DE2710174A1 - Verfahren zur herstellung von dihalogenvinyl-cyclopropancarbonsaeuren und deren ester - Google Patents

Verfahren zur herstellung von dihalogenvinyl-cyclopropancarbonsaeuren und deren ester

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DE2710174A1
DE2710174A1 DE19772710174 DE2710174A DE2710174A1 DE 2710174 A1 DE2710174 A1 DE 2710174A1 DE 19772710174 DE19772710174 DE 19772710174 DE 2710174 A DE2710174 A DE 2710174A DE 2710174 A1 DE2710174 A1 DE 2710174A1
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    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01N—PRESERVATION OF BODIES OF HUMANS OR ANIMALS OR PLANTS OR PARTS THEREOF; BIOCIDES, e.g. AS DISINFECTANTS, AS PESTICIDES OR AS HERBICIDES; PEST REPELLANTS OR ATTRACTANTS; PLANT GROWTH REGULATORS
    • A01N53/00—Biocides, pest repellants or attractants, or plant growth regulators containing cyclopropane carboxylic acids or derivatives thereof

Description

Bayer Aktiengesellschaft
Zentralbereich Patente, Marken und Lizenzen
5090 Leverkusen, Bayerwerk
Rt/mo
Typ IV a
Verfahren zur Herstellung von Dihalogenviny!-cyclopropancarbonsäuren und deren Ester
Die vorliegende Erfindung betrifft ein neues Verfahren zur Herstellung von Dihalogenviny!-cyclopropancarbonsäuren und deren Ester, die als Zwischenprodukte für die Synthese von Insektiziden verwendet werden können, bzw. die insektizide Eigenschaften besitzen.
Es ist bereits bekannt geworden,3-dimethylvinylsubstituierte ^"-Lactone durch Reaktion mit Thionylchlorid in Anwesenheit von Alkohol zu spalten und den entstandenen offenkettigen Ester durch Halogenwasserstoffabspaltung unter der Einwirkung von Alkoholaten zum entsprechenden Dimethylvinylsubstituierten Cyclopropancarbonsäureester zu cyclisieren (vergleiche US-Patentschrift 3 077 496). Die Ausbeuten sind jedoch unbefriedigend und es müssen technisch unübliche und im großen Maßstab schwer handhabbare Basen wie Natrium-tert.-Amylat oder Natriumhydrid in DMF verwendet werden. Zudem muß wasserfrei und mit getrockneten Lösungsmitteln gearbeitet werden.
Le A T7 866
809837/0196
Es wurde nun gefunden, duZ Dilialojenviny!-cyclopropancarbonsäuren sowie deren Ester der allgemeinen Formel I
COOR3
in welcher
Hai für gleiche oder verschiedene Fluor, Chlor
oder Bromreste steht und
2
R und R für gleiche oder verschiedene Reste aus der
Gruppe Wasserstoff, C, .-Alkyl stehen oder gemeinsam mit dem angrenzenden C-Atom einen cycloaliphatischen Ring mit bis zu 7 C-Atomen bilden und
R3 für Wasserstoff, C1-4-AlKyI oder für
gegebenenfalls substituiertes Arylmethyl oder Heteroarylmethyl steht,
erhalten werden, indem man
a) Verbindungen der allgemeinen Formel II
COOR3 II
Cl
Le A 17 866 - 2 -
809837/0196
in welcher Hal, R1, R' und R3
die oben angegebene Bedeutung haben in Gegenwart wäßriger Basen sowie gegebenenfalls in Gegenwart eines Katalysators dehydrohalogeniert, oder
b) Verbindungen der allgemeinen Formel III
Hai
III
in welcher
Hal,
R2
R1 und
R3-OH
die oben angegebene Bedeutung haben,nacheinander mit einem Chlorierungsmittel sowie einem Alkohol der allgemeinen Formel IV, in welcher
die oben angegebene Bedeutung hat, jedoch nicht für Wasserstoff steht, umsetzt und die erhaltene intermediär entstandene Verbindung der allgemeinen Formel II, ohne sie zu isolieren, mit einer wäßrigen Base gegebenenfalls in Gegenwart eines Katalysators umsetzt.
