DE2708185A1

DE2708185A1 - Verfahren zur herstellung von alpha- ketocarbonsaeuren (b)

Info

Publication number: DE2708185A1
Application number: DE19772708185
Authority: DE
Inventors: Axel Dipl Chem Dr Kleemann; Herbert Dipl Chem Dr Klenk; Werner Dipl Chem Dr Schwarze
Original assignee: Degussa GmbH
Current assignee: Evonik Operations GmbH
Priority date: 1977-02-25
Filing date: 1977-02-25
Publication date: 1978-08-31
Also published as: GB1533818A; FR2381735A1; FR2381735B1; DD131013A5; DE2708185C3; CH627430A5; DE2708185B2; IT1143581B; ATA392777A; JPS6055497B2; IL52239A; JPS53105423A; BE855257A; NL7706161A; SU793376A3; IL52239A0; AT367014B

Description

•7124 SB

DEUTSCHE GOLD- UND SILBER-SCHEIDEANSTALT VORMALS ROESSLER

Frankfurt (Main), Veissfrauenstrasse

Verfahren zur Herstellung von Qf-Ke tocarbonsäuren (b)

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von aliphatischen und cycloaliphatischen \-Ketocarbonsäuren durch partielle Verseifung von Säurecyaniden zu Ketocarbonsäureamiden und tVeiterverseifung dieser zu den freien el-Ketocarbonsäuren .

Von diesen Säuren sind eine grosse Zahl wesentliche Zwischenprodukte des Metabolismus als Prekursoren der ^Aminosäuren oder treten in Transaminierungsverfahren ein. Sie können auch als Zwischenprodukte für die Herstellung von Herbiziden verwendet werden.

Obwohl Säurecyanide auch in der aliphatischen Reihe bekannt und nach Labormethoden gut darstellbar sind (Houben-Veyl, Band 8, 304 - 306), ist über deren Verseifung zu «-Ketocarbonsäuren venig berichtet worden. Bevorzugt wurde diese Verseifung nit wässriger konzentrierter Salzsäure durchgeführt (Ber. dtsch. ehem. Ges. 62, 2210 - 2214).

Nachteilig bei diesen Verfahren ist, dass nur geringe Ausbeuten an &-Ketocarbonsäuren erzielt werden und diese zudem sehr oft unrein anfallen (J. ehem. Soc. JQ_, 18 (I881))·

So ist bekannt, dass man Propionylcyanid durch Umsetzen primär «it konzentrierter Salzsäure und dann mit verdünnter Salzsäure zu 40 96 in Propionylameieensäure umwandeln kann (Ber. dtsch. ehem. Ges. J^, 2121 - 2122 (I88O)).

Auch die Verseifung des nächst höheren, verzweigten Homologen des Isobutyrylcyanids wird noch beschrieben, doch werden keine Ausbeuteangaben gemacht (Ber. dtsch. ehem. Ges. &2, 221O 2214, (1929)), (Journal Amer. ehem. Soc. £6, 2009 (1934)).

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ORIGINAL INSPECTED

Eine Nacharbeitung dieser Verfahren ergab jedoch, dass die Ketosäure nur in °puren erhältlich ist.

Von den nächst höheren Homologen, dem Isovalerylcyanid, dagegen ist bekannt, dass es sich nicht mehr zur entsprechenden Ketocarbonsäure umsetzen lässt (Ber. dtsch. ehem. Ges. 62_, 2210 -221U (1929)). Es ist weiter bekannt, dass dieses Verfahren keine nennenswerten Ergebnisse liefert, wenn der Rest R in der aliphatischen Struktur mehr als 3 Kohlenstoffatome enthält (DOS 22 08 568).

Die Verseifung von cycloaliphatischen Acylcyaniden ist bisher nicht beschrieben worden.

