DE3801549A1

DE3801549A1 - Verfahren zur herstellung von 2-tert.-butyl-4-methoxyphenol

Info

Publication number: DE3801549A1
Application number: DE3801549A
Authority: DE
Inventors: Abram Becker; Nurit Kornberg; Berta Croitoru
Original assignee: Bromine Compounds Ltd
Current assignee: Bromine Compounds Ltd
Priority date: 1987-01-21
Filing date: 1988-01-20
Publication date: 1988-08-04
Also published as: GB8800811D0; GB2200113A; US4898993A; JPS63192735A; IL81339A0; FR2612179B1; GB2200113B; FR2612179A1; IT1218957B; IL81339A; IT8867021A0

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstel lung von 2-tert.-Butyl-4-methoxyphenol.

2-tert.-Butyl-4-methoxyphenol, nachstehend vereinfacht als BHA (butyliertes Hydroxyanisol) bezeichnet, ist ein bekanntes Konservierungsmittel für Nahrungsmittel. Das Verfahren, das üblicherweise zu seiner Herstellung angewendet wird, beinhal tet die Methylierung von Hydrochinon, so daß man 4-Methoxy phenol erhält, welches dann mit Isobutylen zu BHA umgesetzt wird. Mit diesem Verfahren sind jedoch mehrere Nachteile ver bunden. Im ersten Reaktionsschritt findet auch eine Dimethylie rung von Hydrochinon statt, so daß man ein unerwünschtes Ne benprodukt erhält. Der zweite Reaktionsschritt, nämlich die Butylie rung von 4-Methoxyphenol, ist nicht selektiv. Man erhält ein Gemisch von 2- und 3-tert.-Butyl-4-methoxyphenol-Isomeren, üblicherweise ein Gemisch aus 70% des 2-Isomeren und 30% des 3-Isomeren.

Die Trennung der 2- und 3-BHA-Isomeren ist teuer und sehr schwierig, da die Reinigung des 2-Isomeren durch mehrfa che Kristallisation erfolgt. Außerdem muß BHA mindestens 85% des 2-Isomeren enthalten. Die im Handel erhältlichen Produkte werden mit einem 90 bis 93%igem Gehalt des 2-Isomeren ver kauft. Es ist daher wünschenswert, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, bei dem das wertvolle 2-BHA-Isomere in hoher Ausbeute und mit hoher Reinheit erhalten wird.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein einfaches und wirtschaftliches Verfahren zur Verfügung zu stellen, mit dessen Hilfe man das 2-BHA-Isomere in einem hohen Reinheitsgrad herstellen kann.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von 2-tert.-Butyl-4-methoxy phenol ist dadurch gekennzeichnet, daß 4-Brom-2-tert.-butyl phenol in einem organischen Lösungsmittel in Gegenwart eines Katalysators und eines Formamids mit einem Methoxid umgesetzt wird.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Formamid N,N-Dimethylformamid. Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Formamid 4-Formyl- morpholin.

Der Formamidgehalt im Reaktionsgemisch kann zwischen 1,5 und 40 Volumenprozent, bezogen auf das 4-Brom-2-tert.-butylphenol liegen, bevorzugt liegt er zwischen 10 und 20%. Der Fachmann erkennt, daß der Formamidgehalt, verglichen mit bekannten Ver fahren sehr niedrig ist. Bekannte Verfahren, in denen z. B. Dimethylformamid eingesetzt wird, erfordern mehrere Volumina DMF pro Volumen der Reaktanten. Beispielsweise ist in der US-PS 42 18 567 die Methoxylierung von bromierten aromatischen Verbindungen mit CH₃ONa in Gegenwart von Kupfersalzen und DMF beschrieben. Die eingesetzten DMF-Mengen sind sehr hoch, beispiels weise 312 ml DMF für 165 g 3,5-Brom-4-hydroxybenzaldehyd (Beispiel 2) und 450 ml DMF für 214, 4 g 3-Methoxy-4-hydroxy-5- brombenzaldehyd (Beispiel 4). Die geringe Menge Formamid, die im erfindungsgemäßen Verfahren erforderlich ist, bedeutet einen beträchtlichen Vorteil der Erfindung.

Gemäß einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist der Katalysator entweder

a) ein katalytisches System, das ein Gemisch aus Kupfer, Kupfer-(I)-bromid, Bronze und Kaliumjodid enthält; und
b) ein katalytisches System, das ein Gemisch aus Kupfer hydroxycarbonat und Natriumsulfit enthält.

Der am meisten bevorzugte Katalysator ist das katalytische System (a).

