DE4439029A1

DE4439029A1 - Verfahren zur Herstellung von 1-Hydroxy-2-pyridonen

Info

Publication number: DE4439029A1
Application number: DE19944439029
Authority: DE
Inventors: Ag Frankfurt Hoechst
Original assignee: Hoechst AG
Current assignee: Hoechst AG
Priority date: 1994-11-02
Filing date: 1994-11-02
Publication date: 1996-05-09

Description

Nach dem in DE 22 14 608 beschriebenen Verfahren werden 1-Hydroxy-2- pyridone durch Umsetzung der entsprechenden 2-Pyrone (Formel II) mit Hydroxylamin oder einem seiner Salze in Gegenwart eines - gegebenenfalls substituierten - Aminopyridins oder Imidazols hergestellt. Das Aminopyridin oder Imidazol wird hierbei vorteilhaft in wenigstens äquimolarer Menge, bezogen auf das Hydroxylammoniumsalz, eingesetzt. Als Temperaturbereich werden Temperaturen zwischen 50°C und 120°C angegeben. Bei der Umsetzung erfolgt ein Austausch des Ringsauerstoffatoms des 2-Pyrons durch die N-OH- Gruppe. Die Ausbeuten liegen zwischen 60% und 70% der Theorie, bezogen auf eingesetztes 2-Pyron. Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß beträchtliche Mengen der relativ wertvollen und teuren Aminopyridine und/oder Imidazole verwendet werden, die wegen ihres beträchtlichen Wertes und auch aus Umweltschutzgründen wieder zurückgewonnen werden müssen. Darüber hinaus ist das Verfahren sehr zeitaufwendig.

Nach dem in DE 36 26 210 beschriebenen Verfahren werden 1-Hydroxy-2- pyridone durch Umsetzung der entsprechenden 2-Pyrone mit Hydroxylamin oder einem Hydroxylammoniumsalz in Gegenwart von basischen Verbindungen wie Alkalicarbonat oder -hydrogencarbonat bei Temperaturen zwischen 50°C und 120°C hergestellt, wobei das Alkalicarbonat hierbei vorteilhaft in wenigstens äquimolarer Menge, bezogen auf das Hydroxylammoniumsalz, eingesetzt wird. Der Vorteil dieses Verfahrens gegenüber dem in DE 22 14 608 beschriebenen sind die erhöhte Wirtschaftlichkeit und die geringe Umweltbelastung. Nachteil des in DE 36 26 210 beschriebenen Verfahrens sind die im Vergleich mit DE 22 14 608 geringeren Ausbeuten, die zwischen 50% und 60% der Theorie, bezogen auf eingesetztes 2-Pyron, liegen.

Es wurde nun gefunden, daß die Menge der Nebenprodukte des in DE 36 26 210 beschriebenen Verfahrens durch die Umsetzung in Gegenwart einer destillierbaren, filtrierbaren oder extrahierbaren Säure oder deren Salz wie Ionenaustauscher, Essigsäure oder Trifluoressigsäure vermindert wird.

Trifluoressigsäure hat insbesondere den Vorteil, daß es aufgrund des niederen Siedepunktes durch Destillation aus dem Reaktionsgemisch entfernt werden kann und wiederverwertbar ist. Die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens erhöht sich, ohne zu einer höheren Umweltbelastung zu führen.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von 1-Hydroxy-2-pyridonen der Formel I

