DE2925763C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft die Herstellung von o-Methylallyloxyphenol durch Monoverätherung von Brenzcatechin mit Hilfe vom Methylallylchlorid.

O-Methyllallyloxyphenol ist bekanntlich ein Ausgangsmaterial für die Synthese von 2,3-Dihydro-2,2-dimethyl- 7-benzofuranyl-methylcarbamat, welches ein bekanntes, in vielfacher Hinsicht wirksames Insektizid ist ("Carbofuran"). Die Synthese von Carbofuran, ausgehend von o-Methylallyloxyphenol, ist bekannt (US-PS 34 74 171).

Die Verätherung von Monohydroxybenzolen - wie Phenol - stellt keine besonderen Schwierigkeiten dar und läßt sich nach verschiedenen bekannten Reaktionen durchführen, beispielsweise durch Einwirkung organischer Halogenide oder Sulfate auf die Alkaliphenolate.

Im Falle von Dihydroxybenzolen - wie Brenzcatechin - ergeben sich bei der Verätherung von nur einer der beiden Hydroxylgruppen am Benzolkern beträchtliche Schwierigkeiten, da beide Hydroxylgruppen die Tendenz haben, mit dem Verätherungsmittel zu reagieren. Man erhält daher im allgemeinen beträchtliche Anteile an Diäthern neben dem angestrebten Monoäther: Führt man die Verätherung von Brenzcatechin mit Hilfe von Methylallylchlorid durch, ohne daß besondere Vorkehrungen getroffen werden, so erhält man im allgemeinen o-Methylallyloxyphenol und beträchtliche Anteile an 1,2-Dimethylallyloxybenzol.

Dabei stellt man häufig auch Nebenreaktionen in Form einer Alkalierung des aromatischen Kerns fest, indem eine Methylallylgruppe an den aromatischen Kern gebunden wird, sowie die Bildung von verschiedenen Verbindungen, wie o- und p-Methylallylbrenzcatechin. Die Bildung der Diäther und der durch die Alkylierung des aromatischen Kerns erhaltenen Substanzen verringert natürlich die Ausbeute an Monoäther und führt zu einem Reaktionsgemisch, aus dem sich nur schwierig und in aufwendiger Weise der Monoäther extrahieren läßt.

Aus der US-PS 32 74 260 ist ein Verfahren zur Herstellung von Monoalkyläthern von Dihydroxybenzolen, wie Brenzcatechin, bekannt, wonach ein Alkylierungsmittel (Alkylhalogenid, -sulfat oder -toluolsulfonat) mit dem Dihydroxybenzol in Gegenwart einer Lauge umgesetzt wird, wobei das Reaktionsmedium zweiphasig ist, und zwar eine wäßrige Phase und eine mit Wasser nicht mischbare inerte Lösungsmittelphase vorliegt, und man die Umsetzung zwischen etwa 65 und 100°C durchführt. Bei diesem bekannten Verfahren erfolgt die Monoverätherung in Abwesenheit eines Katalysators und man erhält ein Molverhältnis Monoäther : Diäther <10 und einen hohen Umsetzungsgrad im Hinblick auf den Monoäther bezogen auf das eingesetzte Dihydroxybenzol. Nach diesem Verfahren erhält man gute Ergebnisse, wenn als Verätherungsmittel eine wenig reaktive Alkylverbindung dient. Verwendet man jedoch ein reaktionsfähigeres Verätherungsmittel als eine Alkylverbindung, z. B. eine Allylverbindung, wie Methylallylchlorid, welches besonders reaktiv ist, beobachtet man das Auftreten von Alkylierungsreaktionen am Benzolkern, die sehr schlecht und schwierig unter Kontrolle zu halten sind (FR-PS 22 55 279, Seite 1, Zeilen 33 bis 36).

In "Tetrahedron", 30, S. 1379-1382 (1974) ist die Herstellung von Phenoläthern beschrieben, wobei als Ausgangsmaterial nur Verbindungen mit einer Hydroxygruppe am Benzolring eingesetzt werden. Dabei ist angegeben, daß die Geschwindigkeit und Ausbeute bei der Umsetzung von Phenolatanionen mit Alkylhalogeniden durch Zusatz von Phasentransferkatalysatoren gesteigert werden kann. Diese Tatsache mußte den Fachmann aber gerade davon abhalten, derartige Katalysatoren zur Herstellung von Monoäthern von Dihydroxybenzolen einzusetzen, da er befürchten mußte, daß durch deren Einsatz gerade auch die Verätherung der zweiten Hydroxygruppe gefördert werden würde.

