DE69733607T2

DE69733607T2 - Herstellung von cycloalkyldiarylphosphinen

Info

Publication number: DE69733607T2
Application number: DE69733607T
Authority: DE
Inventors: Pushpananda K. SENARATNE
Original assignee: Albemarle Corp
Current assignee: Albemarle Corp
Priority date: 1996-04-29
Filing date: 1997-04-28
Publication date: 2006-05-11
Anticipated expiration: 2017-04-29
Also published as: CA2253304A1; JP2000509390A; EP0902786B1; EP0902786A1; WO1997041131A1; US5710340A; DE69733607D1

Description

TECHNISCHES GEBIET
Diese Erfindung betrifft ein effizientes Verfahren zur Herstellung von Cycloalkyldiarylphosphinen aus Triarylphosphinen.
HINTERGRUND
Cycloalkyldiarylphosphine stellen eine Gruppe chemischer Produkte, die als Liganden zur Herstellung von Edelmetallkatalysatoren sehr nützlich sind. Menthyldiphenylphosphin und Neomenthyldiphenylphosphin sind Beispiele für Liganden, die Übergangsmetallkomplexen das Potential für diastereomere Wechselwirkungen mit ungesättigten organischen Substraten verleihen, wodurch asymmetrische Synthese möglich wird. In diesem Zusammenhang sei auf J. D. Morrison und W. F. Masler, J. Org. Chem., 1974, Band 39, Nr. 2, Seiten 270 bis 272 verwiesen. Neomenthyldiphenylphosphin ist für die Herstellung von Edelmetallkatalysatoren von besonderer Bedeutung, die zur Synthese bestimmter Pharmaka brauchbar sind, wie Naproxen, Ketoprofen und Ibuprofen.
Ein bekanntes Verfahren zur Herstellung tertiärer Phosphine mit zwei Arylgruppen und einer davon verschiedenen dritten Kohlenwasserstoffgruppe beinhaltet das Koppeln eines Lithiumdiarylphosphids mit einem Halogenkohlenwasserstoff wie Benzylchlorid in einem Ether wie Tetrahydrofuran. Siehe A. M. Aguiar, J. Beisler und A. Mills, J. Org. Chem., 1962, Band 27, Seiten 1001 bis 1005. Weil die Reaktion nebenher ein reaktives Aryllithiumcoprodukt erzeugt, das die Syntheseverfahren komplizieren kann, entwickelten die Autoren (Aguiar et al.) ein Verfahren zum selektiven Eliminieren dieses Coprodukts. Sie erreichten dies durch Zugabe einer äquivalenten Menge tert.- Butylchlorid zu der Reaktionsmasse, um selektiv mit dem Aryllithium zu reagieren, so dass Isobutylen, aromatischer Kohlenwasserstoff und Lithiumchlorid gebildet werden. Dennoch waren an diesem Ansatz ein zusätzlicher Reaktant und eine gleichzeitige Reaktion beteiligt.
Ein weiterer komplizierender Faktor bei der Reaktion von Lithiumdiarylphosphid mit einem Halogenkohlenwasserstoff in Tetrahydrofuran ist, dass eine oder mehrere Komponenten in dem System dazu neigen, mit dem Tetrahydrofuran in Wechselwirkung zu treten, wodurch unter den verwendeten Bedingungen Nebenreaktionen wie Ringspaltung vorkommen können. Die Reaktion zwischen Lithiumdiarylphosphid und Menthylchlorid ist außerdem langsam, ergibt niedrige bis mäßige Ausbeuten und erfordert längere Reaktionszeiten, was wiederum vermehrt Gelegenheit zu nachteiliger Wechselwirkung mit dem cyclischen Etherlösungsmittel ergibt, wie Ringspaltung.
Die EP-A-0 036 741 zeigt die Bildung bestimmter verbrückter Diphosphine durch eine Reaktionssequenz, die mit einer Verdrängung verbrückter Tosylate mit Lithiumdiphenylphosphin im Überschuss in THF endet. Es werden Gesamtausbeuten von 30% angegeben. Um das Auftreten von Eliminierung während der Reaktion zurückzudrängen, wird die Reaktion am Besten bei –10°C unter Verwendung eines geringen Überschusses an LiØ₂ durchgeführt. Obwohl NaØ₂ und KØ₂ verwendet werden können, sind die Ausbeuten geringer und die verbrückten Produktphosphine haben geringere optische Drehungen, offensichtlich infolge einiger Assoziationseffekte. Es wird berichtet, dass diese Reaktionssynthese einige der Techniken von Fryzuk und Bosnich verwendet, J. Am. Chem. Soc. 1978, 100, 5491, und J. Am. Chem. Soc. 1977, 99, 6262. US-A-4 922 025 zeigt die Herstellung von Phosphinen durch Reaktion olefinischer Kohlenwasserstoffe mit Phosphinen und verwandten Phosphorverbindungen mit einer P-H Bindung.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Erfindungsgemäß wird ein neues hocheffizientes Verfahren zur Herstellung tertiärer Phosphine mit zwei Arylgruppen und einer alkylsubstituierten Cycloalkylgruppe geliefert. Dieses neue Verfahren vermeidet Komplikationen, die mit der oben beschriebenen, bisher bekannten Verfahrenstechnologie verbunden sind.
