λ »J Verfahren zur Herstellung von 3,5-Di-tert.butyl-4- ^"nydroxybenzaldehyd, dadurch gekennzeichnet, dass man 3,5-Ditert.butyl-4-hydroxybenzylalkohol mit mindestens einem molaren Äquivalent Hexamethylentetramin oder mit Reaktionsteilnehmern, die einem Gemisch aus mindestens 6 Mol Formaldehyd und mindestens 4 Mol Ammoniak äquivalent sind, in wässriger Essigsäure von einer Konzentration von mindestens 50 Volumprozent bei einer Temperatur im Bereich von 65 bis 115° C umsetzt, die ausreicht, damit sich die Reaktionsteilnehmer in Lösung befinden, worauf man den 3,5-Di-tert.butyl-4-hydroxybenzaldehyd aus dem Reaktionsgemisch gewinnt.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man die Umsetzung in wässriger Essigsäure von etwa 60 bis 85 Volumprozent bei Rückflusstemperatur durchführt.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass man die Umsetzung mit Hexamethylentetramin bei Atmosphären-

   . druck durchführt.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass man die Umsetzung in wässriger Essigsäure von mindestens 65 Volumprozent bei Atmosphärendruck durchführt, das Produkt aus dem Reaktionsgemisch abfiltriert und das Filtrat im Kreislauf führt und mindestens als Teil des Reaktionsmediums verwendet.

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