Patentanmeldung der Grünenthal GmbH, D-52078 Aachen (eigenes Zeichen: GRA 3206) Patent application of Grünenthal GmbH, D-52078 Aachen (own sign: GRA 3206)
Verfahren zur Synthese von Cumarin und seinen DerivatenProcess for the synthesis of coumarin and its derivatives
Die vorliegende Anmeldung betrifft die Synthese von Cumarinen durch Reaktion verschiedener Phenole mit Carbonsäuren/Carbonsäurederivaten oder y#-Keto- Carbonsäuren/Carbönsäurederivaten in Anwesenheit von Nafion-Silica-Composite- Materialien, Deloxan und engporigen Zeolithen als heterogene Katalysatoren.The present application relates to the synthesis of coumarins by reacting various phenols with carboxylic acids / carboxylic acid derivatives or y #-keto-carboxylic acids / carboxylic acid derivatives in the presence of Nafion-silica composite materials, deloxane and narrow-pore zeolites as heterogeneous catalysts.
Stand der TechnikState of the art
Cumarin und seine Derivate finden eine breite Verwendung in der Parfüm-, Farbstoff- Pharma- und der Agroindustrie. Es wurden schon Ende des 19. Jahrhunderts zahlreiche Synthesemethoden zu deren Herstellung entwickelt, die sich durch verschiedene Ausgangsreagenzien und Mechanismen unterscheiden. Synthesen ausgehend von Phenolen und y#-Ketoestern (Pechmann Reaktion) [H. von Pechmann, C. Duisberg, Chem. Ber., 1883, 16, 2119; H. von Pechmann, Chem. Ber., 1884, 17, 929], von o-Cresol (Raschig Reaktion) [F. Raschig, Ger. Pat, 1909, 223, 684] und Salicylaldehyd (Perkin Reaktion / Knoevenagel) [W. H. Perkin, J. Chem. Soc, 1887, 31, 388; E. Knoevenagel, Chem Ber., 1896, 29, 172] haben sich bewährt. Diese Methoden basieren auf dem Einsatz von klassischen Säuren, wie z. B. Schwefelsäure, Phosphorpentoxid, Trifluoressigsäure, Aluminiumchlorid, Zinkchlorid und alkoholischen HCI-Lösungen. Der Ersatz dieser nicht-regenerierbaren homogenen Katalysatoren durch heterogene Säuren ist hinsichtlich der Umweltschonung erforderlich und reduziert Aufarbeitungsschritte bei gleichzeitig geringen Mengen der anfallenden Neben- und Abfallprodukte. Im Gegensatz dazu sind heterogene Katalysatoren oft regenerierbar und recyclisierbar.Coumarin and its derivatives are widely used in the perfume, dye, pharmaceutical and agro industries. At the end of the 19th century, numerous synthetic methods for their production were developed, which differ in different starting reagents and mechanisms. Syntheses based on phenols and y # keto esters (Pechmann reaction) [H. von Pechmann, C. Duisberg, Chem. Ber., 1883, 16, 2119; H. von Pechmann, Chem. Ber., 1884, 17, 929], from o-Cresol (Raschig reaction) [F. Raschig, Ger. Pat, 1909, 223, 684] and salicylaldehyde (Perkin Reaction / Knoevenagel) [W. H. Perkin, J. Chem. Soc, 1887, 31, 388; E. Knoevenagel, Chem Ber., 1896, 29, 172] have proven themselves. These methods are based on the use of classic acids, such as. B. sulfuric acid, phosphorus pentoxide, trifluoroacetic acid, aluminum chloride, zinc chloride and alcoholic HCI solutions. The replacement of these non-regenerable homogeneous catalysts with heterogeneous acids is necessary with regard to environmental protection and reduces processing steps while at the same time small amounts of the by-products and waste products. In contrast, heterogeneous catalysts can often be regenerated and recycled.
Die immer größer werdende Nachfrage von wichtigen fluoreszierenden Cumarinderivaten steht immer , mehr in Einklang . mit der Entwicklung neuer biologischer Verfahren, die auf der Verwendung solcher Cumarinderivaten beruhen.
Beispielsweise werden Hydroxy-substituierte Cumarine zur Herstellung von fluoreszierenden Färbemitteln und Enzymsubstraten eingesetzt. Ganz besonders zu nennen, ist 7-Hydroxy-4-methylcumarin, auch als.4-Methylumbelliferon bekannt, ein wichtiger Ausgangstoff für die Synthese zahlreicher Fluor-haltiger Enzymsubstrate. Phosphorilierung der 7-Hydroxyfunktion führt zu Phosphorsäuremonoester (MUP) [US 5,830,912], welcher zum Nachweis von Enzymen verwendet wird. Weiterhin finden Sulfonate von Hydroxycu marinen, die " durch Reaktion letzterer mit Sulfonsäurederivaten [US 4,618,622] synthetisiert werden können, als Wirkstoffe für die Behandlung von psychologischen Störungen Anwendung. 7-Hydroxy-4- rhethylcumarin ist weiterhin ein wichtiges Ausgangsprodukt zur Darstellung des Insektizides „hymecromone". . .The increasing demand for important fluorescent coumarin derivatives is more and more in line. with the development of new biological processes based on the use of such coumarin derivatives. For example, hydroxy-substituted coumarins are used for the production of fluorescent colorants and enzyme substrates. Particularly noteworthy is 7-hydroxy-4-methylcoumarin, also known as 4-methylumbelliferone, an important starting material for the synthesis of numerous fluorine-containing enzyme substrates. Phosphorilation of the 7-hydroxy function leads to phosphoric acid monoester (MUP) [US 5,830,912], which is used for the detection of enzymes. Furthermore, sulfonates of hydroxycu marines, which can be synthesized " by reaction of the latter with sulfonic acid derivatives [US 4,618,622], are used as active ingredients for the treatment of psychological disorders. 7-Hydroxy-4-rhethylcoumarin is also an important starting product for the preparation of the insecticide" hymecromone ". , ,
Die Durchführung der Pechmann-Reaktion mit konventionellen Säuren, wie z. B. Schwefelsäure, die oft im Überschuß verwendet werden, ist aus einer Reihe früherer Veröffentlichungen bekannt [H. Appel, J. Chem. Soc, 1935, 1031 ; L. L Woods and J. Sapp, J. Org. Chem., 1961 , 26, 240]. Der Ersatz derartiger Katalysatorsysteme durch heterogene Säuren ist aus wirtschaftlichen und ökologischen Gründen von Bedeutung. Erste Anwendungen von festen Säuren in der Pechmann-Reaktion beinhalten den Einsatz von reinen Nafion-Harzen [D. D. Chaudhari, Chem. Ind., 1983, 568] oder Amberlyst 15 [A. J. Hoefnagel, E. A. Gunnewegh, R. S. Downing, H. van Bekkum, J. Chem. Soc. Chem. Commun., 1995, 225-226] als saure lonentauscher. Chaudhari berichtete von 90% Ausbeute an 7-Hydroxy-4- methylcumarin nach 3,5 Stunden Reaktionszeit, ein nicht immer reproduzierbares Ergebnis. H. van Bekkum et al. erzielten weiterhin mit H-Beta-Zeolithen Ausbeuten an Cumarinen von bis zu 81 % [E. A. Gunnewegh, A. J. Hoefnagel, R. S. Downing, H. van Bekkum, Recl. Trav. Chim. Pays-Bas, 1996, 115, 226-230]. Mit dem erstmaligen Einsatz von Zeolithen wurde die Frage nach möglicher Regenerierbarkeit und Rückführbarkeit des Katalysators in der Synthese von Cumarinen initiiert. Zeolithe sind durch Kalzinieren regenerierbar und außerdem weisen sie höhere TON (TON = turnover number) - verglichen mit Amberlyst 15 - auf. Nachteil bei Verwendung von Zeolithen sind die relativ hohen Katalysatormengen (1.0 Gramm für 10 mmol Substrat) und lange Kαntaktzeiten von mindestens 4 Stunden und die hohen Herstellkosten, verbunden mit einem hohen Verkaufspreis.
Weitere Entwicklungen sowohl im homogenen System mit verdünnter Schwefelsäure [V. Singh, J. Singh, K. P. Kaur, G. L. Kad, J. Chem. Research, 1996, 58-59] als auch mit Amberlyst 15 im lösungsmittelfreien System [A. de la Hoz, A. Moreno, E. Vazquez, Synlett, 1999, 5, 608-610], die mit einer Verringerung der notwendigen Kontaktzeit auf bis zu 5 Minuten verbunden sind, gelangen unter zusätzlichem Einsatz von Mikrowellenstrahlung. Nachteil dieser Methode sind die damit verbundenen hohen Verfahrens- und Investitionskosten.Carrying out the Pechmann reaction with conventional acids, such as. B. sulfuric acid, which is often used in excess, is known from a number of previous publications [H. Appel, J. Chem. Soc, 1935, 1031; L. L Woods and J. Sapp, J. Org. Chem., 1961, 26, 240]. The replacement of such catalyst systems with heterogeneous acids is important for economic and ecological reasons. First applications of solid acids in the Pechmann reaction include the use of pure Nafion resins [DD Chaudhari, Chem. Ind., 1983, 568] or Amberlyst 15 [AJ Hoefnagel, EA Gunnewegh, RS Downing, H. van Bekkum, J Chem. Soc. Chem. Commun., 1995, 225-226] as an acidic ion exchanger. Chaudhari reported a 90% yield of 7-hydroxy-4-methylcoumarin after a reaction time of 3.5 hours, which is not always a reproducible result. H. van Bekkum et al. further achieved yields of coumarins of up to 81% with H-beta zeolites [EA Gunnewegh, AJ Hoefnagel, RS Downing, H. van Bekkum, Recl. Trav. Chim. Pays-Bas, 1996, 115, 226-230]. With the first use of zeolites, the question of possible regenerability and traceability of the catalyst in the synthesis of coumarins was initiated. Zeolites can be regenerated by calcining and they also have higher TON (TON = turnover number) - compared to Amberlyst 15. Disadvantages when using zeolites are the relatively high amounts of catalyst (1.0 gram for 10 mmol substrate) and long contact times of at least 4 hours and the high production costs, combined with a high retail price. Further developments both in the homogeneous system with dilute sulfuric acid [V. Singh, J. Singh, KP Kaur, GL Kad, J. Chem. Research, 1996, 58-59] as well as with Amberlyst 15 in the solvent-free system [A. de la Hoz, A. Moreno, E. Vazquez, Synlett, 1999, 5, 608-610], which are associated with a reduction in the necessary contact time to up to 5 minutes, also use microwave radiation. The disadvantage of this method is the associated high process and investment costs.
