Hintergrund der Erfindung
1. Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von 2-
Hydroxyisobuttersäureallylester in hoher Effizienz durch Verwendung von 2-
Hydroxyisobuttersäuremethylester als Ausgangsrohmaterial. 2-
Hydroxyisobuttersäureallylester wird als Rohmaterial für Pharmazeutika und
Agrochemikalien eingesetzt.
2. Beschreibung des Stands der Technik
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Als Verfahren zur Herstellung von 2-Hydroxyisobuttersäureallylester waren bisher bekannt
ein Verfahren zur Herstellung desselben durch Verwendung von Natrium-2-
hydroxyisobutyrat und eines Allylhalogenids {siehe Zh. Org, Khim. 4 [3] (1968)} als
Ausgangsrohmaterialien. Das oben genannte Herstellungsverfahren ist kompliziert und
problematisch bei der Durchführung, da Natrium-2-hydroxyisobutyrat in Form eines
Feststoffs vorliegt und daher üblicherweise ein Lösungsmittel bei der Reaktion
unabdingbar ist. Zusätzlich kann nicht behauptet werden, dass dieses
Herstellungsverfahren ein industriell vorteilhaftes Verfahren ist, da problematische Schritte
zur Abtrennung des Lösungsmittels und des Natriumhalogenids erforderlich sind.
Zusammenfassung der Erfindung
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Unter diesen Umständen ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung die Lösung der
oben genannten Probleme, die im Stand der Technik auftreten, und gleichzeitig die
Bereitstellung eines industriell vorteilhaften Verfahrens zur Herstellung von 2-
Hydroxyisobuttersäureallylester in hoher Effizienz.
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In diesem Zusammenhang wurden von den Erfindern intensive Untersuchungen und
Entwicklungen durchgeführt, um ein industriell vorteilhaftes Verfahren zur Herstellung von
2-Hydroxyisobuttersäureallylester einzuführen. Als Ergebnis wurde gefunden, dass 2-
Hydroxyisobuttersäureallylester in hoher Qualität mit hoher Selektivität und hoher
Ausbeute erhältlich ist durch die Reaktion von 2-Hydroxyisobuttersäuremethylester als
Ausgangsrohmaterial mit Allyalkohol in Gegenwart eines Organozinn- oder organischen
Titanat-Umesterungs-Katalysators. Die vorliegende Erfindung wurde durch die oben
genannten Befunde und Informationen erzielt.
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Genauer betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von 2-
Hydroxyisobuttersäureallylester, welches Umsetzung von 2-
Hydroxyisobuttersäuremethylester mit Allylalkohol in Gegenwart eines Umesterungs-
Katalysators umfasst, der ausgewählt wird aus der aus Organozinn-Verbindungen und
organischen Titanaten bestehenden Gruppe.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
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Im folgenden wird eine Beschreibung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur
Herstellung von 2-Hydroxyisobuttersäureallylester gegeben. Der 2-
Hydroxyisobuttersäuremethylester, der als Ausgangsrohmaterial im erfindungsgemäßen
Verfahren verwendet wird, kann durch alle verfügbaren Methoden hergestellt werden,
und hat bevorzugt einen niedrigen Wassergehalt und einen niedrigen Säurewert.
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Bevorzugt wird er hergestellt durch die Methode, die in der japanischen offengelegten
Patentanmeldung Nr. 290650/1989 (Hei-1) oder 178792/1993 (Hei-5) offenbart ist, d. h.,
durch Reaktion von 2-Hydroxyisobuttersäureamid mit Methylformiat in Gegenwart eines
basischen Katalysators.
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Der Wassergehalt in der Ausgangsrohflüssigkeit, die aus 2-
Hydroxyisobuttersäuremethylester und Allylalkohol besteht, die im erfindungsgemäßen
Verfahren verwendet werden, ist bevorzugt höchstens 1000 ppm. Ein Wassergehalt darin
von mehr als 1000 ppm stört die Reaktion in einigem Ausmaß. Der Säurewert des als
Ausgangsrohmaterial im erfindungsgemäßen Verfahren zu verwendenden 2-
Hydroxyisobuttersäuremethylesters beträgt bevorzugt höchstens 0,3 mg-KOH/g. Ein
Säurewert von mehr als 0,3 mg-KOH/g beeinträchtigt die Reaktion in einigem Ausmaß.
