DE3207615A1 - Verfahren zur herstellung von di-n-propylessigsaeure - Google Patents

Verfahren zur herstellung von di-n-propylessigsaeure

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DE3207615A1
DE3207615A1 DE19823207615 DE3207615A DE3207615A1 DE 3207615 A1 DE3207615 A1 DE 3207615A1 DE 19823207615 DE19823207615 DE 19823207615 DE 3207615 A DE3207615 A DE 3207615A DE 3207615 A1 DE3207615 A1 DE 3207615A1
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acid
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DE19823207615
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Walter Dipl.-Chem. Dr. 6803 Edingen Gramlich
Klaus Dipl.-Chem. Dr. 6800 Mannheim Halbritter
Wolfgang Dipl.-Chem. Dr. 6733 Hassloch Schulte
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BASF SE
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BASF SE
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C255/00Carboxylic acid nitriles
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C51/00Preparation of carboxylic acids or their salts, halides or anhydrides
    • C07C51/08Preparation of carboxylic acids or their salts, halides or anhydrides from nitriles

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  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)

Description

  • r ß
  • Verfahren zur Herstellung von Di-n-propylessigsäure Di-n-propylessigsäure (2-n-Propylpentan-1-säure) und ihre Derivate besitzen als Psychopharmaka und Antiepileptika Bedeutung.
  • Die Herstellung von D-n-propylessigsture ist bisher auf verschiedene Weise gelungen: In den DE-OSen 27 21 264 und 27 21 265 wird ein Verfahren ausgehend von einem Ester der Cyanessigsäure beschrieben.
  • Setzt man Cyanessigsäureester mit n-Propylbromid oder -iodid in Gegenwart von Natrium-n-propylat um, verseift den entstehenden Di-n-propyl-cyanessigsäureester mit Lauge und säuert dann an, so erhält man Di-n-propyl-cyanessigäsure.
  • Durch Decarboxylierung und Verseifung des gebildeten Di-n-propylacetonitrils mit wäßriger Schweisäure erhält man Di-n-propylessigsäure.
  • Dieses Verfahren benötigt relativ unwirtschaftliche Ausgangsmaterialien.
  • Bei in der DE-OS 28 53 732 beschriebenen ähnlichen Verfahren geht man anstelle von Cyanessisäureester von Malonsäureester aus und setzt mit Propy'halogenid zum DipropylmalonsSureester um, der alkalisch zum Salz der Dipropylmalonsäure verseift wird und nach Ansäuern durch Decarboxylierung Dipropylessigsäure liefert. Ein Nachteil dieses Verfahrens ist neben dem teuren Ausgangsmaterial vor allem die Notwendigkeit, die als Zwischenprodukt auftretende Dipropylmalonsäure als Feststoff zu isolieren.
  • Nach der DE-OS 28 44 638 geht man von Buttersaure aus, die an einem Lanthanoxid/Aluminlumoxid-Katalysator unter Kohlendioxid-Abspaltung bei hoher Temperatur zum Heptan-4-L 'on umgesetzt wird. Man reduziert man Heptan-4-ol und dehydratisiert zu 3-Hepten. Hydroformylierung in Gegenwart von Ruthenium-(III)-chlorid und Trialkylphosphin liefert ein Isomerengemisch von 75 Teilen 2-Propylpentanal und 25 Teilen 2-Ethylhexanal, das mit Sauerstoff oxidiert wird. Das erhaltene Gemisch aus 2-PropylpentansSure und 2-Ethylhexansäure muß durch Destillation getrennt werden, wobei auf 2,3 Teile 2-Propylpentansäure 1 Teil 2-Ethylhexansäure anfällt.
  • Hauptnachteil dieses Verfahrens ist der Zwangs anfall eines weiteren Produkts, sog. Koppelproduktion, die durch die schlechte Selektivität der Hydroformylierung hervorgerufen wird sowie der große Destillationsaufwand zur Trennung der beiden Carbonsäuren; hierzu ist nämlich eine Kolonne mit 90 theoretischen Böden nötig.
  • Es bestand somit die Aufgabe, ein neues Verfahren zur Herstellung von Di-n-propytessigsSure anzugeben, das von preisgünstigen, in technIschen Mengen gut verfügbaren Ausgangsmaterialien ausgeht, das technisch problemlos durchführbare Reaktionsschritte enthält und das Zielprodukt in guter Ausbeute und Reinheit liefert.
