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Verfahren zur IIerstellung von optisch aktiven D-(Phenoxi-
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bzw. flenzyl)-phenoxipropionsäuren und ihren Alkalisalzen Es ist bekannt,
daß Alkyl und/oder Ilalogen substituierte Phenoxiessig-, bzw. -propionsäuren, welche
als sogenannte Wuchsstoffherbizide (im folgenden Wuchsstoffsäuren genannt) von großer
wirtschaftlicher Bedeutung sind, durch Umsetzung von Alkaliphenolaten mit den Alkalisalzen
der entsprechenden 2-lIalogenalkancarbonsäuren hergestellt werden können.
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Im allgemeinen wird die Umsetzung so durchgeführt, daß Alkaliphenolat
und das Alkalisalz der 2-lIalogenalkancarbonsäure im Molverhältnis 1 : 1 in Wasser
als Lösungs-, bzw. Verdünnungsmittel kondensiert werden (siehe G. Erfurt et. al.
Chem. Technik 15 (1964), Nr. 4, Seite 199; DD-PSs-64 279, 64 972, 64 723).
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Aufgrund der dabei nicht vermeidbaren Nebenreaktion, der Ilydrolyse
von Ilalogenalkancarbonsäuresalz zu lIydroxyalkancarbonsäuresalz ist die Ausbeute
nicht befriedigend (70 -85 d.Th.). Es ist weiterhin bekannt, daß die Ausbeute
der
Umsetzung beim Übergang von 2-CIlloressigsaure zu höheren 2-Chloralkancarbonsäuren
wie 2-Chlorpropionsäure und 2-Clilorbuttersäure erheblich reduziert wird (siehe
DE-PS 11 53 762).
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Die Erhöhung der Ausbeute an'Wuchsstoffsäuren kann durch eine Reduzierung
der genannten Hydrolysereaktion erfolgen.
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Bekannt geworden sind folgende Möglichkeiten: a) Verwendung von wasserfreien
Reaktanten (US-Ps 26 51 659).
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Obwohl hier wesentlich bessere Ausbeuten an Wuchsstoffsäuren erzielt
werden, ist diese Variante für eine technische Durchführung wenig geeignet, da -
die Herstellung von wasserfreien Agentien, insbesondere der hydrolyseempfindlichen
Alkalisalze der 2-Halogenalkancarbonsäuren schwierig und teuer ist - grobe Volumina
organischer Lösungsmittel notwendig sind - Feststoffe oder Suspensionen dosiert
werden müssen - als unerwünschte Nebenreaktion in größerem Umfang Lactate, durch
Alkylierung der Phenoxialkancarbonsäuresalze mit Halogenalkancarbonsäuresalz, entstehen.
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b) Teilweiser Ersatz von Wasser als Lösungs- und Verdünnungsmittel
durch höher siedende Alkohole (DE-PS 11 53 762, US-P 2 914 558, sU-Ps 187 766, Jap.
Anm., Nr. 48 705/65), durch Kohlenwasserstoffe (US-Ps 2 480 817) oder durch überschüssiges
freies Phenol (US-Ps 4 035 496, DD-Ps 50 622).
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c) Anwendung eines Ueberschusses bis zu 100 % an Alkaliphenolat bezogen
auf eingesetztes 2-Halogenalkancarbonsäuresalz zur Erhöhung der Geschwindigkeit
der Hauptreaktion gegenüber der Hydrolyse-Nebenreaktion (US-Ps 4 035 416, DE-Ps
11 53 762, JA-AS 74/24463, US-PS 3 257 453).
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d) Reduzierung der im Reaktionsgemisch vorhandenen Wassermenge durch
Abdestillieren von Wasser während der Umsetzung. Bei der in US-Ps 4 035 416 beschriebenen
Versuchsanordnung wird Natronlauge mit überschüssigem 2,4-Dichlorphenol versetzt
und ein Teil (ca. 35 %) des im Reaktionsgemisch vorhandenen Wassers abdestilliert,
anschließend werden äquimolare Mengen an Natronlauge und Chloressigsäure, im Unterschuss
bezogen auf Natriumdichlorphenolat simultan zudosiert, wobei gleichzeitig Wasser
abdestilliert wird.
