NL7808605A

NL7808605A - Werkwijze voor de bereiding van delta-ketozuren en derivaten hiervan.

Info

Publication number: NL7808605A
Application number: NL7808605A
Authority: NL
Original assignee: Stamicarbon
Priority date: 1978-08-19
Filing date: 1978-08-19
Publication date: 1980-02-21
Also published as: JPS6410507B2; US4267362A; CA1140573A; JPS5528983A; EP0008482A1; DE2965248D1; EP0008482B1

Description

. . i ~ i 3017 / STAM I CARBON B.V.

Uitvinders: Peter J.N. MEYER te Munstergeleen Josef M. PENDERS te Maastricht

WERKWIJZE VOOR DE BEREIDING VAN DELTA.-KETOZUREN EN DERIVATEN HIERVAN

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor de bereiding van delta-ketozuren en derivaten hiervan door reactie in de vloeistoffase van een keton met een acrylzuur of een acrylzuur-derivaat.

5 Bij een dergelijke reactie, die bekend is onder de naam

Michael-additie, kunnen verbindingen worden verkregen die geschikt zijn als uitgangsprodukt voor de bereiding van waardevolle produkten. De delta-ketozure ester die men verkrijgt bij additie van een acrylzure ester aan cyclohexanon kan bijvoorbeeld worden 10 omgezet (zie het Amerikaanse octrooischrift 3.442.910) in dihydrocumarine, welke verbinding van belang is voor de reukstoffenindustrie. Bij additie van acrylzuur of een acrylzure ester aan aceton verkrijgt men een verbinding die gecycliseerd kan worden tot dihydroresorcinol, welke verbinding kan worden gedehydrogeneerd tot 15 resorcinol, een bekende grondstof voor de kunststoffenindustrie.

Het is bekend (zie bijvoorbeeld de Britse octrooischriften 1.303.949, 1.389.510 en 1.476.153) bij de additie van een keton, dat tenminste één geactiveerd H-atoom op de alpha-plaats bezit, aan een acrylzuur of aan de ester of het nitrile, van een dergelijk 20 zuur, een primair amine of een Schiffse base als katalysator toe te passen. Ook een secundair amine zoals piperidine is als katalysator genoemd voor een dergelijke reactie (zie Adams, organic reactions, vol. 10, p. 415-477, John Wiley and Sons 1959).

Er is nu een katalysator gevonden waarmee bij genoemde 25 additie-reactie een beter resultaat kan worden verkregen.

7808605 ί -2-

De werkwijze volgens de uitvinding voor de bereiding van delta-ketozuren en derivaten hiervan door reactie in de vloeistoffase van een keton, dat tenminste één geactiveerd H-atoom op de alpha-plaats bezit, met een acrylzuur of een acrylzuur-derivaat en met 5 behulp van een katalysator is hierdoor gekenmerkt, dat men een cyclisch secundair amine waarbij aan de amine-groep een CC-/$-onverzadigde verbinding is geaddeerd, toepast als katalysator.

Bij toepassing van een katalysator volgens de uitvinding kan een hogere selectiviteit, zowel t.o.v. het keton als t.o.v.

10 de acrylverbinding, en een geringer katalysator-verbruik worden bereikt dan het geval is bij toepassing van de bekende katalysatoren.

Bij de werkwijze volgens de uitvinding kan men uitgaan van diverse ketonen zoals bijvoorbeeld aceton, methyl-ethylketon, methylpropylketon, diethylketon, methylisopropylketon, cyclo-15 pentanon, cyclohexanon, 2-methylcyclohexanon en 4-methylcyclo- hexanon. De werkwijze volgens de uitvinding is bijzonder geschikt voor de omzetting van aceton en cyclohexanon. Verschillende acryl-zuren en derivaten hiervan kunnen bij de werkwijze volgens de « uitvinding worden toegepast. Voor de praktijk zijn vooral van belang 20 acrylzuur, methacrylzuur, crotonzuur alsmede esters, het nitrile en het amide van deze zuren. Een zeer goed resultaat kan worden behaald bij toepassing van de methyl- en ethyl-ester en het nitrile van de genoemde zuren. De verhouding tussen de hoeveelheid keton en de hoeveelheid acryl-verbinding kan worden gevariëerd. Theoretisch 25 is per mol acryl-verbinding 1 mol keton nodig. Meestal wordt bij de omzetting van een aliphatisch keton, een overmaat keton toegepast.

