FI61683B - Foerfarande foer framstaellning av malonsyradialkylestrar - Google Patents

Description

GjSr^l r, KUULUTUSJULKAISU

ΉΒΓα LbJ UTLÄGGNI ngsskrift οΐοοό PIS) ‘-τ“v-'ir; tty 10 «J9 1932 jiSA#) Patent ueddelat 's^r-,</ (51) Kv.ik?/int.a.3 C O? C 67/36 SUOMI—FIN LAN D (21) Ptt«nttihik«mut — Patwicaiwttknlng 3^51/7^ (22) Hik«mlspitvl — An*eknlng*d»g 28.11.7^ (23) Alkupllvt — Giklghaodag 28.11.7k (41) Tullut |ulk)Mlul — Bllvlt offantlig 02.06.75

Patentti· ja rekisterihallitut .... , . ,. .

* (44) NihtSviksIpanon Ja kuuL|ulkal«in pvm.— oi qc ap

Patent* och registerstyrelsen Ansdkart utlagd och utl.ikrlftan publicerad J * (32)(33)(31) Pyydetty etuoikeus— Begird prloritet 01.12.73 Saksan Liittotasavalta-Förbundsrepubliken Tyskland(DE) P 2359963.5 (71) Dynamit Nobel Aktiengesellschaft, 521 Troisdorf, Saksan Liittotasavalta- Förbundsrepubliken lysklandiDE) (72) Moustafa El-Chahawi, Troisdorf, Uwe Prange, Niederkassel-Ranzel,

Hermann Richtzenhain, Much-Schwellenbach, Wilhelm Vogt, Köln-Siilz,

Saksan Liittotasavalta-Förbundsrepubliken Tyskland(DE) (7^+) Oy Kolster Ab (5*0 Menetelmä malonihappodialkyyliestereiden valmistamiseksi - Förfarande för framställning av malonsyradialkylestrar

Esillä oleva keksintö sisältää malonihappodialkyyliestereiden valmistusmenetelmän, jossa halogeenietikkahappoalkyyliesterit saatetaan reagoimaan hiilimonoksidin ja alkoholien kanssa metallikarbonyylien ja emäksisten yhdisteiden läsnäollessa. Malonihappodialkyyliestereiden valmistus monokloorietikkahaposta aika lisyanidin avulla syaanietikkahapoksi, nitriilin saippuoiminen ja sitä aeuraava esteröinti diesteriksi, on tunnettu (Ullmann (i960), 12. Bd. s. 192)« Epätyydyttävää tässä menetelmässä on reaktion monta askelta sisältävä kulku. Tämän lisäksi voidaan malonihappodialkyyliestereitä saada lähtien kloorietikka-happoesterin ja kobolttitetrakarbonyylivedyn Na-suolan stökiömetrisen määrien välisestä reaktiosta NaCl lohjetessa ja välituotteen muodostuessa, karbonyloi-malla ja hajottamalla tämä (H.F. Heck ja L.S. Breslow, J.Am. Ghem. Soc., 85. 2779-82 (1965))· Tämä menetelmä tuottaa kuitenkin huonot saannot.

Nyt keksittiin, että malnnihappodialkyyliestereitä voidaan valmistaa yksinkertaisella tavalla karbonyloimalla halogeenietikkahappoalkyyliestereitä 0,5 ja 150 at välisissä paineissa katalyyttisten määrien metallikarbonyylejä ja alkoholien sekä emäksisten aineitten läsnäollessa.

Keksinnön kohteena on siis menetelmä malonihappodialkyyliestereiden valmis- 2 61 6 8 3 tamiseksi saattamalla halogeenietikkahappoalkyyliesterit reagoimaan hiilimonoksidin ja alkoholin kanssa, tunnettu siitä, että balogeenietikkahappoesterin reaktio hiilimonoksidin ja alkoholin kanssa suoritetaan emäksisten aineitten ja katalyyttisten määrien metallikarbonyylejä läsnäollessa.

