EP0965660A1 - Verfahren zur Herstellung von methoxylierten Benzyl-, Benzal- und Benzoylverbindungen durch anodische Methoxylierung - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von methoxylierten Benzyl-, Benzal- und Benzoylverbindungen durch anodische Methoxylierung Download PDF

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EP0965660A1
EP0965660A1 EP99111283A EP99111283A EP0965660A1 EP 0965660 A1 EP0965660 A1 EP 0965660A1 EP 99111283 A EP99111283 A EP 99111283A EP 99111283 A EP99111283 A EP 99111283A EP 0965660 A1 EP0965660 A1 EP 0965660A1
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EP
European Patent Office
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compounds
formula
groups
oxidation
cation exchange
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP99111283A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Hermann Dr. Pütter
Eberhard Prof. Dr. Steckhan
Lars Kröner
Jakob Dr. Jörissen
Dirk Hoormann
Claudia Dr. Merk
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BASF SE
Original Assignee
BASF SE
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • 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 method according to the invention is particularly suitable for production of compounds of general formula (I) with oxidation numbers from 1 to 9, preferably from 1 to 5.
  • benzaldehyde dimethyl acetal would have the oxidation number 2, since there is a group A to which the oxidation number 1 is assigned (-CH (OCH 3 ) -) and a group B to which the oxidation number 1 is also assigned (-OCH 3 ), contains.
  • mixtures of substances are used in the process according to the invention formed with different oxidation numbers. If in such cases products of formula (I) with a relatively low Oxidation number are not desired, it is possible these of those with the higher oxidation number by conventional Methods to separate, and the former again after the Process according to the invention for producing the desired products to use.
  • Oxidation number 0 p-methoxytoluene
  • Oxidation number 2 a mixture that in addition to the main desired anisaldehyde dimethylacetal (oxidation number 2) still contains p-methoxybenzyl methyl ether (oxidation number 1).
  • the p-methoxybenyl methyl ether as the starting connection again the electrolysis cell respectively.
  • Electrolytic cells using a solid polymer electrolyte (SPE) work are generally known (see. “Ion exchange membranes in electrolysis and electro-organic synthesis ", Dr.-Ing. Jakob Jörissen, Progress Reports VDI Row 3 No. 442; Dusseldorf: VDI Verlag 1996, Chapter 4).
  • Polymers are particularly suitable as cation exchange membranes such as polyethylene, polyacrylates, polysulfone and perfluorinated Polymers with negatively charged groups such as carboxylate and Sulfonate groups that are processed into films.
  • the sulfonate groups can also be replaced by carboxylate groups to be replaced.
  • Such films are commercially available and, for example, among the Trade names Nafion®, (E.I. Du Pont de Nemours and Company) and Gore Select® (W.L. Gore & Associates, Inc.).
  • the solid electrolyte has proven to be advantageous in some cases in the form of an optionally N-alkylated Carboxylic acid amide with 1 to 15 carbon atoms swollen gels which can be obtained by using the cation exchange membrane can swell in the carboxamide until the resulting gel is 1.2 to 10 times the weight of the inserted Has cation exchange membrane.
  • the weight gain lets determine by weighing the membrane before swelling, immediately after removal from the source medium by dabbing with an absorbent fleece from the wetting liquid exempt and carry out a differential weighing immediately afterwards.
  • the swelling with N, N-dimethylformamide is particularly advantageously carried out by.
  • the swelling is expediently at a Temperature from 50 to 120 ° C carried out.
  • the solid electrolyte can be a single one Cation exchange membrane or around a layer of several, preferably act 2 to 10 membranes one above the other.
  • the solid electrolyte conveniently has a thickness of 0.025 to 0.2 mm on.
  • anode or cathode materials with which preferably the entire Surface of the solid electrolyte come into contact porous, electrically conductive materials, especially graphite felt plates, Charcoal felt sheets, or textile materials attached to the contact surface to the solid electrolyte covered with carbon are considered.
  • the proportion of the compounds of the formula (I) in the compounds selected from the group of compounds of the formula I or II from 100 (e.g. at the beginning of the implementation) to 1 mol% (for example at the end of the reaction).
  • N-alkylated carboxamides with 1 to 15 carbon atoms
  • Compounds such as formamide, N-methylformamide, N, N-dimethylformamide, Acetamides, N-methylpyrolidone, pyrrolidone and benzamide into consideration.
  • Suitable ureas are N, N, N ', N'-tetramethyl urea.
