DE69910978T2

DE69910978T2 - Ein verfahren zur herstellung von cyclopropancarbonsäuren

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Publication number: DE69910978T2
Application number: DE69910978T
Authority: DE
Inventors: Dausell Per KLEMMENSEN; Hans Kolind-Andersen; Ib Winckelmann
Original assignee: Cheminova Agro AS
Current assignee: Cheminova Agro AS
Priority date: 1998-02-18
Filing date: 1999-02-15
Publication date: 2004-07-22
Anticipated expiration: 2019-02-16
Also published as: AU2411799A; WO1999042432A1; EP1056709A1; IL137027A; CN1289318A; ES2205765T3; IL137027A0; AU746753B2; EP1056709B1; US6215023B1; DK174698B1; CN1183091C; ATE248797T1; DE69910978D1; DK23098A

Description

Die Erfindung betrifft Verfahren zur Herstellung von Verbindungen, welche als Zwischenverbindungen in der Herstellung von Cyclopropancarbonsäureestern anwendbar sind.
Cyclopropancarbonsäureester sind insektizid wirksame Verbindungen, die als „Pyrethroide" bekannt sind, und da sie aussergewöhnlich gute insektizide Eigenschaften mit sehr geringer Toxizität gegenüber Säugetieren kombinieren, sind sie von grossem Interesse. Deshalb wurden grosse Anstrengungen unternommen, um ökonomisch günstige Wege zur deren Herstellung und deren wichtigster Zwischenverbindungen zu finden.
Eine Auswahl dieser Pyrethroid-Verbindungen, die eine bemerkenswert hohe Wirksamkeit aufweisen, kann aus Säuren der allgemeinen Formel II hergestellt werden, in welcher die mit 1 und 3 markierten Kohlenstoffatome asymmetrische Kohlenstoffatome sind, und in welcher die Geometrie im Cyclopropanring 1R,cis ist, d. h. dass die absolute Konfiguration bei Kohlenstoffatom 1 R ist und die zwei Wasserstoffatome bei Kohlenstoffatomen 1 und 3 in cis-Position sind. Die Verbindungen II können aus den Verbindungen I hergestellt werden. R₁ bezeichnet ein Halogenatom (z. B. Cl oder Br) oder Halogenalkyl (z. B. CF₃). X₁ und X₂ bezeichnen Halogenatome (z. B. Cl oder Br). R₁, X₁ und X₂ können gleich oder verschieden sein.
Die hochgestellten Zeichen ^1,2etc. in der folgenden Beschreibung beziehen sich auf die am Ende der vorliegenden Beschreibung angeführte Referenzliste.
Es ist bekannt^1,2,3, dass die Säure II die Geometrie 1R,cis aufweisen soll, so dass davon abgeleitete Pyrethroide maximale insektizide Wirksamkeit erhalten können. Wenn R₁ und X₂ CF₃ bzw. Cl sind, ist ausserdem bekannt, dass das Chloratom und die Cyclopropangruppe auf derselben Seite der Carbon-Carbon-Doppelbindung, Z Konfiguration, sein sollen, um maximale insektizide Wirksamkeit zu erzielen, wie in Schema 1 gezeigt.
Es ist deshalb von grossem Interesse, das präzise Isomer von II herstellen zu können, das auf eine sowohl technische als ökonomisch attraktive Weise die meist wirksamen Pyrethroide erzeugt, um so die verwendete Menge von wirksamer Substanz (Insektizid) in der Behandlung von landwirtschaftlicher Ernte, Wohnstätten und dergleichen zu minimieren.
Die Herstellung von II der erwünschten 1R,cis Konfiguration erfolgt aus der Zwischenverbindung I, in welcher die Konfiguration bereits vorhanden ist. Ausser den asymmetrischen Zentren bei den Positionen 1 und 5 weist die Zwischenverbindung I ein asymmetrisches Kohlenstoffatom bei Position 4 auf, was bedeutet, dass I in den zwei Konfigurationen 1R,4R,5S und 1R,4S,5S vorkommen kann, in denen mittlerweile die Synthese von I vorzugsweise zu 1R,4R,5S führt. In der weiteren Reaktion von I führen beide Konfigurationen zu II.
Die erwünschte Konfiguration von I bei Kohlenstoffatomen 1 und 5 erhält man durch bekannte synthe tische Stufen aus dem Naturprodukt Δ-3-Isodipren^4,5,6,7, welches in der Terminologie der Chiralchemie zu „The Chiral Pool" gehört, d. h. der Kollektion von verhältnismässig billigen und fertig erhältlichen natürlichen Substanzen einer beschriebenen Konfiguration, unter welcher man Ausgangsmaterialien einer speziellen, gewünschten Konfiguration finden kann.
Es ist bekannt^6,7, dass die Reduktion I → II durch metallisches Zink oder andere Metalle (z. B. Magnesium) durchgeführt werden kann. Reaktionen entsprechend der Transformation I → II werden „Elimination von β-Halo-Estern" genannt und können unter verschiedenen Bedingungen¹⁰ ausgeführt werden. Eine umfassende Untersuchungsarbeit¹⁰ erläutert mehrere mögliche Gruppen von Bedingungen zum Durchführen solcher Reaktionen, unter anderem Reaktion mit Zn und Elektrolyse. Reaktionen, die mit den in der vorliegenden Erfindung benutzten Reaktionen gleich oder analog sind, werden nicht erwähnt.
