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Verfahren zur Herstellung von Sulfonylcarbonsäuren
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Die Erfindung betrifft ein neues Verfahren zur Herstellung von 3-Halogen-3-sulfonylpropionsäuren
und von deren Dehydrohalogenierangsprodukten, den 3-Sulfonylacrylsäuren aus 2-Sulfonyl-bernsteinsäuren
durch Umsetzung mit Halogenierungsmitteln und gegebenenfalls nachfolgende thermische
Dehydrohalogenierung.
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Die Darstellung einiger 3-Chlor-3-sulfonylpropionsäuren bzw, ihrer
Derivate ist bekannt. So beschreiben I.L. Knunyants, M.G. Lin'Kova und N.L. Veller,
Izv.
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Akad. Nauk. SSSR, Ser. Khim 1966(6) 1075 die Herstellung von 3-Chlor-3-phenylsulfonylpropionsäure
durch Addition von Chlorwasserstoff an 3-Phenylsulfonylacrylsäure in etherischer
Lösung. Die 3-Phenylsulfonylacrylsäure erhielten sie durch Eliminierung von Chlorwasserstoff
aus 2-Chlor-3-phenylsulfonylpropionsäure in wäßriger Lösung mit Hilfe von Natronlauge.
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Einen ähnlichen Weg schlugen M. Asscher und D. Vofsi, G. Chem. Soc.
1964 4962 bei der Herstellung von 3-Chlor-3-methylsulfonylpropionsäuremethylester
ein:
Durch Verseifung von 2-Chlor-3-methylsulfonylpropionitril und anschließender Veresterung
der entstandenen 3 -Methylsulfonylacrylsäuren mit Methanol-Chlorwasserstoff erhielten
sie den obengenannten Ester.
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Es wurde nun ein neues, einfaches Verfahren zur Herstellung von 3-Halogen-3-sulfonylpropionsäuren
und von 3-Sulfonylacrylsäuren gefunden, bei dem die gewünschten Carbonsäuren direkt
entstehen, ohne daß die Notwendigkeit besteht, Zwischenstufen in Form von Derivaten
oder Isomeren zu durchlaufen oder gar zu isolieren.
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Mit der vorliegenden Erfindung wird ein neues universell anwendbares
Verfahren geschaffen, das es gestattet, eine große Anzahl von verschiedenartigsten
3-Halogen-3-sulfonylpropionsäuren und von deren Dehydrohalogenierungsprodukten,
den 3-Sulfonylacrylsäuren, zu synthetisieren.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Sulfonylcarbonsäuren
der allgemeinen Formel
X Halogen und Wasserstoff oder worin X und Y zusammen für eine
Kohlenstoff-Kohlenstoff-Einfachbindung stehen und worin Z gegebenenfalls substituiertes
Alkyl, gegebenenfalls substituiertes Aryl oder gegebenenfalls substituiertes Hetaryl,
ist dadurch gekennzeichnet, daß man zu einer Dicarbonsäure der Formel
in welcher Z die oben angegebene Bedeutung besitzt, in einem gegenüber Halogenierungsmittel
inerten Lösungsmittel bei 0 bis 800C mindestens die äquimolare Menge eines Halogenierungsmittels
gibt, und a) zum Erhalt von Sulfonylcarbonsäuren der Formel (I), in welcher X für
Halogen und Y für Wasserstoff steht, das Reaktionsprodukt aufarbeitet oder
b)
zum Erhalt von Verbindungen der Formel (I), in welcher X und Y zusammen für eine
Kohlenstoff-Kohlenstoff-Einfachbindung stehen, das Reaktionsprodukt auf Temperaturen
von 85 bis 1500C erhitzt.
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In den Formeln (I) bzw. (II) haben die Substituenten X, Y und Z vorzugsweise
folgende Bedeutung: X Chlor oder Brom und Y Wasserstoff oder X und Y stehen zusammen
für eine Kohlenstoff-Kohlenstoff-Einfachbindung Z gegebenenfalls durch Halogen (insbesondere
Chlor), OH, CN, COOH, Alkoxy (C2-C4), Alkyl (C1-C4)sulfonyl, Phenyl, Naphthyl substituiertes
Alkyl (C1-C15); gegebenenfalls durch Alkyl (C1-C4) , Halogen, COOH1 S03H, Alkoxy
(C1-C4), Alkyl (C1-C4)sulfonyl, NO2, CN CF3, substituiertes Phenyl oder Naphthyl;
gegebenenfalls durch Halogen, OH, CN, Alkyl (C1-C4) Alkoxy vC1-C4), COOH oder S03H
substituierter 5- oder 6-gliedriger aromatischer Heterocyclus, wie z.B. Thienyl,
Pyridyl.
