DE3526510A1

DE3526510A1 - Verfahren zur herstellung von 2,3-dihydro-7-aminobenzofuranen

Info

Publication number: DE3526510A1
Application number: DE19853526510
Authority: DE
Inventors: Haruo Kitakyushu Fukuoka Katsumata; Takemi Sagamihara Kanagawa Nakanome; Mitsuhiko Tamura
Original assignee: Mitsubishi Kasei Corp
Current assignee: Mitsubishi Kasei Corp
Priority date: 1984-07-25
Filing date: 1985-07-24
Publication date: 1986-02-13
Also published as: CH665638A5; JPS6133183A; US4647677A

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von 2,3-Dihydro-7-aminobenzofuranen.

2,3-Dihydro-2,2-dimethy1-7-benzofuranyl-N-methylcarbamat (Carbofuran) ist als nützliches Insektizid bekannt. Es wurde bereits eine Reihe von Verfahren zur Herstellung von Carbofuran vorgeschlagen. Die bekannten Verfahren leiden jedoch daran, daß sie entweder eine große Anzahl von Verfahrensstufen umfassen oder eine schlechte Selektivität oder Ausbeute ergeben. Demzufolge besteht ein Bedürfnis zur Entwicklung eines verbesserten Verfahrens zur

15 Herstellung von Verbindungen dieser Art.

Es wurde bereits ein Verfahren vorgeschlagen, gemäß dem Carbofuran über 2,3-Dihydro-2,2-dimethyl-7-aminobenzofuran hergestellt wird. Die US-PS 3 320 286 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von 2,3-Dihydro-2,2-dimethyl-7-benzofuranol (welches nachfolgend auch als BFL abgekürzt bezeichnet wird), einem Vorläufer des Carbofurans, unter Anwendung der folgenden Reaktionssequenz, die von o-Nitrophenol und einem Methallylhalogenid als Ausgangsmaterialien ausgeht. In der Reaktionsfolge wird 2,3-Dihydro-2,2-dimethyl-7-nitrobenzofuran zu 2,3-Dihydro-2,2-dimethyl-7-aminobenzofuran hydriert:

35 ί

f I

ORIGINAL f.NCPECTED

TER MEER ■ MÖLLER · STaNMEiSTER

MCIL - F-3483

CH₃

+ OH2sCCH2X

OCH2-Ce CH2 I CH₃

NO 2

0 .CH₃

SO₄

(BFL)

Carbofuran

Die ÜS-PS 3 412 110 lehrt ein Verfahren, gemäß dem o-Acetamidophenol und ein Methailylhalogenid in ähnlicher Weise wie der oben beschriebenen umgesetzt werden unter Bildung von 2,3-Dihydro-2,2-dimethyl-7-acetamidobenzofuran, welches zu 2,3-Dihydro-2,2-dimethyl-7-aminobenzofuran hydrolisiert wird.

Andererseits ist zur Einführung einer Aminogruppe in den Benzolkern ein Verfahren bekannt, gemäß dem Ammoniak mit beispielsweise Chlorbenzol in Gegenwart eines Kupferkatalysators umgesetzt wird, um das Chloratom durch eine Aminogruppe zu substituieren. Wie bekannt ist, handelt es sich bei dieser Reaktion um eine nucleophile Reaktion, die durch eine Elektronen anziehende Gruppe, wie eine Nitrogruppe, in der ortho- oder para-Stellung in bezug auf

AL !NCPEC7ED

TER MEER · MÜLLER - STElMfviEiSTER MCIL - F-3483

— D ~

das Chloratom aktiviert wird. Es ist daher anzunehmen, daß, wenn in der ortho-Stellung in bezug auf das Chloratom eine Elektronendonorgruppe steht, die Reaktivität absinkt. Soweit bekannt,ist daher auch eine Reaktion zwisehen einer Verbindung mit einem Substituenten, der einen Elektronendonor darstellt, in der ortho-Position relativ zu dem Chloratom und Ammoniak niemals beschrieben worden.

