DE3028757C2 - Verfahren zur Herstellung von p-tert.-Butylbenzaldehyd - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von p-tert.-ButylbenzaldehydInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von p-tert.-Butylbenzaldehyd.
p-tert-Butylbenzaldehyd ist eine wichtige Verbindung,
z. B. bei der Parfümherstellung. Bisher waren zur Herstellung von p-tert.-Butylbenzaldehyd durch Oxidation
von p-tert.-Butyltoluol ein Verfahren zur Oxidation von Toluol mit Mangandioxid und ein automatisches
Oxidationsverfahren unter Verwendung eines Kobalt-Brom-Systems bekannt. Diese Verfahren liefern jedoch
eine große Menge der weiter oxidierten p-tert.-Butylbenzoesäure
als Nebenprodukt, wenn man höhere Umwandlung wünschte; weiter gibt es Schwierigkeiten
bei der Behandlung des Oxidationsmittels und Katalysators in den Abwässern und es ist daher ein mühsames
Verfahren zur Regeneration dieser Materialien notwendig.
Weiter ist es allgemein bekannt, eine Methylgruppe
auf einem Ben/olring mit einem Oxidationsmittel oder
Luft zu oxidieren. Die Verwendung chemischer Oxidationsmittel, wie Kaliumpermanganat und Kaliumdichromat.
führt jedoch hinsichtlich Umweltverschmutzung. Toxi/ität, Wirtschaftlichkeit usw. zu vielen
Problemen« Die Verwendung von Luft erfordert einen speziellen Katalysator) liefert geringe Ausbeuten, hat
Probleme bei der Behandlung von Nebenprodukt Und Katalysator und benötigt eine besondere Behandlung,
z, B, eine Umsetzung bei hoher Temperatur und hohem Druck, was auch zu Problemen bezüglich der Apparatur
führt.
In Tetrahedron Letters, 1966,4493, wird beschrieben,
daß man p-Methylanisol mit Ammonium-Cerium(IV)-nitrat
in einer wäßrigen Lösung aus Salpetersäure, Essigsäure, Perchlorsäure usw. unter Bildung von
Anisaldehyd oxidiert. In diesem Fall wird das Produkt in Form der entsprechenden 2,4-Dinitrophenylhydrazonverbindung
isoliert Eine sorgfältige Nacharbeitung dieses Verfahrens in genau der für die Oxidation von
p-Methylanisol beschriebenen Weise zeigte nach Abtrennung und genauer Analyse der Reaktionsmischung,
daß das Verfahren 43% Anisaldehyd, 16% einer Chinonverbindung, die aus der Oxidationskupplung des
Ausgangsmaterials und der als Produkt gebildeten Anisaldehyd zu stammen scheint, und verschiedene
andere Nebenprodukte nicht identifizierter Struktur liefert Bei dem beschriebenen Verfahren wird keinerlei
Versuch gemacht, das Oxidationsmittel in Zirkulation zu verwenden. In der Literatur Findet sich nichts über die
elektrolytische Oxidation des Oxidatio&snittels nach
der Oxidationsreaktion unter Verwendung desselben Lösungsmittels oder über irgendein Verfahren zur
wirksamen Abtrennung des gewünschten Produktes.
Die Db-OS 18 04 727 beschreibt die Oxidation von
Naphthalin, Anthracen usw. mit Cerium(IV)-sulfat oder Ammonium C erium(IV)-sulfat in einer wäßrigen Lösung
aus Schwefel- oder Salpetersäure zur Herstellung eines Chinons und die Regeneration des erhaltenen
Ceriumsalzes durch Elektrolyse. Weiterhin beschreibt Bull. Chem. Soc. Japan 35. 1751-1755 (1962) die
Oxidation von p-Xylol mit Cerium(IV)-suIfat zur Herstellung von p-ToIualdehyd und die elektrolytische
Oxidation von Cerium(lII)-sulfat zur wiederholten Verwendi. g. Es wird jedoch nichts über p-tert-Butyltoluol
angegeben. Die genannten Verfahren haben den Nachteil, von geringer Wirksamkeit und Umwandlung
in das gewünschte Produkt zu sein und zu einer weiteren Verminderung von Umwandlung oder Ausbeute zu
führen, wenn das Ceriumsalz wiederholt verwendet wird.
