DE60202884T2

DE60202884T2 - Beta-Ketophosphonate

Info

Publication number: DE60202884T2
Application number: DE60202884T
Authority: DE
Inventors: Christopher John Great Meadow HARRIS; Alan Craig Bedworth Smith; Julie Ann Dudley SALTER
Original assignee: Rhodia Consumer Specialties Ltd
Current assignee: Solvay Solutions UK Ltd
Priority date: 2001-09-27
Filing date: 2002-08-23
Publication date: 2005-10-27
Anticipated expiration: 2022-08-24
Also published as: EP1430065A1; JP4399262B2; CA2463287C; ES2236554T3; US7112692B2; ATE288441T1; JP2005503443A; EP1430065B1; DE60202884D1; WO2003027129A1; US20040267040A1; CA2463287A1; GB0123202D0

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Beta-Ketophosphonate; insbesondere betrifft die Erfindung hier ein verbessertes Verfahren zur Herstellung der Beta-Ketophosphonate. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf die Beta-Ketophosphonate, die nach diesem Verfahren hergestellt worden sind.
Beta-Ketophosphonate sind bekannt als wertvolle Zwischenprodukte bei der Synthese von α,β-ungesättigten Carbonylverbindungen nach der Horner-Wadsworth-Emmons-Reaktion; weiterhin werden Beta-Ketophosphonate eingesetzt bei der Flüssig-Flüssig-Extraktion von Metallen.
Typischerweise werden Beta-Ketophosphonate erzeugt durch die bei tiefen Temperaturen (beispielsweise –70°C) erfolgende Umsetzung des Anion eines Dialkyl-methyl-phosphonat mit einem Carbonsäureester oder mit einem Carbonsäurehalogenid. Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren, nach dem die Beta-Ketophosphonate bequemer erzeugt werden durch die bei Umgebungstemperaturen (beispielsweise 20°C) erfolgende Umsetzung eines Trialkyl-phosphono-carboxylat über dessen Magnesium-"Enolat" mit einem Acylhalogenid. Diese Umsetzung erfolgt in drei Stufen, nämlich in einer ersten Stufe, in der ein Ester als Zwischenprodukt (Zwischenprodukt-Ester) gebildet wird, weiterhin in einer zweiten Stufe, in der eine Decarboxylierung erfolgt, und schließlich in einer dritten Stufe, in der eine Reinigung erfolgt. Bislang ist die erste Stufe dieser Umsetzung in Dichlormethan durchgeführt worden, das als Lösemittel für das Phosphono-carboxylat dient. Am Ende dieser ersten Umsetzungsstufe (der Esterbildung) muss dieses Lösemittel entfernt werden, um dann nachfolgend zu Beginn der dritten Umsetzungsstufe wieder zugesetzt zu werden, und am Ende dieser dritten Umsetzungsstufe (der Reinigungs-Stufe) wieder entfernt zu werden. Die Notwendigkeit, Dichlormethan zuzusetzen, zu entfernen, erneut zuzusetzen und erneut zu entfernen, macht diese Umsetzung für die Anwendung im gewerblichen bzw. industriellen Maßstab unwirtschaftlich.
Kim et al. (Synth. Commun. 29 (8) Seiten 1271–1276 (1999)) beschreiben ein Verfahren zur Herstellung von Beta-Ketophosphonaten in drei Stufen, wobei in einer ersten Verfahrensstufe die Phosphono-carbonsäure mit einem Harz verestert wird, daraufhin als Zwischenprodukt ein Keto-Ester gebildet wird, und diese Verbindung schließlich decarboxyliert wird.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist nun überraschenderweise festgestellt worden, dass ein Ersatz des Dichlormethan-Lösemittel durch einen halogenierten aromatischen Kohlenwasserstoff die Notwendigkeit vermeidet, am Ende der ersten Umsetzungsstufe das Lösemittel zu entfernen, wodurch weiterhin eine Hydrolyse des decarboxylierten Produktes im Verlauf der zweiten Umsetzungsstufe vermindert wird, so dass insgesamt die Reinheit und Ausbeute der am Ende der dritten Umsetzungsstufe erhaltenen Beta-Ketophosphonate verbessert wird.
