DE2627940A1

DE2627940A1 - Verfahren zur herstellung von d,l-pantolacton

Info

Publication number: DE2627940A1
Application number: DE19762627940
Authority: DE
Inventors: Pierre Couderc; Serge Hilmoine
Original assignee: Chimique des Charbonnages SA
Current assignee: Orkem SA
Priority date: 1975-07-07
Filing date: 1976-06-22
Publication date: 1977-02-03
Also published as: FR2317297B1; DK305076A; IE43243L; BE843827A; IE43243B1; NL7607230A; GB1490680A; LU75306A1; US4082775A; FR2317297A1; IT1063143B

Description

PATENTANWÄLTE

A. GRÜiMECKER

CMPt_-'NG.

H. KlNKELDEY

DR-IMj.

W. STOCKMAlR

DR-ING.- A^E(CAlTECH)

K. SCHUMANN

DR PER NAT. · UPU-PHYS.

P. H. JAKOB

DtPL-ING.

G. BEZOLD

DR. RER. NAT. ■ DtPL-CHEM

S MÜNCHEN

MAXIMIUANSTRASSE

p 10 558

22. Juni 1976

Societe Chimique des Charbonnages

Tour Aurore Cedex .05

F-92080 PARIS TA DEEENSS-, Frankreich

Verfahren zur Herstellung vonBjL-Pantolacton

Die Erfindung "betrifft ein neues Verfahren zur Herstellung von DjL-Pantolacton.

Es ist "bekannt, daß Pantolacton durch Umsetzung von Cyanwasserstoffsäure mit Hydroxypivaldehyd und anschließende saure Hydrolyse des dabei erhaltenen Cyanhydrine hergestellt werden kann. Diese Umsetzung läßt sich wie folgt schematisch darstellen:

a) Herstellung des Gyanhydrins:

CH-,

ι Ο

- C- - CHO + HCN

CH

- C - CHOH - CN CH,

"b) Hydrolyse in stark saurem Milieu (Mineralsäure HCl):

TELEFON (O8B) 552862

We monapat

TEUEKOPIERER

262794Q

3 ^CH3\ /^GH0H\ + HH. Cl

- CHOH - CN 5> ■ C - - C = O

Die Cyanwasserstoffsäure wird in dem gleichen Reaktionsmilieu aus Chlorwasserstoff säure und Natriumcyanid (in Form einer 30 %igen wäßrigen Lösung) hergestellt.

Bei dieser Synthese verwendet man im allgemeinen zwei Lösungsmittel, nämlich Methanol für die Herstellung des Cyanhydrins, und anschließend ein anderes Lösungsmittel, im allgemeinen ein chloriertes Lösungsmittel, zum Extrahieren des gebildeten Pantolactons aus dem wäßrig-organischen Eeaktionsmilieu.

Bei diesem Syntheseverfahren werden jedoch im allgemeinen verhältnismäßig geringe Ausbeuten an dem gewünschten Endprodukt erhalten, die niemals einen Wert von 85 % übersteigen und in einigen Fällen sogar nur 50 % betragen.

Ziel der in der vorliegenden Anmeldung beschriebenen Erfindung ist es, bei dem vorstehend beschriebenen Verfahren zur Herstellung von Pantolacton die Ausbeute an dem gewünschten Endprodukt zu verbessern.

Es wurde nun gefunden, daß dieses Ziel bei dem eingangs beschriebenen Verfahren zur Herstellung von DjL-Pantolacton, bei dem in einer ersten Stufe Hydroxypivaldehyd mit in situ hergestellter Cyanwasserstoffsäure umgesetzt und anschließend in einer zweiten Stufe das dabei erhaltene Cyanhydrin in stark saurem Milieu hydrolysiert und danach das gebildete Pantolacton abgetrennt und gereinigt wird, erfindungsgemäß dadurch erreicht werden kann, daß man

a) in den beiden Verfahrensstufen als einziges Lösungsmittel einen Alkohol mit 5 oder 6 Kohlenstoffatomen verwendet,

b) in der ersten Stufe die Umsetzung des Hydroxypivaldehyds mit in situ durch Umsetzung von Chlorwasserstoffsäure mit

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einem Alkalicyanid hergestellter Cyanwasserstoffsäure bei einer Temperatur zwischen etwa 10 und etwa 20⁰C und bei einem pH-Wert zwischen 8,2 und 9,2, der durch gleichseitige Zugabe der Chlorwasserstoffsäure und des Alkalicyanids über einen Zeitraum von etwa 60 bis etwa 7° Minuten einreguliert wird, entsprechend einem etwa 10 %igen Überschuß an Cyanwasserstoff säure, bezogen auf die für die Umsetzung stöchiometrisch erforderliche Menge,durchführt und

c) in der zweiten Stufe die saure Hydrolyse mit überschüssiger konzentrierter Chlorwasserstoffsäure bei einer Temperatur von etwa 100 bis etwa 105° C über einen Zeitraum von etwa 20 bis etwa 30 Minuten durchführt und anschließend das dabei erhaltene Pantolacton abtrennt.