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Bei der erfindungsgemäßen Umsetzung bevorzugte Halogenierungsmittel
sind Halogene, insbesondere Chlor und Brom.
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Die Umsetzung mit dem Halogenierungsmittel erfolgt in gegenüber diesem
inerten Lösungsmittel, vorzugsweise in Wasser, niederen Alkanolen oder in deren
Gemischen, insbesondere mit Wasser.
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Bei der Halogenierungsreaktion kann es auch vorteilhaft sein, die
Umsetzung mit mehr als der äquimolaren Menge Halogenierungsmittel (bis zur 2-fachen,
insbesondere bis zur 1,5-fachen Menge) durchzuführen. Die Reaktionstemperatur beim
Herstellungsverfahren von Verbindungen der Formel (I) in welcher X für Halogen und
Y für Wasserstoff steht, beträgt 0 bis 8C°C, insbesondere 20 bis 650C.
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Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens müssen die Ausgangsverbindungen
der Formel (II) nicht gesondert hergestellt und isoliert werden. Es kann sogar vorteilhaft
sein, daß Reaktionsgemisch einer vorgeschalteten Reaktion, so wie es anfällt für
die weitere Umsetzung zu verwenden.
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Vorgeschaltete Umsetzungen zur Herstellung von Verbindungen der Formel
(II) sind beispielsweise Umsetzung von Malein- oder Fumarsäure mit einer Sulfinsäure
der Formel Z-S02H, wobei Z die oben angegebene Bedeutung besitzen kann oder auch
Umsetzung einer substituierten Bernsteinsäure der Formel
worin
Z die oben angegebene Bedeutung besitzt, mit einem geeigneten
Oxydationsmittel wie z.B. H2O2, Halogene wie Chlor oder Brom.
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Aus der großen Zahl, der mit Hilfe dieses Verfahrens darstellbaren
3-Halogen-3-sulfonylpropionsäuren seien die folgenden beispielhaft erwähnt: 3-Brom-3-phenylsulfonyl-,
3-Brom-3- (o-toluylsulfonyl) -, 3-Brom-3 - (m-toluylsulfonyl) -, 3-Brom-3-(p-toluylsulfonyl)-,
3-Brom-3-xyloylsulfonyl-, 3-Brom-3-mesitylsulfonyl-, 3-Brom-3-(2'-chlorphenylsulfonyl)-,
3-Brom-3-(3'-chlorphenylsulfonyl)-, 3-Brom-3- (4 1-chlorphenylsulfonyl)-, 3-Brom-3-(2,5'-dichlorphenylsulfonyl)-,
3-Brom-3-(3,4'-dichlorphenylsulfonyl)-, 3-Brom-3-(2'-nitrophenylsulfonyl)-, 3-Brom-3-(3'-nitrophenylsulfonyl)-,
3-Brom-3-(4'-nitrophenylsulfonyl)-, 3-Brom-3-(4'-chlor-3'-nitrophenylsulfonyl)-,
3-Brom-3-(2'-chlor-5'-nitrophenylsulfonyl)-, 3-Brom-3-(4'-chlor-2'-nitrophenylsulfonyl)-,
3-Brom-3-(5'-chlor, 2'-methylphenylsulfonyl)-, 3-Brom-3-(3-chlor, 4'-methylphenylsulfonyl)-,
