DE60102078T2

DE60102078T2 - Verfahren zur herstellung von trimethylhydrochinon-diacetat und trimethylhydrochinon

Info

Publication number: DE60102078T2
Application number: DE60102078T
Authority: DE
Inventors: Steffen Krill; Klaus Huthmacher
Original assignee: Degussa GmbH
Current assignee: Evonik Operations GmbH
Priority date: 2000-04-07
Filing date: 2001-03-24
Publication date: 2004-12-23
Anticipated expiration: 2021-03-25
Also published as: DK1268390T3; US6350897B2; KR20020088426A; CA2399248A1; DE60102078D1; DE10017494A1; AU2001248357A1; EP1268390B1; ATE259772T1; JP2003530377A; CN1420859A; MXPA02009115A; WO2001077058A1; US20020004619A1; EP1268390A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von 2,3,5-Trimethylhydrochinon-Diestern (TMHQ-DA) durch oxidative Aromatisierung von 2,6,6-Trimethylcyclohexan-1,4-Dion (Dihydro-Ketoisophoron = DH-KIP) durch Umsetzung mit einem Sulfonierungsmittel in Gegenwart eines Acylierungsmittels und eines sauren Katalysators, der sowohl in gelöster Form oder auch als heterogener Kontakt im Reaktionsmedium anwesend sein kann. Die erhaltenen Trimethylhydrochinon-Diester können direkt durch Umsetzung mit Phytolderivaten, insbesondere Isophytol (IP) zu Vitamin E-Acetat umgesetzt werden, oder aber zunächst in Gegenwart geeigneter Katalysatoren zu Trimethylhydrochinon (TMHQ) hydrolisiert werden, das durch Kondensation mit Isophytolderivaten zu Vitamin E und anschließend durch Acylierung in Vitamin E-Acetat überführt werden kann.
2,3,5-Trimethylhydrochinon und 2,3,5-Trimethylhydrochinondiester sind zentrale Zwischenprodukte bei der Synthese von Vitamin E und anderen Chromanverbindungen, die pharmazeutische Wirkstoffe darstellen, und unter anderem als Antioxidantien eingesetzt werden.
Vitamin E-Acetat wird neben Anwendungen im Humanbereich auch in Form spezieller Formulierungen als Futtermitteladditiv eingesetzt.
Zur Bildung von 2,3,5-Trimethylhydrochinondiestern wird üblicherweise 4-Oxoisophoron (KIP) als Edukt verwendet, das in Gegenwart stark saurer Katalysatoren und eines Acylierungsmittels wie Carbonsäureanhydride oder Acylhalogenide umgelagert wird. Die Umlagerung von Ketoisophoron (KIP) ist beschrieben in
US 4 247 720 : Umlagerung in der Gasphase unter hydrierenden Bedingungen; bei maximalen Umsätzen von 30% werden nur 50% Selektivität zu TMHQ erreicht.
Bull. Korean Chem. Soc. 1991, 12, Seite 253 ff: Umlagerung von KIP in 5%-iger Lösung in Acetanhydrid unter Zugabe von 5 Äquivalenten konzentrierter Schwefelsäure. Die TMHQ-DA Ausbeuten betragen lediglich 30%.
DE-OS 21 49 159 : Umlagerung von KIP in Gegenwart von Acetanhydrid in einer durch Protonen- oder Lewissäuren katalysierten Umlagerung zu Trimethylhydrochinon-Diacetat, welches anschließend zu TMHQ verseift wird. Zum Erreichen vollständiger Umsätze müssen große Überschüsse an Säure verwendet werden, wobei die Isolierausbeuten (maximal 66%, bezogen auf eingesetztes Ketoisophoron) unbefriedigend sind, da durch Vorhandensein von Nebenprodukten aufwendig umkristallisiert werden muß.
DE-OS 196 27 977 : Umlagerung von KIP in Gegenwart von stöchiometrischen Mengen Acetanhydrid und katalytischen Mengen diverser Säuren (Trifluormethansulfonsäure, Chlorsulfonsäure, Oleum verschiedener Konzentrationen).
Weitere Verfahren, die grundsätzlich die gleiche Vorgehensweise beschreiben, nämlich die Umsetzung von Ketoisophoron mit Acetanhydrid oder Essigsäure in Anwesenheit einer Protonensäure zu Trimethylhydrochinondiacetat, werden in EP 0 850 912 und EP 0 916 642 A1 und Jp.Os 11-49712 (Suyama et al., 23.2.99; Umlagerung von KIP in der Gasphase in Gegenwart eines heterogenen, sauren Kontaktes) ausgeführt.