Es hat sich nun überraschenderweise gezeigt, daß man zur Herstellung von 2,3-Dihydro-2,2-dimethyl-7-aminobenzofuranen, die wertvolle Zwischenprodukte für die Herstellung von Carbofuran darstellen, als Ausgangsmaterial das entsprechende 7-Halogenbenzofuran einsetzen kann. Da die Furanylgruppe eine starke Elektronendonorgruppe darstellt, war davon auszugehen, daß die Reaktion zwischen einem Halogenbenzofuran, bei dem die Elektronen abstoßende Furanylgruppe in der ortho-Stellung zu dem Halogenatom steht, und Ammoniak eine sehr geringe Reaktivität aufweisen würde.

Bei der Reaktion eines Halogenbenzols mit Ammoniak ist die Reaktivität um so größer, je größer die positive Ladung des Kohlenstoffatoms, an das das Halogenatom gebunden ist, und um so größer die negative Ladung des HaIo-

25 genatoms sind.

Bei 2,3-Dihydro-2,2-dimethyl-7-chlorbenzofuran ist im Vergleich zu Chlorbenzol die positive Ladung des Kohlenstoff atoms, an das das Chloratom gebunden ist, um die Hälfte bis ein Drittel verringert, während die negative Ladung des Chloratoms um 10 bis 20 % verringert ist.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht nun darin, ein neues Verfahren zur Herstellung von 2,3-Dihydro-7-aminobenzofuranen, die nützliche Zwischenprodukte für die Herstellung von Carbofuran-Insektiziden darstellen,

ORIGINAL !NCP

TER MEER · MÜLLER · StE»MME!ST€P MCIL - F-348 3

3b26b1U

zu schaffen, das nicht an den Nachteilen der vorbekannten Verfahren leidet.

Es hat sich nunmehr überraschenderweise gezeigt, daß man durch Umsetzen eines 7-Halogenbenzofuranderivats mit Ammoniak die entsprechenden 7-Aminobenzofuranderivate mit hoher Ausbeute erhalten kann.

Gegenstand der Erfindung ist daher das Verfahren gemäß Hauptanspruch. Die Unteransprüche betreffen besonders bevorzugte Ausführungsformen dieses Erfindungsgegenstandes.

Die Erfindung betrifft somit ein Verfahren zur Herstellung von 2,3-Dihydro-7-aminobenzofuranen der allgemeinen Formel (I)

in der R und R¹ unabhängig voneinander Wasserstoffatome oder niedrigmolekulare Alkylgruppen darstellen, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß man ein 2,3-Dihydro-7-halogenbenzofuran der allgemeinen Formel (II)

(II)

L^ ¹J K"

in der X ein Halogenatom darstellt und R und R¹ die oben angegebenen Bedeutungen besitzen, in Gegenwart eines Kupferkatalysators mit Ammoniak umsetzt. 35

Eine der bei dem erfindungsgemäßen Verfahren als Ausgangs-

TER MEER · MÜLLER · STEiNMEiSTER MCIL - F-348 3

_ ₈ _ "' 3526bU)

material eingesetzten Verbindungen ist eine Verbindung der obigen allgemeinen Formel (II), in der R und R¹, die gleichartig oder verschieden sein können, Wasserstoffatome oder niedrigmolekulare Alkylgruppen, wie Methylgruppen, Ethylgruppen oder Propylgruppen, und X ein Halogenatom, wie ein Chloratom, ein Bromatom oder ein Iodatom bedeuten. Spezifische Beispiele für bevorzugte Verbindungen der allgemeinen Formel (II) sind 2,3-Diyhdro-2,2-dimethyl-7-chlorbenzofuran und 2,3-Dihydro-2,2-dimethyl-7-brombenzofuran. Die Verbindungen der allgemeinen Formel (II) erhält man beispielsweise nach der in der US-PS 3 356 690 beschriebenen Verfahrensweise. Nach diesem Verfahren werden o-Bromphenol und ein Methallylhalogenid unter Bildung von l-Methallyloxy-2-brombenzol umgesetzt, welches dann unter Bildung von 2-Brom-6-methallylphenol umgelagert wird. Anschließend wird das 2-Brom-6-methallylphenol in Gegenwart eines geeigneten sauren Katalysators unter Bildung von 2,2-Dimethyl-2,3-dihydro-7-brombenzofuran erhitzt. Man kann eine Vielzahl von Verbindungen der obigen allgemeinen Formel (II) mit Hilfe des oben beschriebenen Verfahrens herstellen, indem man anstelle von o-Bromphenol o-Chlorphenol und/oder anstelle des Methailylhalogenids ein Alkenylhalogenid, wie ein Allylhalogenid, einsetzt.