  • Suitable other solvents are those with the Compounds of formula (I) and (II) under the process conditions receive virtually no reaction, for example Water, ether, acetonitrile, benzonitrile, sulfolane, and esters such as Methyl acetate.
  • the proportion of water is in the electrolysis liquid not more than 10, preferably 2 and very particularly preferably not more than 0.5% by weight.
  • the electrolysis liquid essentially does not contain any of the others Lead electrolytes used in conventional cells such as acids, alkalis or electrolytes, i.e. that in general less than 10, particularly preferably less than 1, entirely particularly preferably less than 0.1% by weight of these lead electrolytes contains.
  • the method according to the invention is expediently carried out in this way by making the electrolysis liquid parallel to the anode Solid electrolyte / anode interface preferably continuous flows through. Flow rates of the electrolysis liquid are suitable relative to the anode from 1 to 10 cm / s.
  • the current density is generally 0.1 to 40, preferably 1 to 10 A / dm 2 .
  • the voltages required to achieve these current densities are generally 2 to 20, preferably 3 to 10 volts. At higher voltages there is a risk of irreversible damage to the solid electrolyte.
  • protons are usually reduced to hydrogen at the cathode.
  • the cells in which the method can be carried out are known and for example in loc. cit, chapter 4.2 and in the DE-A-19533773.
  • Suitable for practicing the process on an industrial scale especially those described in DE-A-19533773 serially switched plate stack cells.
  • plate stack cells are made of Layers aligned parallel to one another, wherein the layers from the porous, electrically conductive Alternate material and that from the solid electrolyte.
  • layers from the porous, electrically conductive Alternate material and that from the solid electrolyte.
  • the basic structure of plate stack cells is, for example from "Experiences with an Undivided Cell", Franz Wenisch et al. , AIChE Symposium Series No 185, Vol. 75, pages 14 to 18.
  • the compounds of formula (I) according to the invention Process generally as a mixture with the starting compounds can be obtained by generally known methods such as crystallization or distillation or separated chromatographically.
  • Example 1 shows the conditions under which Example 2 (according to the invention) and Example 1 (for comparison) were carried out. The result is shown in Fig. 1.
  • Example 2 in contrast to Example 2, a high proportion of undesirable high-molecular products was formed in Example 1, which did not completely dissolve in conventional solvents.

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Abstract

Verfahren zur Herstellung von Verbindungen der allgemeinen Formel I <IMAGE> mit folgender Bedeutung für R<1>, A, B, m und n: R<1>:: unabhängig voneinander Wasserstoff, C2- bis C4-Alkyl, C1- bis C4-Alkoxy oder Halogen; A:: unabhängig voneinander Methylen, Carbonyl oder -CH(OCH3)-; B:: unabhängig voneinander H oder O-CH3; m:: eine Zahl von 0 bis 3; n:: eine Zahl von 1 bis 3 wobei die Verbindungen der allgemeinen Formel (I) eine Oxidationszahl von 1 bis 9 aufweisen und sich die Oxidationszahlen der Verbindungen der Formel I additiv aus den Oxidationszahlen der Gruppen A und B, die dabei entsprechend ihrer Anzahl in der Formel (I) berücksichtigt werden, zusammensetzen, mit der Maßgabe, daß A = Methylen die Oxidationszahl 0, A = -CH(OCH3)- die Oxidationszahl 1, A = Carbonyl die Oxidationszahl 2, B = H die Oxidationszahl 0, B = -OCH3 die Oxidationszahl 1 hat, durch elektrochemische Oxidation von Verbindungen der allgemeinen Formel II <IMAGE> in der die Guppen R<1>, m und n die gleiche Bedeutung wie in Formel I haben, die Gruppen X die gleiche Bedeutung wie die Gruppen A in Formel I haben, die Gruppen X die gleiche Bedeutung wie die Gruppen B in Formel I haben, die Gruppen X und Y jedoch im Unterschied zu den Gruppen A und B der Formel (I) so ausgewählt sind, daß die Oxidationszahl der Verbindungen der Formel (II) wenigstens um 1 niedriger ist als die der Verbindungen der Formel (I), wobei die Oxidationszahlen der Verbindungen der Formeln (II) und Gruppen X und Y analog zu denen Verbindungen der Formeln (I) und Gruppen A und B berechnet werden wobei man die Oxidation in einer Elektrolysezelle durchführt, die aufgebaut ist aus einem Festkörperelektrolyten, der aus einer Kationenaustauschermembran oder mehreren übereinander liegenden Schichten von Kationenaustauschermembranen besteht, einer Kathode und einer Anode, die mit diesem in direktem Kontakt stehen, unter Verwendung einer Elektrolyseflüssigkeit, bei der es sich um eine im wesentlichen Leitelektrolyt-freie organische Lösung handelt, enthaltend 10 bis 90 Gew.