DE3133583C2 - - Google Patents

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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Hydroxyphenylalkansäure der allgemeinen Formel
worin R₁ ein Wasserstoffatom, eine Niederalkylgruppe, eine Niederalkoxygruppe, eine Hydroxygruppe oder eine Niederalkylcarbonylgruppe bedeutet; R₂ und R₃ gleich oder verschieden sind und jeweils ein Wasserstoffatom oder eine Niederalkylgruppe bedeuten; und m für 1 oder 2 steht; und 1 für 0,1 oder 2 steht; und n für 0, 1 oder 2 steht; gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Hydroxyphenylalkansäurederivate, insbesondere die Essigsäurederivate, stellen bekannte, wirksame Zwischenprodukte für cholekinetische Mittel und Agrikultur­ chemikalien dar.
Zur Herstellung von Hydroxyphenylalkansäuren stehen folgende bekannte Verfahren zur Verfügung:
ein Verfahren zur Herstellung von 2-Hydroxy­ phenyl-essigsäure durch Umwandlung von 2-Methoxyaceto­ phenon in 2-Methoxyphenylessigsäure und Behandlung des Produktes mit Bromwasserstoffsäure [J. Org. Chem. 11 (1946) S. 798];
ein Verfahren zur Herstellung von Hydroxyphenyl- essigsäure durch Reduktion von Nitrophenylessigsäure und Diazotierung und Hydrolyse der resultierenden Amino­ phenylessigsäure [J. Chem. Soc. (London), 1948, S. 150];
ein Verfahren zur Herstellung von Hydroxyphenyl- essigsäure durch Hydrolyse von 2-Bromphenylessigsäure in einer wäßrigen Lösung von Morpholin in Gegenwart von Bis- (äthylendiamin)-kupfer(II)-salz [J. O. C. (UdSSR) 1971, S. 2666-2668]; und
ein Verfahren zur Herstellung von 2-Hydroxyphenyl- essigsäure durch Umsetzung einer Halogenphenylessig­ säure, wie 2-Chlorphenylessigsäure, mit einem Alkali­ metallhydroxid in Gegenwart von metallischem Kupfer oder einem Kupfersalz (JP-OS 4 870/1972).
Unter den bekannten Verfahren ist das Verfahren gemäß der JP-OS 4 870/1972 den anderen hinsichtlich einer hohen Ausbeute an 2-Hydroxyphenylessigsäure überlegen. Gemäß der Beschreibung liegt die Ausbeute an 2-Hydroxyphenyl- essigsäure im Bereich von 82 bis 95%. Die Umsetzung wird jedoch bei einer hohen Temperatur, wie 220 bis 250°C, und einem hohen Druck, wie 20 bis 60 at, durchgeführt. Daher ist dieses Verfahren als industrielles Verfahren unvorteilhaft.
Es ist somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung von Hydroxyphenylalkansäuren der Formel (I) zu schaffen, bei dem diese mit hoher Ausbeute unter milden Bedingungen hinsichtlich Temperatur und Druck erhalten werden, wobei mildere Reaktionsbedingungen als bei dem herkömmlichen Verfahren angewendet werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch das im Patentanspruch 1 angegebene Verfahren, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß man die Umsetzung in Gegenwart von Bis-(8-chinolinolat)- kupfer(II)-Komplex der Formel
als Katalysator durchführt.
Bevorzugte Ausführungsformen des Verfahrens sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Der als Katalysator verwendete Bis-(8-chinolinolat)-kupfer(II)- Komplex kann leicht durch Umsetzung von 8-Chinolinol (C₉H₇NO) mit einem Kupfer(II)-salz, wie CuSO₄·5 H₂O, CuCl₂, Cu(NO₃)₂·3 H₂O, Cu(ClO₄)₂·6 H₂O und Cu(C₂H₃O₂)·H₂O, in Wasser und/oder Methanol oder Äthanol erhalten werden, und zwar gemäß J. C. Fanning, H. B. Jonassen; J. Inorg. Nucl. Chem. 1963, Band 25, S. 29-35.
