DE2703640C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung aromatischer Methylendioxyverbindungen durch Methylenierung von aromatischen o-Dihydroxy-Verbindungen.

Die vorstehend genannte Verbindungsklasse umfaßt zahlreiche bedeutende Verbindungen mit vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten in der Industrie, insbesondere auf dem Gebiet der pharmazeutischen und kosmetischen Produkte. Beispiele hierfür sind Oxolinsäure und Piperonal.

Es wurden bereits mehrere Verfahren zur Herstellung dieser Verbindungen, insbesondere durch Methylenierung von o-Dihydroxy- Derivaten, empfohlen. Jedoch weisen alle bisher beschriebenen Verfahren mindestens einen der folgenden Nachteile auf:

• a) Die Verwendung kostspieliger Methylenierungsmittel, wie Brom- und Jod-Derivate,
• b) die Verwendung verdünnter wäßriger Lösungen zur Begünstigung des intramolekularen Cyclisierungsverfahrens in bezug auf die intermolekularen Verfahren, die zur Bildung von Dimeren und Polymeren führen. Es ist ersichtlich, daß beim Arbeiten mit starken Verdünnungen Probleme, wie die geringe Produktivität, die Abtrennung der Mutterlaugen und deren Wiedergewinnung, auftreten, wodurch diese Verfahren unwirtschaftlich werden.
• c) Die Verwendung von dipolaren aprotischen Lösungsmitteln, wie Dimethylsulfoxid und Dimethylformamid, unter wasserfreien Bedingungen. In diesem Falle erhält man zwar gute Ausbeuten an Dioxymethylen-Derivaten und gute Reaktionsgeschwindigkeiten, jedoch werden die Herstellungskosten durch den Verbrauch und den möglichen Wiedergewinnungscyclus für kostspielige Lösungsmittel beträchtlich gesteigert.

Es wurde nunmehr ein Verfahren gefunden, das diese Nachteile nicht aufweist.

Gegenstand der Erfindung ist somit ein Verfahren zur Herstellung aromatischer Methylendioxyverbindungen der allgemeinen Formel

worin der Substituent R, der den Benzolring in 1 bis 3 Stellungen substituieren kann, eine C₁ bis C₄- Alkylgruppe, eine Aldehydgruppe, eine Carboxylgruppe, eine C₁ bis C₄-Alkoxygruppe, ein Wasserstoffatom oder ein Halogenatom ist, durch Methylenieren von aromatischen o-Dihydroxy- Verbindungen der allgemeinen Formel

worin R die angegebenen Bedeutungen besitzt, mit Methylenchlorid,
das dadurch gekennzeichnet ist, daß man mindestens 1 Mol Methylenchlorid mit 1 Mol aromatischer o-Dihydroxy-Verbindung, die in Form des Natriumsalzes oder als freie o-Dihydroxy-Verbindung zusammen mit Natriumhydroxid eingesetzt wird, in einer konzentrierten wäßrigen Lösung in Gegenwart von 1 bis 10 Mol-%, bezogen auf die aromatische o-Dihydroxy-Verbindung, eines Katalysators bei einer Temperatur von 30 bis 120°C umsetzt, wobei der Katalysator ausgewählt ist aus

• a) quaternären Ammoniumsalzen der allgemeinen Formel worin R₁, R₂, R₃ und R₄, die gleich oder verschieden sein können, Alkylreste mit 2 bis 8 Kohlenstoffatomen bedeuten,
• b) quaternären Ammoniumsalzen der allgemeinen Formel worin R ein Alkylrest mit 10 bis 20 Kohlenstoffatomen ist, y 1 bis 12 und X Cl oder Br bedeuten, und
• c) quaternären Phosphonium- oder Arsonium-Salzen der allgemeinen Formel worin X P oder As, R₁, R₂, R₃ und R₄, die gleich oder verschieden sein können, lineare Alkylreste mit 2 bis 18 Kohlenstoffatomen und Y Cl oder Br bedeuten.

