EP0012942B1 - Elektrolytisches Verfahren zur Herstellung von Benzaldehyden - Google Patents

Elektrolytisches Verfahren zur Herstellung von Benzaldehyden Download PDF

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EP0012942B1
EP0012942B1 EP79105128A EP79105128A EP0012942B1 EP 0012942 B1 EP0012942 B1 EP 0012942B1 EP 79105128 A EP79105128 A EP 79105128A EP 79105128 A EP79105128 A EP 79105128A EP 0012942 B1 EP0012942 B1 EP 0012942B1
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electrolysis
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butylbenzyl
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Hardo Dr. Dipl.-Chem. Siegel
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BASF SE
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    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B3/00—Electrolytic production of organic compounds
    • C25B3/20—Processes
    • C25B3/23—Oxidation

Definitions

  • the invention relates to a method for the electrochemical production of benzaldehydes.
  • Suitable alkyl radicals R 1 , R 2 and R 3 are those having 1 to 6, preferably 1 to 4, carbon atoms.
  • aryl radicals R 1 phenyl radicals which may be substituted by alkyl, halogen, alkoxy and / or acyloxy groups may be mentioned.
  • Starting materials of formula 11 are thus methylbenzenes, benzyl alcohols or the alkanoic acid esters of benzyl alcohols which are not substituted in the 4-position or contain the radical R 1 mentioned , such as toluene, p-xylene, p-tert-butyltoluene, p-phenyltoluene, benzyl alcohol , p-methylbenzyl alcohol, p-tert-butylbenzyl alcohol, benzyl acetate, p-methylbenzyl acetate and p-tert-butylbenzyl acetate.
  • Preferred alkanoic acids of formula 111 are formic acid, acetic acid and propionic acid.
  • a mixture of the benzene derivative of the formula II, water and the alkanoic acid of the formula 111 is used as the electrolyte, which may additionally contain a conductive salt to improve the conductivity.
  • the usual salts in organic electrochemistry can be used as the conductive salts, which are soluble in the solution to be electrolyzed and largely stable under the test conditions.
  • Fluoride such as NaF and KF, tetrafluoroborate such as NaBF 4 and Et 4 NBF 4 , perchlorate such as NaC10 4 and Et 4 ClO 4 and sulfate such as Et 4 NS0 4 Et are particularly advantageous as conductive salts.
  • the composition of the electrolyte can be chosen within wide limits.
  • the solutions used in electrolysis have the following composition, for example:
  • the electrode materials used in the process according to the invention will be those which are stable under the conditions of the electrolysis.
  • Suitable anode materials are e.g. B. graphite, precious metals such as platinum and noble metal coated titanium electrodes.
  • graphite, iron, steel, lead or noble metal electrodes are used as cathodes.
  • Current density and turnover can also be selected within wide limits. The current density is, for example 1 to 10A / dm 2 .
  • the electrolysis itself is e.g. B. with 2 to 12, preferably 4 to 12 F / mol of starting compound and at temperatures below 100 ° C, advantageously between 10 and 90 ° C.
  • the method according to the invention can be carried out both in divided and in undivided electrolysis cells.
  • the electrolysis discharges are generally worked up by distillation. Alkanoic acid, water and any starting materials still present are separated from the benzaldehydes by distillation and can be returned to the electrolysis.
  • the conductive salts used can then be separated from the aldehydes, for example by filtration, and can also be used again in the electrolysis.
  • the benzaldehydes can be e.g. B. further clean by rectification.
  • the carboxylic acid esters of the corresponding benzyl alcohols obtained as by-products in the process according to the invention can be returned to the electrolysis. But you can also isolate them before this return and according to known methods, for. B. by acidic transesterification with CH 3 0H / H 2 S0 4 , to saponify the corresponding benzyl alcohols.
  • benzaldehydes obtainable by the process according to the invention are valuable intermediates for active substances and fragrances.
  • 4-tert-butylbenzaldehyde takes place e.g. B. Use as a precursor for fungicides and serves as a starting material for the fragrance Lilial.
  • the electrolyte is pumped through a heat exchanger during the electrolysis.