Gemäß einer Ausführungsform dieser Erfindung wird ein Alkalimetalldiarylphosphid, bei dem das Alkalimetall Natrium oder Kalium oder eine Kombination aus Natrium und Kalium ist, mit einem Monoalkyl- oder Polyalkyl-substituierten Cycloalkylmesylat oder -tosylat, bei dem eine Alkylgruppe in der 2-Position vorliegt, in einem flüssigen Reaktionsmedium umgesetzt, in dem diese Reaktanden löslich sind, so dass ein Diarylmonoalkyl- oder -polyalkyl-substituiertes tertiäres Cycloalkylphosphin gebildet wird. Im Unterschied zu dem bekannten Verfahren, das die Verwendung eines chlorsubstituierten Reaktanten zur Einführung einer dritten Gruppe zur Bildung des tertiären Phosphins beinhaltet, eliminiert das vorliegende Verfahren die Möglichkeit einer konkurrierenden Reaktion zwischen einem chlorsubstituierten Reaktanten und dem mitproduzierten Aryllithium, sobald dieses gebildet wird. Die Erfindung ermöglicht somit Verbesserungen sowohl der Ausbeute als auch der Qualität des Diarylmonoalkyl- oder -polyalkylsubstituierten tertiären Cycloalkylphosphinprodukts.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform liefert diese Erfindung ein Zweistufenverfahren zur Herstellung eines tertiären Phosphins mit zwei Arylgruppen und einer Monoalkyl- oder Polyalkyl-substituierten Cycloalkylgruppe. Dieses Verfahren umfasst:

a) Umsetzen eines Monoalkyl- oder Polyalkyl-substituierten Cycloalkanols, bei dem eine Alkylgruppe in der 2-Position vorliegt, mit einem Mesylhalogenid oder Tosylhalogenid in einem flüssigen Reaktionsmedium, in dem diese Reaktanten löslich sind, unter Bildung eines Monoalkyl- oder Polyalkyl-substituierten Cycloalkylmesylats oder -tosylats; und
b) Umsetzen mindestens eines Teils des Mesylats oder Tosylats mit einem Alkalimetalldiarylphosphid, wobei das Alkalimetall Natrium oder Kalium oder eine Kombination von Natrium und Kalium ist, in einem flüssigen Reaktionsmedium, in dem diese Reaktanten löslich sind, so dass das Phosphin gebildet wird.

Eine weitere Ausführungsform dieser Erfindung ist ein Dreistufenverfahren zur Herstellung eines Diarylmonoalkyl- oder -polyalkyl-substituierten tertiären Cycloalkylphosphins. In diesem Fall umfasst das Verfahren die folgenden Stufen:

a) Umsetzen von Natrium oder Kalium oder einer Kombination von Natrium und Kalium mit einem Triarylphosphin in einem flüssigen Reaktionsmedium, in dem das Phosphin löslich ist, unter Bildung eines Alkalimetalldiarylphosphids, bei dem das Alkalimetall Natrium oder Kalium oder eine Kombination von Natrium und Kalium ist;
b) Umsetzen eines Monoalkyl- oder Polyalkyl-substituierten Cycloalkanols, bei dem eine Alkylgruppe in der 2-Position vorliegt, mit einem Mesylhalogenid oder Tosylhalogenid in einem flüssigen Reaktionsmedium, in dem diese Reaktanten löslich sind, unter Bildung eines Monoalkyl- oder Polyalkyl-substituierten Cycloalkylmesylats oder -tosylats; und
c) Umsetzen mindestens eines Teils des Mesylats oder Tosylats mit mindestens einem Teil des Alkalimetalldiarylphosphids in einem flüssigen Reaktionsmedium, in dem die se Reaktanten löslich sind, so dass ein tertiäres Phosphin mit zwei Arylgruppen und einer Monoalkyl- oder Polyalkyl-substituierten Cycloalkylgruppe gebildet wird.

In jeder der obigen Ausführungsformen bedeutet der Begriff "löslich", dass der als löslich bezeichnete Reaktant in der Lage ist, sich bei der verwendeten Reaktionstemperatur in dem flüssigen Reaktionsmedium in mindestens dem notwendigen Maß zu lösen, damit die Reaktion mit einer vernünftigen Reaktionsgeschwindigkeit ablaufen kann. Der Begriff bedeutet nicht, dass der spezielle Reaktant in allen Proportionen löslich sein muss, es ist jedoch im Allgemeinen um so besser, je größer dessen Löslichkeit in dem Reaktionsmedium ist.
Zu den Merkmalen dieser Erfindung gehört, dass die Reaktion ohne Notwendigkeit irgendeines Katalysators abläuft. Die Verwendung eines Katalysators in der Reaktion ist vollständig optional oder wahlfrei. Falls die Verwendung eines Katalysators erwünscht ist, kann eine katalytische Menge eines tertiären Amins als Katalysator verwendet werden.
Andere Ausführungsformen und Merkmale dieser Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung und den angefügten Ansprüchen hervor.
WEITERE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Alkalimetalldiarylphosphid (MDAP)
Das in den erfindungsgemäßen Verfahren verwendete Alkalimetalldiarylphosphid kann durch die Formel M⁺ ^–PR¹R² wiedergegeben werden, in der R¹ und R² dieselben oder unterschiedliche Arylgruppen sind, die typischerweise jeweils bis zu 24 Kohlenstoffatome enthalten. Die Arylgruppen können einen einzelnen Ring oder eine Vielzahl von Ringen aufweisen, und schließen Phenyl, 1-Naphthyl, 2-Naphthyl, 2-Biphenylyl, 3-Biphenylyl, 4-Biphenylyl, Acenaphthyl, Phenanthryl, Tetrahydronaphthyl und ähnliche aromatische Gruppen ein. Die Arylgruppen können substituiert oder unsubstituiert sein, und wenn sie substituiert sind, können sie einen oder mehrere Substituenten tragen, die inert gegenüber metallischem Alkalimetall (Lithium, Natrium, Kalium, usw.) sind, wie eine oder mehrere: Alkylgruppen, Alkenylgruppen, Kohlenwasserstoffoxygruppen, Kohlenwasserstoffthiogruppen, Kohlenwasserstoffcarbonylgruppen, Kohlenwasserstoffoxykohlenwasserstoffgruppen, Dikohlenwasserstoffaminogruppen und heteroaromatische Gruppen und Kombinationen von zwei oder mehreren derselben. Die Arylgruppen sind vorzugsweise Phenylgruppen, die jeweils entweder unsubstituiert sind oder bis zu 3 Alkylsubstituenten mit bis zu jeweils 4 Kohlenstoffatomen aufweisen. Bevorzugt sind Phosphide, in denen die beiden Arylgruppen gleich sind, und am meisten bevorzugt sind Natriumdiphenylphosphid, Kaliumdiphenylphosphid und Mischungen von Natriumdiphenylphosphid und Kaliumdiphenylphosphid.