Auch mit dem Einsatz von Montmorillonit in Toluol wurden zwar sehr hohe Ausbeuten an Cumarinen erreicht (96%) [T.-S. Li, Z.-H. Zhang, F. Yang, C.-G. Fu, J. Chem. Research (S), 1998, 38-39], jedoch verbleibt auch hier der Nachteil höherer Reaktionszeiten und die geringe Langzeitstabilität.Even with the use of montmorillonite in toluene, very high yields of coumarins were achieved (96%) [T.-S. Li, Z.-H. Zhang, F. Yang, C.-G. Fu, J. Chem. Research (S), 1998, 38-39], however, the disadvantage of longer reaction times and poor long-term stability also remain here.
Jacobs et al. [Y. V. Subba Rao, D. E. De Vos, P. A. Jacobs, Angew. Chem., 1997, 109, 2776] berichteten über die Synthese von 3-Cyanocumarin in moderater Ausbeute (58%) mit 1 ,5,7-triazabicyclo[4,4,0]dec-5-en, welches in MCM-41 immobilisiert ist. Die basenkatalysierte Synthese von Cumarinen nach Knoevenagel mit kalziniertem, basischen Mg-Al-Hydrotalcit führte zu sehr guten Ausbeuten von über 85% [A. Ramani, B. M. Chanda, S. Velu, S. Sivasanker, Green Chemistry, 1999, 1, 163]. Vor kurzem veröffentlichten Tanaka et al. [T. Sugino, K. Tanaka, Chem. Lett., 2001 , 110-111] die Synthese von Cumarinen via Pechmann und Knoevenagel im lösungsmittelfreien System mit p-Toluolsulfonsäure und Piperidin in katalytischen Mengen. Auch sie erzielten hohe Ausbeuten von bis zu 98%. Nachteile dieses Verfahrens sind die starke Neigung der p-Toluolsulfonsäure zur Korrosion sowie die Umweltbelastung, die durch Bildung von schwer abtrennbaren Salzen hervorgerufen wird.Jacobs et al. [Y. V. Subba Rao, D.E. De Vos, P.A. Jacobs, Angew. Chem., 1997, 109, 2776] reported the synthesis of 3-cyanocoumarin in moderate yield (58%) with 1, 5,7-triazabicyclo [4,4,0] dec-5-ene, which can be found in MCM-41 is immobilized. The base-catalyzed synthesis of coumarins according to Knoevenagel with calcined, basic Mg-Al hydrotalcite led to very good yields of over 85% [A. Ramani, B.M. Chanda, S. Velu, S. Sivasanker, Green Chemistry, 1999, 1, 163]. Recently, Tanaka et al. [T. Sugino, K. Tanaka, Chem. Lett., 2001, 110-111] the synthesis of coumarins via Pechmann and Knoevenagel in a solvent-free system with p-toluenesulfonic acid and piperidine in catalytic amounts. They also achieved high yields of up to 98%. Disadvantages of this process are the strong tendency of p-toluenesulfonic acid to corrode and the environmental pollution caused by the formation of salts which are difficult to separate.
Aufgabe der Erfindung war es daher, ein neues, günstiges Verfahren zur Herstellung von Cumarinen aufzufinden.The object of the invention was therefore to find a new, inexpensive process for the preparation of coumarins.
Gegenstand der Erfindung ist daher ein Verfahren zur Synthese von Cumarinen ausThe invention therefore relates to a process for the synthesis of coumarins from
Phenolen und Carbonsäuren und/oder Carbonsäurederivaten und/oder /?-Keto- Carbonsäuren und/oder /2-Keto-Carbonsäurederivaten, worin die Umsetzungen in Gegenwart von Nafion-Silica-Composite-Materialien und/oder Deloxan und/oder engporigen Zeolithen durchgeführt werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens gilt, daß mehrere Reaktionsschritte (UmesterungΛ/eresterung, Alkylierung/Hydroxy- alkylierung, Dehydratisierung) in einem Reaktionsschritt an Nafion-Silica-Composite- Materialien und/oder engporigen Zeolithen als Katalysatoren durchgeführt werden.Phenols and carboxylic acids and / or carboxylic acid derivatives and / or /? - keto-carboxylic acids and / or / 2-keto-carboxylic acid derivatives, in which the reactions are carried out in the presence of Nafion-silica composite materials and / or deloxane and / or narrow-pore zeolites , In a preferred embodiment of the process according to the invention, several reaction steps (transesterification / esterification, alkylation / hydroxyalkylation, dehydration) are carried out in one reaction step on Nafion-silica composite materials and / or narrow-pore zeolites as catalysts.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens gilt, daß substituierte Phenole der allgemeinen Formel I und II eingesetzt werden,In a further preferred embodiment of the process according to the invention, the use of substituted phenols of the general formulas I and II
worin R Rβ unabhängig voneinander ausgewählt sind auswherein R Rβ are independently selected from
H, OH; -Cι..ιo-Alkyl, substituiert oder unsubstituiert, gesättigt oder ungesättigt, verzweigt oder unverzweigt; -OC- o-Alky!, substituiert oder unsubstituiert, gesättigt oder ungesättigt, verzweigt oder unverzweigt; -Aryl, -Aralkylreste oder -O-Aryl, jeweils substituiert oder unsubstituiert.H, OH; -Cι..ιo-alkyl, substituted or unsubstituted, saturated or unsaturated, branched or unbranched; -OC- o-alky !, substituted or unsubstituted, saturated or unsaturated, branched or unbranched; Aryl, aralkyl radicals or -O-aryl, each substituted or unsubstituted.
Im Sinne dieser Erfindung versteht man unter Alkyl- bzw. Cykloalkyl-Resten gesättigte und ungesättigte (aber nicht aromatische), verzweigte, unverzweigte und cyclische Kohlenwasserstoffe, die unsubstituiert oder ein- oder mehrfach substituiert sein können. Dabei steht Cι_2-Alkyl für C1- oder C2-Alkyl, C1-3-Alkyl für C1-, C2- oder C3-Alkyl, C1-4-Alkyl für C1-, C2-, C3- oder C4-Alkyl, Cι-5-Alkyl für C1-, C2-, C3-, C4- oder C5-Alkyl, Cι-6-Alkyl für C1-, C2-, C3-, C4-, C5- oder C6-Alkyl, C1-7-Alkyl für C1-, C2-, C3-, C4-, C5-, C6- oder C7-Alkyl, Cι-8-Alkyl für C1-, C2-, C3-, C4-, C5-, C6-, C7- oder C8-Alkyl, Cι-10-Alkyl für C1-, C2-, C3-, C4-, C5-, C6-, C7-, C8,- C9- oder C10- Alkyl und C-,_ι8-Alkyl für C1-, C2-, C3-, C4-, C5-, C6-, C7-, C8,- C9-, C10-, C11-, C12- , C13-, C14-, C15-, C16-, C17- oder C18-A!kyl. Weiter steht C3-4-Cycloalkyl für C3-
oder C4-Cycloalkyl, C3.5-Cycloalkyl für C3-, C4- oder C5-Cycloalkyl, C3-6-Cycloalkyl für C3-, C4-, C5- oder Cβ-Cycloalkyl, C3-7-Cycloalkyl für C3-, C4-, C5-, C6- oder C7- Cycloalkyl, C3-8-Cycloalkyl für C3-, C4-, C5-, C6-, C7- oder Cβ-Cycloalkyl, C4-5- Cycloalkyl für C4- oder C5-Cycloalkyl, C4-6-Cycloalkyl für C4-, C5- oder C6- Cycloalkyl, C4.7-Cycloalkyl für C4-, C5-, C6- oder C7-Cycloalkyl, C5-6-Cycloalkyl für C5- oder C6-Cycloalkyl und C5-7-Cycloalkyl für C5-, C6- oder C7-Cycloalkyl. In Bezug auf Cycloalkyl umfaßt der Begriff auch gesättigte Cycloalkyle, in denen ein oder 2 Kohlenstoffatome durch ein Heteroatom, S, N oder O ersetzt sind. Unter den Begriff Cycloalkyl fallen aber insbesondere auch ein- oder mehrfach, vorzugsweise einfach, ungesättigte Cycloalkyle ohne Heteroatom im Ring, solange das Cycloalkyl kein aromatisches System darstellt. Vorzugsweise sind die Alkyl- bzw. Cykloalkyl-Reste Methyl, Ethyl, Vinyl (Ethenyl), Propyl, Allyl (2-Propenyl), 1-Propinyl, Methylethyl, Butyl, 1-Methylpropyl, 2-Methylpropyl, 1 ,1-Dimethylethyl, Pentyl, 1 ,1-Dimethylpropyl, 1 ,2-Dimethylpropyl, 2,2-Dimethylpropyl, Hexyl, 1-Methylpentyl, Cyclopropyl, 2- Methylcyclopropyl, Cyclopropylmethyl, Cyclobutyl, Cyclopentyl, Cyclopentylmethyl, Cyclohexyl, Cycloheptyl, Cyclooctyl, aber auch Adamantyl, CHF2, CF3 oder CH2OH sowie Pyrazolinon, Oxopyrazolinon, [1 ,4]Dioxan oder Dioxolan.For the purposes of this invention, alkyl or cycloalkyl radicals are taken to mean saturated and unsaturated (but not aromatic), branched, unbranched and cyclic hydrocarbons, which can be unsubstituted or mono- or polysubstituted. C 2 is alkyl for C1 or C2 alkyl, C 1-3 alkyl for C1, C2 or C3 alkyl, C 1-4 alkyl for C1, C2, C3 or C4 alkyl , Cι -5 alkyl of C1, C2, C3, C4 or C5-alkyl, Cι -6 alkyl of C1, C2, C3, C4, C5 or C6 alkyl, C 1 -7- alkyl for C1-, C2-, C3-, C4-, C5-, C6- or C7-alkyl, Cι -8 -alkyl for C1-, C2-, C3-, C4-, C5-, C6- , C7- or C8-alkyl, Cι-1 0 alkyl for C1-, C2-, C3-, C4-, C5-, C6-, C7-, C8, - C9- or C10- alkyl and C -, _ ι 8 alkyl for C1-, C2-, C3-, C4-, C5-, C6-, C7-, C8-, C9-, C10-, C11-, C12-, C13-, C14-, C15-, C16 -, C17 or C18 alkyl! C3-4 -Cycloalkyl further stands for C3- or C4-cycloalkyl, C 3 . 