DE69910345T2 - Verfahren zum Herstellen von Cyclopropancarboxylatverbindungen - Google Patents

Description

• Hintergrund der Erfindung
• Fachgebiet
• Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zur Herstellung von Cyclopropancarbonsäure-Verbindungen.
• Beschreibung des verwandten Fachgebiets
• Matsui et al. (Agric. Biol. and Chem. 1963, 27, 373–378) beschreiben ein Verfahren zur Herstellung einer Cyclopropancarbonsäure-Verbindung, welches durch das folgende Reaktionsschema abgegrenzt wird:
• 
• In dem durch Matsui et al. beschriebenen Verfahren wird tert-Butyl(±)-trans-2,2-dimethyl-3-[2-methyl-1-propenyl]cyclopropancarboxylat mit der hochtoxischen ätzenden Verbindung Selendioxid oxidiert, wodurch sich nicht ausreichend etwa 39% eines trans-Aldehydesters ergeben. Danach wird der trans-Aldehydester mit Sauerstoff oxidiert, wodurch etwa 35% der Cyclopropancarbonsäure-Verbindung erhalten werden. Als solches ergibt das durch Matsui et al. beschriebene Verfahren nicht genügend etwa 14% der Cyclopropancarbonsäure-Verbindung. Außerdem benötigt das Verfahren problematische Arbeitsgänge der Aufarbeitung einer toxischen Selen-Verbindung, die ein Nebenprodukt aus Selendioxid ist.
• Sugiyama et al. (Agric. Biol. and Chem. 1972, 36, 565–569) beschreiben ein Verfahren zur Herstellung einer Cyclopropancarbonsäure-Verbindung, welches durch folgendes Reaktionsschema abgegrenzt wird:
• 
• Das durch Sugiyama et al. beschriebene Verfahren nutzt die Olefinsynthese der Honer-Emmons-Reaktion, wodurch sich etwa 86% an E- und Z-Isomeren der Cyclopropancarbonsäure-Verbindung ergeben. Eine derartige Olefinsynthese-Reaktion erzeugt außerdem problematische Phosphor-Verbindungen, welche oft Umweltprobleme verursachen, wenn sie mit dem Abwasser beseitigt werden.
• Zusammenfassung der Erfindung
• Die vorliegende Erfindung stellt effiziente Verfahren zur Herstellung von Cyclopropancarboxylat-Verbindungen der nachstehenden Formel (I) zur Verfügung:

  

  wobei R¹ ein Wasserstoffatom, einen C_1-5-Alkylrest, C_1-5-Halogenalkylrest, C_1-3-Alkoxy-C_1-3-alkylrest, eine Benzylgruppe, Methoxybenzylgruppe, Phenacylgruppe, 2-Tetrahydrofuranylgruppe, 2-Tetrahydropyranylgruppe oder eine Alkoholeinheit einer Pyrethroid-Verbindung darstellt und R² ein Wasserstoffatom, einen C_1-10-Alkylrest, C_1-10-Halogenalkylrest, C_3-10-Alkenylrest, C_3-10-Halogenalkenylrest, C_3-10-Alkinylrest, C_3-10-Halogenalkinylrest oder eine Benzylgruppe darstellt. Derartige Verfahren stellen die Cyclopropancarboxylat-Verbindungen unter Verwendung industriell leicht verfügbarer Reagenzien unter Erzeugung einer hohen Ausbeute der gewünschten Cyclopropancarboxylat-Verbindungen der Formel (I) effizient her. In dieser Hinsicht vermeiden die Verfahren der vorliegenden Erfindung die Verwendung von Selendioxid oder Phosphor-Verbindungen bei der Herstellung der Cyclopropancarboxylat-Verbindungen nach der Honer-Emmons-Reaktion oder dem Verfahren von Matsui et al.
• Die vorliegende Erfindung wird dem gerecht, dass sie wirksam beim Herstellen von Cyclopropancarboxylat-Verbindungen ist, durch Bereitstellung eines Verfahrens, das das Umsetzen einer Cyclopropancarbaldehyd-Verbindung der nachstehenden Formel (II):