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Es ist weiter bekannt geworden, da optisch aktive Wuchsstoffsäuren
(DE-AS 15 43 841) durch Kondensation von Alkylund/oder. Halogen-substituierten Alkaliphenolaten
und Alkalisalzen derL-2-Chlorpropionsäure in Kohlenwasserstoffen wie z.B. Toluol
hergestellt werden, d.h. entsprechend der unter b) genannten Methodik. Die Ausbeute
an optisch aktiver Wuchsstoffsäure beträgt bei diesem Verfahren 85 - 90 % d.Th.
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Grundsätzlich gemeinsam ist allen bekannten Verfahren zur Herstellung
von Wuchsstoffsäuren: - Die zur Umsetzung vorgesehene Phenolmenge wird als Alkaliphenolat
vorgelegt, dazu wird 2-Halogenalkancarbonsäuresalz in einer Portion, in mehreren
Portionen oder kontinuierlich zugesetzt. In manchen Fällen wird die insgesamt notwendige
Alkalimenge als überschüssiges Alkaliphenolat oder als Mischung von Alkaliphenolat
und Alkalihydroxid vorgelegt und 2-Halogenalkancarbonsäure in einer Portion, mehreren
Portionen oder kontinuierlich zudosiert.
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- Es erfolgt keine quantitative Umsetzung der Phenolkomponente, bzw.
wird durch Einsatz von überschüssigem Phenolat nur eine Teilumsetzung der Phenolkomponente
angestrebt. Nach erfolgter Umsetzung ist eine Abtrennung und Rückgewinnung von unumgesetztem
Phenol notwendig.
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Eine analoge Herstellung der D-(Phenoxi- bzw. Benzyl)-phenoxipropionsäuren
der Formel 1 ist nach oben genannten Verfahren nicht möglich, da es nur durch aufwendige
und langwierige Reinigungsoperationen unter Verlust gelingt, die als Ausgangsmaterialien
verwendeten Phenoxi- bzw.
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Benzylphenole der Formel II von den Verbindungen der Formel I abzutrennen.
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Es war daher wünschenswert, ein wirtschaftliches Verfahren zu finden,
bei welchem die Phenoxi- bzw. Benzylphenole der Formel II möglichst quantitativ
in die Verbindungen der Formel I überführt werden.
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In der DE-OS 22 23 894 werden die DE-OSs 21 36 826 und 16 68 896 genannt,
in welchen Phenoxiphenoxipropionsäureester als lipidsenkendeMittel beschrieben sind.
In der DE-OS 16 68 896 wird dabei im allgemeinen Teil neben anderen Herstellungsmethoden
die Umsetzung von z-Halogenfettsäuren mit Phenoxiphenolen in wässriger, stark alkalischer
Lösung beschrieben. Verfährt man nach dieser, an den frühen Stand der Wuchsstoffsäurenherstellung
angelehnten Verfahrensweise, indem man Phenoxiphenole mit einem Ueberschuss von
20 % L-2-Chlorpropionsäure in wässriger stark alkalischer Lösung kondensiert, erhält
man nur einen Umsatz von 82 % d.Th.. Ein Umsetzungsgrad> 95 fo der Phenolkomponente
wird erst bei wesentlich höherem Ueberschuss an L-2-Chlorpropionsäure (> 40 %)
erreicht.
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Ein solches Verfahren ist zur quantitativen Umsetzung der Phenole
der Formel II in technischem Maßstab nicht geeignet.
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Eine Optimierung der oben genannten Umsetzung, indem Wasser als Lösungs-bzw.
Verdünnungsmittel durch einen Kohlenwasserstoff wie Toluol oder Xylol ersetzt wird
und während
der Umsetzung Wasser azeotrop abdestilliert wird (s.Herstellung
Wuchsstoffsäuren) führt ebenfalls nicht zu einer quantitativen Umsetzung der Phenole
der Formel II. So wird mit einem Überschuß von 20 % der L-2-Chlorpropionsäure (bezogen
auf eingesetztes Phenol) nur ein Umsatz von 92 -93 % der Phenolkomponente erzielt.
