DK158343B - Fremgangsmaade til fremstilling af methyl- eller ethylcyclopropancarboxylsyreestere - Google Patents

Description

DK 158343 B

Den foreliggende opfindelse angår en fremgangsmåde til fremstilling af methyl- eller ethylcyclopropancarboxylsyreestere med den i indledningen til krav 1 beskrevne almene formel.

Substituerede cyclopropancarboxylsyrer er nyttige mellemprodukter 5 ved fremstilling af pesticidt aktive estere deraf, især 3-phenoxyben-xyl- og a-cyano-3-phenoxybenzylesterne; disse pesticidt aktive forbindelser, de såkaldte "syntetiske pyrethroider" har exceptionelt gode insecticide egenskaber, medens de har en meget lav toxicitet over for pattedyr. Denne kombination af egenskaber gør dem særligt 10 interessante for den agrokemiske industri, og der er gjort en stor indsats for at finde økonomiske fremstillingsveje til disse "syntetiske pyrethroider", især til fremstilling af substituerede cyclopropancarboxylsyrer, for hvilke der indtil nu ikke er omtalt nogen syntetiske fremstillingsveje i litteraturen.

15 I søgningen efter økonomiske fremstillingsveje til cyclopropancar- boxylsyren er det lykkedes at syntetisere den substituerede cyclopro-pannitril, men det har hidtil været umuligt på tilfredsstillende måde at omdanne nitrilen til den tilsvarende syre eller ester.

Alkoholyse i nærværelse af en syrekatalysator ifølge de mange an-20 befalinger i standardtekstbøger er forsøgt, men udbyttet af den tilsvarende alkylester er meget ringe, og ofte er resultatet en fremstilling af store mængder af lactoner og andre biprodukter.

Det er kendt at omdanne nitriler til estere ved hjælp af "Pinner"-reaktionen (se "Houben-Weyl Handbuch der Organischen Chemie", H.

25 Heneka, bog 8, side 536-539 (1952) og "Chemical Reviews", Robert

Roger og Douglas Neilson, side 181-184 (1961)), som indebærer omsætning af en nitril med en alkanol og hydrogenbromid eller -chlorid ved omgivelsestemperatur eller under afkøling under vandfri betingelser, efterfulgt af hydrolyse af den resulterende vandfølsomme iminoether.

30 For cyclopropannitriler har "Pinner"-reaktionsbetingelserne imidlertid ingen virkning, selv efter en periode på 24 timer.

DK 158343 B

2

Det har nu overraskende vist sig, at en modificering af "Pinner"-betingelserne resulterer i en simpel omdannelse af en substitueret cyclopropannitril til methyl- eller ethylesteren deraf.

Den foreliggende opfindelse angår derfor en fremgangsmåde til frem-5 stilling af methyl- eller ethylcyclopropancarboxylsyreestere med den almene formel I

X1 x2 R1 / COOR τ

R2 H

10 hvor kA og uafhængigt af hinanden hver betegner alkyl med 1-4 carbonatomer, eller og R^ sammen betegner alkylen med op til 5 carbonatomer, X^· og X^ uafhængigt af hinanden hver betegner hydrogen, alkyl med 1-4 carbonatomer eller halogen, eller og sammen betegner alkylen med op til 5 carbonatomer, eller X^ betegner hydro-15 gen, og betegner monohalogenvinyl, dihalogenvinyl eller dimethyl-vinyl, og R betegner methyl eller ethyl, hvilken fremgangsmåde er ejendommelig ved, at en cyclopropannitril med den almene formel II

X1 X2

R1 / V-- CN II

R2 H

20 omsættes med methanol eller ethanol under i det væsentlige vandfri betingelser, hvorved den i reaktionsblandingen tilstedeværende vandmængde er under 5 vægtprocent deraf, ved en temperatur i området 80-200°C og i nærværelse af svovlsyre, som virker som reaktionskata-25 lysator og som middel til fjernelse af den under reaktionen dannede ammoniak.