Es wurde nun gefunden, dass man od-Ketocarbonsäuren der Formel

ROO I Il ti R₁-C-C- COH (i)

in der R ein Vasserstoffatom ist, R und R gleich oder verschieden sind und für einen, gegebenenfalls ein oder mehrfach durch Alkylgruppen oder Halogenatome substituierten Alkylrest mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen stehen und R₅ ausserdem ein Vasserstoffatom bedeuten kann und wobei R₁ und R_ auch miteinander zu einem 3 bis 8-gliedrigen, gegebenenfalls durch * Alkylgruppen mit 1 bis 5 Kohlenstoffatomen oder durch Halogenatome, insbesondere Chloratome, ein- oder mehrfach substituierten Cycloalkylring verbunden sein können, mit der Massgabe, dass in diesem Falle R zusätzlich für einen Alkylrest mit 1 bis 5 Kohlenstoffatomen stehen kann, durch Verseifung von Acylcyaniden der Formel

R 0 R₁-C-C-CN (il)

«2

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in der R, R₁ und R. die oben angegebenen Bedeutungen haben, zu Carbonsäureamiden der Formel

ROO

I H t

R₁-C-C- CNH₂ (Hl)

»2 '

und Ve it erverseif ung der Amide zu den freien cx-Ke to carbonsäuren auf einfache und allgemein anwendbare Weise herstellen kann, wenn man die Acylcyanide der Formel (il) in einem organischen Lösungsmittel, welches unter den Reaktionsbedingungen flUssig und inert ist, oder in einem Gemisch solcher Lösungsmittel, zuerst mit gasförmigem Chlorwasserstoff und dann bei einer Temperatur von etwa -70°C bis etwa +70°C mit Wasser behandelt, und die gebildeten Carbonsäureamide der Formel (ill), gegebenenfalls nach einer Zwischenisolierung, in an sich bekannter Weise durch saure oder alkalische Hydrolyse in die (^-Ketocarbonsäuren der Formel (i) überführt.

Im Rahmen dieser Erfindung werden jene Verbindungen bevorzugt hergestellt, in denen R. und R₂ zu einem Cyclopropylrest miteinander verbunden sind. Besonders bevorzugt sind in dieser Gruppe jene, deren Cyclopropylrest seinerseits durch ein oder insbesondere 2 Halogenatome, insbesondere Chloratome, substituiert ist. Zu diesen gehören (2,2-Dichlor-1-methylcyclopropyl)- und (2,2-Dichlor-1,3-dimethylcyclopropyl)-glyoxylsäuren.

Die Herstellung der als Ausgangsstoffe verwendeten Acylcyanide ist zum Beispiel in Houben-Veyl, Methoden der organ. Chemie, Band 8, JOh - 306, beschrieben. Sie können aber auch in vorteilhafter Weise durch Umsetzung der entsprechenden Acylhalogenide mit CuCN in einem Gemisch aus 1 bis 10 Gew.-Teilen eines inerten Carbonsäuren!trils und 0,5 bis 20 Gew.-Teilen eines inerten organischen Lösungsmittels bei einer Temperatur zwischen 50 und i80°C erhalten werden. Diese Umsetzung ist auch in Gegenwart eines Gemisches aus 0,1 bis 5 Gew.-Teilen eines Alkalimetallcyanides und 0,05 bis 2 G_ew.-Teilen eines Kupfer-(i)-Salzes anstelle des CuCN möglich.

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Als organische inerte Lösungsmittel, die im Rahmen dieser Erfindung verwendet werden können, kommen Kohlenwasserstoffe, wie Toluol, Chlorkohlenwasserstoffe, wie Dichlormethan, und Ketone, wie Aceton, in Frage. Besonders geeignet sind Äther, wie Diäthyläther, Diisopropyläther, Äthylenglykoldiäther, und auch cyclische Äther, wie Dioxan. Auch Gemische dieser Lösungsmittel kommen in Frage.