Anscheinend sind früher beschriebene⁸ Trans-β-bromo-acetoxy-Elimination-Reaktionen nur bei Systemen anwendbar, in welchen Brom ferner durch eine Estergruppe aktiviert wird, da unter den beschriebenen Bedingungen (NaHSO₃, Na₂SO₃) ausgeführte Versuche für die Ausgangsverbindung I (R₁ = X₁ = X₂ = Br) nur wenig II (R₁ = X₂ = Br) und mehr III (R₂ = X₂ = Br) (siehe Schema 2) zusammen mit nicht-reagierter Ausgangsverbindung ergaben. Unter den beschriebenen Bedingungen (NaHSO₃, NaHCO₃) ausgeführte Versuche ergaben keine Reaktion für I (R₁ = CF₃; X₁ = X₂ = Cl), auch nicht in Gegenwart eines Katalysators (Pt).
Mittlerweile hat es sich unerwartet gezeigt, dass gerade das Halogenlacton I in Gegenwart von Metallkatalysatoren (z. B. Pt, Pd, Ni, Rh oder Os) durch Anwendung von Formiat (HCOO^–), Hypophosphit (H₂PO₂ ^–), Phosphit (HPO₃ ^2–) bzw. Wasserstoff (H₂) als Reduziermittel in die Cyclopropancarbonsäure II reduziert werden kann.
Gleichzeitig hat es sich unerwartet gezeigt, dass, wenn R₁ = CF₃ und X₁ = X₂ = Cl ist, das Produkt II überwiegend aus dem gewünschten Z-Isomer besteht.
Dieser synthetische Weg ist in Hinblick auf die Stereoisomerie der Produkte ganz spezifisch, so dass die Geometrie von I in dem Produkt II wiederzufinden ist.
Auf diese Weise werden sowohl kostspielige Racemat-Zerlegungen als Ausbeute-Verluste bei unbrauchbaren Isomeren vermieden.
Frühere Versuche⁹, ähnliche Halogenlacton-Systeme mit Wasserstoff in Gegenwart eines Metallkatalysators [Pd(C)5%] zu reduzieren, resultierten lediglich in einer simplen Dehalogenation, wobei der Lacton-Ring erhalten blieb.
Hier wird eine Reihe neuer synthetischer Methoden zur Herstellung der (1R,cis)-Säurehälfte oder Pyrethroidester der Formel II aus dem Halogenlacton I beschrieben. Diese synthetischen Methoden können auf dieselbe Weise zur Herstellung der racemischen (1RS,cis)-Säurehälfte der Pyrethroidester von racemischen Halogenlactonen, die wiederum aus racemischem Biocartol synthetisiert sind, benutzt werden.
In Übereinstimmung mit dem obenstehend Angeführten betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von Cyclopropancarbonsäuren der allgemeinen Formel II, worin der Substituent R₁ ein Halogenatom, vorzugsweise Cl oder Br, oder Halogenalkyl (wobei Halogen in Halogenalkyl z. B. Fluor, Chlor oder Brom ist, und Alkyl in Halogenalkyl passend ein niedriges Alkyl, wie etwa ein Alkyl mit 1–3 Kohlenstoffatomen ist), vorzugsweise CF₃ bezeichnet, und der Substituent X₂ ein Halogenatom, vorzugsweise Cl oder Br bezeichnet, wobei R₁ und X₂ gleich oder verschieden sein können, und worin die Konfiguration von II überwiegend Z für R₁ = CF₃ und X₂ = Cl ist, welches Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass man unter Gegenwart eines Katalysators eine Verbindung der allgemeinen Formel I, worin die Substituenten R₁ und X₂ die obenerwähnten Bedeutungen haben, und der Substituent X₁ ein Halogenatom, vorzugsweise Cl oder Br bezeichnet, wobei R₁, X₁ und X₂ gleich oder verschieden sein können,
mit einer Verbindung, die ein Wasserstoffdonor ist, reagiert.
Ein grosser Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass die Benutzung von teuren Reduziermitteln, wie etwa Zn oder anderen Metallen, vermieden werden kann, und dass anstelle dessen beispielsweise Wasserstoff verwendet werden kann.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass man als Nebenprodukte Kohlenstoffdioxid (CO₂) + Natriumchlorid (NaCl), phosphorhaltige Säure (HP₃O₃) + Natriumchlorid (NaCl), Phosphorsäure (H₃PO₄) + Natriumchlorid (NaCl) bzw. Salzsäure (HCl) anstelle von Zinkionen oder anderen Metallionen erhält.