  • Es wurde ein Verfahren gefunden, bei dem man von dem technischen Großprodukt 2-Ethyl-2-hexenal ausgehen kann, und das nicht nur die gestellten Forderungen erfüllt, sondern sich in vielen Fällen in einer schon vorhandenen Produktionsanlage durchführen lassen wird.
  • Man kann nämlich 3-Cyan-2-ethylhexanal, einen bisher noch nicht beschriebenen Stoff dadurch erhalten, daß man zunächst Blausäure an 2-Ethyl-2-hexenal anlagert, was überraschenderweise an der CC-Doppelbindung geschieht (anstelle des an sich erwarteten Cyanhydrins) und somit 3-Cyan-2-ethylhexanal liefert.
  • 2-Ethyl-2-hexanal wird - ggf. in einem Lösungsmittel in Gegenwart einer Base, z.B. eines Alkalimetallhydroxids oder -alkoholats oder einer Ammoniumbase mit Blausäure vermischt und bei einer Temperatur, die i.a. zwischen 100 und 2000C liegt, umgesetzt. Der Zeitbedarf liegt i.a. unter 2 Stunden.
  • Geeignete Lösungsmittel sind stark polare Verbindungen, z.B. Isobutanol, Dimethylformamid, Dimethylacetamid, N-Methylpyrrolidon oder Dimethylsulfoxid. Zweckmäßig setzt man eine mäßig konzentrierte Lösung an, die z.B. 25 bis 70 Gew.-% an Aldehyd enthält. Als alkalischen Katalysator verwendet man bevorzugt Natrium- oder Kaliumethylenglycolat oder propylenglycolat.
  • Eine Möglichkeit zur Umsetzung besteht darin, daß man der katalysatorhaltigen Aldehydlösung die erforderliche Menge an Blausäure zusetzt, wobei sich zunächst im Rahmen eines Gleichgewichts das Cyanhydrin bildet. Es empfiehlt sich, falls man nicht stöchiometrische Mengen verwendet, Blausäure im geringen molaren Unterschuß - bezogen auf den Aldehyd - zuzusetzen. Man kann aber auch vorher hergestelltes Aldehydcyanhydrin zustsmen mit dem Katalysator in dem Lösungsmittel lösen.
  • Das so erhaltene Reaktionsgemisch wird in einem geeigneten Reaktionsgefäß, z.B. 5 bis 40 Minuten lang einer Temperatur von 100 bis 200, vorzugsweise 120 bis 160 C ausgesetzt. Es empfiehlt sich anschlie.3end wieder möglichst rasch zu kühlen.
  • Eine andere Möglichkeit besteht darin, eine Mischung aus Blausäure, Aldehyd und ggf. Lösungsmittel nach Zugabe des Katalysators innerhalb einer definierten Zeit auf der erforderlichen Temperatur zu halten.
  • Um eine möglichst exakte Temperaturführung und definierte Verweilzeit zu erreichen, wird das Verfahren zweckmäßig kontinuierlich gestaltet. Hierbei geht man z.B. von einer katalysatorhaltigen Aldehydcyanhydrinlösung aus, die man durch einen beheizten Rohrreaktor oder über eine Reaktorkaskade leitet.
  • Unter günstigen Bedingungen erzielt man Ausbeuten von bis zu 90 % d.Th. Die aus dem Reaktor abgezogene Lösung wird neutralisiert und in üblicher Weise aufgearbeitet.
  • Dies kann durch Vakuumdestillation erfolgen, wobei zunächst als niedersiedende Fraktion ein Gemisch aus Lösungsmittel und nicht umgesetztem, ungesättigtem Aldehyd abgezogen wird. Dieses Gemisch kann ggf. ohne weitere Reinigung wieder in die Reaktion zurückgeführt werden.
  • 3-Cyan-2-ethylhexanal läßt sich z.B. in Gegenwart von Palladiunkatalysatoren in flüssiger Phase und in Abwesenheit von Lösungsmitteln bei 190 - 220°C decarbonylieren, wobei Kohlenmonoxid und geringe Mengen an Wasserstoff entstehen. Als Träger für den Palladiumkatalysator eignen sich z.B. Tierkohle, Aktivkohle sowie Aluminiumoxid; die besten Ergebnisse - eine Ausbeute von über 80 d - lieferte Aktivkohle mit einer Oberfläche von 800 - a00 m2/g. Der Palladiumgehalt kann z.B. 1 bis 25 ew., vorteilhaft 1 bis 10 % sein; der günstigste Anteil wurde zu etwa 5 Ges.% gefunden. Durch Abdestillieren eines Teils des Produktes Während der Umsetzung läßt sich die Faumzeitausbeute weiter steigern. Das restliche Produkt - i.a. mindestens ein Drittel - wird schließlich durch Destillation ebenfalls vom Rückstand getrennt; der verbliebene Katalysator kann erneut eingesetzt werden.
  • Das erhaltene Produkt, ein Gemisch von 3-Cyan-2-ethyl-2--hexen/3-Cyan-2-ethylhexan (2-Propylpentensäure- bzw.
