DE3206006A1

DE3206006A1 - Verfahren zur herstellung von dihalogen-vinyl-cyclopropancarbonsaeuren

Info

Publication number: DE3206006A1
Application number: DE19823206006
Authority: DE
Inventors: György 1131 Budapest Hidasi; Rezsö 1095 Budapest Kolta; Ferenc 1111 Budapest Lindwurm; József 1118 Budapest Muskovits; Tivadar 1225 Budapest Puskás; Eva Dr. 1014 Budapest Somfai; Rudolf Dr. 1121 Budapest Soós; Sándor 1142 Budapest Zoltán
Original assignee: Chinoin Gyogyszer es Vegyeszeti Termekek Gyara Zrt
Current assignee: Chinoin Private Co Ltd
Priority date: 1981-02-20
Filing date: 1982-02-19
Publication date: 1982-09-16
Also published as: CH655300A5; GB2095234A; JPS57150635A; JPH0521904B2; HU185030B; FR2500443B1; GB2095234B; FR2500443A1; US4419524A; DE3206006C2

Description

Verfahren zur Herstellung von Dihalogen-vinyl-cyclopropancarbonsäuren

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Dihalogenvinyl-cyclopropancarbonsäuren der allgemeinen Forrrel

^C = CH - CH -ZW - COOH (I) ,

^Y C
CH₃^ ^XCH₃

X und Y Halogen, vorzugsweise Chlor oder Brom, bedeuten, durch vollständige oder selektive Hydrolyse der entsprechenden Dihalogenvinyl-cyclopropancarbonsäureester der allgemeinen Formel

^ C = CH - CH - CH - COOR (II) ,

^Y C
CHo CHo

X und Y die oben angegebene Bedeutung haben und R C₁- Cg-Alkyl, vorzugsweise C₁ - C^-Alkyl, ist.

Bei der Synthese der "Pyrethroid"-Insektizide (Cynerin, Allethrin, Phtaltrin, Perrrethrin, Cyperrrethrin, Decamethrin) werden gewöhnlich die niederen Alkylester der entsprechenden Cyclopropancarbonsäuren als Ausgangsrraterial verwendet. Die Synthese wird z.B. in der Weise durchgeführt, daß die Ester zunächst zu den freien Säuren hydrolysiert werden, danach werden die Säuren oder ihre Derivate mit den Alkoholkomponenten der Wirkstoffe verestert.

Die bekannten Hydrolyserrethoden zur Herstellung der Cyclopropancarbonsäuren der Formel I haben mehrere Nachteile.

Es ist bekannt, daß sich bei basischer Hydrolyse auch die Halogen-acetylen-cyclopropancarbonsäuren bilden, die nur schwer entfernt werden können und die Herstellung von reinen Pyrethroid-Wirkstoffen unmöglich

irachen. Es wurde daher die saure Hydrolyse empfohlen, die aber keine reinen Produkte lieferte, so daß die Produkte umkristallisiert werden rrußten.

Bei den bekannten Synthesen der Cyclopropancarbonsäureester wird ein Gerrisch der eis- und trans-Isorreren erhalten (Coll.Czech.Cherr.Cornrun. 242 230 (1959)). Da die beiden Isomeren jedoch zu Pyrethroid-Wirkstoffen unterschiedlicher Aktivitäten führen, ist es in gewissen Fällen erforderlich, die Isorceren voneinander zu trennen. Nach den bekannten Methoden erfolgt die Isorrerentrennung der freien Säuren vorwiegend durch Urkristallisation aus einem Lösungsmittel (J.Cherr.Soc. (1945), 283).

Ziel der Erfindung war, ein Verfahren zu entwickeln,, das industriell anwendbar ist und das es gestattet,

die Cyclopropancarbonsäureester in einfacher Weise unter Bildung eines reinen Produktes vollständig zu hydrolysieren bzw. aus derr Gerrisch der isomeren Ester das trans-Isomer selektiv zu hydrolysieren und

Dihalogen-vinyl-cyclopropancarbonsäuren, die frei von Halogen-acetylen-Derivaten sind, herzustellen.

Es wurde gefunden,

daß die Cyclopropancarbonsäureester der Formel II auch mit wäßrigen Alkalimetall hydroxiden hydrolysiert werden können, wenn die Base in entsprechender Konzentration angewandt und das Verfahren in Gegenwart kleiner Mengen eines Phasentransfer-katalysators durchgeführt wird, daß die Hydrolysegeschwindigkeit des trans-Isomers der Cyclopropancarbonsäureester der Formel II größer als die des cis-Isomers ist, so daß die beiden Isomeren bei entsprechenden Reaktionsbedingungen mit guter Selektivität voneinander getrennt werden können
und daß die Halogen-acetylen-Derivate nicht gebildet werden.

