DE69213637T2 - Herstellung von 2-Hydroxymandelsäuren und 2-Hydroxybenzaldehyden - Google Patents
Herstellung von 2-Hydroxymandelsäuren und 2-HydroxybenzaldehydenInfo
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Description
- Die Erfindung betrifft ein chemisches Verfahren, und zwar insbesondere ein Verfahren zur Herstellung von 2-Hydroxymandelsäuren und 2-Hydroxybenzaldehyden.
- Die Herstellung von Hydroxymandelsäuren durch Umsetzung von Phenolen mit Glyoxalsäure in einem wäßrigen alkalischen Medium ist gut bekannt, und ein derartiges Verfahren wird von Kalikar et al. (J. Chem. Tech. Biotechnol 1986, 36, 38 - 46) beschrieben. Ein Gemisch aus einer Hydroxymandelsäure und einer Bis(hydroxyphenyl)essigsäure wird gebildet wenn Glyoxalsäure mit einem Phenol in Gegenwart einer Mineralsäure umgesetzt wird, nämlich gemäß Deowent Abstract 81-48496 D (JP-A-56055338). FR-A-2205503 dagegen beschreibt die Umsetzung von Alkylphenolen mit Glyoxalsäure in Gegenwart von p-Toluolsulfonsäure unter Erhalt von tiefroten viskosen flüssigen Produkten. Die Hydroxymandelsäuren sind nützliche Zwischenprodukte zur Herstellung von Arzneimitteln und Farbstoffen und können durch Oxidation und Decarboxylierung in die entsprechenden Hydroxybenzaldehyde umgewandelt werden.
- Ein besonders nützlicher Hydroxybenzaldehyd ist 5-Nonylsalicylaldehyd, bei dem es sich um ein Zwischenprodukt zur Herstellung des Metall-Extraktionsmittels 5-Nonylsalicylaldoxim handelt, und obwohl andere Verfahren zu seiner Herstellung bekannt sind, sind viele davon mit der Verwendung von Schwermetallkatalysatoren verbunden, und es wäre angenehm, wenn dieser Aldehyd umweltfreundlicher mittels 2-Hydroxy-5-nonylmandelsäure aus 4-Nonylphenol hergestellt werden könnte. Ungünstigerweise haben die Versuche zur Umsetzung von 4-Nonylphenol mit Glyoxalsäure unter den üblichen wäßrigen alkalischen Bedingungen lediglich zur Rückgewinnung der Ausgangsmaterialien geführt, und das gleiche negative Ergebnis wurde bei der Verwendung von protischen organischen Lösungsmitteln wie Methanol, aprotischen Lösungsmitteln wie Dimethylformamid oder Phasentransferkatalysatoren erhalten.
- Es wurde nun jedoch gefunden, daß 2-Hydroxy-2-nonylmandelsäure und verwandte Verbindungen in guten Ausbeuten erhältlich sind, indem Glyoxalsäure mit Borsäureestern der geeigneten Phenole unter sauren Bedingungen umgesetzt wird.
- Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Herstellung einer 2- Hydroxymandelsäure mit der folgenden Formel bereitgestellt:
- in der R einen Alkyl-Rest mit 7 bis 12 Kohlenstoffatomen darstellt, bei dem Glyoxalsäure mit einem Borsäureester eines Phenols mit der folgenden Formel:
- unter sauren Bedingungen umgesetzt wird.
- Die in dem Verfahren der Erfindung erforderlichen sauren Bedingungen können durch die freie Glyoxalsäure, oder durch anorganische Säuren wie Borsäure oder organische Säuren wie die Borsäureester der Phenole, die in der Umsetzung eingesetzt werden, eingestellt werden.
- Falls erwünscht, kann der Borsäureester in situ gebildet werden, indem ein Reaktionsgemisch, das Glyoxalsäure, Borsäure und das Phenol enthält, erhitzt wird, wobei das Reaktionswasser azeotrop entfernt wird. Höhere Ausbeuten sind jedoch erhältlich, indem die Glyoxalsäure mit einem vorgebildeten Borsäureester, der nach im Stand der Technik für Phenolborate beschriebenen Verfahren hergestellt wurde, umgesetzt wird. So können beispielsweise das Phenol und die Borsäure im Molverhältnis 3:1 bis 0,5:1, typischerweise 3:1 bis 1:1, insbesondere etwa 1:1, zusammen in einem Lösungsmittel erhitzt werden, das mit dem während der Veresterungsreaktion entstehenden Wasser ein Azeotrop bildet. Geeignete Lösungsmittel umfassen aromatische Kohlenwasserstoffe wie Toluol.