Das Molverhältnis des Katalysators zu dem Halogenphenylalkansäurederivat hängt ab von der Reaktionstemperatur, der Reaktionszeit und den als Ausgangsmaterialien den eingesetzten Halogenphenylalkansäurederivaten und liegt gewöhnlich in einem Bereich von 0,001 bis 0,3, vorzugsweise 0,01 bis 0,2. Der bei der Hydrolysereaktion verwendete Katalysator kann zurückgewonnen und wiederverwendet werden. Dazu wird das Reaktionsgemisch nach der Umsetzung durch Zusatz einer Säure neutralisiert, um den Katalysator in kristalliner Form auszufällen. Die Kristalle werden durch Filtration abgetrennt.
Bei den Halogenphenylalkansäurederivaten der Formel (II), die als Ausgangsmaterial bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt werden, handelt es sich um Verbindungen, die ein Halogenatom als X aufweisen. Insbesondere die Verbindungen, die als X ein Chloratom aufweisen, stellen wichtige Ausgangsmaterialien bei dem erfindungsgemäßen Verfahren dar, da die Chlorsubstituenten­ gruppe, außer unter Hochtemperaturbedingungen, nicht leicht hydrolysiert wird. Bei den Halogenphenylalkansäure­ derivaten kann es sich um die freien Säuren (R₄ = H) oder die Ester (R₄ = eine Kohlenwasserstoffeinheit) handeln. Geeignete Kohlenwasserstoffeinheiten für R₄ umfassen Alkylgruppen, z. B. Methyl-, Äthyl- und n-Butylgruppen; und Aralkylgruppen, z. B. Benzyl- und Phen­ äthylgruppen.
Geeignete Halogenphenylalkansäurederivate umfassen 2-Chlorphenylessigsäure, 3-Chlorphenylessigsäure, 4-Chlorphenylessigsäure, 2-(4′-Chlorphenyl)-3-methyl­ butansäure, 4-Chlor-3-methylphenylessigsäure, 3-Chlor- 4,6-dimethylphenylessigsäure, 3-Chlor-4,5-dimethylphenyl­ essigsäure, 2-(4′-Chlor-3′-methylphenyl)-butansäure, 2-(2′-Chlor-4′-methylphenyl)-2-methylpropansäure, 2-Chlor- 3-methoxyphenylessigsäure, 4-Chlor-3-methoxyphenylessig­ säure, 3-Chlor-6-methoxyphenylessigsäure, 2-Chlor-5- acetylphenylessigsäure, 2-Chlor-4-hydroxyphenylessigsäure, 2,5-Dichlorphenylessigsäure, 3-(2′-Chlorphenyl)-propansäure, 4-(4′-Chlorphenyl)-butansäure sowie die Methyl-, Äthyl-, n-Propyl-, Isopropyl-, n-Butyl-, Isobutyl-, n-Octyl-, Benzyl-, α-Phenetyl- oder β-Phenetylester derselben.
Geeignete Basen, die zur Umsetzung mit dem Halogenphenyl­ alkansäurederivat eingesetzt werden können, umfassen Natriumhydroxid, Kaliumhydroxid, Natriumcarbonat und Kaliumcarbonat. Das Molverhältnis der Base zu dem Halogenphenylalkansäurederivat liegt in einem Bereich von 1 bis 10, vorzugsweise 2 bis 7. Die Base wird gewöhnlich in Form einer wäßrigen Lösung eingesetzt. Die Konzentration der Base beträgt 50 Gew.-% oder weniger und liegt vorzugsweise in einem Bereich von 5 bis 30 Gew.-%. Falls die Konzentration der Base größer als 50 Gew.-% ist, ist es schwierig, ein einheitliches Vermischen des Reaktionsgemisches durchzuführen, wodurch es zu einer heterogenen Reaktion kommt.