-% Methanol, 1 bis 50 Gew.-% Verbindungen ausgewählt aus einer Gruppe von Verbindungen, bestehend aus den Verbindungen der Formel I und II, wobei der Anteil an Verbindungen der Formel II in der Elektrolytlösung, bezogen auf den Anteil der Verbindungen dieser Gruppe, mindestens 1 Mol-% beträgt, 1 bis 50 Gew.-% eines ggf. N-alkylierten Carbonsäureamids mit 1 bis 15 C-Atomen oder eines N-alkylierten Harnstoffs mit 3 bis 15 C-Atomen und 0 bis 30 Gew-% eines sonstigen inerten Lösungsmittel.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Verbindungen der allgemeinen Formel I
Figure 00010001
mit folgender Bedeutung für R1, A, B, m und n:
R1:
unabhängig voneinander Wasserstoff, C2- bis C4-Alkyl, C1-bis C4-Alkoxy oder Halogen
A:
unabhängig voneinander Methylen, Carbonyl oder -CH(OCH3)-
B:
unabhängig voneinander H oder O-CH3
m:
eine Zahl von 0 bis 3
n:
eine Zahl von 1 bis 3
wobei die Verbindungen der allgemeinen Formel (I) eine Oxidationszahl von 1 bis 9 aufweisen, sich die Oxidationszahlen der Verbindungen der Formel I additiv aus den Oxidationszahlen der Gruppen A und B, die dabei entsprechend ihrer Anzahl in der Formel (I) berücksichtigt werden, zusammensetzen, mit der Maßgabe, daß
  • A = Methylen die Oxidationszahl 0,
  • A = -CH(OCH3)- die Oxidationszahl 1
  • A = Carbonyl die Oxidationszahl 2,
  • B = H die Oxidationszahl 0
  • B = -OCH3 die Oxidationszahl 1
    hat,
durch elektrochemische Oxidation von Verbindungen der allgemeinen Formel II
Figure 00010002
  • die Guppen R1, m und n die gleiche Bedeutung wie in Formel I haben,
  • die Gruppen X die gleiche Bedeutung wie die Gruppen A in Formel I haben
  • die Gruppen Y die gleiche Bedeutung wie die Gruppen B in Formel I haben
  • die Gruppen X und Y jedoch im Unterschied zu den Gruppen A und B der Formel (I) so ausgewählt sind, daß die Oxidationszahl der Verbindungen der Formel (II) wenigstens um 1 niedriger ist als die der Verbindungen der Formel (I), wobei die Oxidationszahlen der Verbindungen der Formeln (II) und Gruppen X und Y analog zu denen Verbindungen der Formeln (I) und Gruppen A und B berechnet werden
wobei man die Oxidation in einer Elektrolysezelle durchführt, die aufgebaut ist aus
  • einem Festkörperelektrolyten, der aus einer Kationenaustauschermembran oder mehreren übereinander liegenden Schichten von Kationenaustauschermembranen besteht
  • einer Kathode und einer Anode, die mit diesem in direktem Kontakt stehen, unter Verwendung einer Elektrolyseflüssigkeit, bei der es sich um eine im wesentlichen Leitelektrolyt-freie organische Lösung handelt, enthaltend
  • 10 bis 90 Gew.-% Methanol,
  • 1 bis 50 Gew.-% Verbindungen ausgewählt aus einer Gruppe von Verbindungen, bestehend aus den Verbindungen der Formel I und II, wobei der Anteil an Verbindungen der Formel II in der Elektrolytlösung, bezogen auf den Anteil der Verbindungen dieser Gruppe, mindestens 1 Mol-%,
  • 1 bis 50 Gew.-% eines ggf. N-alkylierten Carbonsäureamids mit 1 bis 15 C-Atomen oder eines N-alkylierten Harnstoffs mit 3 bis 15 C-Atomen und
  • 0 bis 30 Gew-% eines sonstigen inerten Lösungsmittel,
Es ist allgemein bekannt, die Solid-Polymer-Electrolyte Technology (SPE-Technologie) (vgl. "Ionenaustauscher-Membranen in der Elektrolyse und elektroorganischen Synthese", Dr.-Ing. Jakob Jörissen, Fortschritts Berichte VDI Reihe 3 Nr 442; Düsseldorf: VDI Verlag 1996, Kapitel 4) für die elektro-organische Synthese verschiedenartiger organischer Verbindungen einzusetzen. Bei dieser Technologie wirkt eine Ionenaustauscher-Membran als Festelektrolyt, sodaß elektrolytische Zellen auch ohne leitfähige Flüssigkeiten arbeiten können. Dieses Prinzip ermöglicht elektro-organische Synthesen an für die Substrate durchlässigen Elektroden ohne Zusatz von Leitelektrolyten.