  

  wobei R¹ dasselbe wie vorstehend angeführt darstellt, mit einer Dicarboxylat-Verbindung der nachstehenden Formel (III):

  

  wobei R² dasselbe wie vorstehend angeführt darstellt, in Gegenwart mindestens eines sekundären Amins, welches aus Piperidin, Morpholin, Pyrrolidin, Diethylamin und N-Methylethanolamin ausgewählt ist, umfasst.
• Detaillierte Beschreibung der Erfindung
• Die Verfahren der vorliegenden Erfindung stellen typischerweise Cyclopropancarboxylat-Verbindungen her, welche durch die nachstehende Formel (I) umfasst werden

  

  wobei R¹ ein Wasserstoffatom, einen C_1-5-Alkylrest, C_1-5-Halogenalkylrest, C_1-3-Alkoxy-C_1-3-alkylrest, eine Benzylgruppe, Methoxybenzylgruppe, Phenacylgruppe, 2-Tetrahydrofuranyl gruppe, 2-Tetrahydropyranylgruppe oder eine Alkoholeinheit einer Pyrethroid-Verbindung darstellt und R² ein Wasserstoffatom, einen C_1-10-Alkylrest, C_1-10-Halogenalkylrest, C_3-10-Alkenylrest, C_3-10-Halogenalkenylrest, C_3-10-Alkinylrest, C_3-10-Halogenalkinylrest oder eine Benzylgruppe darstellt. Bevorzugt, als R¹ in Formel (I), ist der C_1-5-Alkylrest eine Methylgruppe, Ethylgruppe oder tert-Butylgruppe, ist der C_1-5-Halogenalkylrest eine 2,2,2-Trichlorethylgruppe oder 2-Chlorethylgruppe, ist der C_1-3-Alkoxy-C_1-3-alkylrest eine Methoxymethylgruppe oder Ethoxyethylgruppe, ist die Methoxybenzylgruppe eine p-Methoxybenzylgruppe, ist die Alkoholeinheit einer Pyrethroid-Verbindung eine 3-Phenoxybenzylgruppe, 5-Benzyl-3-furylmethylgruppe, 2-Methyl-4-oxo-3-(2-propinyl)-2-cyclopentenylgruppe, 2-Methyl-4-oxo-3-(2-propenyl)-2-cyclopentenylgruppe, N-(3,4,5,6-Tetrahydrophthalimido)methylgruppe oder N-(3,4-Dimethylmaleimido)methylgruppe. R¹ ist nicht darauf beschränkt, aber die tert-Butylgruppe ist wegen der Leichtigkeit der Hydrolyse die am meisten bevorzugte Gruppe. Außerdem, bevorzugt als R² in Formel (I), ist der C_1-10-Alkylrest eine Methylgruppe, Ethylgruppe, n-Propylgruppe, Isopropylgruppe, n-Butylgruppe, Isobutylgruppe oder sec-Butylgruppe, ist der C_1-10-Halogenalkylrest eine 2,2,2-Trifluorethylgruppe oder Bis(trifluormethyl)methylgruppe, ist der C_3-10-Alkenylrest eine 2-Propenylgruppe, ist der C_3-10-Halogenalkenylrest eine 3-Chlor-2-propenylgruppe, ist der C_3-10-Alkinylrest eine 2-Propinylgruppe, ist der C_3-10-Halogenalkinylrest eine 3-Iod-2-propinylgruppe, aber R² ist nicht darauf beschränkt. Die Cyclopropancarboxylat-Verbindungen der Formel (I), die durch die erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt werden, können als Wirkstoffe von Pestiziden oder zur Herstellung spezifizierter Wirkstoffe von Pestiziden verwendet werden.
• Die erfindungsgemäßen Verfahren setzen die Cyclopropancarbaldehyd-Verbindung der Formel (II) mit der Dicarbonat-Verbindung der Formel (III), in Gegenwart des speziellen sekundären Amins, nämlich Piperidin, Morpholin, Pyrrolidin, Diethylamin oder N-Methylethanolamin, um. Der Bereich der Reaktionstemperatur für die Umsetzung ist gewöhnlich 20 bis 160°C, bevorzugt 60 bis 120°C. Weiterhin ist der Bereich der Reaktionszeit gewöhnlich 0,5 bis 100 Stunden, bevorzugt 1 bis 72 Stunden.