  • the electrolyte is pumped through a heat exchanger during the electrolysis.
  • the electrolyte is pumped through a heat exchanger during the electrolysis.
  • the electrolyte is pumped through a heat exchanger during the electrolysis.
  • the electrolyte is pumped through a heat exchanger during the electrolysis.
  • the electrolyte is pumped through a heat exchanger during the electrolysis.
  • the electrolyte is pumped through a heat exchanger during the electrolysis.
  • the electrolyte is pumped through a heat exchanger during the electrolysis.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur elektrochemischen Herstellung von Benzaldehyden.
  • Die Elektrosynthese von in 4-Stellung substituierten Benzaldehyden durch anodische Oxidation der entsprechenden Alkylbenzole wird z. B. in Helv. Chem. Acta 9, 1097 (1926) beschrieben. Bei diesem bekannten Verfahren, bei dem man die Alkylbenzole in schwefelsaurer Lösung elektrolysiert, werden die Benzaldehyde nur in geringer Ausbeute erhalten. Außerdem bereitet die Isolierung der Aldehyde aus dem bei der Elektrolyse entstehenden Vielkomponentengemisch so große Schwierigkeiten, daß sich diese Synthese in der Technik nicht realisieren ließ.
  • In Trans. Am. Elektrochem. Soc. 47 (1925) 101-115 wird ein Verfahren zur Herstellung von Benzaldehyd durch Elektrooxidation von Toluol in einem Salpetersäure enthaltenden Elektrolyten beschrieben. Hierbei wird der Benzaldehyd unter den günstigsten Verfahrensbedingungen in nur 19%iger Ausbeute erhalten.
  • Es wurde nun gefunden, daß man Benzaldehyde der allgemeinen Formel
    Figure imgb0001
    in der R1 ein Wasserstoffatom, ein Alkylrest oder ein Arylrest bedeutet, in hohen Material- und Stromausbeuten erhält, wenn man eine Verbindung der Formel
    Figure imgb0002
    in der X für ein Wasserstoffatom, eine Hydroxylgruppe oder eine R2-COO-Gruppe steht, und R2 ein Wasserstoffatom oder eine Alkylgruppe mit 1 bis 6 C-Atomen bedeutet, in Gegenwart von Wasser und einer Alkansäure der Formel
    R'COOH (III) in der R3 ein Wasserstoffatom oder eine Alkylgruppe mit 1 bis 6 C-Atomen bedeutet, elektrochemisch oxidiert.
  • Als Alkylreste R1, R2 und R3 kommen solche mit 1 bis 6, vorzugsweise 1 bis 4 C-Atomen in Betracht. Als Arylreste R1 seien Phenylreste, die durch Alkyl-, Halogen-, Alkoxy- und/oder Acyloxygruppen substituiert sein können, genannt. Ausgangsstoffe der Formel 11 sind somit Methylbenzole, Benzylalkohole oder die Alkansäureester der Benzylalkohole, die in 4-Stellung nicht substituiert sind oder den genannten Rest R1 enthalten, wie Toluol, p-Xylol, p-tert.-Butyltoluol, p-Phenyltoluol, Benzylalkohol, p-Methylbenzylalkohol, p-tert.-Butylbenzylalkohol, Benzylacetat, p-Methylbenzylacetat und p-tert.-Butylbenzylacetat. Von diesen Ausgangsstoffen sind p-Xylol, p-tert.-Butyltoluol, p-Methylbenzylalkohol, p-tert.-Butylbenzylalkohol, p-Methylbenzylacetat und p-tert.-Butylbenzylace- tat von besonderem technischem Interesse.
  • Als Alkansäuren der Formel 111 sind Ameisensäure, Essigsäure und Propionsäure bevorzugt.