Dies ermöglicht es, den Carbonsäureester der Formel II entweder vollständig, d.h. unter Aufrechterhaltung des Isomerenverhältnisses oder partiell bzw. selektiv, d.h. unter Veränderung des Isomerenverhältnisses, zu hydrolysieren, aus Carbonsäureestern, die keine hydrolysierbaren Verun-

reinigungen enthalten, die reine Säure zu isolieren, die Verunreinigungen abzutrennen und die Carbonsäureester aus den Nebenprodukten der Synthese zurückzugewinnen.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von reinen Dihalogen-vinyl-cyclopropancarbonsäuren der allgemeinen Forrrel

C = CH - CH - CH - COOH (I) ,

^{Y X}C
CHo CHq

X und Y Halogen, vorzugsweise Chlor oder Brom, bedeuten, durch Hydrolyse der entsprechenden reinen Dihalogen-vinyl-cyclopropancarbonsäureestern der allgemeinen Formel

^C = CH - CH - CH - COOR (II)

^Y V
CH₃ CH₃

X und Y die oben angegebene Bedeutung haben und R C₁ - Cg-Alkyl, vorzugsweise C₁ - C₄-Alkyl, ist, sie betrifft weiterhin die Herstellung von Carbonsäuren der Forrrel I und der Carbonsäureester der Formel II, die die eis-- und die trans-Isorrere in einerr gewünschten Verhältnis enthalten, aus einerr Carbonsäureester, der die eis- und trans-Isomere in einerr bestimmten Verhältnis enthält und

sie betrifft auch die Herstellung von reinen Carbonsäuren der Forrrel I aus Verunreinigungen enthaltenden Carbonsäureestern der Forrrel II.

Das Verfahren der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß man die Hydrolyse des Carbonsäureesters der Formel I

in Anwesenheit eines wasserlöslichen organischen Lösungsmittels oder in Abwesenheit eines organischen Lösungsmittels und in Gegenwart von 0,01 - 5 Gew.%, vorzugsweise 0,1-1 Gew.% - auf die Menge des Carbonsäureesters bezogen - eines Phasentransfer-katalysators mit 2-50 Gew.Xiger, vorzugsweise 4 - 30 Gew.%iger wäßriger Alkalimetallhydroxidlösung,

irr Temperatur bereich von 20⁰C bis zurr Siedepunkt des Reaktionsgemisches, vorzugsweise von 50 - 100⁰C durchführt, wobei bei vollständiger Hydrolyse des Carbonsäureesters, d.h. unter Aufrechterhaltung des Isomerenverhältnisses, 100 - 150 Gew.%, vorzugsweise 102 130 Gew.%, der dem Carbonsäureester äquivalenten Menge Alkalimetallhydroxid,

bei partieller Hydrolyse des Carbonsäureesters, d.h. unter Veränderung des Isomerenverhältnisses, 70 - 110 Gew.%, vorzugsweise 80 - 95 Gew.% der dem trans-Isomer des Carbonsäureesters äquivalenten Menge Alkalimetallhydroxid eingesetzt werden,

das erhaltene Reaktionsgemisch mit dem Hydrolyseprodukt, mit einem aliphatischen C₅ - C.Q-Kohlenwasserstoff versetzt und ansäuert, um die Carbonsäure freizusetzen, die in der Kohlenwasserstoffphase ausfällt· und aus dieser Kohlenwasserstoffphase durch selektive Kristallisation isoliert wird.

Wird von einem Verunreinigungen enthaltendem Carbonsäureester der Formel II ausgegangen, werden die Nebenprodukte der Estersynthese aus dem Reaktionsgemisch der Hydrolyse durch Wasserdampfdestillation entfernt.

Die Selektivität der Hydrolyse ist bei niedrigerer Alkalimetallhydroxidkonzentration und bei niedrigeren Temperaturen besser. Infolgedessen werden bei der partiellen Hydrolyse 70 - 100 Gew.%, vorzugsweise 80 95 Gew.%, der dem trans-Isomer des Carbonsäureesters äquivalenten Menge des Al kaiimetallhydroxids eingesetzt. Durch die portionsweise Zugabe der Alkalimetallhydroxidlösung wird außerdem, die Bildung der Halogenacetylen-Derivate zurückgedrängt. Als Alkalihydroxid wird vorzugsweise Natrium- oder Kaliumhydroxid verwendet. Das Alkalimetallhydroxid wird in Form von 2-50 Gew.%igen, vorzugsweise 4-30 Gew.%igen, wäßrigen Lösungen eingesetzt.