Een hoeveelheid van meer dan 10 mol aliphatisch keton per mol acryl-verbinding kan worden toegepast, doch heeft geen practisch voordeel tot gevolg. De optimale verhouding keton : acrylverbinding kan in 30 de praktijk gemakkelijk experimenteel worden vastgesteld.

De katalysator volgens de uitvinding kan op diverse cyclische secundaire aminen gebaseerd zijn zoals bijvoorbeeld pyrrolidine, piperidine, morpholine en piperazine, welke aminen eventueel aan een of meerdere C-atomen met een alkyl-groep van 35 1-4 C-atomen gesubstitueerd kunnen zijn. Van de genoemde aminen 7808605 -3- k * i is pyrrolidine zeer geschikt omdat dan behalve een hoge selectiviteit ook een bevredigende conversie kan worden bereikt. De Ot-^-onverza-digde verbinding waarop de katalysator mede is gebaseerd kan verschillend worden gekozen. Zeer geschikt zijn acrylzuur, 5 methacrylzuur, crotonzuur, esters van deze zuren, zoals de methyl-en ethyl-ester, en het amide of nitrile van genoemde zuren. In de praktijk wordt bij voorkeur als a-/9-onverzadigde verbinding voor de katalysator dezelfde acrylverbinding als in reactie treedt met het keton toegepast. De additie van de CC-/3-onverzadigde verbinding 10 aan het cyclisch secundair amine kan op bekende wijze worden uitgevoerd, bij voorbeeld op de wijze zoals beschreven in Buil. Soc.

Chim. France, 1971 nr. 5 pag. 1717 e.v. en J. Am. Chem. Soc. Vol. 66, 1944 pag. 725-731. De hoeveelheid katalysator kan worden gevariëerd.

Een hoeveelheid van 0,5-0,05 mol katalysator per mol om te zetten 15 acrylverbinding voldoet in de praktijk zeer goed. Indien naast de katalysator een geringe hoeveelheid van een zure verbinding aanwezig is, dan kan dit een verbetering van de selectiviteit tot gevolg hebben. Geschikte zure verbindingen zijn bijvoorbeeld azijnzuur, adipinezuur, benzoëzuur, fenol, capronzuur, zoutzuur, fosforzuur, 20 zwavelzuur en ammoniumchloride. Per mol katalysator kan bijvoorbeeld 0,001-0,1 mol zure verbinding worden toegepast.

De werkwijze volgens de uitvinding wordt gewoonlijk o uitgevoerd bij een temperatutu· tussen 130 en 250 C. Bij een temperatuur boven 250 °C wordt namelijk de selectiviteit van de 25 reactie lager terwijl bij temperaturen beneden 130 °C de reactie te langzaam verloopt. Bijzonder geschikt zijn temperaturen tussen 170 en 230 °C. De druk is niet kritisch en kan worden gevariëerd.

De druk dient uiteraard zodanig te worden gekozen dat de reactie, al of niet in aanwezigheid van een oplosmiddel of verdeelmiddel, 30 in de vloeistoffase kan plaatsvinden.

Het keton en/of de acrylverbinding kan bij de werkwijze volgens de uitvinding geheel of gedeeltelijk worden omgezet. Bij voorkeur wordt 20-90 % van de acrylverbinding omgezet. Een omzetting van meer dan 90 % kan namelijk een nadelige invloed hebben 35 op de selectiviteit van de reactie terwijl een omzetting beneden 7808605 -4- 20 % een te grote recirculatie van niet omgezet uitgangsprodukt tot gevolg heeft. Nadat de gewenste omzetting is bereikt kan het reactiemengsel door destillatie worden gescheiden, waarbij, naast het gewenste produkt, een katalysatorrijke fractie kan worden 5 afgescheiden, die opnieuw kan worden toegepast.

De uitvinding zal in de volgende voorbeelden nader worden toegelicht.

Voorbeeld I

In een autoclaaf met een inhoud van 1 liter worden 10 290,0 gram aceton, 86,0 gram methylacrylaat, 19,6 gram methyl-/9- pyrrolidin-l-yl-propionaat (additie-product van pyrrolidine en methylacrylaat) en 0,2 gram benzoëzuur samengebracht.

