DE69902987T2

DE69902987T2 - Herstellung von Diphenylethern

Info

Publication number: DE69902987T2
Application number: DE69902987T
Authority: DE
Inventors: Martha Jean Kelly; Renee Caroline Roemmele
Original assignee: Dow AgroSciences LLC
Current assignee: Corteva Agriscience LLC
Priority date: 1998-12-23
Filing date: 1999-12-10
Publication date: 2003-01-23
Anticipated expiration: 2019-12-11
Also published as: EP1013635A1; IL133454A0; DE69902987D1; EP1013635B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft die Herstellung von 3-Hydroxydiphenylethern und die Verwendung derartiger 3-Hydroxydiphenylether bei der Herstellung von 3- Alkoxydiphenylethern. Im spezielleren betrifft die vorliegende Erfindung die Herstellung von 3-Hydroxy-4-nitrodiphenylethern und die Verwendung derartiger 3-Hydroxy-4-nitrodiphenylether bei der Herstellung von 3-Alkoxy-4- nitrodiphenylethern.
Viele 3-Hydroxy-4-nitrodiphenylether und 3-Alkoxy-4-nitrodiphenylether sind als herbizid wirksam bekannt und Verfahren zur Herstellung derartiger Verbindungen sind beispielsweise offenbart in GB-A-1,423,376, US-A-4,358,308, US-A- 4,419,122, US-A-4,419,124, US-A-4,220,468 und US-A4,415,354. Diese Dokumente offenbaren ein Verfahren zur Herstellung von 3-Hydroxy-4- nitrodiphenylethern und 3-Alkoxy-4-nitrodiphenylethern, umfassend das Umsetzen eines geeignet substituierten Phenols oder des Kalium- oder Natriumsalzes eines solchen Phenols mit einem geeignet substituierten Halogenbenzol in der Gegenwart eines alkalischen Agens.
CH-A-567 359 offenbart 3-Hydroxy-4-nitrodiphenylether, die durch die Nitrierung der acetoxysubstituierten Diphenyletherverbindung hergestellt werden.
Bestimmte dieser Dokumente, wie zum Beispiel US-A-4,220,468 und US-A- 4,415,354, offenbaren auch die Herstellung 3-substituierter Alkoxy-4- nitrodiphenylether durch ein Verfahren, umfassend die Reaktion des entsprechenden Diphenylethervorläufers, in welchem der 3-Substituent eine gute Austrittsgruppe ist, wie etwa Halogen, mit einem geeignet substituierten Alkohol.
Jedoch ist ein Nachteil derartiger Verfahren zur Herstellung von Diphenylethern, dass im Allgemeinen ein Produktgemisch erhalten wird und dies verringert die Ausbeute des gewünschten Produkts und erfordert eine Reinigung, um das gewünschte Produkt zu erhalten.
Eine Alternative zu dem obigen bekannten Verfahren zum Herstellen von 3- Hydroxy-4-nitrodiphenylethern und 3-Alkoxy-4-nitrodiphenylethern wäre eine Einführung der Hydroxy- oder Alkoxygruppe direkt in die 3-Position in einem geeigneten 4-Nitrodiphenylether (d. h. Einführung der Hydroxy- oder Alkoxygruppe ortho zur Nitrogruppe). Jedoch ist in der Technik bekannt, dass aufgrund des Vorliegens von zwei aromatischen Ringen in einem Diphenylether es sehr schwierig ist selektiv einen aromatischen Ring gegenüber dem anderen zu funktionalisieren, und dass eine Funktionalisierung derartiger Diphenylether häufig zu einem Gemisch von Isomeren führt. Die Herstellung eines derartigen Gemischs von Isomeren ist nachteilig, erstens da es die Ausbeute des gewünschten Isomers verringert und zweitens da eine Reinigung des Gemisches von Isomeren erforderlich ist, um das gewünschte Isomer zu erhalten, wobei die Reinigung häufig zu weiteren Verlusten in der Ausbeute des gewünschten Isomers führt, häufig komplex ist und Abfallmaterial erzeugt, das entsorgt werden muss.
Weiterhin offenbaren M. Makosza und J. Winiarski, J. Acc. Chem. Res., 1987, (20), Seiten 282-289, M. Makosza und K. Sienkiewicz, J. Organic Chemistry (55), 1990, Seiten 4979-4981, M. Makosza und S. Sienkiewicz, J. Organic Chemistry, (63), 1998, Seiten 4199-4208 und EP-A-0353563 eine vikariierende nucleophile Substitution von Arylverbindungen. Zum Beispiel offenbaren M. Makosza und K. Sienkiewicz, J. Organic Chemistry, (55), 1990, Seiten 4979-4981 eine vikariierende nucleophile Substitution, um eine Hydroxygruppe in einen Arylring eines Nitroarens einzuführen, um ortho- und/oder para-Nitrophenole zu bilden. Jedoch aufgrund des deutlichen Unterschieds der Struktur zwischen den Nitroarenverbindungen, die in dem Artikel von M. Makosza und K. Sienkiewicz offenbart sind, die nur einen einzelnen aromatischen Ring enthalten, und den viel größeren Diphenyletherverbindungen, auf welche die vorliegende Erfindung gerichtet ist, würde nicht erwartet werden, dass eine nucleophile Substitution einer Hydroxygruppe in einer der Positionen ortho zu einer Nitrogruppe in den Diphenyletherverbindungen auftreten würde.
