DE3244890A1 - Process for the preparation of 3,4-dihydro- alpha -pyrones - Google Patents
Process for the preparation of 3,4-dihydro- alpha -pyronesInfo
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Abstract
Description
Verfahren zur HerstellunS von 3'4-I)ihydro-«pyronen Process for the production of 3'4-I) hydropyrones
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von «-Pyronen der Formel in der R1 R2 und R3 für gleiche oder verschiedene Alkylreste mit 1 bis 10 G-Atomen oder für Wasserstoff stehen.The present invention relates to a process for the production of -pyrones of the formula in which R1, R2 and R3 stand for identical or different alkyl radicals with 1 to 10 carbon atoms or for hydrogen.
Die Herstellung von α-Pyronen der oben genannten Formel wird z.B. in der DE-OS 29 52 068 beschrieben. Als Ausgangs produkte werden dabei die in 3- und 4-Stellung entsprechend substituierten 5-Hydroximethyl-2(3H)-furanone eingesetzt, die einer thermischen Behandlung bei Temperaturen zwischen 200 und 500 °C unterworfen werden. Der Nachteil dieser Verfahrensweise besteht darin, daß diese Furanone in einem zusätzlichen Verfahrensschritt aus den entsprechenden 4,5-Epoxipentancarbonsäureestern gewonnen werden müssen, wodurch diese Arbeitsweise sehr aufwendig wird.The preparation of α-pyrones of the above formula is e.g. described in DE-OS 29 52 068. The starting products are the 5-hydroxymethyl-2 (3H) -furanones correspondingly substituted in the 3- and 4-positions used, a thermal treatment at temperatures between 200 and subjected to 500 ° C. The disadvantage of this procedure is that that these furanones in an additional process step from the corresponding 4,5-Epoxipentancarbonsäureestern must be obtained, whereby this procedure becomes very time-consuming.
Es bestand deshalb die Aufgabe, ein Verfahren zur Herstellung von 3, 4-Dihydro- «-pyronen aus 4, 5-Epoxipentancarbonsäureestern zu finden, bei dem man in einer Stufe direkt das geaninschte Pyron erhält In Erfüllung dieser Aufgabe wurde nun ein Verfahren zur Herstellung von 3,4-Dihydro-a-pyronen der oben genannten For-l mel gefunden, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man Verbindungen der allgemeinen Formel in der R1, R2 und R3 für Wasserstoff und/oder gleiche oder verschiedene Alkylreste mit 1 bis 10 C-Atomen und R für Wasserstoff oder Alkylgruppe mit 1 bis 4 C-Atomen stehen und Z für die Gruppierung steht, auf Temperaturen zwischen 30 und 600 °C erhitzt Beim Einsatz von 4,5-Epoxipentancarbonsäurederivaten als Ausgangsprodukte, d. h. wenn in der oben genannten Formel Z für steht - entstehen bei dieser Arbeitsweise als Zwischenprodukte 4-Formylbuttersäurederivate, d.h. Verbindungen wider oben genannten Formel II, bei denen Z für steht. Diese Verbindungen können gegebenenfalls isoliert werden und anschließend zu solchen Insektiziden verarbeitet werden, die in der DE-OS 28 10 031 genannt sind. Zur Herstellung dieser Formylbuttersäurederivate war bisher nur die in der DE-OS 28 10 031 beschriebene Verfahrensweise bekannt, so daß in Erfüllung der oben genannten Aufgabe auch ein neues Verfahren zur Herstellung von 4-Formylbuttersäurederivaten gefunden wurde, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man Epoxipentancarbonsäurederivate der Formel in der R1, R2, R3 und R4 die oben genannte Bedeutung haben,0 auf Temperaturen zwischen 200 und 600 00, vorzugsweise zwischen 350 und 450 oC erhitzt.The object was therefore to find a process for the preparation of 3,4-dihydro- «pyrones from 4,5-epoxypentanecarboxylic acid esters, in which the neat pyrone is obtained directly in one step. A process for the preparation has now been achieved found of 3,4-dihydro-a-pyrones of the above formula, which is characterized in that compounds of the general formula in which R1, R2 and R3 represent hydrogen and / or identical or different alkyl radicals with 1 to 10 carbon atoms and R represents hydrogen or an alkyl group with 1 to 4 carbon atoms and Z represents the grouping stands, heated to temperatures between 30 and 600 ° C. When using 4,5-epoxipentanecarboxylic acid derivatives as starting materials, ie if in the above formula Z for stands - arise in this procedure as intermediates 4-formylbutyric acid derivatives, ie compounds against the above formula II, in which Z is stands. These compounds can optionally be isolated and then processed into those insecticides which are mentioned in DE-OS 28 10 031. For the preparation of these formylbutyric acid derivatives, only the procedure described in DE-OS 28 10 031 was previously known, so that a new method for the preparation of 4-formylbutyric acid derivatives was found in fulfillment of the above-mentioned object, which is characterized in that one epoxypentane carboxylic acid derivatives formula in which R1, R2, R3 and R4 have the meaning given above, 0 heated to temperatures between 200 and 60000, preferably between 350 and 450 oC.