5- cycloalkyl for C3-, C4- or C5-cycloalkyl, C 3-6 -cycloalkyl for C3-, C4-, C5- or Cβ-cycloalkyl, C 3-7 -cycloalkyl for C3-, C4-, C5-, C6 or C7 cycloalkyl, C 3-8 cycloalkyl for C3, C4, C5, C6, C7 or C β cycloalkyl, C 4-5 cycloalkyl for C4 or C5 cycloalkyl, C 4 -6- Cycloalkyl for C4-, C5- or C6-cycloalkyl, C 4 . 7- cycloalkyl for C4-, C5-, C6- or C7-cycloalkyl, C 5-6 -cycloalkyl for C5- or C6-cycloalkyl and C 5-7 -cycloalkyl for C5-, C6- or C7-cycloalkyl. With regard to cycloalkyl, the term also includes saturated cycloalkyls in which one or two carbon atoms have been replaced by a hetero atom, S, N or O. The term cycloalkyl also includes, in particular, one or more, preferably mono, unsaturated cycloalkyls without a hetero atom in the ring, as long as the cycloalkyl is not an aromatic system. The alkyl or cycloalkyl radicals are preferably methyl, ethyl, vinyl (ethenyl), propyl, allyl (2-propenyl), 1-propynyl, methylethyl, butyl, 1-methylpropyl, 2-methylpropyl, 1, 1-dimethylethyl, Pentyl, 1, 1-dimethylpropyl, 1, 2-dimethylpropyl, 2,2-dimethylpropyl, hexyl, 1-methylpentyl, cyclopropyl, 2-methylcyclopropyl, cyclopropylmethyl, cyclobutyl, cyclopentyl, cyclopentylmethyl, cyclohexyl, cycloheptyl, cyclooctyl, but also adamantyl, CHF2, CF 3 or CH2OH as well as pyrazolinone, oxopyrazolinone, [1, 4] dioxane or dioxolane.
Dabei versteht man im Zusammenhang mit Alkyl und Cycloalkyl - solange dies nicht ausdrücklich anders definiert ist - unter dem Begriff substituiert im Sinne dieserIn connection with alkyl and cycloalkyl - as long as this is not expressly defined otherwise - is understood by the term substituted in the sense of this
Erfindung die Substitution mindestens eines (gegebenenfalls auch mehrerer)Invention the substitution of at least one (possibly also several)
Wasserstoffreste(s) durch F, Cl, Br, I, NH2, SH oder OH, wobei unter „mehrfach substituiert" bzw. „substituiert" bei mehrfacher Substitution zu verstehen ist, daß dieHydrogen residues (s) by F, Cl, Br, I, NH 2 , SH or OH, where “multiply substituted” or “substituted” is to be understood in the case of multiple substitution that
Substitution sowohl an verschiedenen als auch an gleichen Atomen mehrfach mit den gleichen oder verschiedenen Substituenten erfolgt, beispielsweise dreifach am gleichen C-Atom wie im Falle von CF3 oder an verschiedenen Stellen wie im Falle von -CH(OH)-CH=CH-CHCI2, Besonders bevorzugte Substituenten sind hier F, Cl und OH. In Bezug auf Cycloalkyl kann der Wasserstoffrest auch durch OCι-3-Alkyl oder C-ι-3-Alkyl (jeweils ein- oder mehrfach substituiert oder unsubstituiert), insbesondere Methyl, Ethyl, n-Propyl, i-Propyl, CF3, Methoxy oder Ethoxy, ersetzt sein.Substitution takes place both on different and on the same atom several times with the same or different substituents, for example three times on the same C atom as in the case of CF 3 or at different points as in the case of -CH (OH) -CH = CH-CHCI 2 , Particularly preferred substituents here are F, Cl and OH. With regard to cycloalkyl, the hydrogen radical can also be substituted by OCι -3- alkyl or C-ι-3-alkyl (each one or more times substituted or unsubstituted), in particular methyl, ethyl, n-propyl, i-propyl, CF 3 , methoxy or ethoxy.
Unter dem Begriff (CH2)3-6 ist -CH2-CH2-CH2-, -CH2-CH2-CH2-CH2-, -CH2-CH2-CH2- CH2-CH2- und CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2- zu verstehen, unter (CH2)ι-4 ist -CH2-, -
CH2-CH2-, -CH2-CH2-CH2- und -CH2-CH2-CH2-CH2- zu verstehen, unter (CH2)4-5 ist - CH2-CH2-CH2-CH2- und -CH2-CH2-CH2-CH2-CH2- zu verstehen, etc.The term (CH 2 ) 3 - 6 is -CH 2 -CH 2 -CH2-, -CH2-CH2-CH2-CH2-, -CH 2 -CH 2 -CH 2 - CH 2 -CH2- and CH 2 - CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH2-CH2- to understand, under (CH 2 ) ι -4 is -CH 2 -, - CH2-CH2-, -CH2-CH2-CH2- and -CH2-CH 2 -CH 2 -CH 2 - to be understood as (CH 2) 4 - 5 - CH2-CH2-CH2-CH2- and -CH2- To understand CH2-CH2-CH2-CH2-, etc.
Unter einem Aryl-Rest werden Ringsysteme mit mindestens einem aromatischen Ring aber ohne Heteroatome in auch nur einem der Ringe verstanden. Beispiele sind Phenyl-, Naphthyl-, Fluoranthenyl-, Fluorenyl-, Tetralinyl- oder Indanyl, insbesondere 9H-Fluorenyl- oder Anthracenyl-Reste, die unsubstituiert oder einfach oder mehrfach substituiert sein können.An aryl radical is understood to mean ring systems with at least one aromatic ring but without heteroatoms in even one of the rings. Examples are phenyl, naphthyl, fluoranthenyl, fluorenyl, tetralinyl or indanyl, in particular 9H-fluorenyl or anthracenyl radicals, which can be unsubstituted or mono- or polysubstituted.
Unter einem Heteroaryl-Rest werden heterocyclische Ringsysteme mit mindestens einem ungesättigten Ring verstanden, die ein oder mehrere Heteroatome aus der Gruppe Stickstoff, Sauerstoff und/oder Schwefel enthalten und auch einfach oder mehrfach substituiert sein können. Beispielhaft seien aus der Gruppe der Heteroaryle Furan, Benzofuran, Thiophen, Benzothiophen, Pyrrol, Pyridin, Pyrimidin, Pyrazin, Chinolin, Isochinolin, Phthalazin, Benzo[1 ,2,5]thiadiazol, Benzothiazol, Indol,A heteroaryl radical is understood to mean heterocyclic ring systems with at least one unsaturated ring, which contain one or more heteroatoms from the group consisting of nitrogen, oxygen and / or sulfur and can also be substituted once or more than once. Examples from the group of the heteroaryls furan, benzofuran, thiophene, benzothiophene, pyrrole, pyridine, pyrimidine, pyrazine, quinoline, isoquinoline, phthalazine, benzo [1, 2.5] thiadiazole, benzothiazole, indole,
Benzotriazol, Benzodioxolan, Benzodioxan, Carbazol, Indol und Chinazolin aufgeführt.Benzotriazole, benzodioxolane, benzodioxane, carbazole, indole and quinazoline are listed.
Dabei versteht man im Zusammenhang mit Aryl und Heteroaryl unter substituiert die Substitution des Aryls oder Heteroaryls mit R22, OR22 einem Halogen, vorzugsweiseIn connection with aryl and heteroaryl, substituted is understood to mean the substitution of aryl or heteroaryl with R 22 , OR 22 a halogen, preferably
F und/oder Cl, einem CF3, einem CN, einem N02, einem NR23R24, einem
F and / or Cl, a CF3, a CN, a N0 2 , an NR 23 R 24 , a
Alkyl (gesättigt), einem C-i.g-Alkoxy, einem C .g-Cycloalkoxy, einem C .s-Cycloaikyl oder einem C2_g-Alkylen.Alkyl (saturated), a C-i.g-alkoxy, a C .g-cycloalkoxy, a C .s-cycloaikyl or a C2_g-alkylene.