Allen diesen verfahren ist gemeinsam, daß Trimethylhydrochinonester und daraus durch Hydrolyse erhältlich Trimethylhydrochinon, ausgehend von einem nicht-aromatischen Ausgangsprodukt, nämlich 2,6,6-Trimethylcyclohex-2-en-1,4-dion, hergestellt wird. Bei dieser Reaktion besitzt das Edukt (KIP) bereits die gleiche Oxidationsstufe wie das Produkt, TMHQ-DA, das heißt die Reaktion kann über eine einfache Umlagerung nach wagner-Meerwein erklärt werden. Im folgenden Schema ist die üblicherweise für die TMHQ-DA Herstellung verwendete Reaktion wiedergegeben:
Der KIP-Enolester kann bei Verfolgung des Reaktionsverlaufs mittels Gaschromatografie detektiert werden, so daß davon auszugehen ist, daß der Enolester das Zwischenprodukt der Reaktion darstellt.
Das für die Synthese verwendete Ketoisophoron ist aber als Ausgangsmaterial verhältnismäßig teuer. Es wird nach bekannten Verfahren durch Sauerstoff-Oxidation von β- Isophoron mit anschließender destillativer Aufarbeitung gewonnen.
Zur Herstellung von TMHQ-DA ist insbesondere 2,2,6-Trimethylcyclohexan-1,4-dion (DH-KIP = Dihydro-KIP) interessant, das ausgehend von β-Isophoron durch Oxidation über β-Isophoron-Epoxid und 4-Hydroxyisophoron zugänglich ist. Die Herstellung des aliphatischen 1,4-Diketons (DH-KIP) oder dessen Vorstufe 4-Hydroxy-Isophoron (HIP) ist zum Beispiel beschrieben in:
Journal Mol. Cat. 172, 427–435, (1997): Epoxidierung von β-Isophoron durch tert-butyl-Hydroperoxid als Oxidationsmittel in Gegenwart eines heterogenen Katalysators (SiO₂-TiO₂-Kontakt), Darstellung von β-Isophoron Epoxid (β-IPO) und 4- Hyxdroxy-Isophoron (HIP).
Tetrahedron Lett., Suppl. 8, Part I, 1–7: Oxidation von β-Isophoron zu β-IP-Epoxid durch Oxidation mit meta-Chlorbenzoesäure und anschließende Isomerisierung in basischem Medium zu HIP, das in Gegenwart eines apolaren Lösungsmittels in Anwesenheit katalytischer Mengen p-Toluolsulfonsäure zu DH-KIP (Ausbeute: 78%) umgelagert wird.
Helv. Chim. Acta 39, 2041 (1956): Oxidation von β-IP durch Peressigsäure als Oxidationsmittel und anschließende Behandlung des Reaktionsprodukts mit NaOH unter Bildung von HIP in 57% Ausbeute.
DP 38 06 835: Oxidation von β-IP durch Umsetzung mit wässrigem Wasserstoffperoxid in Gegenwart von Ameisensäure zu HIP unter gleichzeitiger Rückisomerisierung von β-IP zu alpha-Isophoron.
Aufgabe der Erfindung ist es, alternative aliphatische Edukte der TMHQ-DA Synthese zu finden, die günstig zugänglich sind, und ein Verfahren zur effizienten Umsetzung dieser alternativen Edukte zu TMHQ-Diestern zu finden.
Die Aufgabe der Erfindung besteht insbesondere darin, Dihydro-Ketoisophoron (DH-KIP) als alternatives Edukt der Synthese von TMHQ-DA einzusetzen und ein wirtschaftliches Verfahren für diese Umsetzung zu finden. Hierbei soll sowohl die notwendige Oxidation als auch die Umlagerung unter Aromatisierung in einem Verfahrensschritt durchgeführt werden können.
Die Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Trimethylhydrochinondiestern der allgemeinen Formel (2)
worin R einen gegebenenfalls substituierten aliphatischen, alicyclischen oder aromatischen Kohlenwasserstoffrest repräsentiert,
und 2,3,5-Trimethylhydrochinon der allgemeinen Formel (3)
durch Umsetzung von 2,2,6-Trimethyl-cyclohexan-1,4-dion der, allgemeinen Formel (1)
mit einem Acylierungsmittel,
wobei die Umsetzung unter oxidativen Bedingungen mit einem Sulfonierungsmittel und in Gegenwart einer Protonensäure und/oder einer Lewissäure bei einer Temperatur zwischen –50°C und 200°C durchführt, wobei das Verhältnis zwischen Acylierungsmittel und 2,2,6-Trimethylcyclohexan-1,4-dion mindestens 1 beträgt.