Wenn dieser Katalysator (a) in vorteilhafter Weise eingesetzt wird, enthält er (angegeben in Prozent, bezogen auf das Gewicht von 4-Brom-2-tert.-butylphenol)

1. etwa 0,5 bis 1% Kupfer, vorzugsweise etwa 0,5%;
2. etwa 0,9 bis 3,6% Kupfer-(I)-bromid, vorzugsweise etwa 1,8%;
3. etwa 0,25 bis 1% Bronze, vorzugsweise etwa 0,6%; und
4. etwa 0,25 bis 1% Kaliumjodid, vorzugsweise etwa 0,6%.

Wenn der vorstehend beschriebene Katalysator (b) eingesetzt werden soll, enthält eine bevorzugte Zusammensetzung (angege ben als Prozent, bezogen auf das Gewicht von 4-Brom-2-tert.- butylphenol):

1. etwa 1,0 bis 5% CuCO₃Cu(OH)₂, vorzugsweise etwa 2 bis 3%; und
2. etwa 2 bis 10% Natriumsulfit, vorzugsweise etwa 4 bis 6%.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Methoxid Natriummethoxid und das Lösungsmittel ist Methanol. Das eingesetzte Methanol sollte im wesentlichen wasserfrei sein und vorzugsweise weniger als 0,1% Wasser enthalten. Andere Methoxide, wie Kaliummethoxid, können im erfindungsge mäßen Verfahren auch eingesetzt werden, aber Natriummethoxid ist aus praktischen Gründen bevorzugt.

Die Umsetzung wird in einem Temperaturbereich von 70°C bis zur Rückflußtemperatur des Reaktionsgemisches (etwa 100 bis 110°C) durchgeführt. Wenn Methanol als Lösungsmittel einge setzt wird, liegt die bevorzugte Reaktionstemperatur im Be reich von etwa 90 bis 95°C.

Wie vorstehend angegeben, führt das erfindungsgemäße Verfah ren zu 2-tert.-Butyl-4-methoxyphenol mit einem hohen Rein heitsgrad (<99%). Schon vor der Aufarbeitung wird eine Rein heit von mindestens 98 bis 99% BHA erhalten. Dieses hochreine BHA ist ebenfalls Teil der Erfindung.

Wenn das Verfahren der vorliegenden Erfindung mit dem bevor zugten Katalysator (a) durchgeführt wird, können Ausbeuten von 90% oder mehr in einem Reaktionsschritt erzielt werden. Außerdem ist das erhaltene BHA, wenn mit dem Katalysator (a) gearbeitet wird, nicht durch Bromrückstände verunreinigt. Es werden keine Bromspuren im so erhaltenen BHA gefunden, wenn mit Röntgenstrahlen oder durch GCMS geprüft wird. Dies ist ein Vorteil des bevorzugten Katalysators.

Die Beispiele erläutern die Erfindung.

Beispiel 1

Ein 3 Liter-Vierhalskolben wird mit 1350 g einer 30prozenti gen Lösung von CH₃ONa in CH₃OB beschickt (CH₃ONa-Gehalt 7,5 Mol). Anschließend werden 696 g 4-Brom-2-tert.-butylphe nol (3,04 Mol), 25,5 g wasserfreies CuCO₃.Cu(OH)₂.0,5H₂O, 25,5 g wasserfreies Na₂SO₃ und 10 ml Dimethylformamid zugege ben. Das Gemisch wird in einer Stickstoffatmosphäre erwärmt und das Methanol in einem Zeitraum von 4,5 Stunden bei einer Kolbentemperatur von 85 bis 95°C abdestilliert. Es werden 1050 ml Methanol erhalten. Das im Kolben verbleibende Gemisch wird mit 400 ml destilliertem Wasser versetzt. Die exotherme Reaktion steigert die Temperatur auf 75°C. Die weitere Destil lation des Wasser-Methanol-Gemisches liefert weitere 53 ml feuchtes Methanol. Das Reaktionsmedium wird mit 470 ml einer 48prozentigen HBr-Lösung bei einer Temperatur von 70 bis 75°C auf den neutralen pH-Wert 7 eingestellt. Anschließend werden 100 ml Toluol zugegeben, das Gemisch auf 55°C abgekühlt und das Kupfer abfiltriert. Der Filterkuchen wird abwechselnd mit Toluol und Wasser gewaschen, insgesamt mit einem Volumen von 100 ml Wasser und 150 ml Toluol. Nach dem Filtrieren und Waschen werden die organische und wäßrige Phase getrennt und die wäßrige Phase mit dreimal 100 ml Tolu ol extrahiert. Alle Toluolextrakte werden vereinigt und das Toluol mit einem Rotationsverdampfer abgezogen. Das Rohprodukt (561 g) wird 30 Minuten bei 70°C mit 90 ml einer 50prozenti gen wäßrigen Lösung von Hydrazin behandelt. Die Hydrazinlö sung wird anschließend bei 120°C und 3333 Pa (25 mmHg) ab destilliert. Die Destillation wird bei vermindertem Druck (133 bis 266 Pa (1 bis 2 mmHg)) bei einer Kolbentemperatur von 110 bis 180°C und einer Temperatur am Kopfende von 98 bis 135°C fortgesetzt. Es werden 456 g BHA in einer Rein heit von 99,4% und einer Ausbeute von 85% erhalten.