Konkret wird z.B. die Methoxylierung von Furan mit Methanol beschrieben (loc. cit. Kapitel 4.3.3). Beim Einsatz von einer weitgehend wasserfreien Lösung von Methanol und Furan als Elektrolyseflüssigkeit wurde jedoch festgestellt, daß große Zellspannungen erforderlich sind.
Die konventionelle anodische Methoxylierung von Toluolderivaten in Methanol ist beispielsweise in: "Direct anodic oxidation of p-methoxytoluene in methanol", Ogibin, Y. D.; Ilovaisky, A. I.; Merkulova, V. M.; Nikishin, G. I., Russian Chemical Bulletin, 44 , No. 3 (1995), 507-510 beschrieben. Bei diesem Verfahren werden Leitsalze wie Fluoride oder Dialkylphosphate als Leitsalze eingesetzt.
Bei Degner, D. et al, Top. Curr. Chem. 168 (1988) 17 bis 24 findet sich eine Übersicht über verschiedene elektrochemische Verfahren zur anodischen Methoxylierung von Toluolderivaten in Gegenwart von Leitsalzen, wobei Wasser und/oder Säuren als Medium dienten.
In H. Wendt, H. Schneider, J. Appl. Electrochem. 16 (1986) 134-136 wird die anodische Methoxylierung von Toluolderivaten in Schwefelsäure, der zur Selektivitätssteigerung Mangan (II)- oder Cer(IV)-Salze als Mediatoren zugesetzt wurde, empfohlen.
Die vorstehend beschriebenen Verfahren, die ohne Festkörperelektrolyt arbeiten, weisen jedoch den Nachteil auf, daß, bedingt durch die hohen Konzentrationen von Leitelektrolyten in der Elektrolyseflüssigkeit, die Ausbeuten noch zu Wünschen übrig lassen und die Isolierung der Produkte aufwendig ist. Dies liegt nicht nur daran, daß die Leitelektrolyte selbst abgetrennt werden müssen, sondern die Anwesenheit der Leitionen zeitigt auch eine erhöhte Bildung von Nebenprodukten bei der elektro-organischen Synthese der Wertprodukte.
Es bestand deshalb die Aufgabe, den Nachteilen der vorbekannten Verfahren zur anodischen Methoxylierung von Toluolderivaten abzuhelfen. Insbesondere bestand die Aufgabe darin, ein Verfahren zur elektrochemische Methoxylierung von Toluolderivaten zu entwickeln, bei dem die Elektrolysezellen über mehrere Tage hinweg störungsfrei und bei moderater Zellspannung betrieben werden können, die Bildung von Nebenprodukten gering und die Abtrennung der Wertprodukte aus der Reaktionsmischung wenig aufwendig ist.
Demgemäß wurde das eingangs definierte Verfahren gefunden.
Daß die Herstellung der Verbindungen der allgemeinen Formel (I) durch anodische Methoxylierung der entsprechenden Toluolderivate nach der SPE-Technologie in Gegenwart von Carbonsäureamiden besonders vorteilhaft durchführbar ist, ist für den Fachmann unerwartet. Dem Fachmann ist nämlich aus der eingangs zitierten Monographie ("Ionenaustauscher-Membranen in der Elektrolyse und elektroorganischen Synthese", Dr.-Ing. Jakob Järissen, Fortschritts Berichte VDI Reihe 3 Nr 442; Düsseldorf: VDI Verlag 1996, Kapitel 4.3.4) bekannt, daß N,N-Dimethylformamid, N,N-Dimethylacetamid und N-Methyl-2-Pyrrolidon unter vergleichbaren Bedingungen wie bei der anodischen Methoxylierung der Toluolderivate leicht methoxyliert werden. Es hätte deshalb für den Fachmann nicht nahegelegen, daß die Herstellung der Verbindungen der allgemeinen Formel (I) unter den definitionsgemäßen Bedingungen selektiv möglich ist, geschweige denn mit den genannten Vorteilen verbunden ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere zur Herstellung von Verbindungen der allgemeinen Formel (I) mit Oxidationszahlen von 1 bis 9, bevorzugt von 1 bis 5.