Bislang wurde die Umsetzung von DH-KIP als Edukt der Herstellung von TMHQ-DA nicht eingesetzt, da das gesättigte 1,4-Diketon nicht den entsprechenden Oxidationszustand besitzt, um eine erfolgversprechende Umsetzung durch einfache Umlagerung zu TMHQ-DA zu gewährleisten.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahrens gelingt es nun, DH-KIP als Edukt für die Synthese von Trimethylhydrochinon-Diestern und Trimethylhydrochinon zu verwenden. Im folgenden Schema ist die erfindungsgemäße Umsetzung dargestellt:
Wie in der obigen Reaktionsgleichung dargestellt, führt die Umsetzung je nach Reaktionsbedingungen neben Trimethyl-Hydrochinon-Diacetat auch zu Trimethylbrenzcatechin- Diacetat (TMBC-DA) und zu 3,4,5-Trimethylphenol-Acetat (TMP-Ac).
Die Erfindung betrifft ein neues Verfahren zur Herstellung von 2,3,5-Trimethylhydrochinon-Diestern und Trimethylhydrochinon durch Umlagerung von 2,2,b-Trimethylcyclohexan-1,4-Dion (Dihydroketoisophoron = DH-KIP) durch Umsetzung mit einem Acylierungsmittel in Gegenwart eines sauren Protonen-haltigen Katalysators mit einem pK_a-Wert 3 oder weniger und/oder einer Lewissäure unter oxidierenden Bedingungen. Im einfachsten Fall des erfindungsgemäßen Verfahrens stellt die verwendete Katalysatorsäure der Umlagerung auch gleichzeitig das Oxidationsmittel dar, insbesondere Schwefelsäure oder Oleum. Nach einer weiteren Variante kann die oxidative Umlagerung von DH-KIP in Anwesenheit eines Acylierungsmittels aber auch durch eine nicht-oxidierende Brönstedt- oder Lewissäure katalysiert werden, wobei in diesem Fall ein Sulfonierungsmittel, wie zum Beispiel Schwefelsäure/Oleum anwesend sein muß.
Die Umsetzung findet bei Temperaturen von –50–200°C statt, wobei das Verhältnis von Acylierungsmittel zu DH-KIP mindestens 1 : 1 beträgt. Bevorzugt wird in einem Temperaturintervall zwischen –20 und 120°C gearbeitet. Bei höheren Temperaturen nimmt die Selektivität der TMHQ-Diesterbildung zugunsten der Bildung von Nebenprodukten wie Trimethylphenolacetat und Trimethylbrenzcatechin-Diestern ab. Bei niedrigeren Temperaturen können hohe Produktselektivitäten erreicht werden, allerdings nimmt die Reaktionsgeschwindigkeit ab.
Der bei Reaktionsende erhaltene TMHQ-Diester kann nach Isolierung direkt unter geeigneten Bedingungen mit Isophytol zu Vitamin E-Acetat umgesetzt werden. Alternativ zu dieser Vorgehensweise wird der als Zwischenprodukt erhaltene Diester unter Zugabe von Wasser zur Reaktionsmischung zum Trimethylhydrochinon hydrolysiert.
Bei dem im Verfahren eingesetzten Acylierungsmittel handelt es sich vorzugsweise um ein Carbonsäureanhydrid, Carbonsäurehalogenid, Enolester, Keten oder um andere dem Fachmann bekannten Acylierungsmittel. Besonders bevorzugt werden Carbonsäureanhydride der allgemeinen Formel (4) eingesetzt:
wobei R und R' gleiche oder verschiedene Substituenten repräsentieren und einen gegebenenfalls substituierten aliphatischen, alicyclischen oder aromatischen Rest mit 1–10 Kohlenstoffatomen, die gegebenenfalls halogeniert sein können, bedeuten.
Besonders bevorzugt im Sinne der Erfindung wird Acetanhydrid als Acylierungsmittel verwendet. Ein weiterer Vorteil beim Einsatz von Acetanhydrid ist die Entstehung von Essigsäure während der Reaktion, die einen geigneten Phasenvermittler der anschließenden Hydrolyse mit Wasser zum TMHQ darstellt. Weitere geeignete Säureanhydride sind die Anhydride von Propionsäure, Buttersäure, Isobuttersäure, Cyclohexancarbonsäure, Benzoesäure oder die Anhydride ein- oder mehrfach halogenierter Carbonsäuren. Beispielsweise seien an dieser Stelle Chloressigsäure und Trifluoressigsäure genannt. Auch cyclische Anhydride sind für die Umsetzung als Acylierungsmittel geeignet wie beispielsweise Maleinsäureanhydrid oder Bernsteinsäureanhydrid. Auch für die Verwendung von Carbonsäurehalogeniden gelten keine Einschränkungen, wobei gute Ergebnisse insbesondere mit den entsprechenden Chloriden bei den oben aufgezählten Carbonsäuren erhalten werden. Besonders bevorzugt ist die Verwendung von Acetylchlorid als Acylierungsmittel.