Zink ist ein Element, für welches Maximum-Konzentrationen gesetzt worden sind, wenn es mit Abwasser abgeleitet oder mit Schlamm von einer Reinigungsanlage verbreitet wird. Das bedeutet, dass eine Produktion, bei welcher Zink in grösseren Mengen verwendet wird, eine aufwendige Forderung in bezug auf Wiedergewinnung des angewandten Zinks miteinbeziehen muss. Dieselben Bedingungen gelten auch für andere Metalle.
Mehrere passende Ausführungsformen des in den Ansprüchen 2–7 angeführten erfindungsgemässen Verfahrens können benutzt werden.
Das erfindungsgemässe Verfahren und dessen zahlreiche Ausführungsformen sind dadurch gekennzeichnet, dass sie ideal sind und zur Herstellung von II von I nicht früher beschrieben worden sind.
Durch passende Wahl von Lösungsmittel, Temperatur, Katalysator und pH-Niveau im Reaktionsgemisch ist es möglich das Vorkommen unerwünschter Nebenprodukte der allgemeinen Formeln III, IV und/oder V zu minimieren.
Schema 2. in welchen R₂ Wasserstoff (H), ein Halogenatom (z. B. Cl oder Br) oder Halogenalkyl (z. B. CF₃) bezeichnet. X₁ bezeichnet ein Halogenatom (z. B. Cl oder Br). R₂ und X₁ können gleich oder verschieden sein.
Durch Wahl von Lösungsmittel, Temperatur, Katalysator und pH-Niveau im Reaktionsgemisch ist es ebenfalls möglich die Reaktion so zu steuern, dass sie vorzugsweise das erwünschte Z- oder E-Isomer von II liefert.
NMR- und HPLC-Analysen des Endprodukts II (R₁ = CF₃; X₂ = Cl) zeigen, dass vorzugsweise isoliertes Z-Isomer, normalerweise mehr als 95% Z-Isomer vorhanden ist, und das Rohprodukt einfach gereinigt wird, so dass es mehr als 99% des Z-Isomers beträgt. Mittlerweile wird in den meisten Fällen ein Gehalt von > 95% Z-Isomer als zufriedenstellend erachtet. Eine kostspielige weitere Reinigung kann deshalb vermieden werden, welches nicht der Fall ist, wenn II (R₁ = CF₃; X₂ = Cl) durch die herkömmliche Metallreduktion hergestellt wird.
In der Reduktion von I in II können Formiate (in Form eines Metallsalzes, Ammoniumsalzes oder anderen Salzen), Hypophosphit (in Form eines Metallsalzes, Ammoniumsalzes oder anderen Salzen) und Phosphit (in Form eines Metallsalzes, Ammoniumsalzes oder anderen Salzen) verwendet werden. Diese drei Mittel werden oft in den Reaktionen, die als „Übertragungshydrierung" bezeichnet werden, benutzt. In der Reduktion von I auf II kann alternativ gasförmiger Wasserstoff verwendet werden. Bei Verwendung von Wasserstoff als Reduziermittel kann die Reaktion sowohl bei Atmosphärendruck als erhöhtem Druck, beispielsweise auf einen Autoklav begrenzt, durchgeführt werden.
Die Reduktionsreaktion wird in einem Lösungsmittel oder in Lösungsmittelgemischen, deren Eigenschaften stark variieren können, durchgeführt. Es werden sowohl protonhaltige als nicht-protonhaltige Lösungsmittel benutzt, und unter den verwendbaren nicht-protonhaltigen Lösungsmitteln gibt es sowohl polare als nicht-polare. Als Lösungsmittel für Reaktionen mit Formiat, Hypophosphit und Phosphit sind Alkohole (z. B. Methanol und Ethylenglycol) mit mehr oder weniger Wasser oder beigemischtes DMF geeignet. Als Lösungsmittel für Reaktionen mit Wasserstoff sind Alkohole (z. B. Methanol und 2-Methoxy-ethanol) und nicht-protonhaltige, polare Lösungsmittel (z. B. DMF, DMSO und Acetonnitril) mit mehr oder weniger beigemischtem Wasser geeignet. Die Konzentration der Reaktionskomponenten im Lösungsmittel oder Lösungsmittelgemisch kann im Bereich 1–80% liegen, und ist typisch im Bereich 10–30%.
Die Reduktionsreaktion wird in Gegenwart eines Metallkatalysators durchgeführt. Als Katalysator sind Übergangsmetalle, beispielsweise Pt, Pd, Ni, Rh und Os geeignet. Der Katalysator kann als kleine Partikeln fein zerteilt oder auf Aktivkohle oder einem anderen inerten Trägermaterial fein verteilt sein.
Die Reduktionsreaktion wird innerhalb eines breiten pH-Bereichs, aber vorteilhaft in einem alkalischen Medium, welches man durch Zusetzung von pH-justierenden Verbindungen zu dem Reaktionsgemisch erhält, durchgeführt. Die pH-justierende(n) Verbindung(en) ist (sind) vorzugsweise unter Alkalimetallhydroxiden, Ammoniak, Aminen, Alkalimetallcarbonaten, Alkalimetall-Hydrogencarbonaten, Alkalimetall-Monohydrogenphosphaten und Alkalimetall-Dihydrogenphosphaten (beispielsweise NaOH, Ammoniak, Aminen, NaHCO₃, Na₂CO₃, NaH₂PO₄) ausgewählt. Die pH-Justierung kann durch einen mit einem Titrator versehenen pH-Messgerät, dessen Behälter wässrige Lösungen erwähnter pH-justierenden Verbindungen enthält, ausgeführt werden.