Außer den vorstehenden quaternären Ammonium-, Phosphonium- oder Arsonium-Salzen weisen auch andere quaternäre Ammonium-, Phosphonium- oder Arsonium-Salze beim erfindungsgemäßen Verfahren eine katalytische Wirkung auf, jedoch ermöglichen lediglich die vorstehenden Katalysatoren ein nützliches industrielles Verfahren unter Verwendung von Methylenchlorid.

Mit anderen quaternären Salzen erhält man gute Ausbeuten nur unter Verwendung von Methylenbromid. Hierdurch wird das Verfahren jedoch unwirtschaftlich, da es sich beim Methylenbromid um ein für industrielle Zwecke kostspieliges Produkt handelt.

Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich also als industriell wertvolles Verfahren aus und erweist sich im Rahmen der aufgezeigten Definitionen, die die Anwendung von Methylenchlorid und von bestimmten Katalysatoren ermöglichen, im Vergleich mit bisher beschriebenen Verfahren als fortschrittlich.

Ohne die Verwendung der Katalysatoren aus der Gruppe der quaternären Ammonium-, Phosphonium- oder Arsonium-Salze findet die Reaktion nicht statt.

Auch in Anwesenheit von Ammonium-, Phosphonium- oder Arsoniumiodiden tritt keine Reaktion ein.

Bei der praktischen Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Mischung von Methylenchlorid, einer wäßrigkonzentrierten Lösung des Natriumsalzes des aromatischen o-Dihydroxy- Derivats mit einer geringen Menge des Katalysators heftig bewegt bzw. gerührt.

Alternativ können festes oder wäßriges Natriumhydroxyd und die aromatische o-Dihydroxy-Verbindung entweder als solche oder in wäßriger Lösung gleichzeitig oder nacheinander zu der Lösung des Katalysators in Methylenchlorid gefügt werden.

Die Reaktionsprodukte werden im Maße ihrer Bildung durch das Methylenchlorid extrahiert, wodurch es am Ende der Umsetzung ausreicht, die organische Schicht abzudekantieren, wodurch das Reaktionsprodukt rasch von den in der wäßrigen Schicht verbleibenden Ausgangsverbindungen abgetrennt wird. Das Methylenchlorid wird zunächst von der organischen Phase abdestilliert und in das Verfahren zurückgebracht, worauf das Methylendioxy- Produkt in hoher Reinheit abdestilliert wird.

Der Katalysator verbleibt als Rückstand und kann zurückgewonnen bzw. recyclisiert werden. Man setzt 1 bis 5 Mol Methylenchlorid pro Mol hydroxylierter aromatischer Verbindung ein. Es ist jedoch vorteilhaft, einen Überschuß an Methylenchlorid zu verwenden, um zweiphasig zu arbeiten und das Produkt in die organische Phase zu extrahieren.

Die Menge des Natriumhydroxyds liegt bei 30 bis 150 Äquivalent- %, bezogen auf das zugesetzte Diphenol.

Die Konzentration des Diphenolnatriumsalzes in der wäßrigen Phase sollte bei 0,1 bis 40 Gew.-% gehalten werden.

Die Reaktion verläuft bei 30 bis 120°C, jedoch erhält man maximale Reaktionsgeschwindigkeiten bei 60 bis 90°C.

Beispiel 1

100 ml (1,56 Mol) Methylenchlorid, 6,42 g (0,02 Mol) Tetrabutylammoniumbromid und 200 ml Wasser werden in einen Autoklaven eingebracht, worauf man nacheinander insgesamt 15 g (0,1362 Mol) Brenzcatechin und 15,9 g (0,3975 Mol) NaOH in Flockenform einbringt.

Die Reaktionstemperatur liegt bei 70°C, und der Druck steigt auf ein Maximum von 2,43 bar an. Die Reaktion ist nach 3 Stunden beendet.

Nach dieser Zeit wird die organische Phase abgetrennt, überschüssiges Methylenchlorid wird abdestilliert und recyclisiert, worauf man 13,8 g reines Methylendioxybenzol durch Destillation erhält, was einer Ausbeute von 83% entspricht.

Das Tetrabutylammoniumbromid verbleibt als Destillationsrückstand, aus dem es wiedergewonnen und wieder verwendet werden kann.