Es wurden ferner die neuen Verbindungen der allgemeinen Formel II,
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809837/0196
in welcher
Hal, 3
R1,
R2,
die oben angegebene Bedeutung haben, gefunden.
Es wurde ferner ein Verfahren zur Herstellung der
neuen Verbindungen der allgemeinen Formel II gefunden, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man Verbindungen der allgemeinen Formel III, in welcher Hal, R und R die
oben angegebene Bedeutung haben, mit einem Chlorierungsmittel in Gegenwart eines Alkohols der allgemeinen Formel IV, in welcher R die oben angegebene Bedeutung hat,
umsetzt.
Der Verlauf der erfindungsgemäßen Dehydrohalogenierung der neuen Verbindungen der allgemeinen Formel II war
überraschend. So konnte nicht erwartet werden, daß beim Arbeiten mit wäßrigen Basen praktisch keine Verseifung der Estergruppe auftritt, die ja bekanntlich im alkalischen Medium unter sehr milden Bedingungen verläuft. Es war außerdem überraschend, daß unter den erfindungsgemäßen Verfahrensbedingungen praktisch keine Eliminierung nach folgendem Reaktionsschema stattfindet.
CH.
^COOR
-Cl
CH.
OOR"
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Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, daß die Cyclopropancarbonsäurederivate der allgemeinen Formel I unter technisch wenig aufwendigen Bedingungen in guter Reinheit aus den neuen Verbindungen der Formel II oder direkt aus den ^-Butyrolactonen der Formel III erhalten werden können.
Verwendet man 3-Methyl-3-chlor-2-(21,2'-dichlorvinyl)-butancarbonsäureäthylester als Ausgangsstoff lässt sich der Reaktionsverlauf durch folgendes Formelschema wiedergeben:
-HCl
XTOOC2H5 \f COOC2H5 Cl
CH3
Die Ausgangsstoffe sind durch Formel II allgemein
1 2
definiert. Darin stehen R und R bevorzugt für C, ,-Alkyl insbesondere Methyl und Hai für Chlor oder Brom.
Das Verfahren wird bei Temperaturen zwischen -20 und 120°C, bevorzugt zwischen 0 und 100°C, durchgeführt. Es wird bevorzugt unter Normaldruck gearbeitet. Im allgemeinen arbeitet man in dem Verdünnungsmittel, das bei der Herstellung der Verbindung der Formel II verwendet wurde. Es kommen aber auch andere Verdünnungsmittel in Betracht, wie Kohlenwasserstoffe, z.B. Benzol, Toluol, Xylol, Chlorkohlenwasserstoffe wie Chlorbenzol oder Äther. Ganz allgemein können alle inerten, nicht mit Wasser mischbaren Verdünnungsmittel verwendet werden.
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Es wird in Anwesenheit wäßriger Basen, bevorzugt NaOH oder KOH, gearbeitet. Das erfindungsgemäße Verfahren wird bevorzugt in einem Zweiphasensystem, bestehend aus Wasser und einem mit Wasser nicht mischbaren Lösungsmittel, durchgeführt. Dabei wird ein Katalysator der allgemeinen Formel V verwendet,
A -
in welcher
L für Stickstoff oder Phosphor steht, und die Reste A, B, C, D, unabhängig voneinander für gegebenenfalls substituiertes Alkyl, Aralkyl oder Aryl stehen, oder zwei benachbarte Reste A, B, C oder D zusammen mit dem Zentralatom L und gegebenenfalls weiteren Heteroatomen einen Heterocyclus bilden und
Y* ' für ein Halogenid-, Hydrogensulfat- oder Hydroxylion steht.
Die Katalysatoren der allgemeinen Formel V sind teilweise bekannt oder können nach bekannten Verfahren hergestellt werden (Houben-Weyl, Band XI, 2, Seite 587 ff, Georg-Thieme-Verlag, Stuttgart 1958).