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Es wurde nun gefunden, daß die Nachteile der beschriebenen Verfahren
vermieden werden können, wenn man anstelle der Alkaliphenolate die freien Phenole
einsetzt (wodurch ein konstant hoher Entwässerungsgrad erzielt wird) und außerdem
dafür sorgt, daß sich stets nur soviel Alkali-Chlorpropionat in der Reaktionsmischung
befindet, wie mit dem (durch gleichzeitige Zugabe von Alkalihydroxid gebildeten)
Alkaliphenolat reagieren kann. Dadurch wird ein Überschuß von Alkalihydroxid während
des Ablaufs der Hauptreaktion im Reaktionsgemisch, der eine teilweise Hydrolyse
der 2-Chlorpropionsäure zu Milchsäure zur Folge hätte, stark zurückgedrängt.
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Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist somit ein neues halbkontinuierliches
Verfahren zur Herstellung von D-(Phenoxi-bzw. Benzyl)-phenoxipropionsäuren und ihren
Alkalisalzen der allgemeinen Formel I
in welcher W = Wasserstoff oder ein Alkalikation Me darstellt und Z für Sauerstoff
oder CH2 steht, wobei im Falle Z = 0 X = C1, Br, CF3 Y = H, C1 und im Falle Z =
CH2 X = C1 Y = H, C1 bedeuten,
das dadurch gekennzeichnet ist, daß
man Verbindungen der Formel
in einem mit Wasser nicht mischbaren Lösungsmittel unter kontrollierter Temperaturführung
und Abdestillieren des im Verlauf der Reaktion eingebrachten oder entstehenden Wassers
mit einem Überschuß an L-2-Chlorpropionsäure unter gleichzeitiger Zugabe der berechneten
Menge oder eines geringen Oberschusses an wässrigem Alkalihydroxid umsetzt.
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L-2-Chlorpropionsäure und Alkalilauge (vorzugsweise verwendet man
30 - 50 %ige Natronlauge) können entweder getrennt zudosiert oder vor der Zugabe
zu II vereinigt werden, wobei quantitativ Alkali-L-2-chlorpropionat gebildet wird.
Schließlich kann man das Alkali-L-2-chlorpropionat auch durch Verseifung von L-2-Chlorpropionsäureestern
mit überschüssigem Alkalihydroxid herstellen und die Reaktionslösung wie beschrieben
mit den Phenolen der Formel II umsetzen.
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Der zur quantitativen Umsetzung (>99,5 %) der (Phenoxi-, bzw. Benzyl)-phenole
der Formel II notwendige Überschuß an L-2-Chlorpropionsäure beträgt mindestens 12
% (Umsatz 99.5 %) bezogen auf eingesetztes Phenol. Im allgemeinen wird ein Überschuß
von 12 - 20 g angewandt.
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Die Mindestmenge an Alkalihydroxid, bevorzugt Natriumhydroxid, berechent
sich aus LAlkalihydroxid7 = LPhenolkomponente7 + /L-2-Chlorpropionsäure/ + /L-2-Chlorpropionsäure/
- / Phenolkomponente/.
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Im allgemeinen wird die Umsetzung mit der Mindestmenge an Alkalihydroxid
oder einem geringen Ueberschuss (<5 5 % der Mindestmenge) ausgeführt, doch führen
auch höhere Überschüsse nicht zu einer signifikanten Verminderung der Ausbeutc.
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Als Lösungs- bzw. Verdünnungsmittel sind mit Wasser nicht mischbare,
jedoch mit Wasser azeotrop destillierende Kohlenwasserstoffe geeignet, bevorzugt
werden aromatische Kohlenwasserstoffe wie Benzol, Toluol, Xylol oder Chlorbenzol
verwendet, am vorteilhaftesten sind Xylol und Toluol.
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Die Phenoxi-, bzw. Benzylphenole der allgemeinen Formel II werden
im Kohlenwasserstoff zur Umsetzung vorgelegt.