Demzufolge wird mit der vorliegenden Erfindung bereitgestellt ein Verfahren zur Herstellung eines Beta-Ketophosphonat durch Umsetzung eines Trialkyl-phosphono-carboxylat mit Acylhalogenid, wobei eine dreistufige Umsetzung durchgeführt wird, mit

– einer ersten Stufe, in der ein Ester als Zwischenprodukt gebildet wird,
– einer zweiten Stufe, in der eine Decarboxylierung erfolgt, und
– einer dritten Stufe, in der eine Reinigung erfolgt,

Bei dem im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens eingesetzten Lösemittel handelt es sich vorzugsweise um einen halogenierten aromatischen Kohlenwasserstoff. Ein besonders bevorzugtes Lösemittel ist Monochlorbenzol.
Der Einsatz von Monochlorbenzol (Siedepunkt: 132°C) anstelle des bislang eingesetzten Dichlormethan (Siedepunkt: 40°C) macht das Verfahren insgesamt sicherer (das Lösemittel dient als Wärmesenke für die Umsetzung) und für die Anwendung im gewerblichen oder industriellen Maßstab besser geeignet. Die Notwendigkeit, mehr Lösemittel zuzusetzen, oder das nach der zweiten Umsetzungsstufe, der Decarboxylierungs-Stufe erhaltene Rohprodukt zu trocknen, wird vermieden. Das Lösemittel wird am Ende der Umsetzung entfernt (beispielsweise durch Destillation unter verminderten Druck), wonach eine weitere Aufarbeitung des Produktes in wässriger Phase erfolgt.
Die erste Umsetzungsstufe, das ist diejenige Stufe, in deren Verlauf ein Ester als Zwischenprodukt gebildet wird, verläuft bequem über die Bildung eines Magnesium-"Enolat" des als Ausgangsmaterial dienenden Trialkyl-phosphono-carboxylat. Diese erste Umsetzungsstufe wird typischerweise in Gegenwart einer Base durchgeführt, mit anschließender Hydrolyse, um den Zwischenprodukt-Ester zu erzeugen.
Das hier eingesetzte Trialkyl-phosphono-carboxylat kann zweckmäßigerweise Triethyl-phosphono-acetat oder Trimethyl-phosphono-acetat sein. Durch Einwirkung von Magnesiumchlorid kann dieses Ausgangsmaterial einfach in das entsprechende Magnesium-"Enolat" überführt werden.
Bei der hier eingesetzten Base handelt es sich vorzugsweise um ein tertiäres Amin wie etwa Triethylamin.
Das Acylhalogenid kann Acetylchlorid oder Isobutyrylchlorid sein. Ferner können auch andere Acylhalogenide eingesetzt werden, einschließlich Hydrocinnamoyl-(3-phenylpropionyl)-chlorid, Valeryl-(pentanoyl)-chlorid und Caproyl-(hexanoyl)-chlorid.
Die Hydrolyse zur Bildung des Zwischenprodukt-Esters kann erreicht werden durch Anwendung einer verdünnten Mineralsäure, wie beispielsweise Salzsäure.
Die zweite Umsetzungsstufe, das ist die Decarboxylierungs-Stufe kann erreicht werden durch Zugabe einer kleinen Menge Wasser zu der Lösung des Zwischendprodukt-Esters in Chlorbenzol; anschließend wird das Gemisch auf eine Temperatur von 100 bis 110°C erwärmt. Überschüssiges Wasser und überschüssiger Alkohol, der als Nebenprodukt bei der Decarboxylierung gebildet wird, werden im Verlauf dieser Umsetzungsstufe aus dem Reaktionsgefäß abdestilliert.