Reaktio tapahtuu seuraavan yhtälön mukaan

HalCH2- COOR+CO+R·OHR00C-CH2-C00R1+HHal

Reaktioyhtälössä tarkoittavat R ja R' primäärisiä, sekundäärisiä tai tertiäärisiä alkyyliryhmiä, joissa on 1-8 C-atomia, jolloin R ja Rf voivat olla erilaisia tai samanlaisia ryhmiä, ja Hai klooria, bromia tai jodia. Muodostunut halogeenivety sitoutuu emäksiseen aineeseen;

Esillä olevan keksinnön mukaisesti valmistuvat maloniesterit erittäin yksinkertaistetulla ja taloudellisella tavalla yksivaiheisella menetelmällä. Edelleen ovat muulla tavalla vain vaikeasti saatavat malonihappoesteriseokset näin helposti valmistettavissa. Esimerkiksi malonihappometyylietyyliesteriä saadaan hyvällä saannolla saattamalla kloorietikkahappometyyliesteri reagoimaan CO:n kanssa kobolttikarbonyylien ja K^CO^in läsnäollessa etanolissa.

Reaktio tapahtuu tavallisesti reagoivia aineita ja apuaineita hyvin sekoittamalla niiden liuoksessa tai suspensiossa. Reaktio voidaan suorittaa eri tavoin. Koko reaktiota varten tarvittava määrä emäksistä ainetta voidaan ensin liuottaa tai suspendoida metallikarbonyylin kanssa ja lisätä sitten halogeeni-etikkaesteri. Mutta halogeenietikkaesteri ja emäksinen aine voidaan myös lisätä metallikarbonyylin liuokseen. Lopulta voidaan aloittaa halogeenietikkaeste-rin ja metallikarbonyylin liuoksesta ja lisätä siihen emäksinen aine sopivaan alkoholiin liuotettuna tai suspendoituna.

Emäksisen aineen määrän on oltava vähintään 1 moolia yksiemäksistä emäksistä ainetta tai 0,5 moolia kaksiemäksistä emäksistä ainetta halogeenietikka-esterimoolia kohti. Emäksistä ainetta voidaan käyttää myös ylimäärin. Emäksisenä aineena voidaan käyttää sellaisia yhdisteitä, joiden läsnäollessa annetuissa reaktio-olosuhteissa muodostuneen maloniesterin jatkoreaktio halogeeni-etikkaesterin kanssa jää tapahtumatta.

Sopivia emäksisisä aineita ovat emäksisesti reagoivat alkali- tai maa-alkalimetallien suolat kuten karbonaatit, bikarbonaatit, asetaatit, sek. ja tert. fosfaatit, maa-alkalimetallien oksidit kuten MgO ja CaO, sekä tert. amiinit kuten trietyyliamiini.

Sopivia alkoholeja ovat sellaiset 1-8 C-atomia sisältävät primääriset, sekundääriset tai tertiääriset, jotka voivat mahdollisesti olla substituoituja esimerkiksi 1-5 C-atomia sisältävillä alkyyliryhmillä, kuten metanoli, etanoli, propanoli, iso-propanoli, tert. butanoli, n-butanoli, £-etyyliheksanoli.

3 61683

Mainittujen reagoivien aineiden välinen reaktio suoritetaan lämpötila-alueella 10°C-200°C, edullisesti välillä 20 C-150°C. Reaktioaika on 1-6 tuntia valitusta lämpötilasta ja valitusta paineesta sekä sekoituksesta riippuen.

Halogeenietikkaesterin reaktio tapahtuu jo vähäisellä, esimerkiksi 0,5 at, CO-paineella. Tarkoituksen mukaisesti työskennellään korkeammilla paineilla alueella aina 150 at saakka korkeamman tila/aika^-saannon saavuttamiseksi, Edullisesti työskennellään paineilla välillä 5-80 at.

Metallikarbonyylien ryhmistä käytetään katalysaattorina kobolttikar-bonyyliä. Katalysaattori voidaan lisätä sellaisenaan tai sopivassa liuot-timessa.

Sopivia liuottimia tähän tarkoitukseen ovat muun muassa alifaattiset tai sykliset eetterit kuten dietyyli-, dipropyylieetteri, 1,2-dimetoksietaani, terahydrofuraani, dioksaani, 1-8 C-atomia sisältävät alkoholit, ketonit kuten asetoni tai metyylietyyliketoni, esterit kuten etikkahapon esterit alempien alkoholien kanssa, erityisesti 1-5 C-atomia sisältävien alkoholien kanssa. Metallikarbonyyli käytetään tarkoituksenmukaisesti liuoksen muodossa, joka muodostuu karbonyloitaessa metalliyhdiste tavallisissa karbonyloimisolosuhteissu, esim. kobolttikarbonaatti joissain mainitussa liuottimessa.