Wir haben jedoch nun unerwarteterweise gefunden, dass die Substitution einer Hydroxygruppe in eine der Positionen ortho zu einer Nitrogruppe in 4- Nitrophenyletherverbindungen auftritt und mit einem hohen Selektivitätsgrad auftritt.
Demgemäss wird unter einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Verbindung der Formel (I) bereitgestellt:
worin Y Alkyl, Halogen oder eine Trihaloalkylgruppe ist, vorzugsweise Halogen oder eine Trihaloalkylgruppe, und Z Alkyl, Halogen oder ein Trihaloalkyl, vorzugsweise Halogen oder eine Trihaloalkylgruppe, ist;
und das Verfahren das Umsetzen einer Verbindung der Formel (II):
umfasst, worin Z und Y wie oben definiert sind, mit einem Hydroperoxid in der Gegenwart von flüssigem Ammoniak und einer starken Base und optional in einem organischen Lösungsmittel.
Wie hier verwendet, betrifft der Ausdruck "Alkyl" geradkettige und verzweigtkettige Alkylgruppe, die von ein bis 20 Kohlenstoffatome enthalten, vorzugsweise von ein bis sechs Kohlenstoffatome enthalten.
Wie hier verwendet, betrifft der Ausdruck "Trihaloalkyl" geradkettige oder verzweigtkettige Trihaloalkylgruppen, die von ein bis zwanzig Kohlenstoffatome enthalten, vorzugsweise von ein bis vier Kohlenstoffatome enthalten.
Wie hier verwendet, betrifft "Halogen" und "Halo" Fluor, Chlor, Brom und Iod.
Vorzugsweise ist Y Halogen und bevorzugter ist Y Chlor.
Vorzugsweise ist Z Trifluoralkyl und bevorzugter ist Z Trifluormethyl.
Beispiele geeigneter Hydroperoxide umfassen tertiäres Butylhydroperoxid und Cumylhydroperoxid, wobei tertiäres Butylhydroperoxid bevorzugt ist.
Geeignete starke Basen sind beispielsweise Alkalimetallalkoxide, wie etwa Alkalimetallmethoxide und -butoxide. Vorzugsweise ist die starke Base Kaliumtertiärbutoxid.
Vorzugsweise wird die starke Base in einer Menge von 2 bis 20 Äquivalenten, bevorzugter 5 bis 10 Äquivalenten pro Äquivalent der Verbindung der Formel (II) verwendet.
Der Ammoniak wird in der Form von flüssigem Ammoniak verwendet. Wenn die Reaktanten, die von flüssigem Ammoniak verschieden sind, in flüssigem Ammoniak löslich sind, dann kann die Reaktion in Abwesenheit von zugegebenem organischem Lösungsmittel stattfinden.
Beispiele geeigneter organischer Lösungsmittel umfassen Kohlenwasserstoffe, wie etwa Hexan, chlorierte Kohlenwasserstoffe, wie etwa Chloroform und Dichlormethan, Ether, wie etwa aliphatische Ether und Tetrahydrofuran. Ein Beispiel eines geeigneten aliphatischen Ethers ist Diethylether. Vorzugsweise ist der Ether Tetrahydrofuran.
Vorzugsweise wird die Reaktion zur Erzeugung der Verbindung der Formel (I) bei einer Temperatur von -50ºC bis 0ºC durchgeführt.
Die Reaktion kann beispielsweise bei einem Druck von 1 bis 5 Atmosphären durchgeführt werden. Wenn die Reaktionstemperatur über -33ºC ist, wird die Reaktion bei einem Druck über Atmosphärendruck durchgeführt, beispielsweise bei einem Druck von bis zu 5 Atmosphären, sodass der Ammoniak in flüssiger Form ist.
Der 3-Hydroxy-4-nitrodiphenylether der Formel (I) kann alkyliert sein, um den entsprechenden 3-Alkoxy-4-nitrodiphenylether herzustellen.
Demgemäss wird unter einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Verfahren bereitgestellt, um eine Verbindung der Formel (III) herzustellen:
worin R eine Alkylgruppe oder eine substituierte Alkylruppe ist und Y und Z wie oben definiert sind, umfassend das Umsetzen einer Verbindung der Formel (II):
worin Y und Z wie oben definiert sind, mit einem Hydroperoxid in der Gegenwart von flüssigem Ammoniak und einer starken Base, und optional in einem organischen Lösungsmittel, um eine Verbindung der Formel (I) zu bilden:
worin Y und Z wie oben definiert sind, und Alkylieren einer Verbindung der Formel (I), um eine entsprechende Verbindung der Formel (III) herzustellen.
In einer bevorzugten Ausführungsform des zweiten Aspekts der vorliegenden Erfindung ist Y Alkyl, Halogen oder eine Trialkylgruppe, vorzugsweise Halogen oder eine Trihaloalkylgruppe, und Z ist Alkyl, Halogen oder eine Trihaloalkylgruppe, vorzugsweise Halogen oder eine Trihaloalkylgruppe.
