DE4318960A1

DE4318960A1 - Verfahren zur Herstellung von N-substituierten Pyrazolen

Info

Publication number: DE4318960A1
Application number: DE19934318960
Authority: DE
Inventors: Klaus Dr Ebel; Juergen Dr Schroeder; Carsten Dr Groening; Toni Dr Dockner; Hans Rupert Dr Merkle
Original assignee: BASF SE
Current assignee: BASF SE
Priority date: 1993-06-08
Filing date: 1993-06-08
Publication date: 1994-12-15

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von N-substituierten Pyrazolen durch Umsetzung von Pyrazolen mit Alkoholen bzw. Ethern in Gegenwart eines Heterogenkatalysators bei erhöhten Temperaturen.

Aus der EP-A-454 307 ist ein Verfahren zur N-Alkylierung von Py razolen bekannt, bei dem N-unsubstituierte Pyrazole mit starken Basen wie z. B. Natriummethylat oder Alkalimetallen wie z. B. Natrium in das entsprechende Salz überführt und anschließend mit einem Alkylhalogenid oder Dialkylsulfat alkyliert werden.

Nachteilig bei diesem Verfahren sind die teuren Ausgangsstoffe und der hohe Salzanfall.

Aus Chemical Letters, 575 bis 578 (1992) ist ein Verfahren zur N-Alkylierung von Pyrazolen bekannt, bei dem N-unsubstituierte Pyrazole mit Alkoholen in Gegenwart katalytischer Mengen von Ruthenium-, Rhodium- oder Iridium-Trialkylphosphit-Komplexen um gesetzt werden.

Nachteilig bei diesem Verfahren ist der hohe Preis für die Katalysatoren.

Der vorliegenden Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, den zuvor genannten Nachteilen abzuhelfen.

Demgemäß wurde ein neues und verbessertes Verfahren zur Herstel lung von N-substituierten Pyrazolen der allgemeinen Formel I

in der
R¹ C₁- bis C₁₂-Alkyl oder C₇- bis C₂₀-Phenylalkyl und
R², R³, R⁴ unabhängig voneinander Wasserstoff, C₁- bis C₁₂-Alkyl oder C₇- bis C₂₀-Phenylalkyl
bedeuten, durch Umsetzung von Pyrazolen der allgemeinen Formel II

in der R², R³ und R⁴ die obengenannten Bedeutungen haben, mit Verbindungen der allgemeinen Formel III

R¹ - O - R⁵ (III),

in der R¹ die obengenannten Bedeutungen hat und
R⁵ Wasserstoff oder R¹
bedeuten,
in Gegenwart eines Katalysators bei Temperaturen von 200 bis 550°C und Drücken von 0,001 bis 50 bar, gefunden, welches dadurch ge kennzeichnet ist, daß man als Katalysator einen Heterogenkataly sator einsetzt.

Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich wie folgt durchführen:

Die Umsetzung kann durch in Kontaktbringen von einem Pyrazol II und einer Verbindung III in Gegenwart eines Heterogenkatalysators bei Temperaturen von 200 bis 550°C, bevorzugt 250 bis 450°C, be sonders bevorzugt 280 bis 400°C und einem Druck von 0,001 bis 50 bar, bevorzugt 0,01 bis 5 bar, besonders bevorzugt 0,1 und 1,5 bar, in der Regel bei Normaldruck (Atmosphärendruck) und gegebe nenfalls einem Inertgas wie Stickstoff und Argon durchgeführt werden. Temperatur und Druckbedingungen sollten so gewählt werden, daß die Reaktion in der bevorzugten Gasphase stattfindet.