Metallikarbonyylin ja halogeenietikkahappoesterin moolisuhde voi olla välillä 1:2 - 1:500, edullisesti välillä 1:5 - HIOO.

Lähtöaineita malonihappodialkyyliestereiden valmistuksessa ovat monohalo-geenietikkahappoalkyyliesterit, kuten kloori-, bromi- tai jodietikkahappoes-terit. Kloorietikkaesterit ovat edullisia helposti saatavina.

C0:n ja mahdollisesti emäksisen aineen annostelu tapahtuu 1-6 tunnin välisenä aikana. Puhtaan CO :n asemasta voidaan käyttää myös inerttikaasulla ohennettua CO, esim. vesikaasua. Keksinnön mukaisella menetelmällä valmistetut malonihappoesterit ovat tunnetusti arvokkaita kemiallisia puolivalmisteita esim. farmaseuttisten aineiden valmistuksessa.

Esimerkki 1 50 g Co0(CO)Q ja 80 g (2 moolia) MgO kuumennetaan yhdessä 400 ml:ssa o etanolia 2 1-iskuautoklaavissa 5 at paineessa 55°C:ssa. 5 tunnin kuluessa lisätään 245 S (2 moolia) kloorietikkahappoetyyliesteriä 200 ml:ssa etanolia, jolloin joka puolen tunnin kuluttua reagoinut CO täydennetään 5 at paineella. Seosta pidetään vielä 2 tunnin ajan 55°C:ssa. Reaktion päätyttyä lisätään vettä, tehdään H2S0^:llä happamaksi ja uutetaan eetterillä. Tislaamalla saadaan 25 g kloorietikkahappoetyyliesteriä ja 181 g malonihappodietyyliesteriä ( saanto 62,5 $)· 4 61683

Esimerkki 2

Esimerkin 1 olosuhteissa käyttäen kuitenkin 400 ml metanolia ja 160 g (1,15 moolia) K^CO^emäksisenä aineena sekä 50 at:n COrpainetta lisätään 3} tunnin kuluessa 216 g (2 moolia) kloorietikkahappometyyliesteriä 200 ml:ssa CH^OH. Reaktion jälkeen erotetaan reaktioseos saostuneesta siiolasta imulla ja tislataan. 16,6 g kloorietikkahappometyyliesterin ohella saadaan 238 g malonihappodimetyyliesteriä (97% saanto).

Esimerkki 5

Analogisesti esimerkki 2, kanssa, kuitenkin käyttämällä 60 g (1,1 moolia) GaO emäksisenä aineena, saadaan reaktion päätyttyä 32 g kloorietikkahapporae-tyyliesterin ohella 154 g malonihappoadimetyyliesteriä (68, 5 $ saanto). Esimerkki 4

Analogisesti esimerkin 2 kanssa, kuitenkin käyttämällä 108 g (l mooli) kloorietikkahappometyyliesteriä, 10 g COgiCOjg ja 180 g (l,l moolia) NagHPO^ emäksisenä aineena metanolissa, saadaan reaktion päätyttyä 1 g Cl-etikkahappo-metyyliesterin ohella 60,5 g malonihappodimetyyliesteriä (49$ saanto).

Esimerkki 5

Analogisesti esimerkin 4 kanssa, kuitenkin käyttämällä 82 g (0,5 moolia) Na^PO^ emäksisenä aineena, saadaan reaktion päätyttyä 1,5 g kloorietikkahappo-metyyliesterin ohella 98,5 g malonihappodimetyyliesteriä (saanto 76 $).

Esimerkki 6

Analogisesti esimerkin 4 kanssa, kuitenkin käyttämällä 112 g trietyyli-amiinia emäksisenä aineena, saadaan reaktion päätyttyä 8 g kloorietikkahappo- metyyliesterin ohella 81,5 g malonihappodimetyyliesteriä (saanto 67%).

Esimerkki /

Analogisesti esimerkin 2 kanssa käytetään 340 g (1,65 moolia) kloorietikka-happo-2-etyyliheksyyliesteriä, 130 g (0,93 moolia) KgCO^, 700 ml 2-etyylihek-sanolia ja 25 g Co0(CO)Q. Saadaan 347 g malonihappodi-2-etyyliheksyyliesteriä

C O

(saanto 66$).