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Die pro Mol Phenolkomponente eingesetzte Menge Lösungs-bzw. Verdünnungsmittel
wird so gewählt, daß die Reaktionsmischung bei Reaktionsende noch ausreichend rührbar
ist, im allgemeinen werden etwa 0,3 - 3 Liter verwendet.
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Die Zugabe von L-2-Chlorpropionsäure und Natronlauge/ simultan und
getrennt,oder die Zugabe einer wässrigen Lösung von Natrium-L-2-chlorpropionat und
Natronhydroxid erfolgt so, daß in die Reaktionsmischung eingebrachtes oder durch
Salzbildung entstandenes Wasser stets azeotrop abdestilliert wird. Die im Reaktionsgemisch
vorhandene Wassermenge soll vorzugweise < 2,5%, bezogen auf das Geweicht der
eingesetzten Reaktanten sein.
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Die während der Zugabe einzuhaltende Iteaktionstemperatur liegt zwischen
dem Siedepunkt des reinen Lösungsmittels als Obergrenze und demjenigen, der sich
durch die Anwese2eit der verfahren-smäßig bedingten geringen Wassermenge im Reaktionsgemisch
einstellt, als Untergrenze. Er beträgt z. B.
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bei Verbindung von Xylol etwa 106 - 1100C. Zur Minimierung der zur
azeotropen Abtrennung benötigten Lösungsmitteldampfmenge wird die Umsetzung bevorzugt
an der unteren Temperaturgrenze durchgeführt. Für Benzol beträgt die Reaktionstemperatur
bevorzugt 74 - 800C, für Toluol bevorzugt 100 -1100C, für Xylol bevorzugt 110 -
1150C.
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Nach Zugabe wird zur Vervollständigung der Umsetzung bei gleichbleibender
Reaktionstemperatur etwa 15 - 30 min nachgerührt, anschliessend können die entstandenen
Natriumsalze der (Phenoxi-, bzw. Benzyl)-phenoxipropionsäuren durch Ansäuern mit
Mineralsäure in die freien Säuren überführt werden. Die im Reaktionsgemisch anwesenden
anorganischen Salze und Milchsäure werden durch Ausrühren mit Wasser abgetrennt.
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Nach Abdestillieren des Lösungsmittels erhält man die D-(Phenoxi-
bzw. Benzyl)-phenoxipropionsäuren der allgemeinen Formel I (W = H) in einer Ausbeute
von 99,5 -99,9 % d.Th.. Der Restgehalt an Ausgangsmaterial der allgemeinen Formel
II beträgtt0,5 r.
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Die optische Reinheit der so hergestellten D-(Phenoxi-, bzw. Benzyl-)-phenoxipropionsäuren
beträgt bei Verwendung von optisch reiner L-2-Chlorpropionsäure, bzw. eines Niedrigalkylesters
zwischen 86 und 92 % d.Th., entsprechend einem Gehalt von 93 - 96 % an reinem D-Isomeren.
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Die Bestimmung der optischen Reinheit erfolgte aufgrund der besseren
Löslichkeit über die Methylester der D-(Phenoxi-, bzw. Benzyl)-phenoxlpropionsäuren.
Die Veresterung wurde mit Methanol und einer katalytischen Menge
Schwefelsäure
ausgeführt, wobei davon ausgegangen werden kann, daß hierbei keine Änderung der
optischen Reinheit erfolgt.
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Die Verbindungen der Formel I sind selbst hochwirksame Gräserherbizide
oder Vorprodukte fiir andere Säurederivate, wie zum Beispiel Ester, welcher ebenfalls
hochwirksame, selektive Graserherbizide darstellen (DE-OS 22 23 894, VE-AS 24 33
067, DE-OS 26 01 548, DE-OS 24 17 487).
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Durch folgende Beispiele wird das erfindungsgemäße Verfahren erläutert.
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Beispiel 1 D(+)-2-L4' -(2" ,4"-Dichlorphenoxi )-phenoxi7-propionsäure
34,3 g (0,28 mol) L(-)-2-Ghlorpropionsäuremethylester (αD23 = - 24, 7 0 in
Substanz) und 30 ml Wasser werden bei 15 °C mit 45,7 g (0,57 mol) Natronlauge (50
%-ig) versetzt und nach Zugabe 30 Minuten bei 15 °C nachgerührt.