Das nach dieser zweiten Umsetzungsstufe, nämlich der Decarboxylierungs-Stufe erhaltene Produkt wird anschließend unter Vakuum gehalten, um restliche Lösemittelanteile auszutreiben und zu entfernen (Austreiben bzw. Ausdämpfen unter Vakuum); typischerweise wird dabei ein hochreines Produkt (Reinheit mehr als 98%) in hoher Ausbeute (Ausbeute höher als 95%) erhalten.
Mit der vorliegenden Erfindung werden weiterhin Beta-Ketophosphonate bereitgestellt, die nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren erhalten worden sind.
Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird mit Hilfe der nachfolgenden Beispiele beschrieben.
Beispiel 1
Herstellung von Diethyl-2-oxopropyl-phosphonat
Ein Reaktionsgefäß wird mit Magnesiumchlorid (31,7 g) und mit Chlorbenzol (550 g) beschickt. Daraufhin wird im Verlauf von 10 min bei 20°C Triethyl-phosphono-acetat (24,7 g) zugesetzt. Anschließend wird zu diesem Gemisch im Verlauf von 20 min bei 20°C Triethylamin (84,2 g) hinzugefügt; daraufhin wird bei 20°C 30 min lang gerührt. Anschließend wird zu dem so erhaltenen Reaktionsgemisch im Verlauf von 55 min bei 20°C Acetylchlorid (34,9 g) zugesetzt; daraufhin wird erneut bei 20°C 30 min lang gerührt. Das so erhaltene Reaktionsgemisch wird im Verlauf von 10 min mit 500 g 1 molarer Salzsäure versetzt (abgelöscht) und daraufhin bei 20°C 1 h lang gerührt.
Nachdem sich die organische Phase von der wässrigen Phase getrennt hat, wird die, den Zwischenprodukt-Ester enthaltende organische Phase aus dem Reaktionsgefäß entnommen.
Diese organische Phase wird daraufhin zusammen mit 9 g Wasser in ein, für eine Destillation geeignetes Gefäß gegeben. Das Gemisch wird 4 h lang auf 110°C erwärmt; oder es wird so lange erwärmt, bis die, mit Hilfe der ³¹P-Kernresosanzspektroskopie bestimmte Produktreinheit mehr als 98% ausmacht.
Daraufhin wird das organische Gemisch einem Wasser-Waschverfahren unterworfen. Die das Produkt enthaltende organische Phase wird abgetrennt und einer Ausdämpfbehandlung unter Vakuum unterworfen, um restliches Chlorbenzol-Lösemittel zu entfernen; danach wird die gesuchte Verbindung in hoher Ausbeute und hoher Reinheit erhalten.
Beispiel 2
Herstellung von Diethyl-2-oxo-(3-methyl)-butyl-phosphonat
Ein Reaktionsgefäß wird mit Magnesiumchlorid (19,0 g) und mit Chlorbenzol (330 g) beschickt. Daraufhin wird bei 20°C im Verlauf von 10 min Triethyl-phosphono-acetat (44,8 g) zugegeben. Im Anschluss daran wird das Gemisch bei 20°C im Verlauf von 20 min mit Triethylamin (50,5 g) versetzt; daraufhin wird bei 20°C 30 min lang gerührt. Anschließend wird zu dem so erhaltenen Reaktionsgemisch bei 20°C im Verlauf von 40 min Isobutyrylchlorid (24,5 g) zugegeben; danach wird bei 20°C 30 min lang gerührt. Das so erhaltene Reaktionsgemisch wird im Verlauf von 10 min mit 300 g 1 molarer Salzsäure versetzt (abgelöscht); daraufhin wird bei 20°C 1 h lang gerührt. Nach Trennung der organischen Phase von der wässrigen Phase wird die den Zwischenprodukt-Ester enthaltende organische Phase aus dem Reaktionsgefäß entnommen.