Die Hydrolysereaktion wird gewöhnlich bei einer Reaktions­ temperatur von 100 bis 300°C, vorzugsweise 150 bis 250°C, durchgeführt. Die Reaktionszeit ist umgekehrt proportional der Reaktionstemperatur. Bei einer relativ niedrigen Temperatur von 150 bis 170°C beträgt die Reaktionszeit gewöhnlich mehrere Stunden oder länger. Bei einer relativ hohen Temperatur von 230 bis 250°C beträgt die Reaktionszeit gewöhnlich 2 Stunden oder weniger. Die Reaktionszeit wird abhängig von der Reaktionstemperatur und der Art von Katalysator und Ausgangsmaterial bestimmt. Die Hydrolysereaktion wird vorzugsweise in einem Autoklaven unter einem sich von selbst einstellenden Druck (Spontandruck) durchgeführt. Bei der Reaktionstemperatur von 150 bis 250°C wird ein Spontandruck von etwa 4 bis 35 bar angewendet.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Beispielen und Vergleichsbeispielen näher erläutert.
Beispiel 1
In einen Autoklaven gibt man 124 g (0,4 Mol) einer 13%igen wäßrigen Natriumhydroxidlösung, 17,1 g (0,1 Mol) 2-Chlorphenylessigsäure und 3,52 g (0,01 Mol) Bis-(8- chinolinolat)-kupfer(II)-Komplex. Das Ganze wird 2 h bei 170°C unter einem Spontandruck umgesetzt. Der Druck beträgt 6,5 bis 7 bar. Nach der Umsetzung wird das Reaktionsgemisch abgekühlt und durch Zusatz von konz. Chlorwasserstoffsäure neutralisiert. Das resultierende Bis-(8-chinolinolat)-kupfer wird durch Filtration abgetrennt. Das resultierende Filtrat wird unter vermindertem Druck konzentriert und anschließend wird konzentrierte Chlor­ wasserstoffsäure zugesetzt. Die ausgefallenen Kristalle werden durch Filtration abgetrennt, mit Wasser gewaschen und getrocknet. Man erhält 14,4 g weiße, tafelförmige Kristalle der 2-Hydroxyphenylessigsäure, Fp. 142 bis 144°C; Ausbeute 95%.
Vergleichsbeispiel 1
In einen Autoklaven gibt man 124 g (0,4 Mol) 13%ige wäßrige Natriumhydroxidlösung, 17,1 g (0,1 Mol) 2-Chlor­ phenylessigsäure und 2,5 g (0,01 Mol) Kupfer(II)-sulfat (CuSO₄·5H₂O). Das Ganze wird 6 h bei 170°C unter einem Spontandruck umgesetzt. Der Druck beträgt 6,5 bis 7 bar. Nach der Umsetzung wird das Reaktionsgemisch abgekühlt und durch Zusatz von konz. Chlorwasserstoffsäure neutralisiert. Die ausgefallenen Kristalle werden anschließend durch Filtration abgetrennt, mit Wasser gewaschen und getrocknet. Man erhält 3,8 g weiße, tafelförmige Kristalle der 2-Hydroxyphenylessigsäure, Fp. 142 bis 144°C; Ausbeute 25%.
Vergleichsbeispiel 2
In einen Autoklaven gibt man 124 g (0,4 Mol) 13%ige wäßrige Natriumhydroxidlösung, 17,1 g (0,1 Mol) 2-Chlor­ phenylessigsäure, 0,42 g (0,0067 Mol) Kupferpulver und 0,44 g (0,0033 Mol) Kupfer(II)-chlorid. Das Ganze wird 6 h bei 170°C unter einem Spontandruck umgesetzt. Der Druck beträgt 6,5 bis 7 bar. Nach der Umsetzung wird das Reaktionsgemisch abgekühlt und das Kupferpulver wird durch Filtration abgetrennt. Das resultierende Filtrat wird unter vermindertem Druck konzentriert und neutralisiert, indem man konzentrierte Chlorwasserstoffsäure bis zur sauren Reaktion zusetzt. Die ausgefallenen Kristalle werden durch Filtration abgetrennt, mit Wasser gewaschen und getrocknet. Man erhält weiße, tafelförmige Kristalle der 2-Hydroxyphenylessigsäure, Fp. 141 bis 144°C; Ausbeute 26%.