Alkylsubstituiertes Cycloalkylmesylat oder -tosylat (ACM oder ACT)
Das Monoalkyl- oder Polyalkyl-substituierte Cycloalkylmesylat oder -tosylat sind alkylsubstituierte Cycloalkane, bei denen eine Mesylatgruppe (CH₃SO₂O-) beziehungsweise eine Tosylatgruppe (p-CH₃C₆H₄SO₂O-) an den Ring gebunden ist. Sie werden erzeugt, indem ein geeignet Monoalkyl- oder Polyalkyl-substituiertes Cycloalkanol, bei dem eine Alkylgruppe in der 2-Position vorliegt, in einem flüssigen Reaktionsmedium, in dem diese Reaktanten löslich sind, mit einem Mesylhalogenid oder Tosylhalogenid unter Bildung eines Monoalkyl- oder Polyalkyl-substituierten Cycloalkylmesylats oder -tosylats umgesetzt wird. Die Cycloalkylgruppe des Mesylats oder Tosylats hat vor zugsweise 5 bis 8 Kohlenstoffatome im Ring und hat eine lineare oder verzweigte Alkylgruppe mit bis zu 12 Kohlenstoffatomen, die an einer der ortho-Positionen des Cycloalkylrings relativ zu der Mesylat- oder Tosylatfunktionalität substituiert ist. Zusätzlich zu dieser erforderlichen ortho-Alkylsubstitution kann der Cycloalkylring andere Substituenten enthalten, die in dem Sinne harmlos sind, dass sie die gewünschte Reaktion nicht beeinträchtigen oder hemmen. Obwohl sich solche zusätzlichen Substituenten in irgendwelchen Positionen befinden können, die die funktionelle Mesylat- oder Tosylatgruppe nicht in ungeeigneter Weise sterisch hindern, befinden sich solche Substituenten vorzugsweise in den meta- oder para-Positionen relativ zu der funktionalen Mesylat- oder Tosylatgruppe. Beispiele für solche harmlosen Substituenten schließen Alkylgruppen, Alkenylgruppen, Kohlenwasserstoffoxygruppen, Kohlenwasserstoffthiogruppen, Kohlenwasserstoffcarbonylgruppen, Kohlenwasserstoffoxykohlenwasserstoffgruppen und heteroaromatische Gruppen, Dikohlenwasserstoffaminogruppen und Kombinationen von zwei oder mehreren von diesen ein. Bei der Durchführung der Erfindung enthält dieser Reaktant in der Regel insgesamt bis zu 24 Kohlenstoffatome und vorzugsweise bis zu 18 Kohlenstoffatome in dem Molekül. Hinsichtlich der Ringgröße des Cycloalkyls ist der Ring am meisten bevorzugt ein 6-gliedriger Ring. Der ortho-Alkylsubstituent ist vorzugsweise eine sekundäre Alkylgruppe, die am meisten bevorzugt bis zu 6 Kohlenstoffatome enthält. Besonders bevorzugte Reaktanten sind Menthylmesylat und Menthyltosylat.
Reaktionsmedien
Für die Reaktion zwischen dem Alkalimetalldiarylphosphid und dem Monoalkyl- oder Polyalkyl-substituierten Cycloalkylmesylat oder -tosylat ist irgendein geeignet inertes flüssiges Reaktionsmedium geeignet, in dem diese Reaktanten löslich sind und das unter den Temperaturbedingungen, unter denen es verwendet wird, im flüssigen Zustand vorliegt und zur Durchführung der Reaktion geeignet ist. Das Reaktionsmedium sollte vorzugsweise bei 10°C oder darunter im flüssigen Zustand bleiben. Die Reaktionsmedien können somit aus einem oder mehreren Ethern, Kohlenwasserstoffen, Ketonen, tertiären Aminen, Carbonsäureestern und/oder anderen geeignet inerten Flüssigkeiten zusammengesetzt sein. Geeignete Ether umfassen Monoether und Polyether, und die Ether können gesättigt oder ungesättigt sein, und sie können cyclisch oder acyclisch sein, in jedem Fall sollten sie jedoch frei von irgendeiner Funktionalität sein, die die gewünschte Reaktion stört oder diese hemmt. Beispiele für Polyether schließen 1,2-Dimethoxyethan, Diethylenglykoldimethylether, 1,4-Dioxan, Tetrahydrofurfurylethylether, Tetrahydrofurfuryl-n-butylether und ähnliche Polyether ein. Der Ether ist vorzugsweise ein oder mehrere gesättigte Kohlenwasserstoffmonoether oder einer oder mehrere Kohlenwasserstoffmonoether mit mindestens einer aromatischen Gruppe in dem Molekül. Beispiele schließen Dialkylether, Dicycloalkylether, Diarylether, Monoalkylmonoarylether, Monocycloalkylmonoarylether, Monoalkylmonocycloalkylether und gesättigte cyclische Monoether oder Mischungen von beliebigen von diesen ein. Besonders bevorzugt sind Tetrahydrofuran und alkylsubstituierte Tetrahydrofurane.
