DK160272B - Fremgangsmaade til fremstilling af furfurylalkoholer - Google Patents

Description

DK 160272 B

Den foreliggende opfindelse angår en særlig fremgangsmåde til fremstilling af furfurylalkoholer med den almene formel I

Γ1

OH

hvor R-^ betegner hydrogen eller methyl, og R2 betegner allyl eller a-methylallyl.

Furfurylakoholer med formlen I er nyttige mellemprodukter 10 til syntese af landbrugskemikalier, mediciner og duftstoffer.

Ved fremstilling af alkoholer ud fra carbonylforbindelser ved den såkaldte Grignard-reaktion er det almindelig praksis i forvejen at fremstille et Grignard-reagens og der-15 efter lade det reagere med carbonylforbindelser. F.eks. har G. Piancatelli et al., "Tetrahedron", Vol. 34, 2775-2778 (1978) beskrevet en metode til fremstilling af 5-methyl-a-allylfurfurylalkohol, hvor den pågældende alkohol fås ved i forvejen at udføre en omsætning mellem allyl-20 bromid og magnesium til dannelse af allylmagnesiumbromid, som derefter lades reagere med 5-methylfurfural, hvorefter der hydrolyseres.

Allylhalogenider har imidlertid højere aktivitet end andre sædvanlige halogenider og forårsager let bireaktioner, 25 f.eks. Wurtz-reaktion. Det er derfor yderst vanskeligt at danne Grignard-reagenser deraf i højt udbytte. Desuden er det, når der anvendes billigt allylchlorid som allylhaloge-nidet, nødvendigt at anvende kraftig omrøring under reaktionen, da det resulterende allylmagnesiumchlorid er uop- 2 løseligt i ethylether (jfr. J. Org. Chem., 9, 359-372 (1944)). Det er derfor også vanskeligt at anvende denne metode i industriel målestok.

DK 16027 2 B

Der er undersøgt en alternativ metode, hvilket er anført i 5 J. Org. Chem., 28., 3269-3272 (1963), hvor en carbonylfor-bindelse og allylchlorid samtidig sættes til et reaktionssystem, som omfatter ethylether som opløsningsmiddel, men anvendelsen af denne metode på allylchlorid og 5-methylfur-fural har sådanne ulemper, at bundfaldet af Grignard-reak-10 tionsproduktet udskiller på grund af dets uopløselighed i ethylether, hvilket forøger viskositeten i reaktionssystemet. Derfor er denne metode industrielt ufordelagtig på grund af behovet for omrøring, fjernelse af reaktionsvarme og oparbejdning af reaktionsblandingen, etc.

15 Det har nu vist sig, at den ovennævnte reaktion mellem allylchlorid og 5-methylfurfural kan udføres under anvendelse af tetrahydrofuran eller en blanding af tetrahydro-furan og et aromatisk carbonhydrid som opløsningsmiddel, hvorved udfældning af reaktionsproduktet forhindres, hvil-20 ket fører til høje udbytter af slutproduktet i industriel målestok. Opfindelsen er baseret på denne erkendelse.

Fremgangsmåden ifølge opfindelsen til fremstilling af en furfurylalkohol med den almene formel I ved at omsætte den tilsvarende furfural med den almene formel II 25 o

II

Rx CHO

hvor har den ovenfor anførte betydning, med magnesium og allylchlorid eller α-methylallylchlorid og derefter hydro-30 lysere det resulterende produkt er ejendommelig ved, at der som reaktionsmedium anvendes tetrahydrofuran eller en 3

DK 160272 B

blanding deraf med mindst ét aromatisk carbonhydrid valgt blandt benzen, toluen og xylen, og at furfuralen og al-lylchloridet eller a-methylallylchloridet samtidig sættes til reaktionsmediet, der indeholder magnesium.

5 Anvendelsen af tetrahydrofuran eller en blanding af tetra-hydrofuran og aromatiske carbonhydrider er essentiel for at opfylde opfindelsens formål. Tetrahydrofuran anses for at være det mest egnede opløsningsmiddel til fremgangsmåden ifølge opfindelsen, da begge organiske reaktanter og Grig-10 nard-reaktionsprodukterne er letopløselige deri.

