CH635063A5

CH635063A5 - Verfahren zur herstellung von phenylglyoxylsaeureestern.

Info

Publication number: CH635063A5
Application number: CH198478A
Authority: CH
Inventors: Winfried Dr Lunkenheimer; Andreas Dr Wittig; Wilfried Dr Draber; Helmut Dr Timmler
Original assignee: Bayer Ag
Priority date: 1977-02-25
Filing date: 1978-02-23
Publication date: 1983-03-15
Also published as: IT1094163B; BE864302A; IT7820532A0; IL54103A0; AT353778B; ATA134178A; BR7801137A; US4596885A; FR2392956A1; NL187907C; DK86478A; NL187907B; JPS53105449A; DK156953C; FR2392956B1; NL7802102A; JPS6045631B2; IL54103A; DK156953B; DE2708189A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein neues Verfahren zur Herstellung von weitgehend bekannten Phenylglyoxyl-säureestern, die als Zwischenprodukte für die Synthese von herbiziden Wirkstoffen verwendet werden können.

Es ist bereits bekannt geworden, dass man Phenyl-glyoxylsäureester (I), wie beispielsweise Phenylglyoxylsäure-

65

©

r'-c=nh2 I

or (vi)

Cl

©

-nh4 cl

3

635 063

R'-CO-OR (IV)

R = Alkyl; R' =Alkyl, Aryl

Dieses an sich sehr zweckmässige Verfahren zur Herstellung von Carbonsäureestern kann jedoch nicht angewandt werden zur Herstellung von Phenylglyoxylsäureestern (IV mit R' = Benzoylreste bzw. VII). Verwendet man Benzoyl-cyanide (V mit R' = Benzoylreste bzw. VIII) als Ausgangsstoffe, so nimmt die Reaktion nicht den gewünschten Verlauf: Benzoylcyanide zerfallen mit Alkoholen in saurem Medium in Benzoesäureester und Blausäure (vgl. Angew. Chemie 68, 430(1956).

Es wurde nun gefunden, dass man die (weitgehend bekannten) Phenylglyoxylsäureester der Formel

- co - co - or1 (vii)

in welcher

R1 für Alkyl steht,

X für Halogen, Alkyl, Halogenalkyl, Alkoxy oder Nitro steht und n für ganze Zahlen von 0 bis 3 steht,

in hoher Ausbeute und mit sehr guter Reinheit erhält, wenn man Benzoylcyanide der Formel x.

n

- co - cn (viii),

in welcher

X und n die oben angegebene Bedeutung haben, im System Schwefelsäure/Wasser in Gegenwart von Chlorid-Ionen als Katalysator zunächst bei Temperaturen zwischen 0 und 75 °C hydrolisiert und die hierbei gebildeten Phenyl-glyoxylsäureamide ohne Isolierung mit Alkoholen der Formel

R1 - OH

(IX),

in welcher

R1 für Alkyl steht, gegebenenfalls in Gegenwart eines Verdünnungsmittels, bei Temperaturen zwischen 40 und 100 °C umsetzt.

Es ist im Hinblick auf den Stand der Technik als ausgesprochen überraschend zu bezeichnen, dass es unter den Bedingungen der erfindungsgemässen Umsetzung gelingt, Benzoylcyanide auf technisch einfache Weise mit hoher Ausbeute in sehr reine Phenylglyoxylsäureester zu überführen.

Das erfindungsgemässe Verfahren weist eine Reihe von Vorteilen auf. So ist es bezüglich des Benzoylcyanides einstufig («Eintopfverfahren») und die Ausbeuten liegen mit ca. 90% sehr hoch. Gleichzeitig ist der Anteil an Nebenprodukten minimal. Die durch Vakuumdestillation isolierten Phe-nylglyloxylsäureester können daher ohne weitere Reinigung unmittelbar für anschliessende Umsetzungen eingesetzt werden. Da ausserdem die Reaktionszeit sehr gering ist - sie liegt bei Anwendung im Labormassstab zwischen 2 bis 4 Stunden - ist das erfindungsgemässe Verfahren insgesamt gesehen wesentlich wirtschaftlicher als die bekannten Verfahrensvarianten.