Die G C -Analysen erfolgen in einer Glassäule (1% SP 1240 DA, 3ft × 2 mm). Temperatur (1) = 100°; Temperatur (2) = 150°. Hold (1) = 0, Hold (2) = 8. Einspritztemperatur = 230°; Detek tionstemperatur = 230°. Aufheizgeschwindigkeit = 10°/Minute. Retentionszeiten (Minuten): Phenol 1,8, 2-tert.-Butylphenol 2,9, 4-Methoxyphenol 3,9, BHA 5,8 und 4-Brom-2-tert.-butyl phenol 6,8.

G C -Ergebnisse nach 4,5 Stunden Umsetzung, vor der Auf arbeitung: 99,1% BHA, 0,2% Phenol, 0,6% 2-tert.-Butyl phenol, 0,1% 4-Methoxyphenol.

Beispiel 2

Ein 1 Liter-Vierhalskolben wird mit 540 g einer 30prozenti gen Lösung von CH₃ONa in CH₃OH (3 Mol CH₃ONa) beschickt. Es werden 232 g 4-Brom-2-tert.-butylphenol (1 Mol), 1,2 g Kupferpulver, 4,2 g Kupfer-(I)-bromid, 1,4 g Bronzepulver (voraktiviert in einer Lösung von 1% Jod in Aceton und ge waschen mit verdünnter Salzsäure, gemäß A. I. Vogel, "Practical Organic Chemistry", 4. Ausgabe, Seite 285), 1,4 g Kaliumjodid und 40 ml Dimethylformamid zugegeben. Das Gemisch wird in einer Stickstoffatmosphäre erwärmt und das Methanol innerhalb von 4 Stunden bei einer Kolbentemperatur von 85 bis 96°C ab destilliert. Es werden 375 ml Methanol erhalten. Das im Kol ben verbleibende Gemisch wird mit 140 ml destilliertem Wasser versetzt. Die exotherme Reaktion steigert die Temperatur auf 75°C. Die weitere Destillation des Wasser-Methanol-Gemisches liefert zusätzliche 200 ml Destillat. Das Reaktionsmedium wird bei einer Temperatur von 70 bis 75°C mit 170 ml einer 48prozentigen HBr-Lösung auf den neutralen pH-Wert 7 einge stellt. Anschließend werden 50 ml Toluol zugegeben, das Ge misch auf 55°C abgekühlt und das Kupfer abfiltriert. Der Fil terkuchen wird abwechselnd mit Toluol und Was ser gewaschen, insgesamt mit einem Volumen von 40 ml Wasser und 120 ml Toluol. Nach der Filtration und den Waschschritten werden die organische und wäßrige Phase getrennt und die wäßrige Phase mit drei 40 ml Portionen Toluol extrahiert. Alle Toluolextrakte werden vereinigt und das Toluol an einem Ro tationsverdampfer abdestilliert. Das Rohprodukt (187,3 g) wird bei vermindertem Druck (133 bis 266 Pa (1-2 mmHg)) bei einer Kolbentemperatur von 96 bis 180°C und einer Temperatur am Kopfende von 92 bis 120°C destilliert. Es werden 167,5 g BHA in einer Reinheit von 99,3% und in einer Ausbeute von 92,4% erhalten.

G C -Ergebnisse nach Beendigung der Umsetzung und vor der Aufarbeitung: 98,9% BHA, 0,2% 2-tert.-Butylphenol, 0,8% 4-Methoxyphenol.

Beispiel 3

Gemäß dem Verfahren von Beispiel 2 werden unter Verwendung von 540 g einer 30prozentigen Lösung von CH₃ONa in CH₃OH, 232 g 4-Brom-2-tert.-Butylphenol, 6,12 g CuCO₃ · Cu(OH)₂ · 0,5H₂O und 40 ml Dimethylformamid 164,8 g BHA in einer Reinheit von 97,2% und einer Ausbeute von 89% erhalten.