Når tetrahydrofuran anvendes som eneste opløsningsmiddel, kan mængden deraf holdes konstant eller varieres under reaktionen, og den er fortrinsvis ikke på under 2,0 vægtdele for hver vægtdel udgangsfurfural med formlen II. Der 15 kan anvendes en ubegrænset mængde tetrahydrofuran, når den blot den ikke har ugunstig indflydelse på reaktionens effektivitet. Da Grignard-reaktionsproduktet er letopløseligt i tetrahydrofuran, udskiller det ikke fra reaktionsmediet, selv ved så lave temperaturer som -30°c. Dette 20 er industrielt fordelagtigt, da der kan forekomme store temperaturforskelle mellem et kølemedium og reaktionssystemet; det er bemærkelsesværdigt, at kraftig omrøring ikke er nødvendig, og reaktionsblandingen let kan transporteres.

På den ene side er det imidlertid ønskeligt at reducere 25 mængden af tetrahydrofuran mest muligt, da genvindingen deraf fra reaktionsblandingen i ren form ikke er let, hvilket forklares nærmere nedenfor. På den anden side er for kraftig reduktion af mængden af tetrahydrofuran begrænset, da reaktionsblandingens viskositet forøges, og de 30 organiske reaktanter og Grignard-reaktionsproduktet bliver uopløselige i reaktionsblandingen. Det er derfor særlig foretrukket at anvende tetrahydrofuran i kombination med aromatiske carbonhydrider for at undgå disse ulemper.

DK 160272 B

4 Når tetrahydrofuran anvendes i kombination med mindst ét aromatisk carbonhydr id, bør mængden af tetrahydrofuran fortrinsvis ikke være på mindre end 0,5 vægtdele for hver vægtdel af udgangsfurfuralen med formlen II. Mængden af 5 aromatisk carbonhydrid er sædvanligvis på mere end ca. 1,0 vægtdel for hver vægtdel udgangsmateriale, selv om den varierer noget, alt afhængig af det anvendte aromatiske carbonhydrid. Store mængder aromatisk carbonhydrid kan anvendes ubegrænset, når blot reaktionseffektiviteten ikke 10 påvirkes på ugunstig måde.

Som aromatisk carbonhydrid kan som anført anvendes benzen, toluen og xylen. Ved kombineret anvendelse af tetrahydrofuran og aromatiske carbonhydrider er det muligt, som ovenfor anført, at reducere mængden af tetrahydrofuran og 15 alligevel undgå udfældning af Grignard-reaktionsproduktet som krystaller, hvorved fjernelse af reaktionsvarme, omrøring af reaktionsblandingen og transport af reaktionsprodukter let kan udføres.

Da tetrahydrofuran er let opløseligt i vand og danner en 20 azeotrop blanding dermed, kræver dehydratisering og genanvendelse af tetrahydrofuran, som er isoleret fra reaktionsblandingen, ekstraktiv destillation og behandling med et egnet dehydratiserende middel. Det ovenfor anførte kombinerede opløsningsmiddel giver imidlertid ikke nogen pro-25 blemer ved dehydratisering og genanvendelse af opløsningsmidlet.

Det er endvidere meget vigtigt for udførelsen af fremgangsmåden ifølge den foreliggende opfindelse at sætte en furfural med formlen II og allylchlorid eller a-methylallyΙ-ΒΟ chlorid til reaktionssystemet samtidigt. Begge forbindelser kan sættes til reaktionssystemet hver for sig eller samtidig i form af en blanding, sædvanligvis efter opløsning i tetrahydrofuran eller en blanding af tetrahydrofuran og aromatisk carbonhydrider. Den samtidige tilsætning af de 35 organiske reaktanter er særlig fordelagtig ved fremstilling 5

DK 160272 B

i industriel målestok af følgende grunde: Grignard-reak-tionsprodukterne kan fås i høje udbytter, selv ved højere reaktionstemperaturer; reaktionsblandingen kan køles effektivt, da den ikke indeholder udfældede krystaller; reak-5 tionstiden kan afkortes betydeligt; og selv små overskydende mængder magnesium og allylchlorid eller a-methyl-allylchlorid er tilstrækkeligt til at færdiggøre reaktionen.

