DE3500710C2

DE3500710C2 -

Info

Publication number: DE3500710C2
Application number: DE19853500710
Authority: DE
Inventors: Franz Dr. 6710 Frankenthal De Merger; Rudolf Dr. 6710 Frankenthal De Kummer; Hans-Martin Dr. 6700 Ludwigshafen De Hutmacher
Original assignee: BASF SE
Current assignee: BASF SE
Priority date: 1984-01-18
Filing date: 1985-01-11
Publication date: 1993-09-16
Also published as: DE3500710A1

Description

Die Erfindung betrifft ein neues Verfahren zur Herstellung von Phenylessigsäureestern durch Umsetzung von Hydroxymethylbenzolen mit Kohlenmonooxid und aliphatischen Alkoholen in Gegenwart von Metallcarbonylen.

Die Homologisierung des Benzylalkohols und seiner Derivate mit Kohlenmonoxid und Wasserstoff in Gegenwart von Dicobaltoctacarbonyl zu einem Gemisch von substituierten Toluolen und Phenylethanolen ist bekannt (J.A. C.S. 74, 4079-4083 (1952)).

Im Falle des unsubstituierten Benzylalkohols erhält man eine Ausbeute von 63% Toluol und nur 32% 2-Phenylethanol, im Falle des p-Hydroxymethylbenzylalkohols eine Ausbeute von 12% an p-Phenylen-β,β′-diethanol neben 2-(p-Methylphenyl)-ethanol und p-Xylol. Aus J. Org. Chem. 34, 4164-4165 (1969) ist bekannt, daß o-Kresol und 2-Hydroxymethylphenol über die gleiche Zwischenstufe des 1,2-Benzochinon-2-methids mit Kohlenmonoxid in Gegenwart von Dicobaltoctacarbonyl zum Lacton der 2-Hydroxyphenylessigsäure umgesetzt werden können. Im Falle des 2-Hydroxymethylphenols geschieht dies während 9,5 Stunden in Gegenwart von Dioxan als Lösungsmittel und Aluminiumoxid (25 Mol.%, bezogen auf das Phenol), das bei 200°C und mit 1000 at die Dehydratisierung zum 1,2-Benzochinon-2-methid katalysiert.

Es wird darauf hingewiesen, daß bei der Umsetzung nur das Lacton als einziges Produkt und nur in einer Ausbeute von 16% isoliert werden konnte. Die Veröffentlichung lehrt, daß die Carbonylierungsreaktion nur dann möglich sein sollte, wenn aus einer phenolischen OH-Gruppe und einer orthoständigen Hydroxymethylgruppe Wasser mit Hilfe eines Katalysators abgespalten wird.

Es wurde nun gefunden, daß man Phenylessigsäureester der Formel I

worin die einzelnen Reste R¹, R² und R³ gleich oder verschieden sein können und jeweils einen aliphatischen Rest bedeuten, R⁴ den Rest -NH₂, den Rest -NH-R⁵, den Rest

den Rest -OH, den Rest -O-R⁵ oder den Rest

bezeichnet, die Reste R² und R³ auch jeweils für ein Wasserstoffatom, ein Halogenatom, einen cycloaliphatischen, araliphatischen, aromatischen Rest, eine Alkoxygruppe, eine Aryloxygruppe, eine aliphatische Acylgruppe oder den Rest

worin R¹ die vorgenannte Bedeutung besitzt, stehen können, die einzelnen Reste R⁵ gleich oder verschieden sein können und jeweils einen aliphatischen Rest bedeuten, durch Umsetzung von Hydroxymethylbenzolen mit Kohlenmonoxid in Gegenwart von Metallcarbonylen, vorteilhaft erhält, wenn man Hydroxymethylbenzole der Formel II

worin R⁴ die vorgenannte Bedeutung besitzt, R⁶ die Bedeutung von R² und R⁷ die Bedeutung von R³ besitzen, darüber hinaus die einzelnen Reste R⁶ und R⁷ auch jeweils den Rest -CH₂-OH, wenn die entsprechenden Reste R² und/oder R³ jeweils den Rest

bedeuten, bezeichnen können, mit Kohlenmonoxid und aliphatischen Alkoholen der Formel III

R¹-OH III,

worin R¹ die vorgenannte Bedeutung besitzt, in Gegenwart von Metallcarbonylen umsetzt.