G C -Ergebnisse nach Beendigung der Umsetzung und vor der Aufarbeitung: 98,8% BHA, 0,3% Phenol, 0,5% 2-tert.- Butylphenol, 0,1% 4-Methoxyphenol.

Gemäß dem Verfahren von Beispiel 2 werden unter Verwendung von 540 g einer 30prozentigen Lösung von CH₃ONa in CH₃OH, 232 g 4-Brom-2-tert.-butylphenol, 10,7 g Cu(OOCCH₃)₂ · H₂O und 40 ml Dimethylformamid 160 g BHA in einer Reinheit von 96,8% und einer Ausbeute von 86% erhalten.

G C -Ergebnisse nach Beendigung der Umsetzung und vor der Auf arbeitung: 98,3% BHA, 0,3% Phenol, 0,55% 2-tert.-Butyl phenol, 0,5% 4-Methoxyphenol.

Beispiel 5

Gemäß dem Verfahren von Beispiel 1 werden 5,7 g 4-Brom-tert.- butylphenol, 12 g einer 30prozentigen Lösung von CH₃ONa in CH₃OH, 0,06 g Kupfer, 0,21 g CuBr und 3 ml 4-Formylmorpholin anstelle von Dimethylformamid umgesetzt. Die Umsetzung ist nach 6 Stunden bei einer Reaktionstemperatur von 85 bis 90°C beendet.

G C -Ergebnisse nach Beendigung der Umsetzung und vor der Auf arbeitung: 96,2% BHA, 0,6% Phenol, 1,1% 4-Brom-2-tert.-butyl phenol, 1,1% 4-Methoxyphenol.

Beispiel 6

Gemäß dem Verfahren von Beispiel 2 werden unter Verwendung von 540 g einer 30prozentigen Lösung von CH₃ONa in CH₃OH, 232 g 4-Brom-2-tert.-butylphenol, 6,12 g CuCO₃ · Cu(OH)₂ · 0,5H₂O, 13 g Na₂SO₃ und 40 ml Dimethylformamid 162,4 g BHA in einer Reinheit von 98% und einer Ausbeute von 85% erhalten. GC-Ergebnisse nach Beendigung der Umsetzung und vor der Auf arbeitung: 98,8% BHA, 0,3% Phenol, 0,5% 2-tert.-Butyl phenol, 0,2% 4-Methoxyphenol.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von 2-tert.-Butyl-4-methoxyphe nol, dadurch gekennzeichnet, daß 4-Brom-2-tert.-butylphenol in einem organischen Lösungs mittel in Gegenwart eines Katalysators und eines Formamids mit Methoxid umgesetzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Formamid N,N-Dimethylformamid ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Formamid 4-Formylmorpholin ist.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Formamidgehalt zwischen 1,5 und 40 Volumenprozent des 4-Brom-2-tert.-butylphenols liegt, vorzugsweise zwi schen 10 und 20%.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator entweder

a) ein katalytisches System, das ein Gemisch aus Kupfer, Kupfer-(I)-bromid, Bronze und Kaliumjodid enthält, oder
b) ein katalytisches System ist, das ein Gemisch aus Kup ferhydroxycarbonat und Natriumsulfit enthält.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge kennzeichnet, daß der Katalysator das katalytische System (a) ist.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator (a) folgende Bestandteile enthält (angegeben in Prozent, bezogen auf das Gewicht von 4-Brom- 2-tert.-butylphenol):

1. etwa 0,5 bis 1% Kupfer, vorzugsweise etwa 0,5%;
2. etwa 0,9 bis 3,6% Kupferbromid, vorzugsweise etwa 1,8%;
3. etwa 0,25 bis 1% Bronze, vorzugsweise etwa 0,6%; und
4. etwa 0,25 bis 1% Kaliumjodid, vorzugsweise etwa 0,6%.

8. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator (b) folgende Bestandteile enthält (angegeben in Prozent, bezogen auf das Gewicht von 4-Brom-2-tert.- butylphenol):

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge kennzeichnet, daß das Methoxid Natriummethoxid ist.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch ge kennzeichnet, daß das Lösungsmittel Methanol ist.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Umsetzung in einem Temperaturbe reich zwischen etwa 70°C und der Rückflußtemperatur des Reaktionsgemisches durchgeführt wird.

12. 2-tert.-Butyl-4-methoxyphenol mit einem solch hohen Rein heitsgrad, wie er nach dem Verfahren gemäß einem der An sprüche 1 bis 11 erhalten wird.

13. Verwendung des nach dem Verfahren gemäß einem der An sprüche 1-11 hergestellten 2-tert.-Butyl-4-methoxyphe nols als Konservierungsmittel.