Das Acylierungsmittel sollte vorzugsweise in einem Molverhältnis von mindestens 1 : 1 bezogen auf eingesetztes DH-KIP, vorzugsweise in einem molaren Verhältnis von 1 : 1 bis 1 : 10 vorliegen. Die Verwendung von höheren Konzentrationen des Acylierungsmittels stört die Reaktion nicht, allerdings wird durch diese hohen Verdünnungen keine weitere Verbesserung der Umsetzung erzielt. Das überschüssige Acylierungsmittel dient in diesem Fall als Lösungsmittel, das nach Bildung der als Zielprodukt gewünschten TMHQ-Diester in einfacher Weise durch Destillation vom Produkt abgetrennt und recycliert werden kann. Für den Einsatz von Carbonsäurehalogeniden gelten die gleichen Angaben bezüglich der molaren Verhältnisse wie sie im Falle des Einsatzes von Anhydriden gemacht wurden. Beispielsweise seien für die Verwendung von Carbonsäurehalogeniden Essigsäurechlorid, Propionsäurechlorid und Buttersäurechlorid genannt. Exemplarisch für die Verwendung von Enolestern seien hier Isopropenylacetat und strukturverwandte Verbindungen folgender allgemeinen Formel (5) angeführt:
wobei R₁ bis R₄ H-Atome und Kohlenwasserstoffreste mit 1–10 Kohlen-wasserstoffatomen, oder einen 5- oder 6-gliedrigen alicyclischen Kohlenwasserstoff repräsentieren und R₅ einen aliphatischen, alicyclischen oder aromatischen Kohlenwasserstoffrest, gegebenenfalls substitituiert, mit 1 bis 10 Kohlenwasserstoffatomen repräsentiert.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren muß die Umlagerung des 1,4-Dions unter oxidativen Bedingungen durchgeführt werden. Im einfachsten Fall übernimmt die eingesetzte Katalysatorsäure auch die Funktion des Oxidationsmittels. Für die Umlagerung von DH-KIP zu TMHQ-Diestern sind nach dem erfindungsgemäßen Verfahren oxidierende Säuren mit einem pK_a-Wert von 3 oder weniger geeignet, insbesondere Schwefelsäure und Oleum verschiedener SO₃-Konzentrationen.
Besonders geeignet nach dem erfindungsgemäßen Verfahren sind sulfonierende Reagenzien, wie Schwefelsäure oder Oleum verschiedener SO₃ Konzentrationen, aber auch Mischungen von Schwefelsäure mit Borsäure und Oleum mit Borsäure. Beim Einsatz dieser Reagenzien erfolgt die Reaktion durch in situ stattfindende Sulfonierung, wobei in einem nachfolgenden Schritt SO₂ emittiert wird.
Beim Einsatz von Schwefelsäure, Oleum und ähnlicher Sulfonierungsreagenzien können additiv zur Beschleunigung der Reaktion auch verschiedene nicht oxidierende Säurekatalysatoren ergänzt werden. Prinzipiell eignen sich sowohl Protonensäuren als auch Lewissäuren. Exemplarisch für die verwendbaren Brönstedtsäuren werden mineralische oder organische Säuren mit einem pk_a-Wert von 3 oder weniger verwendet, unter anderem aliphatische oder aromatische Sulfonsäuren wie para-Toluolsulfonsäure, Benzolsulfonsäure, Methansulfonsäure, Ethansulfonsäure, Halogenwasserstoffsäuren (HX; X = F, Cl, Br, I), Phosphorsäure und aliphatische und aromatische Phosphonsäuren, Halogenessigsäure (XCH₂CO₂H; X = F, Cl, Br) oder entsprechende mehrfach halogenierte Derivate wie Trichloressigsäure oder Trifluoressigsäure, Nitroterephtalsäure oder entsprechende Arylcarbonsäuren, die durch elektronenziehende Substituenten aktiviert sind.
