WO2011018180A1 - Verfahren zum herstellen von 2,4-dioxotetrahydrofuran-3-carboxylaten - Google Patents

Verfahren zum herstellen von 2,4-dioxotetrahydrofuran-3-carboxylaten Download PDF

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WO2011018180A1
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dioxotetrahydrofuran
reaction
metal cation
alkyl
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PCT/EP2010/004777
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Norbert Lui
Jens-Dietmar Heinrich
Christian Funke
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Bayer Cropscience Ag
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    • C07C49/17—Saturated compounds containing keto groups bound to acyclic carbon atoms containing hydroxy groups
    • C07C49/172—Saturated compounds containing keto groups bound to acyclic carbon atoms containing hydroxy groups containing rings

Definitions

  • the present invention relates to a process for the preparation of 2,4-dioxotetrahydrofuran-3-carboxylates.
  • 2,4-Dioxotetrahydrofuran-3-carboxylates are important intermediates in drug production. They can be prepared by various known methods.
  • Athanasellis et al. (Synlett, 2002 (10), 1736-1738) describe a hydroxybenzotriazole-mediated multistep synthesis of 3-methoxycarbonyltetronic acids, i. 2,4-Dioxotetrahydrofuran-3-carboxylates, using O-protected ⁇ -hydroxy acids and a malonic ester with subsequent cyclization in the presence of sodium hydride. The reaction produces elemental hydrogen.
  • sodium hydride Use sodium hydride.
  • the use of sodium hydride is generally not desirable because it is highly flammable and you have to work in the absence of water. Also, the at the
  • reaction resulting elemental hydrogen are removed from the reaction system, which requires further process steps and special security measures.
  • the invention thus relates to the process described below for the preparation of 2,4-dioxotetrahydrofuran-3-carboxylates of the formula (I)
  • R 1 and R 2 are each independently of one another Qn-alkyl, Q- ⁇ -haloalkyl, C 5 -IG aryl, C 5 -18 -
  • A is C 2-4 alkanediyl (alkylene), B is and m is 1 or 2; R 1 and R 2 are each independently of one another methyl, ethyl,
  • Suitable bases according to the invention are all bases which are capable of deprotonating the malonic ester of the formula (III).
  • Alkoxides which are particularly suitable according to the invention are alkoxide bases and have the general formula X (OR 3 ) y in which X is an alkali metal cation (eg Na + or K + ) or an alkaline earth metal cation (eg Mg 2+ ), and R 3 is Ci - 12 -alkyl, preferably methyl and ethyl, y is 1 when X is an alkali metal cation, and y is 2 when X is an alkaline earth metal cation.
  • bases according to the invention are potassium tert-butylate and sodium methylate, with sodium methylate being preferred for economic reasons.
  • sufficient amount of water is meant the amount of water sufficient to obtain the desired 2,4-dioxotetrahydrofuran-3-carboxylate of formula (I) and to separate this compound from the reaction mixture.
  • the ratio of Haloacetyl chloride of formula (II) to water in the range of from about 1: 0.5 to about 1: 100, more preferably from about 1: 0.8 to about 1:50, especially from about 1: 1 to about 1:30. Larger ratios are possible, but not economically useful.
  • step (i) it is erf ⁇ ndungshunt preferred to heat the malonic acid ester of the formula (IE) either without solvent, ie in bulk, or in a suitable solvent.
  • a suitable solvent base eg sodium methylate in methanol
  • the addition of the base is usually carried out at high temperatures, preferably at an internal temperature in the range from about 50 ° C. to about 250 ° C., in particular in the range from about 80 ° C. to about 150 ° C. internal temperatures in the range from about 90 ° C. to about 150 0 C are particularly preferred.
  • the addition and / or the reaction of the compound of the formula (H) with the resulting malonic ester salt is preferably carried out at internal temperatures in the range of about 5 ° C to about 35 ° C, in particular in the range of about 10 0 C to about 25 ° C.
  • the separation of the desired 2,4-dioxotetrahydrofuran-3-carboxylate of the general formula (I) from the reaction mixture can be carried out as desired. Preference is given to filtration and / or phase separation.
  • 2-Halogenoacetyl chlorides of the formula (H) and malonic esters of the formula (III) are commercially available or can be prepared by known processes.
  • Preferred malonic acid ester of formula (III) are those in which R 1 and / or R 2 is methyl, ethyl, isopropyl, propyl, butyl, AlIyI, benzyl, alkoxyalkyl or Q.
  • ⁇ - is haloalkyl, in particular methyl, ethyl, n- Propyl or butyl stands.
  • Preferred malonic esters of formula (HI) are furthermore those in which R 1 and R 2 represent the same chemical groups, preferably methyl, ethyl, n-propyl or butyl.
  • the method according to the invention can be illustrated by the following scheme. Scheme 2:
  • the reaction of the malonic ester of the formula (ET) with base and then with 2-haloacetyl chloride of the formula (II) can be carried out in the presence of a solvent or in bulk.
  • the reaction is carried out in a solvent.