- Der Phenyl/Borsäureester und die Glyoxalsäure im Molverhältnis 2:1 bis 0,5:1, insbesondere etwa 1:1, können miteinander auf beliebige bequeme Weise umgesetzt werden. Vorzugsweise wird die Glyoxalsäure, die als 50%ige wäßrige Lösung erhältlich ist, allmählich zu dem Phenol/Borsäureester in einem Lösungsmittel, beispielsweise Toluol, das ein Azeotrop mit Wasser bilden kann, gegeben, wobei das Wasser aus der Reaktionszone so rasch wie möglich entfernt wird. Das Produkt dieser Umsetzung ist ein Borsäureester- Komplex der Hydroxymandelsäure, der durch Hydrolyse unter Freisetzung der benötigen Hydroxymandelsäure zersetzt werden kann, die von der Borsäure abgetrennt und auf übliche Art und Weise isoliert werden kann.
- Die durch das Verfahren der Erfindung erhaltenen 2-Hydroxymandelsäuren sind nützliche chemische Zwischenprodukte. Insbesondere können sie durch Oxidation und Decarboxylierung in die entsprechenden 2-Hydroxybenzaldehyde umgewandelt werden, wobei im Stand der Technik geeignete Verfahren dafür beschrieben sind. So können die Oxidation und die Decarboxylierung durchgeführt werden, indem die 2- Hydroxymandelsäure mit einem geeigneten Oxidationsmittel, beispielsweise Eisen(III) -sulfat, alkalisches Kupferoxid/Luft, Natriumperjodat, Tetrabutylammoniumperjodat oder Wasserstoffperoxid, erhitzt wird. Besonders vorteilhafte Oxidationsbedingungen unter dem Gesichtspunkt des Umweltschutzes sind beispielsweise die Verwendung von Wasserstoffperoxid in Verbindung mit einer katalytischen Menge eines Eisen(II) -salzes, beispielsweise Eisen(II)-sulfat. Stärkere Oxidationsmittel, die den Aldehyd in die Carbonsäure umwandeln können, sollten vermieden. Wenn die Hydroxymandelsäure in Form eines Borsäureester-Komplexes erhalten wird, können die Hydrolyse und die Oxidation gleichzeitig durchgeführt werden, wenn dies erwünscht ist.
- Somit stellt nach einem weiteren Aspekt die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines 2-Hydroxybenzaldehyds mit der folgenden Formel bereit:
- in der R einen Alkyl-Rest mit 7 bis 12 Kohlenstoffatomen darstellt, bei dem Glyoxalsäure mit einem Borsäureester eines Phenols mit der Formel 2 unter sauren Bedingungen unter Bildung einer 2-Hydroxymandelsäure mit der Formel 1 umgesetzt und die 2-Hydroxymandelsäure oxidiert wird.
- Das Verfahren der Erfindung eignet sich besonders zur Verwendung bei der Herstellung von 5-Alkyl-2-hydroxymandelsäuren, wobei der Alkyl-Rest 7 bis 12 Kohlenstoffatome enthält, und der davon stammenden 5-Alkylsalicylaldehyde. So kann ein von Phenol und dem Propylen-Trimer stammendes 4-Nonylphenol, und zwar insbesondere in Form seines Borsäureesters, mit Glyoxalsäure umgesetzt werden, um 2-Hydroxy-5-nonylmandelsäure herzustellen, die in 5- Nonylsalicylaldehyd umgewandelt werden kann, bei dem es sich um ein Zwischenprodukt zur Herstellung des Metall- Extraktionsmittels 5-Nonylsalicylaldoxim handelt.