Vorzugsweise ist R eine Alkylgruppe und bevorzugter ist R Ethyl.
Wie hier verwendet, bedeutet der Ausdruck "substituierte Alkylgruppe" geradkettige oder verzweigtkettige Alkylgruppen, die von ein bis zwanzig Kohlenstoffatome, vorzugsweise ein bis sechs Kohlenstoffatome enthalten. In derartigen substituierten Alkylgruppen können die Alkylgruppen beispielsweise substituiert sein mit einem oder mehreren Substituenten, ausgewählt aus: Halogen; Hydroxy; Alkoxy, vorzugsweise (C&sub1;-C&sub4;)Alkoxy; Alkoxycarbonyl, vorzugsweise (C&sub1;-C&sub4;)Alkoxycarbonyl; Carboxyl; Alkylcarbonyl, vorzugsweise (C&sub1;- C&sub4;)Alkylcarbonyl; Alkylthio, vorzugsweise (C&sub1;-C&sub4;)Alkylthio; Alkylsulfonyl, vorzugsweise (C&sub1;-C&sub4;)Alkylsulfonyl; Epoxy; Amincarbonyl; Alkylamino, vorzugsweise (C&sub1;-C&sub4;)Alkylamino; und Alkylaminocarbonyl, vorzugsweise (C&sub1;- C&sub4;)Alkylaminocarbonyl.
Jedes bekannte Alkylierungsverfahren kann verwendet werden, um die Verbindung der Formel (III) herzustellen. Beispielsweise kann die Alkylierung das Umsetzen einer Verbindung der Formel (I) mit einer starken Base in einem Alkylierungsmittel der Formel RX umfassen, worin R wie oben definiert ist und X Halogen ist. Vorzugsweise wird die Verbindung der Formel (I) mit der starken Base umgesetzt, gefolgt von der Reaktion mit dem Alkylierungsmittel der Formel RX. Es wird angenommen, dass die Base mit der -OH-Gruppe der Verbindung der Formel (I) reagiert, um das Salz zu bilden, und dieses Salz reagiert mit der Verbindung der Formel RX, um die Verbindung der Formel (III) zu bilden. Daher sollte vorzugsweise ausreichend starke Base zugegeben werden, um das Salz der Verbindung der Formel (I) zu bilden.
Vorzugsweise ist X Chlor, Brom oder Iod.
Beispiele geeigneter starker Basen zur Verwendung in dem obigen Verfahren zur Herstellung der Verbindung der Formel (III) umfassen Alkalimetallhydroxide, wie etwa Natriumhydroxid, Alkalimetallhydride, wie etwa Natriumhydrid, und Alkoxide, wie etwa Alkalimetallalkoxide. Beispiele geeigneter Alkalimetallalkoxide umfassen Natriummethoxid und Kalium-t-butoxid.
Die Alkylierungsreaktion wird vorzugsweise in der Gegenwart eines organischen Lösungsmittels durchgeführt. Beispiele geeigneter Lösungsmittel sind aprotische Lösungsmittel, wie etwa Sulfolan, Dimethylsulfoxid und N,N-Dimethylformamid und vorzugsweise Sulfolan.
Die Verbindung der Formel (II) kann durch bekannte Verfahren hergestellt werden, beispielsweise durch ein Verfahren, umfassend das Umsetzen einer Verbindung der Formel (IV):
mit einer Verbindung der Formel (V):
worin:
E Halogen ist, zum Beispiel Chlor oder Fluor, vorzugsweise Fluor, und Y und Z wie oben definiert sind,
in der Gegenwart einer starken Base.
Die obige Herstellung der Verbindung der Formel (II) wird vorzugsweise in der Gegenwart eines Lösungsmittels, wie etwa Dimethylsulfoxid oder Sulfolan, vorzugsweise Dimethylsulfoxid, durchgeführt.
Vorzugsweise wird die obige Herstellung der Verbindung der Formel (1I) bei einer Temperatur von 80-150ºC durchgeführt.
Vorzugsweise ist die starke Base, die bei der obigen Herstellung der Verbindung der Formel (II) verwendet wird, Kaliumhydroxid oder Natriumhydroxid, vorzugsweise Kaliumhydroxid.
Wie im Falle der Alkylierungsreaktion wird angenommen, dass die Base mit der -OH-Gruppe der Verbindung der Formel (IV) reagiert, um das Salz zu bilden, und dieses Salz reagiert mit der Verbindung der Formel (V), um die Verbindung der Formel (II) zu bilden. Daher sollte vorzugsweise ausreichend starke Base zugegeben werden, um das Salz der Verbindung der Formel (IV) zu bilden.
Viele der 3-Hydroxy-4-nitrodiphenylether und der 3-Alkoxy-4-nitrodiphenylether, die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt werden, sind dafür bekannt, dass sie eine herbizide Wirkung zeigen. Zum Beispiel ist die herbizide Wirkung vieler der gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellten Verbindungen in den oben angegebenen U.K.-Patenten und US-Patenten offenbart.
Bestimmte Ausführungsformen der Erfindung werden nun in den folgenden Beispielen beschrieben.