  • the solvents are preferably used in such an amount that the reaction mixture remains easy to stir throughout the process.
  • Suitable solvents for carrying out the process according to the invention are all organic solvents which are inert under the reaction conditions. According to the invention, solvents are understood as meaning mixtures of pure solvents.
  • Solvents which are suitable according to the invention are in particular ethers (for example ethyl propyl ether, methyl tert-butyl ether, butyl ether, anisole, phenol, cyclohexyl methyl ether, dimethyl ether, diethyl ether, dimethyl glycol, diphenyl ether, dipropyl ether, diisopropyl ether, di-w-butyl ether, diisobutyl ether, diisoamyl ether, ethylene glycol dimethyl ether, Isopropyl ethyl ether, diethylene glycol dimethyl ether, triethylene glycol dimethyl ether, tetrahydrofuran, dioxane, and polyethers of ethylene oxide and / or propylene oxide); Compounds such as tetrahydrothiophene dioxide and dimethylsulfoxide, tetramethylenesulfoxide, dipropylsulfoxide, benzy
  • esters eg methyl, ethyl, butyl, isobutyl acetate, dimethyl, dibutyl or ethylene carbonate, propylene carbonate
  • Amides eg, hexamethylenephosphoric triamide, formamide, N, N-dimethylacetamide, N-methylformamide, N, N-dimethylformamide, N, N-dipropylformamide, N, N-dibutylformamide, N-methyl-pyrrolidine, N-methyl-caprolactam , 1,3-dimethyl-3,4,5,6-tetrahydro-2 (1H) -pyrimidine, octylpyrrolidone, octyl-caprolactam,
  • aromatic and / or aliphatic hydrocarbons in particular xylene, diisopropylbenzene and dichlorobenzene, as the solvent.
  • Solvents which may be used according to the invention are solvents which can be removed from the reaction mixture by distillation under the reaction conditions of step (i), preferred are alcohols such as methanol, ethanol, isopropanol, butanol (ie, n-butanol, tert-butanol, 2-butanol) and 2- (2-ethoxyethoxy) ethanol.
  • alcohols such as methanol, ethanol, isopropanol, butanol (ie, n-butanol, tert-butanol, 2-butanol) and 2- (2-ethoxyethoxy) ethanol.
  • the choice of solvent depends on the base used. If an alcoholate base is used, then the corresponding alcohol is preferably used as the solvent.
  • the process according to the invention can generally be carried out in vacuo, under atmospheric pressure or under excess pressure.
  • the temperatures used may vary depending on the starting materials.
  • the inventive method can be carried out to about 180 0 C at temperatures in the range of about 0 0 C to about 250 0 C, preferably at internal temperatures in the range of about 10 0 C.
  • the process is preferably carried out under atmospheric pressure and at internal temperatures in the range from about 20 ° C. to about 150 ° C.
  • the reaction with the base can be carried out at relatively high internal temperatures, in particular in the range from about 50 ° C. to 250 ° C., and the reaction with haloacetyl chloride of the formula (H) at comparatively low internal temperatures, in particular at internal temperatures in the range from about 0 ° C. to about 50 ° C.
  • the ratio of the malonic ester of the formula (III) used to the base used can vary. However, a significant excess of base is to be avoided since such an excess reduces the yield of the reaction since the base reacts with the haloacetyl chloride of formula (IT).
  • the ratio of malonic acid ester of formula (HI) to base used ranges from about 1: 0.8 to about 1: 1.5, more preferably from about 1: 0.9 to about 1: 1.2, especially about 1: 1 to about 1: 1.1.
  • the ratio of the haloacetyl chloride of the formula (IT) used to the malonic ester of the formula (III) used can vary. A significant excess is not critical to the reaction, but uneconomical.
  • the ratio of the haloacetylchloride of the formula (IT) used to the malonic ester of the formula (HT) used is preferably in the range from about 1: 1.8 to about 1: 2.5, in particular in the range from about 1: 1.9 to about 1 : 2.2, especially in the range of about 1: 2 to about 1: 2.1.
  • alkyl alone or in combination with other terms such as arylalkyl refers to linear or branched Saturated hydrocarbon chains having up to 12 carbon atoms, ie Q. ⁇ -alkyl, preferably having up to 6 carbon atoms, ie C 1-6 - Alkyl, more preferably having up to 4 carbons, ie Ci- 4 alkyl.
  • alkyls examples include methyl, ethyl, n- or iso-propyl, n-, iso-, sec- or tert-butyl, n-pentyl, n-hexyl, n-heptyl, n-octyl, n-nonyl, n- Decyl, n-undecyl and n-dodecyl.
  • the alkyls may be with a suitable substituent be substituted.
  • aryl refers to cyclic aromatic non-condensed or fused groups having from 5 to 18 carbon atoms.
  • Preferred aryls have 6 to 14 carbon atoms (e.g., phenyl or naphthyl).
  • phenyl is particularly preferred.
  • arylalkyl denotes a combination of radicals "aryl” and “alkyl” as defined according to the invention, arylalkyls generally being bonded via the alkyl group. Examples of these are benzyl, phenylethyl or ⁇ -methylbenzyl. Benzyl is preferred among the arylalkylenes.