Beispiel 2
Gemäß dem Verfahren von Beispiel 1 wird eine Umsetzung von 4-Chlorphenylessigsäure mit Natriumhydroxid in Gegenwart von Bis-(8-chinolinolat)-kupfer(II)-Komplex durchgeführt. Die Reaktionszeit wird auf 6 h geändert. Die anderen Reaktionsbedingungen und die Mengen der Reagentien sind die gleichen wie im Beispiel 1. Das Reaktionsgemisch wird nach dem gleichen Verfahren aufgearbeitet. Man erhält 14,6 g weiße, tafelförmige Kristalle der 4-Hydroxyphenylessigsäure, Fp. 148 bis 149°C; Ausbeute 96%.
Beispiel 3
Gemäß dem Verfahren des Beispiels 1 wird eine Umsetzung von 2-(4′-Chlorphenyl)-3-methylbutansäure mit Natriumhydroxid in Gegenwart von Bis-(8-chinolinolat)-kupfer (II)-Komplex durchgeführt. Die Menge der 2-(4′-Chlor­ phenyl)-3-methylbutansäure beträgt 21,2 g (0,1 Mol). Die anderen Bedingungen sind die gleichen wie in Beispiel 1. Das Reaktionsgemisch wird nach dem gleichen Verfahren aufgearbeitet. Man erhält 19,2 g weiße, tafelförmige Kristalle der 2-(4′-Hydroxyphenyl)-3-methylbutansäure, Fp. 167,5 bis 168°C; Ausbeute 99%. Das Verfahren wird wiederholt. Dabei werden jedoch die Reaktionstemperatur (der Spontandruck) und die Reaktionszeit variiert. Die Ergebnisse sind wie folgt.
Beispiel 4
Gemäß dem Verfahren des Beispiels 3 wird 2-(4′-Hydroxy­ phenyl)-3-methylbutansäure hergestellt. Die Reaktionstemperatur und der Reaktionsdruck werden jeweils auf 170°C bzw. 6,5 bis 7 bar eingestellt. Die Menge an Katalysator und die Reaktionszeit wurden wie folgt variiert, wobei jeweils die folgenden Ausbeuten erhalten wurden.
Beispiel 5
Gemäß dem Verfahren des Beispiels 1 wird die Umsetzung von Methyl-4-chlorphenylacetat mit Natriumhydroxid in Gegenwart von Bis-(8-chinolinolat)-kupfer(II)-Komplex durchgeführt. Die Menge an Methyl-4-chlorphenylacetat beträgt 18,5 g (0,1 Mol) und die Menge an 13%iger wäßriger Natriumhydroxidlösung beträgt 185 g (0,6 Mol). Die anderen Bedingungen sind die gleichen wie in Beispiel 1. Das Reaktionsgemisch wird nach dem gleichen Verfahren aufgearbeitet. Man erhält 14,6 g weiße, tafelförmige Kristalle der 4-Hydroxyphenylessigsäure, Fp. 148 bis 149°C; Ausbeute 96%.
Vergleichsbeispiele 3 und 4
Gemäß dem Verfahren des Beispiels 3 wird 2-(4′-Chlor­ phenyl)-3-methylbutansäure hydrolysiert. Die Reaktions­ temperatur und der Reaktionsdruck betragen jeweils 200°C bzw. 13 bis 14 bar. Es werden jeweils die folgenden Katalysatoren eingesetzt.
  • (1) 0,0067 Mol Kupferpulver + 0,0033 Mol Kupfer(II)-chlorid (Gesamtmenge: 0,01 Mol Katalysator gemäß JP-OS 4 870/1972; Vergleichsbeispiel 3);
  • (2) 0,1 Mol Bis-(äthylendiamin)-kupfersulfat [Katalysator gemäß J. O. C. (UdSSR) 1971, S. 2666-2668; Vergleichsbeispiel 4].
Die Ergebnisse der Umsetzung sind wie folgt.