Bei der Berechnung der Oxidationszahlen der Verbindungen der allgemeinen Formel (I) werden die Oxidationszahlen jeder Gruppe A und jeder Gruppe B, die die Verbindungen enthalten, aufaddiert. Dabei wird, je nach dem für welche chemische Struktur die Gruppen A und B stehen, diesen Gruppen ein unterschiedlicher Zahlenwert zugeordnet.
  • A = Methylen die Oxidationszahl 0,
  • A = -CH(OCH3)- die Oxidationszahl 1
  • A = Carbonyl die Oxidationszahl 2,
  • B = H die Oxidationszahl 0
  • B = -OCH3 die Oxidationszahl 1
    • Nach diesem Berechnungsverfahren hätte also beispielsweise Benzaldehyddimethylacetal die Oxidationszahl 2, da es eine Gruppe A, welcher die Oxidationszahl 1 zugeordent ist ( -CH(OCH3)-) und eine Gruppe B, welcher ebenfalls die Oxidationszahl 1 zugeordnet ist (-OCH3), enthält. Ein aromatischer Kern, der 2 Formylgruppen in Form ihres Methylacetals trägt, hat entsprechend die Oxidationszahl 4.
    Besonders einfach lassen sich solche Verbindungen der Formel (I) herstellen, bei denen R1 für Wasserstoff oder Methoxy und die Gruppe -A-B gemeinsam für das Dimethylacetal der Formylgruppe steht. Besonders bevorzugt sind dabei solche Verbindungen, bei denen n = 1 ist und die Gruppe -A-B in para-Postion zu einer Methoxygruppe steht. Bei solchen Verbindungen , bei denen n = 2 ist, stehen diese beiden Gruppen bevorzugt in para-Position und die R1 bedeutet Wasserstoff. Bei solchen Verbindungen, bei denen n = 3 ist, stehen die Gruppen -A-B in der 1, 3 und 5-Position am aromatischen Kern und R1 bedeutet Wasserstoff.
    Im allgemeinen geht man dabei von Verbindungen aus, in denen die Gruppe -X-Y für Methyl steht, die Oxidationszahl also 0 beträgt.
    Es ist jedoch gleichfalls möglich, von solchen Verbindungen der Formel (I) auszugehen, in denen die Oxidationszahl höher als 0 ist, insbesondere von Methylbenzylether und den entspechenden Derivaten. Auf diese Weise kann das erfindungsgemäße Verfahren besonders wirtschaftlich zur Herstellung von Verbindungen mit relativ hohen Oxidationszahlen genutzt werden.
    Im allgemeinen werden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren Stoffmischungen mit unterschiedlichen Oxidationszahlen gebildet. Falls in solchen Fällen Produkte der Formel (I) mit einer realtiv niedrigen Oxidationszahl nicht gewünscht werden, ist es möglich, diese von den mit der höheren Oxidationszahl durch konventionelle Methoden abzutrennen, und die ersteren erneut nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung der gewünschten Produkte einzusetzen. Beispielsweise ist es möglich, aus p-Methoxytoluol (Oxidationszahl 0) eine Mischung, die neben dem hauptsächlich gewünschten Anisaldehyd-Dimethylacetal (Oxidationszahl 2) noch p-Methoxybenzylmethylether (Oxidationszahl 1) enthält zu erzeugen. Nach Trennung der beiden Produkte kann den p-Methoxybenylmethylether als Ausgangsverbindung erneut der Elektrolysezelle zuführen.
    Elektrolysezellen, die mit einem Solid-Polymer-Elektrolyte (SPE) arbeiten, sind allgemein bekannt (vgl. "Ionenaustauscher-Membranen in der Elektrolyse und elektroorganischen Synthese", Dr.-Ing. Jakob Jörissen, Fortschritts Berichte VDI Reihe 3 Nr 442; Düsseldorf: VDI Verlag 1996, Kapitel 4).
    Als Kationenaustauschermembranen eignen sich besonders Polymere wie Polyethylen, Polyacrylate, Polysulfon und perfluorierte Polymere mit negativ geladenen Gruppen wie Carboxylat- und Sulfonatgruppen, die zu Folien verarbeitet sind.
    Geeignete perfluorierte Polymere sind beispielsweise solche der allgemeinen Formel (III)
    Figure 00060001
  • u= 5 bis 13,5
  • w= 500 bis 1500
  • v= 1,2 oder 3
    • In Formel (III) können die Sulfonatgruppen auch durch Carboxylatgruppen ersetzt sein.