Verwendet man Benzoylcyanid als Ausgangsstoff, Natriumchlorid als Katalysator und Methanol als Alkohol,

so kann der Reaktionsablauf durch das folgende Formelschema wiedergegeben werden h, 0

C0"CN H25P54/NaCl >

c0-c0-nh2

ch, oh _ H2 Sö* /MaCl co-co-och,

Die als Ausgangsstoffe zu verwendenden Benzoylcyanide sind durch die Formel (VIII) allgemein definiert. Hier steht 20 X für Halogen, insbesondere Fluor, Chlor und Brom; für Alkyl und Alkoxy mit vorzugsweise jeweils 1 bis 4 Kohlenstoffatomen; ferner vorzugsweise für Halogenmethyl, insbesondere Trichlormethyl, Difluorchlormethyl und Trifluor-methyl sowie für die Nitrogruppe. Der Index n steht vor-25 zugsweise für die Zahlen 0,1 oder 2. Als Beispiele seien genannt:

Benzoylcyanid, 4-Chlorbenzoylcyanid, 3-Chlorbenzoyl-cyanid. 3-Trifluormethylbenzoylcyanid, 3-Methylbenzoyl-cyanid, 4-Methylbenzoylcyanid, 4-tert.-Butylbenzoylcyanid, 30 4-Methoxybenzoylcyanid, 3,4-Dimethoxybenzoylcyanid, 4-Nitrobenzoylcyanid, 4-Fluorbenzoylcyanid, 3-Methoxy-benzoylcyanid.

Die weiterhin als Ausgangsstoffe zu verwendenden Alkohole sind durch die Formel (IX) allgemein definiert. Hier 35 steht R1 vorzugsweise für geradkettiges oder verzweigtes Alkyl mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen. Als Beispiele seien genannt: Methanol, Äthanol, Isopropanol, Isobutanol, n-Pro-panol, n-Butanol.

Die erfindungsgemäss verwendbaren Benzoylcyanide der 40 Formel (VIII) und die Alkohole der Formel (IX) sind allgemein bekannte Verbindungen der organischen Chemie.

Die erfindungsgemässe Umsetzung wird in Abwesenheit oder vorzugsweise in Gegenwart eines unter den Reaktionsbedingungen inerten organischen Verdünnungsmittels 45 durchgeführt. Als solche Verdünnungsmittel kommen insbesondere Benzoesäureester in Frage, beispielsweise Benzoe-säureäthylester oder -methylester.

Die erfindungsgemässe Umsetzung wird in Gegenwart von Chlorid-Ionen als Katalysator durchgeführt. Man kann so dazu alle üblicherweise verwendbaren Chlorid-Ionen abgebenden Verbindungen einsetzen, wie insbesondere Acetyl-chlorid, Salzsäure, Natriumchlorid, Ammoniumchlorid oder Benzoylchlorid.

Die erfindungsgemässe Hydrolyse wird bei Temperatu-55 ren zwischen 0 und 75 °C, vorzugsweise zwischen 20 und 50 °C, die Esterbildungsreaktion bei Temperaturen zwischen 40 und 100 °C, vorzugsweise zwischen 40 und 80 °C, vorgenommen.

Bei der Durchführung des erfindungsgemässen Verfah-60 rens setzt man auf 1 Mol Benzoylcyanid der Formel (VIII) vorzugsweise 1 bis 3 Mol Schwefelsäure, 1 bis 3 Mol Wasser, 0,01 bis 0,2 Mol Chloridkatalysator und 2 bis 5 Mol Alkohol ein. Die Isolierung der Phenylglyoxylsäureester der Formel (VII) erfolgt in allgemein üblicher Weise. 65 Die erfindungsgemäss herstellbaren Phenylglyoxylsäureester der Formel (VII) sind grossenteils bekannt; sie können z.B. als Zwischenprodukte der Synthese von herbiziden Wirkstoffen verwendet werden. Beispielsweise erhält man