Besonders bevorzugte Protonensäuren, die neben den Sulfonierungsreagenzien eingesetzt werden können, sind Katalysatorsysteme, die Borsäure einerseits und Carbonsäuren oder andere chelatisierende Liganden andererseits enthalten. Die Wirkung dieser Katalysatorsysteme beruht auf einer sich aus der Borhaltigen Verbindung einerseits und den eingesetzten Carbonsäuren andererseits in situ bildenden Katalysatorspezies, deren pK_a-Wert niedriger ist als der pK_a-Wert von Borsäure. Besonders geeignet in diesem Zusammenhang sind Mischungen aus Borsäure oder entsprechenden Borsäurederivaten und Oxalsäure, wobei das Verhältnis der Katalysatorkomponenten zwischen 1 : 10 und 10 : 1 liegt.
In einer weiteren Variante wird das Verfahren in Anwesenheit einer Protonensäure mit einer Hammettkonstante H₀ < –11,9 durchgeführt. Diese nach dieser Klassifizierung erfassten Säuren umfassen die sogenannten Supersäuren wie Perchlorsäure, Halogensulfonsäuren (Chlorsulfonsäure, Fluorsulfonsäure, etc), Perhalogenalkansulfonsäuren wie zum Beispiel Perfluoralkansulfonsäuren der allgemeinen Formel (6): C_nF_2n+1SO₃H (6)wobei n = 1–8 bedeuten kann.
Als verwendbare Säuren können auch feste Katalysatoren eingesetzt werden, die durch ihre leichte Abtrennbarkeit nach Reaktionsende Vorteile bei der Aufarbeitung gegenüber den homogen gelösten Protonensäuren aufweisen. Diese festen Katalysatoren umfassen stark saure und supersaure Ionenaustauscher, diverse saure Mischoxide, Zeolithe (Y-, X-, A-, oder β-Typ) und Heteropolysäuren (Heteropolysäuren, die sich unter anderem aus den Elementen P, Mo, V, W und Si zusammensetzen).
Als saure Ionenaustauscher werden insbesondere gängige Ionenaustauscher, bei denen die Acidität durch -SO₃H-Gruppen auf einem geeigneten Träger erzeugt wird (zum Beispiel Amberlyst Katalysatoren, oder Deloxane; Degussa-Hüls AG). Die Sulfonsäuregruppen können unter anderem kovalent an ein organisches oder anorganisches Trägermaterial gebunden sein. Es können auch supersaure, feste Säuren eingesetzt werden (zum Beispiel vom Nafion-Typ, wie Nafion NR50 von Aldrich oder Nafion H von Dupont), wobei die Acidität hier durch Perfluoralkansulfonsäuregruppen erzeugt wird, die an diverse Trägermaterialien gebunden sind. Es können auch saure, unter Reaktionsbedingungen unlösliche Sulfate z. b. CaSO₄, Fe₂(SO₄)₃, CuSO₄, NiSO₄, (Al)₂(SO₄)₃, MnSO₄, BaSO₄, CoSO₄, ZnSO₄, (NH₄)SO₄ eingesetzt werden. Exemplarisch für die sauren Mischoxide seien an dieser Stelle SiO₂-Al₂O₃, SiO₂-TiO₂, TiO₂-ZrO₂, SiO₂-ZrO₂ und verwandte Verbindungen angeführt. Geeignet sind auch Zeolithe, unter anderem ZSM-5, Mordenite und saure Aluminiumphosphat-Systeme. Als feste Katalysatoren kommen auch diverse auf Träger fixierte Lewissäuren und Protonensäuren, die bereits oben angeführt wurden, in Betracht. Exemplarisch seien hier SbF₅, TaF₅, BF₃, AlX₃ (X = Cl, Br, F), SbF₅-HF, SbF₅-FSO₃H, SbF₅-CF₃SO₃H, SO₄ ^2– und bezüglich der Acidität äquivalente Verbindungen genannt. Die vorstehend aufgezählten Verbindungen zählen ebenfalls zu den Supersäuren, die eine Hammett Konstante von H₀ = < –11,9 aufweisen.
Der feste Katalysator kann als Slurry verwendet werden oder aber in einer entsprechenden Form in einen Festbettreaktor eingebracht werden.
Das Verfahren kann in Gegenwart organischer Lösungsmittel durchgeführt werden, die sich unter Reaktionsbedingungen inert verhalten. Die Konzentration der Reaktanten im Lösungsmittel hat nur einen unwesentlichen Einfluss auf das Produktbild der Umsetzung und beeinflusst lediglich das Verhältnis zwischen Trimethylhydrochinon-Diestern und den entsprechenden Brenzcatechin-Diestern. Bevorzugt arbeitet man Lösungsmittel-frei, so daß eine Lösungsmittel-Destillation und Abtrennung vom Produkt entfällt.