    Solche Folien sind handelsüblich und beispielsweise unter den Handelsnamen Nafion ®, (Fa. E.I. Du Pont de Nemours and Company) und Gore Select ® (Fa. W.L. Gore & Associates, Inc.) erhältlich.
    Es hat sich teilweise als vorteilhaft herausgestellt, den Festkörperelektrolyten in Form eines mit einem gegebenfalls N-alkylierten Carbonsäureamid mit 1 bis 15 C-Atomen gequollenen Gels einzusetzten, das erhältlich ist, indem man die Kationenaustauschermembran in dem Carbonsäureamid solange quellen läßt, bis das entstandene Gel das 1,2 bis 10 fache Gewicht der eingesetzten Kationenaustauschermembran aufweist. Die Gewichtszunahme läßt sich ermitteln, indem man die Membran vor der Quellung wiegt, unmittelbar nach der Herausnahme aus dem Quellmedium durch Abtupfen mit einem saugfähigen Vlies von der es benetzenden Flüssigkeit befreit und direkt danach eine Differenzwägung durchführt.
    Besonders vorteilhaft führt man die Quellung mit N,N-Dimethylformamid durch. Die Quellung wird zweckmäßigerweise bei einer Temperatur von 50 bis 120°C durchgeführt.
    Bei dem Festkörperelektrolyten kann es sich um eine einzige Kationenaustauschermembran oder um eine Schicht aus mehreren, bevorzugt 2 bis 10 Membranen übereinander handeln. Der Festkörperelektrolyt weist günstigerweise eine Dicke von 0,025 bis 0,2 mm auf.
    Als Anoden- oder Kathodenmaterialien, mit denen bevorzugt die gesamte Fläche des Festkörperelektrolyten in Kontakt stehen, kommen poröse, elektrisch leitfähige Materialien, insbesondere Graphitfilzplatten, Kohlefilzplatten, oder textile Materialen, die an der Kontaktfläche zum Festkörperelektrolyten mit Kohlenstoff bedeckt sind, in Betracht.
    Die Elektrolyseflüssigkeit, die mit der Anode in Kontakt steht, enthält
    • 10 bis 95, bevorzugt 50 bis 80 Gew.-% Methanol,
    • 1 bis 50, bevorzugt 5 bis 15 Gew.-% Verbindungen ausgewählt aus einer Gruppe von Verbindungen, bestehend aus den Verbindungen der Formel I und II, wobei der Anteil an Verbindungen der Formel II in der Elektrolytlösung, bezogen auf den Anteil der Verbindungen dieser Gruppe, mindestens 1 Mol-% beträgt
    • 1 bis 50 bevorzugt 15 bis 35 Gew.-% eines ggf. N-alkylierten Carbonsäureamids mit 1 bis 15 C-Atomen oder eines N-alkylierten Harnstoffs mit 3 bis 15 C-Atomen und
    • 0 bis 30 Gew-%, bevorzugt 0 bis 20 eines sonstigen inerten Lösungsmittels
    Der Anteil der Verbindungen der Formel (I) an den Verbindungen, ausgewählt aus der Gruppe Verbindungen der Formel I oder II, beträgt von 100 (beispielsweise zu Beginn der Umsetzung) bis zu 1 mol-% (beispielsweise am Ende der Umsetzung).
    Als ggf. N-alkylierte Carbonsäureamide mit 1 bis 15 C-Atomen kommen Verbindungen wie Formamid, N-Methylformamid, N,N-Dimethylformamid, Acetamide, N-Methylpyrolidon, Pyrrolidon sowie Benzamid in Betracht. Geeignete Harnstoffe sind N,N,N',N'-Tetramethyharnstoff.
    Geeignete sonstige Lösungsmittel sind solche, die mit den Verbindungen der Formel (I) und (II) unter den Verfahrensbedingungen praktisch keine Reaktion eingehen, also beispielsweise Wasser, Ether, Acetonitril, Benzonitril, Sulfolan, und Ester wie Essigsäuremethylester. Im allgemeinen beträgt der Anteil von Wasser in der Elektrolyseflüssigkeit nicht mehr als 10, bevorzugt 2 und ganz besonders bevorzugt nicht mehr als 0,5 Gew.-%.