  • -pentansurenitril) läßt sich vollständig, mit Vorteil ebenfalls in Gegenwart eines Palladiumkatalysators bei bis zu 1000C, bevorzugt bei 30 bis 500C zu 3-Cyan-2-ethylhexan hydrieren. Träger des Palladiums kann ebenfalls Aktivkohle oder Tierkohle oder vorzugsweise Aluminiumoxid sein. Der Palladium-Gehalt des hier verwendeten Katalysators kann geringer als der des ersten Katalysators sein, z.B. zwischen 0,1 bis 10 Gew.% liegen. Bewährt haben sich auch Katalysatoren, die geringe Zusätze, z.B. Zink, Cadmium oder Praeseodym, die ebenfalls im Bereich von 0,5 bis 6 Gew.% liegen können enthalten. Solche Katalysatoren sind z.B. in der DE-OS 26 15 308 beschrieben. Man kann im Prinzip auch den für die Decarbonylierung benützten Katalysator verwenden, wenn die apparative Anordnung dies zuläßt; die Hydrierung ist von der Art des verwendeten Katalysators relativ wenig abhängig.
  • Das rohe 3-Cyan-2-ethylhexan läßt sich dann ohne weitere Reinigung zur Di-n-propylessigsäure verseifen. Die Verseifung läßt sich sowohl unter sauren (z.B. mit Schwefelsäure) wie unter basischen Bedingungen (NaOH oder KOH in Ethylenglykol) durchführen. Die rohe Säure läßt sich leicht durch Destillation reinigen.
  • 1. Tlmsetz.lngsstufe In einem kleinen Rührautoklaven wurden 195 g 2-Ethylhexenal 97%, 77 g N-Methylpyrrolidon und 33 g stabilisatorfreie Blausäure vorgelegt. Nach dem erschlieen des Autoklaven wurde im Verlauf von ca. 5 Minuten 18 g einer '5%gen Lösung von Natriumhydroxid in Ethylenglykol zugesetzt und 40 Minuten auf 115 0C erhitzt. Danach wurde das Umsetzungsprodukt über ein Steigrohr entnommen und mit einer Mischung aus 5 g 85%iger Phosphorsäure und 300 g Eis verrührt. Die sich abscheidende organische Phase wurde in 300 g Diethylether aufgenommen und dreimal mit Je 500 g Wasser gewaschen. Es wurde über Magneslumsulfat getrocknet und destilliert. Man erhielt 55 g 2-Ethylhexenal und 117 g 3-Cyano-2-ethylhexanal in einem Siedebereich zwischen 35 bis 470C (0,05 mbar).
  • Ausbeute: 68,9 fi d, ber. Menge bezogen auf umgesetztes 2-Ethylhexenal 62,6 W d. ber. Menge bezogen auf eingesetzte Blausäure.
  • 2. Umsetzungsstufe: 2-Propyl-2-pentansäurenitrll/2-Propylpentansäurenitril: Es wurden 500 ml des nach der Vorschrift des Beispiel 1 gewonnenen 3-Cyan-2-ethylhexanals und 50 g eines 5 X Palladiums auf Aktivkohle enthaltender Katalysator vorgelegt in 45 Minuten am Rückfluß auf 2000C (gemessen in der Flassigkeit) erhitzt.
  • Die nun beginnende Decarbonylierung konnte, wenn man wollte, durch Erhöhung der Temperatur auf 210 bis 22OOC beschleunigt werden. Das entstehende Gemisch aus Propylpentansäurenitril konnte während der Reaktion bereits abdestilliert werden (Kp 1830C); es hat sich Jedoch gezeigt, daß nicht mehr als etwa 2 Drittel der Gesamtmenge entfernt werden soll, da sonst der Katalysator fAr weitere Umsetzungen unbrauchbar werden kann. Nach 3 bis 5 Stunden war die Reaktion beendet. Nach Abtrennen vom Katalysator wird destilliert. Die Summe der Destillate betrug 301 g, was einer Ausbeute von 74 * entspricht.
  • Der Anteil an ungesättigtem Nitril lag bei 2C 9.
  • 3. Umsetzungsstufe: 2-Propylpentansrurenitril In einem Autoklaven wurden 300 g des Gemisches der Nitrile sowie 15 g eines Aluminiumoxid-Trägerkatalysators, der 0,5 Gew.% Palladium enthielt, 3 Stunden bei 350C und einem Wasserstoffdruck von 20 bar hydriert. Das erhaltene 2-Propylpentansäurenitril kann ohne weitere Reinigung für die nächste Stufe eingesetzt werden (Ausbeute Uber 99 %).
  • 4. Umsetzungsstufe: Di-n-propylessigsäure Man erhitzte ein Gemisch aus 250 g Propylpentansäurenitril, 100 ml Ethylenglykol und 86 g NaOR auf 1400C, bis die Ammoniakentwicklung beendet war (ca. 6 Stunden). Danach wurde mit 750 ml 12%iger aus SalzsSure angesäuert, zur besseren Phasvntrennung noch 50 ml Diethylether zugesetzt und nach Phasentrennung die organische Phase oestilliert.
  • Man erhielt 249 g (86 % der berechneten Ausbeute) an reiner Di-n-propylessigsäure.