Es wurde nun gefunden, daß die optimalen Reaktionsbedingungen zur Oxidation von Verbindungen mit
einem Ceriumsalz sich in erheblicher Weise je nach Art des zu oxidierenden Ausgangsmaterials voneinander
unterscheiden.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens zur Oxidation von p-tert-ButyltoIuol
in sehr kurzer Zeit unter Bildung von p-tert-Butylbenzaldehyd in hoher Ausbeute und Umwandlung.
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens zur Herstellung von p-tert-Butylbenzaldehyd
unter Verwendung eines C ,idationsmittels, das halb-permanent und quantitativ leicht zur wiederholten
Verv/endung regeneriert werden kann.
Außerden, verwendet das erfindungsgemäße Verfahren elektrische Energie und liefert keine Nebenprodukte,
die möglicherweise eine Umweltverschmutzung bewirken.
Die vorliegende Erfindung ist durch die obigen Ansprüche definiert.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann man das gewünschte Produkt in hohen Ausbeuten und Umwandlungen
in kurzer Zeit aus einem leicht verfügbaren, billigen Material Unter Verwendung eines Oxidations*
mittels herstellen, das halbperrnänent Und quantitativ
zur wiederholten Verwendung regeneriert werden kann. Das Verfahren benutzt umweltfreundliche elektrische
Energie und führt zu keiner Bildung umweltver·'
schmutzender Nebenprodukte,
Die erfindüngsgemäße elektrolytische Oxidation
erfolgt in folgender Weise: Eine Lösung aus Wasser und der Fettsäure wird in eine Anodenkammer gegeben, die
eine Mischung aus Cerium(III)-nitrat oder Ammonium-Cerium(III)-nitrat
enthält, die aus der Oxidation der Reaktionsmischung nach Abtrennung von p-tert.-Butylbenzaldehyd
aus letzterer stammt Es ist zweckmäßig, der Lösung eine geringe Menge Salpetersäure oder
Ammoniumnitrat zuzufügen. In die Kathodenkammer wird nitrationenhaltiges Wasser oder eine nitrationenhaltige
Mischung aus Wasser und der Fettsäure gegeben. Als Nitrationenquelle sind verschiedene
Verbindungen geeignet, wie Salpetersäure, Ammoniumnitrat, Natriumnitrat, Kaliumnitrat oder Alkylammoniumsalze
der Salpetersäure, wobei Salpetersäure und Ammoniumnitrat bevorzugt werden. Als Fettsäuren n
werden Ameisensäure, Essigsäure oder Propionsäure — einzeln oder in Mischung — verwendet
Die erfindungsgemäße elektrolytische Oxidation erfolgt in den obigen beiden Kammern, die ohne
Diaphragma verwendet werden können. Die Kammern sind jedoch vor. jgsweise durch ein Porzellan-, Ionenüüs!auschdianhrst7ma
usw. ^trennt Die eicktrol^tischs
Oxidation Hefen quantitativ eine Lösungsmischung aus
Wasser und der Fettsäure, die Cerium(IV)-nitrat oder Ammonium-Cerium(IV)-nitrat enthält. Die Stromdichte
für die Elektrolyse ist nicht besonders beschränkt und wird nach Wunsch entsprechend der Größe der
Elektrolysezelle, der Reaktionszeit usw. bestimmt. Die Elektroden können aus jedem bekannten Material
bestehen, wie Platin, Eisen, rostfreier Stahl, Kohlenstoff, so Titanoxid, Bleioxid oder Bleidioxid. Die elektrolytische
Reaktion kann bri einer Temperatur von 0 bis 1000C
erfolgen, wird jedoch vorzugsweise bei 10 bis 60° C durchgeführt.
Wenn die Cerium(IV)-nitrdt oder Ammonium-Cerium(IV)-nitrat
enthaltende Lösungsm.^chung aus Wasser und der Fettsäure unter Rühren mit p-tert-Butyltoluol
gemischt wird, erfolgt schnell eine Oxidation unter Bildung von p-tert-Butylbenzaldehyd in hoher Ausbeute.