Die Reduktionsreaktion wird in einem breiten Temperaturbereich ausgeführt, und nicht überraschend verläuft die Reaktion schneller bei höherer Temperatur. Innerhalb des Bereichs von 0–100°C erhält man vorzugsweise bei 20–70°C eine passende Reaktionsrate. Die Reduktionsreaktion. wird passend bei einer Temperatur ausgeführt, die über dem Stockpunkt des Reaktionsgemisches und bei oder unter dem Siedepunkt des Lösungsmittels oder des Lösungsmittelgemisches unter den gegebenen der Vorrichtung entsprechenden Bedingungen vorzugsweise zwischen 20 und 70°C liegt.
In der Umsetzung von I (R₁ = CF₃; X₁ = X₂ = Cl) in II (R₁ = CF₃; X₂ = Cl) ist es wichtig einen grossen Gehalt des Z-Isomers zu erzielen. Es hat sich gezeigt, dass eine niedrige Temperatur den Gehalt des Z-Isomers fördert (dass beispielsweise bei 20°C Z/E < 30 erzielt wird).
Bei den Ausführungsformen des erfindungsgemässen Verfahrens nach Anspruch 8–10 führen folgende Verbindungen der Formel I:
(1R,4R,5S)-4-(1,1-Dichloro-2,2,2-trifluoroethyl)-6,6-dimethyl-3-oxabicyclo[3.1.0]hexan-2-on,
(1R,4R(oder 4S),5S)-6,6-Dimethyl-4-(trichloromethyl)-3-oxabicyclo[3.1.0]hexan-2-on und
(1R,4R(oder 4S),5S)-6,6-Dimethyl-4-(tribromomethyl)-3-oxabicyclo[3.1.0]hexan-2-on
zum Erhalt folgender Verbindungen der Formel II:
Z-(1R-cis)-3-(2-Chloro-3,3,3-trifluoro-1-propenyl)-2,2-dimethyl-cyclopropancarbonsäure,
(1R-cis)-3-(2,2-Dichloroethenyl)-2,2-dimethyl-cyclopropancarbonsäure und
(1R-cis)-3-(2,2-Dibromoethenyl)-2,2-dimethyl-cyclopropancarbonsäure.
Die Erfindung wird ferner in nachfolgenden Beispielen illustriert. Ausbeuten und Reinheiten wurden durch Gas- und/oder Flüssigkeits-Chromatographie sowohl NMR Spektroskopie festgestellt. Identifikation erfolgte mittels NMR Spektroskopie und GC/MS.
Beispiel 1
(1R-cis)-3-(2,2-Dibromoethenyl)-2,2-dimethyl-cyclopropancarbonsäure (II, R1 = X2 = Br).
0,38 g (0,001 mol) eines Gemischs von (1R,4R,5S)-6,6-Dimethyl-4-(tribromomethyl)-3-oxabicyclo[3.1.0]hexan-2-on (I, R₁ = X₁ = X₂ = Br) und (1R,4S,5S)-6,6-Dimethyl-4-(tribromomethyl)-3-oxabicyclo[3.1.0]hexan-2-on (I, R₁ = X₁ = X₂ = Br) wird mit 0,126 g (0,0015 mol) Natriumhydrogenkarbonat, 0,27 g (0,004 mol) Natriumformiat und 0,03 g Pt(C) 5% in etwa 4 ml Methanol bei 50°C in 5,5 Stunden umgerührt. Das Reaktionsgemisch wird mit wässriger Salzsäure angesäuert und mit getrocknetem und verdampftem tertiär Butylmethylether zweimal extrahiert. Es wurde 0,28 g Reinheit 61% (GC, Flächen-%) erhalten. Die Verweilzeit ist identisch mit dem gemäss Ref.⁶ hergestellten II, und MS (Massen(Intensität in von basaler Spitze): 296 (5) M⁺, 298 (9) (M + 2)⁺, 300 (4) (M + 4)⁺, 255 (24), 253 (45), 251 (23), 219 (100), 217 (98), 201 (18), 199 (22), 197 (13), 174 (29), 172 (33)) ist identisch mit MS von gemäss Ref.⁶ hergestelltem II.
Beispiel 2
(1R-cis)-3-(2,2-Dichloroethenyl)-2,2-dimethyl-cyclopropancarbonsäure (II, R₁ = X₂ = Cl).