Die Behandlung mit Wasser in der ersten HydroIysestufe wird bei Temperaturen zwischen etwa -70 C und etwa +70 C durchgeführt. Vorteilhaft ist die Einhaltung von Temperaturen zwischen etwa -l«0^oC und +20⁰C. Weiterhin ist es vorteilhaft, auch die Behandlung mit dem Chlorwasserstoffgas in diesen Temperaturbereichen vorzunehmen.

Bei der Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens kann man groste Mengen an überschüssigem, gasförmigem Chlorwasserstoff verwenden. Es ist jedoch im allgemeinen zweckmässig, nicht mehr als 10 Mol Chlorwasserstoff pro Mol Säurecyanid einzusetzen. Zum Beispiel kann auch mit einem Mol oder weniger gearbeitet werden. Wesentlich ist nur, dass Chlorwasserstoff anwesend ist. Günstige Ergebnisse werden zum Beispiel bei Verwendung von etwa 2 bis etwa 6 Mol Chlorwasserstoff erhalten.

Zur vollständigen Umsetzung eines Mols Säurecyanids zum Qi-Ke tocarbonamid wird mindestens ein Mol Wasser benötigt. Bei entsprechender Reaktionsführung können auch grosse, überschüssige Mengen Wasser anwesend sein. Es ist im allgemeinen jedoch zweckmässig, nur geringe überstöchiometrische Mengen an Wasser zu verwenden. Zum Beispiel kann man einen Überschuss von 0,05 bis 5 Mol, insbesondere von 0,05 bis 1 Mol, Wasser pro Mol Acylcyanid einhalten.

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Beispiel Ί

In einer gegen Feuchtigkeit geschützten und mit einem Gaseinleitungsrohr versehenen Rührapparatur wurden 97*1 g (1»O Mol) Isobuttersäurecyanid und 250 ml Äthylenglykoldimethyläther vorgelegt und auf -30°C abgekühlt. Es wurde dann ein kräftiger Strom gasförmiger HCl zugeführt, bis \k6 g (4,0 Mol) eingeleitet waren. Dann wurde während 10 min. 21,6 g (1,2 Mol) Wasser bei -30 C zugetropft und die Temperatur unter Rühren während 2 Stunden auf 0°C erhöht. Dann wurde ein kräftiger N₃-Strom eingeleitet und der überschüssige Chlorwasserstoff vertrieben. Die Lösung wurde schliesslich bei 40 C im Vasserstrahlvakuum eingedampft, wobei ein gelblicher Kristallbrei zurückblieb. Dieser wurde mit einem 1 ltr. 2-n-HCl versetzt und für eine Stunde unter Rühren auf 100°C erhitzt. Nach dem Abkühlen wurde die wässrige Phase 3 mal mit je 100 ml Essigester extrahiert und die vereinigten organischen Phasen fraktioniert-destilliert· Es wurden 9k g i-Oxoisovaleriansäure isoliert, was einer Ausbeute von 81 ji_t bezogen auf eingesetztes Säurecyanid, entspricht. Die Ketosäure hatte einen Siedepunkt von 75 - 76 C bei 20 mbar. Beim Abkühlen erstarrte sie zu einem Feststoff, der einen Schmelzpunkt von 30 bis 31 C besass.

Beispiel 2

Es wurde wie in Beispiel 1 beschrieben verfahren, jedoch wurde statt Isobuttersäurecyanid 111,1 g (1,0 Mol)Isovaleriansäurecyanid eingesetzt und statt Äthylenglykoldimethyläther Diäthyläther als Lösungsmittel verwendet. Die nach dem Ausschütteln vereinigten organischen Phasen wurden ebenfalls fraktioniert destilliert. Es wurden 125 g V-Oxoisocapronsäure isoliert, was einer Ausbeute von 96 96, bezogen auf eingesetztes Säurecyanid, entspricht. Die» Ketosäure hatte einen Siedepunkt von 8k bis 85°C bei 20 mbar.