  • alkylaryl likewise represents a combination of radicals "aryl” and “alkyl” as defined according to the invention, where alkylaryls are generally bonded via the aryl group, for example tolyl.
  • alkanediyl or "alkylene” refers to alkyls as defined above but having another free bond valence, i. they have 2 binding sites. Examples of such alkanediyls are methylene, ethylene, propylene and cyclopropylene.
  • Halogen or "Hal” is fluorine, chlorine, bromine or iodine, preferably chlorine or bromine.
  • Example 3 50 g of diethyl malonate (0.31 mol) in 300 ml of xylene are heated to 110 0 C. Within 1 h, 56 g (0.3 mol) of sodium methylate are added in methanol. In this case, the liberated methanol is distilled off. The jacket temperature is heated to 140 0 C (internal temperature 125 0 C). After cooling to 15 ° C, 17.6 g of chloroacetyl chloride is added dropwise with countercooling (internal temperature 15 ° C). After 3 hours of stirring at 25 ° C, 100 g of water are added dropwise. The mixture is then stirred for 4 h at 40 0 C, filtered and the residue in vacuo at 40 0 C dried.

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Abstract

Verfahren zur Herstellung von 2,4-Dioxotetrahydrofuran-3-carboxylaten der Formel (I) bzw. (I') umfassend das Umsetzen einer Halogenacetylchloridverbindung der Formel (II) mit einem Malonsäureester der Formel (III) worin HaI, R1 und R2 die in der Anmeldung genannten Bedeutungen haben, in Gegenwart einer geeigneten Base und gegebenenfalls in Gegenwart eines Lösungsmittels; das Zugeben einer ausreichenden Menge an Wasser zum Reaktionsgemisch; und das Abtrennen des gewünschten 2,4-Dioxotetrahydrofuran-3-carboxylats.

Description

Verfahren zum Herstellen von 2.4-Dioxotetrahvdrofuran-3-carboxylaten
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von 2,4-Dioxotetrahydrofuran-3- carboxylaten.
2,4-Dioxotetrahydrofuran-3-carboxylate sind wichtige Zwischenverbindungen bei der Wirkstoffherstellung. Sie können nach verschiedenen bekannten Methoden hergestellt werden.
Beispielsweise beschreiben Athanasellis et al. (Synlett, 2002 (10), 1736 - 1738) eine durch Hydroxybenzotriazol vermittelte mehrstufige Synthese von 3-Methoxycarbonyltetronsäuren, d.h. 2,4- Dioxotetrahydrofuran-3-carboxylaten, unter Verwendung von O-geschützten α-Hydroxysäuren und einem Malonsäureester unter anschließender Cyclisierung in Gegenwart von Natriumhydrid. Durch die Reaktion entsteht elementarer Wasserstoff.
Mitsos et al. (Journal of Heterocyclic Chemistry, 39 (6), 1201 - 1205) beschreiben ebenfalls die Herstellung von 2,4-Dioxotetrahydrofuran-3-carboxylaten. Durch eine durch N,N'- Dicyclohexylcarbodiimid vermittelte Kondensationsreaktion von O-geschützten α-Hydroxysäuren mit N-Hydroxysuccinimide wird zuerst der N-Succinimidylester einer α-Acetoxysäure hergestellt, der dann mit einem Malonsäuredialkylesteranion, das durch Reaktion von Malonsäureester und Natriumhydrid in wasserfreiem Benzol erzeugt wurde, reagiert. Durch die Reaktion entsteht elementarer Wasserstoff. Die Reaktionsmischung wird wässrig aufgearbeitet und durch Ansäuern das gewünschte Produkt erhalten.
Die von Athanasellis und Mitsos beschriebenen Verfahren haben den Nachteil, dass sie nicht kosteneffizient großtechnisch eingesetzt werden können. Die verwendeten Chemikalien sind teuer und die Verfahren sind komplex, weil sie viele Verfahrensschritte beinhalten und gleichzeitig
Natriumhydrid einsetzen. Der Umgang mit Natriumhydrid ist generell nicht wünschenswert, denn es ist leicht entzündlich und man muss unter Ausschluss von Wasser arbeiten. Auch muss der bei der
Reaktion entstehende elementare Wasserstoff aus dem Reaktionssystem entfernt werden, was weitere Verfahrensschritte und besondere Sicherheitsmaßnahmen bedingt.
Ein Verfahren zur Herstellung von 3-Ethoxycarbonyl-4-hydroxyfuran-2(5H)-on, die Enolform von 2,4-Dioxotetrahydrofuran-3-ethoxylat, das auf die Verwendung von Natriumhydrid verzichtet ist bei Campbell et al. (J. Chem. Soc. Perkin Trans 1 1985, 1567 - 1576) beschrieben (Schema 1). Schema 1 :
O
,XAOK "0 BOΛΛO OB _J^
(1) (2) O) °
Figure imgf000004_0001
Hier wird jedoch vom Malonsäureethylestermono-Kaliumsalz (1) ausgegangen, das in einem ersten
Schritt mit Bromessigsäureethylester (2) in kochenden Ethanol zu Ethoxycarbonylmethylethylmalonat (3) umgesetzt wird, das dann weiterhin mit Kalium-tert-butylat in tert-Butanol zum Kaliumsalz des 3-Ethoxycarbonyl-4-hydroxyfuran-2(5H)-on (4) weiterreagiert.