durch Umsetzung eines Pyrons der Formel II,

mit einem Hydroxylammoniumsalz in Gegenwart von basischen Verbindungen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man die Umsetzung in Gegenwart einer destillierbaren, filtrierbaren oder extrahierbaren Säure oder deren Salz in einer Menge von 0,01 bis 20 Äquivalenten, bezogen auf das Pyron der Formel II, durchführt und als basische Verbindungen Alkalicarbonat und/oder Alkalihydrogencarbonat in einer Menge von 0,8 bis 5 Äquivalenten, bezogen auf das Hydroxylammoniumsalz, einsetzt, dabei haben in den Formeln I und II die Reste R¹ und R²die nachstehenden Bedeutungen:
R¹ ist ein verzweigtes oder unverzweigtes Alkyl mit 1 bis 17 Kohlenstoffatomen, vorzugsweise 1 bis 12 Kohlenstoffatomen, insbesondere 1 bis 10 Kohlenstoffatomen,
ein verzweigtes oder unverzweigtes Alkenyl mit 2 bis 17 Kohlenstoffatomen, ein Cycloalkyl mit 3 bis 8 Kohlenstoffatomen im Ring, vorzugsweise 6 Kohlenstoffatomen im Ring;
wobei der genannte Cycloalkylrest unsubstituiert oder durch 1 bis 3 Alkylreste mit jeweils 1 bis 3 Kohlenstoffatomen substituiert ist,
ein unsubstituierter oder im aromatischen Kern durch 1 bis 3 (C₁-C₆)Alkyl-, Benzyl-, (C₁-C₆)Alkoxy-, Phenoxy- oder Halogenreste substituierter Phenyl-, Phenyloxy-(C₁-C₄)alkyl- oder Phenyl-(C₁-C₄)alkylrest,
wobei auch die als Substituent enthaltene Benzyl- oder Phenoxygruppe in gleicher Weise substituiert sein kann,
wobei die genannten Cycloalkyl-, Phenyl-, Phenyloxy-(C₁-C₄)alkyl- oder Phenyl- (C₁-C₄)alkylreste direkt oder über eine Methylen- oder Ethylengruppe an den Pyridonring gebunden sind, und
R² ist Wasserstoffatom,
ein Alkyl mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen,
ein Alkenyl mit 2 bis 6 Kohlenstoffatomen oder ein Benzylrest,
wobei die Alkyl-, Alkenyl- oder Benzylreste unsubstituiert oder in der bei R¹ angegebenen Weise substituiert sind.

Unter den Resten R¹ und R², die den Phenylrest enthalten, sind solche bevorzugt, in denen dieser Phenylkern nicht oder nur ein- oder zweimal substituiert ist. Bevorzugt unter den für R² genannten Resten sind Alkylreste mit 1 bis 4, insbesondere mit 1 bis 2 Kohlenstoffatomen, unter den Alkenylresten solche mit 2, 3, oder 4 Kohlenstoffatomen.

Ganz besonders bevorzugt wird eine Verbindung der Formel I hergestellt, darin bedeuten R¹ 2,4,4-Trimethylpentyl, Cyclohexyl, 4-(4-Chlorphenoxy) phenoxymethyl und R² Methyl.

Unter dem Begriff Halogenrest wird Fluor-, Chlor-, Brom- oder Jodatom verstanden. Alkyl steht für Verbindungen, die sich beispielsweise von Methan, Ethan, Propan, Butan, Pentan, Hexan oder Heptan ableiten. Unter dem Begriff Alkenyl werden Verbindungen verstanden, die sich beispielsweise von Ethen, Propen, Buten, Penten, Hexen oder Hepten ableiten.

Beispiele für eine destillierbare, filtrierbare oder extrahierbare Säure oder deren Salz, die in dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt wird, sind Ionenaus tauscher, Essigsäure oder Trifluoressigsäure. Der Zusatz von Trifluoressigsäure erhöht die Ausbeute des Verfahrens. Als Salz werden vorteilhaft Natrium- oder Kaliumsalz eingesetzt. Bevorzugt werden 0,01 bis 20 Äquivalente Trifluoressig säure, bezogen auf das Pyron der Formel II, eingesetzt, bevorzugt 0,05 bis 1 Äquivalente, insbesondere 0,1 bis 0,3 Äquivalente.

