DE3619169A1

DE3619169A1 - Verfahren zur acylierung von aromaten

Info

Publication number: DE3619169A1
Application number: DE19863619169
Authority: DE
Inventors: Manfred Dr Eggersdorfer; Hardo Dr Siegel; Alfred Dr Schumacher; Walter Dr Grosch
Original assignee: BASF SE
Current assignee: BASF SE
Priority date: 1986-06-06
Filing date: 1986-06-06
Publication date: 1987-12-10
Also published as: ZA874035B

Description

Die Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren zur Acylierung von Aromaten nach Friedel-Crafts, insbesondere zur Herstellung von alkylsubstituierten aromatischen Ketonen durch Umsetzung von Carbonsäurehalogeniden oder Carbonsäureanhydriden mit Alkylaromaten in Gegenwart eines Friedel-Crafts-Katalysators.

Die Friedel-Craft-Acylierung von Aromaten, d. h. die Einführung einer Acylgruppe in aromatische Verbindungen durch Einwirkung eines Acylierungsmittels auf Aromaten in Gegenwart bestimmter Metallhalogenide wie beispielsweise Aluminiumchlorid, ist allgemein bekannt, z. B. aus Houben-Weyl, Methoden der org. Chem. Bd. VII/2a, 1973, Seiten 15-39 und 311-325. Nachteilig an diesem Verfahren ist das Auftreten von Nebenreaktionen, insbesondere wenn alkylsubstituierte Aromaten acyliert werden. So kommt es zur Bildung harziger Nebenprodukte, sowie zur Abspaltung der Alkylgruppe und zu Isomerisierungen vor allem, wenn Aromaten mit sekundären oder tertiären Alkylresten umgesetzt werden. Wie aus verschiedenen Veröffentlichungen hervorgeht, sollen diese Nebenreaktionen durch ein Zusammenwirken von AlCl₃ und Chlorwasserstoff der, sofern er nicht im Katalysator gegenwärtig ist, während der Friedel-Crafts- Acylierung entsteht (s. C. A. Olah, Friedel-Crafts and Related Reactions, Bd. I, Seiten 207 und Bd. III, Teil I, S. 550 ff, Intersience 1964), verursacht werden. Um die Nebenreaktionen zurückzudrängen, wird empfohlen, frisch sublimierte Katalysatoren zu verwenden und den entstehenden Halogenwasserstoff durch Anlegen von vermindertem Druck oder Durchleiten von Inertgasen aus dem Reaktionsgemisch zu entfernen (s. C. A. Olah, Friedel-Crafts and Related Reactions, Bd. III, S. 549 und dort zitierte Literatur). Durch diese Maßnahmen kann, wie auch aus der DE-AS 27 20 294 hervorgeht, die Isomerisierung in gewissem Maße zurückgedrängt werden, jedoch ist das Ergebnis noch unbefriedigend; die weitere Auftrennung der anfallenden Produktgemische ist aufwendig und in vielen Fällen nicht wirtschaftlich möglich, so daß die entsprechenden Gemische für Folgeumsetzungen eingesetzt werden müssen. Weiterhin ist nachteilig, daß erhebliche Mengen der Reaktanten aus dem Reaktionsgemisch entfernt werden, wodurch schlechte Ausbeuten resultieren.

Der Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, die Friedel-Crafts-Acylierung von Aromaten so zu verbessern, daß Nebenreaktionen weitgehend vermieden wird und die Produkte in hohen Ausbeuten anfallen. Insbesondere sollte bei der Umsetzung von Alkylaromaten die Abspaltung und Isomerisierung der Alkylgruppen unterdrückt werden.

Demgemäß wurde ein Verfahren zur Acylierung von Aromaten nach Friedel-Crafts gefunden, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man die Umsetzung in Gegenwart von Aluminiumalkylen oder Alkylaluminiumhalogeniden durchführt.