Durch Zugabe von Salzsäure in Ethanol wird 3-Ethoxycarbonyl-4-hydroxyfuran-2(5H)-on (5) erhalten. Das Verfahren ist ebenfalls zur kosteneffizienten großtechnischen Anwendung ungeeignet, da auch hier die verwendeten Chemikalien teuer sind und das Verfahren viele Verfahrensschritte vorsieht.
Gleiches gilt für das in WO 2009/036899 beschriebene Verfahren zur Herstellung von 2,4- Dioxotetrahydrofuran-3-carboxylaten. Hier wird auch in einem mehrstufigen Prozess vom Malonsäureethylestermono-Kaliumsalz ausgegangen und durch Acylierungsreaktion und anschließendem Ringschluss das Salz des 3-Alkoxycarbonyl-4-hydroxyfuran-2(5H)-on erhalten. Die eingesetzten Chemikalien sind zwar weniger teuer als die im Verfahren von Campbell et al. verwendeten, die Anzahl der Verfahrensschritte ist jedoch gleich hoch, was die großtechnische Anwendung erschwert bzw. unrentabel macht.
Ein Verfahren zur Herstellung von Ethyl-2,4-dioxotetrahydrofuran-3-carboxylat, das mit weniger Verfahrensschritten als die vorbenannten Verfahren auskommt, jedoch großtechnisch nicht einsetzbar ist, wurde von Benary beschrieben (Benary, Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft (1911), 44, 1759 - 1765). In diesem Verfahren wird der eingesetzte Malonsäuredimethylester zusammen mit Natrium in absolutem, d.h. wasserfreiem, Diethylether unter Freisetzung von elementaren Wasserstoff zur entsprechenden Natriumverbindung in einer Redoxreaktion umgesetzt. Bei Eiskühlung wird dann Chloracetylchlorid, das in Diethylether gelöst ist, zugegeben. Die Reaktionsmischung wird dann 24 Stunden stehen gelassen. Neben dem Freiwerden von elementaren Wasserstoff ist auch der Einsatz von Natrium in wasserfreien Lösungsmitteln für eine großtechnische Anwendung nicht vorteilhaft, weil zu aufwendig und teuer.
Ausgehend von den bekannten Verfahren zur Herstellung von 2,4-Dioxotetrahydrofuran-3- carboxylaten bzw. den entsprechenden Enol-Tautomeren stellt sich nun die Aufgabe, wie diese einfach und kostengünstig hergestellt werden können, so dass das Verfahren auch zur großtechnischen Herstellung von 2,4-Dioxotetrahydrofuran-3-carboxylaten verwendet werden kann.
Unter kostengünstigen Verfahren werden solche Verfahren verstanden, die ohne großen finanziellen
Aufwand durchzufuhren sind, weil die Ausgangsstoffe beispielsweise kostengünstig und/oder ungefährlich sind, das Verfahren mit wenigen Verfahrensschritten auskommt bzw. sogar als "Eintopfreaktion" durchzuführen ist, und/oder das gewünschte 2,4-Dioxotetrahydrofuran-3- carboxylat in einer ausreichend hohen Ausbeute und Reinheit erhalten wird.
Es wurde nun ein Verfahren zur Herstellung von 2,4-Dioxotetrahydrofuran-3-carboxylaten gefunden, das die vorgenannten Nachteile vermeidet und das einfach und kostengünstig durchfuhrbar ist, insbesondere weil das gefundene Verfahren in einer Eintopfreaktion durchgeführt werden kann und weil es ohne teure und/oder gefährliche Chemikalien auskommt.