Dabei steht der Rest R22 für H, einen C-j _•) rj-Alkyl-, vorzugsweise einen C-) _ρ-Alkyl-, einen Aryl- oder Heteroaryl- oder für einen über C-^-Alkyl, gesättigt oder ungesättigt, oder eine C-^-Alkylen-Gruppe gebundenen Aryl- oder Heteroaryl-Rest, wobei diese Aryl und Heteroarylreste nicht selbst mit Aryl- oder Heteroaryl-Resten substituiert sein dürfen,The radical R 22 here stands for H, a C- j _ • ) r j alkyl, preferably a C- ) _ρ alkyl, an aryl or heteroaryl or for a via C - ^ - alkyl, saturated or unsaturated, or a C - ^ - alkylene group-bonded aryl or heteroaryl radical, these aryl and heteroaryl radicals themselves may not be substituted with aryl or heteroaryl radicals,
, die Reste R23 und R 4, gleich oder verschieden, für H, einen C-j.-jo-Alkyl-, vorzugsweise einen C-^g-Alkyl-, einen Aryl-, einen Heteroaryl- oder einen über C^_y
Alkyl, gesättigt oder ungesättigt, oder eine C-|.3-AlkyJen-Gruppe gebundenen Aryl- oder Heteroaryl-Rest bedeuten, wobei diese Aryl und Heteroarylreste nicht selbst mit Aryl- oder Heteroaryl-Resten substituiert sein dürfen,The radicals R 23 and R 4, is H, a C j same or different.-Jo alkyl, preferably a C ^ g alkyl, an aryl, a heteroaryl or a C ^ over _y Alkyl, saturated or unsaturated, or a C- | , 3 -AlkyJen group bound aryl or heteroaryl radical, these aryl and heteroaryl radicals themselves may not be substituted with aryl or heteroaryl radicals,
oder die Reste R23 und R24 bedeuten zusammen CH2CH20CH2CH2,or the radicals R 23 and R 24 together represent CH2CH20CH 2 CH 2 ,
CH2CH2NR25CH2CH2 oder (CH2)3.6, undCH 2 CH 2 NR 25 CH2CH2 or (CH 2 ) 3 . 6 , and
der Rest.R25 für H, einen C^.^ -Alkyl-, vorzugsweise einen C-j.g-Alkyl-, einen Aryl-, oder Heteroaryl- Rest oder für einen über C-j. -Alkyl, gesättigt oder ungesättigt, oder eine C-j. -Alkylen-Gruppe gebundenen Aryl- oder Heteroaryl-Rest, wobei diese Aryl und Heteroarylreste nicht selbst mit Aryl- oder Heteroaryl-Resten substituiert sein dürfen.the Rest.R 25 is H, a C ^. ^ alkyl, preferably a C j .g-alkyl, an aryl or heteroaryl radical or a C over j. -Alkyl, saturated or unsaturated, or a C- j . -Alkylene group-bound aryl or heteroaryl radical, these aryl and heteroaryl radicals themselves may not be substituted with aryl or heteroaryl radicals.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens gilt, daß in den substituierten Phenolen der allgemeinen Formel I und II R1-R4 und R5-R8 gleich oder unterschiedlich sind und gleich H und/oder Hydroxylgruppen und/oder AI koxyreste mit 1-10 C-Atomen, z. B.In a further preferred embodiment of the process according to the invention it applies that in the substituted phenols of the general formula I and II R1-R4 and R5-R8 are identical or different and are identical to H and / or hydroxyl groups and / or AI koxy radicals with 1-10 C- Atoms, e.g. B.
Methoxy-, Ethoxy-, Propyloxy-, Butyloxy-, 2-Ethylbutyloxy-, Isobutyloxy- te/τ-Butyl-, Pentyloxy- und/oder Aralkyloxyreste mit Alkyl- und/oder Halogen- und/oder Nitro- und/oder Sulfonyl- und/oder Hydroxylgruppen am aromatischen Ring, z. B.Methoxy, ethoxy, propyloxy, butyloxy, 2-ethylbutyloxy, isobutyloxy / τ-butyl, pentyloxy and / or aralkyloxy radicals with alkyl and / or halogen and / or nitro and / or sulfonyl and / or hydroxyl groups on the aromatic ring, e.g. B.
Benzyloxy-, 1 -Phenylethyloxy-, 2-Methyl-phenylmethoxy-, p- Sulfobenzyloxy- p-Nitrobenzyloxy-, p-Fluorbenzyloxy- und/oder Alkylreste mit 1 -10 C-Atomen und/oder Halogenalkylreste, z. B.Benzyloxy, 1-phenylethyloxy, 2-methyl-phenylmethoxy, p-sulfobenzyloxy, p-nitrobenzyloxy, p-fluorobenzyloxy and / or alkyl radicals with 1-10 carbon atoms and / or haloalkyl radicals, e.g. B.
Methyl-, Ethyl-, Propyl, Isopropyl-, Butyl-, Isobutyl-, tetτ-Butyl-, Pentyl-, Trifluormethyl-, Trichlormethyl-, Difluormethyl-, Dichlormethyl- und/oder Alkenylreste mit 1-10 C-Atomen, z. B.Methyl, ethyl, propyl, isopropyl, butyl, isobutyl, tetτ-butyl, pentyl, trifluoromethyl, trichloromethyl, difluoromethyl, dichloromethyl and / or alkenyl radicals with 1-10 C atoms, e.g. B.
Ethenyl-, n-Propenyl-, Isopropenyl-, Hexenyl-, 3-Methylpentenyl-, 3- Ethylbutenyl- und/oder Arylreste mit Alkyl- und/oder Halogen- und/oder Nitro- und/oder Sulfonyl- und/oder Hydroxylgruppen am aromatischen Ring, z. B.
Phenyl-, Methylphenyl-, Ethylphenyl-, Mesithyl-, Cumyl-, Xylyl-,Ethenyl, n-propenyl, isopropenyl, hexenyl, 3-methylpentenyl, 3-ethylbutenyl and / or aryl radicals with alkyl and / or halogen and / or nitro and / or sulfonyl and / or hydroxyl groups on aromatic ring, e.g. B. Phenyl, methylphenyl, ethylphenyl, mesithyl, cumyl, xylyl,
Naphthyl-, p-Nitrophenyl, Hydroxylphenyl- und/oder Aralkylreste mit Alkyl- und/oder Halogen- und/oder Nitro- und/oder Sulfonyl- und/oder Hydroxylgruppen am aromatischen Ring, z. B. Benzyl-, 1-Phenylethyl-, 2-Phenylethyl-, Cumylmethyl-, Mesitylmethyl-,Naphthyl, p-nitrophenyl, hydroxylphenyl and / or aralkyl radicals with alkyl and / or halogen and / or nitro and / or sulfonyl and / or hydroxyl groups on the aromatic ring, e.g. B. benzyl, 1-phenylethyl, 2-phenylethyl, cumylmethyl, mesitylmethyl,
Fluor-, Chlor-, Brom-, Cyanogruppen bedeuten.Fluorine, chlorine, bromine, cyano groups mean.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens gilt, daß Carbonsäuren und/oder Carbonsäurenderivate der allgemeinen Formel III - V eingesetzt werden,In a further preferred embodiment of the process according to the invention, carboxylic acids and / or carboxylic acid derivatives of the general formula III-V are used,
Formel III Formel IV Formula III Formula IV
wobei R9 H; -C-Mo-Alkyl, substituiert oder unsubstituiert, gesättigt oder ungesättigt, verzweigt oder unverzweigt; oder Aryl, substituiert oder unsubstituiert; und Rio ein Ethinylrest sind,wherein R 9 H; -C-Mo-alkyl, substituted or unsubstituted, saturated or unsaturated, branched or unbranched; or aryl, substituted or unsubstituted; and Rio are an ethynyl group,
und R-i- δ H; -Cι„ιo-Alkyl, substituiert oder unsubstituiert, gesättigt oder ungesättigt, verzweigt oder unverzweigt; oder Aryl, substituiert oder unsubstituiert;and Ri- δ H; -Cι „ιo-alkyl, substituted or unsubstituted, saturated or unsaturated, branched or unbranched; or aryl, substituted or unsubstituted;
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens gilt, daß in den Carbonsäuren und/oder Carbonsäurenderivate der allgemeinen Formel III -V,In a further preferred embodiment of the process according to the invention, the following applies in the carboxylic acids and / or carboxylic acid derivatives of the general formula III -V,
R9 gleich H oder ein Alkylrest mit 1 -10 C-Atomen, z.B.
Methyl-, Ethyl-, Propyl, Isopropyl-, Butyl-, Isobutyl-, ter -Butyl-, Pentyl- oder ein Arylrest, z. B.R 9 is H or an alkyl radical with 1 -10 C atoms, for example Methyl, ethyl, propyl, isopropyl, butyl, isobutyl, ter-butyl, pentyl or an aryl radical, e.g. B.
Phenyl-, Methylphenyl-, Ethylphenyl-, Mesithyl-, Cumyl-, Xylyl-,Phenyl, methylphenyl, ethylphenyl, mesithyl, cumyl, xylyl,
Naphthyl- und Rio ein Ethinylrest und Rn.15 gleich H und/oder Alkylreste mit 1-10 C-Atomen und/oder Halogenalkylreste, z. B.Naphthyl and Rio an ethinyl residue and Rn. 15 equal to H and / or alkyl radicals with 1-10 C atoms and / or haloalkyl radicals, for. B.
Methyl-, Ethyl-, Propyl, Isopropyl-, Butyl-, Isobutyl-, tetτ-Butyl-, Pentyl-,Methyl, ethyl, propyl, isopropyl, butyl, isobutyl, tetτ-butyl, pentyl,
Trifluormethyl-, Trichlormethyl-, Difluormethyl-, Dichlormethyl- und/oder Arylreste mit Alkyl- und/oder Halogen- und/oder Nitro- und/oderTrifluoromethyl, trichloromethyl, difluoromethyl, dichloromethyl and / or aryl radicals with alkyl and / or halogen and / or nitro and / or
Sulfonyl- und/oder Hydroxylgruppen am aromatischen Ring, z. B.Sulfonyl and / or hydroxyl groups on the aromatic ring, e.g. B.