Der gemäß Erfindung eingesetzte Phasentransfer-katalysator darf nicht basenempfindlich sein. Einige Beispiele hierfür sind: Phasentransfer-Katalysatoren vom Typ quaternärer Amine oder vom Typ anionenaktiver oder kationenakti.ver und/oder nicht ionischer Emulgatoren.

Aus den nach der Durchführung der partiellen Hydrolyse erhaltenen Hydrolysat trennt rran den nicht hydrolysierten, an cis-Isorrer angereicherten Ester, sowie die nicht hydrolysierbaren Verunreinigungen aus der wäßrigen Phase auf Grund ihrer unterschiedlichen spezifischen Gewichte, z.B. durch Extraktion mit einem Lösungsmittel (wie chlorierten Lösungsmitteln, aliphatischen oder,aromatischen Kohlenwasserstoffen) oder durch Wasserdampfdestillation ab.

Aus den wäßrigen Lösungen der Salze der Carbonsäuren werden die Carbonsäuren mit Mineralsäuren vorzugsweise in die Benzinphase in situ freigesetzt.

Die Carbonsäure der Formel I, die einen größeren Gehalt an trans-Isomer als der Ausgangsester hat, wird aus der aliphatischen Kohlenwasserstoffphase durch Kristallisation isoliert und der Ester der Formel II, der einen größeren Gehalt an eis-Isomer als der Ausgangsester hat, wird aus der wäßrigen Phase, die nach Abtrennung der aliphatischen Kohlenwasserstoffphase als Rückstand erhalten wird, isoliert. Hierbei geht man zweckmäßig so vor, daß man die nach Abtrennung der aliphatischen Kohlenwasserstoffphase als Rückstand erhaltene wäßrige Phase mit 20 - 300 Gew.% eines aliphatischen Kohlenwasserstoffs behandelt, danach die organische Phase abtrennt und aus ihr durch Entfernung des Lösungsmittels den Ester isoliert.

Die so erhaltene Carbonsäure der Formel I ist sehr rein und zur Synthese von Pyrethroid-Wirkstoffen ohne weitere Reinigung geeignet.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden durch die folgenden Beispiele näher erläutert.

Beispiel 1

27,9 g 2,2-Dimethyl-3-(2,2-dichlor-vinyl)-cyelopropan-i-carbonsäureäthylester (Reinheitsgrad 85 %; cis/trans Verhältnis: 40 : 60) rührt nran 30 Minuten bei 80⁰C tr.it 6 g 25 %iger wäßriger Natriurrhydroxidlösung und 0,01 g Natriuir-dodecylbenzolsulfonat und führt danach die Hydrolyse nach Zugabe von 5 g Natriuirhydroxidlösung 60 Minuten und nach Zugabe von weiteren 5 g Natriuirhydroxidlösung 150 Minuten durch. Das erhaltene Reaktionsgerrisch verdünnt iran rrit 30 ccrr Wasser, kühlt es auf 20⁰C und entfernt die nicht hydrolysierten Verbindungen durch Behandeln rrit 10 ccrr Hexan. Die wäßrige Phase versetzt man rrit 80 ccrr Hexan und setzt unter Rühren die Cyclopropancarbonsäure mit 12 g 36 %iger Salzsäure frei. Die Hexanlösung trennt rran ab, behandelt sie rrit 0,5 g Aktivkohle und filtriert sie, destilliert 35 ccrr des Lösungsmittels ab und läßt den Rückstand 48 Stunden bei -5°C kristallisieren. Die Kristalle werden abgesaugt und getrocknet.

Man erhält 17,8 g (85 %) 2,2-Dirnethyl-3-(2,2-dichlor-vinyl)-cyclopropan-1-carbonsäure. Cis/trans Isomerenverhältnis: 40 : 60.

Beispiel 2

36,2 g 2,2-Dirrethyl-3-(2,2-dibrorn-vinyl )-cyclopropan-1-carbonsäurearylester (Reinheitsgrad 90 %\ cis-trans Verhältnis: 45 : 65) rührt rran 30 Minuten bei 100⁰C rrit 4 g 25 %iger wäßriger Natriumhydroxidlösung und 0,2 g Tricapryl-rrethyl-airmoniumchlorid und danach - nach Zugabe von dreimal je 4 g Natriumhydroxidlösung in je 30 Minuten - insgesamt 240 Minuten. Das erhaltene Reaktionsgemisch wird auf 20⁰C abgekühlt, mit 100 ecm Wasser verdünnt und mit 10 ecm Benzol extrahiert. Die wäßrige Lösung versetzt man bei 70⁰C mit 12 g 36 Xiger Salzsäure und kühlt unter Rühren auf Raumtemperatur ab. Die ausgefallene Cyclopropancarbonsäure löst man in 60 ecm Benzol, behandelt die Lösung mit Aktivkohle, filtriert und dampft das Lösungsmittel ab, wobei rran 30,0 g (92 %) 2,2-Dimethyl-3-(2,2-dibrom-vinyl)-cyclopropan-1-carbonsäure erhält. Cis/trans Isomerenverhältnis: 40 : 60.