Besonders vorteilhaft können nach dem erfindungsgemäßen Verfahren Carbonsäurehalogenide oder -anhydride mit Alkylaromaten zu alkylsubstituierten Ketonen umgesetzt werden. Bei Verwendung von a) Acetylchlorid bzw. b) Phtalsäureanhydrid und tert.-Butylbenzol als Ausgangsstoffe und einem Gemisch aus Trialkylaluminium bzw. Alkylaluminiumhalogenid und Aluminiumhalogenid als Katalysator läßt sich die Umsetzung durch folgende Reaktionsgleichungen beschreiben:

R= Alkylrest X= Halogen, n = 1, 2 oder 3

Erfindungsgemäß wird die Friedel-Crafts-Acylierung in Gegenwart von Aluminiumalkylenen oder Alkylaluminiumhalogeniden durchgeführt. Als Aluminiumalkyle bzw. Aklylaluminiumhalogenide kommen z. B. solche der Formel I

R_n-AlX_3-n (I)

in der R gleiche oder verschiedene Alkylgruppen mit jeweils 1 bis 12, vorzugsweise 1 bis 6, insbesondere 1 bis 4 Kohlenstoffatomen z. B. Methyl-, Ethyl-, n-Propyl-, iso-Propyl-, n-Butyl- oder iso-Butylgruppen bedeutet, X für Fluor, Chlor, Brom oder Jod steht, wobei aus Kostengründen Chlor bevorzugt ist, n die Zahlen 1, 2 oder 3 darstellt oder Gemische von zwei verschiedenen Verbindungen der Formel I in Betracht.

Beispielsweise seien folgende Verbindungen aufgeführt: Methylaluminiumdichlorid und -dibromid, Ethylaluminiumdichlorid und -dibromid, iso-Propylaluminiumdibromid, n-Hexylaluminiumdichlorid, Dodecylaluminiumdÿodid, Dimethylaluminiumchlorid, Diethylaluminiumbromid oder Dibutylaluminiumiodid. Gemische dieser Verbindungen sind beispielsweise Ethylaluminiumsesquichlorid oder Gemische von Alkylaluminiumdichlorid und Dialkylaluminiumchlorid in einem Molverhältnis von z. B. 20:1 bis 1:20.

Anstelle der Alkylaluminiumhalogenide kann dem Reaktionsgemisch auch vorteilhaft Trialkylaluminium zugesetzt werden, z. B. Trimethyl-, Triethyl-, Tri-n-propyl-, Triisopropyl-, Tri-n-butyl- oder Tri-n-hexylaluminium sowie Aluminiumalkyle mit gemischten Alkylresten, z. B. Methyldiethylaluminium.

Als Friedel-Crafts-Katalysatoren können die an sich üblichen Verbindungen wie FeCl₃, BF₃ oder TiCl₄ verwendet werden. Besonders geeignet sind Aluminiumhalogenide, bevorzugt solche mit gleichem Halogenrest wie das eingesetzte Alkylaluminiumhalogenid.

Als Aromaten kommen die üblicherweise für Friedel-Crafts-Reaktionen verwendeten Verbindungen wie isocyclische und heterocyclische aromatische Kohlenwasserstoffe in Betracht. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich besonders vorteilhaft Alkylaromaten, z. B. alkylsubstituierte Benzole, Naphthaline, Anthracene, Furane, Benzofurane, Thiophene usw. umsetzen. Alkylreste sind z. B. solche mit 1 bis 20, insbesondere 1 bis 12, vorzugsweise 1 bis 8 Kohlenstoffatomen. Der Alkylrest sowie der aromatische Kern können noch weitere Substituenten wie Halogen, z. B. Chlor oder Brom, C₁-C₄-Alkyl- oder -Alkoxyreste oder Hydroxygruppen tragen, ferner können im Alkylrest Doppel- oder Dreifachbindungen enthalten sein. Vorzugsweise werden Alkylbenzole mit 1 oder 2 verzweigten oder unverzweigten Alkylresten umgesetzt. Beispielsweise seien folgende Alkylbenzole genannt.