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Beispiel 3

Es wurde wie in Beispiel 1 beschrieben verfahren,Jedoch wurde statt Isobuttersäurecyanid 111,1 g (i,0 Mol) D,L-2-Methylbuttersäurecyanid verwendet und statt Äthylenglykoldimethyläther ein Gemisch von 100 ml Toluol und 200 ml Diisopropyläther. Bei der fraktionierten Destillation wurden 109 S D,L-3-Methyl-2-oxovaleriansäure erhalten, was einer Ausbeute von 83,7 %t bezogen auf eingesetztes Säurecyanid, entspricht. Die Ketosäure hatte einen Siedepunkt von 83 C bei 19 mbar.

Beispiel k

In einer RUhrapparatur wurden 95 B 0»0 Mol) Cyclopropancarbonsäurecyanid in 1*00 ml Diäthyläther vorgelegt und bei -2O°C mit 182,5 e (5f0 Mol) HCl-Gas beschickt. Dann wurde unter Rühren 19,6 g (i,1 Mol) Wasser bei -20°C zugetropft und anechlieasend die Lösung während k Stunden langsam auf 0 C aufgewärmt. Nachdem die Temperatur beim Aufwärmen 0 C erreicht hatte, wurde zu der Lösung bei einer Temperatur von 0 bis 10 C solange verdünnte NaOH-Lösung zugetropft, bis die wässrige Phase pH 8 hatte. Dann wurde die organische Phase abgetrennt und im Vakuum eingedampft. Der weis se Rückstand wurde aus Wasser umkristallisiert und bei k0 C im Vakuum getrocknet. Es wurden 97t5 e Cyclopropylglyoxylsäureamid als weisse Kristalle vom Schmelzpunkt 111 bis 112 C isoliert. Das bedeutet eine Ausbeute von 87»5» bezogen auf eingesetztes Säurecyanid.

C H NO (Molekulargewicht II3)

ber.x C 53,1 #; H 6,3*» #; N 12,39 # gef.i C 52,7 #1 H 6,k ti N 12,25 %

Das so erhaltene Amid wurde mit 1 ltr 2-n KOH unter Rückfluss gekocht, wobei eine starke Ammoniak-Entwicklung auftrat. Nach

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• ν

Beendigung der Ammoniak-Entwicklung wurde abgekühlt und die Lösung in der Kälte mit halbkonzentrierter HCl auf pH 1 gebracht. Dann wurde dreimal mit 100 ml Methylenchlorid extrahiert. Die vereinigten organischen Phasen wurden eingedampft und der Rücketand im Vakuum fraktioniert destilliert. Es wurden 9k g Cyclopropylglyoxylsäure isoliert, was einer Ausbeute von 82,4 j6, bezogen auf das Säurecyanid, und von 9*» #, bezogen auf eingesetztes Säureamid, entspricht. Die Ketosäure hatte einen Siedepunkt von 88°C bei 23 mbar.

Beispiel 5

Ee wurde wie in Beispiel 4 beschrieben verfahren, jedoch wurde statt Cyclopropancarbonsäurecyanid 178 g (i,0 Mol) (2,2-Dichlor-1-methylcyclopropyl)-glyoxylsäuren!tril eingesetzt. Nach dem Umkristallisieren aus Essigester erhielt man i68 g (85,7 Ί» d.Th) (2,2-Dichlor-1-methyl-cyclopropyl)-glyoxylsäureamid vom Schmelzpunkt 92 - 93°C.

CgH Cl₂NO₂ (Molekulargewicht 196)

ber.: C 36,73 #i H 3,6 *, N 7,15 ti Cl 36,2 % gef.» C 36,92 $i H 3,7 *| N 7,2 %s Cl 35,9 Ji

Das so erhaltene Amid wurde wie in Beispiel k beschrieben weiter verseift und aufgearbeitet. Bei der fraktionierten Destillation wurde 136,5 g (2,2-Dichlor-1-methylcyclopropyl)-glyoxylsäure isoliert, was einer Ausbeute von 81 Ji, bezogen auf eingesetztes Amid, entspricht. Die Ketosäure hatte einen siedepunkt von 108°C bei 1,6 mbar. Sie hatte einen Schmelzpunkt von 52 - 54°C.