635 063 4

aus dem Phenylglyoxylsäuremethylester (VIIA) nach folgen- Amino-3-methyl-6-phenyl-l,2,4-triazin-5(4H)-on (vgl. Deut-dem Reaktionsschema die herbizid wirksame Verbindung 4- sehe Offenlegungsschrift 2 224 161):

1. Stufe

-c0-c0-0ch3 (viia)

+h,n-nh, x h,0 ^

-ckotr ? =•

th,h-nh-co-ch, ^ r<q>_c-c0-0ch3

N ' lÜ-I

(x)

wird nicht isoliert nh-co-CH3 ✓

c-co-nh-nh, II

n-nh-co-CH3 (xi)

2. Stufe

(xi)

A

n-nho

(xii)

1. Stufe

1 Mol Phenylglyoxylsäuremethylester (VIIA) und 1 Mol Acetylhydrazin werden in 780 g Isopropanol 5 Stunden unter Rückfluss erhitzt. Als Katalysator wird etwas p-Toluol-sulfonsäure zugesetzt. Das Hydrazon (X) fällt als Isomerengemisch an, wobei ein Isomeres kristallisiert. Deshalb wird weitergearbeitet ohne das Hydrazon zu isolieren. Zu dieser Reaktionslösung wird, nachdem der Ester verbraucht ist, Hydrazinhydrat gegeben und unter Rühren 5 Stunden bei 20 °C gehalten. Danach wird das Reaktionsgemisch auf 0 bis 5 °C abgekühlt und abgesaugt. Die Ausbeute an reinem Hydrazid (XI) beträgt 85%

2. Stufe

1 Mol Hydrazid (XI) wird mit 1000 g Isopropanol versetzt und 24 Stunden bei 100 °C im geschlossenen Kessel (1-2 Atü) gerührt. Anschliessend wird bei — 5 °C abgesaugt. In 83%iger Ausbeute erhält man das 4-Amino-3-methyl-6-phenyl-l,2,4-triazin-5(4H)-on (XII) vom Schmelzpunkt 167-169°C.

Herstellungsbeispiele Beispiel 1

a) erfindungsgemäss

- co - co - 0c2h5

Im Labormassstab: In eine Mischung aus 5,35 g (0,1 Mol) Ammoniumchlorid, 5,4 g (0,3 Mol) Wasser, 19,7 g (0,2 Mol) konzentrierter Salzsäure und 10,2 g (0,1 Mol) konzentrierter Schwefelsäure lässt man bei 40 °C 13,1 g (0,1 Mol)

Benzoylcyanid tropfen. Man rührt 3 Stunden bei 40 °C, gibt dann 13,8 g (0,3 Mol) Äthanol hinzu und rührt 3,5 Stunden bei 75 °C. Nach Abkühlung wird das Reaktionsgemisch mit 100 ml Äthylenchlorid ausgerührt, die organische Phase mit 40 Wasser und Natriumhydrogencarbonat-Lösung gewaschen, über Natriumsulfat getrocknet und eingedampft. Man erhält 15,5 g (85% der Theorie) Phenylglyoxylsäureäthylester als hellgelbes Öl, und mit einem Gehalt von 98% (gaschromato-graphisch bestimmt) vom Siedepunkt 98-102 °C/0,4 Torr.

45

b) gemäss dem Stand der Technik (Vergleichsbeispiel) (Hydrolyse mit konz. Salzsäure; Veresterung in Gegenwart von konz. Schwefelsäure): 13,1 g (0,1 Mol) Benzoylcyanid rührt man mit 70 ml konz. Salzsäure 18 Stunden bei so 50 °C. Nach Abkühlung giesst man die Mischung in 300 ml Wasser, extrahiert mit Chloroform, trocknet den Extrakt über Natriumsulfat, dampft ein und destilliert den Rückstand im Vakuum. Man erhält 7,0 g (47% der Theorie) Phe-nylglyoxylsäure vom Siedepunkt 138-141 °C/12 Torr. Das 55 Destillat erstarrt bald und kann aus Ligroin umkristallisiert werden (Fp 64,5-65,5 °C).