Beispiel 2

Man arbeitet wie in Beispiel 1 beschrieben, verwendet jedoch Hexadecyltributylphosphoniumbromid anstelle des Tetrabutylammoniumbromids. Man erhält 11,65 g Methylendioxybenzol, entsprechend einer Ausbeute von 70%.

Beispiel 3

100 ml (1,56 Mol) Methylenchlorid und 6,42 g (0,02 Mol) Tetrabutylammoniumbromid werden in einen Autoklaven eingebracht, und man bringt unter Bewegen bzw. Rühren bei 80°C insgesamt 24,8 g (0,2 Mol) 4-Methylbrenzcatechin und 24 g (0,6 Mol) Natriumhydroxid in Flockenform ein.

Die Reaktionszeit beträgt 5 Stunden.

Man geht vor wie in Beispiel 1 und erhält 19,4 g 1-Methyl- 3,4-methylendioxybenzol entsprechend einer Ausbeute von 71,3%.

Beispiel 4

100 ml Methylenchlorid, 6,42 g Tetrabutylammoniumbromid und 200 ml Wasser werden in einen Autoklaven eingebracht, worauf man insgesamt 27,6 g (0,2 Mol) Protocatechu-aldehyd und 24 g (0,6 Mol) Natriumhydroxid in 30 ml Wasser portionsweise bei einer Temperatur von 70°C zufügt. Der Druck steigt auf ein Maximum von 2,43 bar an.

Die Reaktionszeit beträgt 4 Stunden.

Danach kühlt man auf Raumtemperatur, trennt die organische Phase ab, gewinnt daraus überschüssiges Methylenchlorid durch Destillation und isoliert 21 g hochreines Piperonal (Ausbeute 70%).

Das Produkt wurde identifiziert, indem es gaschromatographisch und mittels IR-Spektrum mit einer reinen Probe verglichen wurde.

Claims (3)

1. Verfahren zur Herstellung aromatischer Methylendioxyverbindungen der allgemeinen Formel worin der Substituent R, der den Benzolring in 1 bis 3 Stellungen substituieren kann, eine C₁ bis C₄- Alkylgruppe, eine Aldehydgruppe, eine Carboxylgruppe, eine C₁ bis C₄-Alkoxygruppe, ein Wasserstoffatom oder ein Halogenatom ist, durch Methylenieren von aromatischen o-Dihydroxy- Verbindungen der allgemeinen Formel worin R die angegebenen Bedeutungen besitzt, mit Methylenchlorid,
dadurch gekennzeichnet, daß man mindestens 1 Mol Methylenchlorid mit 1 Mol aromatischer o-Dihydroxy-Verbindung, die in Form des Natriumsalzes oder als freie o-Dihydroxy-Verbindung zusammen mit Natriumhydroxid eingesetzt wird, in einer konzentrierten wäßrigen Lösung in Gegenwart von 1 bis 10 Mol-%, bezogen auf die aromatische o-Dihydroxy-Verbindung, eines Katalysators bei einer Temperatur von 30 bis 120°C umsetzt, wobei der Katalysator ausgewählt ist aus

• a) quaternären Ammoniumsalzen der allgemeinen Formel worin R₁, R₂, R₃ und R₄, die gleich oder verschieden sein können, Alkylreste mit 2 bis 8 Kohlenstoffatomen bedeuten,
• b) quaternären Ammoniumsalzen der allgemeinen Formel worin R ein Alkylrest mit 10 bis 20 Kohlenstoffatomen ist, y 1 bis 12 und X Cl oder Br bedeuten, und
• c) quaternären Phosphonium- oder Arsonium-Salzen der allgemeinen Formel worin X P oder As, R₁, R₂, R₃ und R₄, die gleich oder verschieden sein können, lineare Alkylreste mit 2 bis 18 Kohlenstoffatomen und Y Cl oder Br bedeuten.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Konzentration der aromatischen o-Dihydroxy- Verbindung in der wäßrigen Phase bei 0,1 bis 40 Gew.-% hält.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man bei einer Temperatur von 60 bis 90°C arbeitet.