Claims (6)

  1. Patentansprüche Verfahren zur Herstellung von D-n-propylessigsäure, dadurch gekennzeichnet, daß man - 3-Cyan-2-ethylhexanal zu einem Gemisch aus 2-Propyl-2-pentensSurenitril und 2-Propylpentansäurenitril decarbonyliert - gegebenenfalls das Nitrilgemisch zu reinem 2-Propyl-2-pentansäurenitril hydriert und - 2-Propyl-2-pentensäurenitril zur Di-n-propylessigsäure verseift.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß. man - das durch Anlagerung von Blausäure an 2-Ethyl-2--hexenal in Gegenwart einer Base zugängliche 3-»yan-2-ethylhexanal in Gegenwart eines Palladiumkatalysators zu einem Gemisch aus 2-Propyl-2--pentensSurenitril und 2-PropylpentansSurenitril decarbonyliert - gegebenenfalls das Nitrilgemisch zu einem 2-Propyl--3-pentansäurenitril hydriert und - 2-Propyl-2-pentensäurenitril zur Di-n-propylessigsäure verseift.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Decarbonylierung von 3-Cyan-2-ethylhexanal in Gegenwart eines 1 bis 25 Ge^. Palladium auf Aktivkohle enthaltenden Katalysators bei einer Temperatur von 190 bis 250°C vorgenommen wird.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hydrierung des Nitrilgemisches bzw. des olefinisch ungesättigten Nitrils in Gegenwart eines Palladiumkatalysators vorgenommen wird.
  5. 5.. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Hydrierung von 2-Propyl-2-pentensSurenitril zu 2-Propylpentansäurenitril in Gegenwart eines 0,1 bis 10 Gew.% Palladium auf Aluminiumoxid enthaltenden Katalysators bei einer Temperatur unter 1000C vorgenommen wird.
  6. 6. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß man während der Umsetzung bis zu zwei Drittel des Reaktionsgemisches und den Rest nach der Umsetzung abdestilliert.
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