Das Hydroxylammoniumsalz wird in äquimolarer Menge, bezogen auf das Pyron der Formel II, eingesetzt; zur Beschleunigung der Reaktion kann es jedoch auch im Überschuß eingesetzt werden, wobei dann oft bessere Ausbeuten erhalten werden. Auch kann es zweckmäßig sein, das Hydroxylammoniumsalz in mehre ren Portionen im Verlauf der Reaktion zuzusetzen. Als Hydroxylammoniumsalz können im wesentlichen alle Salze des Hyroxylamins, z. B. das Chlorid, das Sulfat oder das Acetat verwendet werden. Bevorzugt ist jedoch die Durch führung der Umsetzung mit dem leicht zugänglichen Hydroxylammoniumsulfat.

Als basische Verbindungen werden bevorzugt Alkalicarbonat oder Alkalihydrogencarbonat in einer Menge von 0,8 bis 5 Äquivalenten, bezogen auf das Hydroxylammoniumsalz, im erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt, insbesondere 0,9 bis 1,1 Äquivalente.

Als Alkalicarbonat oder Alkalihydrogencarbonat kommen praktisch alle Carbonate und Bicarbonate der Alkalimetalle in Betracht, z. B. Li₂CO₃, Na₂CO₃, K₂CO₃, NaHCO₃, KHCO₃. Bevorzugt sind die Carbonate und Bicarbonate des Natriums und des Kaliums, besonders bevorzugt ist Na₂CO₃. Die Alkalicarbonate und Alkalibicarbonate können sowohl einzeln als auch in praktisch beliebiger Mischung zum Einsatz gelangen. Ihre Menge ist zweckmäßig der verwendeten Menge an Hydroxylammoniumsalz mindestens äquivalent, bei Verwendung eines Überschusses an Hydroxylammoniumsalz, kann jedoch auch eine geringere Menge Alkalicarbonat oder Alkalibicarbonat eingesetzt werden. Pro Mol Hydroxylammoniumchlorid ist beispielsweise 0,5 Mol Na₂CO₃ oder 1 Mol NaHCO₃ zu verwenden.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mischt man vorteilhaft das Pyron der Formel II mit dem Hydroxylammoniumsalz und dem Alkalicarbonat und der Trifluoressigsäure und erwärmt den erhaltenen Kristallbrei, bis kein Pyron der Formel II mehr nachzuweisen ist; das entstandene Pyridon der Formel I wird nach Abtrennung der anorganischen Salze und der Trifluoressig säure direkt, oder noch besser als Salz einer organischen Base, z. B. als Ethanolaminsalz, isoliert. Das erfindungsgemäße Verfahren wird bei einer Temperatur von 50°C bis 120°C, bevorzugt von 60°C bis 105°C, durchgeführt.

Es ist auch möglich inerte Lösungs- oder Verdünnungsmittel zuzusetzen. Im allgemeinen ist dies zwar nicht erforderlich, aber bevorzugt. Lösungs- oder Verdünnungsmittel werden in kleinen Mengen oder bis zu 50 Gewichtsprozent des gesamten Reaktionsansatzes zugesetzt. Bevorzugt beträgt die Menge 3 bis 15 Gewichtsprozent. Die Lösungs- oder Verdünnungsmittel können polar oder unpolar, mit Wasser mischbar oder nicht mischbar sein. Beispielweise können folgende Substanzen verwendet werden:
Wasser, niedermolekulare Alkohole wie Methanol, Ethanol oder Isopropanol, Ethylenglykol, Ethylenglykolmonomethylester, Propylenglykol, Säureamide wie Dimethylformamid, und Ester wie Ethylacetat, Ether wie Diisopropylether, chlorierte Kohlenwasserstoffe wie Chlorbenzol, Nitrile wie Acetonitril, Kohlenwasserstoffe aliphatischer, cycloaliphatischer oder aromatischer Natur wie Heptan oder Toluol.

Die erzielten Ausbeuten der Verbindung der Formel I betragen in der Regel von 60% bis 66%, bezogen auf das Pyron der Formel II.