Udtrykket "samtidig" betegner i nærværende beskrivelse 10 ikke, at de tilsættes momentant, men at en furfural med formlen II og allylchlorid eller α-methylallylchlorid kan tilsættes kontinuerligt eller med afbrydelse, uden at én af forbindelserne tilsættes i større mængder, før den anden tilsættes. Således er tilsætningstid og tilsætningshastig-15 hed ikke begrænsende.

Ved fremgangsmåden ifølge den foreliggende opfindelse kan reaktionstemperaturen ligge i området mellem -20°C og tetrahydrofuranets tilbagesvalingstemperatur (66°C), når tetrahydrofuran anvendes alene, eller i området mellem -20 20 og +60° C ved kombineret anvendelse af tetrahydrofuran og aromatiske carbonhydrider. I hvert tilfælde er et område på mellem 0 og 40°C særlig foretrukket. For lave reaktionstemperaturer forøger imidlertid reaktionsblandingens viskositet og nødvendiggør meget effektiv afkøling. Reaktions-25 trykket er ikke særlig begrænset. Det er imidlertid ønskeligt at udføre reaktionen under reduceret tryk, da varme-fjernelse ved tilbagesvaling og regulering af reaktionstemperaturen derved bliver mulig.

Mængden af hvert af udgangsmaterialerne kan bestemmes alt 30 afhængig af mængden af det ene udgangsmateriale, som ønskes helt forbrugt under reaktionen. Et lille overskud er imidlertid tilstrækkeligt for de øvrige reaktionsdeltagere.

Dette er meget fordelagtigt, idet materialeudgifterne reduceres i sammenligning med sædvanlige metoder, hvor der 35 f.eks. til dannelse af allylmagnesiumchlorid eller a-meth-

DK 160272 B

6 ylallylmagnesiumchlorid anvendes 1,3-2,2 mol af henholdsvis allylchlorid eller α-methylallylchlorid og magnesium for hvert mol carbonylforbindelse. Det materiale, som skal forbruges helt, kan vælges alt afhængig af de forskellige 5 betingelser såsom virkning på påfølgende trin og reaktionsudstyr. F.eks. er fuldstændigt forbrug af magnesium industrielt fordelagtigt, da det så ikke er nødvendigt at fjerne eller genvinde ikke-omsat magnesium fra reaktionsblandingen ved f.eks. filtrering.

10 Ved Grignard-reaktionen ifølge den foreliggende opfindelse er det ønskeligt at starte reaktionen, før en furfural med formlen II og allylchlorid eller a-methylallylchlorid hældes i reaktionsbeholderen, ved at sætte en lille mængde allylchlorid eller α-methylallylchlorid og, om nødvendigt, 15 iod til tetrahydrofuran eller en blanding af tetrahydro-furan og aromatiske carbonhydrider i beholderen sammen med magnesium. Efter endt Grignard-reaktion hydrolyseres det resulterende produkt til dannelse af den ønskede furfural-alkohol med formlen I.

20 Hydrolysebetingelserne er ikke særlig begrænsede, og hydrolysen kan let udføres på sædvanlig måde under anvendelse af en vandig opløsning af ammoniumchlorid, saltsyre eller svovlsyre eller en blanding deraf. Det således vundne hydrolyserede produkt kan renses ved f.eks. destillation.

25 Ved fremgangsmåden ifølge den foreliggende opfindelse kan furfurylalkoholerne med formlen I fås i højt udbytte og på industrielt meget fordelagtig måde.

Fremgangsmåden ifølge opfindelsen belyses nærmere i nedenstående eksempler, hvor "procent" angiver vægtprocent, 30 hvis intet andet er anført:

DK 160272 B

7 EKSEMPEL 1 I en tørret 300 ml's rundbundet kolbe hældes 8,46 g magnesiumspåner, 132,0 g tørt tetrahydrofuran og 20 mg iod, og 1,5 g allylchlorid tildryppes, medens der omrøres ved 5 stuetemperatur. Reaktionsblandingen lades henstå i 30 minutter. Reaktionens start bekræftes ved, at iodfarven forsvinder, og at der dannes varme.

Derefter tilsættes dråbevis en opløsning af 33,0 g 5-meth-ylfurfural, 27,9 g allylchlorid og 66,0 g tetrahydrofuran 10 ved 66° C (tilbagesvalingstemperatur) i løbet 1 time under omrøring, og omrøringen fortsættes ved samme temperatur i 30 minutter. Efter endt reaktion hældes den resulterende blanding og 116,4 g 14,1%'s vandig svovlsyre samtidig ud i 100 g vand ved 10°C i løbet af 30 minutter under omrøring, 15 og omrøringen fortsættes ved samme temperatur i 1 time.

