DE3206006C2

DE3206006C2 -

Info

Publication number: DE3206006C2
Application number: DE3206006A
Authority: DE
Inventors: Ferenc Lindwurm; Jozsef Muskovits; Sandor Zoltan; Rezsoe Kolta; Rudolf Dr. Soos; Tivadar Puskas; Eva Dr. Somfai; Gyoergy Budapest Hu Hidasi
Original assignee: CHINOIN GYOGYSZER ES VEGYESZETI TERMEKEK GYARA RT BUDAPEST HU
Current assignee: CHINOIN GYOGYSZER ES VEGYESZETI TERMEKEK GYARA RT BUDAPEST HU
Priority date: 1981-02-20
Filing date: 1982-02-19
Publication date: 1987-12-03
Also published as: GB2095234A; JPH0521904B2; FR2500443B1; HU185030B; JPS57150635A; US4419524A; DE3206006A1; FR2500443A1; GB2095234B; CH655300A5

Description

Verfahren zur Herstellung von Dihalogen-vinyl-cyclopropancarbonsäuren.

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

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

worin
X und Y die oben angegebene Bedeutung haben und
RC₁-C₆-Alkyl, vorzugsweise C₁-C₄-Alkyl, ist.

Die Dihalogen-vinyl-cyclopropancarbonsäuren der allgemeinen Formel I stellen wertvolle Ausgangsmaterialien für die Synthese von Pyrethroid-Insektiziden, wie Permethrin, Cypermethrin und Decamethrin, dar. Diese Cyclopropancarbonsäuren werden gewöhnlich aus den entsprechenden niederen Alkylestern der allgemeinen Formel II durch Hydrolyse erhalten und dann in Form der freien Säure oder in Form ihrer Derivate mit den Alkoholkomponenten der Wirkstoffe verestert.

Die üblichen Verfahren zur Hydrolyse der Dihalogen-vinyl-cyclopropancarbonsäureester sind jedoch mit Schwierigkeiten verbunden und liefern unbefriedigende Ausbeuten.

So wird nach Coll. Czech. Chem. Commun. 24, 2230-2236 (1959) bei der Anwendung der sauren Hydrolyse die Cyclopropancarbonsäure nicht in reiner Form erhalten. Umkristallisationen sind notwendig, und die Ausbeute beträgt nur etwa 53%. Bei dem Versuch, die Dihalogen-vinyl-cyclopropancarbonsäureester in wäßrigem Medium basisch (mit Alkalimetallhydroxid) zu hydrolysieren, konnte aus dem Reaktionsgemisch praktisch nur unveränderter Ausgangsester isoliert werden (vgl. Vergleichsbeispiel).

Es ist bekannt, daß die Synthese der Dihalogen-vinyl-cyclopropancarbonsäureester gewöhnlich zu Gemischen von cis- und trans-Isomeren führt (Coll. Czech. Chem. Commun. loc. cit.), die bei der Hydrolyse ebenfalls Gemische der entsprechenden cis- und trans-Cyclopropancarbonsäuren liefern. Da die beiden verschiedenen Isomeren nach der Veresterung Pyrethroid-Wirkstoffe unterschiedlicher Aktivitäten liefern, was von der Veresterungskomponente und gegebenenfalls von dem Anwendungsgebiet abhängt, ist es bisweilen notwendig, die beiden Isomeren vor der Weiterverarbeitung voneinander zu trennen. Die Isomerentrennung der freien Carbonsäuren erfolgt hauptsächlich durch Umkristallisation aus einem Lösungsmittel (J. Chem. Soc. (1945), 283). Dies ist umständlich und beeinträchtigt zusätzlich die Ausbeute.

Ziel der Erfindung war, ein einfaches und industriell durchführbares Verfahren zu entwickeln, das es gestattet, die in Form einer Isomerenmischung vorliegenden Cyclopropancarbonsäureester - auch wenn sie noch von Verunreinigungen begleitet sind, die von der Estersynthese stammen - unter Bildung eines reinen Endproduktes vollständig zu hydrolisieren bzw. aus der Mischung der isomeren Ester das trans-Isomer selektiv zu hydrolysieren.

Es wurde in überraschenderweise gefunden, daß die Cyclopropancarbonsäureester der allgemeinen Formel II auch mit wäßrigen Alkalimetallhydroxiden hydrolysiert werden können, wenn die Base in entsprechender Konzentration angewandt und das Verfahren in Gegenwart kleiner Mengen eines Phasentransferkatalysators durchgeführt wird, und daß die Hydrolysegeschwindigkeit des trans-Isomeren der Cyclopropancarbonsäureester der allgemeinen Formel II größer ist als die des cis-Isomeren, so daß die beiden Isomeren bei entsprechenden Reaktionsbedingungen mit guter Selektivität voneinander getrennt werden können.

