DE2708189C2

DE2708189C2 - Verfahren zur Herstellung von Phenylglyoxylsäureestern

Info

Publication number: DE2708189C2
Application number: DE2708189A
Authority: DE
Inventors: Wilfried Dr. Draber; Winfried Dr. Lunkenheimer; Helmut Dr. 5600 Wuppertal Timmler; Andreas Dr. Wittig
Original assignee: Bayer AG
Current assignee: Bayer AG
Priority date: 1977-02-25
Filing date: 1977-02-25
Publication date: 1985-07-04
Also published as: DE2708189A1; JPS6045631B2; CH635063A5; IL54103A0; NL187907C; NL7802102A; IT7820532A0; AT353778B; FR2392956B1; DK156953B; US4596885A; JPS53105449A; GB1574683A; FR2392956A1; IL54103A; IT1094163B; DK156953C; ATA134178A; BR7801137A; NL187907B

Description

durch Umsetzung von Benzoylcyaniden mit Mineralsäuren und Alkoholen, dadurch gekennzeichnet, daß man Benzoylcyanide der allgemeinen Formel

in welcher

X und η die vorstehende Bedeutung haben,

in einer »Eintopfreaktion« im System Schwefelsäure/Wasser in Gegenwart von Chlorid-Ionen als Katalysator zunächst bei Temperaturen zwischen 0 und 75° C hydrolysiert und die hierbei gebildeten Phenylglyoxylsäureamide ohne Isolierung mit Alkoholen der allgemeinen Formel

R-OH
in welcher R für Alkyl steht,

gegebenenfalls in Gegenwart eines Verdünnungsmittels, bei Temperaturen zwischen 40 und 100⁰C umsetzt.

Z Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Hydrolysereaktion bei Temperaturen zwischen 20 und 50⁰C und die Esterbildungsreaktion bei Temperaturen zwischen 40 und 80⁰C durchführt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Verdünnungsmittel einen Benzoesäureester einsetzt.

« Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von weitgehend bekannten Phenylglyoxylsäureestern, die als Zwischenprodukte für die Synthese von herbiziden Wirkstoffen verwendet werden können.

Es ist bereits bekanntgeworden, daß man Phenylglyoxylsäureester (Ia), wie Phenylglyoxylsäuremethyl- oder -äthylester, erhält, wenn man Benzoylcyanid (Ha) mit konzentrierten Mineralsäuren (vgl. Angewandte Chemie 68,430 [1956]), wie insbesondere mit konzentrierter Salzsäure (vgl. Berichte der dtsch. chem. Gesellschaft 10,429

so und 844 [1877] sowie Organic Syntheses 24. 16 [1944]) hydrolysiert, die entstehende Phenylglyoxylsäure (Hb) isoliert und mit einem Alkohol in Gegenwart von Mineralsäuren, wie Salzsäure, Schwefelsäure oder p-Toluolsulfonsäure verestert (vgl. Berichte der dtsch. chem. Gesellschaft 12,629 [1879]; J. Org. Chem. 29,278 [1964]; Chem. Abstracts 74,99 587j [1971 ] sowie US-Patentschrift 3 754 006).

^Q^COCN (Q^CO-CO-OH

(Hai (Hb)

R = Alkyl

Dieses Verfahren weist jedoch eine Reihe von Nachteilen auf. So handelt es sich bezügPich des Benzoylcyanids um ein zweistufiges Verfahren. In der ersten Stufe, der Hydrolyse von Benzoylcyanid, entstehen immer beachtliche Mengen an Benzoesäure, insbesondere bei Verwendung von nicht genügend stark konzentrierten Säuren (vgl. Angewandte Chemie 68, 430 [1956]). Die Gesamtausbeuten liegen lediglich zwischen ca. 35 und 70%. Entsprechend ist der Anteil an Nebenprodukten, insbesondere Benzoesäureestern. mit bis zu 20% sehr beträcht-

lieh. Außerdem sind sehr lange Reaktionszeiten erforderlich — sie liegen bei Anwendung im Labormaßstab zwischen 12 und 20 Stunden.