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Die entstandene klare Lösung wird zu einer Lösung von 63,8 g (0,25
mol) 4-(2',4'-Dichlorphenoxi)-phenol in 300 ml Xylol bei 110 - 115 °C zudosiert.
Während der Zugabe wird durch kontinuierliches azeotropes Abdestillieren von Wasser
und Methanol eine Innentemperatur von 110 - 115 °C eingehalten. Nach Zugabe wird
30 Minuten bei 115 °C nachgerührt, anschließend bei 90 °C 100 ml Wasser zugesetzt,
weitere 30 Minuten bei 85 °C gerührt, schlieplich mit 25 g o-Phosphorsäure angesäuert
und die Wasserphase im Scheidetrichter abgetrennt. Nach Abdestillieren des Xylols
erhält man 81,7 g D(+)-2-/4'-(2",4"-Dichlorphenoxi/-propionsäure. Laut Gaschromatogramm
sind 99,5 % der gewünschten Säure und 0,5 ffi unumgesetztes Phenol enthalten, entsprechend
einer Ausbeute von 99,5 % d.Th.. Die erhaltene Säure wird mit Methanol unter Katalyse
von Schwefelsäure verestert. Das Drehvermögen des D(+)-Methyl-2-/4'-(2",4"-Dichlorphenoxi)-phenoxi7-propionats
beträgt /α/D25= + 25,7 (l-molare Lösung in CHC13), entsprechend einer optischen
Reinheit von 94 %.
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Beispiel 2 D(+)-2-/4'-(2",4"-Dichlorphenoxi/-phenoxi/-propionsäure
30,2 g 49 %-ige Natronlauge (0,37 mol Natriumhydroxid) und 20 g Eis werden bei 15
°C mit 19,8 g L(-)-2-Chlorpropionsäure (0,18 mol, 99 fio-ig; gem. Drehwert - 15,9
°) versetzt. Die erhaltene klare Lösung wird zu einer Lösung von 38,3 g (0,15 mol)
4-(2',4'-Dichlorphenoxi)-phenol in 300 ml Toluol bei 105 °C unter kontinuierlichem
azeotropem Abdestillieren von Wasser zudosiert. Nach Zugabe wird 30 Minuten bei
105 °C nachgerührt, anschließend bei 85 °C 70 ml Wasser zugesetzt, weitere 30 Minuten
bei 80 °C gerührt, schließlich mit 15 g o-Phosphorsäure angesäuert und die Wasserphase
abgetrennt. Nach Abdestillieren des Toluols erhält man 49 g D(+)-2-L4'-(2",4-Dichlorphenoxi)-phenoxi7-propionsäure
mit einer gaschromatographisch bestimmten Reinheit von 99,9 . Der Restgehalt an
Dichlorphenoxi)-phenol beträgt 0,1 %, entsprechend einer Ausbeute von 99,9 r d.2h.Die
erhaltene Säure wird wie in Beispiell beschrieben mit Methanol verestert.Das Drehvermögen
des D(+)-Methyl-2-/4'-(2",4"-Dichlorphenoxi)-phenoxi7-propionats beträgt /α/D25=+
24,1 ° (1-molare Lösung in CHCls), entsprechend einer optischen Reinheit von 88
.
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Beispiel 3 D(+)-2- g '-(2",4"-Dichlorphenoxi)-phenoxi7-propionsäure
Zu einer Lösung von 63,8 g (0,25 mol) 4-/2',4'-Dichlorphenoxi)-phenol in 300 ml
Xylol werden bei 110 - 115 °C getrennt und exakt simultan 32,9 g L(-)-2-Chlorpropionsäure
(99 %-ig, Drehwert gemessen ohne Lösungsmittel - 15,9 ° , 23 °C) und 49,6 g 50 %-ige
Natronlauge (0,62 mol
Natriumhydroxid) zudosiert, wobei die Reaktionstemperatur
durch kontinuierliches azeotropes Abdestillieren von Wasser eingehalten wird. Nach
Zugabe wird 30 Minuten bei 115 °C nachgerührt, anschließend bei 90 °C 100 ml Wasser
zugesetzt, weitere 30 Minuten bei 85 °C gerührt, schließlich mit 25 g o-Phosphorsäure
angesäuert und die Wasserphase im Scheidetrichter abgetrennt. Nach Abdestillieren
des Xylols erhält man 81,5 g D(+)-2-L4'-(2",4"-Dichlorphenoxi)-phenoxi7-propionsäure.