Als Katalysatoren eignen sich Heterogenkatalysatoren, besonders solche mit aciden Zentren wie Aluminiumoxid, Siliciumdioxid, Titandioxid und/oder Zirkondioxid, gegebenenfalls mit 1 bis 30, insbesondere 5 bis 15 Gew.-% Phosphorsäure dotiert, bevorzugt sind γ-Aluminiumoxid und Siliciumdioxid. Die Phosphorsäure kann ganz oder teilweise als Phosphorpentoxid, Orthophosphor säure, Pyrophosphorsäure oder Polyphosphorsäure, z. B. von 72 bis 88 Gew.-% Phosphorpentoxid, vorliegen und wird hier als Phosphor säure berechnet, unabhängig von der tatsächlichen Konstitution der Phosphorsäure oder Phosphorsäureanhydrids.

Das Molverhältnis von Verbindung III zum Pyrazol II beträgt in der Regel von 0,01 : 1 bis 1,1 : 1, bevorzugt 0,1 : 1 bis 1 : 1, besonders bevorzugt 0,8 : 1 bis 0,95 : 1.

Die Reaktion kann so durchgeführt werden, daß man die auf Reakti onstemperatur erhitzten Ausgangsstoffe II und III über den auf Reaktionstemperatur erhitzten Katalysator in einem Festbettreak tor leitet. Das den Reaktionsraum verlassende Gemisch kann kon densiert und fraktioniert destilliert werden.

Im Vergleich zu den bekannten Verfahren liefert das erfindungs gemäße Verfahren auf einfacherem und wirtschaftlicherem Wege N-substituierte Pyrazole.

Die Substituenten R¹, R², R³, R⁴ und R⁵ in den Verbindungen I, II und III haben folgende Bedeutungen:

R¹, R², R³, R⁴,

- unabhängig voneinander
- C₁- bis C₁₂-Alkyl, bevorzugt C₁- bis C₈-Alkyl wie Methyl, Ethyl, n-Propyl, iso-Propyl, n-Butyl, iso-Butyl, sec.-Butyl, tert.-Butyl, n-Pentyl, iso-Pentyl, sec.-Pentyl, neo-Pentyl, 1,2-Dimethylpropyl, n-Hexyl, iso-Hexyl, sec.-Hexyl, n-Heptyl, iso-Heptyl, n-Octyl, iso-Octyl, besonders bevorzugt C₁- bis C₄-Alkyl wie Methyl, Ethyl, n-Propyl, iso-Propyl, n-Butyl, iso-Butyl, sec.-Butyl und tert.-Butyl,
- C₇- bis C₂₀-Phenylalkyl, bevorzugt C₇- bis C₁₂-Phenylalkyl wie Benzyl, 1-Phenethyl, 2-Phenethyl, 1-Phenyl-propyl, 2-Phenyl- propyl, 3-Phenyl-propyl, 1-Phenyl-butyl, 2-Phenyl-butyl, 3-Phenyl-butyl und 4-Phenyl-butyl, besonders bevorzugt Benzyl, 1-Phenethyl und 2-Phenethyl, R², R³, R⁴, R⁵
- unabhängig voneinander
- Wasserstoff.

Als Ausgangsverbindung II eignen sich besonders Pyrazole wie Pyrazol, 3-Methylpyrazol, 4-Methylpyrazol, 3,4-Dimethylpyrazol, 3,5-Dimethylpyrazol, 3-Ethylpyrazol und 4-Ethylpyrazol.

Als Ausgangsverbindung III eignen sich besonders Alkohole wie Methanol, Ethanol, n-Propanol, Isopropanol und n-Butanol sowie Ether wie Dimethylether, Diethylether, Di-n-propylether und Diisopropylether.

Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren herstellbaren N-sub stituierten Pyrazole I sind wertvolle Ausgangsstoffe bei der Herstellung von Farbstoffen, Pharmazeutika und Pflanzenschutz mitteln.

Beispiele Beispiel 1

Stündlich werden 22,5 g einer Mischung aus 58,5 Gew.-% Methanol und 41,5 Gew.-% Pyrazol verdampft und mit 10 Nl/h Stickstoff in Sumpffahrweise durch einen auf 300°C erhitzten Festbettreaktor ge leitet. Der Festbettreaktor ist mit 100 ml eines Katalysators aus 95 Gew.-% γ-Aluminiumoxid und 5 Gew.-% Phosphorsäure gefüllt. Die Reaktionsgase werden anschließend kondensiert. Man erhält stündlich 17,0 g Kondensat mit 65,2 Gew.-% 1-Methylpyrazol (99% der Theorie, bezogen auf eingesetztes Pyrazol).