Die Umsetzung kann für den Fall der Verwendung von 2,6-Bis-hydroxymethyl- 4-t-butyl-phenol und Methanol durch die folgenden Formeln beschrieben werden:

Im Hinblick auf den Stand der Technik liefert das Verfahren nach der Erfindung auf einfachere und wirtschaftlichere Weise Phenylessigsäureester in besserer Ausbeute und Reinheit. Alle diese Vorteile sind mit Bezug auf die bekannten Verfahren überraschend. Im Hinblick auf die 2 vorgenannten Veröffentlichungen hätte man keine wesentliche oder zumindest nur eine geringe Ausbeute an Phenylessigsäureestern erwartet. Es war im Hinblick auf die Veröffentlichung im J. Org. Chem. (loc. cit.) überraschend, daß die erfindungsgemäßen Ausgangsstoffe sich gerade in Abwesenheit von Dehydratisierungskatalysatoren und bei höherer Temperatur vorteilhaft und ohne wesentliche Harzbildung umsetzen. Auch war nicht zu vermuten, daß die Voraussetzung des Entstehens von Chinonmethiden nicht erfüllt sein muß. Die Carbonylierung der Hydroxymethylgruppe zu den entsprechenden Essigestern gelingt überraschend auch dann, wenn in o-Stellung keine freie Hydroxylgruppe mehr (Beispiel 6) bzw. andere funktionelle Gruppen vorhanden sind.

Ebenfalls überraschend ist die nach der Erfindung mögliche Carbonylierung von 2,6-Bis-hydroxymethylphenolen zu 2,6-Bis-alkoxycarbonylmethylphenolen (Beispiele 1 bis 5). In Gegenwart von Alkoholen hätte man im Hinblick auf Houben-Weyl, Methoden der Org. Chemie, Band 7/3b, Seite 504 aus den intermediären Chinonmethiden die Bildung von 5-Alkoxy-6-oxo-5-methylcyclohexadienen-(1,3) erwartet. Es war daher überraschend, daß man erfindungsgemäß in Gegenwart von Alkoholen und in Abwesenheit von Dehydratisierungskatalysatoren und ohne die Möglichkeit der Bildung von Chinonmethiden sogar unter milderen Reaktionsbedingungen Phenylessigsäureester mit hohen Ausbeuten erhält.

Die Ausgangsstoffe II und III können in stöchiometrischer Menge oder im Überschuß jedes Ausgangsstoffs zum andern, zweckmäßig in einem Verhältnis von 1 bis 20, bevorzugt 2 bis 10 Mol Ausgangsstoff III je Mol Ausgangsstoff II und Hydroxymethylgruppe, umgesetzt werden. Bevorzugte Ausgangsstoffe II und III und dementsprechend bevorzugte Endstoffe I sind solche, in deren Formeln die einzelnen Reste R¹, R² und R³ gleich oder verschieden sein können und jeweils einen Alkylrest mit 1 bis 10, bevorzugt 1 bis 4 Kohlenstoffatomen bedeuten, R⁴ den Rest -NH₂, den Rest -NH-R⁵, den Rest

den Rest -OH, den Rest -O-R⁵ oder den Rest

bezeichnet, die Reste R² und R³ auch jeweils für ein Wasserstoffatom, ein Bromatom oder insbesondere ein Chloratom, einen Cycloalkylrest mit 5 bis 8 Kohlenstoffatomen, einen Aralkylrest oder Alkylarylrest mit 7 bis 12 Kohlenstoffatomen, einen Phenylrest, eine Alkoxygruppe mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen eine Phenoxygruppe, eine Alkylcarbonylgruppe mit 2 bis 6 Kohlenstoffatomen stehen können, die einzelnen Reste R² und/oder R³, vorteilhaft einer dieser Reste, bevorzugt der Rest R³, auch jeweils den Rest