• Außerdem werden die erfindungsgemäßen Verfahren normalerweise in einem Lösungsmittel durchgeführt. Erläuternde und nicht einschränkende Beispiele von Lösungsmitteln schließen stickstoffhaltige Heterocyclen wie z. B. Pyridin und Picolin; aliphatische Kohlenwasserstoffe wie z. B. Hexan, Heptan, Ligroin und Petrolether; aromatische Kohlenwasserstoffe wie z. B. Benzol, Toluol und Xylol; halogenierte Kohlenwasserstoffe wie z. B. Chlorbenzol und Dichlorbenzol; Ketone wie z. B. Methylisobutylketon; Ether wie z. B. Diethylether, Diisopropylether, 1,4-Dioxan, Tetrahydrofuran, Ethylenglycoldimethylether und Methyl-tert-butylether und dergleichen ein. Von den vorstehend angeführten Lösungsmitteln sind Pyridin und Toluol bevorzugt, und Pyridin ist stärker bevorzugt.
• Die Menge der in den vorliegenden Verfahren verwendeten Dicarboxylat-Verbindung der Formel (III), beträgt gewöhnlich 1 bis 10 mol, bevorzugt 1 bis 5 mol, bezogen auf 1 mol der Cyclopropancarbaldehyd-Verbindung der Formel (II), und die Menge der vorstehend beschriebenen sekundären Amine ist eine katalytische Menge bis zu einem großen Überschuss. Die Menge der sekundären Amine hängt von der Art des verwendeten Lösungsmittels ab, wenn ein Lösungsmittel verwendet wird, und beträgt gewöhnlich 1 mol bis zu einem großen Überschuss, bezogen auf 1 mol der Cyclopropancarbaldehyd-Verbindung der Formel (II), wenn ein nichtalkalisches Lösungsmittel verwendet wird. Für den Fall, dass ein alkalisches Lösungsmittel wie z. B. Pyridin verwendet wird, beträgt die Menge an sekundären Aminen gewöhnlich 0,01 bis 5 mol, bezogen auf 1 mol der Cyclopropancarbaldehyd-Verbindung der Formel (II).
• Nach dem Umsetzen der Cyclopropancarbaldehyd-Verbindung der Formel (II) und der Dicarboxylat-Verbindung der Formel (III) in Gegenwart des vorstehend spezifizierten sekundären Amins können daraus die Cyclopropancarboxylat-Verbindungen der Formel (I) unter Anwendung üblicher Arbeitsgänge der Aufarbeitung isoliert werden. Typische Arbeitsgänge der Aufarbeitung schließen Einengen, Zugeben des Reaktionsgemisches zu einer wässrigen Lösung, die eine anorganische Säure wie Salzsäure und Schwefelsäure enthält, und Extrahieren mit einem organischen Lösungsmittel ein.
• Es ist auch möglich, reinere Cyclopropancarboxylat-Verbindungen der Formel (I) aus dem in den vorstehenden Verfahren isolierten Rohprodukt durch Anwendung bekannter Reinigungsverfahren wie Destillieren, Umkristallisieren oder Säulenchromatographie zu erhalten.
• Außerdem können das verwendete sekundäre Amin und das Lösungsmittel nach Reinigung aus den Aufarbeitungsverfahren durch Verwendung üblicher Rückgewinnungsverfahren, z. B. durch Destillieren der abgetrennten organischen Phasen, die aus der Extraktion mit einem organischen Lösungsmittel herrühren, leicht gesammelt und wieder verwendet werden.
• Die Cyclopropancarbaldehyd-Verbindungen können durch verschiedene Verfahren hergestellt werden, derartige Verbindungen der Formel (II) werden jedoch bevorzugt unter Verwendung von Verfahren, welche eine Oxidationsreaktion mit Ozon einschließen, die durch die nachstehende Reaktionsgleichung (IV) ausgedrückt wird, hergestellt:
• 
• Eine derartige Oxidationsreaktion mit Ozon ist in Bull. Chem. Soc. Jpn. 1987, 60, 4385–4394 und J. Org. Chem. 1978, 43, 4323–4328 beschrieben. Nach dem Erhalten einer Cyclopropancarbaldehyd-Verbindung der Formel (II), wobei R¹ ein Wasserstoffatom ist, wird eine Veresterungsreaktion zur Herstellung der Cyclopropancarbaldehyd-Verbindungen der Formel (II) genutzt. Die Veresterungsreaktion wird durch folgende Reaktionsgleichung (V) ausgedrückt:

