CH665638A5

CH665638A5 - Verfahren zur herstellung von 2,3-dihydro-7-aminobenzofuranen.

Info

Publication number: CH665638A5
Application number: CH3221/85A
Authority: CH
Inventors: Mitsuhiko Tamura; Haruo Katsumata; Takemi Nakanome
Original assignee: Mitsubishi Chem Ind
Priority date: 1984-07-25
Filing date: 1985-07-24
Publication date: 1988-05-31
Also published as: JPS6133183A; US4647677A; DE3526510A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von 2,3-Dihydro-7-aminobenzofuranen gemäss Oberbegriff von Anspruch 1.

2,3-Dihydro-2,2-dimethyl-7-benzofuranyl-N-methylcar-15 bamat (freie Kurzbezeichnung: Carbofuran) ist als vorteilhaftes Insektizid bekannt. Zur Herstellung von Carbofuran ist schon eine Vielzahl von Verfahren vorgeschlagen worden, von denen die bekannten Verfahren entweder wegen ihrer Mehrschrittigkeit oder wegen schlechter Selektivität bzw. 20 Ausbeute unbefriedigend sind. Dementsprechend besteht Bedarf an einem verbesserten Verfahren. Ein solches verbessertes Verfahren ist Aufgabe der Erfindung.

Vorgeschlagen wurde bereits ein Verfahren, bei welchem Carbofuran über das 2,3-Dihydro-2,2-dimethyl-7-aminoben-25 zofuran hergestellt wird. Das U.S. Patent Nr. 3 320 286 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von 2,3-Dihydro-2,2-dimethyl-7-benzofuranol (im folgenden kurz als BFL bezeichnet), einer Carbofuran-Vorstufe, und zwar entsprechend der folgenden Reaktionssequenz unter Verwendung 30 von o-Nitrophenol und einem Methallylhalogenid als Ausgangsstoffe; in dieser Reaktionssequenz wird 2,3-Dihydro-2,2-dimethyl-7-nitrobenzofuran zum 2,3-Dihydro-2,2-dime-thyl-7-aminobenzofuran hydriert:

no2 CH3

J^r0H i r Jj + CH2 = CCH2X

N02

eX

h2ç=ch2

CH3

N02

ch3 ch3

NH*

OCH3 CH3

©

Na N

0©

SO4 „

OH

,°VCH3 jj J^CH3 > Carbofuran

(BFL)

Das U.S. Patent Nr. 3 412 110 beschreibt ein Verfahren, 65 gender Hydrolyse zur Bildung von 2,3-Dihydro-2,2-dime-bei dem o-Acetamidophenol und ein Methallylhalogenid in thyl-7-aminobenzofuran umgesetzt werden.

der gleichen Weise wie oben beschrieben zur Gewinnung von Andererseits ist zur Einführung einer Aminogruppe in 2,3-Dihydro-2,2-dimethyl-7-acetamidobenzofuran und fol- den Benzolring ein Verfahren bekannt, bei dem Ammoniak

3

665 638

zum Beispiel mit Chlorbenzol in Gegenwart eines Kupferkatalysators zur Substitution des Chloratoms durch die Ami-nogruppe umgesetzt wird. Diese Reaktion ist bekanntlich eine nukleophile Reaktion, die aktiviert wird, wenn sich eine Elektronen-anziehende Gruppe, wie eine Nitrogruppe, in Ortho- oder Parastellung zum Chloratom befindet. Deshalb ist anzunehmen, dass die Reaktivität abnimmt, wenn eine Elektronen-spendende Gruppe sich in Orthosteilung relativ zum Chloratom befindet. Soweit der Patentinhaberin bekannt, wurde die Reaktion einer Verbindung, die einen Elek-tronen-spendenden Substituenten in Orthosteilung relativ zum Chloratom trägt, mit Ammoniak bisher nicht beschrieben.

Im Verlauf der zur vorliegenden Erfindung führenden Untersuchungen der Patentinhaberin über die Herstellung von 2,3-Dihydro-2,2-dimethyl-7-aminobenzofuran, das sich als Zwischenverbindung für Carbofuran eignet, wurde u.a. versucht, ein entsprechendes 7-Halogenbenzofuran als Ausgangsmaterial zu verwenden. Die Furanylgruppe ist eine stark Elektronen-spendende Gruppe und es war zu erwarten, dass die Reaktion zwischen einem Halogenbenzofuran, in welchem sich die Elektronen-spendende Furanylgruppe in Orthosteilung zum Halogenatom befindet, und Ammoniak eine sehr geringe Reaktivität haben würde.

Bei der Reaktion von Halogenbenzol mit Ammoniak ist die Reaktivität umso grösser, je stärker die Plusladung des Kohlenstoffatoms ist, an welches das Halogenatom gebunden ist, und je stärker die Minusladung des Halogenatoms ist.