Phenyl-, Methylphenyl-, Ethylphenyl-, Mesithyl-, Cumyl-, Xylyl-,Phenyl, methylphenyl, ethylphenyl, mesithyl, cumyl, xylyl,
Naphthyl-, p-Nitrophenyl, Hydroxyphenyl-, p-Fluorphenylgruppen
bedeuten.Naphthyl, p-nitrophenyl, hydroxyphenyl, p-fluorophenyl groups mean.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens gilt, daß als saure Heterogenkatalysatoren Nafion-Silica-Composite-Materialien verwendet werden.In a further preferred embodiment of the process according to the invention, Nafion-silica composite materials are used as acidic heterogeneous catalysts.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens gilt, daß Nafion-Silica-Composite-Materialien mit unterschiedlichem Anteil zwischen 3%-98% an Nafion im Silica eingesetzt werden.In a further preferred embodiment of the method according to the invention it is true that Nafion-silica composite materials with different proportions between 3% -98% of Nafion are used in the silica.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens gilt, dass in den Nafion-Silica-Composite-Materialien der Anteil an Nafion bevorzugt zwischen 40% und 80% beträgt.In a further preferred embodiment of the method according to the invention, the proportion of Nafion in the Nafion silica composite materials is preferably between 40% and 80%.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens gilt, dass die eingesetzten Nafion-Silica-Composite-Materialien in einem „in situ"- Gelverfahren durch Co-Präzipitation von Nafionpartikeln mit Silica synthetisiert werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens gilt, dass die Katalyse in Flüssigphase, in den Reaktanten und/oder in einem organischen Lösungsmittel durchgeführt wird.In a further preferred embodiment of the process according to the invention, the Nafion-silica composite materials used are synthesized in an “in situ” gel process by co-precipitation of Nafion particles with silica. In a further preferred embodiment of the process according to the invention, the catalysis is carried out in the liquid phase, in the reactants and / or in an organic solvent.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens gilt, dass die Reaktion unter Zusatz von engporigen Zeolithen durchgeführt wird.In a further preferred embodiment of the process according to the invention, the reaction is carried out with the addition of narrow-pore zeolites.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens gilt, dass die Reaktion unter Zusatz von A-Zeolithen durchgeführt wird.In a further preferred embodiment of the process according to the invention, the reaction is carried out with the addition of A zeolites.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens gilt, dass Molekularsiebe der allgemeinen Formel KnNa 2-n[( lθ2)i2(Siθ2)i2].xH2θ eingesetzt werden.In a further preferred embodiment of the method according to the invention, molecular sieves of the general formula K n Na 2 - n [(lθ 2 ) i 2 (Siθ 2 ) i 2 ] .xH 2 θ are used.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens gilt, dass Molekularsiebe mit unterschiedlichem Porendurchmesser wie 3 A und/oder 4 Ä und/oder 5 A als Katalysatoren fungieren.In a further preferred embodiment of the process according to the invention, molecular sieves with different pore diameters, such as 3A and / or 4 Å and / or 5 A, act as catalysts.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens gilt, daß die Katalyse in organischen Lösungsmitteln wie z. B. Toluol, Cumol, Xylol, Sulfolan, Dichlormethan, Ethanol durchgeführt wird.In a further preferred embodiment of the method according to the invention applies that the catalysis in organic solvents such as. B. toluene, cumene, xylene, sulfolane, dichloromethane, ethanol is carried out.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens gilt, daß die Katalyse bevorzugt in einem aromatischen Lösungsmittel wie z. B. Toluol, Cumol, Xylol durchgeführt wird.In a further preferred embodiment of the process according to the invention, the catalysis is preferably carried out in an aromatic solvent such as, for. B. toluene, cumene, xylene is carried out.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens gilt, daß der heterogene Katalysator regenerierbar und rückführbar ist, oder direkt ohne Regenerierung recyclisiert wird.In a further preferred embodiment of the process according to the invention, the heterogeneous catalyst can be regenerated and recycled, or is recycled directly without regeneration.
Verfahren
Die vorliegende Anmeldung beschreibt die Darstellung von Cumarinen durch heterogene Katalyse ausgehend von Phenolen undmethod The present application describes the preparation of coumarins by heterogeneous catalysis based on phenols and
Carbonsäuren/Carbonsäurederivaten oder ?-Keto- Carbonsäuren/Carbonsäurederivaten.Carboxylic acids / carboxylic acid derivatives or? Keto carboxylic acids / carboxylic acid derivatives.
Die Carbonsäuren/Carbonsäurederivate haben eine weitere funktionelle Gruppe, so daß Alkylierung am Phenolring unter Bildung der Cümarineinheit unterstützt wird.The carboxylic acids / carboxylic acid derivatives have a further functional group, so that alkylation on the phenol ring is supported with the formation of the cümarine unit.
Es werden Phenole der allgemeinen Formel I und II eingesetzt,Phenols of the general formula I and II are used,
Formel I Formel IIFormula I Formula II
wobei R1-R4 und Rs-Rs gleich oder unterschiedlich sind und gleich H und/oder Hydroxylgruppen und/oder Alkoxyreste mit 1-10 C-Atomen, z. B.where R1-R4 and Rs-Rs are the same or different and are the same as H and / or hydroxyl groups and / or alkoxy radicals with 1-10 C atoms, e.g. B.
Methoxy-, Ethoxy-, Propyloxy-, Butyloxy-, 2-Ethylbutyloxy-, Isobutyloxy- te/τ-Butyl-, Pentyloxy- und/oder Aralkyloxyreste mit Alkyl- und/oder Halogen- und/oder Nitro- und/oder Sulfonyl- und/oder Hydroxylgruppen am aromatischen Ring, z. B.Methoxy, ethoxy, propyloxy, butyloxy, 2-ethylbutyloxy, isobutyloxy / τ-butyl, pentyloxy and / or aralkyloxy radicals with alkyl and / or halogen and / or nitro and / or sulfonyl and / or hydroxyl groups on the aromatic ring, e.g. B.
Benzyloxy-, 1-Phenylethyloxy-, 2-Methyl-phenylmethoxy-, p- Sulfobenzyloxy- p-Nitrobenzyloxy-, p-Fluorbenzyloxy- . und/oder Alkylreste mit 1-10 C-Atomen und/oder Halogenalkylreste, z. B.Benzyloxy, 1-phenylethyloxy, 2-methylphenylmethoxy, p-sulfobenzyloxy, p-nitrobenzyloxy, p-fluorobenzyloxy. and / or alkyl radicals with 1-10 C atoms and / or haloalkyl radicals, for. B.
Methyl-, Ethyl-, Propyl, Isopropyl-, Butyl-, Isobutyl-, te/τ-Butyl-, Pentyl-, Trifluormethyl-, Trichlormethyl-, Difluormethyl-, Dichlormethyl- und/oder Alkenylreste mit 1-10 C-Atomen, z.. B.Methyl, ethyl, propyl, isopropyl, butyl, isobutyl, te / τ-butyl, pentyl, trifluoromethyl, trichloromethyl, difluoromethyl, dichloromethyl and / or alkenyl radicals with 1-10 C atoms, e.g.
Ethenyl-, n-Propenyl-, Isopropenyl-, Hexenyl-, 3-Methylpentenyl-, 3- Ethylbutenyl- .
und/oder Arylreste mit Alkyl- und/oder Halogen- und/oder Nitro- und/oder Sulfonyl- und/oder Hydroxylgruppen am aromatischen Ring, z. B.Ethenyl, n-propenyl, isopropenyl, hexenyl, 3-methylpentenyl, 3-ethylbutenyl. and / or aryl radicals with alkyl and / or halogen and / or nitro and / or sulfonyl and / or hydroxyl groups on the aromatic ring, e.g. B.
Phenyl-, Methylphenyl-, Ethylphenyl-, Mesithyl-, Cumyl-, Xylyl-,Phenyl, methylphenyl, ethylphenyl, mesithyl, cumyl, xylyl,
Naphthyl-, p-Nitrophenyl, Hydroxylphenyl- und/oder Aralkylreste mit Alkyl- und/oder Halogen- und/oder Nitro- und/oder Sulfonyl- und/oder Hydroxylgruppen am aromatischen Ring, z. B.Naphthyl, p-nitrophenyl, hydroxylphenyl and / or aralkyl radicals with alkyl and / or halogen and / or nitro and / or sulfonyl and / or hydroxyl groups on the aromatic ring, e.g. B.
Benzyl-, 1-Phenylethyl-, 2-Phenylethyl-, Cumylmethyl-, Mesitylmethyl,Benzyl, 1-phenylethyl, 2-phenylethyl, cumylmethyl, mesitylmethyl,
Fluor-Chlor-, Brom-, Cyanogruppen bedeuten.Fluorine-chlorine, bromine, cyano groups mean.
Es werden Carbonsäuren/Carbonsäurederivaten der allgemeinen Formel lll-V eingesetzt,Carboxylic acids / carboxylic acid derivatives of the general formula III-V are used,
Formel Formel IV Formel VFormula Formula IV Formula V
wobei R9 gleich H oder ein Alkylrest mit 1-10 C-Atomen, z.B.where R 9 is H or an alkyl radical having 1-10 C atoms, for example
Methyl-, Ethyl-, Propyl, Isopropyl-, Butyl-, Isobutyl-, fetτ-Butyl-, Pentyl- oder ein Arylrest, z. B.Methyl, ethyl, propyl, isopropyl, butyl, isobutyl, fetτ-butyl, pentyl or an aryl radical, e.g. B.