Alternativ kann man die Verbindungen der allgemeinen Formel (II) nach dem Verfahren herstellen, das in der EP-OS 90 976 beschrieben ist. Insbesondere kann man Cyclohexanon und einen Aldehyd, wie Isobutyraldehyd, einer Aldolkondensation unterwerfen und dann zur Bildung von 2-Isobutylidencyclohexanon entwässern. Diese Verbindung wird anschließend halogeniert und dann dehydrohalogeniert unter Bildung von 2-Isobutyenyl-6-chlorphenol, wonaqh man die Verbindung zu 2,2-Dimethyl-2,3~dihydro-7-halogenbenzofuran cyclisiert. Wenn man bei dem obigen Verfahren Propionaldehyd anstelle von Isobutyraldehyd

INSPECTED

TER MEER -MÖLLER · STE^NMEiSTEF MCIL - P-348 3

einsetzt, so erhält man 2-Methyl-2,3-dihydro-7-halogenbenzofuran.

Bei der Reaktion zwischen der Verbindung der allgemeinen Formel (II) und Ammoniak ist es möglich, gasförmiges Ammoniak unter Druck in den Reaktor einzuführen oder auch das gasförmige Ammoniak durch Abkühlen in dem Reaktor zu verflüssigen und dann in dieser Weise für die Reaktion einzusetzen. Die Anwendung von gasförmigem Ammoniak ist jedoch in der Praxis nicht sehr bequem. Im allgemeinen verwendet man daher flüssiges Ammoniak oder eine wäßrige Ammoniaklösung, wovon die wäßrige Ammoniaklösung bevorzugt ist. Die Ammoniakkonzentration in einer solchen Lösung kann sich von 1 bis 100 Gew.-%, und vorzugsweise von 5

15 bis 70 Gew.-%, erstrecken.

Die Ammoniakmenge, als NH gerechnet, beträgt 0,5 bis 10 Mol, vorzugsweise 1 bis 5 Mol pro Mol der Verbindung der allgemeinen Formel (II).

Als Kupferkatalysator kann man bei der Reaktion beispielsweise einwertige und zweiwertige Kupferverbindungen, wie die Oxide, Hydroxide, Mineralsäuresalze, wie Hydrochloride, Sulfate, Nitrate, Phosphate und dergleichen, sowie

25 die Ammoniakkomplexsalze davon nennen.

Die Menge des Katalysators liegt im Bereich von 0,01 bis 2 Mol und vorzugsweise von 0,05 bis 1 Mol pro Mol der Verbindung der allgemeinen Formel (II).

Das Reaktionssystem kann entweder homogen oder heterogen sein, wobei die Reaktion im allgemeinen in Abwesenheit eines Lösungsmittels durchgeführt wird. Erforderlichenfalls kann man jedoch ein Kohlenwasserstofflösungsmittel,

35 wie Benzol, Toluol oder dergleichen verwenden.

owe»*·«· '■"

TER MEER · MÜLLER · STEIN.V)ElST=P MCIL - F-3483

Die Reaktion wird bei einer Temperatur von 150 bis 400⁰C und vorzugsweise von 150 bis 300⁰C während einer Zeitdauer von 5 bis 10 Stunden und vorzugsweise von 30 Minuten bis 8 Stunden unter dem bei der Reaktionstemperatur von selbst gebildeten Druck durchgeführt.

Wenn bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eine wäßrige Ammoniaklösung eingesetzt wird, besteht das Reaktionssystem aus einer wäßrigen Phase und einer organischen Phase. Bei diesem System bildet der Katalysator ein Ammoniakkomplexsalz, welches in Wasser löslich ist oder teilweise in Form eines unlöslichen Salzes vorliegt. Das Ausgangsmaterial und das Reaktionsprodukt liegen in der organischen Phase vor.