Außerdem ist es aus "Synthesis 8", S. 441-455, 1973 bekannt, daß quaternäre Ammoniumverbindungen als Phasenübergangs-Katalysatoren angewandt werden bei Reaktionen, wie einer Substitution, Abspaltung oder Addition u. dgl. in einem Reaktionsmilieu, welches zweiphasig ist, und zwar eine wäßrige und eine organische Phase aufweist. Nach dieser Literaturstelle eignet sich ein solcher Katalysator für verschiedene Substitutionsreaktionen, wie die C-Alkylierung und die O-Alkylierung.

Aufgabe der Erfindung ist daher ein Verfahren, welches die Herstellung von o-Methylallyloxyphenol in guter Ausbeute und bei gutem Umsetzungsgrad im Vergleich mit den bekannten Verfahren gestattet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch das im Hauptanspruch angegebene Verfahren. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die erfindungsgemäß als Katalysatoren angewandten quaternären Ammonium- und Phosphoniumverbindungen begünstigen unter den speziellen Bedingungen in überraschender Weise die Verätherungsreaktion, und zwar speziell die Monoverätherung, welche sehr stark bevorzugt wird, wobei die Alkylierung am Benzolkern weitgehend zurückgedrängt wird, obwohl in Abwesenheit des Katalysators diese Alkylierung des Benzolkerns die vorherrschende Reaktion ist.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann gegebenenfalls unter Druck gearbeitet werden.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren erhält man ein Molverhältnis Monoäther : Diäther immer über 10 und in speziellen Fällen über 50. Die Umsetzung des Brenzcatechins ist immer zumindest 50% und beträgt in manchen Fällen mehr als 80%. Die Ausbeute an Monoäther, bezogen auf umgesetztes Brenzcatechin beträgt immer zumindest 60% und liegt in bestimmten Fällen sogar über 80%. Die gelingt durch Begrenzung der Alkylierung am Benzolkern auf ein akzeptables Ausmaß.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren soll das Molverhältnis der Ausgangsprodukte Methylallylchlorid und Brenzcatechin zumindest 0,6, vorzugsweise zumindest 1 sein. Die obere Grenze dieses Verhältnisses ist nicht krtisch, man kann also die Reaktion auch in überschüssigem Methylallylchlorid durchführen, welches dann nicht nur der Reaktionspartner, sondern auch mit Wasser nicht mischbares Lösungsmittel ist. Wird jedoch ein anderes Lösungsmittel angewandt und das Methylallylchlorid ist lediglich Reaktionspartner, so erhält man gute Ergebnisse mit 0,6 bis 2 Mol Methylallylchlorid je Mol Brenzcatechin. Das Lösungsmittel muß inert sein, mit Wasser nicht mischbar und einen Siedepunkt über 50°C, vorzugsweise über 70°C besitzen. Beispiele dafür sind:

• - aliphatische Kohlenwasserstoffe (wie Cyclohexan, n-Hexan, n-Heptan, n-Octan, Methylcyclohexan),
• - aromatische Kohlenwasserstoffe (wie Toluol, die Xylole, Äthylbenzol und Benzol),
• - Halogenkohlenwasserstoffe (wie Dichlor-1,2-äthan, Trichloräthylen, Perchloräthylen, Methylallylchlorid, Chlorbenzol, die Dichlorbenzole und Trichlorbenzole),
• - Alkohole (wie n-Amyl-, n-Hexyl-, Isoamylalkohol, Äthyl-2-hexanol-1, Octanol-1, Äthyl-2-butanol-1),
• - Äther (wie Di-n-propyläther, Butyläther, Anisol, Phenetol, Dibenzyläther, Diphenyläther, Veratrol, Diisopropyläther),
• - Ketone (wie Methyl-4-pentanon-2-, Acetophenon, Methylisobutylketon),
• - Nitrile (wie Benzonitril, Propionitril).

In der Praxis bevorzugt man Anisol.

Die im Reaktionsmedium anzuwendenden Mengen an Wasser und organischen Lösungsmitteln sind nicht kritisch und können über weite Bereiche variieren. In der Praxis hat sich als zweckmäßig erwiesen, 1 bis 4 Volumteile organisches Lösungsmittel je Volumteil Wasser. Anstelle eines einzigen organischen Lösungsmittels kann man natürlich auch ein Gemisch von inerten organischen Lösungsmitteln, die mit Wasser nicht mischbar sind und unter den Reaktionsbedingungen ausreichende Stabilität und einen Sieepunkt über 50°C besitzen, anwenden.