Phenyl-, Methylphenyl-, Ethylphenyl-, Mesithyl-, Cumyl-, Xylyl-, Naphthyl- und R o ein Ethinylrest und R11-15 gleich H und/oder Alkylreste mit 1-10 C-Atomen und/oder Halogenalkylreste, z. B.Phenyl, methylphenyl, ethylphenyl, mesithyl, cumyl, xylyl, naphthyl and R o is an ethynyl radical and R11-15 is H and / or alkyl radicals having 1-10 C atoms and / or haloalkyl radicals, for. B.
Methyl-, Ethyl-, Propyl, Isopropyl-, Butyl-, Isobutyl-, ferf-Butyl-, Pentyl-, Trifluormethyl-, Trichlormethyl-, Difluormethyl-, Dichlormethyl- und/oder Arylreste mit Alkyl- und/oder Halogen- und/oder Nitro- und/oderMethyl, ethyl, propyl, isopropyl, butyl, isobutyl, ferf-butyl, pentyl, trifluoromethyl, trichloromethyl, difluoromethyl, dichloromethyl and / or aryl radicals with alkyl and / or halogen and / or nitro and / or
Sulfonyl- und/oder Hydroxylgruppen am aromatischen Ring, z. B.Sulfonyl and / or hydroxyl groups on the aromatic ring, e.g. B.
Phenyl-, Methylphenyl-, Ethylphenyl-, Mesithyl-, Cumyl-, Xylyl-, Naphthyl-, p-Nitrophenyl, Hydroxyphenyl-, p-Fluorphenylgruppen
und/oder R = CH2C02CH2CH3 bedeuten.Phenyl, methylphenyl, ethylphenyl, mesithyl, cumyl, xylyl, naphthyl, p-nitrophenyl, hydroxyphenyl, p-fluorophenyl groups and / or R = CH 2 CO 2 CH 2 CH 3 .
Die Cumarinderivate werden durch Reaktion von den zuvor beschriebenen Phenolen der allgemeinen Formel I und II und den Carbonsäuren/Carbonsäurenderivaten gemäß Formel lll-V durch Säurekatalyse dargestellt. Dabei werden in einem ersten Schritt die Carbonsäuren mit Phenolen verestert bzw. die Carboηsäureester umgeestert. Danach erfolgt Alkylierung des aromatischen Phenolringes unter Bildung der Cümarineinheit (Formel VI).The coumarin derivatives are prepared by reaction of the previously described phenols of the general formula I and II and the carboxylic acids / carboxylic acid derivatives according to formula III-V by acid catalysis. In a first step, the carboxylic acids are esterified with phenols or the carboxylic acid esters are transesterified. This is followed by alkylation of the aromatic phenol ring to form the cümarine unit (formula VI).
Formel VI (Cumarin)Formula VI (coumarin)
Diese Cümarineinheit kann an verschiedenen Stellen Substituenten gemäß der eingesetzten Phenole und Carbonsäuren/Carbonsäurederivaten tragen. Werden >9-Keto-Carbonsäurederivate der Formel V eingesetzt, wie in der Pechmann- Reaktion (Gleichung I), so derfolgt noch ein weiterer Schritt, die Dehydratisierung.This cümarine unit can carry substituents at various points in accordance with the phenols and carboxylic acids / carboxylic acid derivatives used. If> 9-keto-carboxylic acid derivatives of the formula V are used, as in the Pechmann reaction (equation I), a further step follows, dehydration.
Gleichungequation
Die Reaktionen werden in Gegenwart von heterogenen Katalysatoren in flüssiger Phase durchgeführt. Die Temperaturgrenzen werden durch die Siedepunkte und Schmelzpunkte der Reaktanten bzw. durch den Siedepunkt des verwendeten Lösungsmittels vorgegeben. Die Reaktionen werden batchweise, in einem „slurry"- Reaktor, in einem Festbettreaktor und/oder kontinuierlich durchgeführt. Die eingestellten Temperaturen liegen zwischen 20-250°C, bevorzugt zwischen 40 und 120°C bzw. Siedepunkttemperatur des jeweiligen Lösungsmittels und besonders bevorzugt zwischen 60-100°C. Die Reaktionen können bei Umgebungsdruck, bei erhöhtem Druck bis 100 bar oder bei reduziertem Druck bis 0,01 bar durchgeführt
werden. Als Lösungsmittel können aliphatische, cycloaliphatische, halogenhaltige oder aromatische Lösungsmittel wie z. B. Xylol, Cumol, Dichlormethan, Chlorbenzol, Sulfolan eingesetzt werden. Besonders aromatische Lösungsmittel wie Toluol, Cumol, Xylol sind die geeignetesten.The reactions are carried out in the presence of heterogeneous catalysts in the liquid phase. The temperature limits are determined by the boiling points and melting points of the reactants or by the boiling point of the solvent used. The reactions are carried out batchwise, in a “slurry” reactor, in a fixed bed reactor and / or continuously. The temperatures set are between 20-250 ° C., preferably between 40 and 120 ° C. or the boiling point temperature of the particular solvent and particularly preferably between 60-100 ° C. The reactions can be carried out at ambient pressure, at elevated pressure up to 100 bar or at reduced pressure up to 0.01 bar become. Aliphatic, cycloaliphatic, halogen-containing or aromatic solvents such as. B. xylene, cumene, dichloromethane, chlorobenzene, sulfolane can be used. Aromatic solvents such as toluene, cumene, xylene are the most suitable.
Überraschend exzellente Ergebnisse liefern Nafion-Silica-Composite-Materialien als saure Heterogenkatalysatoren. Diese Materialien sind sehr reaktiv, können leicht abgetrennt und recyclisiert werden. Sie lassen sich bei eventuell auftretender Verkokung leicht regenerieren, z. B. durch Behandlung mit organischen Lösungsmitteln und/oder durch Behandlung mit Säuren.Nafion silica composite materials provide surprisingly excellent results as acidic heterogeneous catalysts. These materials are very reactive, can be easily separated and recycled. They can be easily regenerated if coking occurs, e.g. B. by treatment with organic solvents and / or by treatment with acids.
Nafion ist ein eingetragenes Warenzeichen der Firma DuPont. Es handelt sich um ein perfluoriertes Polymer, welches durch Sulfonierung hoch acide terminale S03H- Gruppen erhält. Durch Co-Präzipitation von Nafion mit Silicagel werden Materialien mit wechselndem Nafion-Gehalt erhalten. BET-Oberflächen-Messungen ergaben 100-120 (m2/g) für den SAG 40 und 10-20 (m2/g) für den SAG 80. Die BET- Oberfläche von reinem Nafion ist < 0,02 (m2/g). Ergebnisse der ICP-AES-Analysen nach lonenaustausch der Protonen durch Cu2+, Zn2+, Fe3+ und AI3+-lonen ergaben für die Anzahl acider Zentren 0,25 meqH+/g für SAG 40 und 0,43 meqH"7g für SAG 80 [meqH+/g = Moläquivalent H+ pro Gramm Probe].Nafion is a registered trademark of DuPont. It is a perfluorinated polymer, which receives highly acidic terminal SO 3 H groups by sulfonation. By co-precipitation of Nafion with silica gel, materials with changing Nafion content are obtained. BET surface measurements showed 100-120 (m 2 / g) for the SAG 40 and 10-20 (m 2 / g) for the SAG 80. The BET surface area of pure Nafion is <0.02 (m 2 / G). Results of the ICP-AES analyzes after ion exchange of the protons by Cu 2+ , Zn 2+ , Fe 3+ and Al 3+ ions gave 0.25 meqH + / g for SAG 40 and 0.43 meqH for the number of acidic centers " 7g for SAG 80 [meqH + / g = mol equivalent H + per gram of sample].
Die Nafion-Silica-Composite-Materialien, eine weitere Entwicklung des Nafion- Harzes, wurden von M. A. Harmer et al.. entwickelt [M. A. Harmer, Q. Sun, W. E. Farneth, J. Am. Chem. Soc, 1996, 118, 7708-7715; M. A. Harmer, Q. Sun, A. J. Vega, A. Heidekum, W. E. Farneth und W. F. Hoelderich, Green Chem., 2000, 2, 7- 14]. Um das Problem der geringen aktiven Oberfläche des reinem Nafion-Harzes zu umgehen, wurden Nanopartikel (20-60 nm Durchmesser) des Nafion-Harzes in einer Silicamatrix verteilt und fixiert. Das Zusammenspiel der hohen katalytischen Eigenschaften des hydrattsierten Nafion-Copolymers mit der Oberfläche des Silica eröffnet neue Wege in der heterogenen Katalyse. Es konnte gezeigt werden, daß eine Reihe wichtiger Reaktionen durch Nafion-Silica-Composites katalysiert wird [A.The Nafion silica composite materials, a further development of the Nafion resin, were developed by M. A. Harmer et al .. [M. A. Harmer, Q. Sun, W.E. Farneth, J. Am. Chem. Soc, 1996, 118, 7708-7715; M. A. Harmer, Q. Sun, A. J. Vega, A. Heidekum, W. E. Farneth and W. F. Hoelderich, Green Chem., 2000, 2, 7-14]. In order to avoid the problem of the low active surface area of the pure Nafion resin, nanoparticles (20-60 nm diameter) of the Nafion resin were distributed and fixed in a silica matrix. The interaction of the high catalytic properties of the hydrated Nafion copolymer with the surface of the silica opens up new avenues in heterogeneous catalysis. It has been shown that a number of important reactions are catalyzed by Nafion silica composites [A.
Heidekum, M. A. Harmer, W. F. Hoelderich, Catal. Leti., 1997, 47, 243; A. Heidekum,Heidekum, M.A. Harmer, W.F. Hoelderich, Catal. Leti., 1997, 47, 243; A. Heidekum,
M. A. Harmer, W. F. Hoelderich, ACS Polym. Prepr., 1997, 763; A. Heidekum, M. A.Harmer, M.A., Hoelderich, W.F., ACS Polym. Prepr., 1997, 763; A. Heidekum, M. A.