Die eingesetzte Säure und die gegebenenfalls vorhandenen Lösungsmittel lassen sich aus dem Reaktionsgemisch durch Filtration, Extraktion oder Destillation entfernen und gegebenenfalls nach Reinigung im erfindungsgemäßen Verfahren wieder einsetzen.

Gegenüber dem Verfahren in DE 36 26 210 zeichnet sich das erfindungs gemäße Verfahren durch höhere Ausbeuten, durch eine geringere Belastung der Umwelt und durch höhere Wirtschaftlichkeit aus.

Beispiel 1

204,2 g (0,9 Mol) 4-Methyl-6-(2,4,4-trimethylpentyl)-2-pyron (98%), 179,4 g (2,56 Mol) Hydroxylammoniumchlorid (99%), 135,9 g (1,27 Mol) Natrium carbonat (99%) werden in 200 ml n-Heptan und 2 ml Wasser suspendiert und mit 12,6 ml (0,16 Mol) Trifluoressigsäure versetzt. Dabei tritt starke CO₂- Entwicklung ein. Unter Rühren wird das Reaktionsgemisch 15 Stunden auf 95°C erwärmt. Man läßt abkühlen und extrahiert mit 300 ml 0,1 N NaOH. Heptan und verbleibende Trifluoressigsäure werden unter vermindertem Druck abdestilliert, der Rückstand wird in 400 ml Essigsäureethylester gelöst, und bei etwa 50°C wird die erhaltene Lösung mit 48,6 g (0,79 Mol) Ethanolamin versetzt. Nach dem Animpfen läßt man die Lösung abkühlen. Die entstandenen Kristalle werden abgesaugt, mit wenig kaltem Ethylacetat gewaschen und getrocknet. Die Ausbeute an 1-Hydroxy-4-methyl-6-(2,4,4-trimethylpentyl)-2- pyridon (Ethanolaminsalz) beträgt 169,3 g (63%).

Beispiel 2

204,2 g (0,9 Mol) 4-Methyl-6-(2,4,4-trimethylpentyl)-2-pyron (98%), 207,62 g (1,26 Mol) Hydroxylammoniumsulfat (99%), 135,9 g (1,27 Mol) Natrium carbonat (99%) werden in 200 ml n-Heptan und 2 ml Wasser suspendiert und mit 12,6 ml (0,16 Mol) Trifluoressigsäure versetzt. Dabei tritt starke CO₂- Entwicklung ein. Unter Rühren wird das Reaktionsgemisch 15 Stunden auf 95°C erwärmt. Danach werden 5 ml Wasser und 34 ml konzentrierte H₂SO₄ zugegeben. Heptan und Trifluoressigsäure werden unter vermindertem Druck abdestilliert, der Rückstand wird in 400 ml Essigsäureethylester gelöst, und mit 1 N NaOH neutral gewaschen. Essigsäureethylester und Wasser werden unter verminderten Druck abdestilliert. Der Rückstand wird abermals in 400 ml Essigsäureethylester gelöst und die Lösung wird bei etwa 50°C mit 55,25 g (0,90 Mol) Ethanolamin versetzt und wie in Beispiel 1 wird das kristalline Produkt gewonnen. Die Ausbeute an 1-Hydroxy-4-methyl-6-(2,4,4-trimethyl pentyl)-2-pyridon (Ethanolaminsalz) beträgt 168,2 g (63%).