ITach dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es durch Einhaltung der vorstehend angegebenen Vorsichtsmaßnahmen auf überraschend einfache Weise möglich, das Pantolacton in einer Ausbeute von mindestens 90 % herzustellen, wobei es insbesondere durch Verwendung eines einzigen Lösungsmittels während der gesamten Synthese möglich ist, die Verluste an dem gewünschten Endprodukt herabzusetzen und die Gesamtausbeute wesentlich zu erhöhen.

Das für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendbare Lösungsmittel muß die folgenden Eigenschaften haben:

- es muß ein Lösungsmittel für den als Ausgangsmaterial verwendeten Hydroxypivaldehyd sein,

- es muß ein Lösungsmittel für das als Zwischenprodukt erhaltene Cyanhydrin sein,

- es muß ein Lösungsmittel für das als Endprodukt erhaltene Pantolacton sein,

- es darf mit Wasser nur wenig oder nicht mischbar sein und

- es muß gegenüber den eingesetzten Eeagentien (hauptsächlich HClT und HCl) chemisch inert sein.

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Es wurde nun auf überraschende Weise gefunden, daß die Alkohole lait 5 und 6 Kohlenstoffatomen diese Eigenschaften haben und zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet werden können. Beispiele für erfindungsgemäß verwendbare Alkohole sind insbesondere Alkohole mit 5 Kohlenstoffatomen, wie Neopentylalkohol (2,2-Dimethyl-i-propanol), 2-Iiethyl-1-butanol, 1-Pentanol, 3-Pentanol und, besonders bevorzugt, Isoamylalkohol (3-Methyl-1-butanol), auch als Isopentylalkohol bezeichnet. Ein solches Lösungsmittel hat außerdem den Vorteil, daß es die azeotrope Eliminierung des in dem Eeaktionsmilieu nach Durchführung der zweiten Ee akt ions stufe enthaltenen Wassers erlaubt und die anschließende Abfiltrierung der in der so erhaltenen organischen Lösung enthaltenen Mineralsalze erleichtert.

Die Kontrolle (Steuerung) der Arbeitsbedingungen in der ersten Eeaktionsstufe (nachfolgend als Stufe (1) bezeichnet), d^h. bei der Umsetzung von Hydroxypivaldehyd mit der in situ gebildeten Cyanwasserstoffsäure^hat den Zweck, die Bildung von zahlreichen Nebenprodukten, wie z.B. von Heopentylglykol, des Hydroxypivalats von Neopentylglykol oder der Dimethylhydracrylsäure, zu vermeiden.

Die Temperatur der Stufe (Ί) muß zwischen etwa 10 und etwa 20 C liegen; aus praktischen Gründen kann es zweckmäßig sein, eine solche Temperatur zu wählen, die durch Kühlen mit fließendem Wasser gesteuert (kontrolliert) werden kann und man arbeitet daher vorzugsweise bei einer Temperatur von etwa 18 C.

Der pH-Wert muß während der gesamten Dauer der Eeaktion in der Stufe (1) zwischen 8,2 und 9j2 liegen; man führt daher die Umsetzung vorzugsweise in der Weise durch, daß man das Alkalicyanid (z.B. Natriumcyanid) langsam und vorprogrammiert in eine Lösung des Hydroxypivaldehyds in einem Alkohol mit 5 oder 6 Kohlenstoffatomen einführt, wobei man den pH-Wert ständig mißt und diesen pH-Wert durch Zugabe von kontrollierten

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Mengen einer wäßrigen Chlorwasserstoffsäurelösung (z.B. einer 37 gew.-%igen Lösung) auf den gewünschten Wert einstellt.

Man muß dabei so verfahren, daß die Gesamtmenge der verwendeten Cyanwasserstoffsäure einem Überschuß von mindestens etwa 10 %, bezogen auf die für die Umsetzung stöchiometrisch erforderliche Menge, entspricht. Dieser Überschuß hat den Zweck, das Vorliegen von nicht-umgesetztem Hydroxypivaldehyd bei der Hydrolyse des Cyanhydrins zu vermeiden.

Am Ende der Beaktion in der Stufe (1) gibt man einen Chlorwasserst off säur e-Üb er schuß zu, um den pH-Wert der Lösung auf etwa 3 zu bringen, man gibt eine solche Menge Wasser zu, die ausreicht, um die vorhandenen Mineralsalze vollständig zu lösen, dann behandelt man nach Abtrennung der wäßrigen Phase von der organischen Phase letztere, um das darin enthaltene Cyanhydrin zu hydrolysieren.

