DE4427852A1 - Verfahren zur Herstellung von Benzothiophendioxiden - Google Patents

Description

Die Anmeldung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von speziell substituierten Benzothiophendioxiden der allgemeinen Formel (I)

wobei
R¹ = C₁-C₆-Alkyl, Aryl, NH₂, NH-C₁-C₂₀-Alkyl, N(C₁-C₂₀-Alkyl)₂, N(C₁-C₂₀- Alkyl), (C₁-C₁₀-Alkyl), NH-Aryl, NH-Benzyl, OH, O-C₁-C₂₆-Alkyl, O-Phenyl und
R² = H, Methyl oder Halogen bedeutet.

Alkyl steht hier und im folgenden für n-Alkyl, i-, s-, t-Alkyl, oder Cycloalkyl, gegebenenfalls durch ein bis zwei Sauerstoffatome unterbrochen, also für Methyl, Ethyl, n-, i-Propyl, n-, i-, s-, t-Butyl, n-, i-, s-, t-Pentyl, Hexyl, Heptyl, Octyl, Nonyl, Decyl, Undecyl, Dodecyl oder ihren verzweigten Strukturisomeren sowie für Cyclopently, Cyclohexyl, Cycloheptyl, Cyclooctyl, Cyclododecyl.

Aryl steht für substituiertes Phenyl oder Naphthyl mit 1 bis 3 Methyl-, Halogen- oder Methoxysubstituenten.

Benzyl steht für -CH₂-Aryl.

Halogen steht für F, Cl, Br, I.

Die Verbindungen finden Verwendung als Zwischenprodukte zur Herstellung von bekannten Pharmaka, Pflanzen- und Materialschutzmittel.

Wege zu Herstellung von Benzothiophendioxiden sind bekannt, z. B.: in EP 512.349 oder J. Am. Chem. Soc., 89, 4651 (1967), ibid 71, 1704 (1949), 72, 1986 (1949).

Die dort beschriebenen Wege verwenden als Oxidationsmittel Persäuren wie Peressigsäure, welche in der Regel in situ aus Eisessig oder Essigsäureanhydrid und Wasserstoffperoxid erhalten wird. Ein solches Vorgehen hat diverse Nachteile. Erstens sind Persäurereaktion technisch oder halbtechnisch schwer beherrschbar, so daß es zu unerwünschten heftigen Reaktionen kommen kann. Zweitens findet die Reaktion in homogener Phase statt, was bei der Aufarbeitung zum Verlust des verwendeten Lösungsmittels Eisessig und des Überschusses Wasserstoffperoxid führt.

Beides ist nicht nur ein wesentlicher ökonomischer Nachteil - auch ökologisch sind beide Verbindungen Problemstoffe, da sie in dem Aufarbeitungsschritt mit reichlich Wasser verdünnt nur durch Verbrennung entsorgt werden können.

Desweiteren ist bekannt, das Benzothiophenderivate wie die hier als Edukte und Produkte verwendeten Verbindungen eine geringe Löslichkeit in üblichen Lösungsmitteln, wie z. B.: Wasser, Toluol oder chlorierten o. nitrierten Aromaten besitzen. Man geht im allgemeinen daher davon aus, daß befriedigende Umsetzun­ gen von Benzothiophenen zu Benzothiophendioxiden in Gegenwart von Persäuren erzielt werden, wenn diese Verbindungen in gelöster Form vorliegen.

Es wurde nun überraschenderweise gefunden, daß Benzothiophenderivate der Formel (II)

wobei R¹ und R² die oben angegebenen Bedeutungen haben,
durch Oxidation mit Wasserstoffperoxid ohne Lösungsmittel und unter Zuhilfenahme von Katalysatoren in Benzothiophendioxide der Formel (I) mit sehr guten Ausbeuten überführt werden können.

Der Vorteil dieses Verfahrens liegt in der erheblich schnelleren Reaktion, in der unproblematischen Wiedergewinnung unverbrauchte Hilfsstoffe wie Katalysatoren, Überschuß an Wasserstoffperoxid und gegebenenfalls Verdünnungsmittel sowie in der sehr guten Ausbeute.

Bevorzugt werden Verbindungen der Formel (II) eingesetzt, in denen
R¹ = Methyl, Aryl, NH-C₁-C₂₈-Alkyl oder NH-Aryl und
R² = H oder Chlor bedeuten.

Besonders bevorzugt werden Verbindungen der Formel (III) eingesetzt, in denen
R¹ = NH-C₁-C₁₀-Alkyl und NH-Aryl und
R² = H bedeuten.

Ganz besonders bevorzugt werden die Verbindungen der Formel (II) eingesetzt, in denen

und
R² = H sind.

Als Katalysatoren kommen Verbindungen in Frage, die die nachfolgenden Eigenschaften besitzen. Dabei kann man entweder zwei oder mehrere Verbindungen mit jeweils einer oder beiden der nachfolgenden Eigenschaften oder auch nur eine Verbindung, die beide Eigenschaften besitzt wie z. B. Ammoniak, einsetzen.