Beispiel 2

Stündlich werden 22,5 g einer Mischung aus 58,5 Gew.-% Methanol und 41,6 Gew.-% Pyrazol verdampft und mit 10 Nl/h Stickstoff in Sumpffahrweise durch einen auf 450°C erhitzten Festbettreaktor ge leitet. Der Festbettreaktor ist mit 100 ml eines Katalysators aus 95 Gew.-% γ-Aluminiumoxid und 5 Gew.-% Phosphorsäure gefüllt. Die Reaktionsgase werden anschließend kondensiert. Man erhält stündlich 18,4 g Kondensat mit 41,8 Gew.-% 1-Methylpyrazol (68% der Theorie bezogen auf eingesetztes Pyrazol) und 11,7 Gew.-% 1,4-Dimethylpyrazol (16% der Theorie, bezogen auf eingesetztes Pyrazol).

Beispiel 3

Stündlich werden 21,5 g einer Mischung aus 66,1 Gew.-% Methanol und 33,9 Gew.-% 4-Methylpyrazol verdampft und mit 10 Nl/h Stick stoff in Sumpffahrweise durch einen auf 400°C erhitzten Festbett reaktor geleitet. Der Festbettreaktor ist mit 100 ml eines Kata lysators aus 90 Gew.-% Siliciumdioxid und 10 Gew.-% γ-Alumi niumoxid gefüllt. Die Reaktionsgase werden anschließend konden siert. Man erhält stündlich 15,5 g Kondensat mit 52,3 Gew.-% 1,4-Dimethylpyrazol (95% der Theorie, bezogen auf eingesetztes 4-Methylpyrazol).

Beispiel 4

Stündlich werden 111,3 g einer Mischung aus 53,9 Gew.-% Methanol und 46,1 Gew.-% 4-Methylpyrazol verdampft und mit 10 Nl/h Stick stoff in Sumpffahrweise durch einen auf 400°C erhitzten Festbett reaktor geleitet. Der Festbettreaktor ist mit 100 ml eines Kata lysators aus 90 Gew.-% γ-Aluminiumoxid und 10 Gew.-% Siliciumdioxid gefüllt. Die Reaktionsgase werden anschließend kondensiert. Man erhält stündlich 91,7 g Kondensat mit 3,2 Gew.-% 4-Methylpyrazol und 57,0 Gew.-% 1,4-Dimethylpyrazol (87% der Theorie, bezogen auf eingesetztes 4-Methylpyrazol).

Beispiel 5

Stündlich werden 43,8 g einer Mischung aus 67,0 Gew.-% Ethanol und 33,0 Gew.-% Pyrazol verdampft und mit 10 Nl/h Stickstoff in Sumpffahrweise durch einen auf 400°C erhitzten Festbettreaktor ge leitet. Der Festbettreaktor ist mit 100 ml eines Katalysators aus 90 Gew.-% γ-Aluminiumoxid und 10 Gew.-% Siliciumdioxid ge füllt. Die Reaktionsgase werden anschließend kondensiert. Man er hält stündlich 31,7 g Kondensat mit 0,2 Gew.-% Pyrazol und 62,2 Gew.-% 1-Ethylpyrazol (97% der Theorie, bezogen auf eingesetztes Pyrazol).

Beispiel 6

Stündlich werden 66,4 g einer Mischung aus 53,9 Gew.-% Methanol und 46,1 Gew.-% 3-Methylpyrazol verdampft und mit 10 Nl/h Stick stoff in Sumpffahrweise durch einen auf 400°C erhitzten Festbett reaktor geleitet. Der Festbettreaktor ist mit 100 ml eines Kata lysators aus 90 Gew.-% γ-Aluminiumoxid und 10 Gew.-% Siliciumdioxid gefüllt. Die Reaktionsgase werden anschließend kondensiert. Man erhält stündlich 53,4 g Kondensat mit 1,0 Gew.-% 3-Methylpyrazol und 56,7 Gew.-% 1,3-Dimethylpyrazol/1,5-Dimethyl pyrazol (84% der Theorie, bezogen auf eingesetztes 3-Methyl pyrazol).