Es sei darauf hingewiesen, dass Lithiumdiarylphosphide zur Wechselwirkung mit Ethern neigen, insbesondere mit cyclischen Ethern wie Tetrahydrofuran und seinen Alkylanaloga, wahrscheinlich über eine Spaltungsreaktion. Im Unterschied dazu zeigen die Natrium- und Kaliumdiarylphosphide diese schädliche Neigung in keinem nennenswerten Ausmaß. Bei der Bildung von Alkalimetalldiarylphosphid oder der Verwendung von Alkylimetalldiarylphosphid als Reaktant in einem Etherreaktionsmedium ist es insbesondere in den besonders bevorzugten Tetrahydrofuran- und alkylsubstituierten Tetrahydrofuranmedien wichtig, Natriumdiarylphosphid oder Kaliumdiarylphosphid oder eine Mischung der beiden anstelle eines Lithiumdiarylphosphids zu bilden oder zu verwenden (je nachdem).
Falls ein Kohlenwasserstofflösungsmittel verwendet wird, kann es aliphatische, cycloaliphatische oder aromatische Kohlenwasserstoffe oder Mischungen vor zwei oder mehreren dieser Typen umfassen. Als Klasse sind flüssige aromatische Kohlenwasserstoffe bevorzugt, die einen oder mehrere Ringe enthalten können, und wenn mehr als ein Ring vorhanden ist, können die Ringe kondensierte oder nicht-kondensierte Ringe sein. Es kann einen oder mehrere Alkylsubstituenten an einem aromatischen Ring geben, solange der Kohlenwasserstoff unter den verwendeten Bedingungen im flüssigen Zustand vorliegt. Beispiele für geeignete flüssige aromatische Kohlenwasserstoffe schließen Benzol, Toluol, Xylole, Ethylbenzol, 1,2,3,4-Tetrahydronaphthalin und dergleichen ein. Das Reaktionsmedium kann aus einem einzelnen aromatischen Kohlenwasserstoff wie Toluol oder Butylbenzol zusammengesetzt sein, oder es kann eine Mischung alkylaromatischer Kohlenwasserstoffe sein, wie eine Mischung von o-, m- und p-Xylol, BTX, eine Mischung von Toluol und Ethylbenzol, oder eine Mischung aus m- und p-Xylol und Pentaethylbenzol. Bei Verwendung eines alkylaromatischen Kohlenwasserstofflösungsmittels ist es bevorzugt, zu gewährleisten, dass mindestens 50 Vol.-% des verwendeten Alkylaromaten aus einem oder mehreren flüssigen aromatischen Kohlenwasserstoffen zusammengesetzt sind, wobei im Wesentlichen der gesamte Rest, falls vorhanden, am meisten bevorzugt ein oder mehrere cycloaliphatische Kohlenwasserstoffe ist (vorzugsweise vorwiegend oder vollständig cycloparaffinische Kohlenwasserstoffe) und/oder ein oder mehrere aliphatische Kohlenwasserstoffe (vorzugsweise vorwiegend oder vollständig paraffinische Kohlenwasserstoffe). Geringe Mengen nicht-alkylierter aromatischer Kohlenwasserstoffe, wie Benzol, Naphthalin und Biphenyl, können in dem Medium vorhanden sein. Aus toxikologischen Gründen sollte natürlich in vernünftigem Maße darauf geachtet werden, die Einwirkung aromatischer Kohlenwasserstoffe, insbesondere jener, die Benzol enthalten, auf Personen zu minimieren.
Beispiele für andere geeignete inerte Lösungsmittel zur Verwendung zur Bildung des Reaktionsmediums schließen Aceton, Methylethylketon, Cyclohexanon, 2-Methylcyclohexanon, 3-Methylcyclohexanon, 4-Methylcyclohexanon, 2,5-Dimethylcyclohexanon, Triethylamin, Tripropylamin, N,N-Dimethylanilin, N-Methylpyrrol, Pyridin, 2-Picolin, 3-Picolin, 4-Picolin, 2-Ethylpyridin, 3-Ethylpyridin, 2-Ethylpyridin, 4-Methoxypyridin, Ethylacetat, Amylacetat, Benzylacetat, Ethylpropionat, Ethylpropionat, Butylpropionat, Methylhexanoat, Diethyloxalat, Ethylbenzoat und andere ähnliche Materialien ein. Mischungen von (a) zwei oder mehr Ketonen oder (b) zwei oder mehreren tertiären Aminen oder (c) zwei oder mehr Carbonsäureestern oder (d) einem oder mehreren Ketonen mit einem oder mehreren tertiären Aminen oder (e) einem oder mehreren Ketonen mit einem oder mehreren Carbonsäureestern oder (f) einem oder mehreren tertiären Aminen mit einem oder mehreren Carbonsäureestern, oder (g) einem oder mehreren Ketonen mit einem oder mehreren tertiären Aminen und einem oder mehreren Carbonsäureestern können verwendet werden. In ähnlicher Weise kann irgendein individuelles Lösungsmittel oder irgendeine Mischung von Lösungsmitteln der in diesem Absatz genannte Typen mit einem oder mehreren Ethern oder mit einem oder mehreren Kohlenwasserstoffen oder einer Kombination von einem oder mehreren Ethern und einem oder mehreren Kohlenwasserstoffen gemischt werden.