Die Ausbeuten an diesem Zwischenprodukt hängen von der gewählten Temperatur und der Zeit des Erhitzens ab. Im allgemeinen erhält man gute Ausbeuten an Formylbuttersäurederivaten, wenn die Temperaturen im Bereich zwischen 350 und 450 OC liegen.The yields of this intermediate product depend on the temperature chosen and the time of heating. In general, good yields of formylbutyric acid derivatives are obtained, when the temperatures are in the range between 350 and 450 OC.
Erhitzt man die Verbindungen der allgemeinen Formel II in Gegenwart von silikatischen Materialien oder Aluminiumoxid, dann reagieren beide Verbindungsklassen der Formel II, alsc der Aldehyd und das Epoxid direkt zu Dihydropyronen der allgemeinen Formel 1.If the compounds of the general formula II are heated in the presence of silicate materials or aluminum oxide, then both classes of compounds react of formula II, as the aldehyde and the epoxide directly to dihydropyrones of the general Formula 1.
Als Substanzen, die die Thermolyse zur Bildung der 3,4-Dihydro- d-pyrone positiv beeinflussen, eignen sich oberflächenreiche, silikatische Materialien, wie z.B.As substances which thermolysis to form the 3,4-dihydro- d-pyrones have a positive effect, surface-rich, silicate materials such as e.g.
wasserhaltige Alkali- oder Erdalkalialumosilikate. Von ;diesen eignen sich besonders gut die natürlichen und synthetischen Zeolithe und Montmorillonite. Letztere können auch z.B. durch Salzsäure nachbehandelt und auf Temperaturen zwischen 400 und 800 oC erhitzt sein, ehe sie erfindungsgemäß eingesetzt werden. Ein solcher nachbehandelter Montmorillonit besteht überwiegend (d.h. zu mehr als 90 °O aus SiO2 und enthält nur noch geringe Mengen an Aluminium, die im allgemeinen unter 1 Gew.-% liegen. Er enthält jedoch noch gebundenes Wasser, dessen Anteil zwischen 1 und 5 Gew.-% schwanken kann. Seine Porosität liegt zwischen 55 und 65 Vol.-% (bestimmt durch Wasseraufnahme und Auftriebswägung gemäß DIN 51 056).hydrous alkali or alkaline earth aluminosilicates. Of; these own particularly good the natural and synthetic zeolites and Montmorillonite. The latter can also be post-treated with hydrochloric acid, for example Temperatures between 400 and 800 oC must be heated before they are used according to the invention will. Such post-treated montmorillonite is predominantly (i.e. more than 90 ° O made of SiO2 and contains only small amounts of aluminum, which in the are generally less than 1% by weight. However, it still contains bound water, its Share can vary between 1 and 5 wt .-%. Its porosity is between 55 and 65% by volume (determined by water absorption and buoyancy weighing in accordance with DIN 51 056).
Auch getrocknete, poröse Kieselsäuregele oder Aluminiumoxid können als reaktionsbeschleunigende Substanzen eingesetzt werden.Dried, porous silica gels or aluminum oxide can also be used be used as reaction accelerating substances.