Bevorzugt sind Katalysatoren der allgemeinen Formel V, in denen A, B, C, D für Alkyl mit 1-18 C-Atomen, insbesondere Methyl, Äthyl, Propyl, Butyl, Hexyl, Dodecyl,
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Octadecyl; für Benzyl, das gegebenenfalls durch C1-C4-Alkyl, Methoxy oder Halogen substituiert ist, für Phenyl, das gegebenenfalls durch C1-C4-AlKyI, Alkoxy oder Halogen substituiert ist, stehen.
Als besonders bevorzugte Vertreter der bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zu verwendenden Katalysatoren der Formel V seien genannt:
Tetraäthylammoniumchlorid, Tetrabutylammoniumchlorid, Tetrabutylammoniumbromid, Tetrabutylphosphoniumchlorid, Benzyltriäthylairanoniumchlorid, Phenylbenzyldimethylairanoniumchlorid, Benzyldodecyldimethylammoniumchlorid, Benzyltributylammoniumchlorid.
Die Katalysatormenge kann in weiten Grenzen schwanken. Im allgemeinen haben sich 0,1 - 10 Gew.-%, vorzugsweise 0,3 bis 6 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der eingesetzten Verbindungen der allgemeinen Formel II bewährt. Die Reaktion wird am besten in der Weise durchgeführt, daß die Base entweder in fester Form oder aber in wäßriger Lösung zugegeben bzw. zugetropft wird. Die Konzentration der wäßrigen Lösung der Base sollte zwischen 10 und 50 % liegen. Es können aber auch höhere Konzentrationen verwendet werden.
Wie bereits erwähnt, sind die Verbindungen der allgemeinen Formel II neu.
Sie werden erhalten durch Umsetzung eines ^-Butyrolactons der allgemeinen Formel III mit einem Chlorierungsmittel und einem Alkohol der allgemeinen Formel IV.
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/14
Der Reaktionsablauf läßt sich bei der Verwendung von 3-(2* ,2l-dichlorvinyl)-4-methyl-^i-valerolacton durch folgendes Formelschema wiedergeben:
Cl ' \ SOCl0 Cl -
Cl -		 3
CH3 — C2H5OH CH
CH.
CH.
Bevorzugt werden Verbindungen der allgemeinen Formel III
eingesetzt, in welcher 1 2
R und R für Methyl stehen und
Hai für Chlor oder Brom.
Bevorzugt werden Alkohole der allgemeinen Formel IV eingesetzt, in welcher
R für Benzyl, JC- oder ß-Napthylmethyl, Furylmethyl/ Benzofurylmethyl steht, die im aromatischen Ring oder am «£-C-Atom gegebenenfalls substituiert sind durch Halogen wie Fluor, Chlor, Brom, CN, Alkyl mit 1-4 C-Atomen, Halogenalkyl mit 1-4 C-Atomen und 1-5 Halogenatomen wie Trichlormethyl, Tr i fluorine thy I, Pentafluoräthyl, Aryl wie Phenyl, Heteroaryl wie Thienyl oder Furyl, Aryloxy wie Phenoxy, das gegebenenfalls durch Halogen substituiert ist, Halogenalkoxy oder Halogenalkylmercapto mit jeweils 1-4 C-Atomen und bis zu 5 Halogenatomen.
Le A 17 866
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Besonders bevorzugt sind Alkohole der Formel IV, in welcher
R für 3-Phenoxybenzyl, 3-Phenoxy-o^-cyano-benzyl, 5-Benzylsulfur-3-ylmethyl oder Pentahalogenbenzyl steht. Insbesondere sei genannt 3-phenoxy-benzylalkohol.
Als Chlorierungsmittel kommen bevorzugt Thionylchlorid oder Phosgen in Frage.
Es wird bei Temperaturen zwischen 50 und 150°C, bevorzugt zwischen 70 und 1100C, gearbeitet.
Als Lösungsmittel sind grundsätzlich alle Lösungsmittel geeignet, die im angegebenen Temperaturbereich sieden und nicht mit dem Chlorierungsmittel reagieren.
Als solche kommen in Betracht Kohlenwasserstoffe, wie Benzol, Toluol, Xylol, Chlorkohlenwasserstoffe wie Chlorbenzol oder Äther wie Diisopropyläther, Dimethoxyäthan. Es kann jedoch auch ohne Lösungsmittel, beispielsweise in einem Überschuß an Thionylchlorid, gearbeitet werden.