0,75 g (0,002 mol) eines Gemischs von (1R,4R,5S)-6,6-Dimethyl-4-(triromomethyl)-3-oxabicyclo[3.1.0]hexan-2-on (I, R₁ = X₁ = X₂ = Br) und (1R,4R,5S)-6,6-Dimethyl-4-(tribromomethyl)-3-oxabicyclo[3.1.0]hexan-2-on (I, R₁ = X₁ = X₂ = Br) wird mit 0,421 g (0,005 mol) Natriumhydrogenkarbonat und 0,06 g Pt(C) 5% in etwa 9 ml Methanol bei 50°C umgerührt, wobei gasförmiger Wasserstoff unter der flüssigen Oberfläche zugeführt wird. Für GC-Analyse entnommene Proben werden mit wässriger Salzsäure/tertiär Butylmethylether behandelt und auf GC analysiert. Bereits nach 1-stündiger GC-Analyse (Flächen-%) zeigt sich ein Gehalt von 42% II und 34% von nicht-reagiertem I. Identifikation von II wird vorgenommen wie in Beispiel 1 gezeigt.
Beispiel 3
(1R-cis)-3-(2,2-Dichloroethenyl)-2,2-dimethyl-cyclopropancarbonsäure (II, R₁ = X₁ = Cl).
0,24 g (0,001 mol) eines Gemischs von (1R,4R,5S)-6,6-Dimethyl-4-(trichloromethyl)-3-oxabicyclo[3.1.0]hexan-2-on (I, R₁ = X₁ = X₂ = Cl) und (1R,4S,5S)-6,6-Dimethyl-4-(trichloromethyl)-3- mol) Natriumhydrogenkarbonat und 0,01 g Pd (C) 5% in etwa 4 ml DMF bei 50°C unter Wasserstoffatmosphäre bei leichtem Überdruck umgerührt. Nach ½-stündigem Umrühren bei 50°C wird das Gemisch bei Raumtemperatur umgerührt. Für GC-Analyse entnommene Proben werden mit wässriger Salzsäure/tertiär Butylmethylether behandelt und auf GC analysiert. Nach 16-stündiger GC-Analyse (Flächen-%) zeigt sich ein Gehalt von 39% II und 32% nicht-reagiertem I. Die Verweilzeit ist identisch mit dem nach Ref.⁶ hergestelltem II, und MS (Massen(Intensität in % von basaler Spitze): 208 (6) M⁺, 210 (4) (M + 2)⁺, 175 (25), 173 (78), 165 (27), 163 (39), 111 (22), 109 (28), 91 (100), 77 (46), 39 (64)) ist identisch mit MS von gemäss nach Ref.⁶ hergestelltem II.
Beispiel 4
(1R-cis)-3-(2,2-Dichloroethenyl)-2,2-Dimethyl-cyclopropancarbonsäure (II, R₁ = X₂ = Cl).
0,24 g (0,001 mol) (1R,4R,5S)-6,6-Dimethyl-4-(trichloromethyl)-3-oxabicyclo[3.1.0]hexan-2-on (I, R₁ = X₁ = X₂ = Cl) wird mit 0,17 g (0,002 mol) Natriumhydrogenkarbonat, 0,34 g (0,005 mol) Natriumformiat und etwa 0,03 g Pd(C) 5% in etwa 6 ml Methanol bei 50°C umgerührt.
Für GC-Analyse entnommene Proben werden mit wässriger Salzsäure/tertiär Butylmethylether behandelt und auf GC analysiert. Nach 6-stündiger GC-Analyse (Flächen-%) zeigt sich ein Gehalt von 68% II und 16% von nicht-reagiertem I. Identifikation von II wird vorgenommen wie in Beispiel 3 gezeigt.
Beispiel 5
Z-(1R-cis)-3-(2-Chloro-3,3,3-trifluoro-1-propenyl)-2,2-dimethyl-cyclopropancarbonsäure (II, R₁ = CF₃; X₂ = Cl).
11,08 g (0,04 mol) (1R,4R,5S)-4-(1,1-Dichloro-2,2,2-trifluoroethyl)-6,6-dimethyl-3-oxabicyclo[3.1. 0] hexan-2-on (I, R₁ = CF₃; X₁ = X₂ = Cl) wird mit 6,36 g (0,06 mol) Natriumkarbonat und 0,4 g Pt (C) 5% in 80 ml DMF bei 20°C kräftig gerührt, wobei ein Überschuss von gasförmigem Wasserstoff unter der flüssigen Oberfläche hinzugefügt wird.
Für GC-Analyse entnommene Proben werden mit wässriger Salzsäure/tertiär Butylmethylether behandelt und auf GC analysiert. Nach 4,25-stündiger GC-Analyse (Flächen-%) zeigt sich ein Gehalt von 91% II, 5% IV (R₂ = CF₃), 2% V (R₂ = CF₃) und 1% III (R₂ = CF₃; X₁ = Cl). Die Verweilzeit des gegenwärtigen II ist identisch mit dem von II hergestellten, wie früher beschrieben⁷.
Das Reaktionsgemisch wird mit 100 ml Wasser behandelt, von Katalysator durch Filtrieren befreit, mit wässriger Salzsäure (pH ≈ 1) angesäuert und mit tertiär Butylmethylether zweimal extrahiert. Die Etherphase wird durch Na₂SO₄ getrocknet und auf eine Kristallmasse verdampft. HPLC-Analyse (external Standard) zeigt eine Ausbeute von 89% II. HPLC-Analyse zeigt Z/E = 37.