  • Als Elektrolyt wird ein Gemisch aus dem Benzolderivat der Formel II, Wasser und der Alkansäure der Formel 111 verwendet, das zur Verbesserung der Leitfähigkeit zusätzlich ein Leitsalz enthalten kann. Als Leitsalze können dabei die in der organischen Elektrochemie üblichen Salze eingesetzt werden, die in der zu elektrolysierenden Lösung löslich und unter den Versuchsbedingungen weitgehend stabil sind. Besonders vorteilhaft als Leitsalze sind Fluoride wie NaF und KF, Tetrafluoroborate wie NaBF4 und Et4NBF4, Perchlorate wie NaC104 und Et4ClO4 und Sulfate wie Et4NS04Et. Die Zusammensetzung des Elektrolyten kann in weiten Grenzen gewählt werden. Die in die Elektrolyse eingesetzten Lösungen haben beispielsweise folgende Zusammensetzung:
    Figure imgb0003
  • Als Elektrodenmaterialien wird man bei dem erfindungsgemäßen Verfahren solche wählen, die unter den Bedingungen der Elektrolyse stabil sind. Geeignete Anodenmaterialien sind z. B. Graphit, Edelmetalle wie Platin und edelmetallbeschichtete Titanelektroden. Als Kathoden werden beispielsweise Graphit-, Eisen-, Stahl-, Blei- oder Edelmetallelektroden eingesetzt. Stromdichte und Umsatz können ebenfalls in weiten Grenzen gewählt werden. Die Stromdichte beträgt beispielsweise 1 bis 10A/dm2. Die Elektrolyse selbst wird z. B. mit 2 bis 12, vorzugsweise 4 bis 12 F/Mol Ausgangsverbindung und bei Temperaturen unter 100°C, vorteilhaft zwischen 10 und 90°C durchgeführt. Das erfindungsgemäße Verfahren kann sowohl in geteilten als auch in ungeteilten Elektrolysezellen durchgeführt werden.
  • Die Elektrolyseausträge werden in der Regel destillativ aufgearbeitet. Alkansäure, Wasser und evtl. noch vorhandene Ausgangsmaterialien werden von den Benzaldehyden durch Destillation abgetrennt und können zur Elektrolyse zurückgeführt werden. Die verwendeten Leitsalze lassen sich dann von den Aldehyden beispielsweise durch Filtration abtrennen und können ebenfalls wieder in die Elektrolyse eingesetzt werden. Die Benzaldehyde lassen sich z. B. durch Rektifikation weiter reinigen. Die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren als Nebenprodukte anfallenden Carbonsäureester der entsprechenden Benzylalkohole können in die Elektrolyse zurückgeführt werden. Man kann sie aber auch vor dieser Rückführung isolieren und nach an sich bekannten Verfahren, z. B. durch saure Umesterung mit CH30H/H2S04, zu den entsprechenden Benzylalkoholen verseifen.
  • Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhältlichen Benzaldehyde sind wertvolle Zwischenprodukte für Wirkstoffe und Riechstoffe. So findet 4-tert.-Butylbenzaldehyd z. B. Verwendung als Vorprodukt für Fungizide und dient als Ausgangsmaterial für den Riechstoff Lilial.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren wird an folgenden Beispielen weiter verdeutlicht.
    • Beispiel 1 Anodische Oxidation von p-tert.-Butyltoluol
  • Figure imgb0004
  • Der Elektrolyt wird während der Elektrolyse über einen Wärmeaustauscher umgepumpt.
    • Aufarbeitung
  • Nach Beendigung der Elektrolyse werden Essigsäure und Wasser bei Normaldruck abdestilliert, NaBF4 (57 g) abfiltriert und der Rückstand bei 20 bis 2 Torr und 30 bis 100°C fraktioniert destilliert. Hierbei erhält man neben 6,2 g unumgesetztem p-tert.-Butyltoluol 133,5 g p-tert.-Butylbenzaldehyd und 141,1 g p-tert.-Butylbenzylacetat. Dies entspricht einer Materialausbeute von 77% und einer Stromausbeute von 58,4%. Zur Isolierung des p-tert.-Butylbenzaldehyds wird das Gemisch bei 20 bis 30 Torr und einer Sumpftemperatur von 150 bis 170°C rektifiziert. Das dabei als Sumpfprodukt anfallende p-tert.-Butylbenzylacetat kann erneut der Elektrolyse zugeführt werden.