Erfolgt die Umlagerung in Gegenwart organischer Lösungsmittel, werden besonders aliphatische und cyclische Ester, zum Beispiel Essigsäureethylester, Essigsäurepropylester, Butylacetat, Isobutylacetat, gamma-Butyrolacton, Ethylencarbonat, dessen Derivate und Homologe, aliphatische, alicyclische und aromatische Kohlenwasserstoffe, zum Beispiel Pentan, Hexan, Heptan, Octan und weitere Homologe, Benzol, Toluol oder Xylol eingesetzt. Auch Ketone sind als Lösungsmittel im Rahmen der Erfindung geeignet wie beispielsweise Aceton, Methyl-Ethylketon, Diethylketon oder Isophoron. Weiterhin können aliphatische, aromatische oder gemischte Ether wie Diethylether, Methyl-tert-butylether eingesetzt werden.
In einer Ausführungsform des Verfahrens wird der entstandene Trimethylhydrochinon-diester direkt aus der bei der Reaktion entstandenen Carbonsäure auskristallisiert, ohne daß die Zugabe eines weiteren Lösungsmittels notwendig ist. Es ist aber auch möglich, die Isolierung des Produktes (und damit die Abtrennung von Nebenprodukten wie Trimethylphenol-Estern und Brenzcatechin-Diestern) durch Zugabe eines geeigneten Lösungsmittels nach Abdestillation der entstandenen freien Carbonsäure vorzunehmen. In einer weiteren Ausführungsform wird bei Durchführung der Reaktion in einem der genannten Lösungsmittel die Produktisolierung durch Kristallisation direkt aus dem Lösungsmittel der Reaktion durchgeführt. Die Reinheit des so isolierten TMHQ-DA entspricht einer Produktqualität, wie sie für den Einsatz als Edukt bei der Vitamin E-Acetat Synthese erforderlich ist.
In einer weiteren Ausführungsform verseift man das entstandene TMHQ-Diacetat ohne Isolierung, indem man zur Rohmischung der Umsetzung Wasser zugibt. Vorteilhaft ist die Anwesenheit der bei der TMHQ-DA Bildung entstehenden Carbonsäure, in diesem Fall Essigsäure, die als Phasenvermittler fungiert, und eine effiziente Hydrolyse des Diesters sicherstellt. Als Verseifungskatalysator kann der gleiche Katalysator genutzt werden, der bereits für die oxidative Umlagerung von DH-KIP verwendet worden ist. Die Isolierung des freien Trimethylhydrochinons TMHQ erfolgt in an sich bekannter Weise durch Kristallisation aus einem geeigneten Medium. Die TMHQ-Synthese kann auch nach Zwischenisolierung des TMHQ-DA erfolgen, wobei anschließend in Anwesenheit eines basischen oder sauren Katalysators gegebenenfalls in Anwesenheit einer phasenvermittelnden Verbindung wie zum Beispiel Essigsäure, n-Butanol oder n-Butylacetat hydrolysiert wird. Es ist ebenfalls möglich, TMHQ-DA durch Hydrolyse unter Druck in Abwesenheit eines Katalysators in TMHQ zu überführen.
Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung.
Beispiel 1
Umsetzung von DH-KIP mit Acetanhydrid/Essigsäure in Gegenwart von Schwefelsäure
1,54 g Dihydro-Ketoisophoron (DH-KIP) werden mit 0,6 g (10 mmol) Essigsäure versetzt und durch Rühren suspendiert. Zu dieser Suspension gibt man unter Rühren bei Raumtemperatur 10,21 g Acetanhydrid (100 mmol). Zu dieser farblosen Lösung gibt man mittels einer Spritzenpumpe innerhalb von 10 Minuten konzentrierte 96% Schwefelsäure (721 μl; 13 mmol; 130 Mol% bez. auf DH-KIP). Man beobachtet während der Zugabezeit die kontinuierliche Entwicklung von SO₂. Nach Beendigung der Schwefelsäurezugabe wird 3 Stunden auf 100°C erhitzt, danach auf 20°C abgekühlt, wobei sich Kristalle abscheiden. Zur vollständigen Kristallisation werden 5 ml Wasser zur Suspension gegeben und bei 20°C kristallisiert. Man wäscht mit wenig kalter Essigsäure und erhält farblose Kristalle, die nach Trocknung im Vakuum bei 55°C als reines Trimethylhydrochinon-Diacetat identifiziert werden. Der Umsatz an DH-KIP ist quantitativ.