Weiterhin ist bekannt, daß man in einem »Eintopfverfahren« Carbonsäureester (IV) aus Nitrilen (V) erhält, v/enn man ledere mit alkoholischer Salzsäure in die Imidester-hydrochloride (VI) überführt, die dann durch Wasser leicht in Carbonsäureester und Ammoniumchlorid hydrolysiert werden (vgl. Houben-Weyl, Methoden der organischen Chemie, Georg Thieme Verlag Stuttgart 1952, Band VIII₁S. 536ff).

R'—CN

ROH/HCI

R'—C=NH₂

OR ⁴

(V) (VI)

R = Alkyl;

R' = Alkyl, Aryl

Dieses an sich sehr zweckmäßige Verfahren zur Herstellung von Carbonsäureestern kann jedoch nicht angewandt werden zur Herstellung von Phenylglyoxylsäureestern (IV mit R'= Benzoylreste bzw. I). Verwendet man Benzoylcyanide (V mit R'= Benzoylreste bzw. II) als Ausgangsstoffe, so nimmt die Reaktion nicht den gewünschten Verauf: Benzoylcyanide zerfallen mit Alkoholen in saurem Medium in Benzoesäureester und Blausäure (vgl. Angew. Chemie 68,430 [1956]).

Es wurde nun gefunden, daß man die (weitgehend bekannten) Phenylglyoxylsäureester allgemeinen der Formel

X»

-CO —CO —OR (I)

in welcher

j R für Alkyl,

X für Halogen, Alkyl, Halogenalkyl, Alkoxy oder Nitro und
π für ganze Zahlen von 0 bis 3 steht

durch Umsetzung von Benzoylcyaniden mit Mineralsäuren und Alkoholen in hoher Ausbeute und mit sehr guter Reinheit erhält, wenn man Benzoylcyanide der allgemeinen Formel

CO —CN (Π)

ZS

in welcher

45 X und /7 die vorstehende Bedeutung haben,

im System Schwefelsäure/Wasser in Gegenwart von Chlorid-Ionen als Katalysator zunächst bei Temperaturen zwischen 0 und 70°C hydrolysiert und die hierbei gebildeten Phenylglyoxylsäureamide ohne Isolierung mit Alkoholen der Formel

R-OH (III)

in welcher

55 R für Alkyl steht,

gegebenenfalls in Gegenwart eines Verdünnungsmittels, bei Temperaturen zwischen 40 und 100° C umsetzt.

Es ist im Hinblick auf den Stand der Technik als ausgesprochen überraschend zu bezeichnen, daß es unter den Bedingungen der erfindungsgemäßen Umsetzung gelingt, Benzoylcyanide auf technisch einfache Weise mit eo hoher Ausbeute in sehr reine Phenylglyoxylsäureesier zu überführen.

Das erfindungsgemeäße Verfahren weist eine Reihe von Vorteilen auf. So ist es bezüglich des Benzoylcyanides einstufig (»Eintopfverfahren«) und die Ausbeuten liegen mit ca. 90% sehr hoch. Gleichzeitig ist der Anteil an Nebenprodukten minimal. Die durch Vakuumdestillation isolierten Phenylglyoxylsäureester können daher ohne weitere Reinigung unmittelbar für anschließende Umsetzungen eingesetzt werden. Da außerdem die Reaktionszeit sehr gering ist — sie liegt bei Anwendung im Labormaßstab zwischen 2 bis 4 Stunden — ist das erfindungsgemäße Verfahren insgesamt gesehen wesentlich wirtschaftlicher als die bekannten Verfahrensweisen.