Bedingungen für die Reaktion zwischen MDAP und ACM oder ACT
Die Bedingungen für die Reaktion zwischen dem Alkalimetalldiarylphosphid und dem Mono- oder Polyalkyl-substituierten Cycloalkylmesylat oder -tosylat müssen nicht scharf sein. Temperaturen im Bereich zwischen 50° und 100°C reichen normalerweise aus. Ein bevorzugter Bereich ist 60° bis 70°C. Die Reaktion wird vorzugsweise bei atmosphärischem Druck durchgeführt, obwohl dies nicht wesentlich ist. Falls beispielsweise ein Lösungsmittel verwendet wird, das einen Siedepunkt unter der zur Verwendung in dem Verfahren gewählten Reaktionstemperatur hat, sollte die Reaktion unter überatmosphärischem Druck durchgeführt werden, der ausreicht, um das Lösungsmittel im flüssigen Zustand zu halten. In ähnlicher Weise kann unter geeigneten Umständen reduzierter Druck verwendet werden (z. B. Verwendung eines hochsiedenden Reaktionsmediums). Die Proportionen sind nicht kritisch, sind normalerweise jedoch relativ nahe an äquimolar, z. B. 1 bis 1,2 Mol des Alkyl-substituierten Cycloalkylmesylats oder -tosylats pro Mol des Alkalimetalldiarylphosphids. Die Reaktion sollte unter einer trockenen inerten Atmosphäre durchgeführt werden.
Zwei- und Dreistufenverfahren – Produktion von ACM oder ACT
Wie bereits erwähnt wird gemäß einigen Ausführungsformen dieser Erfindung das Monoalkyl- oder Polyalkyl-substituierte Cycloalkylmesylat (ACM) oder -tosylat (ACT) durch eine Flüssigphasenreaktion von geeignet Alkyl-substituiertem Cycloalkanol mit Methansulfonylhalogenid (Mesylhalogenid) oder p-Tolylsulfonylhalogenid (Tosylhalogenid) erzeugt. Nach Vollendung dieser Reaktion kann das ACM oder ACT dann mit Alkalimetalldiarylphosphid (MDPA) umgesetzt werden, vorzugsweise in demselben Reaktionsmedium oder mindestens in der selben Art von separaten Reaktionsmedien und am meisten bevorzugt in demselben Reaktionsgefäß. Ein vorteilhaftes Merkmal dieses Zweistufenver fahrens ist, dass die Nebenprodukte dieser Reaktion von organischer Beschaffenheit sind, und somit leichter entsorgt werden (z. B. durch Verbrennung) als die anorganischen Abfallprodukte (z. B. Zinkdihalogenid), die gebildet werden, wenn ein Monoalkyl- oder Polyalkyl-substituiertes Cycloalkylhalogenid zur Umsetzung mit dem Alkalimetalldiarylphosphid unter Bildung des gewünschten tertiären Phosphinendprodukts gebildet wird. Zudem kann Lösungsmittel aus der zweiten Stufe in die erste Stufe zurückgeführt werden, wodurch Rohmaterialkosten und Größe und Kosten der Abfallproduktentsorgung verringert werden.
Das in dieser Reaktion verwendete Cycloalkanol ist ein Monoalkyl- oder Polyalkyl-substituiertes Cycloalkanol, bei dem eine ortho-Position relativ zu der Hydroxylgruppe durch eine lineare oder verzweigte Alkylgruppe mit bis zu 12 Kohlenstoffatomen substituiert ist. Vorzugsweise ist dieser Alkylsubstituent eine sekundäre Alkylgruppe mit bis zu 6 Kohlenstoffatomen. Zusätzlich zu dieser erforderlichen ortho-Alkylsubstitution kann der Cycloalkylring andere Substituenten enthalten, die in dem Sinne harmlos sind, dass sie die gewünschte Reaktion nicht beeinträchtigen oder hemmen. Für weitere Details hinsichtlich harmloser Substituenten soll auf die oben im Zusammenhang mit den Monoalkyl- oder Polyalkyl-substituierten Cycloalkylmesylat- oder -tosylatreaktanden gegebene Erörterung verwiesen werden, die die Produkte der vorliegenden Reaktion sind. Der Cycloalkanolring selbst hat vorzugsweise 5 bis 8 Kohlenstoffatome und am meisten bevorzugt 6 Kohlenstoffatome. Beispiele für geeignete Cycloalkanole schließen 2-Isopropanolcyclopentanol, 2-Isopropylcyclohexanol, 2-Isopropylcycloheptanol, 2-Isopropylcyclooctanol, 2-sek.-Amylcyclopentanol, 2-sek.-Butylcyclohexanol, 2-Ethylcycloheptanol, 2-Methylcyclooctanol, 2-Octyl-3-methylcyclopentanol, 2-Decyl-4-sek.-butylcyclohexanol, 2-Dodecyl-5-ethylcycloheptanol, 2,6-Dimethylcyclooctanol, 2,3,5-Trimethylcyclooctanol und deren Analoga ein. Menthol ist ein besonders bevorzugtes Cycloalkanol zur Verwendung zur Bildung des Mesylats oder Tosylats.
Das verwendete Mesylhalogenid oder Tosylhalogenid ist vorzugsweise ein Chlorid, die Bromide und Iodide können jedoch auch verwendet werden.
Das flüssige Reaktionsmedium, in dem die Reaktion zwischen dem Monoalkyl- oder Polyalkyl-substituierten Cycloalkanol und einem Mesylhalogenid oder Tosylhalogenid durchgeführt wird, ist eines, in dem diese Reaktanden löslich sind. Ein tertiäres Amin kann zum Komplexieren mit dem Halogenwasserstoff-Nebenprodukt der Reaktion verwendet werden.
