Verfahren zur Herstellung von 4H-3,1-Benzoxazin-4-onen Process for the preparation of 4H-3,1-benzoxazin-4-ones
Beschreibung description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von 4H-3,1-Benzoxazin-4-onen der allgemeinen Formel I The present invention relates to an improved process for the preparation of 4H-3,1-benzoxazin-4-ones of the general formula I.
in der R1 Wasserstoff, C1-C4-Alkyl, C1-C4-Alkoxy, Carboxyl, Sulfo, Nitro oder Halogen bezeichnet, in which R 1 denotes hydrogen, C 1 -C 4 alkyl, C 1 -C 4 alkoxy, carboxyl, sulfo, nitro or halogen,
R2 C1-C20-Alkyl, Phenyl oder Phenylalkyl mit 1 bis 4 C-Atomen in der Alkylgruppe bedeutet, wobei ein vorliegender Phenylkern durch ein oder zwei C1-C4-Alkylgruppen, C1-C3-Halogenalkylgruppen, C1-C4-Alkoxygruppen, C1-C3-Halogenalkoxygruppen, C1-C4-Alkylmercaptogruppen, C1-C3-Halogenalkylmercaptogruppen, Carboxylgruppen, Sulfogruppen, C1-C4-Alkylsulfonylgruppen, C1-C3-Halogenalkylsulfonylgruppen, Nitrogruppen oder Halogenatome substituiert sein kann, und n für 1 oder 2 steht, durch Umsetzung von isatosäureanhydriden der allgemeinen R 2 is C 1 -C 20 alkyl, phenyl or phenylalkyl having 1 to 4 C atoms in the alkyl group, a phenyl nucleus being represented by one or two C 1 -C 4 alkyl groups, C 1 -C 3 haloalkyl groups, C 1 -C 4 alkoxy groups, C 1 -C 3 haloalkoxy groups, C 1 -C 4 alkyl mercapto groups, C 1 -C 3 haloalkyl mercapto groups, carboxyl groups, sulfo groups, C 1 -C 4 alkylsulfonyl groups, C 1 -C 3 haloalkyl sulfonyl groups , Nitro groups or halogen atoms can be substituted, and n represents 1 or 2, by reaction of isatoic anhydrides of the general
Formel II Formula II
mit Acylhalogeniden der allgemeinen Formel III
with acyl halides of the general formula III
in der X Chlor oder Brom bezeichnet.
In den Literaturstellen J. prakt. Chemie, Bd. 30 (1884), where X denotes chlorine or bromine. In the references J. Prakt. Chemie, Vol. 30 (1884),
S. 484-487, und Bd. 33 (1886), S. 18-31, beschreiben E. v. Meyer und Th. Bellmann ein Verfahren zur Herstellung von "Benzoylanthranil" (2-Phenyl-4H-3,1-benzoxazin-4-on) durch Erhitzen von unsubstituiertem isatosäureanhydrid (dort fälschlicherweise als Isatosäure bezeichnet) mit überschüssigem Benzoylchlorid zum Sieden oder "im geschlossenen Rohr" auf 210°C. Die Umsetzung wird als unvollständig gekennzeichnet ("aus der Lösung scheidet sich viel unveränderte Isatosäure ab, welcher Benzoylanthrani1 beigemengt ist"). Nähere Angaben über Reaktionsdauer, Ansatzgröße, Stöchiometrie der Einsatzstoffe oder Ausbeute werden nicht gemacht. Pp. 484-487, and vol. 33 (1886), pp. 18-31, describe E. v. Meyer and Th. Bellmann described a process for the preparation of "benzoylanthranil" (2-phenyl-4H-3,1-benzoxazin-4-one) by heating unsubstituted isatoic anhydride (incorrectly referred to there as isatoic acid) with excess benzoyl chloride at the boil or "im closed pipe "at 210 ° C. The implementation is marked as incomplete ("a lot of unchanged isato acid separates out of the solution, to which benzoylanthrani1 is added"). No details are given on the reaction time, batch size, stoichiometry of the starting materials or yield.