Als quaternäre Ammonium- und/oder Phosphoniumverbindungen kann man beliebige bekannte Katalysatoren dieser Art anwenden, jedoch bevorzugt man solche der allgemeinen Formel:

in der die Substituenten R₁ bis R₄ gleich oder unterschiedlich und zwar eine Alkylgruppe mit 1 bis 20 C- Atomen, eine Cycloalkylgruppe mit 3 bis 6 C-Atomen, eine Alkenylgruppe mit 2 bis 20 C-Atomen, eine Hydroxyalkylgruppe mit 1 bis 20 C-Atomen oder gegebenenfalls substituierte Phenylalkylgruppen sind, deren Alkylteil 1 bis 6 C-Atome enthält. X kann Chlor, Brom oder Fluor oder SO₄, HSO₄, H₂PO₄, OH, Alkoxysulfonyloxy- mit 1 bis 4 C-Atomen (wie Methoxysulfonyloxy oder Äthoxysulfonyloxy), Alkansulfonyloxy mit 1 bis 4-C-Atomen (wie Methansulfonyloxy oder Äthansulfonyloxy), Arensulfonyloxy (wie Benzolsulfonyloxy oder p-Toluolsulfonyloxy) oder Alkanoyloxy mit 1 bis 4 C-Atomen (wie Acetyloxy und Propionyloxy) sein. n entspricht der Wertigkeit von X.

Gute Ergebnisse erhält man mit Katalysatorgemischen auf der Basis von quaternären Ammoniumverbindungen, bei denen es sich um Handelsprodukte handeln kann wie:
"Adogen 464": das ist ein Gemisch der Chloride von Methyl-trialkyl-ammoniumchloriden, in denen die Alkylgruppe 8 bis 10 C-Atome enthält,
"Cemulcat K 012": das ist ein Gemisch von Dihydroxyäthyldialkylammoniumchloriden, dessen Alkylgruppen 16 bis 18 C-Atome enthalten.

Bevorzugt wird ein Katalysator der allgemeinen Formel:

in der X und n obige Bedeutung haben und R₅ eine Alkylgruppe mit 1 bis 4 C-Atomen ist, wie Äthyltributylammoniumchlorid, Methyltributylammoniumchlorid, Tetrabutylammoniumchlorid oder Tetrabutylammoniumbisulfat.

Die erfindungsgemäß als Katalysatoren angewandten Phosphoniumverbindungen entsprechen der allgemeinen Formel:

in der die Substituenten R₁′ bis R₄′ gleich oder unterschiedlich sein können und zwar eine Alkylgruppe mit 2 bis 8 C-Atomen und Y Chlor oder Brom ist.

Die anzuwendende Katalysatormenge kann in sehr weiten Grenzen schwanken und zwar von 0,01 bis 1 Mol je Äquivalent der angewandten basischen Verbindung. Aus wirtschaftlichen Gründen wendet man im allgemeinen 0,10 bis 0,25 Mol Katalysator je Äquivalent basische Substanz an.

Vorteilhafterweise wählt man Lösungsmittel und Katalysator im Hinblick darauf aus, daß der Katalysator und Brenzcatechin nicht aus der wäßrigen Phase in die organische Phase extrahiert werden bzw. übergehen. Besonders interessante Ergebnisse erhält man mit dem erfindungsgemäßen Verfahren unter Anwendung von Anisol mit Tributyläthylammoniumchlorid oder Anisol mit Tetrabutylammoniumchlorid, da am Ende der Reaktion der Katalysator aus der organischen Phase extrahiert werden kann und von dieser nun ganz einfach durch Waschen mit Wasser und Wiederrückführen getrennt werden kann.

Das basische Mittel sollte man in einer Menge von 0,5 bis 1,4 Äquivalent je Mol Brenzcatechin anwenden, d. h. 0,5 bis 1,4 Mol, wenn das basische Mittel ein Alkalihydroxyd oder ein saures Alkalicarbonat ist bzw. 0,25 bis 0,7 Mol, wenn das alkalische Mittel ein Erdalkalihydroxyd oder ein Alkalicarbonat ist.

Aus wirtschaftlichen Gründen wird man in der Praxis NaOH bzw. Natronlauge oder Natriumcarbonat bevorzugen, wobei man zweckmäßigerweise 0,6 bis 1,1 Mol Natronlauge je Mol Brenzcatechin bzw. 0,3 bis 0,55 Mol Natriumcarbonat je Mol Brenzcatechin rechnet. Das basische Mittel kann man der Reaktionsmischung auf einmal zusetzen, wie am Anfang der Reaktion. Es ist jedoch eine fortgesetzte Zugabe über die ganze Reaktionszeit zweckmäßig, weil sich auf diese Weise die Reaktion besser regeln läßt.