Bevorzugte Lösungsmittel zur Verwendung zur Bildung des Reaktionsmediums für diese Reaktion sind Ether und Kohlenwasserstoffe der oben beschriebenen Typen. Ketone, tertiäre Amine und/oder Carbonsäureester oder verschiedene gemischte Lösungsmittelsysteme wie oben beschrieben können jedoch verwendet werden.
Die Temperaturen für die Reaktion zwischen dem Monoalkyl- oder Polyalkyl-substituierten Cycloalkanol und einem Mesylhalogenid oder Tosylhalogenid liegen üblicherweise im Bereich von –10°C bis 20°C und vorzugsweise im Bereich von 0°C bis 5°C.
Reaktantanteile sind bei der Durchführung dieser erfindungsgemäßen Reaktion in der Regel 1 bis 1,2 Mol des Mesylhalogenids oder Tosylhalogenids pro Mol des alkylsubstituierten Cycloalkanolreaktanten.
Zwei- und Dreistufenverfahren – Bildung von MDAP
In einer der Ausführungsformen dieser Erfindung wird der Alkalimetalldiarylphosphidreaktand (MDAP) durch Spaltung eines Triarylphosphins mit Alkalimetall in einem geeigneten Reaktionsmedium gebildet, wie einem Kohlenwasserstoff- und/oder Etherreaktionsmedium, vorzugsweise einem Etherreaktionsmedium. Die Ether und Kohlenwasserstoffmedien können wie oben beschrieben sein. Man wird sich aus dem bereits Erwähnten erinnern, dass es wichtig ist, die Verwendung eines Etherreaktionsmediums zu vermeiden, das in nennenswerter Weise mit Lithiumdiarylphosphid in Wechselwirkung tritt, falls das gebildete MDAP ein Lithiumdiarylphosphid ist, und dass stattdessen irgendein anderes geeignetes Medium verwendet wird, wie ein Kohlenwasserstoffmedium, vorzugsweise ein alkylaromatisches Kohlenwasserstoffmedium.
Nach Vollendung der Reaktion zwischen dem Alkalimetall und dem Triarylphosphin wird das resultierende MDAP dann mit dem Monoalkyl- oder Polyalkyl-substituierten Cycloalkylmesylat (ACM) oder -tosylat (ACT) umgesetzt, vorzugsweise in dem selben Reaktionsmedium und am meisten bevorzugt in dem selben Reaktionsgefäß. Dieses Zweistufenverfahren stellt eine weitere Ausführungsform dieser Erfindung. Zusätzlich und wie bereits gesagt kann ACM oder ACT selbst durch die Reaktion zwischen einem Monoalkyl- oder Polyalkyl-substituierten Cycloalkanol und einem Mesylhalogenid oder Tosylhalogenid wie oben beschrieben gebildet werden. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform können alle drei Reaktionen (Herstellung von Alkalimetallphosphid, Herstellung des Cycloalkylmesylats oder -tosylats, und Umsetzung des Alkalimetallphosphids mit dem Cycloalkylmesylat oder -tosylat) in der selben Art oder dem selben Typ von Reaktionsmedien durchgeführt werden (vorzugsweise einem Ether, wie Tetrahydrofuran oder alkylsubstituiertem Tetrahydrofuran, wobei das Alkalimetall Natrium und/oder Kalium ist), wodurch Trennverfahren minimiert oder mindestens vereinfacht werden und Endprodukt mit verbesserter Reinheit geliefert wird. In diesen Zwei- und Dreistufenverfahren dieser Erfindung können Lösungsmittelrückführungen verwendet werden.
Das als Ausgangsmaterial in der Reaktion mit dem Alkalimetall zu verwendende Triarylphosphin kann Arylgruppen aufweisen, die gleich oder unterschiedlich sind und von denen mindestens zwei den obigen R¹ und R² entsprechen. Die drei Arylgruppen der zur Durchführung dieser Erfindung verwendeten tertiären Phosphinreaktanten enthalten somit in der Regel jeweils bis zu 24 Kohlenstoffatome. Hinsichtlich weiterer Einzelheiten soll hier auf die bereits gegebene Beschreibung von R¹ und R² verwiesen werden.
Das Alkalimetall wird vorzugsweise in einer geeigneten physikalischen Form mit hoher Oberfläche verwendet, wie in Bandform oder in kleinen Stücken oder in einem feinteiligen Zustand, wie als Dispersion in einer inerten Flüssigkeit.
Bei der Durchführung dieser Spaltungsreaktion wird die Temperatur im Bereich von 20°C bis 80°C und vorzugsweise im Bereich von 40°C bis 60°C gehalten. Die Reaktion wird bei atmosphärischem Druck durchgeführt, da es keinen speziellen Vorteil (oder Nachteil) bei der Durchführung der Reaktion bei verringerten oder erhöhten Drücken gibt. Das Verhältnis von Alkalimetall zu Triarylphosphin wird vorzugsweise im Bereich von 2 bis 4 Gramm-Atom Alkalimetall pro Gramm-Mol Triarylphosphin gehalten.
Das folgende Beispiel wird zur Veranschaulichung gegeben und soll nicht einschränkend sein.
BEISPIEL Herstellung von Natriumdiphenylphosphid
Eine Lösung von Triphenylphosphin (25 g, 0,095 Mol) in trockenem Tetrahydrofuran (THF) (200 ml) wurde mit frisch geschnittenem Natrium (8,77 g, 0,381 Gramm-Atom) unter einer Stickstoffatmosphäre 15 Stunden lang unter Rückfluss gehalten. Natriumdiphenylphosphid (NaDPP) wurde als rote Lösung gebildet.