Die Reaktion wird durchgeführt, indem das ^*"-Lacton der Formel III in einem Lösungsmittel oder in überschüssigem Thionylchlorid auf die gewünschte Reaktionstemperatur erhitzt wird, anschließend läßt man abkühlen und setzt bei einer Temperatur zwischen 0-80 C, bevorzugt zwischen 20 und 50°C, den gewünschten Alkohol zu. Das überschüssige
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809837/0196
Al
Thionylchlorid kann gegebenenfalls vorher abdestilliert werden, insbesondere, wenn ein wertvoller Alkohol verwendet wird. Die Esterbildung kann gegebenenfalls durch Zusatz einer Hilfsbase, wie einem tertiären Amin, beispielsweise Triäthylamin oder Pyridin, beschleunigt werden.
Das Ende der Reaktion wird am besten IR-spektroskopisch durch das Auftreten der Estercarbonylbande bei ca. 1720 - 1740 cm~ festgestellt. Anschließend wird gegebenenfalls der überschüssige Alkohol im Vakuum entfernt und die Verbindungen der allgemeinen Formel II durch Destillation oder Kristallisation isoliert.
Vorzugsweise wird jedoch die Lösung der Verbindungen II, beispielsweise in einem der oben angegebenen Lösungsmittel, direkt weiter mit einer Base umgesetzt. (Verfahren b).
Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, daß ganz überwiegend (für den Fall, daß R = R2 ~ CH3 und Ha* = CD die insektizid wirksameren trans-Ester gebildet werden. Der cis-Anteil beträgt jeweils nur etwa 5 - 10 %.
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2710)74
Die folgenden Beispiele illustrieren das erfindungsgemäße Verfahren, ohne eine Beschränkung hinsichtlich seiner Durchführbarkeit anzugeben.
Beispiel 1
209 g 4-Methyl-3-(2', 2 ' -dichlorvinyl)-/'-valerolacton werden in 800 ml Toluol gelöst und 250 ml Thionylchlorid zugegeben. Man erhitzt 6 h auf 75 - 80°C und gibt danach nochmals 250 ml Thionylchlorid zu. Man erhitzt abermals 6 h auf 75 - 80°C, läßt abkühlen und tropft bei Raumtemperatur 400 ml mit HCl gesättigtes Äthanol zu. Man rührt 8 h bei Raumtemperatur nach und destilliert Äthanol und den größten Teil des Toluole ab. Diese Rohlösung enthält It. gaschromatographischer Analyse 207 g (87 % d. Th.) 3-Methyl-3-chlor-2-(2",2'-dichlorvinyl)-butancarbonsäureäthylester
CH3
CH3-C-CH-CH2-CO2C2H5 C1CH=CC12
und wird in den Beispielen 2-4 direkt in die nächste Stufe eingesetzt. Eine Probe wird über eine Kolonne fraktioniert destilliert. Der 3-Methyl-3-chlor-2-(2',2 ' dichlorvinyl)-butancarbonsäureäthylester siedet bei Kp = 91°/O,3 mm.
n20= 1.4810.
Beispiel 2
27,35 g 3-Methyl-3-chlor-2-(2',2'-dichlorvinyl)-butancarbon säureäthylester in Form der in Beispiel 1 hergestellten
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Rohlösung werden in 50 ml Toluol gelöst. Man gibt 3 g Tetrabutylanunoniumchlorid zu und tropft dann bei 25°C 16,8 g 50 %ige Kalilauge zu. Man rührt 3 h nach, gibt Eiswasser zu und stellt neutral. Nach Abtrennen der Toluolphase destilliert man fraktioniert. Man erhält 10,4 g 2,2-Dimethyl-3-(21,2'-dichlorvinyl)-cyclopropancarbonsäureäthylester und 13,35 g Ausgangsstoff zurück. Dies entspricht einer Ausbeute von 91 %, bezogen auf umgesetzten 3-Methyl-3-chlor-2-(21,2'-dichlorvinyl)-butancarbonsäureäthylester.