Nach einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann man die Monoverätherung des Brenzcatechins dadurch errreichen, daß man nur einen geringen Anteil der theoretischen Menge an Brenzcatechin zu Beginn der Reaktion in die Reaktionsmischung einbringt und dann fortlaufend die Restmenge und das basische Mittel - getrennt oder gemischt - über die ganze Umsetzungszeit.

Die Reaktionstemperatur kann zwischen 50 und 140°C schwanken und liegt vorzugsweise zwischen 70 und 110°C. Wird bei über 100°C gearbeitet, so ist ein Überdruck notwendig, um die Wasserverdampfung aus der Reaktionsmischung zu verhindern. Die benötigte Reaktionszeit kann sehr weit schwanken und liegt im allgemeinen zwischen 2 und 6 Stunden.

Die Erfindung wird an folgenden Beispielen weiter erläutert:

Beispiel 1

Es wurde ein 3-Hals-Kolben 250 ml mit Kühler, Rührer, Thermometer und Argondurchleitung verwendet. Nach Ausspülen mit Argon wurden vorgelegt:

12,1 g (0,11 Mol) Brenzcatechin,
70 ml Anisol,
13,5 g (0,15 Mol) Methylallylchlorid,
5,68 g (0,016 Mol) Tetrabutylammoniumhydrogensulfat,
0,7 g (0,017 Mol) Natriumhydroxyd.

Unter Rühren in Argonatmosphäre wurde auf 100°C erwärmt und dann in zwei Stunden 4 g NaOH und 20 ml Wasser zugegossen und nach beendeter Zugabe die Pipette mit 5 ml destilliertem Wasser ausgespült. Man ließ noch 2 Stunden unter rückfließendem Sieden jedoch ohne Rühren und dann konnte die Reaktionsmischung auf Raumtemperatur abkühlen. Durch Gaschromatografie stellte man in der organischen Phase 3,6 g nicht umgesetztes Methylallylchlorid fest. Nun wurden der Reaktionsmischung 70 ml Wasser zugesetzt, worauf sich zwei Schichten trennten. Die wäßrige Phase wurde 5× mit 60 ml Äthylacetat extrahiert. Die organischen Phasen wurden vereinigt und gaschromatografisch darin 2 g nicht umgesetztes Brenzcatechin und 0,7 g o-Dimethylallyloxybenzol ermittelt. Durch Flüssigkeitschromatografie mit großer Geschwindigkeit wurde in der organischen Phase noch festgestellt:

12,3 g (0,075 Mol) o-Methylallyloxyphenol,
1,2 g p-Methylallylbrenzcatechin,
0,13 g o-Methylallylbrenzcatechin.

Aus diesen Ergebnissen errechnet sich eine Umsetzung für Brenzcatechin von 84% und eine Ausbeute bezogen auf umgesetztes Brenzcatechin für o-Methylallyloyphenol (Monoäther) 82%, o-Dimethylallyloxybenzol 3,6%, p-Methylallylbrenzcatechin 3%, o-Methylallylbrenzcatechin 0,8%, woraus sich ein Molverhältnis von Monoäther zu Diäther von 22 und eine Ausbeute an Monoäther bezogen auf eingesetztes Brenzcatechin von 69% ergab.

Beispiel 2

In diesem Fall wurden in die Vorrichtung entsprechend Beispiel 1 35 ml Anisol, 8,25 g (0,075 Mol) Brenzcatechin, 10 g (0,11 Mol) Methylallylchlorid und 2,85 g (0,011 Mol) Tributyläthylammoniumchlorid vorgelegt, unter Rühren in Argonatmosphäre auf 85°C erwärmt und innerhalb von 2 Stunden und 25 Minuten Natronlauge, nämlich 2 g (0,05 Mol) NaOH in 5,5 ml destilliertem Wasser zugegossen. Nach beendeter Zugabe wurden die Reaktionsbedingungen noch 1 Stunde und 15 Minuten beibehalten. Danach war die wäßrige Phase neutral. Es wurde nun mit Rühren und Erwärmen aufgehört und die Reaktionsmasse konnte unter Argon abkühlen. Ausgeschiedenes Natriumchlorid wurde abfiltriert und der Filterkuchen 3× mit 15 ml Anisol gewaschen, die Filtrate vereinigt und dekantiert. Der wäßrigen Phase setzte man 115 ml destilliertes Wasser zu und filtrierte Natriumchlorid ab. In dem Filtrat stellte man 0,049 g-Atom Cl^- und 1,820^-4 g-Mol (C₂H₅)(C₄H₉)₃N⁺ fest.