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von 1-Hydroxy-2-pyridonen der Formel I durch Umsetzung eines Pyrons der Formel II, mit einem Hydroxylammoniumsalz in Gegenwart von basischen Verbindungen, dadurch gekennzeichnet, daß man die Umsetzung in Gegenwart einer destillierbaren, filtrierbaren oder extrahierbaren Säure oder deren Salz in einer Menge von 0,01 bis 20 Äquivalenten, bezogen auf das Pyron der Formel II, durchführt, und als basische Verbindungen Alkalicarbonat und/oder Alkalihydrogencarbonat in einer Menge von 0,8 bis 5 Äquivalenten, bezogen auf das Hydroxylammoniumsalz, einsetzt, dabei haben in den Formeln I und II die Reste R¹ und R²die nachstehenden Bedeutungen:
R¹ ist ein verzweigtes oder unverzweigtes Alkyl mit 1 bis 1 7 Kohlenstoffatomen,
ein verzweigtes oder unverzweigtes Alkenyl mit 2 bis 17 Kohlenstoffatomen,
ein Cycloalkyl mit 3 bis 8 Kohlenstoffatomen im Ring,
wobei der genannte Cycloalkylrest unsubstituiert oder durch 1 bis 3 Alkylreste mit jeweils 1 bis 3 Kohlenstoffatomen substituiert ist, ein unsubstituierter oder im aromatischen Kern durch 1 bis 3 (C₁-C₆)Alkyl-, Benzyl-, (C₁-C₆)Alkoxy-, Phenoxy- oder Halogenreste substituierter Phenyl-, Phenyloxy-(C₁-C₄)alkyl- oder Phenyl-(C₁-C₄) alkylrest,
wobei auch die als Substituent enthaltene Benzyl- oder Phenoxygruppe in gleicher Weise substituiert sein kann,
wobei die genannten Cycloalkyl-, Phenyl-, Phenyloxy-(C₁-C₄)alkyl- oder Phenyl-(C₁-C₄)alkylreste direkt oder über eine Methylen- oder Ethylengruppe an den Pyridonring gebunden sind, und
R² ist ein Wasserstoffatom,
ein Alkyl mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen,
ein Alkenyl mit 2 bis 6 Kohlenstoffatomen oder ein Benzylrest,
wobei die Alkyl-, Alkenyl- oder Benzylreste unsubstituiert oder in der bei R¹ angegebenen Weise substituiert sind.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als filtrierbare, destillierbare oder extrahierbare Säure Trifluoressigsäure in einer Menge von 0,05 bis 1 Äquivalenten, insbesondere von 0,1 bis 0,3 Äquivalenten, bezogen auf das Pyron der Formel II, und als basische Verbindungen Alkalicarbonate und/oder Alkalihydrogencarbonate in einer Menge von 0,9 bis 1,1 Äquivalente bezogen auf das Hydroxylammonium salz einsetzt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man als Säure das Natrium- oder Kaliumsalz von Trifluoressigsäure einsetzt.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Verbindung der Formel I hergestellt wird, wobei
R¹ für Alkyl mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen, Cyclohexyl oder Phenoxymethyl steht und R² für (C₁-C₄)Alkyl steht, oder die Reste R¹ oder
R², die den Phenylkern enthalten, unsubstituiert sind oder höchstens 2 Substituenten tragen.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Verbindung der Formel I hergestellt wird, wobei R¹ für 2,4,4-Trimethylpentyl, Cyclohexyl oder 4-(4-Chlorphenoxy) phenoxymethyl steht und R² für Methyl steht.

6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Hydroxylammoniumsalz Hydroxylammonium sulfat eingesetzt wird.

7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als basische Verbindung Natriumcarbonat, Kaliumcarbonat, Natriumhydrogencarbonat oder Kaliumhydrogencarbonat, insbesondere Natriumcarbonat eingesetzt wird.

8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Temperatur von 50°C bis 120°C, vorzugsweise 60°C bis 105°C gearbeitet wird.

9. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Lösungs- oder Verdünnungsmittel eingesetzt wird, das in einer Menge von bis zu 50 Gewichtsprozent des gesamten Reaktionsansatzes, insbesondere in einer Menge von 3 bis 15 Gewichtsprozent, vorliegt.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß als Lösungsmittel Heptan oder Toluol eingesetzt wird.