Das bei der Reaktion gebildete Ammoniumhalogenid liegt ebenfalls in der Wasserphase vor. Daher wird nach der Reaktion der unlösliche feste Katalysator entfernt, wonach die organische Phase durch Abtrennen von der wäßrigen Phase oder durch Extraktion der Reaktionsmischung mit einem organischen Lösungsmittel, wie Benzol, Toluol oder dergleichen, gewonnen wird. Die in dieser Weise gewonnene organische Phase wird erforderlichenfalls mit Wasser gewaschen und zur Isolierung des gewünschten Produkts destilliert, worauf das Produkt erforderlichenfalls durch Umkristallisation aus Hexan, Heptan oder dergleichen gereinigt wird.

Wenn es wegen des geringfügigen Unterschieds der Siedepunkte zwischen dem Produkt und dem Ausgangsmaterial schwierig ist, das Produkt durch Destillation zu isolieren, versetzt man die organische Phase mit einer wäßrigen Lösung einer Mineralsäure, wie Chlorwasserstoffsäure oder Schwefelsäure, um das Produkt in die wäßrige Phase zu überführen. Anschließend wird die wäßrige Phase abgetrennt und durch Zugabe eines Alkalis neutralisiert, um

TER MEER · MÜLLER ■ StEiNVIEI-STEP MCIL - F-3.483

:3526b 1Ü

die organische Phase wieder freizusetzen. Die im zweiten Fall anfallende organische Phase wird abgetrennt oder mit Benzol, Toluol oder dergleichen in der oben beschriebenen Weise extrahiert und dann zur Gewinnung des Produkts destilliert. Während das Ausgangsmaterial und die Verbindung der Formel (III) durch Destillation der von der wäßrigen Mineralsäurelösung abgetrennten organischen Phase gewonnen werden, wird in gewissen Fällen die Ausfällungsmethode der Destillation vorgezogen.

Da eine wäßrige Ammoniaklösung verwendet wird, liegt Wasser in wesentlichen Mengen im Reaktionssystem vor. Hierdurch kann eine Hydrolyse oder eine gleichzeitige Reaktion der Aminoverbindung der allgemeinen Formel (I) erfolgen, wodurch als Nebenprodukt eine Hydroxyverbindung der nachfolgenden allgemeinen Formel (III)

in der R und R¹ die bezüglich der allgemeinen Formel (II) angegebenen Bedeutungen besitzen, gebildet wird. Die Menge des Nebenprodukts liegt im allgemeinen im Bereich von 5 bis 20 Gew.-% der Verbindung der allgemeinen Formel (I).

Die Herstellung eines Insektizids, wie Carbofuran, ausgehend aus der erfindungsgemäß hergestellten Aminoverbindung, schließt die Bildung einer Verbindung der allgemeinen Formel (III) durch Diazotierung und Hydrolyse ein, so daß es nicht notwendig ist, das Nebenprodukt der allgemeinen Formel (III) abzutrennen.

Wenn andererseits flüssiges Ammoniak als Ammoniakquelle verwendet wird, wird das überschüssige Ammoniak in dem

TER MEER -MÖLLER · STELN'MEISThfR. . MCIL - F-3483

_ ₁₂ ;* ■ ■ 352651U

Reaktionssystem in Gasform nach Beendigung der Reaktion zurückgewonnen. Erforderlichenfalls kann man zu Neutralisation der Reaktionslösung eine wäßrige Säurelösung zusetzen und den Katalysator von der Reaktionslösung abtrennen, wonach man die organische Phase in der oben beschriebenen Weise zur Gewinnung des angestrebten Produkts behandelt. Die nach der Abtrennung des Katalysators erhaltene organische Phase kann mit einer wäßrigen Schwefelsäurelösung extrahiert werden. In diesem Fall wird die Aminoverbindung der allgemeinen Formel (I) in ein Sulfat umgewandelt und in die wäßrige Phase extrahiert. Diese wäßrige Phase wird abgetrennt, mit Natriumnitrit zur Diazotierung versetzt und hydrolysiert unter Bildung der Hydroxyverbindung der obigen allgemeinen For-

15 mel (III).