Mit dem Verfahren der Erfindung ist es möglich, Cyclopropancarbonsäureester der allgemeinen Formel II entweder vollständig, d. h. unter Aufrechterhaltung des Isomerenverhältnisses, oder partiell bzw. selektiv, d. h. unter Veränderung des Isomerenverhältnisses, zu hydrolysieren, aus Cyclopropancarbonsäureestern, die nicht hydrolysierbare Verunreinigungen enthalten, die Cyclopropancarbonsäure in reiner Form zu isolieren, die nicht hydrolysierbaren Verunreinigungen bzw. die aus der Estersynthese stammenden Nebenprodukte abzutrennen und aus ihnen die nicht hydrolysierten Cyclopropancarbonsäureester zurückzugewinnen.

Die Erfindung betrifft somit nicht nur die Herstellung von reinen Cyclopropancarbonsäuren der allgemeinen Formel I durch Hydrolyse der entsprechenden reinen Cyclopropancarbonsäureester der allgemeinen Formel II unter Aufrechterhaltung des ursprünglichen Isomerenverhältnisses, sie betrifft auch die Herstellung von Cyclopropancarbonsäuren der allgemeinen Formel I, die die cis- und die trans-Isomeren in einem gewünschten Verhältnis enthalten, aus Cyclopropancarbonsäureestern, die die cis- und trans-Isomeren in einem bestimmten (anderen) Verhältnis enthalten, und sie betrifft die Herstellung von reinen Carbonsäuren der allgemeinen Formel I aus Verunreinigungen enthaltenden Cyclopropancarbonsäureestern der allgemeinen Formel II.

Mit anderen Worten, mit dem Hydrolyseverfahren der Erfindung können aus Dihalogen-vinyl-cyclopropancarbonsäureestern, die noch von den aus der Estersynthese stammenden Verunreinigungen begleitet sind, die entsprechenden Cyclopropancarbonsäuren in reiner Form und mit dem gewünschten Verhältnis an cis- und/oder trans-Isomeren ohne zusätzliche Umkristallisation zur Reinigung oder Isomerentrennung erhalten werden.

Das Verfahren der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß man die Hydrolyse der in Form einer Isomerenmischung vorliegenden Cyclopropancarbonsäureester in Abwesenheit eines organischen Lösungsmittels in einer 2-50 gew.-%igen, vorzugsweise 4-30 gew.-%igen wäßrigen Alkalimetallhydroxidlösung in Gegenwart eines Phasentransferkatalysators vom Typ eines quaternären Amins oder vom Typ eines anionenaktiven oder kationenaktiven und/oder nicht ionischen Emulgators durchführt, das erhaltene Reaktionsgemisch gegebenenfalls nach Entfernung flüchtiger Verunreinigungen und nicht hydrolysierter Nebenprodukte durch Wasserdampfdestillation oder Lösungsmittelextraktion mit einem aliphatischen C₅-C₁₀-Kohlenstoff versetzt, ansäuert und die erhaltenen freien Cyclopropancarbonsäuren aus dem aliphatischen C₅-C₁₀-Kohlenwasserstoff durch selektive Kristallisation isoliert, wobei man bei vollständiger Hydrolyse des Cyclopropancarbonsäureesters - unter Aufrechterhaltung des Isomerenverhältnisses - 100-150 Gew.-%, vorzugsweise 102-130 Gew.-%, der den Carbonsäureestern äquivalenten Menge Alkalimetallhydroxid einsetzt, oder bei partieller Hydrolyse des trans-Cyclopropancarbonsäureesters 70-110 Gew.-%, vorzugsweise 80-95 Gew.-%, der dem trans-Carbonsäureester äquivalenten Menge Alkalimetallhydroxid einsetzt, und das nach der partiellen Hydrolyse erhaltene Reaktionsgemisch zur Entfernung des nicht hydrolysierten cis-Carbonsäureesters mit einem Lösungsmittel extrahiert.

Wird von einem Verunreinigungen enthaltenden Cyclopropancarbonsäureester der allgemeinen Formel II ausgegangen, werden die aus der Estersynthese stammenden Nebenprodukte aus dem nach der Hydrolyse erhaltenen Reaktionsgemisch durch Lösungsmittelextraktion oder Wasserdampfdestillation entfernt.