Die DE-A 35 14 183 betrifft ein Verfahren zur Herstellung von gegebenenfalls substituierten 2-Phenyl-4H-3,1-benzoxazin-4-onen durch Umsetzung einer entsprechenden AnthraniIsäure mit einem entsprechenden Benzoylhalogenid in Gegenwart einer Base DE-A 35 14 183 relates to a process for the preparation of optionally substituted 2-phenyl-4H-3,1-benzoxazin-4-ones by reacting a corresponding anthranic acid with a corresponding benzoyl halide in the presence of a base
(Acylierung) und Ringschluß durch Wasserentzug (Cyclisierung). In der DE-AS 25 56 590 wird ein Verfahren zur Herstellung von Benzoxazinen, speziell von 2-Alkyl- oder 2-Aryl-4H-3,1-benzoxazin-4-onen, beschrieben, bei dem ein Isatosäureanhydrid mit einem Acylierungsmittel in Form eines Carbonsäureanhydrids oder eines Säurehalogenids in Gegenwart wirksamer Anteile eines tertiären Amins umgesetzt wird. (Acylation) and ring closure by dehydration (cyclization). DE-AS 25 56 590 describes a process for the preparation of benzoxazines, especially 2-alkyl- or 2-aryl-4H-3,1-benzoxazin-4-ones, in which an isatoic anhydride with an acylating agent in the form a carboxylic acid anhydride or an acid halide is reacted in the presence of effective portions of a tertiary amine.
Die genannten Verfahren sind jedoch alle aus wirtschaftlicher Sicht noch nicht befriedigend, sei es, daß die Ausbeuten noch zu niedrig sind, oder sei es, daß umständliche mehrstufige Reaktionswege beschritten oder teure Hilfschemikalien mit eingesetzt werden müssen. However, all of the processes mentioned are not yet satisfactory from an economic point of view, be it that the yields are still too low, or be it that complicated, multistage reaction paths have to be followed or that expensive auxiliary chemicals have to be used.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es somit, ein einfaches, effizientes und wirtschaftliches Verfahren zur Herstellung der 4H-3,1-Benzoxazin-4-one I bereitzustellen. The object of the present invention was therefore to provide a simple, efficient and economical process for the preparation of the 4H-3,1-benzoxazin-4-one I.
Demgemäß wurde das eingangs definierte Verfahren gefunden, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß man die Umsetzung bei einer Außentemperatur von 215 bis 280°C vornimmt und die Reaktionspartner II und III mindestens 4 Stunden bei dieser Temperatur miteinander reagieren läßt.
In einer bevorzugten Ausführungsform liegt die Außentemperatur für die Umsetzung bei 220 bis 250°C. Unter Außentemperatur ist die Temperatur der Ummantelung des Reaktionsgefäßes, insbesondere der in dieser Ummantelung befindlichen Heizflüssigkeit, zu verstehen. Accordingly, the process defined at the outset has been found, which is characterized in that the reaction is carried out at an outside temperature of 215 to 280 ° C. and the reactants II and III are allowed to react with one another at this temperature for at least 4 hours. In a preferred embodiment, the outside temperature for the reaction is 220 to 250 ° C. The outside temperature is to be understood as the temperature of the jacket of the reaction vessel, in particular of the heating liquid located in this jacket.