Die Reaktionstemperatur, die nicht besonders w beschränkt ist, liegt vorzugsweise bei 50 bis 120° C,
insbesondere bei 60 bis 100° C, wenn die Beendigung der Reaktion in kurzer Zeit gewünscht wird. Die Cerium(IV)-nitrat
oder Ammonium-Cerium(IV)-nitrat enthaltende Mischung aus Wasser und niedriger Fettsäure, 4»
die als Oxidationsmittel für die Oxidation dient, sollte die Fettsäure in einer Menge von 20 bs 90 Gew.-%,
vorzugsweise 30 bis 80 Gew.-%, bezogen auf die kombinierte Menge aus Wasser und Fettsäure, enthalten,
und zwar im Hinblick auf die Fähigkeit der v> Mischung zum Oxidieren von p-tert-Butyltoluol, auf die
Ausbeute an gewünschtem Produkt auf die Abtrennung desselben, die Löslichkeit von Ceriumsalz, Ausgangsverbindung
und Produkt, auf die Stabilität des Cerium(lll) <.alzes während der elektrolytischen Oxida- π
tion bzw die Umwandlung des Salzes in das
Ceriu,n( I V) salz. Wenn 20 bis 90 Gew.-% an Fettsäure
anwesend sind, wirkt das Cerium(IV)-salz in wirksamer Weise bei der Oxidation von p-tert-Butyltoluol, und das
gewünschte Produkt, nämlich p-tert.-Buty!benzaldehyd.
kann wirksam abgetrennt werden. Außerdem ist das Cerium(IV)-salz dann äußerst löslich, wobei auch das
aus der Oxidation stammende Cerium(lII)-salz eine gute
Löslichkeit aufweist Das Reaktionsprodukt, nämlich p-tert.-Butylbenzäldehyd, kann nach bekannten Verfahren
aus der Reaktionsmischung abgetrennt werden. So kann das Produkt z. B. leicht durch Extraktion mit einem
Lösungsmittel, wie Äther, Ester, aromalische Kohlen^
Wasserstoffe, aliphati.;che Kohlenwasserstoffe oder Kohlenwasserstoffhalogenide, abgetrennt werden.
Die Mischung aus Wasser und niedriger Fettsäure, die vom p-tert-Butylbenzaldehyd abgetrennt ist und Cerium(IIl)-nitrat
oder Ammonium-Cerium(III)-nitrat enthält, wird der bereits beschriebenen, elektrolytischen
Oxidation unterworfen, um das Cerium(IV)-salz zu regenerieren.
Erfindungsgemäß werden die elektrolytische Oxidationsstufe
und die Oxidationsstufe des p-tert-ButyltoIuols
mindestens einmal zur Bildung von p-tert-Butylbenzaldehyd in hoher Ausbeute durchgeführt Die vorliegende
Erfindung hat den außergewöhnlichen Vorteil, daß selbst bei sehr häufiger Wiederholung dieser Stufen das
gewünschte Produkt in einer hohen Ausbeute von ji weils mindestens etwa 95% hergestellt werden kann.
Die folgenden Beispiele und das Vergleichsbeispiel veranschaulichen die vorliegende Erfindung.
In einen mit Kühler versehenen Reaktor werden 200 mg p-tert-Butyltoluol und 3,70 g Ammonium-Cerium(IV)-nitrat
sowie weiterhin 10 ml einer 50gew.-%igen wäßrigen Lösung aus Essigsäure gegeben. Dann
wurde die Mischung 30 Minuten heftig berührt, wobei sich der Reaktor in einem Ölbad von 70 bis 100° C
befand. Die Reaktionsmischung wurde mit n-Hexan extrahiert und der Extrakt mit einer wäßrigen
Natriumbicarbonatlösung und einer wäßrigen Natriumchloridlösung gewaschen und über wasserfreiem
Natriumsulfat getrocknet. Nach Entfernung des Lösungsmittels vom trockenen Extrakt erhielt man 211 mg
p-tert.-Butylbenzaidehyd von 99% Reinheit; Ausbeute: 96,5%.