Toluol, Ethylbenzol, n-Propylbenzol, iso-Propylbenzol, n-Butylbenzol, sek.-Butylbenzol, tert.-Butylbenzol, n-Pentylbenzol, (2-Methylbutyl)-benzol, (3-Methylbutyl)benzol, (1-Methylbutyl)-benzol, (1,1-Diemethylpropyl)benzol, n-Hexylbenzol, (1-Ethyl-1-methylpropyl)benzol, (1,1-Dimethylbutyl)benzol, (1-Methylpentyl)-benzol, (1-Ethyl-1-methyl)-benzol, (1-Ethylhexyl)benzol, (4-Octyl)-benzol, 1,2-Dimethylbenzol oder 1,4-Diethylbenzol.

Als Acylierungsmittel dienen die üblicherweise verwendeten Verbindungen, insbesondere Carbonsäurehalogenide und -anhydride, aber auch -imidchloride oder die Carbonsäuren selbst.

Hinsichtlich der umzusetzenden Carbonsäurehalogenide bzw. Carbonsäureanhydride bestehen keine Beschränkungen, so lassen sich die Säurefluoride, -iodide und insbesondere -bromide und -chloride umsetzen. In der Regel wird man die Säurechloride aliphatischer, cycloaliphatischer, aromatischer und heterocyclischer Carbonsäuren umsetzen. Beispielsweise seien folgende Säurechloride genannt:

Formylchlorid, Acetylchlorid, Propionylchlorid, n-Butyrylchlorid, n-Octadecansäurechlorid, 3,3-Dimethylacrylsäurechlorid, Benzoylchlorid, 3-Methoxybenzoylchlorid, 3-Phenoxybenzoylchlorid, o-Chlorbenzoylchlorid, o-Chlorbenzoylchlorid, 3-Chlor-5-methylbenzoylchlorid, 2,6-Dichlorbenzoylchlorid, m-Brombenzoylchlorid, o-Brombenzoylchlorid, p-Methylbenzoylchlorid, p-tert.-Butyl-benzoylchlorid, p-Nitrobenzoylchlorid, p-Carbo-methoxybenzoylchlorid, m-Carbobutoxybenzoylchlorid, Phenylessigsäurechlorid, 4-Chlorphenylessigsäurechlorid, Zimtsäurechlorid, 4-Chlorzimtsäurechlorid, Furan-2-carbonsäurechlorid, Thiophen-2-carbonsäurechlorid.

Als Säureanhydride können Anhydride von aliphatischen, cycloaliphatischen, araliphatischen, aromatischen oder heterocyclischen Mono- oder Dicarbonsäuren eingesetzt werden. Anhydride von Monocarbonsäuren sind beispielsweise Acetanhydrid, Propionsäureanhydrid, n-Buttersäureanhydrid oder Benzoesäureanhydrid, Anhydride von Dicarbonsäuren sind beispielsweise Maleinsäureanhydrid, Bernsteinsäureanhydrid, Methylmaleinsäureanhydrid, Tetraethylbernsteinsäureanhydrid, Phthalsäureanhydrid oder 4,5-Methylendioxy-phthalsäureanhydrid.

Die für Friedel-Crafts-Reaktionen üblicherweise verwendeten Katalysatormengen können auch im erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt werden, wobei sich die Gesamtkatalysatormenge aus der Summe der Lewis-Säure wie Aluminiumhalogenid und Alkylaluminiumhalogenid ergibt. In der Regel werden pro Äquivalent Säurehalogenid 1 bis 1,5 mol, vorzugsweise 1,1 bis 1,2 mol bzw. pro Äquivalent Säureanhydrid 2 bis 2,5 mol, vorzugsweise 2,1 bis 2,2 mol eines Gemisches aus Friedel-Crafts-Katalysator und Alkylaluminiumhalogenid verwendet. Höhere Überschüsse sind möglich, bringen aber keinen Vorteil. Werden Ausgangsstoffe mit Substituenten, die mit dem Katalysator stabile Komplexe bilden, verwendet, so ist die Gesamtkatalysatormenge entsprechend zu erhöhen.