In einer auf diese Weise durchgeführten Reaktion betrug die Umwandlung zu NaDPP > 95%.
Herstellung von Mentholmesylat
Methansulfonylchlorid (11,97 g, 0,104 Mol) wurde tropfenweise in eine kalte Lösung von Menthol (14,82 g, 0,095 Mol) und Triethylamin (11,53 g, 0,114 Mol) in 20 ml trockenem THF gegeben. Weil die Reaktion hochexotherm ist, wurde das Reaktionsgefäß in einem Eisbad gekühlt, um die Innentemperatur auf 0 bis 5°C zu halten. Die Reaktion war 15 Minuten nach Zugabe der Reagenzien abgeschlossen, und es wurde ein beigefarbener Niederschlag gebildet. 50 ml eiskaltes Wasser wurden zu der Mischung gegeben, um die Reaktion zu quenchen. Die organische Phase wurde abgetrennt, mit 20 ml eiskalter Salzlösung gewaschen, über wasserfreiem Na₂SO₄ getrocknet und filtriert. Das Filtrat konnte in der anschließenden Reaktion ohne weitere Reinigung verwendet werden. In einer auf diese Weise durchgeführten Reaktion betrug die Ausbeute an Menthylmesylat > 95%.
Herstellung von Neomenthyldiphenylphosphin (NMDPP)
Die NaDPP-Lösung in THF wurde in einen flammengetrockneten Kolben gegeben. Hierzu wurden 22,23 g (0,095 Mol) Menthylmesylat gegeben, und die Mischung wurde auf 65°C erwärmt. Nach 3 Stunden bei dieser Temperatur wurde die Reaktionsmasse auf Raumtemperatur gekühlt und mit Wasser gequencht. Die organische Phase wurde abgetrennt und destilliert, um die Lösungsmittel zu entfernen. Das Rohprodukt wurde dann in unter Rückfluss siedendem wasserfreiem Methanol gelöst und gekühlt, um Neomenthyldiphenylphosphin (NMDPP) als weiße Kristalle zu erhalten. In einem auf diese Weise ohne Optimierung durchgeführten Versuch betrug die gewonnene Ausbeute an NMDPP 80%.
Zur Verdeutlichung und zur Erleichterung der Erörterung werden hier eine oder mehrere Formeln verwendet. Es sei in diesem Zu sammenhang darauf hingewiesen und ist zu erkennen, dass die für die Alkalimetalldiarylphosphide gegebene Formel, obwohl sie in ionischem Format gezeigt ist, nicht als zu irgendeinem Zeitpunkt während der Durchführung des Verfahrens Ionisierung der Alkalimetalldiarylphosphide erfordernd angesehen werden sollte. Es ist statt dessen vorgesehen, dass die Alkalimetalldiarylphosphide und in der Tat die anderen spezifizierten Reaktanten sich in irgendeiner chemischen Form befinden, die sie annehmen oder erlangen, wenn sie in dem Lösungsmittel oder den Reaktionsmedien und unter den für die spezielle Reaktion spezifizierten Bedingungen zusammengebracht werden.

Claims

Verfahren zur Bildung eines tertiären Phosphins mit zwei Arylgruppen und einer Alkyl-substituierten Cycloalkylgruppe, wobei das Verfahren die Umsetzung eines Alkalimetalldiarylphosphids mit einem Monoalkyl- oder Polyalkyl-substituierten Cycloalkylmesylat oder -tosylat, bei dem eine Alkylgruppe in der 2-Position vorliegt, in einem flüssigen Reaktionsmedium umfasst, in dem diese Reaktanten löslich sind, so daß das Phosphin gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Reaktionsmedium mindestens überwiegend ein Etherreaktionsmedium ist, in dem der Ether mindestens ein gesättigter Kohlenwasserstoffmonoether oder mindestens ein Kohlenwasserstoffmonoether mit mindestens einer aromatischen Gruppe im Molekül ist, und bei dem das Alkalimetall des Alkalimetalldiarylphosphids Natrium oder Kalium oder eine Kombination von Natrium und Kalium ist.
Verfahren nach Anspruch 2, bei dem der Ether ein Dialkylether, ein Diarylether, ein Monoalkylmonoaryl-ether oder ein gesättigter cyclischer Monoether ist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Ether (i) Tetrahydrofuran oder (ii) mindestens ein Alkyl-substituiertes Tetrahydrofuran oder eine Mischung von (i) und (ii) ist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Cycloalkylmesylat oder -tosylat mindestens eine zusätzliche Alkylgruppe am Cycloalkylring aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Cycloalkylmesylat oder -tosylat einen 6-gliedrigen Ring und eine zusätzliche Alkylgruppe an dem Ring in der 5-Position aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Diarylphosphid mit einem Monoalkyl- oder Polyalkyl-substituierten Cyc-loalkylmesylat umgesetzt wird, in dem eine Alkylgruppe in der 2-Position vorliegt.
Verfahren nach Anspruch 7, bei dem das Mesylat Menthylmesylat ist.
Verfahren nach Anspruch 7, bei dem die Arylgruppen des Phosphids die gleichen Arylgruppen sind.
Verfahren nach Anspruch 7, bei dem die Arylgruppen des Phosphids beide Phenylgruppen sind.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Diarylphosphid mit einem Monoalkyl- oder Polyalkyl-substituierten Cyc-loalkyltosylat umgesetzt wird, in dem eine Alkylgruppe in der 2-Position vorliegt.
Verfahren nach Anspruch 11, bei dem das Tosylat Menthyltosylat ist.