    Die Elektrolyseflüssigkeit enthält im wesentlichen keine der ansonsten in konventionellen Zellen eingesetzten Leitelektrolyte wie Säuren, Laugen oder Leitelektrolyte, d.h., daß er im allgemeinen weniger als 10 , besonders bevorzugt weniger als 1, ganz besonders bevorzugt weniger als 0,1 Gew.% dieser Leitelektrolyte enthält.
    Zweckmäßigerweise führt man das erfindungsgemäße Verfahren so durch, daß die Elektrolyseflüssigkeit die Anode parallel zur Grenzfläche Festkörperelektrolyt/Anode bevorzugt kontinuierlich durchströmt. Geeignet sind Strömungsgeschwindigkeiten der Elektrolyseflüssigkeit relativ zur Anode von 1 bis 10 cm/s.
    Die Stromdichte beträgt im allgemeinen 0,1 bis 40, bevorzugt 1 bis 10 A/dm2 . Die Spannungen, die erforderlich sind, diese Stromdichten zu erreichen, betragen im allgemeinen 2 bis 20, bevorzugt 3 bis 10 Volt. Bei höheren Spannungen besteht die Gefahr der irreversiblen Schädigung des Festkörperektrolyten.
    Im allgemeinen ist die Temperatur, bei der man die Elektrolysezellen betreibt, unkritisch. Besonders lange Standzeiten lassen sich erzielen, wenn man sie bei der Siedetemperatur der Elektrolyseflüssigkeit oder einer Temperatur bis zu 5°C unterhalb des Siedepunktes betreibt.
    Entsprechend der Funktionsweise von Eletrolysezellen, die mit Kationenaustauschermembranen als Festkörperelektrolyt arbeiten, werden an der Katohode üblicherweise Protonen zu Wasserstoff reduziert.
    Die Zellen, in denen sich das Verfahren ausüben läßt, sind bekannt und beispielsweise in loc. cit, Kapitel 4.2 sowie in der DE-A-19533773 beschrieben.
    Für die Ausübung des Verfahrens im industriellen Maßstab eignen sich insbesondere die in der DE-A-19533773 beschriebenen seriell geschalteten Plattenstapelzellen.
    Diese Plattenstapelzellen sind aus miteinander in Kontakt stehenden, parallel zueinander ausgerichteten Schichten aufgebaut, wobei sich die Schichten aus dem porösen, elektrisch leitfähigen Materials und die aus dem Festkörperelektrolyten abwechseln. Der grundsätzliche Aufbau von Plattenstapelzellen ist beispielsweise aus "Experiences with an Undivided Cell", Franz Wenisch et al. , AIChE Symposium Series No 185, Vol. 75, Seiten 14 bis 18 bekannt.
    Die Verbindungen der Formel (I), die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren im allgemeinen als Gemisch mit den Ausgangsverbindungen anfallen, können nach allgemein bekannten Verfahren wie Kristallisation oder Destillation oder chromatographisch getrennt werden.
    Experimenteller Teil
    Tabelle 1 gibt die Bedingungen wieder, unter denen das Beispiel 2 (erfindungsgemäß) und das Beispiel 1 (zum Vergleich) durchgeführt wurden. Das Ergebnis ist in Abb. 1 wiedergegeben. Zudem wurde bei Beispiel 1 im Gegensatz zu Beispiel 2 ein hoher Anteil unerwünschter hochmolekularer Produkte gebildet, die sich in üblichen Lösungsmitteln nicht vollständig lösten.
