DE3443303A1

DE3443303A1 - Verfahren zur herstellung von 3-hydroxy-3-methylglutarsaeure

Info

Publication number: DE3443303A1
Application number: DE19843443303
Authority: DE
Inventors: Peter Dr. 6233 Kelkheim Blickle
Original assignee: Hoechst AG
Current assignee: Hoechst AG
Priority date: 1984-11-28
Filing date: 1984-11-28
Publication date: 1986-06-05
Also published as: IT8522994A0; IT1186794B; US4640750A

Description

-I' HOE 84/F 283

HOECHST AKTIENGESELLSCHAFT Dr. ME/Fr

Verfahren zur Herstellung von 3-Hydroxy-3-methylglutarsäure.

3-Hydroxy-3-methylglutarsäure ist die Verbindung der Formel

OH
ι

HOOc-CH-C-CH₂-COOH CH₃

Sie besitzt wegen ihrer biologischen Wirksamkeit (Blutfett- und Cholesterinspiegel-senkend) hauptsächlich Bedeutung auf dem Pharmasektor.

Nach einem neueren Verfahren ist die Verbindung durch Oxidation des - relativ leicht zugänglichen und auch im Handel verfügbaren - 3-Methyl-l,3,5-pentantriols mit Permanganat in neutraler oder alkalischer Lösung bei Temperatüren zwischen etwa 10 und HO⁰C erhältlich (EP-A-0082344). Dem Verfahren liegt folgende Reaktionsgleichung zugrunde (schematisch):

OH OH

HOCH₂-CH₂-C-CH₂-CH₂Oh + 4 (θ) -^HOOC-CH₂-C-CH₂-COOh + 2H₂O CH CH₃

In der vorerwähnten EP-A werden die nach diesem Verfahren erzielbaren Ausbeuten an 3-Hydroxy-3-niethylglutarsäure als "exzellent" bezeichnet; die in dem einzigen Beispiel tatsächlich erhaltene Aasbeate beträgt jedoch nur 40 bis 42 % d.Th.

Nach dem Beispiel wurde 3-Methyl-l,3,5-pentantriol in wässrig-alkalischer Lösung mit Kaliumpermanganat KMnOj. im Temperaturbereich zwischen etwa 25 bis 8O⁰C oxidiert,

dann von dem gebildeten Mangandioxid MnO abfiltriert, das Mangandioxid mit Wasser ausgewaschen und die gesammelten Filtrate mit konzentrierter Salzsäure angesäuert. Die saure Lösung wurde eingedampft, mit Aceton extrahiert, der Acetonextrakt eingeengt, in Acetonitril gelöst, mit wasserfreiem Magnesiumsulfat und mit Aktivkohle erhitzt und filtriert. Beim Abkühlen des Piltrats kristallisierte die 3-Hydroxy-3-methylglutarsäure aus.

Wegen der nicht allzu hohen Ausbeute sowie auch wegen des Anfalls erheblicher Mengen des bekanntermaßen stark adsorbierenden und mit vertretbarem Aufwand kaum regenerierbaren Mangandioxids ist das Verfahren jedenfalls für technische Belange noch verbesserungsbedürftig.

Aus einer Arbeit von J. Kaulen und H.-J. Schäfer (Tetrahedron Vol. 38, Nr. 22, S. 3299 bis 3308 (1982)) ist es bekannt, u.a. α,ω-Diole wie z.B. 1,6-(n)-Hexandiol oder 1,10-(n)-Dekandiol durch Elektrolyse in alkalischer Lösung unter Verwendung von mit Nickeloxid-hydroxid NiO(OH) beschichteten Anoden und von Stahl-Kathoden mit Ausbeuten bis zu etwa 85 % d.Th. zu den entsprechenden α,ω-Dicarbonsäuren zu oxidieren. Die Oxidation soll hauptsächlich nach einem indirekten Anodenprozeß erfolgen, bei dem das α,ω-Diol durch das Nickeloxid-hydroxid (mit 3-wertigem Ni) bis zur Carbonsäurestufe oxidiert wird. Aus dem Nickeloxidhydroxid (mit 3-wertigem Ni) entsteht hierbei Nickeloxid oder -hydroxid mit nur 2-wertigem Ni. Durch Elektronenentzug an der Anode geht das 2-wertige Ni dann wieder in die 3-wertige Stufe über.