Beispiel 3

24,7 g 2,2-Dimethyl-3-(2,2-dichlor-vinyl)-cyclopropan-1-carbonsäureäthylester (Reinheitsgrad 96 %; cis/trans Verhältnis: 40' : 60) rührt

man 30 Minuten bei 9O⁰C mit 0,1 g Cetyl-trimethyl-ammoniumbromid und 4 g 20 %iger wäßriger Natriumhydroxidlösung und führt danach die Hydrolyse - nach Zugabe von zweimal je 2 g 40 %iger wäßriger Natriumhydroxidlösung in je 40 Minuten - insgesamt 200 Minuten durch. Das Reaktionsgerrisch kühlt rran nach Zugabe von 70 ecm Wasser auf 2O⁰C ab, extrahiert die nicht hydrolysierte Phase mit 30 ecm Hexan, behandelt die Hexanlösung mit 0,2 g Aktivkohle, filtriert sie und dampft das Lösungsmittel ab. Die wäßrige Phase versetzt man nach Zugabe von 60 ecm Hexan mit ■ 6,8 g 36 %iger Salzsäure und entfernt aus der Hexanlösung der freigesetzten Cyclopropancarbonsäure das Lösungsmittel, wobei man 12,2 g 2,2-Dirrethyl-3-(2,2-dichlor-vinyl)-cyclopropan-1-carbonsäure erhält. CisV trans Isomerenverhältnis: 10 : 90.

Beispiel 4

24,7 g 2,2-Dimethyl-3-(2,2-dichlor-vinyl)-cyclopropan-1-carbohsäureäthylester (Reinheitsgrad 96 %; cis/trans Verhältnis: 40 : 60) rührt rran 60 Minuten bei 70⁰C mit 6,7 g 30 %iger wäßriger Kaliumhydroxidlösung und 0,05 g Polyoxyäthylen-sorbitan-monooleat und danach - nach Zugabe von 6 g Natriumhydroxidlösung 60 Minuten und nach Zugabe von weiteren 6 g Natriumhydroxidlösung - 120 Minuten. Die Lösung verdünnt rran mit 100 ccrr Wasser und dampft 40 ecm der Lösung ab, um so die flüchtigen nicht hydrolysierten Verbindungen abzutrennen. Der als Rückstand erhaltenen Lösung gibt man 80 ecm Hexan zu, versetzt danach das Reaktionsgemisch bei 60⁰C unter Rühren mit 12 g 36 %iger Salzsäure und führt die weitere Aufarbeitung wie in Beispiel 1 durch. Man erhält 19,8 g (95 %) 2,2-Dimethyl-3-(2,2-dichlor-vinyl)-cyclopropan-1-carbonsäure. Cis/trans Isomerenverhältnis: AO : 60.

Beispiel 5

100 kg 2,2-Dirrethyl-3-(2,2-dichlor-vinyl )-'cyclopropan-1-carbonsäurearylester, der nach dem sogenannten "Farkas-Verfahren" (Coll.Czech. Cheir.Corrrrun. 242 230 (1959)) hergestellt wurde, 100 1 technisches Methanol und 90 kg 20 Gew.%ige wäßrige Natriumhydroxidlösung werden unter Rühren zusamrrengewogen und das Reaktionsgemisch 2 Stunden zum Sieden erhitzt. Dem Reaktionsgemisch gibt man dann 100 1 Wasser zu und destilliert danach mit Hilfe eines absteigenden Kühlers 200 ml wäßriges Me-

thanol, das auch die Nebenprodukte der Estersynthese enthält, ab. Das Reaktionsgerrisch wird abgekühlt, bei 25°C 300 I Extraktionsbenzin zugepuirpt und danach langsarr 50 1 konz. Salzsäure zugegeben. Nach 1/2 Stunden Rühren wird die untere Phase abgetrennt. Aus der Benzinlösung, die in derr Apparat zurückbleibt, werden nach Waschen mit Wasser, Trocknen, und Klärung 200 1 Benzin abdestilliert, danach kristallisiert die Carbonsäure unter Rühren aus. Das erhaltene Produkt wird filtriert und getrocknet (90 kg). Aus der Mutterlauge werden weitere 30 kg gewonnen. Die hierbei erhaltene Mutterlauge wird bis zur weiteren Verwendung gelagert.