worin R¹ die vorgenannte bevorzugte Bedeutung besitzt, bedeuten können, die einzelnen Reste R⁵ gleich oder verschieden sein können und jeweils einen Alkylrest mit 1 bis 10, bevorzugt 1 bis 4 Kohlenstoffatomen bedeuten, R⁶ die Bedeutung von R² und R⁷ die Bedeutung von R³ besitzen, darüber hinaus die einzelnen Reste R⁶ und R⁷ auch jeweils den Rest -CH₂OH, wenn die entsprechenden Reste R² und/oder R³ jeweils den Rest

bedeuten, bezeichnen können. Die vorgenannten Reste können noch durch unter Reaktionsbedingungen inerte Gruppen, z. B. Alkyl- oder Alkoxygruppen mit jeweils 1 bis 4-Kohlenstoffatomen substituiert sein. Befindet sich eine Hydroxylgruppe in o-Stellung zur Hydroxymethylgruppe, so bildet sich neben dem o-Hydroxyphenylessigsäureester I noch das entsprechende Lacton der Phenylessigsäure mit ihrer Phenolhydroxylgruppe, im allgemeinen in einer Menge von 0,2 bis 3, insbesondere von 0,3 bis 1,5 Mol Lacton je Mol Phenylessigsäureester I. Das so erhaltene Lacton kann, z. B. durch Destillation aus dem Reaktionsgemisch isoliert und ohne weitere Reinigung für andere Synthesen verwertet werden.

Beispielsweise kommen folgende Ausgangsstoffe II in Betracht: 2-Hydroxymethylphenol und 2,6-Bis-hydroxymethylphenol; vorgenannte Phenole, die noch in 3-, 4-, 5- oder gegebenenfalls 6-Stellung einfach oder in 3,4-, 4,5-, 5,6-, 3,6-Stellung zweifach gleich oder unterschiedlich durch Methyl-, Ethyl-, Propyl-, Isopropyl-, Butyl-, Isobutyl-, sek.-Butyl-, tert.-Butyl-, Methoxy-, Ethoxy-, Propoxy-, i-Propoxy-, Butoxy-, i-Butoxy-, sek.-Butoxy-, tert.-Butoxy-, Cyclohexyl-, Benzyl-, Phenyl-, Phenoxy-, Methylcarbonyl-, Ethylcarbonyl-Gruppen, Chloratome, Bromatome substituiert sind; entsprechende unsubstituierte oder in vorgenannter Weise substituierte 1-Amino-, 1-Methylamino-, 1-Ethylamino-, 1-Dimethylamino-, 1-Diethylamino-, 1-Methoxy-, 1-Methylcarbonyloxy-2-hydroxymethylbenzole und 2,6-Bis-hydroxymethylbenzole.

Folgende Ausgangsstoffe III kommen beispielsweise in Betracht: Ethanol, Propanol, Isopropanol, Butanol, Isobutanol, sek.-Butanol, tert.-Butanol; bevorzugt Methanol.

Die Umsetzung wird im allgemeinen bei einer Temperatur von 80 bis 220°C, vorzugsweise von 100 bis 180°C, drucklos oder zweckmäßig unter Druck, vorzugsweise bei 50 bis 500, insbesondere 150 bis 300 bar, kontinuierlich oder diskontinuierlich durchgeführt. Im allgemeinen wird die Umsetzung in Abwesenheit zusätzlicher Lösungsmittel durchgeführt. Zweckmäßig verwendet man das Gesamtgemisch bzw. im allgemeinen den Ausgangsstoff III als Reaktionsmedium. Dient der Ausgangsstoff III gleichzeitig als Reaktionspartner und Lösungsmittel, werden zweckmäßig 50 bis 1000, bevorzugt 100 bis 500 Gew.-% Ausgangsstoff III, bezogen auf Ausgangsstoff II, verwendet.