Die Hydrolyse wird im Temperaturbereich von 20°C bis zum Siedepunkt des Reaktionsgemisches, vorzugsweise im Bereich von 50-100°C durchgeführt.

Die Selektivität der Hydrolyse ist bei niedriger Alkalimetallhydroxidkonzentration und bei niedrigeren Temperaturen besser. Infolgedessen werden bei der partiellen Hydrolyse 70-110 Gew.-%, vorzugsweise 80-95 Gew.-% der dem trans-Isomer des Carbonsäureesters äquivalenten Menge des Alkalimetallhydroxids eingesetzt. Die Alkalimetallhydroxidlösung wird zweckmäßig portionsweise zugegeben. Als Alkalimetallhydroxid 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 der Erfindung eingesetzte Phasentransferkatalysator vom Typ eines quaternären Amins oder vom Typ eines anionenaktiven oder kationenaktiven und/oder nicht ionischen Emulgators darf nicht basenempfindlich sein. Er wird in einer Menge von 0,01-5 Gew.-%, vorzugsweise 0,1-1 Gew.-% - auf die Menge des Cyclocarbonsäureesters bezogen - angewandt.

Aus dem nach der Durchführung der partiellen Hydrolyse erhaltenen Hydrolysat trennt man gegebenenfalls den nicht hydrolysierten, an cis-Isomer angereicherten Ester, sowie die nicht hydrolysierbaren Verunreinigungen aus der wäßrigen Phase durch Extraktion mit einem Lösungsmittel (wie chlorierten Lösungsmitteln, aliphatischen oder aromatischen Kohlenwasserstoffen) oder durch Wasserdampfdestillation ab.

Aus den gegebenenfalls von Verunreinigungen befreiten wäßrigen Hydrolyselösungen, in denen die Cyclopropancarbonsäuren in Salzform vorliegen, werden die Carbonsäuren mit Mineralsäuren, in Gegenwart von aliphatischen C₅-C₁₀-Kohlenwasserstoffen, z. B. Benzin, freigesetzt, wobei die Cyclopropansäuren in die Kohlenwasserstoffphase gehen, die von der wäßrigen Phase abgetrennt wird. Aus der Phase der aliphatischen Kohlenwasserstoffe wird die Cyclopropancarbonsäure dann durch Kristallisation isoliert.

Zur Rückgewinnung des bei der selektiven Hydrolyse anfallenden an cis-Isomeren angereicherten Cyclocarbonsäureesters kann nicht nur das vor dem Ansäuern der alkalischen Hydrolyselösung abgetrennte Gemisch von Verunreinigungen, sondern auch die - nach der Abtrennung der an trans-Carbonsäure angereicherten Kohlenwasserstoffphase anfallende - wäßrige Phase genutzt werden. Aus der so erhaltenen wäßrigen Phase kann der restliche cis-Carbonsäureester durch Extraktion mit 20-300 Gew.-% eines aliphatischen Kohlenwasserstoffs und Abdestillieren des Lösungsmittels isoliert werden. Der so erhaltene, an cis-Isomer angereicherte Cyclopropancarbonsäureester kann in dem Verfahren der Erfindung zur Herstellung von Cyclopropancarbonsäuren mit erhöhtem Gehalt an cis-Isomer verwendet werden.

Die so erhaltenen Cyclopropancarbonsäuren der allgemeinen Formel I sind 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 (Vollständige Hydrolyse)

27,9 g 2,2-Dimethyl-3-(2,2-dichlor-vinyl)-cyclopropan-1-carbonsäure-äthyles-ter (Reinheitsgrad 85%; cis/trans-Verhältnis: 40 : 60), 6 g 25%ige wäßrige Natriumhydroxidlösung und 0,01 g Natrium-dodecylbenzolsulfonat rührt man 30 Minuten bei 80°C und führt danach die Hydrolyse nach Zugabe von 5 g Natriumhydroxidlösung 60 Minuten und nach Zugabe von weiteren 5 g Natriumhydroxidlösung noch 150 Minuten fort.

Das erhaltene Reaktionsgemisch verdünnt man mit 30 ml Wasser, kühlt es auf 20°C und befreit es von den nicht hydrolysierten Verbindungen durch Extraktion mit 10 ml Hexan.