Die Innentemperatur, d.h. die Temperatur des Reaktionsgemisches selbst, sollte im Idealfall mit der Außentemperatur identisch sein; in der Praxis jedoch liegt die Innentemperatur zumeist einige Grade tiefer als die Außentemperatur. Zu beachten ist weiterhin, daß bei Verwendung eines Acylhalogenids III, dessen Siedepunkt niedriger als der für die erfindungsgemäße Umsetzung beanspruchte Temperaturbereich liegt, gegen Anfang der Umsetzung die Innentemperatur gleich der Siedetemperatur von III ist (z.B. 197°C bei Verwendung von Benzoylchlorid), bei Abnahme der The inside temperature, i.e. the temperature of the reaction mixture itself should ideally be identical to the outside temperature; in practice, however, the inside temperature is usually a few degrees lower than the outside temperature. It should also be noted that when using an acyl halide III, the boiling point of which is lower than the temperature range claimed for the reaction according to the invention, the internal temperature is equal to the boiling temperature of III towards the start of the reaction (for example 197 ° C. when using benzoyl chloride), with decrease the
Konzentration an freiem Acylhalogenid III im Reaktionsgemisch aber die Innentemperatur rasch in Richtung auf den wert der eingestellten Außentemperatur ansteigt. Die Reaktionsdauer beträgt für den genannten Temperaturbereich mindestens 4 Stunden, danach ist normalerweise ein Umsatz von 80 bis 95 % erreicht. Günstiger ist es jedoch, die Umsetzung mindestens 5 Stunden laufen zu lassen, weil nach dieser Zeit der Umsatz in der Regel bei 95 % oder höher liegt. Nach 6 Stunden Reaktionsdauer ist die Umsetzung in der Regel praktisch vollständig. Concentration of free acyl halide III in the reaction mixture but the internal temperature quickly increases towards the value of the set external temperature. The reaction time for the temperature range mentioned is at least 4 hours, after which a conversion of 80 to 95% is normally achieved. However, it is cheaper to let the implementation run for at least 5 hours, because after this time the turnover is usually 95% or higher. After 6 hours of reaction, the reaction is usually practically complete.
Die Umsetzung wird zweckmäßigerweise bei Normaldruck durchgeführt. Ein Arbeiten in geschlossenen Reaktionsgefäßen unter Eigendruck oder in Autoklaven bei erhöhten Drücken ist nicht erforderlich; dies ist schon aus sicherheitstechnischen Gründen bedenklich, weil bei der Umsetzung Gase (Chlorwasserstoff und Kohlendioxid) freigesetzt werden, die abgeführt werden müssen. Man setzt pro Mol Isatosäureanhydrid II 1,0 bis 1,5 mol Acylhalogenid II ein. Ein größerer Überschuß an III führt häufig dazu, daß die Reaktionsmischung nicht die zum zügigen Abreagieren notwendige Temperatur erreicht. Besonders günstig ist eine Menge von 1,0 bis 1,3 mol III, insbesondere von 1,05 bis 1,2 mol III pro Mol II.
Als Acylhalogenide III kommen Acylbromide (X=Br) und vor allem Acylchloride (X=Cl) in Betracht. The reaction is advantageously carried out at normal pressure. Working in closed reaction vessels under autogenous pressure or in autoclaves at elevated pressures is not necessary; this is questionable for safety reasons, because during the reaction gases (hydrogen chloride and carbon dioxide) are released that have to be removed. 1.0 to 1.5 mol of acyl halide II is used per mol of isatoic anhydride II. A larger excess of III often leads to the reaction mixture not reaching the temperature required for rapid reaction. An amount of 1.0 to 1.3 mol III, in particular 1.05 to 1.2 mol III, per mol II is particularly favorable. Acyl halides III are acyl bromides (X = Br) and especially acyl chlorides (X = Cl).
Als Reste R1, die am Benzkern des heterocyclischen Systems in 5-, 6-, 7- und/oder 8-Position stehen können, kommen neben As residues R 1 , which can be in the 5-, 6-, 7- and / or 8-position on the benzene nucleus of the heterocyclic system, are added
Wasserstoff in Betracht: - C1-C4-Alkylgruppen wie Methyl, Ethyl, n-Propyl, iso-Propyl, n-Butyl, iso-Butyl, sec.-Butyl und tert.-Butyl, - C1- bis C4-Alkoxygruppen wie Methoxy, Ethoxy, n-Propoxy, iso-Propoxy, n-Butoxy, iso-Butoxy, sec.-Butoxy, tert.-Butoxy und Methylendioxy, - Carboxylgruppen, welche zweckmäßigerweise als freie Säuren vorliegen sollten, - Sulfogruppen, welche zweckmäßigerweise als freie Säuren Hydrogen into consideration: - C 1 -C 4 alkyl groups such as methyl, ethyl, n-propyl, iso-propyl, n-butyl, iso-butyl, sec.-butyl and tert.-butyl, - C 1 - to C 4 Alkoxy groups such as methoxy, ethoxy, n-propoxy, iso-propoxy, n-butoxy, iso-butoxy, sec.-butoxy, tert-butoxy and methylenedioxy, - carboxyl groups, which should expediently be in the form of free acids, - sulfo groups, which expediently as free acids
vorliegen sollten, should be available
- Nitrogruppen und - Halogenatome wie Fluor, Chlor und Brom. Bevorzugt werden für Ri Methylgruppen, Methoxygruppen, Halogenatome und insbesondere Wasserstoff allein. - Nitro groups and - Halogen atoms such as fluorine, chlorine and bromine. For Ri, methyl groups, methoxy groups, halogen atoms and in particular hydrogen alone are preferred.