Verfahren nach Anspruch 11, bei dem die Arylgruppen des Phosphids die gleichen Arylgruppen sind.
Verfahren nach Anspruch 11, bei dem die Arylgruppen des Phosphids beide Phenylgruppen sind.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Alkalimetalldiarylphosphid Natrium- oder Kaliumdiphenylphosphid ist, in dem die Phenylgruppe entweder unsubstituiert ist oder bis zu drei Alkylsubstituenten mit bis zu jeweils 4 Kohlenstoffatomen aufweist.
Verfahren nach Anspruch 15, bei dem das Reaktionsmedium zumindest überwiegend aus einem gesättigten cyclischen Monoether besteht, bei das Cycloalkylmesylat oder -tosylat ein Dialkylcyclohexylmesylat oder -tosylat ist, in dem die Alkylgruppe in der 2-Position eine sekundäre Alkylgruppe mit bis zu 6 Kohlenstoffatomen ist und die andere Alkylgruppe in der 3-, 4- oder 5-Position vorliegt.
Verfahren nach Anspruch 16, bei dem der Ether (i) Tetrahydrofuran oder (ii) mindestens ein Alkyl-substituiertes Tetrahydrofuran oder eine Mischung von (i) oder (ii) ist.
Verfahren nach Anspruch 17, bei dem das Diarylphosphid mit Menthylmesylat umgesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 18, bei dem das Alkalimetalldiarylphosphid Natriumdiphenylphosphid oder Kaliumdiphenylphosphid oder eine Mischung derselben ist und bei dem der Ether Tetrahydrofuran ist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem Mesylat oder Tosylat durch Umsetzung eines Monoalkyl- oder Polyalkyl-substituierten Cycloalkanols, in dem eine Alkylgruppe in der 2-Position vorliegt, mit einem Mesylhalogenid oder Tosylhalogenid in einem flüssigen Reaktionsmedium, in dem diese Reaktanten löslich sind, gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 20, bei dem die Umsetzung, bei der das tertiäre Phosphin gebildet wird, in mindestens einer größeren Menge des flüssigen Reaktionsmedium durchgeführt wird, das zur Bildung des Mesylats oder Tosylats verwendet worden ist.
Verfahren nach Anspruch 20, bei dem die flüssigen Reaktionsmedien bei der Umsetzung, in der das Mesylat oder Tosylat gebildet wird, und bei der Umsetzung, bei der das Phosphin gebildet wird, überwiegend Etherreaktions-medien sind.
Verfahren nach Anspruch 22, bei dem das Cycloalkanol Menthol ist und die Etherreaktionsmedien im Wesentlichen aus (i) Tetrahydrofuran or (ii) mindestens einem Alkylsubstituierten Tetrahydrofuran oder einer Mischung von (i) und (ii) bestehen.
Verfahren nach Anspruch 20, bei dem das Diarylphosphid gebildet wird, in dem Natrium oder Kalium oder eine Kombination von Natrium und Kalium mit einem Triarylphosphin in einem flüssigen Reaktionsmedium umgesetzt wird, in dem das Triarylphosphin löslich ist.
Verfahren nach Anspruch 24, bei dem das flüssige Reaktionsmedium, das bei der Bildung des tertiären Phosphins verwendet wird, zu dem Reaktionsmedium zurückgeführt wird, das bei der Bildung des Diarylphosphids verwendet wird, oder zu dem Reaktionsmedium zurückgeführt wird, das bei der Bildung des Mesylats oder Tosylats verwendet wird, oder zu beiden dieser Medien.
Verfahren nach Anspruch 24, bei dem die flüssigen Reaktionsmedien bei den Umsetzungen zumindest überwiegend Etherreaktionsmedien sind.
Verfahren nach Anspruch 24, bei dem die flüssigen Reaktionsmedien bei den Umsetzungen zumindest überwiegend Etherreaktionsmedien sind und bei dem jedes dieser Reaktionsmedien im wesentlichen aus der gleichen Art von Ether oder Mischungen von Ether zusammengesetzt ist, wie jedes der anderen beiden dieser Reaktionsmedien.
Verfahren nach Anspruch 24, bei dem das Alkalimetall Natrium oder Kalium ist, das Triarylphosphin Triphenylphosphin ist, das Cycloalkanol ein Polyalkyl-substitu iertes Cyclohexanol ist, das Mesylhalogenid oder Tosylhalogenid Mesylchlorid bzw. Tosylchlorid ist und die flüssigen Reaktionsmedien zumindest überwiegend Etherreaktionsmedien sind.
Verfahren nach Anspruch 28, bei dem Polyalkyl-substituiertes Cyclohexanol Menthol ist.
Verfahren nach Anspruch 29, bei dem das Menthol mit Mesylchlorid in (i) Tetrahydrofuran oder (ii) Alkyl-substituiertem Tetrahydrofuran oder einer Mischung von (i) und (ii) umgesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Diarylphosphid gebildet wird, in dem das Natrium oder Kalium oder eine Kombination von Natrium und Kalium mit einem Triarylphosphin in einem flüssigen Reaktionsmedium umgesetzt wird, in dem Triarylphosphin löslich ist.
Verfahren nach Anspruch 31, bei dem die Reaktion, bei der das tertiäre Phosphin gebildet wird, in mindestens einer überwiegenden Menge des flüssigen Reaktionsmediums durchgeführt wird, das bei der Bildung des Diarylphos-phids verwendet worden ist.
Verfahren nach Anspruch 31, bei dem die flüssigen Reaktionsmedien der Umsetzung, bei der das Diarylphosphid gebildet wird, und der Umsetzung, bei der das Phosphin gebildet wird, Etherreaktionsmedien sind.