    • Beispiel 2
  • Man verfährt, wie in Beispiel 1 beschrieben, wobei man die Elektrolyse von p-tert.-Butyltoluol jedoch mit 6,5 F/Mol ausführt. Es werden hierbei neben 22 g p-tert.-Butylbenzylacetat 198 g p-tert.-Butylbenzaldehyd erhalten. Dies entspricht einer Ausbeute von 66,5%.
    • Beispiel 3 Anodische Oxidation von p-tert.-Butyltoluol
  • Figure imgb0005
    Figure imgb0006
    Elektrolyse mit 4,25 F/Mol p-tert.-Butyltoluol
  • Der Elektrolyt wird während der Elektrolvse über einen Wärmeaustauscher umgepumpt.
    • Aufarbeitung
  • Arbeitet man den Elektrolyseaustrag analog Beispiel 1 auf, so erhält man neben 13,2 g unumgesetztem p-tert.-Butyltoluol 120,3 g p-tert.-Butylbenzaldehyd und 144,1 g p-tert.-Butylbenzyl- acetat. Dies entspricht einer Materialausbeute von 75,5% und einer Stromausbeute von 51,4%.
    • Beispiel 4 Anodische Oxidation von p-tert.-Butyltoluol
  • Figure imgb0007
    Elektrolyse mit 4,25 F/Mol p-tert.-Butyltoluol
  • Der Elektrolyt wird während der Elektrolyse über einen Wärmeaustauscher umgepumpt.
    • Aufarbeitung
  • Arbeitet man den Elektrolyseaustrag analog Beispiel 1 auf, so erhält man neben 25,2 g unumgesetztem p-tert.-Butyltoluol 284,8 g p-tert.-Butylbenzaldehyd und 295,3 g p-tert.-Butylbenzyl- acetat. Dies entspricht einer Materialausbeute von 83,3% und einer Stromausbeute von 58,2%. Man trennt den p-tert.-Butylbenzaldehyd wie in Beispiel 1 beschrieben vom p-tert.-Butylbenzylacetat ab.
  • 90 g des als Nebenprodukt isolierten p-tert.-Butylbenzylacetats werden mit 96 g Methanol und 1 g konzentrierter Schwefelsäure gemischt und unter Rühren drei Stunden Rückfluß gekocht. Nach Abkühlen wird die Lösung mit NaOH neutralisiert. Methanol und Methylacetat werden bei Normaldruck abdestilliert und der Rückstand bei 0,1 Torr und 68 bis 70° C fraktioniert destilliert. Hierbei erhält man 65 g p-tert.-Butylbenzylakohol (entsprechend einer Ausbeute von 90,7%), die z. B. nach Beispiel 5 für die Herstellung von p-tert.-Butylbenzaldehyd herangezogen werden können.
    • Beispiel 5 Anodische Oxidation von p-tert.-Butylbenzylalkohol
  • Figure imgb0008
    Elektrolyse mit 2 F/Mol p-tert.-Butylbenzylalkohol
  • Der Elektrolyt wird während der Elektrolyse über einen Wärmeaustauscher umgepumpt.
    • Aufarbeitung
  • Nach Beendigung der Elektrolyse werden Essigsäure und Wasser bei Normaldruck abdestilliert, NaBF4 (55 g) abfiltriert und der Rückstand bei 2 bis 3 Torr und 77 bis 100°C fraktioniert destilliert. Hierbei erhält man 4,9 g p-tert.-Butylbenzylalkohol, 166,9 g p-tert.-Butylbenzaldehyd und 70,4 g p-tert.-Butylbenzylacetat. Dies entspricht einer Materialausbeute von 73,7% und einer Stromausbeute von 58,3%.
    • Beispiel 6 Anodische Oxidation von p-tert.-Butylbenzylacetat
  • Figure imgb0009
    Elektrolyse mit 2 F/Mol p-tert.-Butylbenzylacetat
  • Der Elektrolyt wird während der Elektrolyse über einen Wärmeaustauscher umgepumpt.
    • Aufarbeitung
  • Nach Beendigung der Elektrolyse werden Essigsäure und Wasser bei Normaldruck abdestilliert, NaBF4 (55 g) abfiltriert und der Rückstand bei 1 bis 5 Torr und 35 bis 110°C fraktioniert destilliert. Hierbei erhält man neben 139,6 g unumgesetzten p-tert.-Butylbenzylacetat 105,7 g p-tert.-Butylbenzal- dehyd. Dies entspricht einer Materialausbeute von 79,4% und einer Stromausbeute von 43,5%.