Die Ammonium-Cerium(IIi)-nitrat enthaltende und vom Extrakt abgetrennte Mischung aus Wasser und
Essigsäure wurde in eine Anodenkammer gegeben, die von der Kathodenkammer durch -/in Prozellandiaphragma
getrennt war. In die Kathodenkammer wurde eine Lösung aus 20 mg Ammoniumnitrat in 20 ml einer
50gew.-igen wäßrigen Essigsäurelösung gegeben. Mit Platinelektroden in der Anoden- und Kathodenkammer
wurde das Ceriumsalz bei einem konstanten Strom von 70 mA. um Elektrizität in einer Menge von 1,2F/mol
über die Elektroden zu leiten, elektrolysiert Nach beendeter Elektrolyse wurde die Losung in der
Anodenkammer abgezogen und dann mit 200 mg p-tert-Butyltoluol umgesetzt. Dann wurde das.obige
Verfahren wiederholt und lieferte 210,0 mg p-tert-Butylbenzaldehyd; Ausbeute 96.0%
Beispiel 2bis 10
Gemäß Beispiel 1 wurde die Oxidation von ρ tert.-Buty!toluol und die elektrolytische Oxidation von
Ammonium-Cerium(III)-nitrat unter den in Tabelle 1 genannten Bedingungen wiederholt durchgeführt, wobei
man die angegebenen Ergebnisse erzielte
Beispiel 11 bis 18
Beispiel 1 wurde Unter den in Tabelle 2 genannten
Bedingungen mit Kohlenstoff oder Bleioxid für die
Anode und rostfreiem Stahl (SUS) für die Kathode wiederholt. Die Ergebnisse sind ebenfalls in Tabelle 2
aufgeführt
| Beispiel | Elektrolytische | (-) | Reaktion | Menge an | Ammonium- | Oxidation | von p-tert-Buty|- | Ausbeute |
| Elektroden | Pt | Strom | Elektrizität | sulfat | toluol | |||
| Pt | (F/Mol) | (mg) | Temp. | Zeit | ||||
| (+) | Pt | (mA) | 1,2 | 200 | (0C) | (h) | (%) | |
| 2 | Pt | Pt | 70 | 1,2 | 200 | 85-95 | 0,5 | 96,0 |
| 3 | . Pt | Pt | 70 | 1,1 | 200 | 90-95 | 0,5 | 96,7 |
| 4 | Pt | Pt | 70 | 1,1 | 200 | 75-85 | 0,5 | 95,8 |
| 5 | Pt | Pt | 70 | 1,1 | 200 | 85-95 | 0,5 | 97,0 |
| 6 | Pt | Pt | 70 | 1,0 | 200 | 65-75 | 0,5 | 96,6 |
| 7 | Pt | Pt | 70 | 1,0 | 200 | 50-60 | 0,5 | 95,4 |
| 8 | Pt | 70 | 1,0 | 200 | 85-95 | 0,5 | 95,6 | |
| 9 | Pt | 70 | 1,0 | 200 | 85-95 | 0,5 | 96,1 | |
| 10 | Pt | 70 | 85-95 | 0,5 | 96,4 | |||
| Beispiel | Elektrolytische | Reaktion | Menge an | Ammonium- | Oxidation | von p-tert-Butyl- | Ausbeute |
| Elektroden | Strom | Elektrizität | su! "it | toluol | |||
| (F/Mol) | (mg) | Temp | Zeil | ||||
| (+) (-) | (mA) | (0C) | (h) | (S) | |||
| S | 11 |
| t | 12 |
| 13 | |
| 14 | |
| j | 15 |
| 16 | |
| 17 | |
| i | 18 |
| C | SUS | 70 |
| C | SUS | 70 |
| C | SUS | 70 |
| C | SUS | 70 |
| C | SUS | 70 |
| C | SUS | 70 |
| PbO2 | SUS | 70 |
| PbO, | SUS | 70 |
| Beispiel | 19 |
1.2
1.2
1,1
1,1
1,0
1.0
1.2
1.0
1.2
1,1
1,1
1,0
1.0
1.2
1.0
Beispiel 1 wurde mit einer 3gew.-%igen wäßrigen Salpetersäurelösung in der Kathodenkammer für die
Elektrolyse wiederholt und lieferte p-tert.-Butylbenzaldehyd
in einer Ausbeute von 96,2%.