Diese saure Hydrolyse (Stufe 2) muß ebenfalls unter sehr präzisen Bedingungen durchgeführt werden. Zunächst muß es sich bei der gewählten Säure um konzentrierte Chlorwasserstoffsäure (37 gew.-%ige Chlorwasserstoffsäure) handeln. Außerdem muß die Hydrolyse bei einer verhältnismäßig hohen Temperatur durchgeführt werden, so daß sie schnell abläuft, die jedoch aber auch nicht zu hoch sein darf, um Sekundärreaktionen zu vermeiden. Deshalb muß bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eine Temperatur angewendet werden, die bei 100 bis IO5 C liegt, und diese Temperatur muß 20 bis 30 Minuten lang aufrechterhalten werden.

Die dabei erhaltene Lösung wird anschließend unter Verwendung von Ammoniak teilweise neutralisiert (bis zu einem pH-Wert von 4·), dann wird das Pantolacton gereinigt.

Die Erfindung wird durch das folgende Beispiel näher erläutert, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein.

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Beispiel

In ein mit einem Rührer, einer Temperaturregeleinrichtting, einer pH-Wertmeßeinrichtrung, zwei Einrichtungen, welche die programmierte Einführung der Reagentien erlauben, einen Rückflußsystem, welches Elemente zum Abfangen der Cyanwasserstoff ·- säure aufweist, und einer Stickstoff spüleinrichtung ausgestattetes dichtes Reaktionsgefäß führt man 1200 Gew.-Teile Isoamylalkohol und 260 Gew.-Teile Hydroxypivaldehyd ein und erwärmt diese Mischung einige Minuten lang auf etwa bis etwa 45 C, wobei man eine homogene Lösung erhält, die auf 15°C abgekühlt wird. In diese Lösung führt man ein: auf kontinuierliche Weise (d^h. auf in der Zeiteinheit konstante Weise) 44-9 Gew.-Teile einer wäßrigen Lösung mit 30 % aktivem ITatriumcyanid, wobei die Einführungsdauer 70 Minuten beträgt, und

eine solche Menge an 37 gew.-%iger Ghlorwasserst off säure, die ausreicht, um den pH-Wert der Lösung bei 8,7 zu halten, wobei während der gesamten Einführungsdauer die Temperatur bei 18°C gehalten wird.

Fach Beendigung der Einführung dieser Reagentien läßt man die Reaktion 20 Minuten lang bei dem gleichen pH-Wert ablaufen, wobei man die Temperatur bis auf etwa 13 bis etwa 14°C senkt, dann gibt man Chlorwasserstoffsäure in einer Menge zu, die ausreicht, um den pH-Wert auf 3 zu bringen. Der Gesamtverbrauch an (37 %iger) Chlorwasserstoffsäure erhöht sich auf 290 Gew.-Teile.

Danach gibt man 100 Teile Wasser zu und dekantiert. Dabei entstehen:

- eine organische Phase (1645 Teile) mit der folgenden Zusammensetzung:

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Alkohol " 12.%-Wasser 6,5 %

HCN 0,35 %

Cyanhydrin etwa 20 %

Natriumchlorid etwa 1,5%

- und eine wäßrige Phase (654· Teile) mit der Zusammensetzung:

Alkohol 3 %

Wasser etwa 75 %

HCIT 0,15 %

Natriumchlorid etwa 20 %

Cyanhydrin etwa 1,5%

Die organische Phase (wie Torstehend beschrieben) wird abgetrennt und man setzt ihr unter Rühren bei 20⁰C 34-5 Teile gew.-?Sige Chlorwasserstoffsäure zu. Diese Zugabe erfolgt innerhalb von etwa 20 Minuten.

Anschließend erhöht man allmählich die Temperatur der Mischung bis zum Sieden, was bei einer Temperatur in der Größenordnung von 103 "bis 104⁰C auftritt; die Dauer bis zum Erreichen dieser Siedetemperatur beträgt etwa 30 Minuten. Man hält das Eeaktionsmilieu 30 Minuten lang bei der Siedetemperatur. Anschließend kühlt man die Lösung auf 20°C ab und neutralisiert dann mit Teilen NH^OH (28° Baume). Die dabei erhaltene Mischung hat die folgende Zusammensetzung:

Pantolacton 15,7 %

Isoamylalkohol 57»5 %

Wasser 16,5 %

MH^Gl 9,1 %

NaCl 12, %

B0988S/1 1S3

Die Abtrennung des reinen Pantolactons aus diesem Gemisch erfolgt nach den nachfolgend beschriebenen aufeinanderfolgenden Arbeitsgängen:

- azeotrope Destillation (Wasser/Isoamylalkohol) unter einem Druck in der Größenordnung von 10 mm Quecksilber, wobei diese Destillation gestoppt wird, wenn die Kopftemperatur der Säule 41⁰C erreicht hat,