Beispiel 6
In einen Autoklaven gibt man 124 g (0,4 Mol) 13%ige wäßrige Natriumhydroxidlösung, 18,4 g (0,1 Mol) 4-Chlor-3- methylphenylessigsäure und 3,51 g (0,01 Mol) Bis-(8- chinolinolat)-kupfer(II)-Komplex. Das Ganze wird 2 h bei 170°C unter einem Spontandruck umgesetzt. Der Druck beträgt 6,5 bis 7 bar. Nach der Umsetzung wird das Reaktionsgemisch abgekühlt und durch Zusatz von konz. Chlorwasserstoffsäure neutralisiert. Das resultierende Bis-(8-chinolinolat)-kupfer wird durch Filtration abgetrennt. Das Filtrat wird unter vermindertem Druck konzentriert und mit konz. Chlorwasserstoffsäure versetzt. Die ausgefallenen Kristalle werden durch Filtration abgetrennt, mit Wasser gewaschen und getrocknet. Man erhält 15,8 g weiße, tafelförmige Kristalle der 4-Hydroxy-3- methylphenylessigsäure, Fp. 109 bis 110°C; Ausbeute 95,4%.
Vergleichsbeispiel 5
In einen Autoklaven gibt man 124 g (0,4 Mol) 13%ige wäßrige Natriumhydroxidlösung, 18,4 g (0,1 Mol) 4-Chlor-3- methylphenylessigsäure, 2,5 g (0,01 Mol) Kupfer(II)-sulfat (CuSO₄·5H₂O) und setzt das Ganze 6 h bei 170°C unter einem Spontandruck um. Der Druck beträgt 6,5 bis 7 bar. Nach der Umsetzung wird das Reaktionsgemisch abgekühlt und durch Zusatz von konzentrierter Chlorwasserstoffsäure neutralisiert. Die ausgefallenen Kristalle werden durch Filtration abgetrennt, mit Wasser gewaschen und getrocknet. Man erhält 4,1 g weiße, tafelförmige Kristalle der 4-Hydroxy- 3-methylphenylessigsäure, Fp. 109 bis 110°C; Ausbeute 25%.
Vergleichsbeispiel 6
In einen Autoklaven gibt man 124 g (0,4 Mol) 13%ige wäßrige Natriumhydroxidlösung, 18,4 g (0,1 Mol) 4-Chlor-3- methylphenylessigsäure, 0,42 g (0,0067 Mol) Kupferpulver und 0,44 g (0,0033 Mol) Kupfer(II)-chlorid. Das Ganze wird 6 h bei 170°C unter einem Spontandruck umgesetzt. Der Druck beträgt 6,5 bis 7 bar. Nach der Umsetzung wird das Reaktionsgemisch abgekühlt und das unlösliche Kupferpulver durch Filtration abgetrennt. Das Filtrat wird unter vermindertem Druck konzentriert und durch Zugabe von konz. Chlorwasserstoffsäure alkalisch gestellt. Die ausgefallenen Kristalle werden durch Filtration abgetrennt, mit Wasser gewaschen und getrocknet. Man erhält 4,3 g weiße, tafelförmige Kristalle der 4-Hydroxy-3-methylphenylessigsäure, Fp. 109 bis 110°C; Ausbeute 26%.
Beispiel 7
Gemäß dem Verfahren von Beispiel 6 wird die Umsetzung von 2-(4′-Chlor-3′-methylphenyl)-butansäure mit Natrium­ hydroxid in Gegenwart von Bis-(8-chinolinolat)-kupfer(II)- Komplex durchgeführt. Die Menge an 2-(4′-Chlor-3′-methyl­ phenyl)-butansäure wird auf 21,2 g (0,1 Mol) variiert. Die anderen Bedingungen sind die gleichen wie in Beispiel 6. Das Reaktionsgemisch wird nach dem gleichen Verfahren aufgearbeitet; man erhält 19,2 g weiße, tafelförmige Kristalle der 2-(4′-Hydroxy-3′-methylphenyl)- butansäure, Fp. 82 bis 85°C; Ausbeute 99%.
Das Verfahren wird wiederholt, wobei jedoch die Reaktions­ temperatur (der Spontandruck) und die Reaktionszeit variiert werden. Man erhält die folgenden Ergebnisse.