Eine Re-Kristallisation von Hexan resultiert in reinem II enthaltend 1–2% E-Isomer. Weitere Re-Kristallisation von Hexan resultiert in reinem II, 100% Z-Isomer. Physikalische und spektroskopische Daten von II. entsprechen dem vorstehend Beschriebenen⁷.
Beispiel 6
Z-(1R-cis)-3-(2-Chloro-3,3,3-trifluoro-1-propenyl)-2,2-dimethyl-cyclopropancarbonsäure (II, R₁ = CF₃; X₂ = Cl).
0,28 g (0,001 mol) (1R,4R,5S)-4-(1,1-Dichloro-2,2,2-trifluoroethyl)-6,6-dimethyl-3-oxabicyclo[3.1. 0]hexan-2-on (I, R₁ = CF₃; x₁ = X₂ = Cl) wird mit 0, 13 g (0,0015 mol) Natriumhydrogenkarbonat, 0,27 g (0,004 mol) Natriumformiat und etwa 0,05 g Pt (C) 5% in etwa 4 ml DMF/Methanol (2 : 1) bei 50°C umgerührt.
Proben wurden für GC-Analyse entnommen und mit wässriger Salzsäure/tertiär Butylmethylether behandelt und auf GC analysiert. Nach 7,5-stündiger GC-Analyse (Flächen-%) zeigt sich eine vollständige Umsetzung von I und ein Gehalt von 90% II und 7% III, (R₂ = CF₃; X₁ = Cl). HPLC-Analyse zeigt für II Z/E = 18. Identifikation von II wird durchgeführt wie in Beispiel 5 angeführt.
Beispiel 7
Z-(1R-cis)-3-(2-Chloro-3,3,3-trifluoro-1-propenyl)-2,2-dimethyl-cyclopropancarbonsäure (II, R₁ = CF₃; X₂ = Cl).
0,28 g (0,001 mol) (1R,4R,5S)-4-(1,1-Dichloro-2,2,2-trifluoroethyl)-6,6-dimethyl-3-oxabicyclo[3.1.0]hexan-2-on (I, R₁ = CF₃; X₁ = X₂ = Cl) wird mit 0,063 g (= ,001 mol) Ammoniumformiat und 0,03 g Pd (C) 5% in 2,5 ml Methanol bei 50°C umgerührt.
Für GC-Analyse entnommene Proben wurden mit wässriger Salzsäure/tertiär Butylmethylether behandelt und. auf GC analysiert. Nach 0,5-stündiger Analyse (Flächen-%) zeigt sich ein Gehalt von 29% II und 71% von nicht-reagiertem I. Identifikation von II wird durchgeführt wie in Beispiel 5 angeführt.
Beispiel 8
Z-(1R-cis)-3-(2-Chloro-3,3-trifluoro-1-propenyl)-2,2-dimethyl-cyclopropancarbonsäure (II, R₁ = CF₃; X₂ = Cl).
0,28 g (0,001 mol) (1R,4R,5S)-4-(1,1-Dichloro-2,2,2-trifluoroethyl)-6,6-dimethyl-3-oxabicyclo[3.1. 0]hexan-2-on (I, R₁ = CF₃; X₁ = X₂ = Cl) wird mit 0, 42 g (0,005 mol) Natriumhydrogenkarbonat, 0,44 g (0,005 mol) Natriumhypophosphit, 0,5 g Wasser und 0,03 g Pd (C) 5% in 3 ml Ethylenglycol bei 50°C umgerührt.
Proben wurden für GC-Analyse entnommen und mit wässriger Salzsäure/tertiär Butylmethylether behandelt und auf GC analysiert. Nach 4-stündiger GC-Analyse (Flächen-%) zeigt sich eine vollständige Umsetzung von I und ein Gehalt von 97% II und 3% III, (R₂ = CF₃; X₁ = Cl). HPLC-Analyse zeigt für II Z/E = 22. Identifikation von II wird durchgeführt wie in Beispiel 5 angeführt.
Beispiel 9
Z-(1R-cis)-3-(2-Chloro-3,3,3-trifluoro-1-propenyl)-2,2-dimethyl-cyclopropancarbonsäure (II, R₁ = CF₃; X₂ = Cl).
0,55 g (0,002 mol) (1R,4R,5S)-4-(1,1-Dichloro-2,2,2-trifluoroethyl)-6,6-dimethyl-3-oxabicyclo[3.1. 0]hexan-2-on (I, R₁ = CF₃; X₁ = X₂ = Cl) wird mit 0,42 g (0,005 mol) Natriumhydrogencarbonat und 0,06 g Pt (C) 5% in 10 ml Wasser bei 50°C umgerührt, wobei ein Überschuss von gasförmigem Wasserstoff unter der Flüssigkeitsoberfläche hinzugefügt wird.
Proben wurden für GC-Analyse entnommen und mit wässriger Salzsäure/tertiär Butylmethylether behandelt und auf GC analysiert. Nach 3-stündiger GC-Analyse (Flächen-%) zeigt sich ein Gehalt von 63% II, 5% V (R₂ = CF₃ und 31% von nicht-reagiertem I. Identifikation von II wird durchgeführt wie in Beispiel 5 angeführt.