Die so erhaltene wäßrige Phase versetzt man mit 80 ml Hexan und gibt unter Rühren 12 g 36%ige Salzsäure zu, um die Cyclopropancarbonsäure freizusetzen. Die Hexanlösung, die die Cyclocarbonsäure enthält, trennt man ab, behandelt sie mit 0,5 g Aktivkohle, filtriert sie, destilliert aus dem erhaltenen Filtrat 35 ml 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-Dimethyl-3-(2,2-dichlor-vinyl)-cyclopropan-1-carbonsäure. Cis/trans-Verhältnis: 40 : 60.

Beispiel 2 (Vollständige Hydrolyse)

36,2 g 2,2-Dimethyl-3-(2,2-dibrom-vinyl)-cyclopropan-1-carbonsäure-äthylest-er (Reinheitsgrad 90%; cis/trans-Verhältnis: 45 : 55), 4 g 25%ige wäßrige Natriumhydroxidlösung und 0,2 g Tricapryl-methyl-ammoniumchlorid rührt man zunächst 30 Minuten bei 100°C und danach - nach Zugabe von dreimal je 4 g Natriumhydroxidlösung in je 30 Minuten - insgesamt 240 Minuten.

Das erhaltene Reaktionsgemisch wird auf 20°C abgekühlt, mit 100 ml Wasser verdünnt und durch Extraktion mit 10 ml Benzol von den nicht hydrolysierten Verbindungen befreit.

Die wäßrige Lösung säuert man bei 70°C mit 12 g 36%iger Salzsäure an und kühlt unter Rühren auf Raumtemperatur ab. Die ausgefallene Cyclopropancarbonsäure löst man in 60 ml Benzol, behandelt die Lösung mit Aktivkohle, filtriert und dampft das Lösungsmittel ab, wobei man 27,4 g (92%) 2,2-Dimethyl-3-(2,2-dibrom-vinyl)-cyclopropan-1-carbonsäure erhält. Cis/trans-Verhältnis: 45 : 55.

Beispiel 3 (Partielle Hydrolyse)

24,7 g 2,2-Dimethyl-3-(2,2-dichlor-vinyl)-cyclopropan-1-carbonsäure-äthyles-ter (Reinheitsgrad 96%; cis/trans-Verhältnis: 40 : 60), 0,1 g Cetyl-trimethyl-ammoniumbromid und 4 g 20%ige wäßrige Natriumhydroxidlösung rührt man 30 Minuten bei 90°C und führt dann die Hydrolyse - nach Zugabe von zweimal je 2 g 40%ige wäßrige Natriumhydroxidlösung in je 40 Minuten - insgesamt 200 Minuten fort.

Das Reaktionsgemisch kühlt man nach Zugabe von 70 ml Wasser auf 20°C ab, extrahiert die nicht hydrolysierten Verbindungen mit 30 ml Hexan, behandelt die Hexanlösung mit 0,2 g Aktivkohle, filtriert und dampft das Lösungsmittel ab.

Die nach der Hexanextraktion erhaltene wäßrige Phase säuert man nach Zugabe von 60 ml Hexan mit 6,8 g 36%iger Salzsäure an und entfernt aus der Hexanlösung, die die freigesetzte Cyclopropancarbonsäure enthält, das Lösungsmittel.

Man erhält 12,2 g 2,2-Dimethyl-3-(2,2-dichlor-vinyl)-cyclopropan-1-carbonsäure. Cis/trans-Verhältnis: 10 : 90.

Beispiel 4 (Vollständige Hydrolyse)

24,7 g 2,2-Dimethyl-3-(2,2-dichlor-vinyl)-cyclopropan-1-carbonsäureäthylest-er (Reinheitsgrad 96%; cis/trans-Verhältnis: 40 : 60), 6,7 g 30%ige wäßrige Kaliumhydroxidlösung und 0,05 g Polyoxyäthylen-sorbitan-monooleat rührt man zunächst 60 Minuten bei 70°C und danach - nach Zugabe von 6 g Kaliumhydroxidlösung 60 Minuten und nach Zugabe von weiteren 6 g Kaliumhydroxidlösung - 120 Minuten.

Die so erhaltene Lösung verdünnt man mit 100 ml Wasser und dampft 40 ml der Lösung ab, um die flüchtigen nicht hydrolysierten Verbindungen zu entfernen.

Der als Rückstand erhaltenen Lösung gibt man 80 ml Hexan zu, säuert dann das Reaktionsgemisch bei 60°C unter Rühren mit 12 g 36%iger Salzsäure an 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-Verhältnis: 40 : 60.