Efter endt reaktion skilles den resulterende opløsning i en vandig og en olieagtig fase, og den vandige fase kasseres.

Fra den olieagtige fase fjernes opløsningsmidlet ved afdampning, og remanensen vakuum-destilleres ved 85eC/6 mm 20 Hg, hvorved der fås 41,1 g 2-(l-hydroxy-3-butenyl)-5-me-thylfuran. Udbyttet er 90,0% baseret på 5-methylfurfural og 78,1% baseret på magnesium.

EKSEMPEL 2

Den indledende reaktion udføres på samme måde som beskrevet 25 i eksempel 1. Under omrøring dryppes en opløsning af 33,0 g 5-methylfurfural og 27,9 g allylchlorid til reaktionssystemet ved 0°C i løbet af 0,5 time, medens der afkøles i et acetone/tørisbad ved -60°c. Reaktionsblandingen lades henstå ved samme temperatur i 1+ time under omrøring. Efter 30 endt reaktion dryppes den resulterende opløsning til 232,1 g af en 13,8%'s vandig ammoniumchloridopløsning i løbet af

DK 160272 B

8 30 minutter under omrøring ved 10°C, og omrøringen fortsættes ved samme temperatur i l time.

Efter endt reaktion behandles den resulterende opløsning på samme måde som beskrevet i eksempel 1, hvorved der fås 43,9 5 g 2-(l-hydroxy-3-butenyl)-5-methylfuran. Udbyttet er 96,1% baseret på 5-methylfurfural og 83,4% baseret på magnesium.

EKSEMPEL 3

Den indledende reaktion udføres på samme måde som beskrevet i eksempel 1, bortset fra, at mængden af magnesiumspåner 10 ændres til 8,02 g.

Under omrøring dryppes en opløsning af 33,0 g 5-methylfur-fural og 27,9 g allylchlorid til reaktionssystemet i løbet af 15 timer ved 10°C. Reaktionsblandingen lades derefter henstå ved samme temperatur i 1± time under omrøring. Efter 15 endt reaktion dryppes den resulterende opløsning til en opløsning af 32,1 g ammoniumchlorid og 210,9 g 5,17%'s vandig saltsyre under omrøring ved 10°C i 30 minutter, og omrøringen fortsættes ved samme temperatur i 1 time.

Efter endt reaktion behandles den resulterende opløsning på 20 samme måde som beskrevet i eksempel 1, hvorved der fås 42,7 g 2-(l-hydroxy-3-butenyl)-5-methylfuran. Udbyttet er 93,5% beregnet på 5-methylfurfural og 85,0% beregnet på magnesium.

EKSEMPEL 4 25 I en beholder hældes under nitrogenstrøm 13,5 g magnesiumspåner, 27,5 g tetrahydrofuran (vandindhold 300 ppm) og 27,5 g toluen, og 2,8 g allylchlorid tildryppes under omrøring ved stuetemperatur. Reaktionsblandingen lades

DK 160272 B

9 henstå i 5 minutter. Reaktionens start bekræftes ved varmeudvikling.

Derefter tildryppes en opløsning af 55,0 g 5-methylfur-fural, 43,1 g allylchlorid og 165,2 g toluen i løbet af 4 5 timer ved 40°C under omrøring, og reaktionsblandingen holdes derefter ved samme temperatur i 1 time. Efter endt reaktion hældes den resulterende blanding og 147,1 g af en 15,0%'s vandig svovlsyre samtidig ud i 211 g vand ved 40°C i løbet af 30 minutter under omrøring, medens pH-værdien i 10 reaktionsmediet holdes på over 8. Derefter tildryppes 30 g af en 20%'s vandig eddikesyre for at sænke pH-værdien til 5, og systemet holdes ved samme temperatur i 1 time.