Das nach den üblichen Verfahren hergestellte Kohlenmonoxid ist in reinem und teils schon in rohem Zustand für das erfindungsgemäße Verfahren geeignet. Zum Beispiel kann das aus der Direktsynthese aus Koks und Sauerstoff (Otto-Verfahren), aus der Abtrennung aus Synthesegasen, Generatorgas, Wassergas, Verkokungsgas, Verschwelungsgas, Gasgemischen der Steinkohle- bzw. der Koksvergasung, gewonnene und üblicherweise, z. B. mit der Kupferlaugenwäsche, dem Cosorbverfahren, der Flüssig-Methanwäsche, der Tieftemperaturtrennung, aufgearbeitete rohe Kohlenmonoxid verwendet werden. - Es kann noch Verunreinigungen wie Kohlendioxid, Sauerstoff, Wasserstoff, Methan, Stickstoff, Argon enthalten, wobei zweckmäßig die Gesamtmenge der Verunreinigungen an Kohlendioxid, Methan und insbesondere Wasserstoff 3 Gewichtsprozent des Kohlenmonoxids nicht übersteigt. Der erfindungsgemäße höhere Reaktionsdruck wird zweckmäßig durch den Druck des eingeleiteten Kohlenmonoxids zusammen mit dem Eigendruck der übrigen Reaktionsteilnehmer bei der gewählten Reaktionstemperatur eingestellt, gegebenenfalls können zur Druckeinstellung auch unter den Reaktionsbedingungen inerte Gase, z. B. Stickstoff, verwendet werden. Zweckmäßig kommen 1 bis 50, insbesondere 2 bis 10 Mol Kohlenmonoxid, bezogen auf Ausgangsstoff II und Hydroxymethylgruppe, in Frage.

Als Metallcarbonyle kommen reine Carbonyle, Carbonyle, deren Kohlenmonoxid teilweise durch neutrale oder geladene Liganden substituiert ist, und Carbonylwasserstoffe in Frage, zweckmäßig solche des Osmiums, Iridiums, vorteilhaft des Eisens, Nickels, Rutheniums, bevorzugt des Rhodiums und insbesondere bevorzugt solche des Kobalts. Bezüglich der Herstellung der Carbonyle wird auf Ullmanns Encyklopädie der technischen Chemie, Band 12, Seiten 312 bis 324, verwiesen. Ebenfalls kommen anstelle vorgenannter Carbonyle die entsprechenden Metalle oder Metallverbindungen, die unter den Reaktionsbedingungen solche Carbonyle bilden können, in Betracht. Als Metallverbindungen können z. B. die Halogenide, insbesondere Bromide und Jodide, Oxide, Sulfate, Carbonate, Hydroxyde, vorgenannter Metalle bzw. Salze organischer Säuren mit diesen Metallen verwendet werden. Substituenten der substituierten Carbonyle sind z. B. Trialkylverbindungen, Triarylverbindungen und Trihalogenide des Phosphors, Amine, Isonitrile, Acetylaceton; Halogene, z. B. in Gestalt von Carbonylhalogeniden wie Bromiden oder Jodiden. Zweckmäßig verwendet man 0,005 bis 0,5, vorzugsweise 0,05 bis 0,2 Mol Metallcarbonyl je Mol Ausgangsstoff II und Hydroxymethylgruppe.

Es kommen z. B. als Metallcarbonyle in Betracht:
Fr(CO)₅, Ni(CO)₄, Ru(CO)₅, Rh₂(CO)₈, OS(CO)₅, Ir₂(CO)₈; [(C₆H₅)₃P]₂Ni(CO)₂,
[(C₆H₅)₃P]₂Fe(CO)₄, [Ru(CO)₂J₂]_x, Os(CO)₄Cl₂, Ir(CO)₂Br₂; HCo(CO)₄, H₂Fe(CO)₄,
bevorzugt Dikobaltoctacarbonyl Co₂(CO₈) oder Rhodiumdicarbonylacetylacetonat (Rh(CO)₂(C₅H₇O₂).