Eine Lösung aus 2,46 g Cerium(IIl)-nitrat in einer 65gew.-°/oigen wäßrigen Essigsäurelösung wurde in die
Anodenkammer gegeben. In die Kathodenkammer wurden 20 ml einer 65i,ew.-%igen wäßrigen Essigsäure
löusng, die 200 mg gelöstes Ammoniumnilrat enthielten,
gegeben. Das Ceriumsalz wurde mit eimern konstanten Strom von 50 mA elektrolysiert, um Elektrizität in einer
Menge von 1,2 F/Mol über die Elektroden zu leiten. Die nach beendeter Elektrolyse aus der , nodenkammer
abgezogene Lösung wurde mit 200 mg ρ tert.-Buiyltoluol
gemäß Beispiel 1 umgesetzt und lieferte p-tert.-Butylbenzaldehyd in einer Ausbeute von 95.9%
In einen mit Kühler versehenen Reaktor wurden 200 mg p-tert.-Butyltoluol, 3,70 g Ammoriium-Cerium(IV)-riitratund
10 ml einer 3Ögew.-%igen Essigsäurelösung gegeben. Die Mischung wurde 30 Minuten heftig
gerührt, wobei siüh der Reaktor in einem Ölbad Von '/0
bis 1000C befand. Dii Reaktionsmischung wurde mit
200
200
200
200
200
200
200
200
200
200
200
200
200
200
200
85-95
85-95
65-75
85-95
85-95
85-95
55-65
85-95
85-95
85-95
65-75
85-95
85-95
85-95
55-65
85-95
85-95
0,5
0.5
0,5
0,5
0.5
0,5
0,5
0,5
0,5
0.5
0,5
0,5
0.5
0,5
0,5
0,5
0,5
97.0
96,7
95.8
97,1
96,3
96,5
95,7
95,6
95,9
96,7
95.8
97,1
96,3
96,5
95,7
95,6
95,9
Benzol extrahiert und der Extrakt mit einer wäßrigen Natriumbicarbonatlösung und dann mit einer wäßrigen
Natriumchloridlösung gewaschen und über wasserfreiem
Natriumsulfat getrocknet. Nach Entfernung des Lösungsmittels aus dem trockenen Extrak' erhielt man
p-tert.-Butylbenzaldehyd in einer Ausbeute von 94,7%.
Die Ammonium-Cerium(IlI)-nitrat enthaltende, vom Extrakt abgetrennte Mischung aus Wasser und Essigsäure
wurde in eine Anodenkammer gegeben, die von
,υ der Kaihodenkammer durch ein Ionenaustauschdiaphragina
getrennt war. In die Kathodenkammer wurde eine )0%ige w£örige Essigsäurelösung gegeben, die
200 mg Ammoniumnitrat enthielt. Unter Verwendung von Platinelektroden wurde das Ceriumsalz bei 15° C
v. mi. einem konstanten Strom von 50 mA elektrolysiert,
um Elektrizität in einer Menge von 1,1 F/Mol über die Elektroden zu leiten. Nach beendeter Elektrolyse wurde
das p-tert.-Butyltoluol wie oben mit der Lösung in der Anodenkammer behandelt . und lieferte
ho p-tert -Butylbenzaldehyd in einer Ausbeute von 95,1 %.
Vergleichsbeispiel
In einen Reaktor wurden 2,0 g p-tert^ButyitoIuol und
3,70 g Ammonium-Cerium(lV)^niträt sowie 100 ml Wässer
gegeben, Die Mischung wurde 30 Minuten bei 70 bis 100° C heftig gerf'hrt, dann mit η-Hexan extrahiert, und
der Extrakt wurde mit einer wäßrigen Natriumbicarbonatlösung und einer wäßrigen Natriumchloridlösung
gewaschen und über wasserfreiem Natriumsulfat getrocknet. Wurde trockene Extrakt nach Entfernung
des Lösungsmittels destilliert, dann erhielt man nuV das Ausgangsmaterial, und es wurde kein p-tert.-Butylbenzaldehyd
erhalten.
Claims (4)
1. Verfahren zur Herstellung von p-tert-Butylbenzaldehyd, dadurch gekennzeichnet,
daß man die Stufen
a) einer Elektrolyse von Cerium(III)-nitrat oder Ammonium-Cerium(III)-nitrat unter Verwendung
einer Kathodenkammer, die nitrationenhaltiges Wasser oder eine nitrationenhaltige
Mischung aus Wasser und einer Fettsäure mit 1 bis 3 Kohlenstoffatomen enthält, und einer
Anodenkammer, die eine das Ceriumsalz enthaltende Mischung aus Wasser und der Fettsäure enthält, unter Bildung einer Cerium(IV)-nitrat
oder Ammonium-Cerium(IV)-nitrat enthaltenden Mischung aus Wasser und der Fettsäure und
b) einer Oxidation des p-tert.-Butyltoluo!s mit der erhaltenen Mischung unter Bildung von p-tert-Butylbenzaldehyd
mindestens einmal durchführt
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die ceriumsalzhaltige, zu elektrolysierende
Mischung aus Wasser und Fettsäure weiterhin Salpetersäure oder Ammoniumnitrat enthält.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das p-tert.-Butyltoluol bei einer
Temperatur von 60 bis 100° C oxidiert wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis Ϊ, dadurch jo
gekennzeichnet, daß das Ceriumsalz bei einer Temperatur von 10 bis 60° C elektrolysiert wird.
Applications Claiming Priority (1)
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Non-Patent Citations (1)
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