  

  wobei R¹¹ einen C_1-5-Alkylrest, C_1-5-Halogenalkylrest, C_1-3-Alkoxy-C_1-3-alkylrest, eine Benzylgruppe, Methoxybenzylgruppe, Phenacylgruppe, 2-Tetrahydrofuranylgruppe, 2-Tetrahydropyranylgruppe oder eine Alkoholeinheit eines Pyrethroids darstellt. Eine derartige Veresterungsreaktion der Formel (V) ist in J. Agric. Food Chem. 1995, 43, 2286–2290 beschrieben.
• Die Dicarboxylat-Verbindungen der Formel (III) können durch verschiedene Verfahren hergestellt werden, es werden jedoch bevorzugt Verfahren, die eine Hydrolysereaktion einschließen, angewandt. Um die Dicarboxylat-Verbindungen der Formel (III) herzustellen, kann eine derartige Hydrolysereaktion beispielsweise durch die folgende Reaktionsgleichung (VI) ausgedrückt werden:

  

  wobei R² wie vorstehend definiert ist und M ein Alkalimetallatom darstellt. Bevorzugt, in Reaktionsgleichung (VI), stellt M ein Natrium- oder Kaliumatom dar.
• Beispiele
• Nachstehend wird die vorliegende Erfindung durch die folgenden Beispiele näher erläutert, aber die vorliegende Erfindung ist nicht darauf oder dadurch beschränkt.
• Beispiel 1
• Unter Stickstoffatmosphäre wurden 0,202 g tert-Butyl(±)-trans-2,2-dimethyl-3-formylcyclopropancarboxylat in 5 ml wasserfreiem Pyridin gelöst. 0,2 ml Piperidin und 0,242 g Methylmalonsäure wurden dann dazugegeben, und das so erhaltene Gemisch wurde bei einer Temperatur von etwa 60°C über eine Zeitspanne von etwa 1 h gerührt. Nachdem das Gemisch auf Raumtemperatur abgekühlt war, wurden dem Gemisch 100 ml Diethylether zugesetzt, und das erhaltene Gemisch wurde mit 3 N Salzsäure und anschließend gesättigter Salzlösung gewaschen, um daraus eine organische Schicht zu erhalten. Die organische Schicht wurde über wasserfreiem Magnesiumsulfat getrocknet, und danach wurde das Lösungsmittel unter verringertem Druck eingedampft, wodurch ein Rückstand erzeugt wurde. Der Rückstand wurde Säulenchromatographie über Kieselgel unterzogen, wobei das Elutionsmittel ein Gemisch aus n-Hexan und Ethylacetat bei einem Volumenverhältnis von 3 : 1 war, wodurch sich 0,249 g tert-Butyl(±)-trans-2,2-dimethyl-3-{2-carboxy-(E)-1-propenyl}cyclopropancarboxylat ergaben.
  Ausbeute: 96%
  ¹H-NMR (CDCl₃ als Lösungsmittel, TMS als innerer Standard, 270 MHz):
  δ-Werte (ppm): 6,60 (dd, 1H), 2,14 (dd, 1H), 1,94 (d, 3H), 1,69 (d, 1H), 1,46 (s, 9H), 1,30 (s, 3H), 1,22 (s, 3H)
• Beispiel 2
• Unter Stickstoffatmosphäre wurden 0,165 g tert-Butyl(±)-cis-2,2-dimethyl-3-formylcyclopropancarboxylat in 5 ml wasserfreiem Pyridin gelöst. 0,17 ml Piperidin und 0,197 g Methylmalonsäure wurden dann dazugegeben, und das so erhaltene Gemisch wurde bei einer Temperatur von 60°C über eine Zeitspanne von 1 h gerührt. Nachdem das Gemisch auf Raumtemperatur abgekühlt war, wurden dem Gemisch 100 ml Diethylether zugesetzt, und das erhaltene Gemisch wurde mit 3 N Salzsäure und anschließend gesättigter Salzlösung gewaschen, um daraus eine organische Schicht zu erhalten. Die organische Schicht wurde über wasserfreiem Magnesiumsulfat getrocknet, und danach wurde das Lösungsmittel unter verringertem Druck eingedampft, wodurch ein Rückstand erzeugt wurde. Der Rückstand wurde Säulenchromatographie über Kieselgel unterzogen, wobei das Elutionsmittel ein Gemisch aus n-Hexan und Ethylacetat bei einem Volumenverhältnis von 3 : 1 war, wodurch sich 0,199 g tert-Butyl(±)-trans-2,2-dimethyl-3-{2-carboxy-(E)-1-propenyl}cyclopropancarboxylat ergaben.