Die Anzahl n der Reste R1 beträgt 2 oder vorzugsweise 1. Als Reste R2 in der 2-Position des Benzoxazin-4-on-Systems kommen in Betracht: geradkettiges oder verzweigtes C1-C20-Alkyl , z.B. Methyl, Ethyl, n-Propyl, iso-Propyl, n-Butyl, tert.-Butyl, n-Pentyl, n-Hexyl, n-Heptyl, n-Octyl, 2-Ethylhexyl, n-Nonyl, iso¬The number n of the radicals R 1 is 2 or preferably 1. The radicals R 2 in the 2-position of the benzoxazin-4-one system are: straight-chain or branched C 1 -C 20 -alkyl, for example methyl, ethyl, n-propyl, iso-propyl, n-butyl, tert-butyl, n-pentyl, n-hexyl, n-heptyl, n-octyl, 2-ethylhexyl, n-nonyl, iso¬
Nonyl, n-Decyl, n-Undecyl, n-Dodecyl, n-Tridecyl, iso-Tridecyl, n-Tetradecyl, n-Pentadecyl, n-Hexadecyl, n-Heptadecyl, n-Octadecyl oder n-Eicosyl,
Pheny l und Nonyl, n-decyl, n-undecyl, n-dodecyl, n-tridecyl, iso-tridecyl, n-tetradecyl, n-pentadecyl, n-hexadecyl, n-heptadecyl, n-octadecyl or n-eicosyl, Pheny l and
Phenylalkyl mit 1 bis 4 C-Atomen in der Alkylgruppe, z.B.Phenylalkyl with 1 to 4 carbon atoms in the alkyl group, e.g.
Benzyl, 2-Phenylethyl, 3-Phenylpropyl oder 4-PhenyIbutyl. Benzyl, 2-phenylethyl, 3-phenylpropyl or 4-phenyl butyl.
Ein vorliegender Phenylkern im Rest R2 kann durch zwei odervorzugsweise einen der folgenden Reste in der o-, m- oder p-Position substituiert sein: - C1-C4-Alkyl wie Methyl, Ethyl, n-Propyl, iso-Propyl, n-Butyl iso-Butyl, sec. Butyl oder tert.-Butyl, - C1-C3-Halogenalkyl wie Chlormethyl, Dichlormethyl, Trichlormethyl oder Trifluormethyl, - C1-C4-Alkoxy wie Methoxy, Ethoxy, n-Propoxy, iso-Propoxy, n-Butoxy, iso-Butoxy, sec.-Butoxy, tert.-Butoxy oder An existing phenyl nucleus in the R 2 radical can be substituted by two or preferably one of the following radicals in the o-, m- or p-position: C 1 -C 4 -alkyl such as methyl, ethyl, n-propyl, iso-propyl, n-butyl iso-butyl, sec. butyl or tert.-butyl, - C 1 -C 3 haloalkyl such as chloromethyl, dichloromethyl, trichloromethyl or trifluoromethyl, - C 1 -C 4 alkoxy such as methoxy, ethoxy, n-propoxy, iso-propoxy, n-butoxy, iso-butoxy, sec.-butoxy, tert.-butoxy or
Methylendioxy, - C1-C3-Halogenalkoxy wie Difluormethoxy, Trifluormethoxy, Chlordifluormethoxy, 1,1,2,2-Tetrafluorethoxy oder Methylenedioxy, - C 1 -C 3 haloalkoxy such as difluoromethoxy, trifluoromethoxy, chlorodifluoromethoxy, 1,1,2,2-tetrafluoroethoxy or
1,1,2-Trifluor-2-chlorethoxy, - C1-C4-Alkylmercapto wie Methylmercapto, Ethylmercapto, 1,1,2-trifluoro-2-chloroethoxy, - C 1 -C 4 alkyl mercapto such as methyl mercapto, ethyl mercapto,