Het mengsel in de autoclaaf wordt onder autogene druk verwarmd tot 170 °C en gedurende 3 uur op deze temperatuur gehouden.

15 Het reactiemengsel wordt dan afgekoeld en overgebracht in een destillatiekolf. Door destillatie bij atmosferische druk wordt het o

mengsel gescheiden in 316,2 gram destillaat, kokend beneden 132 C

en 79,6 gram residu. Volgens gaschromatografische analyse bevat het destillaat 263,4 gram aceton en 49,6 gram methylacrylaat.

20 Het residubevatvolgensgaschromatografischeanalysel8,9grammethyl- /3-pyrrolidin-l-ylpropionaat en 58,2 gram methylester van δ-oxocapronzuur. Door gefractioneerde destillatie wordt het residu gescheiden in een voorfractie van 20,8 gram met een kookpunt van 112-114 °C bij 5,3 kPa en een hoofdfractie van 56,5 gram met een 25 kookpunt van 121,5-122,5 °C bij 5,3 kPa. Volgens gaschromatografische analyse bevat de voorfractie 89,7 % methyl-/9-pyrrolidin-l-23 ylpropionaat (n_ = 1,4514) en de hoofdfractie 99,8 % ^ 23 4-oxopentaancarbonzure methylester. (n^ = 1,4270)

Van de totale hoeveelheid methylacrylaat is 42,3 % omgezet. 30 Berekend t.o.v. van de hoeveelheid verbruikt aceton bedraagt het rendement 88,0 % en ten opzichte van de hoeveelheid omgezet methylacrylaat 95,4 %.

Voor de bereiding van bovengenoemd additie-product wordt 0,12 mol pyrrolidine bij kamertemperatuur toegevoegd aan een 7808605 -5- i Λ oplossing van 0,12 mol methylacrylaat in 40 milliliter ether waarna het mengsel gedurende 24 uur onder terugvloeikoeling wordt verhit.

De ether wordt dan verdampt en het residu bij 20 millimeter kwik gedestilleerd.

5 Vergelijkingsvoorbeeld

Voorbeeld I wordt herhaald met dien verstande dat, in de plaats van 19,6 gram methyl-/9-pyrrolidin-l-ylpropionaat, 8,9 gram pyrrolidine wordt toegevoegd. Na 3 uur reactietijd bij 170 °C onder autogene druk bevat het reactiemengsel volgens gaschromatografische 10 analyse 90,9 gram methylester van δ-oxocapronzuur en 7,3 gram methylacrylaat. Het rendement t.o.v. omgezet methylacrylaat bedraagt 69.0 % en t.o.v. omgezet aceton 65,2 %.

Voorbeeld II

In een autoclaaf met een inhoud van 1 liter wordt 34,8 gram 15 acrylonitrile, 292,4 gram aceton, 9,4 gram ^-pyrrolidine-l-yl- propionitrile (additie-product van pyrrolidine en acrylonitrile) en 0,06 gram azijnzuur samengebracht. Het mengsel wordt gedurende o 4 uur onder autogene druk verwarmd op 200 C. Na afkoeling wordt het mengsel gaschromatografisch geanalyseerd. Volgens de analyse 20 bevat het reactiemengsel 9,0 gram acrylonitrile, 238,4 gram aceton en 47,1 gram δ-oxocapronitrile. Dit betekent een conversie van acrylonitrile van 74,1 %. Het rendement aan δ-oxocapronitrile bedraagt ten opzichte van het omgezette aceton 82,0 % en ten opzichte van omgezet acrylonitrile 87,4 %.

25 Voorbeeld III

In een autoclaaf met een inhoud van een liter worden 245.0 gram cyclohexanon, 244,6 gram methylacrylaat, 30,4 gram methyl-/3-pyrrolidin-l-ylpropionaat en 0,1 gram benzoëzuur samengebracht.

30 Het mengsel in de autoclaaf wordt onder autogene druk verwarmd tot o 170 C en gedurende 2 uur op deze temperatuur gehouden. Het reactiemengsel wordt dan afgekoeld en gaschromatografisch geanalyseerd.

7808605

V

-6-

Er wordt 40,4 gram methylacrylaat teruggevonden, terwijl 439,0 gram methyl-3-(2-oxocyclohexyl)-propionaat gevormd is.