Ausbeute: 1,95 g (82,5% d. Th)

Reinheit: 99,3% (HPLC)
Beispiel 2
Umsetzung von DH-KIP mit Acetanhydrid in Gegenwart von Schwefelsäure
Man legt 1,54 g (10 mmol) DH-KIP in einem Dreihalskolben vor und gibt nacheinander konzentrierte 96% Schwefelsäure (13 mmol) und 5,1 g Acetanhydrid (50 mmol) unter Kühlung mit einem externen Wasserbad zu, so daß die Temperatur 30°C nicht überschreitet. Danach lässt man 3 Stunden bei 30°C rühren. Nach quantitativer GC-Analyse der so erhaltenen Reaktionsmischung erhält man folgende Ergebnisse:

Umsatz DH-KIP: 99,14%

Ausbeute TMHQ-DA: 93,6% (d. h. Selektivität: 94,4%)

Ausbeute TMBC-DA: 4,6% (d. h. Selektivität: 4,6%)
Beispiel 3
Umsetzung von DH-KIP mit Acetanhydrid in Gegenwart von Schwefelsäure bei 50°C
Man legt 1,54 g (10 mmol) DH-KIP und konzentrierte 96% Schwefelsäure (13 mmol) bei 50°C im Dreihalskoben vor und gibt 5,1 g Acetanhydrid (50 mmol) hinzu, wobei die Temperatur durch die Regelung der Zugabegeschwindigkeit bei 50°C gehalten wird. Danach lässt man 3 Stunden bei 50°C rühren. Nach quantitativer GC-Analyse der so erhaltenen Reaktionsmischung erhält man folgende Ergebnisse:

Umsatz DH-KIP: 100%

Ausbeute TMHQ-DA: 91,2% (d. h. Selektivität: 91,2%)

Ausbeute TMBC-DA: 5,2% (d. h. Selektivität: 5,2%)
Beispiel 4
Umsetzung von DH-KIP zu TMHQ-DA mit Acetanhydrid/Essigsäure in Gegenwart von Schwefelsäure und anschließende Hydrolyse zu TMHQ
15,4 g DH-KIP (100 mmol) wurden in 20 g (0,33 Mol) Essigsäure bei Raumtemperatur gelöst und die Lösung auf 5°C unter Rühren abgekühlt. Dann wurde innerhalb von 10 Minuten 13,3 g (130 mmol) konzentrierte 96% Schwefelsäure zugegeben. Danach wurde die klare Lösung auf 50°C erhitzt und über eine Spritzenpumpe 102,1 g Acetanhydrid (1 Mol) innerhalb 0,5 Stunden zugegeben. Im Anschluss wurde 2 Stunden bei 50°C gerührt. Die Quantifizierung der Reaktionslösung mittels GC lieferte folgende Resultate:

Umsatz DH-KIP: 100%

Ausbeute TMHQ-DA: 93,2% (d. h. Selektivität: 93,2%)

Ausbeute TMBC-DA: 4,3% (d. h. Selektivität: 4,3%)
Man hydrolysiert die Reaktionslösung mit 100 ml Wasser und erhitzt zur Vervollständigung der Hydrolyse 3 Stunden unter Rückfluß. Danach wird am Rotationsverdampfer eingeengt und unter Zugabe von Wasser kristallisiert. Man erhält bei 20°C farblose Kristalle, die laut GC < 1% TMBC enthalten.