- die noch Mineralsäure enthaltende alkoholische Lösung des Lactons wird anschließend filtriert und die Salze werden mit Isoamylalkohol gewaschen,

- die Lösung des Pantolactons und des Isoamylalkohols wird anschließend kontinuierlich oder diskontinuierlich unter vermindertem Druck (etwa 14 mm Quecksilber) destilliert, wobei man einerseits den Alkohol, der im Kreislauf zurückgeführt werden kann, und andererseits rohes Panbolacton erhält; letzteres, das noch einige Verunreinigungen enthält, wird rektifiziert (ebenfalls unter einem Druck in der Größenordnung von 14 mm Quecksilber), wobei man ein Produkt erhält, das die folgenden Eigenschaften aufweist:

Pantolacton 98 %.

Ueopentylglykol <O,1%

Hydroxypivaldehyd <0,1 %

andere Nebenprodukte etwa 1 bis etwa 1,5 %

Die Endausbeute, bezogen auf den Hydroxypivaldehyd, des vorstehend beschriebenen Beispiels beträgt 92 %.

Das vorstehend beschriebene Herstellungsverfahren wird wiederholt, wobei man diesmal jedoch wichtige Parameter modifiziert, um den Einfluß dieser Parameter auf die Endausbeute des Verfahrens zu zeigen. . .

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a) Man läßt den pH-7fert des Eeaktionsiailieus, in dem die Herstellung von Cyanhydrin durchgeführt wird, variieren; dieses Variieren wird in der Weise erzielt, daß man die eingeführten Chlorwasserstoffsäuremengen modifiziert. Dabei erhält man die folgenden Ergebnisse:

pH-Wert Ausbeute

7 67

8 87 8,5 95

9 92 9,5 76

10 50

b) Bei einem pH-Wert von 9 "und bei einer Temperatur von 18°C läßt man die Dauer der Einführung der Reagentien (Natriumcyanid und Chlorwasserstoffsäure zur Aufrechterhaltung des pH-Wertes) bei der Herstellung von Cyanhydrin variieren. Dabei erhält man die folgenden Ergebnisse:

Dauer der Einführung der Eeagentien Ausbeute (Min.)

30

50

60

70

80

90

c) Man läßt die Dauer der Hydrolyse, d.h. die Dauer, während der man die Mischung von Cyanhydrin und Chlorwasserstoffsäure bei 103°C hält, variieren. Bei diesen Versuchen beträgt die Dauer des !Temperaturanstiegs 30 Minuten.

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- ίο -

Hydro lys e dauer· ( Min. )	Ausbeute (%)
5	87
10	93
20	97
30	97
60	94·
90	85

Patentansprüche:

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung von D,L-Pantolacton durch Umsetzung von Hydroxypivaldehyd mit in situ hergestellter Cyanwasserstoffsäure in einer ersten Stufe (Stufe (i)) und anschließende Hydrolyse des gebildeten Cyanhydrins in stark saurem Milieu in einer zweiten Stufe (Stufe (2)) und darauffolgende Abtrennung und Eeinigung des gebildeten Pantolactons, dadurch gekennzeichnet, daß man

a) in den beiden Stufen (1) und (2) als einziges Lösungsmittel einen Alkohol mit 5 oder 6 Kohlenstoffatomen verwendet ,

b) in der Stufe (1) die Umsetzung des Hydroxypivaldehyds mit der in situ durch Umsetzung von Chlorwasserstoffsäure mit einem Alkalicyanid hergestellten Cyanwasserstoffsäure bei einer Temperatur zwischen 10 und 20 C und bei einem pH-Wert zwischen 8,2 und 9,2, der durch gleichzeitige Zugabe der Chlorwasserstoffsäure und des Alkalicyanids über einen Zeitraum von etwa 60 bis etwa 70 Minuten einreguliert wird, mit einem etwa 10 %igen Überschuß von Cyanwasserstoffsäure gegenüber der für die Umsetzung stüchiometrisch erforderlichen Menge durchführt und

c) in der Stufe (2) die saure Hydrolyse mit überschüssiger konzentrierter Chlorwasserstoffsäure bei einer Temperatur von 100 bis 105? C über einen Zeitraum von etwa 20 bis etwa 3° Minuten durchführt und anschließend das dabei erhaltene Pantolacton abtrennt.

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2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als einziges Lösungsmittel einen Alkohol mit 5 Kohlenstoffatomen verwendet.

5. "Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man als Alkohol Isoamylalkohol verwendete

4-, Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis dadurch^ gekennzeichnet, daß man zur Abtrennung und Reinigung des gebildeten Pantolactons das in der Eeaktionsmischung nach Beendigung der Stufe (2) enthaltene Wasser azeotrop entfernt und dann die in der dabei erhaltenen organischen Lösung enthaltenen Mineralsalze abfiltriert.

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