3

DK 158343B

Reaktionstemperaturen holdes fortrinsvis i området 100-200eC, mere fordelagtigt i området 140-200°C. Med de ved fremgangsmåden ifølge den foreliggende opfindelse anvendte reaktionsblandinger vil temperaturer i det krævede område sædvanligvis ikke være opnåelig ved at-5 mosfæretryk, og således skal der ofte anvendes højere tryk, f.eks. i området 1-10 atmosfærer, generelt har tryk i området 1-5 atmosfærer vist sig at være tilstrækkelige.

Det har som anført vist sig nødvendigt at anvende i det væsentlige vandfri betingelser, dvs. betingelser under hvilke den mængde vand, 10 som er til stede under reaktionen, holdes på et minimum, nemlig under 5 vægtprocent af reaktionsblandingen, fortrinsvis under 1 vægtprocent og hensigtsmæssigt under 0,5 vægtprocent af reaktionsblandingen.

F.eks. kan der til reaktionen tolereres den vandmængde, som normalt er til stede i koncentreret svovlsyre (2 vægtprocent) ved de i pro-15 cessen anvendte syrekoncentrationer, forudsat at alkohol- og nitril-reaktanterne er i det væsentlige tørre.

Efterhånden som reaktionen skrider frem, dannes ammoniak, som neutraliserer den sure katalysator, og således må der være tilstrækkelige mængder syre til stede for at give den nødvendige katalytiske virkn-20 ing. Generelt bør den tilstedeværende syremængde (beregnet på vægtmængden af nitrilen) ved fremgangsmåden ifølge den foreliggende opfindelse ligge i området 3:1-1:1.

I alkoholysereaktionen har det vist sig, at kun ethanol og methanol under de ovenfor angivne betingelser giver den tilsvarende ester af 25 nitrilen med den almene formel II i tilfredsstillende udbytter, og i i det væsentlige fraværelse af uønskede biprodukter. Ethanol er det foretrukne reagens på grund af den relative korte reaktionstid, som er involveret i ethanolyse ved fremgangsmåden ifølge den foreliggende opfindelse, og også på grund af den økonomiske fordel af at anvende 30 et sådant lettilgængeligt produkt.

Blandt forbindelserne med den almene formel I foretrækkes sådanne, hvor R^- og R^ betegner methyl, X^· og X^ betegner chlor, brom eller methyl, eller X^· betegner hydrogen, og X^ betegner dichlorvinyl,

DK 158343 B

4 dibromvinyl, difluorvinyl, chlorfluorvinyl eller dimethylvinyl, og R betegner methyl eller ethyl.

Som det er angivet ovenfor, muliggør alkoholysereaktionen omdannelsen af en cyclopropannitril til den tilsvarende methyl- eller ethylester, 5 som derpå kan omdannes til et "syntetisk pyrethroid" via den fri syre eller syrechloridet ved omsætning med 3-phenoxybenzylalkohol eller a-cyano-3-phenoxybenzylalkohol. Nedenstående nitriler er de mest vigtige, fordi de er mellemprodukter for pyrethroiderne med den største pesticide virkning: 10 2,2,3,3-Tetramethylcyclopropannitril, 3,3-dimethyl-2-(2,2-dimethylvinyl)cyclopropannitril, 3,3-dimethyl-2-(2,2-dichlorvinyl)cyclopropannitril og 3,3-dimethyl-2-(2,2-dibrom-vinyl)cyclopropannitril.

Det vil forstås, at da nitriludgangsprodukteme og esterslutproduk-15 terne ved fremgangsmåden ifølge den foreliggende opfindelse har asymmetriske carbonatomer, kan nitrilerne og esterne eksistere i et tilsvarende antal stereoisomere former. Fremgangsmåden ifølge den foreliggende opfindelse omfatter derfor også fremstillingen af forbindelser med den almene formel I, som er i form af enkelte stereo-20 isomere eller blandinger deraf.