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden 2,3-Dihydro-2,2-dimethyl-7-chlor- oder -brom-benzofuran ohne die Anwendung irgendeines Lösungsmittels bei einer Temperatur von 150 bis 400⁰C, vorzugsweise 200 bis 300⁰C im Fall von 2,3-Dihydro-2,2-dimethyl-7-chlorbenzofuran und bei 150 bis 300⁰C im Fall der Bromverbindung mit einer wäßrigen Ammoniaklösung umgesetzt. Die Konzentration der Ammoniaklösung beträgt 5 bis 70 Gew.-%, und ihre Menge beläuft sich von etwa der einbis fünffachen Molmenge, als NH-. gerechnet, pro Mol 2,3-Dihydro-2,2-dimethy1-7-halogenbenzofuran.

Der Reaktionsdruck ist der sich selbst ergebende Druck, was bedeutet, daß, wenn die Reaktion bei etwa 165°C durchgeführt wird, der sich selbst ergebende Überdruck über dem Atmosphärendruck etwa 8,8 bar (9 kg/cm²) und bei 200⁰C etwa 19,6 bis 24,5 bar (20 bis 25 kg/cm²) beträgt.

Die folgenden Beispiele dienen der weiteren Erläuterung der_t Erfindung.

TER MEER · MÜLLER · STEiNMEI-STeP MC IL- F-3483

_ ₁₃ _

Beispiele 1 bis 5

Man beschickt einen 300 ml-Reaktor aus rostfreiem Stahl mit 0,1 Mol 2,2-Dimethyl-2,3-dihydro-7-chlorbenzofuran, 0,3 Mol einer 10 %-igen wäßrigen Ammoniaklösung (als NH^ gerechnet) und 0,2 Mol der in der nachfolgenden Tabelle I angegebenen Kupferkatalysatoren. Anschließend bringt man den Reaktor in ein bei 250⁰C gehaltenes Ölbad ein und erhitzt den Inhalt unter Rühren. Nach etwa 40 Minuten erreicht der Druck im Inneren des Reaktors 39,2 bar (40 kg/ cm²). Man hält die Reaktionsmischung während weiterer 2 Stunden bei der oben angegebenen Temperatur. Nach Beendigung der Reaktion kühlt man die Reaktionsmischung auf Raumtempreatur ab und filtriert zur Abtrennung des Katalysators, wonach man die Flüssigkeit in zwei Phasen trennt. Die sich ergebende organische Phase wird flüssigkeitschromatographisch analysiert. Die hierbei erhaltenen Ergebnisse sind ebenfalls in der Tabelle I angegeben.

20 Beispiele 6 und 7

Man wiederholt die Maßnahmen des Beispiels 1 mit dem Unterschied, daß man die Reaktionsbedingungen teilweise abändert, wie es in der Tabelle I angegeben ist. Die hierbei erzielten Ergebnisse sind ebenfalls in der Tabelle I angegeben.

Verqleichsbeispiel

Man wiederholt die Maßnahmen des Beispiels 7 mit dem Unterschied, daß man die Reaktion während 5 Stunden ohne die Anwendung eines Katalysators durchführt. Hierbei zeigt sich, daß praktisch die Gesamtmenge der Ausgangsmaterialien unverändert bleibt. Die hierbei erhaltenen Ergebnisse sind ebenfalls in der Tabelle I angegeben.

TERMEER-MULLER-ETEINWSST-EP MCIL - F-348 3

3VZb b-TV

Die Abkürzungen und Analysenbedingungen, wie sie in der nachfolgenden Tabelle I verwendet werden, sind die folgenden:

BFC = 2,2-Dimethyl-2,3-dihydro-7-chlorbenzofuran BFA = 2,2-Dimethyl-2,3-dihydro-7-aminobenzofuran BFL = 2,2-Dimethyl-2,3-dihydro-7-benzofuranol Analysenbedingungen (Flüssigkeitschromatographie): Säule: Nucleosil ODS 7 μπι, 4 mm Durchmesser, 30 cm Länge Mobile Phase: 0,01 M Natriumlaurylsulfat in 50 %-iger

wäßriger Acetonitrillösung (pH-Wert mit Phosphorsäure auf 2,0 eingestellt) Strömungsgeschwindigkeit: 1,0 ml/min Detektor: UV: 290 nm