Het rendement aan methyl-3-(2-oxocyclohexyl)-propionaat ten opzichte van de omgezette hoeveelheid methylacrylaat is kwantitatief en ten 5 opzichte van de omgezette hoeveelheid cyclohexanon 99,2 %.

Voorbeeld IV

In een autoclaaf met een inhoud van 1 liter worden 290,0 gram aceton, 82,8 gram methylacrylaat, 23,8 gram methyl-$-piperidin-l-ylpropionaat (additie-product van piperidine en methylacrylaat) 10 en 0,7 gram benzoëzuur samengebracht. Het mengsel in de autoclaaf wordt onder autogene druk verwarmd tot 210 °C en gedurende 4 uur op deze temperatuur gehouden. Na afkoelen wordt het reactiemengsel gaschromatografisch geanalyseerd. Er wordt 66,6 gram methylacrylaat teruggevonden, terwijl er 24,2 gram δ-oxocapronzure methylester is 15 gevormd. Het rendement aan δ-oxocapronzure methylester bedraagt derhalve 89,1 % ten opzichte van omgezet methylacrylaat en 92,0 % ten opzichte van de hoeveelheid omgezette aceton.

Voorbeeld V

In een autoclaaf met een inhoud van 1 liter worden 20 290,0 gram aceton, 83,5 gram methylacrylaa-t, 16,8 gram /3-pyrrolidin-l-ylpropionitrile (additie-produkt van pyrrolidine en acrylonitrile) en 0,6 gram benzoözuur samengebracht.

Het mengsel in de autoclaaf wordt onder autogene druk verwarmd o tot 200 C en gedurende 2 uur op deze tempera tuur gehouden. Na 25 afkoelen wordt het reactiemengsel gaschromatografisch geanalyseerd.

Er wordt 65,5 gram methylacrylaat teruggevonden, terwijl 24,2 gram δ-oxocapronzure methylester gevormd is. De opbrengst van δ-oxomethylcaproaat is derhalve 80,1 % ten opzichte van de omgezette hoeveelheid methylacrylaat en 78,0 % ten opzichte van de omgezette 30 hoeveelheid aceton.

7808605

Claims

3017 -7- C 0 N CL U S IES

1. Werkwijze voor de bereiding van delta-ketozuren en derivaten hiervan door reactie in de vloeistoffase van een keton, dat tenminste één geactiveerd H-atoom op de alpha-plaats bezit, met een acrylzuur of een acrylzuur-derivaat en met behulp van 5 een katalysator, met het kenmerk, dat men een cyclisch secundair amine waarbij aan de amine-groep een a-;9-onverzadigde verbinding is geaddeerd toepast als katalysator.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat men als cyclisch secundair amine pyrrolidine toepast.

3. Werkwijze volgens een der conclusies 1-2, met het kenmerk, dat men een katalysator toepast waarbij, als Ct-/3-onverzadigde verbinding, de om te zetten acryl-verbinding aan het amine is geaddeerd.

4. Werkwijze volgens een der conclusies 1-3, met het kenmerk, 15 dat men 0,5-0,05 mol katalysator per mol om te zetten acryl- verbinding toepast.

5. Werkwijze volgens een der conclusies 1-4, met het kenmerk, dat men een reactiemengsel toepast waarin een katalytische hoeveelheid van een zure verbinding aanwezig is.

6. Werkwijze volgens een der conclusies 1-5, met het kenmerk, dat men de reactie uitvoert bij een temperatuur van 170-230 °C.

7. Werkwijze volgens een der conclusies 1-6, met het kenmerk, dat men de reactie-omstandigheden handhaaft totdat 20-90 % van de acryl-verbinding is omgezet. 7808605 -8-

8. Werkwijze volgens een der conclusies 1-7, met het kenmerk, dat men de reactie uitvoert met aceton of cyclohexanon.

9. Werkwijze volgens een der conclusies 1-8, met het kenmerk, dat men de reactie uitvoert met het nitrile, de methyl- of ethyl-ester 5. van acrylzuur, van methacrylzuur of van crotonzuur.

10. Werkwijze volgens conclusie 1 zoals in hoofdzaak is beschreven en in de voorbeelden nader is toegelicht.

11. Delta-ketozuren en derivaten hiervan verkregen onder toepassing van de werkwijze volgens een der voorgaande conclusies. 7808605