- Die Erfindung wird ohne Beschränkung durch die folgenden Beispiele veranschaulicht. Beispiel 1
- Das Nonylphenol, die Borsäure und das Toluol wurden in einen Kolben eingeführt, der mit einem mechanischen Rührer und einem Dean-und-Stark-Abscheider plus Kondensator versehen war. Das Gemisch wurde in einem Mantel erhitzt und etwa 30 bis 40 min auf maximaler Stufe unter Rückfluß erhitzt, bis 7,5 ml Wasser gesammelt und die Borsäure gelöst war. Die Aufkochrate betrug 30 - 35 ml/min und wurde durch Bestimmung der Ansarnmlungsrate des Toluols im Sammelbein der Dean-und-Stark-Vorrichtung bestimmt. Dann wurde Glyoxalsäure-Lösung aus einem Trichter während etwa einer Stunde in Tropfen dazugegeben, wobei die maximale Rückflußgeschwindigkeit beibehalten wurde und das Erhitzen unter Rückfluß bis 10 min nach der letzten Zugabe fortgesetzt wurde. Es wurden weitere 36,5 ml Wasser gesammelt.
- Dann wurde das Gemisch auf etwa 50ºC abgekühlt, mit 250 ml kaltem Wasser versetzt und etwa 10 min auf Rückfluß (87ºC) erhitzt und dann in einen vorgewärmten Scheidetrichter überführt. Die Phasen trennten sich sauber, und zwar in weniger als 5 min. Durch Abkühlen schieden sich aus der wäßrigen Phase Borsäurekristalle (12 bis 13 g) ab.
- Die organische Phase wurde mit dem wäßrigen Eisen(III)- sulfat kräftig vermischt und etwa 20 min auf Rückfluß (87ºC) erhitzt. Bei etwa 50 - 60ºC kam es zur Decarboxylierung. Nach einer Oxidationszeit von insgesamt 3 h wurden die Phasen in einem vorgewärmten Trichter getrennt. Die wäßrige Phase ergab durch Abkühlen 85 - 90 g blaßgrüne Eisen(II) -sulfat-Heptahydrat-Kristalle. Die organische Phase wurde mit 200 ml 5%iger wäßriger Schwefelsäure gewaschen, um restliches Eisen(II)-sulfat zu entfernen, und dann 2mal mit 200 ml Portionen heißem Wasser. Anschließend wurde das Toluol in einem Rotationsverdampfer unter Erhalt von 101 - 105 g rohem 5-Nonylsalicylaldehyd in Form eines leicht braunen Öls mit geringer Viskosität entfernt.
- Typische Analyse:
- Durch GLC ergibt sich die folgende typische Zusammensetzung:
- Aldehyd 61 - 64 %
- Nonylpheno 1 2- 4%
- Niedrigsieder 1%
- Dialdehyd < 0,1 %
- Ausbeute 63 - 65 % der Theorie, bezogen auf Glyoxalsäure
- Rohe 2-Hydroxy-5-nonylmandelsäure (20 g), wie in Beispiel 1 beschrieben hergestellt, und Toluol (100 ml) wurden 3 h bei 40ºC mit einer Lösung von Natriumperjodat (17 g) in Wasser (140 ml) gerührt.
- Die organische Phase wurde von der wäßrigen Phase abgetrennt, und das Toluol wurde unter Erhalt des Rohprodukts (15,5 g) entfernt, das gemäß der GLC-Analyse Nonylphenol (31,7 %) und 5-Nonylsalicylaldehyd (24,6 %) enthielt.
- Rohe 2-Hydroxy-5-mandelsäure (7,35 g), wie in Beispiel 1 beschrieben hergestellt, Toluol (54 ml), Natriumhydroxid (1,36 g, Kupfer(II)-oxid (0,67 g) und Wasser (50 ml) wurden auf 90ºC erhitzt, und es wurde während 10 h Luft durchperlen gelassen (1 cm³/s).
- Das Gemisch wurde abgekühlt und angesäuert, und die organische Phase wurde von der wäßrigen Phase abgetrennt. Durch Entfernung des Toluols aus der organischen Phase ergab sich ein dunkles Öl (5,13 g), das gemäß der GLC-Analyse 37,3 %, 5-Nonylsalicylaldehyd enthielt.
- Ein Gemisch aus 4-Nonylphenol (88 g), 50%iger wäßriger Glyoxalsäure (60 g) und Borsäure (24 g) wurde mit Toluol (400 ml) aufgeschlämmt und dann mit azeotropischer Entfernung von Wasser (bis 37,2 ml entfernt waren) unter Rückfluß erhitzt.