Beispiel 10
Z-(1R-cis)-3-(2-Chloro-3,3,3-trifluoro-1-propenyl)-2,2-dimethyl-cyclopropancarbonsäure (II, R₁ = CF₃; X₂ = Cl).
0,55 g (0,002 mol) (1R,4R,5S)-4-(1,1-Dichloro-2,2,2-trifluoroethyl)-6,6-dimethyl-3-oxabicyclo[3.1. 0]hexan-2-on (I, R₁ = CF₃; X₁ = X₂ = Cl) wird mit 0,42 g (0,005 mol) Natriumhydrogencarbonat und 0,2 g Raney-Ni in 10 ml DMF bei 50°C umgerührt, wobei ein Überschuss von gasförmigem Wasserstoff unter der flüssigen Oberfläche hinzugefügt wird.
Proben wurden für GC-Analyse entnommen und mit wässriger Salzsäure/tertiär Butylmethylether behandelt und auf GC analysiert. Nach 2-stündiger GC-Analyse (Flächen-%) zeigt sich eine vollständige Umsetzung von I und ein Gehalt von 98,5% II und 1,5% IV (R₂ = CF₃). GC-Analyse (interner Standard) zeigt eine Ausbeute von 94,5%. HPLC-Analyse zeigt für II Z/E = 18. Identifikation von II wird durchgeführt wie in Beispiel 5 angeführt.
Beispiel 11
Z-(1R-cis)-3-(2-Chloro-3,3,3-trifluoro-1-propenyl)-2,2-dimethyl-cyclopropancarbonsäure (II, R₁ = CF₃; X₂ = Cl).
0,55 g (0,002 mol) (1R,4R,5S)-4-(1,1-Dichloro-2,2,2-trifluoroethyl)-6,6-dimethyl-3-oxabicyclo[3.1. 0]hexan-2-on (I, R₁ = CF₃; X₁ = X₂ = Cl) wird mit 0,42 g (0,005 mol) Natriumhydrogencarbonat und 0,6 g Rh (C) 5% in 10 ml DMF bei 50°C umgerührt, wobei ein Überschuss von gasförmigem Wasserstoff unter der flüssigen Oberfläche hinzugefügt wird.
Proben wurden für GC-Analyse entnommen und mit wässriger Salzsäure/tertiär Butylmethylether behandelt und auf GC analysiert. Nach 1-stündiger GC-Analyse (Flächen-%) zeigt sich eine vollständige Umsetzung von I und ein Gehalt von 77% II und 23% IV (R₂ = CF₃. HPLC-Analyse zeigt für II Z/E = 49. Identifikation von II wird durchgeführt wie in Beispiel 5 angeführt.
Beispiel 12
Z-(1R-cis)-3-(2-Chloro-3,3,3-trifluoro-1-propenyl)-2,2-dimethyl-cyclopropancarbonsäure (II, R₁ = CF₃; X₂ = Cl).
0,55 g (0,002 mol) (1R,4R,5S)-4-(1,1-Dichloro-2,2,2-trifluoroethyl)-6,6-dimethyl-3-oxabicyclo[3.1. 0]hexan-2-on (I, R₁ = CF₃; X₁ = X₂ = Cl) wird mit 0,42 g (0,005 mol) Natriumhydrogencarbonat und 0,8 g OsO₄ (1% Lösung in Wasser) in 10 ml DMF bei 50°C umgerührt, wobei ein Überschuss von gasförmigem Wasserstoff unter der flüssigen Oberfläche hinzugefügt wird.
Proben wurden für GC-Analyse entnommen und mit wässriger Salzsäure/tertiär Butylmethylether behandelt und auf GC analysiert. Nach 5-stündiger GC-Analyse (Flächen-%) zeigt sich ein Gehalt von 33% II, 1% III (R₂ = CF₃; X₁ = Cl) und 66% von nicht-reagiertem I. Identifikation von II wird durchgeführt wie in Beispiel 5 angeführt.
Beispiel 13
Z-(1R-cis)-3-(2-Chloro-3,3,3-trifluoro-1-propenyl)-2,2-dimethyl-cyclopropancarbonsäure (II, R₁ = CF₃; X₂ = Cl).
0,28 g (0,001 mol) (1R,4R,5S)-4-(1,1-Dichloro-2,2,2-trifluoroethyl)-6,6-dimethyl-3-oxabicyclo[3.1. 0]hexan-2-on (I, R₁ = CF₃; X₁ = X₂ = Cl) wird mit 0,53 g (0,005 mol) Natriumkarbonat und 1,08 g (0,005 mol) Natriumphosphit, Pentahydrat und 0,03 g Pd (C) 5% in 4 ml Ethylenglycol bei 50°C umgerührt.