3-Brom-3-(2'-methyl, 5'-nitrophenylsulfonyl)-, 3-Brom-3- (4'-methyl, 3'-nitrophenylsulfonyl)-,
3-Brom-3-(4'-cyanophenylsulfonyl)-, 3-Brom-3-(2'-methoxyphenylsulfonyl)-, 3-Brom-3-(4'-methoxyphenylsulfonyl)-,
3-Brom-3-(4'-methoxy, 2'-methylphenylsulfonyl)-, 3-Brom-3-(4'-methoxy, 3'-methylphenylsulfonyl)-,
3-Brom-3-(4'-methoxy, 3'-nitrophenylsulfonyl)-, 3-Brom-3-(4'-fluorphenylsulfonyl)-,
3-Brom-3-(4'-phenylphenylsulfonyl)-, 3-brom-(3'-carboxyphenylsulfonyl-, 3-Brom-(4'-carboxyphenylsulfonyl)-,
3-Brom-3-methylsulfonyl-, 3-Brom-3-ethylsulfonyl-,
3-Brom-3-n-propylsulfonyl-,
3-Brom-3-iso-propylsulfonyl-, 3-Brom-3-n-butylsulfonyl-, 3-Brom-3-iso-butylsulfonyi-,
53-Brom-3-tert.-butylsulfonyl-, 3-Brom-3-pentylsulfonyl-, 3-Brom-3-hexylsulfonyl-,
3-Brom-3-heptylsulfonyl-, 3-Brom-3-decylsulfonyl-, 3-Brom-3-dodecylsulfonyl-, 3-Brom-3-tert.-dodecylsulfonyl-,
3-Brom-3-chlormethylsulfonyl-, 3-Brom-3-(2'-chlorethylsulfonyl)- 3-Brom-3-benzylsulfonyl-,
3-Brom-3-(2'-methoxyethylsulfonyl)-propionsäure, Eis- (1-brom-2-carboxy)ethylsulfon,
2,2'-Bis-[(1"-brom-2"-carboxy)ethylsulfonyl]-diethylether, 2,2'-Bis[(1"-Brom-2"-carboxy)ethylsulfonyl]-diethylsulfon,
1,3-Bis[(1'-brom-2'-carboxy)ethylsulfonyl]-2-hydroxypropan, 3-Chlor-3-phenylsulfonyl-,
3-Ohlor-3-(o-toluylsulfonyl)-, 3-Chlor-3-(m-toluylsulfonyl)-, 3-Chlor-3-(p-toluylsulfonyl)-,
3-Chlor-3-xyloylsulfonyl-, 3-chlor-3-mesitylsulfonyl-, 3-Chlor-3-(2'-chlorphenylsulfonyl)-,
3-Chlor-3-(3'-chlorphenylsulfonyl)-, 3-Chlor-3-(4'-chlorphenylsulfonyl)-, 3-Chlor-3-(2',
5'-dichlorphenylsulfonyl)-, 3-Chlor-3-(3,4'-dichlorphenylsulfonyl)-, 3-Chlor-3-(2'-nitrophenylsulfonyl)-,
3-Chlor-3-(3'-nitrophenylsulfonyl)-, 3-Chlor-3-(4-nitrophenylsulfonyl)-, 3-Chlor-3-(4'-chlor-3'-nitrophenylsulfonyl)-,
3-Chlor-3-(2'-chlor, 5'-nitrophenylsulfonyl)-, 3-Chlor-3-(4'-chlor, 2'-nitrophenylsulfonyl)-,
3-Chlor-3-(5'-chlor, 2'-methylphenylsulfonyl)-, 3-Chlor-3-(3-chlor, 4'-methylphenylsulfonyl)-,
3-Chlor-3-(2'-methyl, 5'-nitrophenylsulfonyl)-, 3-Chlor-3-(4'-methyl, 3'-nitrophenylsulfonyl)-,
3-Chlor-3- (4' -cyanophenylsulfonyl)-, 3-Chlor-3-(2'-methoxyphenylsulfonyl)-, 3-Chlor-3-(4'-methoxyphenylsulfonyl)-,
3-Chlor-3-(4'-methoxy, 2'-methylphenylsulfonyl)-, 3-Chlor-3- (4'-
methoxv,
3 -methylphenylsulfonyl)-, 3-Chlor-3- (2'-methoxy-4'-methylphenylsulfonyl)-, 3-Chlor-3-(4'-methoxy-3'-nitrophenylsulfonyl)-,
3-Chlor-3-(4'-fluorpjemylsulfonyl)-, 3-Chlor-3-(4'-phenylphenylsulfonyl)-, 3-Chlor-(3'-carboxyphenylsulfonyl)-,
3-Chlor-(4'-carboxyphenylsulfonyl)-, 3-Chlor-3-methylsulfonyl-, 3-Chlor-3-ethylsulfonyl-,
3-Chlor-3-npropylsulfonyl-, 3-Chlor-3-iso-propylsulfonyl-, 3-Chlor-3-n-butylsulfonyl-,