Harmer, W. F. Hoelderich, J. Catal., 1998, 260, 176; A Heidekum, M. A. Harmer, W.Harmer, W.F. Hoelderich, J. Catal., 1998, 260, 176; A Heidekum, M.A. Harmer, W.
' F. Hoelderich, J. Catal., 1999, 217, 181].
Aktive Katalysatoren in der Pechmann-Reaktion sind überraschenderweise mit 40% und/oder mit 80% Nafion beladene Silica-Composite-Materialien. Die Nafion-Silica- Composite-Materialien zeichnen sich weiterhin dadurch aus, daß sie nicht empfindlich gegenüber Wasser sind und daß gerade diese Eigenschaft in der Pechmann-Reaktion (Wasser-Bildung) ausgenutzt werden kann. Die Durchführung der Reaktion mit den Composite-Materialien erfordert nicht die azeotrope Abführung des gebildeten Wassers. Somit ist nur eine einfache Apparatur notwendig, die aus einem Reaktionskolben, einem Megnatrührer und einem Rückflusskühler besteht. Auf einen zusätzlichen Wasserabscheider kann verzichtet werden. ' F. Hoelderich, J. Catal., 1999, 217, 181]. Active catalysts in the Pechmann reaction are surprisingly silica composite materials loaded with 40% and / or 80% Nafion. The Nafion silica composite materials are further characterized by the fact that they are not sensitive to water and that precisely this property can be exploited in the Pechmann reaction (water formation). Carrying out the reaction with the composite materials does not require azeotropic removal of the water formed. Thus, only a simple apparatus is necessary, which consists of a reaction flask, a megnat stirrer and a reflux condenser. There is no need for an additional water separator.
Deloxan kann ebenfalls erfolgreich als Katalysator in der Pechmann-Reaktion eingesetzt werden. Es ist ein eingetragenes Warenzeichen der Firma Degussa. Es handelt sich um ein Polysiloxan-Harz, welches wie Nafion die hoch aciden, terminalen Sulfonsäuregruppen enthält. Deloxan weist eine hohe thermische Stabilität auf [C. Boix, M. Poliakoff, Tetrahedron Lett., 1999, 40, 4433-4436],Deloxan can also be successfully used as a catalyst in the Pechmann reaction. It is a registered trademark of Degussa. It is a polysiloxane resin, which like Nafion contains the highly acidic, terminal sulfonic acid groups. Deloxan has a high thermal stability [C. Boix, M. Poliakoff, Tetrahedron Lett., 1999, 40, 4433-4436],
Die besten Ergebnisse im Lösungsmittel Toluol erzielt. Sollte der Katalysator desaktivieren, so kann er vor der Recyclisierung regeneriert werden. Die Regenerierung erfolgt durch Waschen mit Lösungsmitteln wie Aceton, Toluol, THF, Ethanol oder durch Behandlung mit organischen und/oder anorganischen Säuren. Insbesondere Säuren mit Oxidationseigenschaften wie Salpetersäure, Schwefelsäure, anorganische und organische Peroxyde werden bevorzugt.Best results in toluene solvent. Should the catalyst deactivate, it can be regenerated before recycling. The regeneration is carried out by washing with solvents such as acetone, toluene, THF, ethanol or by treatment with organic and / or inorganic acids. In particular acids with oxidation properties such as nitric acid, sulfuric acid, inorganic and organic peroxides are preferred.
Tragen die ^-Keto-Carbonsäurederivate eine Fluor-Alkylgruppe als Substituenten (z. B. Rι4 = CF3), so liegen sie bevorzugt in der Enol-Form entsprechend der Gleichung II vor [V. Bayer, R. Pastor, A. Cambon, J. Fluorine Chem., 1982, 20, 187-202] und weisen eine erhöhte Reaktivität auf.If the ^ keto carboxylic acid derivatives carry a fluoroalkyl group as a substituent (for example Rι 4 = CF 3 ), they are preferably in the enol form according to equation II [V. Bayer, R. Pastor, A. Cambon, J. Fluorine Chem., 1982, 20, 187-202] and have an increased reactivity.
Gleichung II
7-Hydroxycumarine mit Fluor-haltigen Substituenten- finden aufgrund der besonders empfindlichen UV-Aktivität in der Herstellung von wertvollen, fluoreszierenden Färbemitteln und in der Synthese von Enzymsubstraten Anwendung. Equation II 7-Hydroxycoumarins with fluorine-containing substituents are used due to their particularly sensitive UV activity in the production of valuable, fluorescent colorants and in the synthesis of enzyme substrates.
Die Pechmann-Reaktion mit Fluor-Alkyl-#-Keto-Carbonsäurederivaten verläuft am einfachsten im lösungsmittelfreien Reaktionsmilieu, wobei schwach saure Katalysatoren effizient sind. Molsiebe der' allgemeinen Form KnNaι2- n[(Alθ2)i2(Siθ2)i2].xH2θ mit unterschiedlichstem Porendurchmesser reichen allein als Triebkraft der Pechmann-Reaktion mit Fluor-Alkyl-ß-Keto-Carbonsäurederivaten aus. Die Ergebnisse mit Molsieben konkurrieren mit denen, die mit flüssiger Trifluoressigsäure oder mit Schwefelsäure beobachtet werden. In diesem Fall sind einfache, engporige Zeolithe mit einem Porendurchmesser von 3Ä, 4 A oder 5 A sowie Erionit, Chabazit, Ferierit sowohl den flüssigen als auch den anderen heterogenen Säuren (H-BEA, Nafion-Composites oder Amberlyst 15)nicht nur aufgrund der höheren Selektivitäten zum erwünschten Cumarin, sondern auch aufgrund ihres relativ günstigen Preises vorzuziehen. Es müssen keine Abfallprobleme wie beim Einsatz von Trifluoressigsäure oder von anderen homogenen Brönsted-Säuren berücksichtigt werden.The Pechmann reaction with fluoro-alkyl - # - keto-carboxylic acid derivatives takes place most simply in the solvent-free reaction environment, with weakly acidic catalysts being efficient. Mol sieves of the ' general form K n Naι 2 - n [(Alθ 2 ) i 2 (Siθ 2 ) i 2 ] .xH 2 θ with different pore diameters are sufficient as the driving force of the Pechmann reaction with fluoroalkyl-ß-keto-carboxylic acid derivatives out. The results with molecular sieves compete with those observed with liquid trifluoroacetic acid or with sulfuric acid. In this case, simple, narrow-pore zeolites with a pore diameter of 3A, 4 A or 5 A and erionite, chabazite, ferierite are both the liquid and the other heterogeneous acids (H-BEA, Nafion-Composites or Amberlyst 15) not only because of the higher selectivities to the desired coumarin, but also preferred because of their relatively low price. No waste problems, such as when using trifluoroacetic acid or other homogeneous Bronsted acids, need to be taken into account.
Die Erfindung wird im folgenden anhand dreier Ausführungsbeispiele näher erläutert.The invention is explained in more detail below with the aid of three exemplary embodiments.
Beispiele von Nafion-Silica-Composite-MaterialienExamples of Nafion silica composite materials
Katalysator A = Nafion SAG 40, d. h. Nafion-Silica-Composite-Material mit einem Nafion-Gehalt von 40%;Catalyst A = Nafion SAG 40, i.e. H. Nafion silica composite material with a Nafion content of 40%;
Katalysator B = Nafion SAG 80 d. h. Nafion-Silica-Composite-Material mit einem Nafion-Gehalt von 80%;Catalyst B = Nafion SAG 80 d. H. Nafion silica composite material with a Nafion content of 80%;
Beispiel 1 : Pechmann-Reaktion entsprechend Gleichung III:
Example 1: Pechmann reaction according to equation III:
Gleichung IIIEquation III
Eine Mischung aus 10mmol (1 ,1g) Resorcin, 10mmol (1 ,3g) Acetessigsäureethylester, 10ml Toluol und 0,5g SAC 80 wird bei Raumtemperatur vorgelegt und mit einem Magnetrührstab unter Rückfluß zwei Stunden gerührt. Das gebildete 7-Hydroxy-4-methylcumarin 1 fällt während der Reaktion bei der Reaktionstemperatur (Rückfluß) in Toluol aus. Um das Produkt in Lösung zu bringen, wird am Ende der Reaktion zu der noch heißen Lösung Aceton und/oder Tetrahydrofuran zugegeben. Nach Abfiltrieren des Katalysators von der noch warmen Reaktionslösung, wird dieser nochmals mit Aceton gewaschen, an der Luft getrocknet und erneut verwendet. Vom Filtrat wird eine Probe entnommen und mit einer 50m SE-54-Säule der Firma Chrompack gaschromatographisch untersucht.A mixture of 10 mmoles (1.1 g) of resorcinol, 10 mmoles (1.3 g) of ethyl acetoacetate, 10 ml of toluene and 0.5 g of SAC 80 is initially introduced at room temperature and stirred under reflux with a magnetic stirring bar for two hours. The 7-hydroxy-4-methylcoumarin 1 formed precipitates in toluene during the reaction at the reaction temperature (reflux). In order to bring the product into solution, acetone and / or tetrahydrofuran is added to the still hot solution at the end of the reaction. After filtering off the still warm reaction solution, the catalyst is washed again with acetone, air-dried and used again. A sample is taken from the filtrate and analyzed by gas chromatography using a 50m SE-54 column from Chrompack.
Das Produkt wird durch GC-MS, 1H- und 13C-NMR-Messungen analysiert.The product is analyzed by GC-MS, 1 H and 13 C NMR measurements.