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Beispiele für den zu verwendenden Umesterungs-Katalysator im erfindungsgemäßen
Verfahren schließen Organozinn-Verbindungen wie Dibutylzinnoxid und organische
Titanate wie Titantetramethoxid ein. Von diesen sind unter dem Aspekt des Katalysator-
Recycling die Organozinn-Verbindungen und die organischen Titanate bevorzugt, da
sie leicht vom angestrebten Produkt abgetrennt werden können. Insbesondere sind die
organischen Titanate besonders bevorzugt, wenn man berücksichtigt, dass sie eine
hohe Löslichkeit in der Reaktionsflüssigkeit aufweisen, keine festen Niederschläge
verursachen, wenn das angestrebte Produkt mit Hilfe von Destillation vom Katalysator
abgetrennt ist, sogar wenn die Isolierungsrate erhöht ist, und so die Isolierung des
Katalysators und die Wiederverwendung erleichtern. Darüber hinaus ist
Titantetramethoxid besonders bevorzugt, da es eine Valenz der Estergruppe hat, die
dieselbe ist wie die von Methanol, welches als Nebenprodukt im erfindungsgemäßen
Verfahren gebildet wird, und daher die Bildung unnötiger Verunreinigungen verhindert
und daher die Produktion von 2-Hydroxyisobuttersäureallylester mit hoher Qualität
ermöglicht.
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Die Reaktionsbedingungen des erfindungsgemäßen Verfahrens werden in
Übereinstimmung mit dem zu verwendenden Katalysator-Typ ausgewählt und schließen
eine Reaktionstemperatur im Bereich von 20 bis 200ºC, bevorzugt 80 bis 150ºC, und
eine Reaktionszeit im Bereich von 5 Minuten bis 24 Stunden, bevorzugt 10 Minuten bis
12 Stunden ein. Das molare Verhältnis von Allylalkohol zu 2-
Hydroxyisobuttersäuremethylester im erfindungsgemäßen Verfahren muss nur im Bereich
von 0,1 bis 100, bevorzugt 0,1 bis 10 liegen, wobei die Kosten für die zur Abtrennung
nach der Reaktion erforderliche Energie berücksichtigt werden.
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Was das Reaktionssystem im erfindungsgemäßen Verfahren betrifft, so können alle
verfügbaren Systeme eingesetzt werden, vorausgesetzt, dass die
Ausgangsrohmaterialien in ausreichendem Kontakt mit dem Umesterungs-Katalysator
gebracht werden. Die Umesterung, die eine Gleichgewichtsreaktion ist, wird effektiv zur
Erhöhung des Umsatzes von 2-Hydroxyisobuttersäuremethylester durch Abdestillieren des
als Nebenprodukt gebildeten Methanols mit Hilfe einer Reaktionsdestillation zum
Äußeren des Reaktionssystems praktisch durchgeführt. Die Verwendung eines
Lösungsmittels in der Reaktion ist je nach Bedarf möglich, die Nicht-Verwendung ist
jedoch bevorzugt, da diese Nicht-Verwendung den Lösungsmittel-
Wiedergewinnungsschritt nach der Reaktion überflüssig macht und gleichzeitig die
Produktivität pro Einheitsvolumen des Reaktionssystems im erfindungsgemäßen
Verfahren erhöht.
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Durch Destillieren der aus 2-Hydroxyisobuttersäureallylester als solchem aufgebauten
Reaktionsflüssigkeit die auf die oben genannte Weise erhalten wurde, ist es möglich, 2-
Hydroxyisobuttersäureallylester in hoher Ausbeute als Zielverbindung zu erhalten. Das
restliche Bodenprodukt nach der Destillation als solches wird häufig ohne
Spezialbehandlung oder zusätzliche Zufuhr eines frischen Katalysators als Umesterungs-
Katalysator verwendet.
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Um die Effekte und Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens zusammenzufassen, so
kann 2-Hydroxyisobuttersäureallylester als Zielverbindung aus 2-
Hydroxyisobuttersäuremethylester als Ausgangsrohmaterial unter milden
lösungsmittelfreien Reaktionsbedingungen in hoher Effizienz und hoher Ausbeute durch
Verwendung eines spezifischen Umesterungs-Katalysators hergestellt werden.
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Im folgenden wird die vorliegende Erfindung in größerem Detail unter Bezug auf
Arbeitsbeispiele beschrieben, die jedoch nicht den Umfang der vorliegenden Erfindung
darauf beschränken sollen.