über die elektrochemische Oxidation von α,ω-Diolen mit gleichzeitig noch einer tertiären Hydroxylgruppe im Molekül wird in der genannten Arbeit von J. Kaulen und H.-J. Schäfer nicht berichtet.

— G ~

In dem Bestreben, ein verbessertes, auch für technische Belange gangbares Verfahren zur Herstellung von 3-Hydroxy-3-methylglutarsäure bereitzustellen, wurde nun gefunden, daß dieses Ziel durch Elektrolyse alkalischer Lösungen von 3-Methyl-l,3,5-pentantriol unter Verwendung von mit Nickeloxid-hydroxid beschichteten Anoden erreicht wird.

Erfindungsgegenstand ist daher ein Verfahren zur Herstellung von 3-Hydroxy-3-methylglutarsäure durch Oxidation von 3-Methyl-l,3,5-pentantriol in wässrig alkalischer Lösung , nachfolgendem Ansäuern der alkalischen Lösung und übliche Aufarbeitung,

das dadurch gekennzeichnet ist, daß man die Oxidation durch Elektrolyse unter Verwendung von mit Nickeloxidhydroxid NiO(OH) beschichteten Anoden durchführt.

Nach dem Verfahren werden (Material-) Ausbeuten durchweg zwischen etwa 70 und 85 % d.Th. erhalten. Außerdem zeichnet sich das Verfahren durch außerordentliche Einfachheit und Umweltfreundlichkeit aus; umweltbelastende Nebenprodukte entstehen hierbei nicht. Das Verfahren stellt daher gegenüber dem wohl nächstkommenden Verfahren des Standes der Technik zur Herstellung der 3-Hydroxy-3-methylglutarsäure gemäß der eingangs erwähnten EP-A 0082344 einen sehr erheblichen Portschritt dar.

Die Elektrolyse wird im Prinzip so durchgeführt, daß der wässrige Elektrolyt an mit NiO(OH) beschichteten Elektroden elektrolysiert wird. Die Beschichtung erfolgt dabei vorzugsweise nach einem von McHenry vorgeschlagenen Verfahren (Electrochem.Technol. 5_, 275 (1967)) für Elektroden in Ni-Cd-Batterien. So erzeugte Schichten sind während vieler Elektrolysen stabil und müssen nicht wie die von Schäfer und Kaulen beschriebenen vor jeder Elektrolyse reaktiviert werden. Im Prinzip wird dabei aus einer Ni-Salzlösung zuerst kathodisch eine Ni(OH) -Schicht auf die spätere Ano-

de abgeschieden und dann anodisch in alkalischer Lösung in NiO(OH) überführt.

Als mit NiO(OH) zu beschichtende Anodenmaterialien können außer Nickelmetall auch andere Materialien verwendet werden, auf welchen die aktivierte Nickeloxidhydroxidschicht haftet, so etwa Monel, rostfreier Stahl, Graphit und glasartiger Kohlenstoff.

Die Kathode kann aus einem beliebigen, üblicherweise in der Elektrochemie für die Herstellung von Kathoden verwendeten Material bestehen, wie etwa Edelmetallen, Edelstahl oder Nickel.

Die Elektrolysezelle kann aus beliebigem, gegen Elektrolyt und Reaktanden beständigem Material bestehen. So sind etwa alkalibeständiges Glas, Porzellan, Polyethylen, Kautschuk und Edelstahl geeignet.

Der Zelltyp kann geteilt oder ungeteilt sein; bevorzugt wird jedoch letzteres, da eine Reduktion des gewünschten Elektrolyseproduktes nicht befürchtet werden muß.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch kontinuierlich durchgeführt werden; bevorzugt wird jedoch diskontinuierlich gearbeitet. Bei dieser Arbeitsweise besteht das Elektrolysesystein aus einer wässrig-alkalischen Lösung von 3-Methyl-l,3,5-pentantriol mit einem pH-Wert vorzugsweise über 12. Die Alkalität der Lösungen wird in erster Linie durch Alkalihydroxide (insbesondere NaOH und KOH) bewirkt. Praktischerweise wird die zur Neutralisation der entstehenden Säure nötige Lauge auch gleich zugegeben.