Verwendet man Benzoylcyanid als Ausgangsstoff, Natriumchlorid als Katalysator und Methanol als Alkohol,

so kann der Reaktionsablauf durch das folgende Formelschema wiedergegeben werden:

H₂O

CO —CN

H₂SO₄/NaCI

CO-CO — NH₂I

CH₃OH

H₂SO₄/NaCl

CO —CO —OCH,

Die als Ausgangsstoffe zu verwendenden Benzoylcyanide sind durch die Formel (II) allgemein definiert. Hier steht X vorzugsweise für Halogen, insbesondere Fluor, Chlor und Brom; für Alkyl und Alkoxy mit jeweils 1 bis 4 Kohlenstoffatomen; ferner vorzugsweise für Halogenmethyl, insbesondere Trichiormethyl, Difluorchlormethyl und Trifluormethyl sowie für die Nitrogruppe. Der Index η steht vorzugsweise für die Zahlen 0, 1 oder 2. Als Beispiele seien genannt:

Benzoylcyanid, 4-Chlorbenzoylcyanid, 3-ChlorbenzoyIcyanid, 3-TrifluormethyIbenzoylcyanid, 3-Methylbenzoylcyanid, 4-Methylben2oylcyanid, 4-tert-Butylbenzoylcyanid, 4-Methoxybenzoylcyanid, 3,4-Dimethoxybenzoylcyanid,4-NitrobenzoyIcyanid,4-Fluorbenzoylcyanid,3-MethoxybenzoyIcyanid.

Die weiterhin als Ausgangsstoffe zu verwendenden Alkohole sind durch die Formel (III) allgemein definiert Hier steht R vorzugsweise für geradkettiges oder verzweigtes A'kyl mit I bis 4 Kohlenstoffatomen. Als Beispiele seien genannt: Methanol, Äthanol, Isopropanol, Isobutanol, n-Propanol, n-ButanoI.

Die enindungsgemäß verwendbaren Benzoyicyanide der Formei (H) und die Alkohole de · Formel (Ui) sind allgemein bekannte Verbindungen dei -organischen Chemie.

Die erfindungsgemäße Umsetzung kann in Abwesenheit oder in Gegenwart eines unter den Reaktionsbedingungen inerten organischen Verdünnungsmittels durchgeführt werden. Als solche Verdünnungsmittel kommen insbesondere Benzoesäureester in Frage, beispielsweise Ben~oesäureäthylester oder -methylester.

Die erfindungsgemäße Umsetzung wird in Gegenwart von Chlorid-Ionen als Katalysator durchgeführt. Man kann dazu alle üblicherwerise verwendbaren Chlorid-Ionen abgebenden Verbindungen einsetzen, wie insbesondere Acetyichlorid, Salzsäure, Natriumchlorid, Ammoniumchlorid oder Benzoylchlorid.

Die erfindungsgemäße Hydrolyse wird bei Temperaturen zwischen 0 und 75° C, vorzugsweise zwischen 20 und 50⁰C die Esterbildungsreaktion bei Temperaturen zwischen 40 und 100⁰C, vorzugsweise zwischen 40 und 80° C, vorgenommen.

Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens setzt man auf 1 Mol Benzoylcyanid der Formel (II) vorzugsweise 1 bis 3 Mol Schwefelsäure, 1 -3 Mol Wasser, 0,01 bis 0,2 Mol Chloridkatalysator und 2 bis 5 Mol Alkohol ein. Die Isolierung der Phenylglyoxyisäureester der Formel (I) erfolgt in allgemein üblicher Weise.

Die erfindungsgemäß herstellbaren Phenylglyoxyisäureester der Formel (I) sind großenteils bekannt; sie können z. B. als Zwischenprodukte zur Synthese von herbiziden Wirkstoffen verwendet werden. Beispielsweise erhält man aus dem Phenylglyoxylsäuremethylester (VII) nach folgendem Reaktionsschema die herbizid wirksame Verbindung 4-Amino-3-methyl-6-phenyl-l,2,4-triazin-5(4H)-on (vgl. Deutsche Offenlegungsschrift

!.Stufe

\Cr>— co — co — och,

(VII)