Die organische Phase (83 ml) enthielt 0,01 g-Atom Cl^- und 0,01 g-Mol (C₂H₅)(C₄H₉)₃N⁺.

Das in der organischen Phase enthaltene Tributyläthylammoniumchlorid kann mit Wasser ausgewaschen werden. Wäscht man 10 ml organische Phase mit gleichem Volumen destillierten Wasser, so stellt man nach Trennung der Phasen fest:

in der organischen Phase:
6,8 g o-Methylallyloxyphenol,
0,052 g o-Dimethylallyloxybenzol,
0,16 g o-Methylallylbrenzcatechin,
1,07 g p-Methylallylbrenzcatechin,
2,43 g Brenzcatechin,
0,3410^-3 g-Atom Cl^-

und in der wäßrigen Phase:
0,11 g Brenzcatechin und
0,8810^-3 g-Atom Cl^-.

Aus diesen Ergebnissen errechnet sich eine Umsetzung des Brenzcatechins von 69% und eine Ausbeute bezogen auf umgesetztes Brenzcatechin an o-Methylallyloxyphenol von 77%, o-Dimethylallyloxybenzol von 0,4%, o-Methylallylbrenzcatechin von 2%, bei einem Molverhältnis Monoäther : Diäther von 192 und einer Ausbeute an Monoäther bezogen auf eingesetztes Brenzcatechin von 53%.

Beispiele 3 bis 11

Es wurde nach Beispiel 1 gearbeitet. Bei Beispiel 4 wurde in einem Autoklaven unter Druck gearbeitet. Die Reaktionsbedingungen und die Ergebnisse sind in folgender Tabelle zusammengestellt.

Vergleichsbeispiele

Die Vergleichsbeispiele wurden ohne Anwendung des Katalysators, jedoch sonst nach Beispiel 1 durchgeführt.

70 ml Anisol, 16,5 g (0,15 Mol) Brenzcatechin und 13,5 g (0,15 Mol) Methylallylchlorid wurden unter Rühren in Argonatmosphäre auf 94°C erwärmt und während 2 Stunden eine Lösung von 4 g NaOH in 20 ml destilliertem Wasser zugegossen: die Masse wurde ohne Rühren noch 1,25 Stunden bei dieser Temperatur stehen gelassen und konnte dann abkühlen auf Raumtemperatur.

In der wäßrigen Phase stellte man acidimetrisch 2,7 mg nicht umgesetzte Base und 0,094 g-Atom Cl^- fest. In der organischen Phase wurde durch Gaschromatografie 3,85 g nicht umgesetztes Methylallylchlorid ermittelt.

Die wäßrige Phase wurde 4× mit 50 ml Äthylacetat extrahiert, die organischen Extrakte vereinigt und der organischen Phase zugefügt. Diese enthielt kein o-Dimethylallyloxybenzol, 4,43 g o-Methylallyloxyphenol, 0,8 g o-Methylallylbrenzkatechin und 10,45 g p-Methylallylbrenzcatechin, woraus sich ein Umsetzungsgrad von Brenzcatechin von 64% und eine Ausbeute an o-Methylallyloxyphenol von 28% sowie p-Methylallylbrenzcatechin von 66% ergab.

Dies zeigt, daß ohne Katalysator in einem wäßrigorganischen, zweiphasigen Milieu in der Hauptsache eine Alkylierung des Benzolkerns stattfindet und die Bildung von Monoäthern nur eine untergeordnete Rolle spielt.

Claims (3)

1. Verfahren zur Herstellung von o-Methylallyloxyphenol durch Umsetzung von Methylallylchlorid mit Brenzcatechin in Gegenwart basischer Substanzen und organischer Lösungsmittel bei erhöhter Temperatur, dadurch gekennzeichnet, daß man die Umsetzung bei 50 bis 140°C in Gegenwart von Alkali- oder Erdalkalihydroxiden und/oder Alkalicarbonaten oder Hydrogencarbonaten sowie von quaternären Ammonium- und/oder Phosphoniumverbindungen als Katalysatoren unter Rühren in einem 2-phasigen Reaktionsmedium durchführt, welches Wasser und ein inertes organisches, mit Wasser nicht mischbares Lösungsmittel enthält, dessen Siedepunkt über 50°C liegt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man je Mol Brenzcatechin 0,5 bis 1,4 Äquivalente basische Substanz und zumindest 0,6 Mol Methylallylchlorid einsetzt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man in Gegenwart von Anisol als Lösungsmittel arbeitet.