Proben wurden für GC-Analyse entnommen und mit wässriger Salzsäure/tertiär Butylmethylether behandelt und auf GC analysiert. Nach 3-stündiger GC-Analyse (Flächen-%) zeigt sich eine vollständige Umsetzung von I und ein Gehalt von 79% II, und 21% IV (R₂ = CF₃). Identifikation von II wird durchgeführt wie in Beispiel 5 angeführt.
Referenzen:

¹ M. Elliot et al., Pestic. Sci., 9, 112–116, (1978)
² P. D. Bentley et al., Pestic. Sci., 11, 156–164, (1980)
³ P. Ackermann et al., Pestic. Sci., 11, 169–179 (1980)
⁴ A. K. Mandal et al., Tetrahedron, 42, 5715–5728, (1986)
⁵ D. Bakshi et al., Tetrahedron, 45, 767–774, (1989)
⁶ Dänische Patentanmeldung (Roussel-Uclaf, S. A.) 2849/78 (26. Juni 1978)
⁷ Dänisches Patent (Cheminova Agro A/S) 171797 B1 (21. Juli 1995)
⁸ J. A. J. M. Vekemans et al., J. Org. Chem., 53, 627–633, (1988)
⁹ J. Goldman et al., Acta Chem. Scand., B28, 492–500, (1974)
¹⁰ Richard C. Larock, Comprehensive Organic Transformations: A Guide to Functional Group Preparations, VCH Publishers Inc. 1989, 138–139.

Claims

Verfahren zur Herstellung von Cyclopropancarbonsäuren der allgemeinen Formel II
worin der Substituent R₁ ein Halogenatom, vorzugsweise Cl oder Br, oder Halogenalkyl, vorzugsweise CF₃ bezeichnet, und der Substituent X₂ ein Halogenatom, vorzugsweise Cl oder Br bezeichnet, wobei R₁ und X₂ gleich oder verschieden sein können, und worin die Konfiguration von II überwiegend Z für R₁ = CF₃ und X₂ = Cl ist, dadurch gekennzeichnet, dass man unter Gegenwart eines Katalysators eine Verbindung der allgemeinen Formel I
worin die Substituenten R₁ und X₂ die obenerwähnten Bedeutungen haben, und der Substituent X₁ ein Halogenatom, vorzugsweise Cl oder Br bezeichnet, wobei R₁, X₁ und X₂ gleich oder verschieden sein können, mit einer Verbindung, die ein Wasserstoffdonor ist, reagiert.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem als Wasserstoffdonor eine Verbindung benutzt wird, die als Übertragungs-Hydrierungsmittel bekannt ist und aus beispielsweise Formiaten, Hypophosphiten oder Phosphiten ausgewählt ist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem als Wasserstoffdonor gasförmiger Wasserstoff (H₂(g)) benutzt wird.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, bei welchem der unter der Reduktionsreaktion gegenwärtige Katalysator ein Übergangsmetall ist, das vorzugsweise unter Pt, Pd, Ni, Rh and Os ausgewählt ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–4, bei welchem die Reduktionsreaktion in einem Lösungsmittel oder einem Gemisch von Lösungsmitteln durchgeführt wird, welche (s) Lösungsmittel vorzugsweise unter Alkoholen, DMF, DMSO, Azetonnitril und Wasser ausgewählt sind (ist).
Verfahren nach Anspruch 5, bei welchem die Reduktionsreaktion in Gegenwart einer pH-justierenden Verbindung oder eines Gemischs von pH-justierenden Verbindungen durchgeführt wird, welche Verbindung en) vorzugsweise unter Alkalimetallhydroxiden, Ammoniak, Aminen, Alkalimetallcarbonaten, Alkalimetall-Hydrogencarbonaten, Alkalimetall-Monohydrogenphosphaten und Alkalimetall-Dihydrogenphosphaten ausgewählt ist (sind).
Verfahren nach Anspruch 6, bei welchem die Reduktionsreaktion bei einer Temperatur ausgeführt wird, die über dem Stockpunkt des Reaktionsgemisches und bei oder unter dem Siedepunkt des Lösungsmittels oder des Lösungsmittelgemisches unter den gegebenen vorrichtungsmässigen Bedingungen, vorzugsweise zwischen 20 und 70°C liegt.
Verfahren nach Anspruch 1–7, bei welchem die aus der Verbindung I hergestellte Verbindung, in welcher der Substituent R₁ CF₃ bezeichnet, und die Substituenten X₁ und X₂ jeder Cl bezeichnen, die Verbindung II ist, in welcher der Substituent R₁ CF₃ bezeichnet, und der Substituent X₂ Cl bezeichnet, und in welcher die Konfiguration Z ist.
Verfahren nach Anspruch 1–7, bei welchem die aus Verbindung I hergestellte Verbindung, in welcher die Substituenten R₁, X₁ und X₂ jeder Cl bezeichnen, die Verbindung II ist, in welcher die Substituenten R₁ und X₂ jeder Cl bezeichnen.
Verfahren nach Anspruch 1–7, bei welchem die aus Verbindung I hergestellte Verbindung, in welcher die Substituenten R₁, X₁ und X₂ jeder Br bezeichnen, die Verbindung II ist, in welcher die Substituenten R₁ und X₂jeder Br bezeichnen.