Fremgangsmåden ifølge den foreliggende opfindelse belyses nærmere ved følgende eksempler: EKSEMPEL 1

Fremstilling af methyl-3,3-dimethyl-2-(2,2-dichlorvinyl)cyclopropan-25 carboxylat

En blanding af 2,0 g (0,11 mol) i det væsentlige tør 3,3-dimethyl-2-(2,2-dichlorvinyl)cyclopropannitril og 12 ml svovlsyre/methanol-opløsning (20 vægtprocent koncentreret svovlsyre i tørt methanol) autoklaveres ved 100°C (5 atmosfærer) i 32 timer. Der tilsættes derpå 30 vand, og produktet ekstraheres med methylencMorid. Den organiske 5

DK 158343B

fase vaskes med fortyndet natriumbicarbonatopløsning, tørres over magnesiumsulfat og inddampes, hvorved fås methyl-3,3-dimethyl-2-(2,2-dichlorvinyl)cyclopropancarboxylat (95%'s omdannelse, 100%'s selektivitet imod methylesteren).

5 EKSEMPEL 2-4

Fremstilling af ethyl-3,3-dimethyl-2-(2,2-dichlorvinyl)cyclopropan-carboxylat

Fremgangsmåden i eksempel 1 gentages under anvendelse af ethanol i stedet for methanol som alkoholysereagens og under anvendelse af 10 forskellige nitrilkoncentrationer. Reaktionsbetingelserne og resultaterne er anført i tabel A.

Tabel A

Eksem- Alkohol H2S04/- DCVN1 Tem- Tryk Tid Omdan- Selekti- pel alkohol- koncen- pera- (atmos- (ti- nelse vitet 15 nr. forhold tration tur færer) mer) af DCVN (%) (w/w) % (w/v) (eC) (%) II ethanol 1:4 7 160 5 4,5 99 97 III ethanol 1:4 14 170 5 6,0 98 99 20 IV ethanol 1:4 20 170 4 10,0 97 99 ^DCVN = 3,3-dimethyl-2-(2,2-dichlorvinyl)cyclopropannitril. Sammenligningseksempler 25 Der udføres et antal sammenligningsforsøg under anvendelse af methanol, ethanol, isopropanol og n-butanol som alkoholysereagens og tre forskellige syrekatalysatorer; der anvendes den samme nitril (DCVN) som i de foregående eksempler.

Reaktionsbetingelserne og resultaterne er anført i tabel B.

6

DK 158343B

Det fremgår, at udbytterne af DCVA-estere er betragteligt lavere end dem, der fås ved fremgangsmåden ifølge den foreliggende opfindelse, ogde ledsages uundgåeligt af uønskede biprodukter, især det tilsvarende amid og et lactonbiprodukt, det sidste skyldes 5 formodentlig syrekatalyseret ringåbning efterfulgt af alkoholyse og ringslutning til dannelse af en lacton. Desuden er for ethano-lysens vedkommende reaktionstiden også meget længere end ved den i eksemplerne 2-4 anvendte fremgangsmåde.

DK 158343B

i

H

— XI P

* Λ 0 3 dP dP dP #·» dP

© P Ό I ΙΠ M t" © M

P P O O Μ Γ0 *" ^ a: ίο © m 3 Ό iJ Λ

Ό I

o o -—— -—- p M P m

(1 O I P K

« ϋ Z

<H Bi H 3 ·ϊ « O gt) ^ « © O de dP ae dP ^ (Dl I b (N O O co Q) I o

pfteCftHHMM'- S

P s > -H J7 >1 Z V Λ n XI O I i ro (8--—- 'c D Μ JT §

Ή M C R

— © * ti p H ©

H

0) Ό I dP dP dP «Ρ M #

H o O σι ^ © S O

<; -r in in η Ό m o *> 3 r> & ό q “ ® e O' u Mg tn -m tn i M I 3 H < 0 , _ I W P >i >

π i, o © tn m κ P O

m tn MO DiC U 0 © O

ra S, ©~ ro o o o o © Η © Λ h rHCDr VDOO OM ’^llE'SS m m-wSM HH HH H fl E © > © ncla H > © U OT *0 mhS5 p tn p c © O'