Interner Standard: Dimethylterephthalat Retentionszeiten: BFL = 5,6 min

BFA = 6,7 min
IS =7,9 min
BFC = 15,9 min
20

TABELLE I

Bei	NH (	Reakti	0,2	onsbedingungen	Temp. (⁰C)	Zeit (h)	Kataly sator	Reaktionserqebnisse	Selektivitäten für BFA BFL BFA+BFL (%)	5	12,	5	84,0
spiel Nr.	3,	3: Katalysator Molverhältnis)	0,2	:BFC	250	2	Cu₂O	Reaktions geschwindig keit von BFC (%)	71,	8	7,	3	99,1
1	3,	0	0,2	1	250	2	CuCl₂	33,1	91,	0	9,	6	91,6
2	3,	0	0,2	1	250	2	CuSO.	29,7	82,	1	4,	8	64,9
3	3,	0	0,2	1	250	2	Cu(NO₃)₂	47,7	60,	8	9,	5	73,3
4	3,	0	0,5	1	250	2	CuO	49,5	63,	8	4,	7	83,5
5	3,	0	0,2	1	225	5	CuCl	47,2	78,	0	6,	5	80,5
6	3,	0	-	1	250	5	CUSO	64,5	74,		1>		1>
7	3,	0	1	250	5	-	66,2	1>
Ver gleichs- beispiel		0	1		1,5

V "

m rn n

Ol
C)

H f

Claims

TER MEER-MÜLLER-STEINMEISTER

PATENTANWÄLTE — EUROPEAN PATENT ATTORNEYS

Dipl.-Chem. Dr. N. ter Meer Dipl.-Ing. H. Steinmeister D-8OOO MÜNCHEN 80 D-48OO BIELEFELD 1

F-3483 24. Juli 1985

MITSUBISHI CHEMICAL INDUSTRIES LIMITED

5-2, Marunouchi 2-chome Chiyoda-ku, Tokyo 100, Japan

Verfahren zur Herstellung von 2,3-Dihydro-7-amino-

benzofuranen

Priorität: 25. Juli 1984, Japan, Nr. 154458/1984 (P)

Patentansprüche

qJ Verfahren zur Herstellung von 2,3-Dihydro-V-ami-5 nobenzofuranen der allgemeinen Formel (I)

(I) 10

in der R und R¹ unabhängig voneinander Wasserstoffatome oder niedrigmolekulare Alkylgruppen bedeuten, da-

TER MEER · MÜLLER · STEiNiviEloTER ' MCIL - F-3 48 3

durch gekennzeichnet, daß man ein 2,3-Dihydro-7-halogenbenzofuran der allgemeinen Formel (II)

in der X für ein Halogenatom steht und R und R¹ die oben angegebenen Bedeutungen besitzen,

in Gegenwart eines Kupferkatalysators mit Ammoniak umsetzt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e -

*? kennzeichnet, daß man das Ammoniak in Form

'* einer wäßrigen Lösung mit einer Konzentration von 5 bis

* 70 Gew.-% einsetzt.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktion zwischen dem 2 ,3-Dihydro-7-halogenbenzofuran der allgemeinen Formel (II) und Ammoniak bei einer Temperatur von 150 bis 400⁰C durchgeführt wird.

25
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Reaktion bei einer Temperatur von 150 bis 300⁰C durchgeführt wird.
• 30 5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß man als 2,3-Dihydro-7-halogenbenzofuran der allgemeinen Formel (II) 2,3-Dihydro-2,2-dimethyl-7-chlorbenzofuran einsetzt.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Kupferkatalysator aus

ORIGINAL tNSPcCTED

TER MEER · MÜLLER · STEIf-JMEiSTER MCIL - F-348 3

der Kupferoxide, -hydroxide, -chloride, -sulfate, -nitrate, -phosphate und -aminoniakkomplexsalze umfassenden Gruppe ausgewählt ist.