Wenn als Ausgangsverbindungen für die Thermolyse Substanzen der Formel II genommen werden, bei denen R4 = II und Z = -CH2 - - OH = 0 ist, kann die Thermolyse bereits ab 30 °C durchgeführt werden. Die Reaktion läuft prinzipiell ohne Zusatz von Katalysatoren ab. Empfehlenswert ist jedoch der Zusatz katalytischer Mengen einer Lewis- und/oder Brönsted-Säure. Dieser Zusatz ermöglicht eine niedere Temperaturführung. Auch die oben erwähnten silikatischen Materialien oder Aluminiumoxid können als Katalysatoren eingesetzt werden. Bei dieser Durchführungsform liegt der bevorzugte Temperaturbereich zwischen 50 und 150 00. Dabei wird zweckmäßigerweise das Ausgangsprodukt, gegebenenfalls nach Zusatz der Katalysatoren, unter Bohren in einer Destillationsapparatur erhitzt und die entstehenden Reaktionsprodukte sofort destillativ abgetrennt. Die erfindungsgemäße Thermolyse wird in allen anderen Fällen, wenn keine Aldehydsäure als Ausgangsmaterial eingesetzt wird, sowohl zur Herstellung der 3,4-Dihydro--pyrone als auch zur Herstellung der Formylbuttersäurederivate zweckmäßigert weise so durchgeführt, daß man die umzusetzenden Verbindungen durch ein Rohr hindurch tropfen läßt, das auf die gewünschte Thermolysetemperatur erhitzt wird. Das Rohr ist mit temperaturstabilei inertem Material gefüllt, das die Reaktion nicht beeinflußt, wie z.B. Porzellan-Sättel oder Glaskugeln0 Die Verweilzeit des Reaktionsgemischs in dem Rohr kann durch Füllhöhe, Form und Volumen dieser Körper weitgehend variiert werden.If the starting compounds for thermolysis are substances of the formula II are taken, in which R4 = II and Z = -CH2 - - OH = 0, thermolysis can be used can be carried out from 30 ° C. In principle, the reaction runs without additives from catalysts. However, the addition of catalytic amounts is recommended a Lewis and / or Brönsted acid. This addition enables a low temperature control. The above-mentioned silicate materials or aluminum oxide can also be used as Catalysts are used. This embodiment is the preferred one Temperature range between 50 and 150 00. The starting product is expediently optionally after addition of the catalysts, with drilling in a distillation apparatus heated and the resulting reaction products immediately separated off by distillation. the Thermolysis according to the invention is used in all other cases if no aldehydic acid is used as a starting material, both for the production of the 3,4-dihydropyrones as well as for the preparation of the formylbutyric acid derivatives way carried out in such a way that the compounds to be converted are passed through a pipe lets drip, which is heated to the desired thermolysis temperature. The pipe is filled with temperature-stable inert material that does not affect the reaction, such as porcelain saddles or glass balls 0 The residence time of the reaction mixture in the tube can be largely varied by filling level, shape and volume of this body will.
Wenn erfindungsgemäß überwiegend die Herstellung von 3,4-Dihydro-ct-pyronen gewünscht wird, können die temperaturstabilen, inerten Materialien teilweise oder vollständig durch Formkörper aus den oben genannten reaktionsbeschleunigenden Substanzen ersetzt werden. In diesem Fall wird die Umsetzung bevorzugt im Temperaturbereich zwischen 200 und 350 °C durchgeführt.If, according to the invention, predominantly the production of 3,4-dihydro-ct-pyrones is desired, the temperature-stable, inert materials can partially or completely by molded bodies made from the above-mentioned reaction-accelerating substances be replaced. In this case, the reaction is preferred in the temperature range carried out between 200 and 350 ° C.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es auch möglich, die Thermolyse der jeweiligen Ausgangsprodukte in Lösung durchzuführen, wobei als Lösungsmittel solche Verbindungen in Frage kommen, die bei den anzuwendenden Temperaturen stabil sind und mit keiner der Reaktionskomponenten reagieren. Beispiele für solche Lösungsmittel sind Benzol, Toluol und die Xylole. Diese Lösungsmittel können auch XSiedep1mkte besitzen, die unterhalb der gewählten Thermolysetemperatur liegen: Man tropft dann z.B. eine Lösung der Ausgangsprodukte in diesem Lösungsmittel durch ein senkrecht stehendes, oben beschriebenes Reaktionsrohr, wobei das Lösungsmittel verdampft und in einem Auffanggefäß gemeinsam mit den Reaktionsprodukten kondensiert wird.In the context of the present invention, it is also possible to use thermolysis carry out the respective starting materials in solution, using as a solvent such compounds come into question, which are stable at the temperatures to be used and do not react with any of the reaction components. Examples of such solvents are benzene, toluene and the xylenes. These solvents can also boil that are below the selected thermolysis temperature: One then drips E.g. a solution of the starting products in this solvent through a vertical standing, above-described reaction tube, wherein the solvent evaporates and is condensed in a collecting vessel together with the reaction products.