Gegenstand der Erfindung ist somit das unten beschriebene Verfahren zur Herstellung von 2,4- Dioxotetrahydrofuran-3-carboxylaten der Formel (I)
Figure imgf000005_0001
(I) (I1) worin R1 für die weiter unten definierten chemischen Gruppierungen steht. Verbindungen der Formel (I) können aufgrund der Keto-Enol-Tautomerie in unterschiedlichen tautomeren Formen vorliegen. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung sind - unabhängig von der Darstellungsweise der Verbindung der allgemeinen Formel (I) - alle tautomere Strukturen der allgemeinen Formel (I), insbesondere die der Formel (Y) umfasst.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von 2,4-Dioxotetrahydrofuran-3-carboxylaten der Formel (I) umfasst die folgende Schritte
(i) Umsetzen einer Halogenacetylchloridverbindung der Formel (H)
Figure imgf000006_0001
in welcher HaI für Brom, Chlor oder Iod, bevorzugt für Brom oder Chlor, besonders bevorzugt für Chlor steht, mit einem Malonsäureester der Formel (HI)
Figure imgf000006_0002
(Hl) worin
R1 und R2 jeweils unabhängig voneinander für Q-n-Alkyl, Q-π-Halogenalkyl, C5-ig-Aryl, C5-I8-
Halogenaryl, C7.i9-Alkylaryl, C7-i9-Arylalkyl stehen oder für ein Alkoxyalkyl der Formel
-[A-O]1n-B stehen, worin A für C2-4-Alkandiyl (Alkylen), B für
Figure imgf000006_0003
und m für loder 2 steht; bevorzugt stehen R1 und R2 jeweils unabhängig voneinander für Methyl, Ethyl,
Isopropyl, Propyl, Benzyl oder 2-Methoxyethyl , besonders bevorzugt für Methyl oder Ethyl, in Gegenwart einer geeigneten Base und gegebenenfalls in Gegenwart eines Lösungsmittels; (ii) Zugeben einer ausreichenden Menge an Wasser zum Reaktionsgemisch; und (iii) Abtrennen des gewünschten 2,4-Dioxotetrahydrofuran-3-carboxylats. Erfindungsgemäß geeignete Basen sind alle Basen, die den Malonsäureester der Formel (IH) zu deprotonieren vermögen. Erfindungsgemäß besonders gut geeignete Basen sind Alkoholatbasen und haben die allgemeine Formel X(OR3)y> worin X für ein Alkalimetallkation (z.B. Na+ oder K+) oder für ein Erdalkalimetallkation (z.B. Mg2+) steht, und R3 für Ci-12-Alkyl, bevorzugt Methyl und Ethyl steht, y steht für 1, wenn X für eine Alkalimetallkation steht, und y steht für 2 wenn X für ein Erdalkalimetallkation steht. Erfindungsgemäße Basen sind beispielsweise Kalium-tert-butylat und Natriummethylat, wobei aus ökonomischen Gründen Natriummethylat bevorzugt ist.
Unter ausreichender Menge an Wasser wird die Menge an Wasser verstanden, die ausreicht, um das gewünschte 2,4-Dioxotetrahydrofuran-3-carboxylat der Formel (I) zu erhalten und um diese Verbindung vom Reaktionsgemisch abzutrennen. Vorzugsweise liegt das Verhältnis von Halogenacetylchlorid der Formel (II) zu Wasser im Bereich von etwa 1: 0,5 bis etwa 1: 100, insbesondere von etwa 1 : 0,8 bis etwa 1: 50, speziell von etwa 1 :1 bis etwa 1:30. Größere Verhältnisse sind möglich, jedoch wirtschaftlich nicht sinnvoll.
Im Schritt (i) ist es erfϊndungsgemäß bevorzugt, den Malonsäureester der Formel (IE) entweder ohne Lösungsmittel, d.h. in Substanz, oder in einem geeigneten Lösungsmittel zu erhitzen. Danach wird die ggf. in einem geeigneten Solvens gelöste Base (z.B. Natriummethylat in Methanol) zugegeben, wobei vorzugsweise die entstehende Verbindung Hy(OR3)y und/oder das Solvens (z.B. Methanol) gleichzeitig abdestilliert wird. Die Zugabe der Base erfolgt gewöhnlicherweise bei hohen Temperaturen, vorzugsweise bei einer Innentemperatur im Bereich von etwa 500C bis etwa 2500C, insbesondere im Bereich von etwa 800C bis etwa 1500C. Innentemperaturen im Bereich von etwa 900C bis etwa 1500C sind besonders bevorzugt. Das Zugeben und/oder die Reaktion der Verbindung der Formel (H) mit dem entstandenen Malonsäureestersalz erfolgt vorzugsweise bei Innentemperaturen im Bereich von etwa 5°C bis etwa 35°C, insbesondere im Bereich von etwa 100C bis etwa 25°C. Das Abtrennen des gewünschten 2,4-Dioxotetrahydrofuran-3-carboxylats der allgemeinen Formel (I) aus dem Reaktionsgemisch kann beliebig erfolgen. Bevorzugt sind Filtration und/oder Phasentrennung.
2-Halogenacetylchloride der Formel (H) und Malonsäureester der Formel (111) sind käuflich erhältlich oder können nach bekannten Verfahren hergestellt werden. Bevorzugte Malonsäureester der Formel (HI) sind solche in denen R1 und/ oder R2 für Methyl, Ethyl, Isopropyl, Propyl, Butyl, AlIyI, Benzyl, Alkoxyalkyl oder Q.^-Halogenalkyl steht, insbesondere für Methyl, Ethyl, n-Propyl oder Butyl steht.
Bevorzugte Malonsäureester der Formel (HI) sind weiterhin solche, in denen R1 und R2 für die gleichen chemischen Gruppierungen stehen, vorzugsweise für Methyl, Ethyl, n-Propyl oder Butyl. Das erfindungsgemäße Verfahren kann anhand des folgenden Schemas verdeutlicht werden. Schema 2:
Figure imgf000007_0001
(") (HD (i1) (I) worin HaI, R1, R2, X, R3 und y die vorgenannten Bedeutungen haben.