Beispiel 3
27,35g 3-Methyl-3-chlor-2-(2',2'-dichlorvinyl)-butancarbonsäureäthylester in Form der in Beispiel 1 hergestellten Rohlösung werden in 50 ml Toluol gelöst. Man gibt 2,5 g Tetrabutylammoniumbromid zu und tropft dann bei 400C 11,2 g 50 %ige Kalilauge zu. Man rührt nach beendetem Zutropfen noch 4 Stunden bei Raumtemperatur nach, stellt die wäßrige Phase neutral und trennt die Toluolphase ab. Anschließend destilliert man fraktioniert. Man erhält 21,2 g (89,5 % d. Th.) 2,2-Dimethyl-3-(2',2'-dichlorvinyl)-cyclopropancarbonsäureäthylester, der z.B.nach Coll. Czech. Chem. Comm. 24, Seite 2234 zur freien Säure verseift wird.
Beispiel 4
27,35 g 3-Methyl-3-chlor-2-(2·,2'-dichlorvinyl)-butancarbon säureäthylester in Form der in Beispiel 1 hergestellten Rohlösung werden in 50 ml Toluol gelöst. Man gibt 2 g Tetrabutylphosphoniumchlorid zu und tropft dann bei O0C
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16,8 g 50 %ige Kalilauge zu. Man rührt nach, bis die Lösung auf Raumtemperatur gekommen ist und rührt dann noch 1 h bei 35°C. Anschließend verdünnt man mit Eiswasser, stellt neutral und trennt die organische Phase ab und fraktioniert. Man erhält 21,9 g (92,5 % d.Th.) 2,2-Dimethyl-3-(2'^'-dichlorvinylj-cyclopropancarbonsäureäthy!ester.
Beispiel 5
29,8 g 4-Methyl-3-(2*,2'-dibromvinyl)-^'-valerolacton werden in 1OO ml Toluol gelöst und 25 ml Thionylchlorid zugegeben. Man erhitzt 6 h auf 75 - 80°C und gibt danach nochmals 25 ml Thionylchlorid zu. Man erhitzt abermals 6 h auf 75 - 800C, läßt abkühlen und tropft bei RT 200 ml mit HCl gesättigtes Äthanol zu. Man rührt 8 h bei RT nach und destilliert das Äthanol (und einen Teil des Toluols) im Vakuum ab. Zu dieser Lösung gibt man 2 g Tetrabutylammoniumbromid und tropft dann bei 35° 11,2 g 5O %ige Kalilauge zu. Man rührt 4 h bei RT. nach, verdünnt mit Eiswasser, stellt die wäßrige Phase neutral und trennt die Toluolphase ab. Anschließend destilliert man fraktioniert. Man erhält 18,5 g 2,2-Dimethyl-3-(21,2'-dibromvinyl)-cyclopropancarbonsäureäthylester vom Kp 1OO 103°C/0,1 mm.
Der Ester wird mit 8O ml Eisessig und 15 ml 20 %iger Salzsäure 4 h auf 100° erhitzt. Nach dem Abkühlen gießt man auf 250 ml Wasser, schüttelt mit Petroläther aus, trocknet mit NajSO^ und rotiert ein. Der Rückstand wird in 150 ml 1 η NaOH aufgenommen und 3 mal mit Methylenchlorid
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ausgeschüttelt. Die Wasserphase wird bei O0C mit konz. HCl angesäuert und anschließend mit Methylenchlorid extrahiert. Nach Trocknen mit Natriumsulfat, wird das Methylenchlorid abdestilliert. Der Rückstand besteht aus 2,2-Dimethyl-3-(2',2'-dibromvinyl)-cyclopropancarbonsäure vom Smp. 11O0C.