Die Thermolyse laßt sich sowohl bei Atmosphärendruck als auch bei einem Unterdruck bis herab zu etwa 10 3 bar durchführen.The thermolysis can be both at atmospheric pressure and at carry out a negative pressure down to about 10 3 bar.
Die erfindungsgemäß herstellbaren 3 ,4-Dihydro- a -pyrone sind wertvolle Zwischenprodukte, die u.a. zur Herstellung von Insektiziden auf Basis von Cyclopropancarbonsäurederivaten Verwendung finden, Beispiel 1 20 g 4,5-Epoxi-3,3-dimethylpentancarbonsäuremethylester wurden durch ein senkrecht angeordnetes Glasrohr (Länge 30 cm, Durchmesser 2,2 cm) innerhalb 160 min getropft.The 3,4-dihydro-α-pyrones which can be prepared according to the invention are valuable Intermediate products used, among other things, for the production of insecticides based on cyclopropanecarboxylic acid derivatives Use, Example 1, 20 g of 4,5-epoxy-3,3-dimethylpentanecarboxylic acid methyl ester were through a vertically arranged glass tube (length 30 cm, diameter 2.2 cm) dripped within 160 min.
Das Glasrohr war mit Kugeln aus einem Montmorillonit gefüllt, der vorher während 8 Stunden mit 10 obiger Salzsäure behandelt, anschließend mit Wasser ausgewaschen und darauf hin für eine Stunde auf 500 °C erhitzt worden war. Die Innentemperatur des Rohres betrug 300 °C. Das Thermolysat wurde in einer gekühlten Vorlage aufgefangen und destilliert. Es wurden 15,3 g (97,5 0 3,4-Dihydro-4,4-dimethyl-«-pyron (Sdp.: 76-79 OC / 16. 10-3 bar)erhalten.The glass tube was filled with balls made of a montmorillonite, the previously treated with 10 of the above hydrochloric acid for 8 hours, then with water washed out and then heated to 500 ° C for one hour. The internal temperature of the tube was 300 ° C. The thermolysate was collected in a cooled receiver and distilled. There were 15.3 g (97.5 0 3,4-dihydro-4,4-dimethyl - «- pyrone (boiling point: 76-79 OC / 16.10-3 bar).
Beispiel 2 37,6 g 4-Formyl-3,3-dimethylbuttersäuremethylester wurden durch ein senkrecht angeordnetes Glasrohr (Länge 30 cm, Durchmesser 2,2 cm),welches mit den in Beispiel 1 genannten Montmorillonitkugeln gefüllt war, innerhalb 240 min getropft. Die Innentemperatur des Rohres betrug 300 °C.Example 2 37.6 g of methyl 4-formyl-3,3-dimethylbutyrate were obtained through a vertically arranged glass tube (length 30 cm, diameter 2.2 cm), which was filled with the montmorillonite balls mentioned in Example 1, within 240 min dripped. The internal temperature of the tube was 300 ° C.
Das Thermolysat wurde in einer gekühlten Vorlage aufgefangen und destilliert. Es wurden 28,8 g (97,6 %) 3,4-Dihydro-4,4-dimethylqd-pyron erhalten.The thermolysate was collected in a cooled receiver and distilled. 28.8 g (97.6%) of 3,4-dihydro-4,4-dimethylqd-pyrone were obtained.