Beispiel 5 (Vergleichsbeispiel; Hydrolyse ohne Phasentransferkatalysator)

24,7 g 2,2-Dimethyl-3-(2,2-dichlor-vinyl)-cyclopropan-1-carbonsäure-äthyles-ter (Reinheitsgrad 96%; cis/trans-Verhältnis 40 : 60) und 22 g 20%ige wäßrige Natriumhydroxidlösung werden 5 Stunden bei 90°C gerührt.

Das so erhaltene Reaktionsgemisch wird mit 70 ml Wasser verdünnt, zur Entfernung der nicht hydrolysierten Verbindungen bei 20°C mit 30 ml Hexan extrahiert und der so erhaltene Hexanextrakt nach Klärung mit 0,2 g Tierkohle filtriert. Aus dem Filtrat destilliert man das Lösungsmittel ab, wobei 21,7 g eines Rückstands erhalten werden, der aus zurückgewonnenem Ester besteht. (Reinheitsgrad 96%; cis/trans-Verhältnis 41 : 59).

Die wäßrige Phase verdünnt man mit 50 ml Wasser, verdampft bei normalem Druck 50 ml der Lösung, säuert den Rückstand bei 25°C mit 12 g 36%iger Salzsäure an und extrahiert mit 60 ml Hexan. Der Hexanextrakt wird mit Wasser gewaschen, im Vakuum getrocknet und dann zur Trockene verdampft, wobei man 0,2 g Rückstand erhält, der aus 2,2-Dimethyl-3-(2,2-dichlor-vinyl)-cyclopropan-1-carbonsäure besteht. (Reinheitsgrad 80%; cis/trans-Verhältnis: 35 : 65)

Der Versuch zeigt, daß in Abwesenheit eines Phasentransferkatalysators - auch nach längerem Erhitzen - praktisch keine Hydrolyse stattfindet.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von Dihalogen-vinyl-cyclopropancarbonsäuren der allgemeinen Formel worin
X und Y Halogen bedeuten,
durch Hydrolyse der entsprechenden Dihalogen-vinyl-cyclopropancarbonsäureester der allgemeinen Formel worin
X und Y die oben angegebene Bedeutung haben und
RC₁-C₆-Alkyl ist,
dadurch gekennzeichnet, daß man die Hydrolyse der in Form einer Isomerenmischung vorliegenden Cyclopropancarbonsäureester in Abwesenheit eines organischen Lösungsmittels mit einer 2-50 gew.-%igen wäßrigen Alkalimetallhydroxidlösung in Gegenwart eines Phasentransferkatalysators vom Typ eines quaternären Amins oder vom Typ eines anionenaktiven oder kationenaktiven und/oder nicht ionischen Emulgators durchführt, das erhaltene Reaktionsgemisch - gegebenenfalls nach Entfernung flüchtiger Verunreinigungen und nicht hydrolysierter Nebenprodukte durch Wasserdampfdestillation oder Lösungsmittelextraktion - mit einem aliphatischen C₅-C₁₀-Kohlenwasserstoff versetzt, ansäuert und die erhaltenen freien Cyclopropancarbonsäuren aus dem aliphatischen C₅-C₁₀-Kohlenwasserstoff durch selektive Kristallisation isoliert, wobei man
bei vollständiger Hydrolyse der Cyclopropancarbonsäureester - unter Aufrechterhaltung des cis/trans-Isomeren-Verhältnisses - 100-150 Gew.-% der den Carbonsäureestern äquivalenten Menge Alkalimetallhydroxid einsetzt oder
bei partieller Hydrolyse des trans-Cyclopropancarbonsäureesters 70-110 Gew.-% der dem trans-Carbonsäureester äquivalenten Menge Alkalimetallhydroxid einsetzt und das nach der partiellen Hydrolyse erhaltene Reaktionsgemisch zur Entfernung des nicht hydrolysierten cis-Carbonsäureesters mit einem Lösungsmittel extrahiert.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man zur vollständigen Hydrolyse der Cyclopropancarbonsäureester 102-130 Gew.-% der den Estern äquivalenten Menge des Alkalimetallhydroxids einsetzt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man zur partiellen Hydrolyse der Cyclopropancarbonsäureester 80-95 Gew.-% der dem trans-Isomeren entsprechenden Menge Alkalimetallhydroxid einsetzt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß man den Phasentransferkatalysator in einer Menge von 0,01-5 Gew.-% - auf die Cyclopropancarbonsäureester bezogen - einsetzt.