C₆H₆O Cl₂ (Molekulargewicht 197)

ber. χ C 36,5 %i H 3,65 ti Cl 36,0 f> i C 36,8 #1 H 3,6 %i Cl 35,7 +

- 10 -

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Beispiel 6

Es wurde wie in Beispiel h beschrieben verfahren, jedoch wurde als Säurecyanid (2,2-Dichlor-1,3-dimethylcyclopropyl)-glyoxylsäurenitril eingesetzt. Es wurde eine Ausbeute von 72 # Ketosäure, bezogen auf Acylcyanid, erhalten. Die (2,2-Dichlor-1,3-dimethylcyclopropyl)-glyoxylsäure hatte einen Siedepunkt von 115°C bei 1 mbar.

PAT/Dr.No-Jo 2i».2.1977

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Claims

B e I <: q ε χ e m ρ I α r Düri n*M Ciödcrt y.:r-!r.n

PATENTANSPRÜCHE

i) Verfahren zur Herstellung von 3-Ketocarbonsäuren der Formel

ROO R₁-C-C- COH (i)

in der R ein Wasserstoffatom ist, R. und R₂ gleich oder ver schieden sind und für einen, gegebenenfalls ein oder mehrfach durch Alkylgruppen oder Halogenatome substituierten Alkylrest mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen stehen und R_ ausserdem ein Wasserstoffatom bedeuten kann und wobei R₁ und R- auch miteinander zu einem 3 bis 8-gliedrigen, gegebenenfalls durch Alkylgruppen mit 1 bis 5 Kohlenstoffatomen oder durch Halogenatome, insbesondere Chloratome, ein- oder mehrfach substituierten Cycloalkylring verbunden sein können, mit der Massgabe, dass in diesem Falle R zusätzlich für einen Alkylrest mit 1 bis 5 Kohlenstoffatomen stehen kann, durch Verseifung von Acylcyaniden der Formel

R 0 R₁-C-C-CN (il)

«2

in der R, R₁ und R₂ die oben angegebenen Bedeutungen haben, zu Carbonsäureamiden der Formel

ROO

I Π Il .

R₁-C-C- CNH₂ (Hl)

und Weiterverse if ung der Amide zu den freien oj-Ke to carbon säuren, dadurch gekennzeichnet, dass man die Acylcyanide

ORIGINAL INSPECTED

27 0818 b

der Formel (il) in einem organischen Lösungsmittel oder Lösungsmittelgemisch, welches unter den Reaktionsbedingungen flüssig und inert ist, zuerst mit gasförmigem Chlorwasserstoff und dann bei einer Temperatur von etwa -7O°C bis etwa ♦70 C mit Wasser behandelt und die gebildeten Carbonsäureamide der Formel (ill), gegebenenfalls nach einer Zwischenisolierung, in an sich bekannter Weise durch saure oder alkalische Hydrolyse in die ^-Ketocarbonsäuren der Formel (i) überführt.
2) Verfahren nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, dass nan die Behandlung mit Chlorwasserstoff und Wasser bei einer Temperatur zwischen -ko C und +20 C durchführt.

3) (2,2-Dichlor-i-methylcyclopropyl)- und (2,2-Dichlor-1,3-dimethylcyclopropyl)-glyoxylsäure der Formeln:

Cl Cl Cl Cl

a) ^XC⁷ 0 0 b) ^XC^X 0 0

/ \ Il II / \ Il Il

.HC C-C- COH H - C C-C- COH

2 ι Ii

CH₃ CH₃ CH₃

8Ο983Β/Π???