Der Zusatz der aluminiumorganischen Verbindung bewirkt, daß der im Reaktionsgemisch vorhandene bzw. entstehende Chlorwasserstoff unter Bildung von Aluminiumhalogenid und Alkan gebunden wird. Die wirksame Menge richtet sich daher nach der Anzahl der im Molekül vorhandenen Alkylreste, sie liegt vorteilhaft bei 0,1 bis ca. 1 mol Alkylaluminiumdihalogenid oder etwa 0,05 bis 0,5 mol Dialkylaluminiumhalogenid oder etwa 0,03 bis 0,33 mol Trialkylaluminium, jeweils bezogen auf ein Äquivalent Carbonsäurederivat wie Säurehalogenid bzw. -anhydrid. Größere Mengen bis hin zum völligen Ersatz des Aluminiumhalogenids sind möglich, jedoch wird man aus wirtschaftlichen Erwägungen versuchen, den Anteil der aluminium organischen Verbindung möglichst gering zu halten.

Die Reaktion kann ohne oder vorteilhaft in Gegenwart eines Lösungsmittels ausgeführt werden, wobei als Lösungsmittel die konventionellen Lösungsmittel für Friedel-Crafts-Raktionen in Betracht kommen, z. B. Chlorbenzol, Dichlorbenzol, 1,2-Dichlorethan, Trichlorethylen, Schwefelkohlenstoff, Nitromethan oder Nitrobenzol.

Die Durchführung der Reaktion kann in an sich bekannter Weise erfolgen, wobei man die Ausgangsstoffe bei Temperaturen von -20 bis 100, vorzugsweise 0 bis 60, insbesondere 10 bis 40°C und bei erhöhtem oder vermindertem Druck, vorzugsweise bei Normaldruck umsetzen kann.

Zweckmäßigerweise legt man das Carbonsäurehalogenid bzw. -anhydrid zusammen mit dem Lösungsmittel vor und führt das Aluminiumhalogenid sowie anschließend den Alkylaromaten im Gemisch mit dem Alkylaluminiumhalogenid bzw. Trialkylaluminium hinzu.

Die Aufarbeitung des Reaktionsgemisches und Isolierung der Produkte erfolgt in üblicher Weise, so daß sich nähere Ausführungen hierzu erübrigen.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es überraschend möglich, die aromatische Ketone, die wertvolle Zwischen- und Endprodukte beispielsweise für Farbstoffe, Hilfsstoffe, Pflanzenschutzmittel und Pharmaka sind, in gegenüber dem Stand der Technik weitaus höheren Ausbeuten herzustellen.

Beispiel 1 Herstellung von 4-tert.-Butyl-acetophenon

78 g (1 mol) Acetylchlorid wurden in 100 ml Dichlorbenzol vorgelegt und dann 73 g (0,6 mol) AlCl₃ in Portionen hinzugegeben. Im Verlaufe von 5 Stunden wurde in diese Lösung bei 15 bis 20°C ein Gemisch von 134 g (1 mol) tert. Butylbenzol und 60 g (0,5 mol) Diethylaluminiumchlorid in 50 ml 1,2-Dichlorbenzol getropft. Anschließend wurde 1 Stunde bei 30°C nachgerührt.

Nach beendeter Reaktion wurde der Reaktionsaustrag auf ein Gemisch von 1 l H₂O mit 300 g Eis und 30 ml konzentrierte H₂SO₄ gegossen, die organische Phase abgetrennt, getrocknet und destilliert.

Ausbeute: 162 g 4-tert.-Butyl-acetophenon (= 92% d. Th.).

Beispiel 2 Herstellung von 4-tert.-Amyl-propiophenon

Entsprechend Beispiel 1 wurden umgesetzt:

92 g (1 mol) Propionsäurechlorid
148 g (1 mol) tert.-Amylbenzol
27 g (0,2 mol) AlCl₃
113 g (0,9 mol) Ethylaluminiumdichlorid

Ausbeute: 184 g 4-tert.-Amyl-propiophenon (=90% d. Th.).