Die Umsetzung des Malonsäureesters der Formel (ET) mit Base und anschließend mit 2- Halogenacetylchlorid der Formel (II) kann in Gegenwart eines Lösungsmittels oder in Substanz erfolgen. Vorzugsweise wird die Reaktion in einem Lösungsmittel durchgeführt. Die Lösungsmittel werden vorzugsweise in einer solchen Menge eingesetzt, dass das Reaktionsgemisch während des ganzen Verfahrens gut rührbar bleibt. Als Lösungsmittel zur Durchführung des erfϊndungsgemäßen Verfahrens kommen alle unter den Reaktionsbedingungen inerten organischen Lösungsmittel in Frage. Unter Lösungsmittel werden erfϊndungsgemäß auch Gemische reiner Lösungsmittel verstanden. Erfindungsgemäß geeignete Lösungsmittel sind insbesondere Ether (z.B. Ethylpropylether, Methyl- tert-butylether, «-Butylether, Anisol, Phenetol, Cyclohexylmethylether, Dimethylether, Diethylether, Dimethylglycol, Diphenylether, Dipropylether, Diisopropylether, Di-w-butylether, Diisobutylether, Diisoamylether, Ethylenglycoldimethylether, Isopropylethylether, Diethylenglykoldimethylether, Triethylenglykoldimethylether, Tetrahydrofuran, Dioxan, und Polyether des Ethylenoxids und/oder Propylenoxids); Verbindungen wie Tetrahydrothiophendioxid und Dimethylsulfoxid, Tetramethylensulfoxid, Dipropylsulfoxid, Benzylmethylsulfoxid, Diisobutylsulfoxid, Dibutylsulfoxid, Düsoamylsulfoxid; Sulfone wie Dimethyl-, Diethyl-, Dipropyl-, Dibutyl-, Diphenyl-, Dihexyl-, Methylethyl-, Ethylpropyl-, Ethylisobutyl- und Pentamethylensulfon; aliphatische, cycloaliphatische oder aromatische Kohlenwasserstoffe (z.B. Pentan, Hexan, Heptan, Oktan, Nonan wie die sogenannten "White Spirits" mit Komponenten mit Siedepunkten im Bereich beispielsweise von 400C bis 2500C, Cymol, Benzinfraktionen innerhalb eines Siedeintervalls von 700C bis 19O0C, Cyclohexan, Methylcyclohexan, Petrolether, Ligroin, Octan, Benzol, Toluol, Chlorbenzol, Brombenzol, Xylol); Ester (z.B. Methyl-, Ethyl-, Butyl-, Isobutylacetat, Dimethyl-, Dibutyl- oder Ethylencarbonat, Propylencarbonat); Amide (z.B. Hexamethylenphosphorsäuretriamid, Formamid, N,N-Dimethyl-acetamid, N-Methyl-formamid, NN-Dimethyl-formamid, NN-Dipropyl-formamid, NN-Dibutyl-formamid, N-Methyl-pyrrolidin, N-Methyl-caprolactam, l,3-Dimethyl-3,4,5,6- tetrahydro-2(lH)-pyrimidin, Octylpyrrolidon, Octylcaprolactam, l,3-Dimethyl-2-imidazolindion, N- Formyl-piperidin, N,N'-l,4-Diformyl-piperazin) oder Gemische davon.
Für die erfindungsgemäße Umsetzung werden als Lösungsmittel bevorzugt aromatische und/oder aliphatische Kohlenwasserstoffe, insbesondere Xylol, Diisopropylbenzol und Dichlorbenzol verwendet.
Als Solvens können erfindungsgemäße Lösungsmittel verwendet werden, die sich bei den Reaktionsbedingungen des Schritts (i) aus dem Reaktionsgemisch destillativ entfernen lassen, bevorzugt sind Alkohole wie beispielsweise Methanol, Ethanol, Isopropanol, Butanol (d.h. n-Butanol, tert-Butanol, 2-Butanol) und 2-(2-Ethoxyethoxy)-ethanol. Die Wahl des Solvens ist abhängig von der verwendeten Base. Wird eine Alkoholatbase verwendet, dann wird bevorzugt der entsprechende Alkohol als Solvens eingesetzt. Das erfindungsgemäßen Verfahren kann im Allgemeinen im Vakuum, bei Normaldruck oder unter Überdruck durchgeführt werden.