Zuerst wird ein Oxidationskatalysator benötigt, wie zum Beispiel Platin, Palladium- oder Zirkoniumverbindungen, Osmiumverbindungen, Selenverbindun­ gen, Vanadate, Molybdate oder Wolframate, bevorzugt Molybdate und Wolframte, besonders bevorzugt Wolframte. Oxidationskatalysatoren dieses Typs sind bekannt. Verwendung finden beispielhaft und vorzugsweise O₃O₄, MoO₃, H₂Wo₄, SeOCl₂, V₂O₄, Cr₂O₃, TiO₂, CeSO₄, NiO, MnCl₂, CoCl₂, PtO₂, FeSO₄, Pb(OAc)₂, PdCl₂, Na₂WO₄, K₂WO₄, Na₂Mo₄, K₂Mo₄, PW₁₂O₄₀^3-, PMb₁₂O₄₀^3-, PW₄O₁₆^3-, Mo₇O₂₄^6-, PW₁₁O₃₉^7-, BaWO₄, BaMnO₄, VOCl₃, WOCl₄, WCl₄, CoWO₄, CuWO₄, Na₆W₁₂O₃₉, Na₃VO₄, NaVO₃, WO₃, V₂O₃, V₂O₄, V₂O₅, WS₂, H₃PMo₁₂O₄₀, H₃ PW₁₂O₄₀, (NH₃)₂MoO₄, (NH₃)₂WS₂, (NH₄)₆HW₁₂O₄₀, (s. z. B.: Simkins, Sulfones in Organic Synthesis, Pergamon 1993, s. 6-10; WO 92/15559 Beispiel 2; Catal. Met. Complexes 9, 1 (1992); Speciality Chemicals, Innovations in Industrial Synthesis and Applications, Elsevier 1991, S. 356-358). Sie finden in der Regel Verwendung in homogener Phase oder in Lösungsmittel-Systemen.

Als weiteres werden Phasen-Transfer-Katalysatoren benötigt. Hierbei können tertiäre und quatäre Ammonium- oder quatäre Phosphoniumsalze sowie Kronenether, Porphyrine oder Cryptanten eingesetzt werden, bevorzugt sind quatäre Ammoniumsalze. Einen Überblick über mögliche zur Verwendung kommende Phase-Transfer-Katalysatoren ist in Dehmlow, "Phase Transfer Catalysis", Verlag Chemie 1993, in Starks "Phase Transfer Catalysis", Academic Press, New York, 1978 oder in Weber "Phase Transfer Catalysis in Org. Synt.", Springer, New York 1977 sowie in Fluka-Compendium Bd 1-3, Fluka Chemie, New York 1986/1987/1992 gegeben. Bevorzugt werden Cetyltrimethylammonium-, Tetrabutylammonium-, Tridecylmethylammonium-, Didecyldimethylammonium-, Tetrahexylammonium-, Tetraoctylammonium-chlorid, -bromid, -nitrat, -borat, -perborat, -chlorat, -bromat sowie Aliquat 336 (Produkt d. Continental Oil, US 3 992 432), gegebenenfalls unter Zusatz von Säuren wie HCl, H₃PO₄, H₂SO₄ u. a.

Die Reaktion findet nur dann in überschaubaren Zeiträumen statt, wenn sowohl ein oder mehrere Oxidations- wie als auch ein oder mehrere Phasen-Transfer- Katalysatoren im Gemisch vorhanden sind. Ein Lösungsmittel wird nicht benötigt. Ein Verdünnungsmittel kann jedoch gegebenenfalls zugesetzt werden.

Als Verdünnungsmittel eignen sich insbesondere die organischen Verbindungen, die nicht ohne weiteres oxidiert werden können; so z. B.: gegebenenfalls halo­ genierte Kohlenwasserstoffe wie Petrolether, Benzol, Chlorbenzol, 1,2-, 1,3-, 1,4- Dichlorbenzol, Cyclohexan, Nitromethan, Nitroethan, Nitrobenzol, Dinitrobenzol. Bevorzugt wird 1,2-Dichlorbenzol eingesetzt. Die Menge an Verdünnungsmittel beträgt 0 bis 1000 Gew.-%, bevorzugt 0 bis 100 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt 0 bis 50 Gew.-%, bezogen auf die Menge Benzothiophenderivat der Formel (II).

Die Reaktionstemperatur liegt bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in dem Bereich von 10°C bis 150°C, vorzugsweise bei Temperaturen von 20°C bis 110°C, insbesondere bei Temperaturen von 20 bis 80°C.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens setzt man pro Mol Benzothiophenderivat der Formel (II) im allgemeinen 2 bis 30 Mol, vorzugsweise 2 bis 8 Mol Wasserstoffperoxid ein. Da der Überschuß H₂O₂ wiedergewonnen wird, sind aber auch Überschüsse in beliebiger Höhe wie z. B. bis 100 Mol möglich.