  Ausbeute: 94,1%
  ¹H-NMR (CDCl₃ als Lösungsmittel, TMS als innerer Standard, 250 MHz):
  δ-Werte (ppm): 6,60 (dd, 1H), 2,14 (dd, 1H), 1,94 (d, 3H), 1,69 (d, 1H), 1,46 (s, 9H), 1,30 (s, 3H), 1,22 (s, 3H)
• Beispiel 3
• Unter Stickstoffatmosphäre wurden 0,306 g tert-Butyl(±)-trans-2,2-dimethyl-3-formylcyclopropancarboxylat in 3 ml wasserfreiem Pyridin gelöst. 0,263 mg Piperidin und 0,352 g Ethylmethylmalonat wurden dann dazugegeben, und das so erhaltene Gemisch wurde bei einer Temperatur von 100°C über eine Zeitspanne von 5 h gerührt. Nachdem das Gemisch auf Raumtemperatur abgekühlt war, wurden dem Gemisch 100 ml Diethylether zugesetzt, und das erhaltene Gemisch wurde mit 3 N Salzsäure und anschließend gesättigter Salzlösung gewaschen, um daraus eine organische Schicht zu erhalten. Die organische Schicht wurde über wasserfreiem Magnesiumsulfat getrocknet, und danach wurde das Lösungsmittel unter verringertem Druck eingedampft, wodurch ein Rückstand erzeugt wurde. Der Rückstand wurde Säulenchromatographie über Kieselgel unterzogen, wobei das Elutionsmittel ein Gemisch aus n-Hexan und Ethylacetat bei einem Volumenverhältnis von 3 : 1 war, wodurch sich 0,372 g tert-Butyl(±)-trans-2,2-dimethyl-3-{2-ethoxycarbonyl-(E)-1-propenyl}cyclopropancarboxylat ergaben.
  Ausbeute: 85,1%
  ¹H-NMR (CDCl₃ als Lösungsmittel, TMS als innerer Standard, 250 MHz):
  δ-Werte (ppm): 6,45 (dd, 1H), 4,19 (q, 2H), 2,13 (dd, 1H), 1,94 (d, 3H), 1,65 (d, 1H), 1,46 (s, 9H), 1,30 (s, 3H), 1,28 (s, 3H), 1,23 (s, 3H)
• Beispiele 4–7 und Referenzbeispiele 1–7
• Allgemeines Verfahren
• Unter Stickstoffatmosphäre wurden 0,666 g Methyl(+)-trans-2,2-dimethyl-3-formylcyclopropancarboxylat in 10 ml eines vorgesehenen Lösungsmittels gelöst. Eine vorgesehene Menge eines Amins und 1,000 g Methylmalonsäure wurden dann dazugegeben, und das so erhaltene Gemisch unter Erwärmen gerührt. Nachdem das Gemisch auf Raumtemperatur abgekühlt war, wurden dem Gemisch 50 ml Ethylacetat zugesetzt, und das erhaltene Gemisch wurde mit 3 N Salzsäure und anschließend gesättigter Salzlösung gewaschen, um daraus eine organische Schicht zu erhalten. Die organische Schicht wurde über wasserfreiem Magnesiumsulfat getrocknet und danach unter verringertem Druck eingeengt, wodurch ein Rückstand erzeugt wurde. Der Rückstand wurde Säulenchromatographie über Kieselgel unterzogen, wobei das Elutionsmittel ein Gemisch aus n-Hexan und Ethylacetat bei einem Volumenverhältnis von 3 : 1 war. Methyl(+)-trans-2,2-dimethyl-3-{2-carboxy-(E)-1-propenyl}cyclopropancarboxylat wurde erhalten.
  ¹H-NMR (CDCl₃ als Lösungsmittel, TMS als innerer Standard, 250 MHz):
  δ-Werte (ppm): 6,60 (dd, 1H), 3,70 (s, 3H), 2,22 (dd, 1H), 1,94 (d, 3H), 1,78 (d, 1H), 1,32 (s, 3H), 1,24 (s, 3H)
• Tabelle 1