    • Beispiel 7 Anodische Oxidation von p-Xylol
  • Figure imgb0010
  • Der Elektrolyt wird während der Elektrolyse über einen Wärmeaustauscher umgepumpt.
    • Aufarbeitung
  • Nach Beendigung der Elektrolyse werden Essigsäure, Wasser und unumgesetztes p-Xylol (24,8 g) bei Normaldruck abdestilliert, NaBF4 (54 g) abfiltriert und der Rückstand bei 30 bis 110°C und 0,7 bis 2 Torr fraktioniert destilliert. Hierbei erhält man 70,4 g p-Methylbenzaldehyd und 70,3 g p-Methylbenzylacetat. Dies entspricht einer Materialausbeute von 62,9%.
    • Beispiel 8 Anodische Oxidation von p-Xylol
  • Figure imgb0011
    Der Elektrolyt wird während der Elektrolyse über einen Wärmetauscher umgepumpt.
    • Aufarbeitung
  • Arbeitet man den Elektrolyseaustrag analog Beispiel 7 auf, so erhält man neben 136,2g unumgesetztem p-Xylol 30 g Methylbenzaldehyd und 40,3 g p-Methylbenzylacetat. Dies entspricht einer Materialausbeute von 69,4%.
    • Beispiel 9 Anodische Oxidation von Toluol
  • Figure imgb0012
    Der Elektrolyt wird während der Elektrolyse über einen Wärmetauscher umgepumpt.
    • Aufarbeitung
  • Nach Beendigung der Elektrolye werden Wasser, Essigsäure und unumgesetztes Toluol (43 g) bei Normaldruck abdestilliert, NaBF4 (58 g) abfiltriert und der Rückstand bei 10 bis 30 Torr und 30 bis 100° C fraktioniert destilliert. Hierbei erhält man 81,6 g Benzaldehyd und 31,9 g Benzylacetat. Dies entspricht einer Materialausbeute von 64,6%.

Claims (8)

1. Elektrolytisches Verfahren zur Herstellung von Benzaldehyden der allgemeinen Formel
Figure imgb0013
in der R1 ein Wasserstoffatom, ein Alkylrest oder ein Arylrest bedeutet, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Verbindung der Formel
Figure imgb0014
in der X für ein Wasserstoffatom, eine Hydroxylgruppe oder eine R2-COO-Gruppe steht, und R2 ein Wasserstoffatom oder eine Alkylgruppe mit 1 bis 6 C-Atomen bedeutet, in Gegenwart von Wasser und einer Alkansäure der Formel
Figure imgb0015
in der R3 ein Wasserstoffatom oder eine Alkylgruppe mit 1 bis 6 C-Atomen bedeutet, elektrochemisch oxidiert.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Ausgangsverbindung der Formel II Toluol, p-Xylol, p-tert.-Butyltoluol, Benzylalkohol, p-Methylbenzylalkohol, p-tert.-Butylbenzyl- alkohol, Benzylacetat, p-Methylbenzylacetat oder p-tert.-Butylbenzylacetat verwendet.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Alkansäure der Formel 111 Ameisensäure, Essigsäure oder Propionsäure verwendet.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Elektrolyse bei Stromdichten von 1 bis 10 A/dm2 und Temperaturen unter 100° C durchführt.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Elektrolyse mit 2 bis 12 F je Mol der Verbindung der Formel durchführt.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man für die Elektrolyse eine Lösung verwendet, die 5 bis 50 Gewichtsprozent der Ausgangsverbindung der Formel 11, 3 bis 25 Gewichtsprozent Wasser, 45 bis 90 Gewichtsprozent der Alkansäure der Formel III und 0,5 bis 10 Gewichtsprozent eines Leitsalzes enthält.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß man als Leitsalze Fluoride, Tetrafluoborate, Perchlorate und Sulfate verwendet.
8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß man als Leitsalze Tetrafluoborate verwendet.
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