- Das Reaktionsgemisch wurde zweimal mit heißem Wasser gewaschen, um den Borsäureester zu hydrolysieren, und die sich ergebende Lösung von 2-Hydroxy-5-nonylmandelsäure wurde mit Eisen(III)-sulfat nach dem in Beispiel 1 beschriebenen Verfahren oxidiert. Das Endprodukt enthielt 5-Nonylsalicalaldehyd (56,7 %) und Nonylphenol (3,4 %), die Ausbeute an Aldehyd betrug 56 % der Theorie. Beispiel 5
- Das Nonylphenol, die Borsäure und das Toluol wurden in einen Kolben eingeführt. Dann wurde über der Flüssigkeitsoberfläche ein Stickstoffstrom aufrecht erhalten, und der Inhalt des Kolbens wurde auf Rückfluß (109ºC) erhitzt. Das durch die Kondensation gebildete Wasser wurden über einen Dean-&-Stark-Seitenarm azeotrop abdestilliert (2,7 g gesammelt). Dann wurde Glyoxalsäure-Lösung während eines Zeitraums von 1,5 bis 2,0 h tropfenweise in den Kolben gegeben, während das zugegebene Wasser durch azeotrope Destillation entfernt wurde. Nach Beendigung der Zugabe wurde die Reaktionsmasse weitere 1 bis 2 h auf Rückfluß gehalten, bis kein weiteres Wasser mehr gesammelt wurde (Gesamtmenge Wasser = 8,5 g). Die HPLC-Analyse zeigte die vollständige Umsetzung des Nonylphenols.
- Der Boratester wurde dann unter Rückfluß 30 min mit 62 g Wasser hydrolysiert, um die Nonylhydroxymandelsäure freizusetzen. Das heiße Reaktionsgemisch wurde in einen Scheidetrichter überführt, und die untere wäßrige Phase (die rückgewonnene Borsäure enthielt) wurde abgetrennt. Die Toluolschicht wurde wieder in den Kolben gegeben, und zwar mit der Eisen(III)-sulfat-Lösung, und 3 bis 4 h auf Rückfluß erhitzt (87ºC) bis die Oxidation/Decarboxylierung vollständig war, was durch HPLC-Analyse festgestellt wurde.
- Dann wurde eine heiße Auftrennung durchgeführt, um die untere wäßrige Schicht (die Eisen(II)-sulfat enthält) zu entfernen. Die Toluol-Lösung wurde mit 5%iger Schwefelsäure (52,5 g) und dann mit Wasser (2 x 50 g) gewaschen, woraufhin schließlich das Lösungsmittel in einem Rotationsverdampfer bei 65ºC/15 rnmhg (2 KPa) während 1,5 h abdestilliert wurde.
- Gewicht des rohen Aldehyds = 24,21 g
- Stärke (GC, bezogen auf den internen Standard) = 50,9 %
- Ausbeute, bezogen auf Nonylphenol = 49,7 %.
- Unter Anwendung des obigen Verfahrens wurde eine Reihe von Versuchen durchgeführt, wobei das Verhältnis Nonylphenol:Borsäure unter Erhalt der folgenden Ergebnisse variiert wurde: Beispiel 6
- Das in Beispiel 5 beschriebene Verfahren wurde mit dem Unterschied wiederholt, daß nach der Bildung der Nonylhydroxymandelsäure die Eisen (III) -sulfat-Lösung direkt zu der Toluol-Lösung des Boratesters gegeben wurde und das Gemisch zur gleichzeitigen Vervollständigung der Hydrolyse und der Durchführung des Oxidationsschritts unter Rückfluß gerührt wurde. Das Produkt wurde nach dem Verfahren in Beispiel 5 unter Erhalt eines rotbraunen viskosen Ölrückstands isoliert.
- Gewicht des rohen Aldehyds = 26,1 g
- Stärke (GC, bezogen auf den internen Standard) = 36,8 %
- Ausbeute, bezogen auf Nonylphenol = 38,7 %. Beispiel 7
- Das Nonylphenol, die Borsäure und das Toluol wurden in einen Kolben einaeführt. Dann wurde über der Flüssigkeitsoberfläche ein Stickstoffstrom aufrecht erhalten, und der Inhalt des Kolbens wurde auf Rückfluß (109ºC) erhitzt. Das durch die Kondensation gebildete Wasser wurden über einen Dean-&-Stark-Seitenarm azeotrop abdestilliert (2,4 g gesammelt). Dann wurde Glyoxalsäure- Lösung während eines Zeitraums von 1,5 bis 2,0 h tropfenweise in den Kolben gegeben, während das zugegebene Wasser durch azeotrope Destillation entfernt wurde. Nach Beendigung der Zugabe wurde die Reaktionsmasse weitere 1 bis 2 h auf Rückfluß gehalten, bis kein weiteres Wasser mehr gesammelt wurde (Gesamtmenge Wasser = 10,5 g). Die HPLC- Analyse zeigte die vollständige Umsetzung des Nonylphenols.