Beispiel 8
Gemäß dem Verfahren des Beispiels 7 wird 2-(4′-Hydroxy- 3′-methylphenyl)-butansäure hergestellt. Die Reaktions­ temperatur und der Reaktionsdruck werden auf 170°C bzw. 6,5 bis 7 bar eingestellt. Die Katalysatormenge und die Reaktionszeit werden variiert, wobei man die folgenden Ausbeuten erhält:
Beispiele 9 bis 19
Gemäß dem Verfahren von Beispiel 6 wird jeweils die Umsetzung und Reinigung durchgeführt, wobei jedoch die Art des Halogenphenyl-aliphatischen Säurederivats variiert wird.
Die erhaltenen Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle aufgeführt.

Claims (6)

1. Verfahren zur Herstellung einer Hydroxyphenylalkansäure der allgemeinen Formel worin R₁ ein Wasserstoffatom, eine Niederalkylgruppe, eine Niederalkoxygruppe, eine Hydroxygruppe oder eine Niederalkylcarbonylgruppe bedeutet; R₂ und R₃ gleich oder verschieden sind und jeweils ein Wasserstoffatom oder eine Niederalkylgruppe bedeuten; m für 1 oder 2 steht; l für 0, 1 oder 2 steht und n für 0, 1 oder 2 steht; durch Umsetzung eines Halogenphenylalkansäurederivats der allgemeinen Formel worin R₁, R₂, R₃, m, l und n die oben angegebenen Bedeutungen haben; R₄ ein Wasserstoffatom oder einen einwertigen Kohlenwasserstoff­ rest bedeutet; und X für ein Halogenatom steht; mit einer Base bei einer Reaktionstemperatur von 100 bis 300°C, dadurch ge­ kennzeichnet, daß man die Umsetzung in Gegenwart von Bis-(8-chi­ nolinolat)-kupfer(II)-Komplex der Formel als Katalysator durchführt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Hydroxyphenylessigsäure-Derivat der allgemeinen Formel worin R₂ und R₃ die in Anspruch 1 gegebenen Bedeutungen haben, gebildet wird durch Umsetzung eines Halogenphenylessigsäure-Derivats der allgemeinen Formel worin R₂, R₃, R₄ und X die in Anspruch 1 gegebenen Bedeutungen haben, mit einer Base.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Molverhältnis des Katalysators zu dem Halogen­ phenylalkansäurederivat in einem Bereich von 0,001 bis 0,3 vorliegt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der Base um wenigstens eine der Basen Natriumhydroxid, Kaliumhydroxid, Natriumcarbonat und Kalium­ carbonat handelt und ein Molverhältnis der Base zu dem Halogen­ phenylalkansäurederivat in einem Bereich von 1 bis 10 liegt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Halogenatom des Halogenphenylalkansäurederivats das Chloratom ist.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Halogenphenylalkansäurederivat um 2-Chlorphenylessig­ säure, 3-Chlorphenylessigsäure, 4-Chlorphenylessigsäure, 2- (4′-Chlorphenyl)-3-methylbutansäure, 4-Chlor-3-methylphenylessig­ säure, 3-Chlor-4,6-dimethylphenylessigsäure, 3-Chlor-4,5-di­ methylphenylessigsäure, 2-(4′-Chlor-3′-methylphenyl)-butansäure, 2-(2′-Chlor-4′-methylphenyl)-2-methylpropansäure, 2-Chlor-3-meth­ oxyphenylessigsäure, 4-Chlor-3-methoxyphenylessigsäure, 3-Chlor- 6-methoxyphenylessigsäure, 2-Chlor-5-acetylphenylessigsäure, 2- Chlor-4-hydroxyphenylessigsäure, 2,5-Dichlorphenylessigsäure, 3- (2′-Chlorphenyl)-propansäure, 4-(4′-Chlorphenyl)-butansäure sowie die Methyl-, Ethyl-, n-Propyl-, Isopropyl-, n-Butyl-, Isobutyl-, n-Octyl-, Benzyl-, α-Phenetyl- oder β-Phenetylester derselben handelt.
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