Bei 2,3-Dihydro-2,2-dimethyl-7-chlorbenzofuran ist die Plusladung des Kohlenstoffatoms, an welches das Chloratom gebunden ist, auf die Hälfte bis ein Drittel und die Minusladung des Chloratoms in einem Ausmass von 10 bis 20% im Vergleich zu den entsprechenden Werten von Chlorbenzol vermindert.

Überraschenderweise konnten trotzdem 7-Aminobenzo-furanderivate in hohen Ausbeuten durch Umsetzung entsprechender 7-Halogenbenzofuranderivate mit Ammoniak erhalten werden.

Dementsprechend wird die Aufgabe der Erfindung, nämlich ein neues Verfahren zur Herstellung von 2,3-Dihydro-7-aminobenzofuranen anzugeben, die als Zwischenverbindungen für Carbofuran-Insektizid nützlich sind, gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung von 2,3-Dihydro-7-aminobenzo-furanverbindungen der Formel (1)

NH-

,0 R

er-

in der R und R' unabhängig voneinander ein Wasserstoffatom oder eine Niederalkylgruppe darstellen, welches Verfahren auf der Umsetzung eines 2,3-Dihydro-7-halogenben-zofurans der Formel (2)

in der X ein Halogenatom ist und R und R' jeweils die oben angegebenen Bedeutungen haben, mit Ammoniak in Gegenwart eines Kupferkatalysators beruht.

Eine der Ausgangsverbindungen ist eine Verbindung der Formel (2), in der R und R' gleich oder verschieden sind und Wasserstoffatome oder Niederalkylgruppen, wie Methyl, Ethyl oder Propyl, und X ein Halogenatom, wie Chlor, • Brom oder Jod, darstellen. Spezielle und bevorzugte Beispiele von Verbindungen der Formel (2) umfassen 2,3-Dihydro-2,2-dimethyl-7-chlorbenzofuran und 2,3-Dihydro-2,2-dime-thyl-7-brombenzofuran. Die Verbindungen der Formel (2) werden beispielsweise nach dem im U.S. Patent Nr.

3 356 690 beschriebenen Verfahren hergestellt. Bei demVer-fahren wird o-Bromphenol und ein Methallylhalogenid zur Gewinnung von l-Methallyloxy-2-brombenzol umgesetzt, worauf die Umlagerung zur Gewinnung von 2-Brom-6-me-thallylphenol erfolgt. Dann wird das 2-Brom-6-methallyl-phenol in Gegenwart eines entsprechenden Säurekatalysators zur Gewinnung von 2,2-Dimethyl-2,3-dihydro-7-brom-benzofuran erhitzt. Nach dem oben beschriebenen Verfahren können verschiedene Verbindungen im Rahmen der Formel (2) hergestellt werden, z.B. indem o-Chlorphenol anstelle von o-Bromphenol und/oder ein Alkenylhalogenid, wie Al-lylhalogenid anstelle des Methallylhalogenids verwendet wird.

Alternativ können Verbindungen der Formel (2) auch nach dem im EP Dokument Nr. 90 976 beschriebenen Verfahren hergestellt werden. Hierbei wird Cyclohexanon und ein Aldehyd, wie Isobutylaldehyd, einer Aldol-Kondensa-tion unterzogen und zur Gewinnung von 2-Isobutylidency-clohexanon dehydratisiert. Diese Verbindung wird haloge-niert und dann zum 2-Isobutenyl-6-chlorphenol dehydroha-logeniert, worauf die Cyclisierung zur Gewinnung von 2,2-Dimethyl-2,3-dihydro-7-halogenbenzofuran folgt. Bei Verwendung von Propylaldehyd anstelle von Isobutylaldehyd wird im obigen Verfahren 2-Methyl-2,3-dihydro-7-halo-genbenzofuran erhalten.

Für diese Umsetzung zwischen der Verbindung der Formel (2) und Ammoniak kann man gasförmiges Ammoniak unter Druck in einen Reaktor einspeisen oder gasförmiges Ammoniak zur Verflüssigung in einem Reaktor kühlen und so für die Umsetzung verwenden. Die Verwendung von gasförmigem Ammoniak ist aber nicht besonders praktisch. Im allgemeinen wird flüssiges Ammoniak oder, vorzugsweise, wässrige Ammoniaklösung verwendet. Die Ammoniakkonzentration in der Lösung kann zwischen 1 und 100% liegen und beträgt vorzugsweise 5 bis 70 Gew.-%.

Die Ammoniakmenge liegt meist im Bereich von 0,5 bis 10 Mol, vorzugsweise 1 bis 5 Mol pro Mol der Verbindung der Formel (2), und zwar jeweils berechnet als NH3.

Der für die Umsetzung verwendete Kupferkatalysator kann beispielsweise einwertiges oder zweiwertiges Kupfer enthalten, und zwar z.B. in Form der jeweiligen Oxide, Hydroxide, Mineralsäuresalze, wie die Hydrochloride, Sulfate, Nitrate, Phosphate und dergleichen, sowie der entsprechenden Ammoniak-Komplexsalze.