- Der Boratester wurde dann unter Rückfluß 30 min mit 62 g Wasser hydrolysiert, um die Nonylhydroxymandelsäure freizusetzen. Das heiße Reaktionsgemisch wurde in einen Scheidetrichter überführt, und die untere wäßrige Phase (die rückgewonnene Borsäure enthielt) wurde abgetrennt. Die Toluol-Schicht wurde wieder in den Kolben gegeben und auf 75ºC erhitzt. Dann wurde die Wasserstoffperoxid-Lösung während eines Zeitraums von 12,0 h tropfenweise dazugegeben. Durch HPLC ergab sich, daß die Oxidation und die Decarboxylierung langsam waren und zum Stillstand kamen, nachdem 48,6 % (HPLC-Fläche in %) Aldehyd gebildet worden war, wobei 20,6 % der Nonylhydroxymandelsäure übrig blieben.
- Nach einer heißen Auftrennung zur Entfernung der unteren wäßrigen Schicht wurde die Toluol-Phase mit 5%iger Schwefelsäure (52,5 g) und dann mit Wasser (2 x 50 g) gewaschen, woraufhin das Lösungsmittel schließlich in einem Rotationsverdampfer bei 65ºC/15 mmHg (2 kPa) während 1,5 h unter Erhalt eines dunkelbraunen viskosen Öls abdestilliert wurde.
- Gewicht des rohen Aldehyds = 25,4 g
- Stärke (GC, bezogen auf den internen Standard) = 13,4 %
- Produktausbeute, bezogen auf Nonylphenol = 13,7 %. Beispiel 8
- Das in Beispiel 7 beschriebene Verfahren wurde wiederholt, aber nach der Hydrolyse zur Freisetzung der freien Nonylhydroxymandelsäure wurde die wäßrige Schicht abgetrennt und die Toluol-Lösung mit Eisen(II)-sulfat-Lösung (0,56 g in 20 g Wasser) in den Kolben eingeführt. Das Gemisch wurde auf 50 - 55ºC erhitzt, und dann wurde tropfenweise Wasserstoffperoxid-Lösung dazugegeben, um das Eisen(II)-Ion kontinuierlich zu reoxidieren, und zwar während eines Zeitraums von 3,0 h. Es wurde eine weitere Stunde gerührt, um die Reaktion zu vervollständigen (was durch HPLC-Analyse beurteilt wurde), und dann wurde die wäßrige Schicht abgetrennt. Die Toluol-Lösung wurde mit 10%iger Schwefelsäure (50 g) und Wasser (50 g) gewaschen und dann schließlich im Vakuum bei 66ºC/15 mmHg (2 kPa) 1,5 h destilliert.
- Gewicht des rohen Aldehyds = 25,9 g
- Stärke (GC, bezogen auf den internen Standard) = 32,8 %
- Ausbeute, bezogen auf Nonylphenol = 34,2 %.
Claims (4)
1. Verfahren zur Herstellung einer 2-Hydroxymandelsäure
mit der folgenden Formel:
in R einen Alkyl-Rest mit 7 bis 12 Kohlenstoffatomen
darstellt, bei dem Glyoxalsäure mit einem
Borsäureester eines Phenols der folgenden Formel:
unter sauren Bedingungen umgesetzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Phenol 4-
Nonylphenol ist.
3. Verfahren zur Herstellung eines 2-Hydroxybenzaldehyds
mit der folgenden Formel:
in der R einen Alkyl-Rest mit 7 bis 12
Kohlenstoffatomen darstellt, bei dem
(a) Glyoxalsäure mit einem Borsäureester eines Phenols
mit der folgenden Formel:
unter sauren Bedingungen umgesetzt wird, um einen
Borsäureester einer 2-Hydroxymandelsäure zu bilden,
(b) der Borsäureester der 2-Hydroxymandelsäure
zersetzt wird und
(c) die 2-Hydroxymandelsäure oxidiert wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Phenol
4-Nonylphenol ist.
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