Beispiel 1
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In einen 300 ml Dreihalskolben mit Destillationsaufsatz, Thermometer und Rührer wurden
50 g (0,423 Mol) 2-Hydroxyisobuttersäuremethylester mit einem Säurewert von 0,05 mg-
KOH/g und 50 g (0,862 Mol) Allylalkohol gegeben. Die aus 2-
Hydroxyisobuttersäuremethylester und Allylalkohol bestehende rohe Ausgangsflüssigkeit
hat einen Wassergehalt von 300 ppm. Dann wurden weiter 0,6 g Titantetraisopropoxid
als Umesterungs-Katalysator in den Kolben gegeben. Anschließend wurde die
resultierende Mischung im Kolben bei einer Reaktionstemperatur im Bereich von 95 bis
130ºC während 4 Stunden und zusätzlichen 4 Stunden in einer Gesamtzeit von 8
Stunden umgesetzt, während das als Nebenprodukt gebildete Methanol nach außen
abdestilliert wurde. Als Ergebnis war der Umsatz von 2-Hydroxyisobuttersäuremethylester
65% für die Reaktionszeit von 4 Stunden und 92% für die Reaktionszeit von 8 Stunden,
und die Selektivität zu 2-Hydroxyisobuttersäureallylester war 99,9% für jede Reaktionszeit.
Beispiel 2
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Das Verfahren aus Beispiel 1 wurde zur Durchführung der Reaktion wiederholt mit der
Ausnahme, dass 50 g (0,423 Mol) 2-Hydroxyisobuttersäuremethylester mit einem
Säurewert von 0,41 mg-KOH/g (anstelle von 0,05 mg-KOH/g) verwendet wurden. Die aus
2-Hydroxyisobuttersäuremethylester und Allylalkohol bestehende Ausgangsrohflüssigkeit
hatte einen Wassergehalt von 300 ppm. Anschließend wurde die resultierende
Mischung im Kolben auf dieselbe Weise wie im Beispiel 1 umgesetzt, jedoch nur für 8
Stunden. Als Ergebnis war der Umsatz von 2-Hydroxyisobuttersäuremethylester 72%, und
die Selektivität zu 2-Hydroxyisobuttersäureallylester war 99,9%.
Beispiel 3
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Das Verfahren aus Beispiel 1 wurde zur Durchführung der Reaktion wiederholt mit der
Ausnahme, dass 0,3 g Titantetramethoxid anstelle von 0,6 g Titantetraisopropoxid als
Umesterungs-Katalysator verwendet wurde, und dass die Reaktion während 9 Stunden
durchgeführt wurde, Als Ergebnis war der Umsatz von 2-
Hydroxyisobuttersäuremethylester 91% und die Selektivität zu 2-
Hydroxyisobuttersäureallylester war 99,9%,
Beispiel 4
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Das Verfahren aus Beispiel 1 wurde zur Durchführung der Reaktion wiederholt mit der
Ausnahme, dass die aus 2-Hydroxyisobuttersäuremethylester und Allylalkohol
bestehende rohe Ausgangsflüssigkeit einen Wassergehalt von 1400 ppm anstelle von
300 ppm aufwies, und dass die Reaktion nur während 8 Stunden durchgeführt wurde.
Als Ergebnis war der Umsatz von 2-Hydroxyisobuttersäuremethylester 70% und die
Selektivität zu 2-Hydroxyisobuttersäureallylester war 99,9%.
Beispiel 5
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Die in Beispiel 2 erhaltene Reaktionsflüssigkeit wurde als solche einer Vakuumdestillation
unterworfen, wobei ein Hauptdestillat bei 107,5ºC und 100 mmHg (13,3 KPa) erhalten
wurde, welches im wesentlichen aus 2-Hydroxyisobuttersäureallylester mit einer Reinheit
von nicht weniger als 99% bestand. Anschließend wurde das Verfahren aus Beispiel 1
zur Durchführung der Reaktion wiederholt mit der Ausnahme, dass die restliche Lösung
am Boden nach der Destillation als Umesterungs-Katalysator anstelle von frischem
Katalysator verwendet wurde, und dass die Reaktion nur während 8 Stunden
durchgeführt wurde. Als Ergebnis war der Umsatz von 2-
Hydroxyisobuttersäuremethylester 92% und die Selektivität zu 2-
Hydroxyisobuttersäureallylester war 99,9%, was dieselben Ergebnisse waren die für die
Reaktionszeit von 8 Stunden in Beispiel 1.
Beispiel b
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Das Verfahren aus Beispiel 1 wurde zur Durchführung der Reaktion wiederholt mit der
Ausnahme, dass 0,5 g Dibutylzinnoxid als Umesterungs-Katalysator anstelle von 0,6 g
Titantetraisopropoxid verwendet wurde, und dass die Reaktion nur während 4 Stunden
durchgeführt wurde. Als Ergebnis war der Umsatz von 2-
Hydroxyisobuttersäuremethylester 55% und die Selektivität zu 2-
Hydroxyisobuttersäureallylester war 99,9%.