Der oder die Katalysatoren werden im allgemeinen in Mengen von 0,001 bis 10 Mol pro Mol, bevorzugt 0,005 bis 0,3 Mol Benzothiophenderivat der Formel (II), eingesetzt. Bei mehreren Katalysatoren mit unterschiedlichen Eigenschaften liegen diese in Verhältnissen von 1 : 99 bis 99 : 1, vorzugsweise im Verhältnis von 1 Teil Oxidationskatalysator zu 1 bis 20 Teile Phasen-Transfer-Katalysator, vor.

Als Hilfsstoff wird - gegebenenfalls ein scharfkantiges Reibematerial eingesetzt, welche die z. Teil großen Eduktkristalle zügig unter dem Rührbedingungen zerkleinern kann. Hierzu eignen sich Glasscherben oder Seesand. Die Menge an diesen Hilfsstoffen beträgt 0-100 Gew.-% der Menge Benzothiophenderivat der Formel (II), bevorzugt 0-50 Gew.-%.

H₂O₂ wird in 5 bis 80%iger Konzentration in H₂O, bevorzugt 25-60%ig, eingesetzt.

Die nachfolgenden Beispiele sollen die Erfindung verdeutlichen, ohne sie einzu­ schränken. In der Regel werden alle benötigten Komponenten unter Rühren den Reaktor eingetragen. Dabei ist das Vorlegen von Benzothiphenderivat, Hilfsstoff und Phasen-Transfer-Katalysator sowie Oxidationskatalysator und gegebenenfalls Verdünnungsmittel bei anschließenden Hinzufügen des H₂O₂ sinnvoll aber nicht maßgebend. Auch jede andere Reihenfolge der Zugabe der Komponenten ist möglich.

Die Ausbeute wurde durch Auswiegen und/oder durch geeichte HPLC-Messungen bestimmt. Prozente bzw. Prozentangaben bedeuten Gewichtsprozente.

Beispiele Beispiel 1

20,0 g (0,077 mol) Benzothiophen-2-cyclohexylcarboxamid (A)
2,59 g (0,008 mol) 10 Mol-% Aliquat 336,
1,27 g (0,004 mol) 5 Mol-% Natriumwolframat × 2 H₂O,
10,0 g Seesand und
10 ml 0-Öl werden langsam gerührt und mit
43,7 g (0,386 Mol 582 Mol-%) 35%igem Wasserstoffperoxid versetzt. Man stellt die Rührgeschwindigkeit auf Maximum ein, wobei ein Teil der Substanz in die Stutzen des Vierhalskolben geschleudert wird, und erhöht die Temperatur auf 80°C. Nach 5 Stunden ist mittels Dünnschichtchromatographie kein Edukt mehr erkennbar. Filtration und Trocknung ergibt
24,20 g weißes Produkt (79,1%ig nach HPLC, kein Edukt mehr enthalten) = 85% der Theorie.

Analog Beispiel 7 werden folgende Verbindungen hergestellt:

Beispiel 11

Gemäß der Beispiele 1 bis 10 und der allgemeinen Beschreibungen wird auch die folgende Verbindung hergestellt:

Die Mutterlauge der Versuche 1 bis 11 enthält zum weitaus größten Teil als Verdünnungsmittel einen H₂O₂-Überschuß und Katalysatoren und kann, gegebe­ nenfalls nach Aufstocken mit neuem H₂O₂ für weitere Oxidation wieder eingesetzt werden.

Claims (8)

1. Verfahren zur Herstellung von Benzothiophendioxiden der Formel (I) in welcher
R¹ = C₁-C₆-Alkyl, Aryl, NH₂, NH-C₁-C₂₀-Alkyl, N(C₁-C₂₀-Alkyl)₂, N(C₁-C₂₀-Alkyl), (C₁-C₁₀-Alkyl), NH-Aryl, NH-Benzyl, OH, O-C₁- C₂₆-Alkyl, o-Phenyl und
R² = H, Methyl oder Halogen bedeutet,
dadurch gekennzeichnet, daß man
Benzothiophenderivate der Formel (II) wobei
R¹ und R² die oben angegebenen Bedeutungen haben, durch Oxidation mit Wasserstoffperoxid, in Gegenwart von Katalysatoren und gegebenenfalls Verdünnungsmittel oxidiert.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Katalysator mindestens ein Oxidationskatalysator und mindestens ein Phasen-Transfer- Katalysator oder mindestens ein Katalysator mit beiden Eigenschaften eingesetzt wird.

3. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umsetzung bei Temperaturen von 10°C bis 150°C durchgeführt wird.

4. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß pro mol Verbindung der Formel (II) 2 bis 30 mol Wasserstoffperoxid eingesetzt werden.

5. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasserstoffperoxid in Form von wäßrigen Konzentraten eingesetzt wird.

6. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß 0 bis 100 Gew.-% an Hilfsstoffen und/oder Verdünnungsmittel, bezogen auf die Menge an Benzothiophenderivaten der Formel (II) eingesetzt werden.

7. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der gegebenenfalls gewählte Überschuß an H₂O₂ durch Abtrennen des Produktes wieder verwendet werden kann.

8. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Katalysatoren durch Abtrennen des Produktes in der Mutterlauge verbleibend wieder verwendet werden können.