Eine Mischung aus 900 g (6 Mol) Phenylglyoxylsäure, 41 Äthanol und 30 ml konz. Schwefelsäure wird 8 Stunden unter Rückfluss gerührt, abgekühlt, filtriert und eingedampft, so Den Rückstand nimmt man in Äther auf, wäscht mit Wasser und Natriumhydrogencarbonat-Lösung, trocknet über Natriumsulfat, dampft ein und destilliert den Rückstand im Vakuum. Man erhält 810 g (76% der Theorie) Phenylglyoxylsäureäthylester vom Siedepunkt 92 °C/0,15 mm und mit 65 einem Gehalt von 95% (gaschromatographisch bestimmt). (Hydrolyse und Veresterung in Gegenwart von 30%iger Salzsäure): In eine Mischung aus 29,6 g (0,3 Mol) konzentrierter Salzsäure und 6,7 g Wasser (entspricht 30%iger Salz

säure) tropft man bei 40 °C 13,7 g (0,1 Mol) Benzoylcyanid und rührt 2 Stunden bei dieser Temperatur.

Dünnschichtchromatographisch ist festzustellen, dass die gewünschte Reaktion nicht abläuft, sondern allmählich Hydrolyse zu Benzoesäure eintritt. 5

Beispiel 2

- co - co - och3 10

Im Labormassstab: Eine Mischung aus 393 g (3 Mol) Benzoylcyanid, 20,3 g (0,26 Mol) Acetylchlorid und 202 g 15 Benzoesäuremethylester wird bei 22 °C in 450 g (4,6 Mol) konzentrierte Schwefelsäure getropft. Man lässt eine Stunde nachrühren und gibt dann in ca. 20 Minuten bei 22 °C 72 g (4 Mol) Wasser zu. Anschliessend wird 3 Stunden bei 22 °C nachgerührt. In das Reaktionsgemisch werden 304 g (9,5 20 Mol) Methanol gegeben und 3 Stunden bei ca. 70 °C gerührt. Nach Abkühlen wird das Reaktionsgemisch mit 390 g Wasser verdünnt. Die organische Phase wird abgetrennt und nacheinander mit 160 g Wasser, 160 g Natriumhydrogen-carbonatlösung und 160 g Wasser gewaschen. Die vereinig- 25 ten wässrigen Phasen werden zweimal mit je 30 ml Toluol

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extrahiert. Die organischen Phasen werden vereinigt und durch Abdestillieren des Lösungsmittels eingeengt. Nach Destillation erhält man 473 g (96% der Theorie) Phenylglyoxylsäuremethylester vom Siedepunkt 136 °C/12 mm und mit einem Gehalt von 99% (gaschromatographisch bestimmt).

Im halbtechnischen Massstab: Eine Lösung aus 113,2 g (1,935 Mol) Natriumchlorid in 348,0 g (19,35 Mol) Wasser und 1935 g (19,35 Mol) Schwefelsäure wird auf 45 °C erwärmt. Dazu lässt man innerhalb von ca. 3,5 Stunden unter leichter Kühlung bei 40-45 °C 2535 g (19,35 Mol) Benzoylcyanid tropfen. Die Temperaturregelung erfolgt nach dem Anspringen der Reaktion (leicht exotherm) durch Regulierung der Zutropfgeschwindigkeit und Wasserkühlung. Nach beendetem Eintropfen lässt man 1 Stunde nachrühren, wobei sich die Temperatur auf ca. 45 °C hält. Danach werden 1850 g (58 Mol) Methanol zugegeben und 3 Stunden lang auf 75 °C erhitzt. Man lässt über Nacht stehen, destilliert bei 120 °C Badtemperatur überschüssiges Methanol ab, kühlt auf 70 °C ab und gibt 1000 ml Wasser hinzu. Die organische Phase wird abgetrennt, über Natriumsulfat getrocknet und destilliert. Man erhält 2890 g (86,5% der Theorie) Phenylglyoxylsäuremethylester als hellgelbes Öl, vom Siedepunkt 82-85 °C/0,5 mm und mit einem Gehalt von 96% (gaschromatographisch bestimmt).