Beispiele

Beispiel 1:

Herstellung von 3-Chlor-4-(3'-hydroxy-4'-nitro)phenoxybenzotrifluorid:

(a) Herstellung von 3-Chlor-4-(4'-nitro)phenoxybenzotrifluorid.

Zu 2,78 g (20 mmol) 4-Nitrophenol in 40 ml entgastem Dimethylsulfoxid in einem Kolben wurden rasch 2,61 g (21 mmol) 45%-iges wässriges Kaliumhydroxid gegeben. Der Kolben wurde evakuiert und mit Stickstoff mehrmals gespült bevor das Lösungsmittel durch Vakuumdestillation entfernt wurde. Der Kolben wurde auf Raumtemperatur gekühlt und mit 40 ml Dimethylsulfoxid und 3-Chlor-4- fluorbenzotrifluorid (3,97 g, 20 mmol) erneut beschickt und dann bei 120ºC über Nacht erhitzt. Die Reaktion wurde auf Raumtemperatur gekühlt und das Lösungsmittel durch Vakuumdestillation entfernt. Der Rückstand wurde zwischen 10%-iger HCl und Ethylacetat aufgeteilt, die resultierenden Phasen wurden dann getrennt und die wässrige wurde noch zweimal mit Ethylacetat extrahiert. Die organischen Phasen wurden vereinigt, über Natriumsulfat getrocknet, filtriert und bis zur Trockene im Vakuum eingedampft, um ein braunes Öl zu ergeben, das chromatografiert wurde (Blitzchromatographie, 3 : 1 Hexane/Ethylacetat), um 2,5 g (7,9 mmol, 39%) des gewünschten Produkts als hellgelben Feststoff zu ergeben.
¹H-NMR (CDCl&sub3;, 400 MHz) δ 7,0 (dd, 2H, J = 2,0, 6,8 Hz), 7,2 (d, 1H, J = 8 Hz), 7,6 (d, 1H, J = 6,8 Hz), 7,9 (s, 1H), 8,2 (dd, 2H, J = 2,0, 8,0 Hz).