Ergebnis: Umsatz an Resorcin (>98%), Selektivität zu 7-Hydroxy-4-Methylcumarin (>98%), Ausbeute an 7-Hydroxy-4-Methylcumarin (>96%).Result: conversion of resorcinol (> 98%), selectivity to 7-hydroxy-4-methylcoumarin (> 98%), yield of 7-hydroxy-4-methylcoumarin (> 96%).
In Tabelle 1 sind die Ergebnisse aufgelistet, die mit SAC 40 und SAC 80 im Vergleich zu Amberlyst 15 und dem reinem Nafion NR 50 in 10ml Toluol erzielt werden.Table 1 lists the results achieved with SAC 40 and SAC 80 compared to Amberlyst 15 and the pure Nafion NR 50 in 10 ml toluene.
Tabelle 1Table 1
*Ausbeute nach qualitativer und quantitativer GC-Analyse der Reaktionsmischung, SAC 40, SAC 80 = 40% bzw. δ0% Nafion auf Silica, NR-50 = reines Nafion-Harz.
Der Katalysator (SAC 80) lässt sich rückführen, beim wiederholten Einsatz sinkt der Umsatz an Resorcin bis auf einem konstanten Wert von 89% bei gleichgebliebener Selektivität zu 7-Hydroxy-4-Methylcumarin von über 98%. Es ist auch möglich, den Katalysator derart zu regenerieren, daß erneut maximaler Umsatz an Resorcin erreicht wird. Dafür wird der gebrauchte Katalysator mit 30%-iger Salpetersäure bei 80°C für 2-4 Stunden gerührt, mit destilliertem Wasser gewaschen und bei 130°C im Hochvakuum getrocknet. * Yield after qualitative and quantitative GC analysis of the reaction mixture, SAC 40, SAC 80 = 40% or δ0% Nafion on silica, NR-50 = pure Nafion resin. The catalyst (SAC 80) can be recycled; with repeated use, the conversion of resorcinol drops to a constant value of 89% with the same selectivity to 7-hydroxy-4-methylcoumarin of over 98%. It is also possible to regenerate the catalyst in such a way that maximum resorcinol conversion is again achieved. For this, the used catalyst is stirred with 30% nitric acid at 80 ° C for 2-4 hours, washed with distilled water and dried at 130 ° C in a high vacuum.
Die verglichenen Beispiele zeigen die Überlegenheit der beanspruchten Katalysatoren.The compared examples show the superiority of the claimed catalysts.
Beispiel 2:Example 2:
Umsetzung von Resorcin mit Acrylsäure (Gleichung IV):Reaction of resorcinol with acrylic acid (equation IV):
Gleichung IVEquation IV
Eine Mischung aus lOmm.ol (1,1g) Resorcin, 10mmol (0,7g) Acrylsäure, 10ml oder 50ml Toluol und 0,5g SAC 80 wird bei Raumtemperatur vorgelegt und mit einem Magnetrührstab unter Rückfluß zwei Stunden gerührt. Neben dem gewünschten 7- Hydroxy-3,4-dihydrocumarin 2 bildet sich nach Veresterung mit beiden Hydroxyfunktionen des Resorcins das Nebenprodukt 3. Von der Reaktionslösung wird eine Probe entnommen und mit einer 50m SE-54-Säule der Firma Chrompack '■ gaschromatographisch untersucht.A mix of 10mm . ol (1.1 g) resorcinol, 10 mmole (0.7 g) acrylic acid, 10 ml or 50 ml toluene and 0.5 g SAC 80 are initially charged at room temperature and stirred under reflux with a magnetic stirring bar for two hours. In addition to the desired 7-hydroxy-3,4-dihydrocoumarin 2 of resorcinol is formed after esterification with two hydroxyl functions, the byproduct 3. From the reaction solution, a sample is taken and analyzed by gas chromatography using a 50m SE-54 column Chrompack '■.
Die Produkte werden mit Hilfe von GC-MS, 1H- und 13C-NMR analysiert.
Ergebnis: Umsatz an Resorcin 100%, Selektivität zu 7-Hydroxy-3,4-dihydrocumarin (86% in 10 ml, 93% in 50 ml Toluol), Ausbeute an 7-Hydroxy-3,4-dihydrocumarin (86% in 10ml, 93% in 50ml Toluol).The products are analyzed using GC-MS, 1 H and 13 C NMR. Result: 100% conversion of resorcinol, selectivity to 7-hydroxy-3,4-dihydrocumarin (86% in 10 ml, 93% in 50 ml toluene), yield of 7-hydroxy-3,4-dihydrocumarin (86% in 10 ml , 93% in 50ml toluene).
In Tabelle 2 sind die Ergebnisse aufgelistet, die mit SAC 40 und SAC 80 im Vergleich zu Amberlyst 15 und dem reinem Nafion NR 50 in 10ml Toluol erzielt werden.Table 2 lists the results obtained with SAC 40 and SAC 80 compared to Amberlyst 15 and the pure Nafion NR 50 in 10 ml toluene.
Tabelle 2Table 2
*Ausbeute nach qualitativer und quantitativer GC-Analyse der Reaktionsmischung, SAC 40, SAC 80 = 40% bzw. 80% Nafion auf Silica, NR-50 = reines Nafion-Harz.* Yield after qualitative and quantitative GC analysis of the reaction mixture, SAC 40, SAC 80 = 40% or 80% Nafion on silica, NR-50 = pure Nafion resin.
Die erfindungsgemäßen Katalysatoren sind - wie im Beispiel 1 gezeigt - regenerierbar.As shown in Example 1, the catalysts of the invention can be regenerated.
Beispiel 3:Example 3:
Umsetzung von Resorcin und Triflüoracetessigsäureethylester entsprechend Gleichung V:Conversion of resorcinol and ethyl trifluoroacetoacetate according to equation V:
Eine Mischung aus 10mmol (1 ,1g) Resorcin, 10mmol (1 ,8g) Trifluoracetessigsäureethylester, wird auf 120°C aufgewärmt. Die entstandene Schmelze (Schmelzpunkt von Resorcin: 109-111 °C) wird über 0,5g Molsieb (3Ä) solange bei 120°C gerührt, bis die Schmelze vollständig zum höher schmelzenden Endprodukt (Schmelzpunkt von 4-(Trifluormethyl)-umbelliferon 4: 180-180°C) erstarrt ist. Die resultierende, feste Masse wird mit Aceton in Lösung gebracht und der Katalysator wird abfiltriert. Nach Entfernen des Lösungsmittels wird das Rohprodukt aus Ethanol/Wasser im Verhältnis 1 :1 umkristallisiert. Bei mehreren Versuchen erhält man reines, farbloses, kristallines 4-(Trifluormethyl)-umbelliferon 4 in hoher Ausbeute 80% und zuweilen etwas darüber. Die Produkte werden mit Hilfe von GC, 1H- und 13C-NMR analysiert.A mixture of 10mmol (1.1g) resorcinol, 10mmol (1.8g) trifluoroacetoacetic acid ethyl ester is warmed to 120 ° C. The resulting melt (melting point of resorcinol: 109-111 ° C) is stirred over 0.5 g molecular sieve (3A) at 120 ° C until the melt completely forms the higher-melting end product (melting point of 4- (trifluoromethyl) umelliferone 4: 180-180 ° C) has solidified. The resulting solid mass is brought into solution with acetone and the catalyst is filtered off. After removing the solvent, the crude product is recrystallized from ethanol / water in a 1: 1 ratio. In several experiments, pure, colorless, crystalline 4- (trifluoromethyl) umelliferone 4 is obtained in a high yield of 80% and sometimes a little bit more. The products are analyzed using GC, 1 H and 13 C NMR.
In Tabelle 3 sind die Ergebnisse aufgelistet, die mit anderen Katalysatoren im Vergleich zu Molsieb (3Ä) in geschmolzener Resorcin-Phase erzielt werden.Table 3 lists the results that are achieved with other catalysts compared to molecular sieve (3A) in the molten resorcinol phase.
Tabelle 3Table 3
* Ausbeute des rein isolierten F-Cumarins 4 nach Umkristallisieren in Ethanol/Wasser 1 :1 ; TFA = Trifluoressigsäure, SAC 13; SAC 40 = 13% bzw. 40% Nafion auf Silica, H-BEA= ß- * Yield of the purely isolated F-coumarin 4 after recrystallization in ethanol / water 1: 1; TFA = trifluoroacetic acid, SAC 13; SAC 40 = 13% or 40% Nafion on silica, H-BEA = ß-
Zeolith in der H+-FormZeolite in the H + form
Die niedrige Ausbeute mit den stärker sauren, heterogenen Katalysatoren ist möglicherweise auf erhöhte Bildung des Nebenprodukts 5 (Gl. V) zurückzuführen. Die A-Molsiebe können nach Regenerieren, d.h. Trocknen bei ca. 200°C imThe low yield with the more acidic, heterogeneous catalysts may be due to increased formation of by-product 5 (Eq. V). The A-mole sieves can be regenerated, i.e. Drying at approx. 200 ° C in
Feinvakuum, wieder eingesetzt werden. Durchführung der reaktionen in organischen Lösungsmitteln, wie z.B. Toluol oder o-Xylol führt zu längeren Reaktionszeiten.
Wie aus Tabelle 3 leicht ersichtlich wird, ist der A-Zeolith den anderen Katalysatoren überlegen. Nur mit TFA kann zwar eine ähnliche Ausbeute erzielt werden, jedoch sind die damit verbunden, bekannten Nachteile, insbesondere starke Korrosion und der hohe Preis für TFA, zu berücksichtigen.
Fine vacuum, can be used again. Carrying out the reactions in organic solvents, such as toluene or o-xylene, leads to longer reaction times. As can easily be seen from Table 3, the A zeolite is superior to the other catalysts. A similar yield can only be achieved with TFA, but the associated disadvantages, in particular severe corrosion and the high price for TFA, must be taken into account.