Beispiel 3 Herstellung von 2-(4-tert.-Amyl-benzoyl)-benzoesäure

Entsprechend Beispiel 1 wurden in 300 ml Dichlorbenzol umgesetzt:

74 g (0,5 mol) Phthalsäureanhydrid
74 g (0,5 mol) tert.-Amylbenzol
73 g (0,6 mol) AlCl₃
63 g (0,5 mol) Ethylaluminiumdichlorid

Ausbeute: 133 g 2-(4-tert.-Amyl-benzoyl)-benzoesäure (= 90% d. Th.).

Vergleichsbeispiel 3a und 3b

a) Die Umsetzung erfolgte entsprechend Beispiel 3, jedoch in Gegenwart von 145 g (1,1 Mol) AlCl₃ ohne Zusatz von Ethylaluminiumdichlorid in 150 ml Dichlorbenzol.
b) Entsprechend Beispiel a) jedoch unter Einleiten von trockener Luft während der Umsetzung.

Nach Aufarbeitung anolog Beispiel 1 wurden a) 120,5 g und b) 115 g eines Feststoffes erhalten, der gemäß HPLC-Analyse folgende Zusammensetzung aufwies (HPLC-Flächenprozente):

Beispiel 4 Herstellung von 2-[4-(1-Ethyl-1-methyl-pentyl-benzoyl)]-benzoesäure

Entsprechend Beispiel 1 wurden umgesetzt:

74 g (0,5 mol) Phthalsäureanhydrid
95 g (0,5 mol) (1-Ethyl-1-methyl-pentyl)-benzol
113 g (0,85 mol) AlCl₃
30 g (0,25 mol) Diethylaluminiumchlorid

Ausbeute: 154 g 2-[4-(1-Ethyl-1-methyl-pentyl-benzoyl)]-benzoesäure (= 91% d. Th.).

Beispiel 5 Herstellung von 2-(4-tert.-Amyl-benzoyl)-benzoesäure

Entsprechend Beispiel 3 wurden umgesetzt:

74 g (0,5 mol) Phthalsäureanhydrid
74 g (0,5 mol) tert. Amylbenzol
97 g (0,8 mol) AlCl₃
34 g (0,3 mol) Triethylaluminium

Ausbeute: 127 g 2-(4-tert.-Amylbenzoyl)-benzoesäure (= 86% d. Th.).

Claims

1. Verfahren zur Acylierung von Aromaten nach Friedel-Crafts, dadurch gekennzeichnet, daß man die Acylierung in Gegenwart von Aluminiumalkylen oder Alkylaluminiumhalogeniden durchführt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man Carbonsäurehalogenide oder Carbonsäureanhydride mit Alkylaromaten zu alkylsubstituierten aromatischen Ketonen umsetzt.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man Trialkylaluminium oder Alkylaluminiumhalogenide der allgemeinen Formel I R_n-Al-X_3-n (I)worin R gleiche oder verschiedene Alkylgruppen mit jeweils 1 bis 12 Kohlenstoffatomen darstellt, X Halogen bedeutet und n für die Zahlen 1, 2 oder 3 steht oder Gemische von zwei Verbindungen der Formel I verwendet.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man Alkylaluminiumchloride verwendet.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man als Friedel-Crafts-Katalysator Aluminiumchloride oder -bromide verwendet.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man als Aromaten Alkylbenzole verwendet.

7. Verfahren nach den Ansrpüchen 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß man pro Äquivalent Säurehalogenid 1 bis 1,5 mol bzw. pro Äquivalent Säureanhydrid 2 bis 2,5 mol eines Gemisches an Friedel-Crafts- Katalysator und Trialkylaluminium oder Alkylaluminiumhalogenid verwendet.

8. Verfahren nach den Ansprüchen 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß man pro Äquivalent Säurehalogenid bzw. -anhydrid 0,1 bis ca. 1 mol Alkylaluminiumdihalogenid oder 0,05 bis ca. 0,5 mol Dialkylaluminiumhalogenid oder 0,33 bis ca. 0,33 mol Trialkylaluminium verwendet.