(b) Herstellung von 3-Chlor-4-(3'-hydroxy-4'-nitro)phenoxybenzotrifluorid:

Zu 30 ml refluxierendem Ammoniak wurden 5,3 g (47 mmol) festes Kalium-t- butoxid gegeben. Daraufhin folgte die tropfenweise Zugabe über 15 Minuten von 3,0 g (9,4 mmol) 3-Chlor-4-(4'-nitro)phenoxybenzotrifluorid in 9 ml Tetrahydrofuran mit 2,08 ml (10,4 mmol) t-Butylhydroperoxid. Als die Zugabe abgeschlossen war, wurde das Reaktionsgemisch für 1 Stunde bei -33ºC gerührt. Der Ammoniak wurde verdampft und der Rückstand zwischen Wasser und Ethylacetat aufgeteilt. Die Phasen wurden getrennt und die wässrige wurde nochmals mit Ethylacetat extrahiert. Die organischen Phasen wurden vereinigt, über Natriumsulfat getrocknet, filtriert und bis zur Trockene im Vakuum eingedampft, um 1,5 g eines roten Öls zu ergeben.
Gaschromatographie/Massenspektrometrie zeigt ein Verhältnis von 2,7 : 1 von 3- Chlor-4-(3'-hydroxy-4'-nitro)phenoxybenzotrifluorid : bis(2-Chlor-4- trifluormethylphenyl)ether. Chromatographiertes (Blitzchromatographie mit 3 : 1 Hexane/Ethylacetat) 3-Chlor-4-(3'-hydroxy-4'-nitro)phenoxybenzotrifluorid hatte ein ¹H-NMR(CDCl&sub3;, 400 MHz) mit δ 6,45 (d, 1H, J = 2,8 Hz), 6,55 (dd, 1H, J = 2,8, 9,6 Hz), 7,2 (d, 1H, J = 8,8 Hz), 7,6 (d, 1H, 9,2 Hz), 7,8 (s, 1H), 8,1 (d, 1H, 9,2 Hz).

Claims

1. Verfahren zur Herstellung einer Verbindung der Formel (I):

worin Y Alkyl, Halogen oder eine Trihaloalkylgruppe ist und Z Alkyl, Halogen oder eine Trihaloalkylgruppe ist,

worin das Verfahren das Umsetzen einer Verbindung der Formel (II):

mit einem Hydroperoxid in der Gegenwart von flüssigem Ammoniak und einer starken Base umfasst.

2. Verfahren nach Anspruch 1, worin Y Chlor ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, worin Z Trifluormethyl ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1, worin die starke Base Kaliumtertiärbutoxid ist.

5. Verfahren nach Anspruch 1, worin das Hydroperoxid Tertiärbutylhydroperoxid ist.

6. Verfahren nach Anspruch 1, umfassend den zusätzlichen Schritt des Alkylierens der Verbindung der Formel (I), um die entsprechende Verbindung der Formel (III) zu bilden:

worin R eine Alkylgruppe oder eine substituierte Alkylgruppe ist und Z und Y wie in Anspruch 1 definiert sind.

7. Verfahren nach Anspruch 6, worin R eine Alkylgruppe mit von einem bis zwanzig Kohlenstoffatomen oder eine substituierte Alkylgruppe ist, worin der Alkylanteil von einem bis zwanzig Kohlenstoffatome aufweist.

8. Verfahren nach Anspruch 6, worin die Alkylgruppe Ethyl ist.

9. Verfahren nach Anspruch 6, worin R eine substituierte Alkylgruppe ist, worin der Alkylanteil von einem bis zwanzig Kohlenstoffatome aufweist und substituiert ist mit einem oder mehreren Substituenten, ausgewählt aus: Halogen; Hydroxy; Alkoxy; Alkoxycarbonyl; Carboxyl; Alkylcarbonyl; Alkylthio; Alkylsulfonyl; Epoxy; Aminocarbonyl; Alkylamino und Alkylaminocarbonyl.

10. Verfahren nach Anspruch 6, worin die Alkylierung das Umsetzen der Verbindung der Formel (I) mit einer starken Base und einer Verbindung mit der Formel RX umfasst, worin R eine Alkylgruppe oder eine substituierte Alkylgruppe ist und X Halogen ist.

11. Verfahren nach Anspruch 10, worin R Ethyl ist und X Chlor, Brom oder Iod ist.

12. Verfahren nach Anspruch 7, worin Y Chlor ist.

13. Verfahren nach Anspruch 7, worin Z Trifluormethyl ist.

14. Verfahren nach Anspruch 6, worin die starke Base ausgewählt wird aus Natriumhydroxid, Natriummethoxid und Kalium-t-butoxid.