Beispiel 7

Stündlich werden 21,3 g einer Mischung aus 68,7 Gew.-% Iso propanol und 31,3 Gew.-% 3-Methylpyrazol verdampft und mit 10 Nl/h Stickstoff in Sumpffahrweise durch einen auf 300°C erhitzten Festbettreaktor geleitet. Der Festbettreaktor ist mit 100 ml eines Katalysators aus 90 Gew.-% γ-Aluminiumoxid und 10 Gew.-% Siliciumdioxid gefüllt. Die Reaktionsgase werden anschlie ßend kondensiert. Man erhält stündlich 8,6 g Kondensat mit 20,2 Gew.-% 3-Methylpyrazol und 60,8 Gew.-% 1-Isopropyl-3-methyl pyrazol/1-Isopropyl-5-methylpyrazol (67% der Theorie, bezogen auf eingesetztes 3-Methylpyrazol).

Beispiel 8

Stündlich werden 39,0 g einer Mischung aus 73,0 Gew.-% Diethyl ether und 27,0 Gew.-% 3-Methylpyrazol verdampft und mit 10 Nl/h Stickstoff in Sumpffahrweise durch einen auf 400°C erhitzten Fest bettreaktor geleitet. Der Festbettreaktor ist mit 100 ml eines Katalysators aus 90 Gew.-% γ-Aluminiumoxid und 10 Gew.-% Siliciumdioxid gefüllt. Die Reaktionsgase werden anschließend kondensiert. Man erhält stündlich 20,3 g Kondensat mit 3,3 Gew.-% 3-Methylpyrazol und 58,1 Gew.-% 1-Ethyl-3-methylpyrazol/1-Ethyl- 5-methylpyrazol (96% der Theorie, bezogen auf eingesetztes 3-Methylpyrazol).

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von N-substituierten Pyrazolen der allgemeinen Formel I in der
R¹ C₁- bis C₁₂-Alkyl oder C₇- bis C₂₀-Phenylalkyl und
R², R³, R⁴ unabhängig voneinander Wasserstoff, C₁- bis C₁₂-Alkyl oder C₇- bis C₂₀-Phenylalkyl
bedeuten, durch Umsetzung von Pyrazolen der allgemeinen Formel II in der R², R³ und R⁴ die obengenannten Bedeutungen haben, mit Verbindungen der allgemeinen Formel IIIR¹ - O - R⁵ (III)in der R¹ die obengenannten Bedeutungen hat und
R⁵ Wasserstoff oder R¹
bedeuten,
in Gegenwart eines Katalysators bei Temperaturen von 200 bis 550°C und Drücken von 0,001 bis 50 bar, dadurch gekennzeich net, daß man als Katalysator einen Heterogenkatalysator ein setzt.

2. Verfahren zur Herstellung von N-substituierten Pyrazolen der Formel I nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Katalysator einen Heterogenkatalysator mit aciden Zentren einsetzt.

3. Verfahren zur Herstellung von N-substituierten Pyrazolen der Formel I nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Katalysator Aluminiumoxid, Siliciumdioxid, Titandioxid und/oder Zirkondioxid, gegebenenfalls mit Phosphorsäure dotiert, einsetzt.

4. Verfahren zur Herstellung von N-substituierten Pyrazolen der Formel I nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das Pyrazol II zur Verbindung III im Molverhältnis von 0,01 : 1 bis 1,1 : 1 einsetzt.

5. Verfahren zur Herstellung von N-substituierten Pyrazolen der Formel I nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das Pyrazol II zur Verbindung III im Molverhältnis von 0,1 : 1 bis 1 : 1 einsetzt.