n-Propylmercapto oder n-Butylmercapto, - C1-C3-Halogeπalkylmercapto wie Difluormethylmercapto, n-propylmercapto or n-butylmercapto, - C 1 -C 3 -halogeπalkylmercapto such as difluoromethylmercapto,
Trifluormethylmercapto, Chlordifluormethylmercapto oder 1,1,2,2-Tetrafluorethylmercapto, - Carboxy, zweckmäßigerweise als freie Säure, - Sulfo, zweckmäßigerweise als freie Säure, - C1-C4-Alkylsulfonyl wie Methylsulfony 1, Ethylsulfonyl, Trifluoromethylmercapto, chlorodifluoromethylmercapto or 1,1,2,2-tetrafluoroethylmercapto, - carboxy, advantageously as free acid, - sulfo, advantageously as free acid, - C 1 -C 4 alkylsulfonyl such as methylsulfony 1, ethylsulfonyl,
n-Propylsulfonyl oder n-Butylsulfonyl, - C1-C3-Halogenalkylsulfonyl wie Chlormethylsulfonyl oder n-propylsulfonyl or n-butylsulfonyl, - C 1 -C 3 haloalkylsulfonyl such as chloromethylsulfonyl or
Trifluormethylsulfonyl,
- Nitro oder - Halogen wie Fluor, Chlor oder Brom. Bevorzugt werden für R2 folgende Reste: - geradkettiges oder verzweigtes C1-C4-Alkyl, insbesondere Methyl, - unsubstituieres Phenyl, - durch C1-C4-Alkyl, insbesondere durch Methyl substituiertes Phenyl, - durch C1-C3-Halogenalkyl substituiertes Phenyl, - durch C1-C4-Alkoxy, insbesondere durch Methoxy substituiertes Phenyl, - durch C1-C3-Halogenalkoxy substituiertes Phenyl, - durch C1-C3-Halogenalkylmercapto substituiertes Phenyl, - durch C1-C4-Alkylsulfonyl, insbesondere durch Methylsulfonyl substituieres Phenyl, - durch C1-C3-Halogenalkylsulfonyl substituieres Phenyl, - durch Nitro substituiertes Phenyl und - durch Halogen substituiertes Phenyl. Trifluoromethylsulfonyl, - Nitro or - Halogen such as fluorine, chlorine or bromine. The following radicals are preferred for R 2 : - straight-chain or branched C 1 -C 4 alkyl, in particular methyl, - unsubstituted phenyl, - by C 1 -C 4 alkyl, in particular phenyl substituted by methyl, - by C 1 -C 3 haloalkyl substituted phenyl - C 1 -C 4 alkoxy, in particular by methoxy substituted phenyl, - substituted with C 1 -C 3 haloalkoxy, phenyl, - by C 1 -C 3 -Halogenalkylmercapto substituted phenyl - C 1 - C 4 alkylsulfonyl, in particular phenyl substituted by methylsulfonyl, phenyl substituted by C 1 -C 3 haloalkylsulfonyl, phenyl substituted by nitro and phenyl substituted by halogen.
Nach erfolgter Umsetzung können die erhaltenen Verbindungen I nach den üblichen Methoden gereinigt, beispielsweise durch Umkristallisation oder Destillation, und/oder gewünschtenfalls nach den üblichen Methoden konfektioniert werden, beispielsweise durch Granulieren aus der Schmelze vor oder nach einem Reinigungsschritt.