Beispiel 3 Analog zu Beispiel 2 werden 20 g 4-Rormyl-3,3-dimethylbuttersäure zur Umsetzung gebracht. Es wurden 15 g (87,1%) 3,4-Dihydro-4,4-dimethyl- -pyron erhalten.Example 3 Analogously to Example 2, 20 g of 4-Rormyl-3,3-dimethylbutyric acid are obtained brought to implementation. There were 15 g (87.1%) of 3,4-dihydro-4,4-dimethyl-pyrone obtain.
Beispiel 4 70 g 4,5-Epoxi-3,3-dimethylpentancarbonsäuremethylester wurden durch ein senkrecht angeord.netes Quarzrohr (Länge 30 cm, Durchmesser 2,2 cm),welches mit Porzellan-Sätteln gefüllt war, innerhalb 560 min getropft. Die Innentempera tur des Quarzrohres betrug 400 °C. Das Thermolysat wurde in einer gekühlten Vorlage aufgefangen und bei einem Druck von 16 bar destilliert. Es wurden 57,7 g 4-Formyl-3,3-dimethylbuttersäuremethylester (Sdp. 84-88 oO / 16.10 bar) erhalten.Example 4 70 g of 4,5-epoxy-3,3-dimethylpentanecarboxylic acid methyl ester became through a vertically arranged quartz tube (length 30 cm, diameter 2.2 cm), which was filled with porcelain saddles, dripped within 560 min. The internal tempera The temperature of the quartz tube was 400 ° C. The thermolysate was in a cooled template collected and distilled at a pressure of 16 bar. There were 57.7 g of 4-formyl-3,3-dimethylbutyrate (Bp 84-88 oO / 16.10 bar).
NMR-Spektrum (100 MHZ, CCl4):# # = 1,13 (6H); 2,37 (2H); 2,47 (2K); 3,63 (3H); 9,78 (1H).NMR Spectrum (100 MHz, CCl4): # # = 1.13 (6H); 2.37 (2H); 2.47 (2K); 3.63 (3H); 9.78 (1H).
Beispiel 5 100,8 g 3,3-Dimethyl-5-oxo-pentancarbonsäure wurden in einer Destillationsapparatur unter Vakuum (12 mm/Hg) auf eine Temperatur von 120 0 erhitzt. Bereits bei 100 °C destilliert H20 und 4,4-Dimethyl-3 ,4-dihydro- -pyron über Nach 11 Stunden Erhitzen auf 120 °C wird keine weitere Bildung von H2O und 4,4-Dimethyl-3,4-dihydro-α-pyron beobachtet. In der Destillationsvorlage scheidet sich das Wasser von der organischen Phase ab. Nach Abtrennung des Vassers liegen 81,0 g 4,4-Dimethyl-3,4-dihydro-α-pyron vor Beispiel 6 Analog zu Beispiel 1 werden in Gegenwart von 0,25 g H2S04 (conc.) 100,8 g 3,3-Dimethyl-5-oxo-pentancarbonsäure 9 Stunden auf 80 °C erhitzt. Man erhält 78,2 g 4,4-Dimethyl-3,4-dihydro-α-pyron.Example 5 100.8 g of 3,3-dimethyl-5-oxo-pentanecarboxylic acid were in a distillation apparatus under vacuum (12 mm / Hg) to a temperature of 120 0 heated. H20 and 4,4-dimethyl-3, 4-dihydro-pyrone distilled already at 100 ° C After 11 hours of heating at 120 ° C, no further formation of H2O and 4,4-dimethyl-3,4-dihydro-α-pyrone was observed. Separates in the distillation receiver the water separates from the organic phase. Lie after separating the water 81.0 g of 4,4-dimethyl-3,4-dihydro-α-pyrone before Example 6 Analogously to Example 1, 100.8 g of 3,3-dimethyl-5-oxo-pentanecarboxylic acid are added in the presence of 0.25 g of H 2 SO 4 (conc.) Heated to 80 ° C for 9 hours. 78.2 g of 4,4-dimethyl-3,4-dihydro-α-pyrone are obtained.
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