Die Reaktion kann wie folgt durchgeführt werden: Ein Gemisch der Ausgangsstoffe II und III, Kohlenmonoxid und dem Metallcarbonyl wird bei der Reaktionstemperatur und dem Reaktionsdruck während 1 bis 12 Stunden gehalten. Vorteilhaft wird man in einem mit Stickstoff gefüllten Reaktor ein Gemisch aus Ausgangsstoff II, Alkohol III und Metallcarbonyl vorlegen. Nach dem Aufpressen von Kohlenmonoxid bei Raumtemperatur wird die Temperatur bis auf die Reaktionstemperatur gesteigert. Dann wird gegebenenfalls Kohlenmonoxid nachgepreßt, um den Reaktionsdruck zu erreichen. Die Umsetzung wird nun zweckmäßig 1 bis 12 Stunden unter den angegebenen Bedingungen durchgeführt, dann das Gemisch abgekühlt und entspannt. Nach erfolgter Umsetzung kann der Katalysator durch Behandeln mit einer verdünnten Säure in Gegenwart eines Oxidationsmittels, z. B. Luft, zerstört werden. Der Endstoff wird nun aus dem Gemisch in üblicher Weise, z. B. durch Zerstörung des Katalysators, Destillation und Filtration, abgetrennt.

Die nach dem Verfahren der Erfindung erhältlichen Phenylessigsäureester sind wertvolle Ausgangsstoffe für die Herstellung von Pflanzenschutzmitteln, Stabilisatoren, Tensiden, Riechstoffen, Farbstoffen und Pharmazeutika. Bezüglich der Verwendung wird auf die vorgenannten Veröffentlichungen, die DE-C-20 62 956 und Ullmanns Encyclopädie der technischen Chemie, 4. Aufl., Band 20, Seiten 238 und 239, verwiesen.

Beispiel 1

In einem 2-l-Rührautoklaven wurden 30 g (0,07 Mol) Dikobaltoctacarbonyl, 420 g (2,0 Mol) 2,6-Bis-hydroxymethyl-4-t-butyl-phenol und 1 kg Methanol vorgelegt. Das Gemisch wurde dreimal mit Kohlenmonoxid gespült und anschließend Kohlenmonoxid bis zu einem Druck von 120 bar aufgepreßt. Beim Erhitzen auf 120°C erhöhte sich der Druck auf 200 bar. Unter Rühren wurde das Gemisch 3 Stunden bei 120°C und 200 bar gehalten. Nach dem Entspannen und Abkühlen wurde eine homogene Lösung erhalten. Das überschüssige Methanol wurde im Vakuum (40 mbar) bei 40°C abgezogen und der Rückstand in 1000 g Toluol aufgenommen. Nach Zusatz von 500 ml 10gew.-%iger Essigsäure wurde das Gemisch unter Durchleiten von Luft 30 Minuten am Rückfluß gekocht. Die organische Phase war dann frei von Kobalt, das sich als Kobaltacetat in der Wasserphase befand. Die organische Phase wurde mit Natriumsulfat getrocknet und das Lösungsmittel im Vakuum abgezogen. Der ölige Rückstand kristallisierte nach kurzer Zeit zu einem Festkörper. Die Ausbeute betrug 577 g (=98% der Theorie). Durch Elementaranalyse, IR- und NMR-Spektroskopie wurde festgestellt, daß es sich um ein Gemisch aus 2,6-Bis-methoxycarbonylmethyl-4-t-butyl-phenol (70% der Theorie) und dem durch Abspaltung von Methanol entstehenden Lacton (28% der Theorie) handelte. Das Gemisch schmilzt bei 55 bis 65°C.

Beispiel 2 bis 4

Analog Beispiel 1 wurde eine Reihe von analogen Verbindungen (Tabelle) hergestellt, die sich nur in dem Rest R⁶ unterschieden.

Tabelle

Beispiel 5

In einem 5-l-Rollautoklaven wurden 300 g (1,6 Mol) 2,6-Bis-hydroxymethyl- 4-chlor-phenol und 30 g (0,07 Mol) Kobaltcarbonyl in 1,6 kg Methanol vorgelegt. Es wurde mit Kohlenoxid gespült und dann die Umsetzung 5 Stunden lang bei 120°C und 280 bar durchgeführt. Das homogene Reaktionsgemisch wurde nach Zusatz von 100 ml Essigsäure vom überschüssigen Methanol befreit, mit Ether aufgenommen, dreimal mit Wasser, einmal mit Bicarbonatlösung gewaschen und schließlich die Etherlösung eingeengt. Es verblieben 370 g eines Öls, bei dem es sich (IR-, NMR-Spektroskopie) um ein Gemisch aus 2,6-Bis-methoxycarbonylmethyl-4-chlorphenol (90% der Theorie) und dem durch Abspaltung von 1 Mol Methanol entstandenem Lacton (8% der Theorie) handelte.