Die angewendeten Temperaturen können in Abhängigkeit der Ausgangsstoffe variieren. Das erfindungsgemäße Verfahren kann bei Temperaturen im Bereich von etwa 00C bis etwa 2500C, vorzugsweise bei Innentemperaturen im Bereich von etwa 100C bis etwa 1800C durchgeführt werden. Bevorzugt wird das Verfahren bei Normaldruck und bei Innentemperaturen im Bereich von etwa 200C bis etwa 1500C durchgeführt. Die Reaktion mit der Base kann bei höheren Innentemperaturen, insbesondere im Bereich von etwa 500C bis 2500C, und die Umsetzung mit Halogenacetylchlorid der Formel (H) bei vergleichsweise niedrigen Innentemperaturen erfolgen, insbesondere bei Innentemperaturen im Bereich von etwa 00C bis etwa 500C. Das Verhältnis des eingesetzten Malonsäureesters der Formel (HI) zu der verwendeten Base kann variieren. Ein deutlicher Überschuss an Base ist jedoch zu vermeiden, da ein solcher Überschuss die Ausbeute der Reaktion reduziert, da die Base mit dem Halogenacetylchlorid der Formel (IT) reagiert. Vorzugsweise liegt das Verhältnis von Malonsäureester der Formel (HI) zur verwendeten Base im Bereich von etwa 1 : 0,8 bis etwa 1 : 1,5, insbesondere von etwa 1 : 0,9 bis etwa 1: 1,2, speziell von etwa 1:1 bis etwa 1: 1,1.
Das Verhältnis des eingesetzten Halogenacetylchlorids der Formel (IT) zum verwendeten Malonsäureester der Formel (HI) kann variieren. Ein deutlicher Überschuss ist für die Reaktion unkritisch, jedoch unwirtschaftlich. Vorzugsweise liegt das Verhältnis des eingesetzten Halogenacetylchlorids der Formel (IT) zum verwendeten Malonsäureester der Formel (HT) im Bereich von etwa 1 :1,8 bis etwa 1 : 2,5, insbesondere im Bereich von etwa 1 : 1,9 bis etwa 1: 2,2, speziell im Bereich von etwa 1 :2 bis etwa 1 :2,1.
Die Bezeichnung "Alkyl" in Alleinstellung oder in Kombination mit anderen Begriffen, wie beispielsweise Arylalkyl bezieht sich auf lineare oder verzweigte gesättige Kohlenwasserstoffketten mit bis zu 12 Kohlenstoffatomen, d.h. Q.π-alkyl, bevorzugt mit bis zu 6 Kohlenstoffen, d.h. C1-6- Alkyl, besonders bevorzugt mit bis zu 4 Kohlenstoffen, d.h. Ci-4-Alkyl. Beispiele solcher Alkyle sind Methyl, Ethyl, n- oder iso-Propyl, n-, iso-, sec- oder tert-Butyl, n-Pentyl, n-Hexyl, n-Heptyl, n-Octyl, n-Nonyl, n-Decyl, n-Undecyl und n-Dodecyl. Die Alkyle können mit einem geeignetem Substituenten substituiert sein.
Die Bezeichnung "Aryl" - in Alleinstellung oder in Kombination mit anderen Begriffen - bezieht sich auf cyclische aromatische nicht-kondensierte oder kondensierte Gruppen, die 5 bis 18 Kohlenstoffatome aufweisen. Bevorzugte Aryle weisen 6 bis 14 Kohlenstoffatome auf (z.B. Phenyl oder Naphtyl). Unter den Arylen ist Phenyl besonders bevorzugt.
Die Bezeichnung "Arylalkyle" steht für eine Kombination aus erfindungsgemäß definierten Resten "Aryl" und "Alkyl", wobei Arylalkyle im Allgemeinen über die Alkylgruppe gebunden werden. Beispiele hierfür sind Benzyl, Phenylethyl oder α-Methylbenzyl. Unter den Arylalkylen ist Benzyl bevorzugt. Die Bezeichnung "Alkylaryle" steht gleichfalls für eine Kombination aus erfindungsgemäß definierten Resten "Aryl" und "Alkyl", wobei Alkylaryle im Allgemeinen über die Arylgruppe gebunden werden, wie beispielsweise Tolyl.
Die Bezeichnung "Alkandiyl" oder "Alkylen" bezieht sich auf Alkyle wie oben definiert, die jedoch über eine weitere freie Bindungsvalenz verfügen, d.h. sie verfügen über 2 Bindungstellen. Beispiele solcher Alkandiyle sind Methylen, Ethylen, Propylen und Cyclopropylen.
"Halogen" oder "HaI" steht für Fluor, Chlor, Brom oder Iod, vorzugsweise für Chlor oder Brom.
Die vorliegende Erfindung wird anhand der nachfolgenden Beispiele näher erläutert, ohne die Erfindung dabei auf diese einzuschränken.
Herstellungsbeispiele: Beispiel 1
200 g Malonsäuredimethylester (1,5 mol) in 0,98 kg Xylol werden auf 900C erwärmt. Innerhalb von einer Stunde werden 272 g (1,5 mol) Natriummethylat in Methanol zudosiert. Dabei wird das freigesetzte Methanol abdestilliert. Die Manteltemperatur wird bis auf 1100C erwärmt (Innentemperatur 1000C). Nach Abkühlen auf 25°C wird 284 g Chloressigsäurechlorid (30-%ig) in Xylol unter Gegenkühlung (Innentemperatur 25°C) zugetropft. Nach 3 Stunden Nachrühren bei 25°C werden 567 g Wasser zugetropft. Anschließend wird weitere 3 Stunden bei Raumtemperatur, d.h. etwa 200C, nachgerührt. Dann wird die organische Phase abgetrennt und die wässrige Phase wird zur Trockene eingeengt. Man erhält 177g Methyl 2,4-dioxotetrahydrofuran-3-carboxylat was 74,8 % Ausbeute entspricht (50,6 %ig, 44,1 % Kochsalz,).