Esimerkki 8

Analogisesti esimerkin 2 kanssa, kuitenkin käyttämällä 700 ml etanolia metanolin asemasta, saadaan jatkotoimien jälkeen 80 g kloorietikkahappometyyli-esteriä, 106 g malonihappometyylietyyliesteriä ja 105 g malonihappodietyyli-esteriä.

Esimerkki 9

Analogisesti esimerkin 2 kanssa, kuitenkin käyttämällä 216 g kloorietikka- happometyyliesteriä, 20g Co(CO)0 ja 60 g CaO emäksisenä aineena metanolissa,

O

saadaan reaktion päätyttyä 33 g kloorietikkahappometyyliesterin ohella (15 $) 131 g malonihappodimetyyliesteriä (saahto 59,5$)· 5 61683

Esimerkki 10

Analogisesti esimerkin 2 kanssa, kuitenkin käyttämällä 5 g C0o(C0) . o 2 8 ja 100 C reaktiolämpötilana, saadaan reaktion päätyttyä 38 g kloorietikka- happometyyliesterin ohella 180 g malonihappodimetyyliesteriä (saanto 83,5%).

Esimerkki 11

Analogisesti esimerkin 2 kanssa, kuitenkin käyttämällä 85»5 g bromietikka-happoetyyliesteriä, 8 g Co2 (C0)8 ja 80 g K2C°3 emäksisenä aineena etanolissa, saadaan 57 g malonihappodietyyliesteriä (saanto 71$).

Esimerkki 12

Analogisesti esimerkin 2 kanssa, kuitenkin käyttämällä 250 g kloorietikka-happoetyyliesteriä, 10 g Co0(CO) ja 106 g Na CO, emäksisenä aineena, saadaan c O c y reaktion päätyttyä 141 g kloorietikkahappoetyyliesteriä (56$) ja 90 g malonihappodietyyliesteriä (saanto 65$).

Esimerkki 15 108 g ( 1 mooli) kloorietikkahappometyyliesteriä karbonyloidaan esimerkissä 2 annetuissa olosuhteissa. Puhtaan C0:n asemasta käytetään COiH^-seosta 1:1 70 at:ssä. Tislaus tuottaa 11,8 g kloorietikkahappometyyliesteriä ja 108,2 g malonihappodimetyyliesteriä (saanto 91$)·

Esimerkki 14 250 ml etanolia, 7$ g (0,55 moolia) KgCO^, 7,5 g emäksistä kobolttikarbonaattia, 1 g Na2S20^, 0,5 g 6o(0H)2 ja 0,5 g Co2(C0)g saatetaan reagoimaan keskenään 150°C:saa ja 100 at kylmäpaineessa tunnin ajan 2 1-iskuautoklaavissa. Sitten lisätään 250 ml etanolia 4 tunnin kuluessa. Jatkotoimien jälkeen saadaan 82 g malonihappodietyyliesteriä (saanto 51,2$) hydroksietikkahappoetyyli-esterin ohella.

Esimerkki 15 2 1- iskuautoklaaviin pannaan 76 g (0,55 moolia) Κ,,ΟΟ^* 300 ml metanolia ja 5 ml Fe(C0)^. 60°Ctssa ja 48 at:ssä lisätään 5 tunnin kuluessa 108 g (l mooli) kloorietikkahappometyyliesteriä ja 200 ml metanolia. Reaktioseokseen lisätään H20 »tehdään happamaksi HgSO^illä ja uutetaan eetterillä. Saadaan 44,2 g kloorietikkahappometyyliesteriä ja 12 g malonihappodimetyyliesteriä (saanto 15,5$).

Esimerkki 16 150 ml Coo(C0) 10$ liuosta etikkahappometyyliesterissä yhdistetään 2 8 I50 ml jaan metanolia pyörökolvissa. Sitten lisätään sekoittaen 30 minuutin aikana CO 600 mm Hg:n ylipaineella ja 55°Cissa. 3 tunnin kuluessa lisätään tipoittain 108 g (l mooli) kloorietikkahappometyyliesteriä ja 40 g Mg0(l mooli) annoksittain johtaen seokseen kaiken aikaa CO. Sitten sekoitetaan vielä 2 tunnin ajan, kunnes ei enää tapahdu C0:n kulumista. Sitten lisätään reaktioseokseen vettä, -tehdään happamaksi rikkihapolla ja uutetaan eetterillä. Eetterin 6 61683 poistamisen jälkeen eristetään 46 g malonihappodimetyyliesteriä (saanto 56%) ja 4»5 g kloorietikkahappometyyliesteriä.