Beispiel 6
20,9 g 4-Methyl-3-(2',2l-dichlorvinyl)-2r-valerolacton werden in 8O ml Toluol gelöst. Nach Zugabe von 20 ml Thionylchlorid erhitzt man 12 h zum Sieden. Nach dem Abkühlen werden 22 g 3-Phenoxybenzylalkohol zugetropft, sowie 3 g Tetrabutylphosphoniumchlorid zugegeben. Dann tropft man bei Raumtemperatur 30 g 50 %ige Kalilauge zu. Man rührt 2 h bei Raumtemperatur nach, gibt Eiswasser zu und stellt neutral. Nach Abtrennen der Toluolphase wird das Toluol abdestilliert und der Rückstand an Kieselgel mit Benzol als Laufmittel gereinigt. Man erhält ein Produkt, das zu 95 % aus trans-2,2-Dimethyl-3-(2',2'-dichlorvinyl)-cyclopropancarbonsäure- 3-phenoxybenzylester ( η D = 1,5616) besteht.
Beispiel 7
20,9 g 4-Methy1-3-(2',2'-dichlorvinyl)-^*-valerolacton werden in 80 ml Toluol gelöst. Nach Zugabe von 20 ml Thionylchlorid erhitzt man 12 h zum Sieden und läßt abkühlen. Nach Abdestillieren des überschüssigen Thionylchlorids im Vakuum tropft man 20 g 3-Phenoxybenzylalkohol zu und gibt 5 g Tetrabutylammoniumchlorid zu. Dann wird bei 40 - 50°C innerhalb von 30 Minuten 30 g 50 %ige KaIi-
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Λ2
lauge zugetropft. Man rührt 12 h nach, gibt Eiswasser zu und stellt neutral. Nach Abtrennen der Toluolphase wird das Toluol abdestilliert und der Rückstand an Kieselgel mit Benzol als Laufmittel gereinigt. Man erhält ein Produkt, das zu 85 - 90 % aus trans-Dimethyl-3-(2',2'-dichlorvinyl)-cyclopropancarbonsäure-S-phenoxybenzylester ( n2? — 1,5624) besteht.
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Claims (2)

Paten tansprüche
1. Verfahren zur Herstellung von Dihalogenvinyl- -^ cyclopropancarbonsäuren sowie deren Ester der allgemeinen Formel I
<\ 2
T R^
COOR-Rr
in welcher
Hai für gleiche oder verschiedene Fluor,
Chlor oder Bromreste steht und 2
R und R für gleiche oder verschiedene Reste
aus der Gruppe Wasserstoff, C. .-Alkyl stehen oder gemeinsam mit dem angrenzenden C-Atom einen cycloaliphatischen Ring mit bis zu 7 C-Atomen bilden und R3 für Wasserstoff, C, .-Alkyl oder für
gegebenenfalls substituiertes Arylmethyl oder Heteroarylmethyl steht,
dadurch gekennzeichnet, daß man
a) Verbindungen der allgemeinen Formel II
COOR3
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2 V I O I 7
in welcher
12 3
Hal, R , R und R die oben angegebene Bedeutung haben
in Gegenwart wäßriger Basen sowie gegebenenfalls in Gegenwart eines Katalysators dehydrohalogeniert, oder
b) Verbindungen der allgemeinen Formel III HaIN
1SrO
in welcher
Hal, R1 und
die oben angegebene Bedeutung haben nacheinander
mit einem Chlorierungsmittel sowie einem Alkohol der allgemeinen Formel IV
R-OH in welcher
R die oben angegebene Bedeutung hat,
jedoch nicht für Wasserstoff steht, umsetzt und die erhaltene intermediär entstandene Verbindung der allgemeinen Formel II ohne sie zu isolieren mit einer wäßrigen Base gegebenenfalls in Gegenwart eines Katalysators umsetzt.
2. Verbindungen der allgemeinen Formel II, gemäß Anspruch 1, in welcher Ha
Bedeutung haben.
12 3
1, in welcher Hal, R , R / R die oben angegebene
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27Ί0Γ/4
3. Verfahren zur Herstellung der Verbindungen der
allgemeinen Formel II, gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man Verbindungen der allgemeinen Formel III, gemäß Anspruch 1, in welcher Hal, R
2
und R die oben angegebene Bedeutung haben, nach einander mit einem Chlorierungsmittel sowie einem Alkohol der allgemeinen Formel IV, in welcher R c oben angegebene Bedeutung hat, umsetzt.
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