Efter endt reaktion skilles den resulterende opløsning i en vandig og en olieagtig fase, og den vandige fase ekstra-15 heres med 150 g toluen. Toluenfasen kombineres med den olieagtige fase og vaskes med 5%'s vandigt natriumcarbonat. Opløsningsmidlet fjernes derefter ved afdampning fra den olieagtige fase, og remanensen vakuumdestilleres ved 95-97°C/1,33 x 103 Pa, hvorved der fås 74,6 g 2-(1-hydroxy-20 3-butenyl)-5-methylfuran. Udbyttet er 98,0% baseret på 5-methylfurfural og 88,2% baseret på magnesium.

EKSEMPEL 5 I en reaktionsbeholder hældes under nitrogenstrøm 14,58 g magnesiumspåner, 48,0 g tetrahydrofuran (vandindhold 300 25 ppm) og 0,15 g iod, og 3,26 g a-methylallylchlorid til-dryppes under omrøring ved stuetemperatur. Reaktionsblandingen lades henstå i 5 minutter. Reaktionens start bekræftes ved, at iodfarven forsvinder, og at der udvikles varme.

30 Derefter tildryppes en opløsning af 48,0 g furfural, 51,7 g a-methylallylchlorid og 168,0 g xylen i løbet af 3 timer ved 15°C under omrøring, og reaktionsblandingen holdes

DK 160272 B

10 derefter ved samme temperatur i 2 timer. Efter endt reaktion hældes den resulterende blanding og 147,1 g af en 15,0%'s vandig svovlsyreopløsning samtidig ud i 211 g vand i løbet af 12 minutter ved 20°C og under omrøring, medens 5 pH-værdien i reaktionsmediet holdes på over 8. Derefter tildryppes 30 g af en 20%'s vandig eddikesyreopløsning for at sænke pH-værdien til 5, og systemet holdes ved samme temperatur i 45 minutter.

Efter endt reaktion skilles den resulterende opløsning i en 10 vandig og en olieagtig fase, og den vandige fase ekstra-heres med 150 g xylen. Xylenfasen hældes sammen med den olieagtige fase og vaskes med 5%'s vandigt natriumcarbonat. Opløsningsmidlet fjernes derefter ved afdampning fra den olieagtige fase, og ved vakuumdestillation ved 15 90-93,5°C/2,0 x 103 Pa på remanensen fås 75,1 g 2-(l-hy- droxy-2-methyl-3-butenyl)furan. Udbyttet er 98,7% baseret på furfural og 82,2% baseret på magnesium.

SAMMENLIGNINGSEKSEMPEL 1 I en reaktionsbeholder hældes under nitrogenstrøm 13,5 g 20 magnesiumspåner, 55,1 g tetrahydrofuran (vandindhold 300 ppm) og 0,15 g iod, og 2,8 g allylchlorid tildryppes under omrøring ved stuetemperatur. Reaktionsblandingen lades henstå i 5 minutter. Reaktionens start bekræftes ved, at iodfarven forsvinder, og at der udvikles varme.

25 Derefter dryppes en opløsning af 43,1 g allylchlorid og 165,2 g toluen til blandingen i løbet af 4 timer ved 40°C under omrøring. 55,0 g 5-methylfurfural tildryppes derefter ved samme temperatur i 1 time under omrøring. Reaktions-blandingen holdes ved samme temperatur i 1 time. Efter endt 30 reaktion hældes den resulterende blanding og 121 g af en 15,0%'s vandig svovlsyre samtidig ud i 211 g vand ved 40°C i løbet af 30 minutter under omrøring, medens pH-værdien i reaktionsmediet holdes på over 8. Derefter tildryppes 5 g

Claims (2)

10 Fremgangsmåde til fremstilling af en furfurylalkohol med den almene formel I IT! < \Λ 1 1 i 2 OH 15 hvor betegner hydrogen eller methyl, og R2 betegner allyl eller a-methylallyl, ved at omsætte den tilsvarende furfural med den almene formel II \ ° CEO 20 hvor R^ har den ovenfor anførte betydning, med magnesium og allylchlorid eller a-methylallylchlorid og derefter hydrolysere det resulterende produkt, kendetegnet ved, at der som reaktionsmedium 25 anvendes tetrahydrofuran eller en blanding deraf med mindst DK 160272 B i

12 I i ét aromatisk carbonhydrid valgt blandt benzen, toluen og I xylen, og at furfuralen og allylchloridet eller a-methylal-lylchloridet samtidig sættes til reaktionsmediet, der indeholder magnesium. i i ί