Beispiel 6

In einem 2-l-Rührautoklaven wurden 15 g (0,035 Mol) Kobaltcarbonyl, 150 g 1-Dimethylamino-2-hydroxymethyl-4-methylbenzol und 800 g Methanol vorgelegt. Entsprechend dem Beispiel 1 wurde die Umsetzung 4 Stunden lang bei 120°C und einem Druck von 280 bar durchgeführt. Nach dem Entspannen wurde eine homogene Lösung erhalten. Das Ausgangsamin II war vollständig umgesetzt (GC-Analyse). Es wurden 15 g Triphenylphosphin zugegeben, wodurch das Kobaltcarbonyl in Form eines schwerflüchtigen Komplexes gebunden wurde, dann zunächst das Methanol destilliert und schließlich 1-Dimethylamino-2-methoxycarbonylmethyl-4-methylbenzol bei Kp. 101 bis 102°C (0,5 mbar) isoliert. (IR, NMR, Elementaranalyse und Verseifungszahl 269). Die Ausbeute betrug 170 g (=91% der Theorie).

Beispiel 7

In einem 2-l-Rührautoklaven wurden 35 g (0,1 Mol) Dikobaltoctacarbonyl, 441 g (2,57 Mol) 2-Hydroxymethyl-4-chlor-6-methylphenol und 1,2 kg Methanol vorgelegt. Die Umsetzung wurde entsprechend dem Beispiel 1 während 4 Stunden bei 120°C und 280 bar durchgeführt. Das Reaktionsgemisch wurde im Vakuum von Methanol befreit. Der Rückstand wurde in 2 l Methylenchlorid aufgenommen und mit 1 l 10gew.-%iger Essigsäure 1 Stunde bei 30°C kräftig gerührt. Nach der Phasentrennung wurde die Methylenchloridlösung dreimal mit Wasser gewaschen. Nach Abdestillieren des Methylenchlorids verblieben 490 g (Verseifungszahl von Ester und Lacton 260, IR- und NMR-Spektrum) eines Gemisches aus 2-Methoxycarbonylmethyl-4-chlor-6- methylphenol (80% der Theorie) und dem durch Abspaltung von Methanol entstandenen Lacton (10% der Theorie).

Claims

Verfahren zur Herstellung von Phenylessigsäureestern der Formel I worin die einzelnen Reste R¹, R² und R³ gleich oder verschieden sein können und jeweils einen aliphatischen Rest bedeuten, R⁴ den Rest -NH₂, den Rest -NH-R⁵, den Rest den Rest -OH, den Rest -O-R⁵ oder den Rest bezeichnet, die Reste R² und R³ auch jeweils für ein Wasserstoffatom, ein Halogenatom, einen cycloaliphatischen, araliphatischen, aromatischen Rest, eine Alkoxygruppe, eine Aryloxygruppe, eine aliphatische Acylgruppe oder den Rest worin R¹ die vorgenannte Bedeutung besitzt, stehen können, die einzelnen Reste R⁵ gleich oder verschieden sein können und jeweils einen aliphatischen Rest bedeuten, durch Umsetzung von Hydroxymethylbenzolen mit Kohlenmonoxid in Gegenwart von Metallcarbonylen, dadurch gekennzeichnet, daß man Hydroxymethylbenzole der Formel II worin R⁴ die vorgenannte Bedeutung besitzt, R⁶ die Bedeutung von R² und R⁷ die Bedeutung von R³ besitzen, darüber hinaus die einzelnen Reste R⁶ und R⁷ auch jeweils den Rest -CH₂-OH, wenn die entsprechenden Reste R² und/oder R³ jeweils den Rest bedeuten, bezeichnen können, mit Kohlenmonoxid und aliphatischen Alkoholen der Formel IIIR¹-OH III,worin R¹ die vorgenannte Bedeutung besitzt, in Gegenwart von Metallcarbonylen umsetzt.