  

Claims (8)

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

   

   wobei R¹ ein Wasserstoffatom, einen C_1-5-Alkylrest, einen C_1-5-Halogenalkylrest, einen C_1-3-Alkoxy-C_1-3-Alkylrest, eine Benzylgruppe, eine Methoxybenzylgruppe, eine Phenacylgruppe, eine 2-Tetrahydrofuranylgruppe, eine 2-Tetrahydropyranylgruppe oder eine Alkoholeinheit einer Pyrethroid-Verbindung darstellt, und R² ein Wasserstoffatom, einen C_1-10-Alkylrest, einen C_1-10-Halogenalkylrest, einen C_3-10-Alkenylrest, einen C_3-10-Halogenalkenylrest, einen C_3-10-Alkinylrest, einen C_3-10-Halogenalkinylrest oder eine Benzylgruppe darstellt, umfassend: Umsetzen einer Cyclopropancarbaldehyd-Verbindung der nachstehenden Formel (II):

   

   wobei R¹ wie obenstehend definiert ist, mit einer Dicarboxylat-Verbindung der nachstehenden Formel (III):

   

   wobei R² wie vorstehend definiert ist, in Gegenwart mindestens eines sekundären Amins, welches ausgewählt ist aus Piperidin, Morpholin, Pyrrolidin, Diethylamin und N-Methylethanolamin.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei R¹ ausgewählt ist aus einer Methylgruppe, einer Ethylgruppe oder einer t.-Butylgruppe, einer 2,2,2-Trichlorethylgruppe, einer 2-Chlorethylgruppe, einer Methoxymethylgruppe, einer Ethoxyethylgruppe, einer p-Methoxybenzylgruppe, einer 3-Phenoxybenzylgruppe, einer 5-Benzyl-3-furylmethylgruppe, einer 2-Methyl-4-oxo-3-(2-propinyl)-2-cyclopentenylgruppe, einer 2-Methyl-4-oxo-3-(2-propenyl)-2-cyclopentenylgruppe; einer N-(3,4,5,6-Tetrahydrophthalimido)methylgruppe und einer N-(3,4-Dimethylmaleimido)methylgruppe.
3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei R² ausgewählt ist aus einer Methylgruppe, einer Ethylgruppe, einer n-Propylgruppe, einer iso-Propylgruppe, einer n-Butylgruppe, einer iso-Butylgruppe, einer sec.-Butylgruppe, einer 2,2,2-Trifluorethylgruppe, einer Bis(trifluormethyl)methylgruppe, einer 2-Propenylgruppe, einer 3-Chlor-2-propenylgruppe, einer 2-Propinylgruppe und einer 3-Iod-2-propinylgruppe.
4. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei R² ein Wasserstoffatom ist.
5. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Umsetzung bei einer Temperatur von 60 bis 120°C durchgeführt wird.
6. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Umsetzung in mindestens einem Lösungsmittel durchgeführt wird, welches ausgewählt ist aus Pyridin und Toluol.
7. Verfahren gemäß Anspruch 6, wobei die Umsetzung in Pyridin durchgeführt wird.
8. Verfahren gemäß Anspruch 6, wobei die Umsetzung in Toluol durchgeführt wird.