Zweckmäßige 3-Methyl-l,3,5-pentantriol-Gehalte der alkaiisehen Lösung liegen zwischen etwa 1 und 10, vorzugsweise zwischen etwa 1 und 5 Gew.-%.

-i-

, ς·

Die Elektrolysetemperatur beträgt normalerweise etwa 10 bis 8O⁰C, vorzugsweise etwa 15 - 35⁰C.

Es ist weiterhin zweckmäßig, die Elektrolyse mit einer höheren - vorzugsweise dem etwa 1,2- bis 2-fachen der theoretisch erforderlichen-Strommenge durchzuführen.

Nach beendeter Elektrolyse wird auf übliche Weise aufgearbeitet. Dazu wird die elektrolysierte Lösung beispielsweise mit konzentrierter Salzsäure auf pH von 1 bis 2 gebracht, eingeengt und die freigesetzte 3-Hydroxy-3-methylglutarsäure anschließend mit einem geeigneten Lösungsmittel extrahiert. Hierfür sind z.B. aliphatische Ether (Diethylether, Di-i-propylether, Methyl-tert.-butylether etc.) geeignet. Der erhaltene Extrakt wird vom Lösungsmittel befreit und liefert so die 3-Hydroxy-3-methylglutarsäure in guter Qualität. Bei der Umkristallisation (z.B. aus Butylacetat) treten kaum Verluste ein.

Die Erfindung wird nun durch die nachfolgenden Beispiele näher erläutert.

Beispiel 1

An einem Elektrodenstapel aus M Anoden (je 20 x 20 cm , Nickelblech beidseitig mit NiO(OH) beschichtet) und 5 Ka-

thoden (je 20 x 20 cm , Streckmetall aus rostfreiem Stahl) mit je 9 mm Abstand wurde in einem 3-1-Glastrog eine Lösung von 46,6 g (0.348 Mol) 3-Methyl-l,3,5-pentantriol in 2,5 1 0,38n NaOH bei 25°C für 7 Stunden mit 16 A elektrolysiert (150 % der theoret. erforderlichen Strommenge). Die elektrolysierte Lösung wurde mit 92 ml konz. Salzsäure auf pH 2 eingestellt, auf ca. 1000 ml eingeengt und mit Methyl-tert.-butylether 9 Stunden lang extrahiert. Abziehen des Extraktionsmittels im Vakuum und Umkristallisation mit Butylacetat ergab 42 g 3-Hydroxy-3-methylglutarsäure (72,7 % Ausb., Schmp. 1O8-1O9°C).

Beispiel 2

In einer UmIau£e].-e.lcftri>3;^sezelle mit einem Plattenelektrodenstapel aus 5. Anad.e,n-(Ni-Blech beidseitig ο NiO(OH)-beschichtet, Gesamtfläche 1 m ) und 6 Kathoden

ρ (Bleche aus rostfr. Stahl, Gesamtfläche 1 m ) im Abstand von je 5 mm wurden 500 g (3,73 Mol) 3-Methyl-l,3,5-pentantriol in 10 1 I₄In NaOH bei 20⁰C 7,5 Stunden elektrolysiert. Die anfängliche Stromstärke von 130 A wur de schrittweise auf 50 A reduziert, bis 150 % der theoretisch benötigten Strommenge erreicht waren. Die Aufarbeitung erfolgte analog dem in Beispiel 1 beschriebenen Weg und ergab 492 g 3-Hydroxy-3-methylglutarsäure (81,4 % Ausbeute, Schmp. 108-109°C).

Claims

-y-

Patentansprüche: '-■ ^{H0E 84/F 283}

Verfahren zur Herstellung von 3-Hydroxy-3-methylglutarsäure durch Oxidation von 3-Methyl-l,3,5-pentantriol in wässrig-alkalischer Lösung, nachfolgendes Ansäuern der alkalischen Lösung und übliche Aufarbeitung,

dadurch gekennzeichnet, daß man die Oxidation durch Elektrolyse unter Verwendung von mit Nickeloxidhydroxid NiO(OH) beschichteten Anoden durchführt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Elektrolyse bei Temperaturen zwischen etwa und 80°C, vorzugsweise zwischen etwa 15 und 35°C, durchführt.