3-Chlor-3-iso-butylsulfonyl-, 3-Chlor-3-tert. -butylsulfonyl-, 3-Chlor-3-phentylsulfonyl-,
3-Chlor-3-hexylV 3-Chlor-3-heptylsulfonyl-, 3-Chlor-3-decylsulfonyl-, 3-Chlor-3-dodecylsulfonyl-,
3-Chlor-3-tert.-dodecylsulfonyl-, 3-Chlor-3-chlormethylsulfonyl-, 3-Chlor-3-(2'-chlorethylsulfonyl)-,3-Chlor-3-benzylV
3-Chlor-3-(2'-methoxyethyl)-porpionsäure, Bis-(1-Chlor-2-carboxy)ethylsulfon, 2,2'-Bis[(1"-chlor-2"-carboxy)ethylsulfonyl]-diethylether,
2,2'-Bis-[(1"-chlor-2"-carboxy)ethylsulfonyl]-diethylsulfon, 1,3-Bis-[(1'-chlor-2'-carboxy)-ethylsulfonyl]-2-hydroxypropan.
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Aus den so erhaltenen 3-Halogen-3-sulfonylpropionsäuren kann man durch
einfaches Erwärmen mit oder ohne Lösungsmittel die entsprechenden 3-Sulfonylacrylsäuren
erhalten. Die Dehydrohalogenierungsreaktion kann bei 85°-150°C vorzugsweise bei
90°-120°C durchgeführt werden.
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Die so hergestellten Verbindungen sind wichtige Zwischenprodukte,
beispielsweise für die Herstellung neuer Carbonsäurederivate, die unteranderem als
Reaktion farbstoffe dienen.
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Als Beispiel für den Einsatz eines Zwischenproduktes der Formel (I)
für die Herstellung eines Reaktivfarbstoffs sei aufgeführt:
Herstellungsbeispiele Beispiel 1 164 g (1 Mol) des Natriumsalzes
der Benzolsulfinsäure werden in 1100 ml Wasser gelöst und mit einer Suspension von
127,6 g (11 Mol) Maleinsäure in 150 ml Wasser versetzt. Man erwärmt eine Stunde
auf 90°C, kühlt auf 50°C ab und leitet bei dieser Temperatur innerhalb von 3 Stunden
85 g Chlorgas ein. Mit fortschreitender Reaktion scheidet sich eine ölige Phase
ab, die im Laufe der Zeit erstarrt. Man saugt den festen Rückstand ab, wäscht mit
etwas verdünnter Salzsäure und trocknet im Vakuum bei 60-80°. Ausbeute: 225 g (-
90 % der Theorie) 3-Chlor-3-phenyl-1 6 sulfonylpropionsäure. H-NMR-Spektrum (Aceton-d6):
= 2,83 (doppeltes Dublett, 1H, I1 = 16 Hz, 12 = 10 Hz); 3,55 (doppeltes Dublett,
1H, 11 = 16 Hz, 12 = 3,5 Hz); 5,42 (doppeltes Dublett, 1H, I1 = 10 Hz, I2 = 3,5
Hz); 7,78 (Multiplett, 3H) 8,04 (Multiplett, 2H); 10,5 (Singulett, 1H).
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Verfährt man wie oben beschrieben und verwendet anstelle des Natriumbenzolsulfinats
die in Spalte 2 der folgenden Tabelle angegebenen Sulfinate, so erhält man die in
Spalte 3 der Tabelle angegebenen Propionsäuren mit den in Spalte 4 angegebenen NMR-Spektren
in den in Spalte 5 angegebenen Ausbeuten.