2 5 ____Λ Bl C

H H ----- ft « S

C ~ 0 XI e g I ή © θ m o ft 3 © £ S i S s » 0 P E _e>

© ιβ o Ό h so o -rr S 7! u ί J « H

w SrjTlii H ™ H H ” g, g ** » - S

K ~P ~P-------- © P Μ Η H c - O r-. «Μ N. β rrt ft H © H II il tn & © aT c © m -c »o >

ti D> 4) 4J P > ^ P 0 0 P

S Λ © + © © © m C« p -C f ©

>, le M MM u 0 O © Μ P

ί ω © ΰ-Β jj iss as ·δ0ϋ © v v s « g, & S „ S S « S - 3 S h 3 o 2 © IIO O O O O ©o I 1 "ti S n ^ M HH Cto C g rø S“ N _ -P !S S ϊ! 5, u o om o om om * *o -fj 3 © W x X XX XX» m x f. Π ϊ i 5 --—------ ’ i « v. v. p „o m m > ί· ** tn

o I © O O H

o H H Bl tnffl to -H

H O >1 I O Μ M +)

^ " H C X! Η XX

Λ H o © y U H M

_g O Η H HS o. © a O -p p©

r! g η O O© 0 Hfi®©P

9 α g g e-p p η ό © y y ©

Η Λ«§ ©3 ft fl « ΐ « « O

e! +1X5X3 Χ5Λ 0 iBPPHld

* © S +3 y i M H OPP-O

^©© ©C Η ^ P CCC

w u Γ0 © P © © H

P © 0 O

it p bi c c q tr> « o o o a a Λ .©icAi^o Μ · _ Η ~ > MM _ _J τΗ >,-* Η · 0 3 Η Η Η Η > > QfljaOTJ© ft _ww, w

Claims (6)

1. Fremgangsmåde til fremstilling af methyl- eller ethylcyclopropan-carboxylsyreestere med den almene formel I 1 2 Y R1-J---COOR T 5 hvor R^· og R^ uafhængigt af hinanden hver betegner alkyl med 1-4 carbonatomer, eller R^- og sammen betegner alkylen med op til 5 carbonatomer, X^· og X^ uafhængigt af hinanden hver betegner hydrogen, alkyl med 1-4 carbonatomer eller halogen, eller X^- og X^ sammen 10 betegner alkylen med op til 5 carbonatomer, eller X^ betegner hydrogen, og X^ betegner monohalo genvinyl, dihalogenvinyl eller dimethyl-vinyl, og R betegner methyl eller ethyl, kendetegnet ved, at en cyclopropannitril med den almene formel II 15 χ1 γ2 λ R1 /-VcN y h hvor R^-, R^, X^- og X^ har de ovenfor anførte betydninger, omsættes med methanol eller ethanol under i det væsentlige vandfri betingelser, hvorved den i reaktionsblandingen tilstedeværende vand-20 mængde er under 5 vægtprocent deraf, ved en temperatur i området 80-200eC og i nærværelse af svovlsyre, som virker som reaktionskatalysator og som middel til fjernelse af den under reaktionen dannede ammoniak. DK 158343B

2. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at reaktionstemperaturen ligger i området 100-200‘C.

3. Fremgangsmåde ifølge krav 1 eller 2, 5 kendetegnet ved, at reaktionen udføres ved et tryk i området 1-5 atmosfærer.

4. Fremgangsmåde ifølge et hvilket som helst af de foregående krav, kendetegnet ved, at den i reaktionsblandingen tilstedeværende vandmængde er under 1 vægtprocent deraf.

5. Fremgangsmåde ifølge et hvilket som helst af de foregående krav, kendetegnet ved, at der fremstilles forbindelser med den almene formel I, hvor rA og betegner methyl, X*- og X^ betegner chlor, brom eller methyl, eller X*- betegner hydrogen, og betegner dichlorvinyl, dibromvinyl, difluorvinyl, chlorfluorvinyl eller dime-15 thylvinyl, og R betegner methyl eller ethyl.

6. Fremgangsmåde ifølge et hvilket som helst af de foregående krav, kendetegnet ved, at den anvendte cyclopropannitril med den almene formel II er 2,2,3,3-tetramethylcyclopropannitril, 3,3-dime-thyl-2-(2,2-dimethylvinyl)cyclopropannitril, 3,3-dimethyl-2-(2,2-20 dichlorvinyl)cyclopropannitril eller 3,3-dimethyl-2-(2,2-dibromvi nyl) cyclopropannitril .