1H-NMR (D2O, 298K) δ: 3,73 (s, 3H), 4,42 (s, 2H) Beispiel 2
143 g Malonsäuredimethylester (1,05 mol) in 0,77 kg Xylol werden auf 1000C erwärmt. Innerhalb von zwei Stunden werden 180 g (1,00 mol) Natriummethylat in Methanol zudosiert. Dabei wird das freigesetzte Methanol abdestilliert. Die Manteltemperatur wird bis auf 1400C erwärmt (Innentemperatur 125°C). Nach Abkühlen auf 15°C wird 57,6 g Chloressigsäurechlorid unter Gegenkühlung (Innentemperatur 15°C) zugetropft. Nach 3 Stunden Nachrühren bei 25°C werden 18 g Wasser zugetropft. Anschließend wird 4 Stunden bei 400C nachgerührt, filtriert und der Rückstand im Vakuum bei 400C getrocknet. Man erhält 104 g Methyl-2,4-dioxotetrahydrofuran-3-carboxylat was 74,2 % Ausbeute entspricht (56,9 %ig als Mischung mit NaCl).
Beispiel 3 50 g Malonsäurediethylester (0,31 mol) in 300 ml Xylol werden auf 1100C erwärmt. Innerhalb von 1 h werden 56 g (0,3 mol) Natriummethylat in Methanol zudosiert. Dabei wird das freigesetzte Methanol abdestilliert. Die Manteltemperatur wird bis auf 1400C erwärmt (Innentemperatur 1250C). Nach Abkühlen auf 15°C wird 17,6 g Chloressigsäurechlorid unter Gegenkühlung (Innentemperatur 15°C) zugetropft. Nach 3 Stunden Nachrühren bei 25°C werden 100 g Wasser zugetropft. Anschließend wird 4 h bei 400C nachgerührt, filtriert und der Rückstand im Vakuum bei 400C getrocknet. Man erhält 42,6 g als Methyl 2,4-dioxotetrahydrofuran-3-carboxylat und Ethyl 2,4- dioxotetrahydrofuran-3-carboxylat Mischung was 73 % Ausbeute entspricht (46 %ig als Mischung mit NaCl).
1H-NMR (D2O, 298K) für den Ethylester δ: 1,28 (t, 3H ), 3,73 (s, 3H), 4,21 (q, 2H), 4,42 (s, 2H)

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung von 2,4-Dioxotetrahydrofuran-3-carboxylaten der Formel (I)
Figure imgf000012_0001
das die folgenden Schritte um
(i) Umsetzen einer Halogenacetylchloridverbindung der Formel (H)
Figure imgf000012_0002
in welcher HaI für Brom, Chlor oder Iod steht; mit einem Malonsäureester der Formel (ED)
Figure imgf000012_0003
(Hl)
in welcher
R1 und R2 jeweils unabhängig voneinander für Cμπ-Alkyl, Q.π-Halogenalkyl, C5-18- Aryl, C5_i8-Halogenaryl, Cv.^-Alkylaryl, C7.i9-Arylalkyl stehen, oder für ein Alkoxyalkyl der Formel -[A-O]m-B stehen, worin
A für C2Jt-Alkandiyl, B für C1-6-Alkyl und m für 1 oder 2 steht; in Gegenwart einer geeigneten Base und gegebenenfalls in Gegenwart eines Lösungsmittels; (ii) Zugeben einer ausreichenden Menge an Wasser zum Reaktionsgemisch; und (iii) Abtrennen des gewünschten 2,4-Dioxotetrahydrofuran-3-carboxylats.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei R1 und R2 jeweils unabhängig voneinander für Methyl, Ethyl, Isopropyl, Propyl und Benzyl stehen.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die geeignete Base ausgewählt ist unter Alkoholatbasen der Formel X(OR3)y worin
X für ein Alkalimetallkation oder für ein Erdalkalimetallkation steht, und R3 für C1-12-Alkyl steht, und y für 1 steht, wenn X ein Alkalimetallkation ist oder y für 2 steht, wenn X ein
Erdalkalimetallkation ist, und gegebenenfalls in einem Solvens gelöst vorliegt.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die geeignete Base Kalium-tert-butylat oder Natriummethylat ist.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Verhältnis von Malonsäureester der
Formel (HT) zur verwendeten Base im Bereich von etwa 1 : 0,8 bis etwa 1 : 1,5 liegt
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Verhältnis zwischen Halogenacetylchlorid und Wasser im Bereich von etwa 1:0,5 bis etwa 1 :100 liegt.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei in Schritt (i) die Base bei einer Innentemperatur im Bereich von etwa 500C bis etwa 2500C zur Verbindung (IH) zugegeben wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei in Schritt (i) die Verbindung (H) bei einer Innentemperatur im Bereich von etwa 00C bis etwa 5O0C zugegeben wird.
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