Aus den vereinigten kristallinen Produkten erhält man 120 kg 2,2-Dimethyl-3-(2,,2-dichlor-vinyl)-cyclopropan-1-carbonsäure.

Ausbeute:

80 - 82 %, wenn das Ausgangsmaterial 90 % reinen Ester enthält,

98 %, wenn das Ausgangsrcaterial 99 - 100 % reinen Ester enthält, 72 %, wenn das Ausgangsmaterial 80 % reinen Ester enthält. Cis/trans Isomerenverhältnis: 40 : 60. Schmelzpunkt 62°C (gemessen im Boetius-Apparat). Reinheit nach acidimetrischer Bestimmung: 99,7 - 100,3 Gew.%. Das Produkt ist dünnschichtchromatographisch homogen.

Claims

Chinoin Gyogyszer es Vegyeszeti Termekek Gyära RT., H 1045 Budapest, Τδ utca 1-5, Ungarn Patentansprüche

1)y Verfahren zur Herstellung von Dihalogen-vinyl-cyclopropancarbonsäuren r allgemeinen Formel

= CH - CH - CH -COOH

CH

CHq

worin

X und Y Halogen bedeuten,

durch Hydrolyse der entsprechenden Dihalogen-vinyl-cyclopropancarbonsäureester tier allgetreinen Formel

= CH - CH - CH - COOR

.V

CH₃ \h₃

worin

X und Y die oben angegebene Bedeutung haben und R C₁- C₆-Alkyl ist,

dadurch gekennzeichnet, daß iran die Hydrolyse des Carbonsäureesters in Anwesenheit eines wasserlöslichen organischen Lösungsmittels oder in Abwesenheit eines organischen Lösungsmittels und in-.Gegenwart eines Phasentransfer-katalysators mit einer 2 - 50 Gew.%igen wäßrigen Alkalihydroxidlösung durchführt, wobei
bei vollständiger Hydrolyse des Carbonsäureesters unter Aufrechterhaltung

:/_;::-i_: -; 3206008

des Isorrerenverhältnisses 100 - 150 Gew.% der dem Carbonsäureester äquivalenten Menge Alkalihydroxid,

bei partieller Hydrolyse des Carbonsäureesters unter Veränderung des Isorrerenverhältnisses 70-110 Gew.% der derr trans-Isorrer des Carbonsäureesters äquivalenten Menge Alkalihydroxid eingesetzt werden, das erhaltene Reaktionsgernisch, gegebenenfalls nach Entfernung von Verunreinigungen durch Wasserdampfdestillation, rrit einerr aliphatischen C₅ - ^-Kohlenwasserstoff versetzt, ansäuert, urr die Carbonsäure freizusetzen, die in der Kohlenwasserstoffphase ausfällt und aus dieser Phase durch selektive Kristallisation isoliert wird, und gegenbenenfalls den an cis-Isorrer angereicherten, nicht hydrolysierten Carbonsäureester aus der wäßrigen Phase abtrennt und in an sich bekannter Weise reinigt.

2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß rran zur vollständigen Hydrolyse des Carbonsäureesters 102 - 130 Gew.% der detr Ester äquivalenten Menge des Alkalimetallhydroxids verwendet.

3) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß rran zur partiellen Hydrolyse des Carbonsäureesters 80 - 95 Gew.% der derr trans-Isorrer entsprechenden Menge des Alkalihydroxids verwendet.

4) Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß rran als wasserlösliches organisches Lösungsmittel ein Alkanol oder einen wasserlöslichen Äther, vorzugsweise Methanol, Äthanol oder Dioxan, verwendet.

5) Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß rran als Phasentransfer-katalysator einen solchen vom Typ eines quaternären Arrins oder vorr Typ eines anionenaktiven oder kationenaktiven und/oder nicht ionischen Errulgators verwendet.

6) Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß rran den Phasentransfer-katalysator in einer Menge von 0,01 - 5 Gew.% - auf den Carbonsäureester bezogen - anwendet.

7) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man zur Isolierung des an cis-Isorrer angereicherten Carbonsäureester das bei der partiellen Hydrolyse nach der Abtrennung der freien Carbonsäure als Rückstand erhaltene wäßrige Reaktionsgemisch rnit 20 - 300 Gew.% eines aliphatischen Kohlenwasserstoffs behandelt, die Kohlenwasserstoffphase abtrennt und das Lösungsmittel entfernt.