Das erfindungsgemäße Verfahren gestattet es, 4H-3,1-Benzoxazin-4-one I in einfacher Weise effizient, d.h. mit hohen Ausbeuten, und wirtschaftlich günstig herzustellen. Man benötigt hierzu keinerlei Hilfschemikalien wie Lösungsmittel oder Katalysatoren. Die Umsetzung ist in kurzer Zeit praktisch vollständig abgelaufen, was sich in einer hohen Raum-Zeit-Ausbeute niederschlägt. Das Produkt wird zumeist in hinreichend reiner Form erhalten, da die Umsetzung ohne nennenswerte Nebenreaktionen abläuft, so daß sich für viele Anwendungszwecke weitere Reinigungsoperationen erübrigen. After the reaction has taken place, the compounds I obtained can be purified by the customary methods, for example by recrystallization or distillation, and / or, if desired, be made up by the customary methods, for example by granulation from the melt before or after a purification step. The process according to the invention makes it possible to produce 4H-3,1-benzoxazin-4-one I in a simple manner efficiently, ie with high yields, and economically cheap. You do not need any auxiliary chemicals such as solvents or catalysts. The implementation was practically complete in a short time, which is reflected in a high space-time yield. The product is usually obtained in a sufficiently pure form, since the reaction takes place without any significant side reactions, so that further cleaning operations are unnecessary for many applications.
Die 4H-3,1-Benzoxazin-4-one I stellen wichtige Verbindungen für verschiedenste Einsatzgebiete dar, z.B. als Pflanzenschutzmittel, Arzneimittel, Waschmitteladditive oder UV-Stabilisatoren. So können Verbindungen I mit Halogen, Methyl oder Methoxy für R1 und Halogenphenyl, Halogenalkylphenyl, Halogenalkoxyphenyl, Halogenalkylmercaptophenyl oder Halogenalkylsulfony Iphenyl mit jeweils 1 bis 3 C-Atomen in der Alkylgruppe für R2 als selektiv wirkende Herbizide verwendet werden. Bestimmte 2-substituierte 4H-3,1- Benzoxazin-4-one eignen sich als Kaltbleichaktivatoren in Waschmitteln. The 4H-3,1-Benzoxazin-4-one I are important compounds for a wide range of applications, for example as pesticides, medicines, detergent additives or UV stabilizers. Thus, compounds I with halogen, methyl or methoxy for R 1 and halophenyl, haloalkylphenyl, haloalkoxyphenyl, haloalkylmercaptophenyl or haloalkylsulfony iphenyl, each having 1 to 3 carbon atoms in the alkyl group for R 2, can be used as selective herbicides. Certain 2-substituted 4H-3,1-benzoxazin-4-ones are suitable as cold bleach activators in detergents.
Beispiel Herstellung von 2-Phenyl-4H-3,1-benzoxazin-4-on Example Preparation of 2-phenyl-4H-3,1-benzoxazin-4-one
163,1 g (1,0 mol) Isatosäureanhydrid und 154,7 g (1,1 mol) Benzoylchlorid wurden bei einer Heizmanteltemperatur des Reaktionsgefäßes von 220 bis 225°C unter Rühren miteinander umgesetzt, wobei Chlorwasserstoff und Kohlendioxid entwichen. Die Innentemperatur in der Reaktionsmischung stieg im Laufe der Umsetzung von 197°C auf 215°C an. Aus der durch die Reaktion freiwerdenden Gasmenge konnte der Umsatz in Abhängigkeit von der Reaktionsdauer bestimmt werden:
Reaktionsdauer [h] Umsatz [%] 1 8 163.1 g (1.0 mol) of isatoic anhydride and 154.7 g (1.1 mol) of benzoyl chloride were reacted with one another at a heating jacket temperature of the reaction vessel of 220 to 225 ° C., with stirring, whereby hydrogen chloride and carbon dioxide escaped. The internal temperature in the reaction mixture rose from 197 ° C. to 215 ° C. in the course of the reaction. The conversion depending on the reaction time could be determined from the amount of gas released by the reaction: Reaction time [h] conversion [%] 1 8
2 32 2 32
3 72 3 72
4 93 4 93
5 99 5 99
6 100 6 100
Nach Beendigung der Gasentwicklung nach 6 Stunden wurde das Rohprodukt bei 160°C/l mbar destillativ gereinigt. Es wurden 227 g der Titelverbindung (entsprechend einer Ausbeute von 94 %) in Form eines farblosen Öls, welches beim Abkühlen kristallisierte, erhalten.
After the evolution of gas had ended after 6 hours, the crude product was purified by distillation at 160 ° C./1 mbar. 227 g of the title compound (corresponding to a yield of 94%) were obtained in the form of a colorless oil, which crystallized on cooling.