+ H₂N-NH-CO-CH₃ -H₂O

C-CO-OCH₃

Il

N-NH-CO-CH₃

wird nicht isoliert

+ H₂ N-NH₂ χ HjO -CH₃OH

<Ο>- C-CO-NH-

NH₂

N-NH-CO-CH₃ (XI)

2. Stufe

-H₂O

ίο

1 Mol Phenylglyoxylsäuremethylester (VII) und 1 Mol Acetylhydrazin werden in 780 g Isopropanol 5 Stunden unter Rückfluß erhitzt. Als Katalysator wird etwas p-Toluolsulfonsäure zugesetzt. Das Hydrazon (X) fällt als Isomerengemisch an, wobei ein Isomeres kristallisiert. Deshalb wird weitergearbeitet ohne das Hydraizon zu isolieren. Zu dieser Reaktionslösung wird, nachdem der Ester verbraucht ist, Hydrazinhydrat gegeben und unter Rühren 5 Stunden bei 20⁰C gehalten. Danach wird das Reaktionsgemisch auf 0 bis 5°C abgekühlt und abgesaugt. Die Ausbeute an reinem Hydrazid (XI) beträgt 85%.

20

2. Stufe

1 Mol Hydrazid (Xl) wird mit 1000 g Isopropanol versetzt und 24 Stunden bei 100⁰C im geschlossenen Kessel (2—3 bar) gerührt. Anschließend wird bei -5° C abgesaugt. In 83%iger Ausbeute erhält man das 4-Amino-3-methyI-6-phenyl-12A-triazin-5(4H)-on (XII) vom Schmelzpunkt 167 — 169° C.

Herstellungsbeispiele Beispiel 1

30

a) erfindungsgemäß

CO-CO-Oc₂H₅

35

Im Labormaßstab

In eine Mischung aus 5.35 g (0,1 Mol) Ammoniumchlorid, 5,4 g (0,3 Mol) Wasser, 19,7 g (0,2 Mol) konzentrierter Salzsäure und 10,2 g (0,1 MoI) konzentrierter Schwefelsäure läßt man bei 40°C 13,1 g (0,1 Mol) Benzoylcyanid tropfen. Man rührt 3 Stunden bei 40⁰C, gibt dann 13,8 g (03 MoI) Äthanol hinzu und rührt 3,5 Stunden bei 75°C. Nach Abkühlung wird das Reaktionsgemisch mit 100 ml Äthylenchlorid ausgerührt, die organische Phase mit Wasser und Natriumhydrogencarbonat-Lösung gewaschen, über Natriumsulfat getrocknet und eingedampft Man erhält 15,5 g (85% der Theorie) Phenylglyoxylsäureäthylester als hellgelbes öl, und mil einem Gehalt von 98% (Gaschromatographisch bestimmt) vom Siedepunkt 98— 102°C/0,53 mbar.

45

b) gemäß dem Stand der Technik (Vergleichsbeispiel)
Hydrolyse mit konz. Salzsäure; Veresterung in Gegenwart von konz. Schwefelsäure

13,1 g (0,1 MoI) Benzoylcyanid rührt man mit 70 ml konz. Salzsäure 18 Stunden bei 50⁰C. Nach Abkühlung ,50 gießt man die Mischung in 300 ml Wasser, extrahiert mit Chloroform, trocknet den Extrakt über Natriumsulfat, dampft ein und destilliert den Rückstand im Vakuum. Man erhält 7,0 g (47% der Theorie) Phenylglyosylsäure vom Siedepunkt 138— 141°C/16 mbar. Das Destillat erstarrt bald und kann aus Ligroin umkristallisiert werden (Fp 64,5-65,5⁰C). ..

Eine Mischung aus 900 g (6 Mol) Phenylglyoxylsäure, 41 Äthanol und 30 ml konz. Schwefelsäure wird 8 Stunden unter Rückfluß gerührt, abgekühlt, filtriert und eingedampft Den Rückstand nimmt man in Äther auf, wäscht mit Wasser und Natriumhydrogencarbonat-Lösung, trocknet über Natriumsulfat, dampft ein und destilliert den Rückstand im Vakuum. Man erhält 810 g (76% der Theorie) Phenylglyoxylsäureäthylester vom Siedepunkt 92° C/0,2 mbar und mit einem Gehalt von 95% (Gaschromatographisch bestimmt).