Claims

635 063

2

PATENTANSPRÜCHE 1. Verfahren zur Herstellung von Phenylglyoxylsäure-estern der Formel

- CO - CO - OR (VII)

in welcher

R1 für Alkyl steht,

X für Halogen, Alkyl, Halogenalkyl, Alkoxy oder Nitro steht und n für ganze Zahlen von 0 bis 3 steht,

durch Umsetzung von Benzoylcyaniden mit Säure und Alkoholen, dadurch gekennzeichnet, dass man Benzoylcyanide der Formel co - cn

(viii),

R1 - OH

(ix),

methyl- oder -äthylester, erhält, wenn man Benzoylcyanid (II) mit konzentrierten Mineralsäuren [vgl. Angewandte Chemie 68,430 (1956)], wie insbesondere mit konzentrierter Salzsäure [vgl. Berichte der dtsch. ehem. Gesellschaft 10,429 5 und 844 (1877) sowie Organic Synthesis 24,16 (1944)] hy-drolisiert, die entstehende Phenylglyoxylsäure (III) isoliert und mit einem Alkohol in Gegenwart von Mineralsäuren, wie beispielsweise Salzsäure, Schwefelsäure oder p-Toluol-sulfonsäure verestert (vgl. Berichte der dtsch. Chem. Gesell-io schaft 12, 629 (1879); J. Org. Chem. 29, 278 (1964); Chem. Abstracts 74,99 587j (1971) sowie US-Patentschrift 3 764 006).

in welcher

X und n die oben angegebene Bedeutung haben,

in einer «Eintopfreaktion» im System Schwefelsäure/Wasser in Gegenwart von Chlorid-Ionen als Katalysator zunächst bei Temperaturen zwischen 0 und 75 °C hydrolisiert und die hierbei gebildeten Phenylglyoxylsäureamide ohne Isolierung mit Alkoholen der Formel in welcher R1 für Alkyl steht, bei Temperaturen zwischen 40 und 100 °C umsetzt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hydrolysereaktion bei Temperaturen zwischen 20 und 50 °C, die Esterbildungsreaktion bei Temperaturen zwischen 40 und 80 °C durchgeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Ausgangsstoff Benzoylcyanid, C6H5-CO-CN, eingesetzt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Verdünnungsmittel Benzoesäureester eingesetzt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Chlorid-Ionen abgebender Katalysator Ammoniumchlorid, Natriumchlorid oder Chlorwasserstoff eingesetzt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Chlorid-Ionen abgebender Katalysator Benzoyl-chlorid oder Acetylchlorid eingesetzt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Umsetzung in Gegenwart eines Verdünnungsmittels erfolgt.

35

40

45

50

co-cn

(ii)

H»0/H

20

co-co-oh

(m)

c0-c0-0r roh/h

©

30

(I)

R = Alkyl

Dieses Verfahren weist jedoch eine Reihe von Nachteilen auf. So handelt es sich bezüglich des Benzoylcyanids um ein zweistufiges Verfahren. In der ersten Stufe, der Hydrolyse von Benzoylcyanid, entstehen immer beachtliche Mengen an Benzoesäure, insbesondere bei Verwendung von nicht genügend stark konzentrierten Säuren [vgl. Angewandte Chemie 68,430 (1956)]. Die Gesamtausbeuten liegen lediglich zwischen ca. 35 und 70%. Entsprechend ist der Anteil an Nebenprodukten, insbesondere Benzoesäureester, mit bis zu 20% sehr beträchtlich. Ausserdem sind sehr lange Reaktionszeiten erforderlich - sie liegen bei Anwendung im Labormassstab zwischen 12 bis 20 Stunden.

Weiterhin ist bekannt, dass man in einem «Eintopfverfahren» Carbonsäureester (IV) aus Nitrilen (V) erhält, wenn man letztere mit alkoholischer Salzsäure in die Imidester-hydrochloride (VI) überführt, die dann durch Wasser leicht in Carbonsäureester und Ammoniumchlorid hydrolisiert werden (vgl. Houben-Weyl, Methoden der organischen Chemie, Georg Thieme Verlag Stuttgart 1952, Band VIII, S. 536fï).

55

R'-CN r0H/HC1 (V)