Beispiel Sulfinate Verfahrensprodukte
(I) 1H-NMR-Spektren der Verfahrens- Ausbeute produkte (# in ppm von TMS) in % der
Theorie 2 4-Methylbenzol- 3-Chlor-3-(4'-methyl- # = 2,45 (Singulett, 3H); 2,81 a)
85 sulfinat phenylsulfonyl)- (doppeltes Dublett, 1H); 3,57 propionsäure (doppeltes
Dublett, 1H); 5,40 (doppeltes Dublett, 1H); 7,58 (Dublett, 2H); 8,00 (Dublett, 2H);
1,03 (Singulett, 1H) 3 4-Chlorbenzol- 3-Chlor-3-(4'- # = 2,80 (doppeltes Dublett,
1H); a) 70 sulfinat phenylsulfonyl)- 3,52 (doppeltes Dublett, 1H); 5,40 propionsäure
(doppeltes Dublett, 1H); 7,98 (Multiplett, 4H); 10,35 (Singulett, 1H) 4 4-Fluorbenzol-
3-Chlor-3-(4'-fluor- # = 2,81 (doppeltes Dublett, 1H); 3,50 a) 87 sulfinat phenylsulfonyl)-
(doppeltes Dublett, 1H); 5,42 (doppeltes propionsäure Dublett, 1H); 7,49 (Triplett,
2H); 8,12 (Multiplett, 2H); 7,75 (breites Singulett, 1H) 5 3-Carboxybenzol- 3-Chlor-3(3'-carboxy-
# = 2,88 (doppeltes Dublett, 1H); 3,55a)59 sulfinat phenylsulfonyl)- (doppeltes
Dublett, 1H); 7,88 (Multipropionsäure plett, 1H); 8,47 (Multiplett, 3H); 9,64 (Singulett,
2H) 6 3-Chlorbenzol- 3-Chlor-3(3'-chlor- # = 2,84 (doppeltes Dublett, 1H);a) 75
sulfinat phenylsulfonyl)- 3,54 (doppeltes Dublett, 1H); 5,50 propionsäure (doppeltes
Dublett, 1H); 7,86 (Multiplett, 1H); 8,02 (Multiplett, 3H); 9,70 (Singulett, 1H)
7 Methylsulfinat 3-Chlor-3-methyl- # = 2,72 (Doppeltes Dublett, 1H);b) 35 sulfonyl-propionsäure
3,15 (Singulett, 3H); 3,33 (doppeltes Dublett, 1H), 5,58 (doppeltes Dublett, 1H)
a) Aceton-d6, b) Dimethylsulfoxid-d6
Tabelle (Forstsetzung) Beispiel
Sulfinate Verfahrensprodukte (I) 1H-NMR-Spektren der Verfahrens- Ausbeute produkte
( in ppm von TMS) in % der Theorie 8 4-Nitrobenzol- 3-Chlor-3(4'-nitrophe- # =2,84(doppeltes
Dublett, 1H); 3,55a) sulfinat nylsulfonyl)- (doppeltes Dublett, 1H); 5,56 propionsäure
(doppeltes Dublett, 1H); 8,45 50 (doppeltes Dublett, 4H); 9 4-Chlor-3-nitro- 3-Chlor-3(4'-Chlor-3'-
# = 2,88 (doppeltes Dublett, 1H); 3.55a) 28 benzolsulfinat nitrophenylsulfonyl)-
(doppeltes Dublett, 1H); 5.52 propionsäure (doppeltes Dublett, 1H); 8.08 (Dublett,
1H); 8.35 (doppeltes Dublett, 1H); 8.64 Dublett, 1H); 8.83 (Singulett, 1H)
Beispiel
10 Verfährt man wie in Beispiel 1 und tropft - anstelle von Chlorgas - 175 g Brom
in die Reaktionsmischung und arbeitet wie beschrieben auf, so erhält man aus einem
Mol Natriumbenzolsulfinat und 1,1 Mol Maleinsäure 250 g ( 85 % Ausbeute) 3-Brom-3-phenylsulfonylpropionsäure
1H-NMR-Spektrum (Aceton-d :? = 296 (doppeltes Dublett, 1H, I1 = 16 Hz, I2 = 10 Hz);
3,65 (doppeltes Dublett, 1H, I1 = 16 Hz, I2 = 3,5 Hz); 5,48 (doppeltes Dublett,
1H, I1 = 10 Pilz, I2 = 3,5 Hz); 7,72 (Multiplett, 3H); 8,05 (Multiplett, 2); 9,75
(Singulett, 1H).