Die organische Phase wird zusammen mit 9 g Wasser in ein für eine Destillationsbehandlung geeignetes Gefäß gegeben. Das Gemisch wird 4 h lang auf 100°C erwärmt; oder das Gemisch wird so lange erwärmt, bis die mit Hilfe der ³¹P-Kernresonanzspektroskopie bestimmte Produktreinheit mehr als 98% ausmacht.
Daraufhin wird das organische Gemisch einer Wasser-Waschbehandlung unterworfen. Die, das Produkt enthaltende organische Phase wird abgetrennt, und einer Ausdämpfbehandlung unter Vakuum unterworfen, um restliches Chlorbenzol-Lösemittel zu entfernen; danach wird die gesuchte Verbindung in hoher Ausbeute und hoher Reinheit erhalten.
Beispiel 3
Herstellung von Dimethyl-2-oxo-(4-phenyl)-butyl-phosphonat
sEin Reaktionsgefäß wird mit Magnesiumchlorid (19,0 g) und mit Chlorbenzol (300 g) beschickt. Anschließend wird bei 20°C im Verlauf von 10 min Trimethyl-phosphono-acetat (36,4 g) zugegeben. Danach wird dieses Gemisch bei 20°C im Verlauf von 20 min mit Trimethylamin (50,5 g) versetzt; daraufhin wird bei 20°C 30 min lang gerührt. Danach wird zu dem so erhaltenen Reaktionsgemisch bei 20°C im Verlauf von 40 min Hydrocinnamoyl-chlorid (37,1 g) zugegeben; daraufhin wird bei 20°C 30 min lang gerührt. Das danach erhaltene Reaktionsgemisch wird im Verlauf von 10 min mit 300 g 1 molarer Salzsäure versetzt (abgelöscht); daraufhin wird bei 20°C 1 h lang gerührt. Nach Trennung der organischen Phase von der wässrigen Phase wird die, den Zwischenprodukt-Ester enthaltende organische Phase aus dem Reaktionsgefäß entnommen.
Diese organische Phase wird zusammen mit 6 g Wasser in ein für eine Destillationsbehandlung geeignetes Gefäß gegeben. Das Gemisch wird 4 h lang auf 110°C erwärmt, bis die Decarboxylierung des Zwischenprodukt-Ester erfolgt ist; mit Hilfe der ³¹P-Kernresonanzspektroskopie wird festgestellt, dass diese Decarboxylierung vollständig abgeschlossen ist; anschließend lässt man das Reaktionsgemisch abkühlen.
Die, das Produkt enthaltende organische Schicht wird abgetrennt, und einer Ausdämpfbehandlung unter Vakuum unterworfen, um restliche Anteile an Chlorbenzol-Lösemittel zu entfernen; danach wird die gesuchte Verbindung in hoher Ausbeute und hoher Reinheit erhalten.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Beta-Ketophosphonat durch Umsetzung eines Trialkyl-phosphono-carboxylat mit Acylhalogenid, wobei eine dreistufige Umsetzung durchgeführt wird, mit – einer ersten Stufe, in der ein Ester als Zwischenprodukt gebildet wird, – einer zweiten Stufe, in der eine Decarboxylierung erfolgt, und – einer dritten Stufe, in der eine Reinigung erfolgt, wobei die gesamte Umsetzung in einem einzigen Lösemittel durchgeführt wird, bis dieses Lösemittel nicht vor der dritten Stufe, nämlich der Reinigungsstufe entfernt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dieses Lösemittel ein halogenierter aromatischer Kohlenwasserstoff ist.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass dieses Lösemittel Monochlorbenzol ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Stufe der Umsetzung in Gegenwart einer Base durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass diese Base ein tertiäres Amin ist.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass diese Base Triethylamin ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Trialkyl-phosphono-carboxylat Triethyl-phosphono-acetat oder Trimethyl-phosphono-acetat eingesetzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass als Acylhalogenid Acetylchlorid oder Isobutyrylchlorid eingesetzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass als Acylhalogenid Hydrocinnamoylchlorid oder Valerylchlorid oder Caproylchlorid eingesetzt wird.