60

Hydrolyse in Gegenwart von 30%iger Salzsäure

In eine Mischung aus 29,6 g (03 Mol) konzentrierter Salzsäure und 6,7 g Wasser (entspricht 30%iger Salzsäure) tropft man bei 40°C 13,7 g(0,l Mol) Benzoylcyanid und rührt 2 Stunden bei dieser Temperatur.

Dünnschichtchromatographisch ist festzustellen, daß die gewünschte Reaktion nicht abläuft, sondern allmählieh Hydrolyse und Decarbonylierungzu Benzoesäure eintritt

Beispiel 2
CO — CO — OCH₃

Im Labormaßstab

Eine Mischung aus 393 g (3 Mol) Benzoylcyanid, 20,3 g (0,26 Mol) Acetylchlorid und 202 g Benzoesäuremethy-

lester wird bei 22°C in 450 g (4.6 Mol) konzentrierte Schwefelsäure getropft. Man läßt eine Stunde nachrühren und gibt dann in ca. 20 Minuten bei 22°C 72 g (4 Mol) Wasser zu. Anschließend wird 3 Stunden bei 22°C nachgerührt. In das Reaktionsgemisch werden 304 g (9,5 Mol) Methanol gegeben und 3 Stunden bei ca. 70⁰C gerührt.

Nach Abkühlen wird das Reaktionsgemisch mit 390 g Wasser verdünnt. Die organische Phase wird abgetrennt

und nacheinander mit 160 g Wasser, 160 g Natriumhydrogencarbonatlösung und 160 g Wasser gewaschen. Die vereinigten wäßrigen Phasen werden zweimal mit je 30 ml Toluol extrahiert. Die organischen Phasen werden vereinigt und durch Abdestillieren des Lösungsmittels eingeengt. Nach Destillation erhält man 473 g (96% der Theorie) Phenylglyoxylsäuremethylester vom Siedepunkt 136°C/16 mbar und mit einem Gehalt von 99% (gaschromatographisch bestimmt).

Im halbtechnischen Maßstab

Eine Lösung aus 113,2 g (1,935 Mol) Natriumchlorid in 348,0 g (1935 Mol) Wasser und 1935 g (19,35 Mol) Schwefelsäure wird auf 45° C erwärmt. Dazu läßt man innerhalb von ca. 3,5 Stunden unter leichter Kühlung bei 40—45° C 2535 g (1935 Mol) Benzoylcyanid tropfen. Die Temperaturregelung erfolgt nach dem Anspringen der Reaktion (leicht exotherm) durch Regulierung der Zutropfgeschwindigkeit und Wasserkühlung. Nach beendetem Eintropfen läßt man 1 Stunde nachrühren, wobei sich die Temperatur auf ca. 45° C hält. Danach werden i 850 g (58 Mol) Methanol zugegeben und 3 Stunden auf 75° C erhitzt. Man läßt über Nacht stehen, destilliert bei 12O⁰C Badtemperatur überschüssiges Methanol ab, kühlt auf 70°C ab und gibt 1000 ml Wasser hinzu. Die organische Phase wird abgetrennt, über Natriumsulfat getrocknet und destilliert. Man erhält 2890 g (86,5% der Theorie) Phenylglyoxylsäuremethylester als hellgelbes OeI, vom Siedepunk 82—85°C/0,67 mbar und mit einem Gehalt von 96% (Gaschromatographisch bestimmt).

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Phenylglyoxylsäureestern der allgemeinen Formel
X_n

<Q£y>—CO —CO — OR (I)

ίο in welcher

R für Alkyl,

X für Halogen, Alkyl, Halogenalkyl Alkoxy oder Nitro und

η für ganze Zahlen von Obis 3 steht,