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Beispiel 11 226 g (1 Mol) Phenylthiobernsteinsäure werden mit 1000
ml Wasser versetzt, mit Salzsäure auf pH 1 gestellt und - zuerst bei 0-50C, dann
bei 50°C - mit insgesamt 240 g Chlor zur Reaktion gebracht. Die anfänglich nicht
vollständig gelöste Carbonsäure geht während der Reaktion in Lösung. Gegen Ende
der Umsetzung scheidet sich eine ölige Phase ab, die mit der Zeit fest wird. Nach
der üblichen Aufarbeitung erhält man 95 g ( 38 % Ausbeute) einer Carbonsäure, die
mit der in Beispiel 1 erhaltenen 3-Chlor-3-phenylsulfonylpropionsäure identisch
ist.
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Beispiel 12 Verwendet man anstelle von Phenylthiobernsteinsäure 206
g (1 Mol) n-Butylthiobernsteinsäure und verfährt sonst wie in Beispiel 11 beschrieben,
so erhält man 82 g (# 36 % Ausbeute) 3-Chlor-3-n-butylsulfonylpropionsäure 1H-NMR-Spektrum
(Aceton-d6): i = 0,98 (Triplett, 3H); 1,71 (Multiplett, 4H); 2,85 (doppeltes Dublett,
1H); 3,21-3,67 (Multiplett, 3H); 5,31 (doppeltes Dublett, fH); 9,35 (Singulett,
1H).
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Beispiel 13 190 g (0,714 Mol) Thiodibernsteinsäure werden in 700 ml
Wasser suspendiert. Man versetzt mit 4,7 g (0,014 Mol) Natriumwolframat-2-hydrat
und tropft innerhalb 1 h 135 ml (1,57) 35 %ige Wasserstoffperoxidlösung zu.
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Die Temperatur wird durch Außenkühlung auf 20-25°C gehalten. Es wird
2 Stunden bei dieser Temperatur nachgerührt und anschließend bei 400C innerhalb
von 3 Stunden mit 135 g Chlor (1,9 Mol) umgesetzt. Es wird anschließend eine halbe
Stunde auf 60-700 erwärmt, von ausgefallener Polywolframsäure abfiltriert und das
Filtrat auf ein Drittel seines ursprünglichen Volumens eingeengt (Wasserstrahlvakuum,
600C). Das aus dieser Lösung auskristallisierende Produkt wird abfiltriert, gewaschen
und getrocknet. Ausbeute: 170 g (- 83 %) Bis-(1-chlor-2-carboxy)-ethylsulfon. 1H-NMR-Spektrum
(Aceton-d6):
= 2,93 (doppeltes Dublett, 2H); 3,51 (doppeltes Dublett, 2H); 5,75 (doppeltes Dublett,
2H); 8,80 (Singulett 2H).
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Beispiel 14 Verwendet man anstelle von Thiodibernsteinsäure 103 g
(# 0,5 Mol) n-Butylthiobernsteinsäure und verfährt sonst wie in Beispiel 13 beschrieben
400 ml Wasser, 3,3 g ( 0,01 Mol) Natriumwolframat-2-hydrat, 94 ml (^ 1,1 Mol) 35
%ig Wasserstoffperoxid-Lösung und 70 g (0,99 Mol) Chlor, so erhält man 55 g ( 48
%) einer Carbonsäure die mit der in Beispiel 12 beschriebenen 3-Chlor-3-n-butylsulfonylpropionsäure
identisch ist.
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Beispiel 15 Verwendet man anstelle von n-Butylthiobernsteinsäure 159
g (0,5 Mol) n-Dodecylthiobernsteinsäure und verfährt sonst wie in Beispiel 14 beschrieben,
so erhält man 152 g 3-Chlor-3-n-dodecylsulfonylpropionsäure (# 88 %). 1H-NMR-Spektrum
(Aceton-d6): # = 0,88 (Multiplett, 3H) 1,12-2,15 (Multiplett, breit, 20H); 2,90
(doppeltes Dublett, 1H); 3,20-3,70 (Multiplett, 3H); 5,30 (doppeltes Dublett, 1H);
9,85 (Singulett, 1H).
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Beispiel 16 50 g (0,2 Mol) 3-Chlor-3-phenylsulfonylpropionsäure