    Figure 00100001

    Claims (10)

    1. Verfahren zur Herstellung von Verbindungen der allgemeinen Formel I
      Figure 00110001
      mit folgender Bedeutung für R1, A, B, m und n:
      R1:
      unabhängig voneinander Wasserstoff, C2- bis C4-Alkyl, C1-bis C4-Alkoxy oder Halogen
      A:
      unabhängig voneinander Methylen, Carbonyl oder -CH(OCH3)-
      B:
      unabhängig voneinander H oder O-CH3
      m:
      eine Zahl von 0 bis 3
      n:
      eine Zahl von 1 bis 3
      wobei die Verbindungen der allgemeinen Formel (I) eine Oxidationszahl von 1 bis 9 aufweisen und sich die Oxidationszahlen der Verbindungen der Formel I additiv aus den Oxidationszahlen der Gruppen A und B, die dabei entsprechend ihrer Anzahl in der Formel (I) berücksichtigt werden, zusammensetzen, mit der Maßgabe, daß
      A = Methylen die Oxidationszahl 0,
      A = -CH(OCH3)- die Oxidationszahl 1
      A = Carbonyl die Oxidationszahl 2,
      B = H die Oxidationszahl 0
      B = -OCH3 die Oxidationszahl 1
      hat,
      durch elektrochemische Oxidation von Verbindungen der allgemeinen Formel II
      Figure 00110002
      in der
      die Guppen R1, m und n die gleiche Bedeutung wie in Formel I haben,
      die Gruppen X die gleiche Bedeutung wie die Gruppen A in Formel I haben
      die Gruppen X die gleiche Bedeutung wie die Gruppen B in Formel I haben
      die Gruppen X und Y jedoch im Unterschied zu den Gruppen A und B der Formel (I) so ausgewählt sind, daß die Oxidationszahl der Verbindungen der Formel (II) wenigstens um 1 niedriger ist als die der Verbindungen der Formel (I), wobei die Oxidationszahlen der Verbindungen der Formeln (II) und Gruppen X und Y analog zu denen Verbindungen der Formeln (I) und Gruppen A und B berechnet werden
      wobei man die Oxidation in einer Elektrolysezelle durchführt, die aufgebaut ist aus
      einem Festkörperelektrolyten, der aus einer Kationenaustauschermembran oder mehreren übereinander liegenden Schichten von Kationenaustauschermembranen besteht
      einer Kathode und einer Anode, die mit diesem in direktem Kontakt stehen,
      unter Verwendung einer Elektrolyseflüssigkeit, bei der es sich um eine im wesentlichen Leitelektrolyt-freie organische Lösung handelt, enthaltend
      10 bis 90 Gew.-% Methanol,
      1 bis 50 Gew.-% Verbindungen ausgewählt aus einer Gruppe von Verbindungen, bestehend aus den Verbindungen der Formel I und II, wobei der Anteil an Verbindungen der Formel II in der Elektrolytlösung, bezogen auf den Anteil der Verbindungen dieser Gruppe, mindestens 1 Mol-% beträgt,
      1 bis 50 Gew.-% eines ggf. N-alkylierten Carbonsäureamids mit 1 bis 15 C-Atomen oder eines N-alkylierten Harnstoffs mit 3 bis 15 C-Atomen und
      0 bis 30 Gew-% eines sonstigen inerten Lösungsmittel.
    2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der Anode um eine Schicht eines porösen, elektrisch leitfähigen Materials handelt, das ganzflächig mit dem Festkörperelektrolyt in Kontakt steht.
    3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der Anode um eine Graphitfilzplatte, eine Kohlefilzplatte oder ein textiles Material handelt, das an der Kontaktfläche zum Festkörperelektrolyten mit Kohlenstoff bedeckt ist.
    4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrolyseflüssigkeit die Anode parallel zur Grenzfläche Festkörperelektrolyt/Anode durchströmt.
    5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß man das Verfahren in einer seriell geschalteten Plattenstapelzelle durchführt, die aufgebaut ist aus miteinander in Kontakt stehenden, parallel zueinander ausgerichteten Schichten, wobei sich die Schichten aus dem porösen, elektrisch leitfähigen Material und die aus dem Festkörperelektrolyten abwechseln.
    6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man als Festkörperelektrolyt ein Gel aus einem perfluorierten Kationenaustauschermembran und einem gegebenfalls N-alkyliertes Carbonsäureamid mit 1 bis 15 C-Atomen einsetzt, das erhältlich ist, indem man die perfluorierte Kationenaustauschermembran in dem Carbonsäureamid solange quellen läßt, bis das entstandene Gel das 1,2 bis 10 fache Gewicht der eingesetzten Kationenaustauschermembran aufweist.
    7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß man zur Quellung der perfluorierten Kationenaustauschermembran N,N-Dimethylformamid einsetzt.
    8. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß man die Elektrolysezelle bei der Siedetemperatur der Elektrolyseflüssigkeit oder einer Temperatur bis zu 5°C unterhalb des Siedepunktes betreibt.
    9. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß man als gegebenenfalls N-alkyliertes Carbonsäureamid mit 1 bis 15 C-Atomen, welches Bestandteil der Elektrolyseflüssigkeit ist, N,N-Dimethylformamid einsetzt.
    10. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß man als Kationenaustauschermembran ein perfluoriertes Polymer, das Sulfonatgruppen trägt, einsetzt.
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    J. JÖRISSEN: "ion-exchange membranes as solid polymer electrolytes (SPE)in electro-organic syntheses without supporting electrolytes.", ELECTROCHIMICA ACTA, vol. 41, no. 4, 1996, pages 553 - 562, XP002115510 *
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