Umsatz TMHQ-DA: 99,2%

Ausbeute TMHQ: 13,5 g; 88,5% d. Th. bezogen auf DH-KIP

GC-Gehalt: 99,3%

Claims

Verfahren zur Herstellung von Trimethylhydrochinondiestern der allgemeinen Formel (2)
worin R einen gegebenenfalls substituierten aliphatischen, alicyclischen oder aromatischen Kohlenwasserstoffrest repräsentiert, und 2,3,5-Trimethylhydrochinon der allgemeinen Formel (3)
durch Umsetzung von 2,2,6-Trimethyl-cyclohexan-1,4-dion der allgemeinen Formel (1)
mit einem Acylierungsmittel, dadurch gekennzeichnet, daß man die Umsetzung unter oxidativen Bedingungen mit einem Sulfonierungsmittel und in Gegenwart einer Protonensäure und/oder einer Lewissäure bei einer Temperatur zwischen –50°C und 200°C durchführt, wobei das Verhältnis zwischen Acylierungsmittel und 2,2,6-Trimethylcyclohexan-1,4-dion mindestens 1 beträgt.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Sulfonierungsmittel Schwefelsäure oder Oleum verwendet.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das Acylierungsmittel aus der Gruppe der Carbonsäureanhydride der allgemeinen Formel (4) auswählt
wobei R und R' gleiche oder verschiedene Substituenten repräsentieren und einen gegebenenfalls substituierten aliphatischen, alicyclischen oder aromatischen Rest mit 1–10 Kohlenstoffatomen, die gegebenenfalls halogeniert sein können, bedeuten.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Acylierungsmittel Essigsäureanhydrid verwendet.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man Carbonsäurehalogenide, Enolester oder Ketene als Acylierungsmittel einsetzt.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Umsetzung in Gegenwart von Protonensäuren mit einem pK_a-Wert von 3 oder weniger durchführt.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Umsetzung zusätzlich in Gegenwart von Protonensäuren aus der Gruppe Salpetersäure, Perchlorsäure, salpetrige Säure, Chlorwasserstoffsäure, Bromwasserstoffsäure, Fluorwasserstoffsäure, Methansulfonsäure, Ethansulfonsäure, Halogensulfonsäuren, Perhalogenalkansulfonsäuren, Benzolsulfonsäure, para-Toluolsulfonsäure, Phosphorsäure, Phenylphosphonsäure, Nitroterephtalsäure, Pikrinsäure, Trifluoressigsäure, Chloressigsäure, Mischungen aus Borsäurederivaten und chelatisierenden Carbonsäuren, Mischungen aus Borsäure und Oxalsäure, Oleum, Schwefelsäure oder HB(HSO₄)₄-H₂SO₄ ausführt.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man Protonensäuren einsetzt, die eine Hammettkonstante < –11,9 aufweisen (supersaure Säuren).
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Lewissäure einen festen sauren, oder supersauren Katalysator einsetzt, und die Reaktion in Gegenwart des heterogenen Kontaktes durchführt.
Verfahren gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß man den sauren Katalysator in einer Menge von 0,01–1000 Mol% bezogen auf 2,2,6-Trimethylcyclohexan-1,4-dion einsetzt
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man Gemische von Lewissäuren und Brönstedtsäuren einsetzt.
Verfahren gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man das entstandene Trimethylhydrochinon-Diacetat ohne Isolierung, gegebenenfalls nach dem Abdestillieren von nicht umgesetztem Acetanhydrid, durch Zugabe von Wasser und/oder verdünnter Säure verseift und das entstandene Trimethylhydrochinon abtrennt.
Verfahren gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man das entstandene Trimethylhydrochinon-Diacetat aus dem Reaktionsgemisch isoliert, und gegebenenfalls anschließend unter Verwendung verdünnter Säure in Gegenwart eines Phasenvermittlers verseift und das entstandene Trimethylhydrochinon abtrennt.
Verfahren gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß man als Phasenvermittler Essigsäure, n-Butanol oder n-Butylacetat oder deren Gemische einsetzt.