Esimerkki 17

Esimerkin 9 olosuhteissa, kuitenkin käyttämällä 10 g COgiCO^ 150 ml jaan metanolia liuotettuna, lisätään 70 g K^CO^ (0,5 moolia) emäksisenä aineena ja 108 g (l mooli) kloorietikkahappometyyliesteriä saatetaan reagoimaan C0:n kanssa. Reaktioseos erotetaan saostuneesta suolasta ja tislataan seuraavaksi metanoli pois ja sitten tuote. Saadaan 44,5 S kloorietikkahappometyyliesteriä ja 46 g malonihappodimetyyliesteriä (saanto 59,2$).

Esimerkki 18

Esimerkin 9 olosuhteissa, kuitenkin käyttämällä 50 ml CogiOO)^ 20%-liuosta tetrahydrofuraanissa, 60 g (0,6 moolia) CaCO^ emäksisenä aineena ja 550 ml metanolia liuottimena, saatetaan 108 g (l mooli) kloorietikkahappometyylieste-riä reagoimaan hiilimonoksidin kanssa. Saadaan 67 g kloorietikkahappometyyli-esteriä ja 5 g malonihappodimetyyliesteriä.

Esimerkki 19

Analogisesti esimerkin 9 kanssa, kuitenkin käyttämällä 10 g COjiCO)^ ja 04 g (l mooli) NaHCO^, saadaan jatkotoimien jälkeen 89,9 9¾ kloorietikkahappo-metyyliesteriä ja 8i<> malonihappodimetyyliesteriä.

Esimerkki 20

Analogisesti esimerkin 20 kanssa, kuitenkin käyttämällä 10 g Coo(C0) ja 164 g (2 moolia) Na-asetaattia, saadaan jatkotoimien jälkeen 88,5 g fraktio, joka kaasukromatogrammin mukaan sisältää 62,59¾ kloorietikkahappometyyliesteriä ja 18,89» malonihappodimetyyliesteriä.

Esimerkki 21 122,5 S (l mooli) kloorietikkahappoetyyliesteriä karbonyloidaan käyttämällä 10 g Coo(C0)o, 76 g (0,55 moolia) ja KoC0, ja 400 ml tert-butanolia έ v o i > 2 l-iskuautoklaavissa 70 C:ssa ja 60 at C0-paineessa 6 tunnin kuluessa. Reaktio-seokseen lisätään vettä, se tehdään happamaksi HgSO^jllä ja uutetaan eetterillä, Tislaus tuottaa 6,8 g kloorietikkahappoesterin ohella 11,4 g malonihappodietyyli-esteriä (saanto 7,5$)* H4 g malonihappoetyyli-tert.-butyyliesteriä (saanto 64$) ja jälkiä malonihappodi-tert.-butyyliesteristä.

7 61683

Esimerkki 22 1 litran mäntäautoklaaviin pannaan 10,4 S (0,03 moolia) Co„(C0)Q, 138 g

C O

(1 mooli) KgCOj ja 136,5 g (1 mooli) kloorietikkahappoisopropyyliesteriä sekä 120 g isopropanolia. Autoklaavi huuhdotaan 3 kertaa CO:11a ja paine säädetään 6 barin CO-ylipaineeseen. Sitten kuumennetaan 60-70°C:seen, jolloin paine aluksi nousee 7»5 bariin. Tällöin alkaa CO-sitoutuminen. 4 barin CO-paineessa kohotetaan paine aina 6 bariin, kunnes noin 4 tunnin kuluttua C0:n sitoutuminen on päättynyt. Autoklaavin jäähdyttyä se huuhdotaan typellä. Reaktioseokses-ta saadaan takaisin jatkokäsittelyssä 19♦Θ g kloorietikkahappoisopropyyli-esteriä, joten reaktio on tapahtunut 85,5-$:isesti. Reaktiotuotteina saadaan 146,3 g malonihappodi-isopropyyliesteriä (saanto 91 i°) ja 3*7 g etikkahappo-isopropyyliesteriä (saanto 4»3 $).