Der Restgehalt an unumgesetzter Phenolkomponente beträgt 0,2 %, entsprechend einer
Ausbeute von 99,7 0 d.Th.. Der Drehwert des daraus durch Veresterung mit Methanol
erhaltenen D(+)-Methyl-2-/2",4"-Dichlorphenoxi)-phenoxi/-propionats beträgt 23,7
/α/D23 = 23,7 ° (l-molare Lösung in CHC13).
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Beispiel 4 D(+)-2-41-(41?-Ch1orphenoxi)-phenoxi7-propionsäure 36,8
g (0,3 mol) L(-)-2-Chlorpropionsäuremethylester (aD3= - 23, 9 °, in Substanz) und
40 ml Wasser werden bei 15 "C mit 49,9 g (0,62 mol) Natronlauge (50 -ig) versetzt
und nach Zugabe 30 Minuten bei 15 °C nachgerührt.
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Die entstandene klare Lösung wird zu einer Lösung von 55,1 g (0,25
mol) 4-(4'-Chlorphenoxi)-phenol in 300 ml Xylol bei 110 - 115 °C zudosiert. Während
der Zugabe wird durch kontinuierliches azeotropes Abdestillieren von Wasser und
Methanol eine Innentemperatur von 110 - 115 °C eingehalten. Nach Zugabe wird 30
Minuten bei 115 °C nachgerührt anschließend bei 90 °C 100 ml Wasser zugesetzt, weitere
30 Minuten bei 85 "C gerührt, schließlich mit 25 g o-Phosphorsäure angesäuert und
die Wasserphase
im Scheidetrichter abgetrennt. Nach Abdestillieren
des Xylols erhält man 73,1 g D(+)-2-[4'-(2",4"-Dichlorphenoxi/-phenoxi7-propionsäure.
Laut Gaschromatogramm sind 99,9 % der gewünschten Säure und 0,1 % unumgesetztes
Phenol enthalten, entsprechend einer Ausbeute von 99,9 % d.Th..Die erhaltene Säure
wird mit Methanol unter Katalyse von Schwefelsäure verestert. Das Drehvermögen des
D(+)-Methyl-2-[4'-(4"-Chlorphenoxi)-phenoxi]-propionats beträgt [α]D25= 24.4
(l-molare Lösung in CHC13) Analog wurden erhalten
| Verbindung Aus- Restgehalt opt. Drehung |
| beute Ausg. des Methyl- |
| phenol | esters(1-molar |
| [%d.Th.]| LGew. 7 in CHCl5) |
| [α]D | t [°C] |
| D(+)-2-[4'-(2",4"- 99,7 0,2 26,5 ° 23 |
| Dichlorbenzyl)- |
| phenoxi7-propion- |
| säure |
| D(+)-2-[4'-(4"-Tri- 99,9 0,1 +25,2 ° 23 |
| fluormethylphenoxi)- |
| phenoxi7-propion- |
| säure |
| Verbindung Aus- Restgehal opt. Drehung |
| beute Ausg. des Methyl- |
| phenol esters (1-molar |
| in CHCl3) |
| [%d.Th.] [Gew.%] [α]D t [°C] |
| D(+)-2-[4"- 99,7 0,2 - - |
| Trifluormethyl- |
| 2-chlorphenoxi)- |
| phenoxi7-propion- |
| säure |
| D(+)-2-[4'-(4"- 99,8 0,15 +23,1 ° 23 |
| Brom-2"-chlor- |
| phenoxi ) -phenoxi7- |
| propionsäure |