Die Katalysatormenge liegt meist im Bereich von 0,01 bis 2 Mol, vorzugsweise 0,05 bis 1 Mol pro Mol der Verbindung der Formel (2).

Das Reaktionssystem kann entweder gleichförmig oder ungleichförmig sein und die Umsetzung wird meist in Abwesenheit von Lösungsmittel bewirkt. Wenn nötig oder gewünscht, können jedoch Lösungsmittel, z.B. Kohlenwasserstoffe, wie Benzol, Toluol und dergleichen, verwendet werden.

Die Umsetzung wird meist bei einer Temperatur von 150 bis 400 °C durchgeführt, vorzugsweise bei Temperaturen von 150 bis 300 °C, wobei die Umsetzungsdauer typisch 5 min bis 10 Std. und vorzugsweise 30 min bis 8 Std. unter dem bei der Reaktionstemperatur erzeugten autogenen Druck beträgt.

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

665 638

4

Bei Verwendung einer wässrigen Ammoniaklösung in er-fmdungsgemässen Verfahren besteht das Reaktionssystem aus einer wässrigen Phase und einer organischen Phase. In diesem System bildet der Katalysator ein Ammoniak-Komplexsalz, das in Wasser löslich ist oder teilweise in Form eines unlöslichen Feststoffes vorliegt. Das Ausgangsmaterial und das Reaktionsprodukt gehen im allgemeinen in die organische Phase.

Das bei der Umsetzung gebildete Ammoniumhalogenid geht im allgemeinen in die wässrige Phase. Dementsprechend kann nach Beendigung der Umsetzung der unlösliche feste Katalysator entfernt, dann die organische Phase durch Abtrennung von der wässrigen Phase oder durch Extraktion aus der Reaktionsmischung mit einem organischen Lösungsmittel, wie Benzol, Toluol oder dergleichen, isoliert werden. Die so gewonnene organische Phase kann dann, gewünsch-tenfalls nach Waschen mit Wasser, zur Isolierung des gewünschten Produktes destilliert und das Produkt selbst,

wenn nötig, durch Umkristallisieren aus Hexan, Heptan und dergleichen gereinigt werden.

Wenn das Produkt durch Destillation nicht ohne weiteres isoliert werden kann, beispielsweise wegen eines zu geringen Unterschiedes der Siedepunkte des Produktes und des Ausgangsmaterials, kann der organischen Phase eine wässrige Lösung einer Mineralsäure, wie Salzsäure oder Schwefelsäure, zugegeben werden, um das Produkt in die wässrige Phase überzuführen. Dann wird die wässrige Phase abgetrennt und durch Zugabe von Alkali neutralisiert, um das organische Material wieder freizusetzen. Eine auf diese Weise gewonnene organische Phase kann abgetrennt oder mit Benzol, Toluol und dergleichen wie oben extrahiert und dann zur Gewinnung des Produktes destilliert werden. Die Ausgangsverbindung der Formel (1) und eine gegebenenfalls auftretende Verbindung der nachfolgend angegebenen Formel (3) können durch Destillation der organischen Phase isoliert werden, welche aus der wässrigen Mineralsäurelösung abgetrennt wird. In einigen Fällen kann statt der Destillation eine Fällmethode angewendet werden.

Bei Verwendung von wässriger Ammoniaklösung enthält das Reaktionssystem Wasser. Dadurch kann es zu einer Hydrolyse oder zu gleichzeitigen Reaktionen der Aminoverbindung der Formel (1) kommen, so dass als Sekundärprodukt eine Hydroxyverbindung der Formel (3) entsteht. Im allgemeinen liegt die Menge dieses Nebenproduktes im Bereich von 5 bis 20 Gew.-%, bezogen auf die Verbindung der Formel (1). Die Nebenverbindung hat die nachfolgende Formel (3)

OH

<3)

in der R und R' jeweils die oben im Zusammenhang mit Formel (2) angegebene Bedeutung haben.

Die Herstellung von Insektizid, wie Carbofuran, aus der erfindungsgemässen Aminoverbindung beruht im allgemeinen auf der Bildung einer Verbindung der Formel (3) durch Diazotieren und Hydrolysieren, so dass die Abtrennung der als Sekundärprodukt erzeugten Verbindung der Formel (3) im allgemeinen nicht erforderlich ist.

Wenn andererseits flüssiges Ammoniak als Quelle für Ammoniak verwendet wird, kann überschüssiges Ammoniak im Reaktionssystem nach Beendigung der Umsetzung in gasförmigem Zustand zurückgewonnen werden. Wenn nötig, kann eine wässrige Säurelösung zur Neutralisation der Reaktionslösung zugegeben und der Katalysator aus der Reaktionslösung abgetrennt werden, worauf die Behandlung der organischen Phase in der oben beschriebenen Weise erfolgen kann und das gewünschte Produkt erhalten wird. Die nach der Abtrennung des Katalysators erhaltene organische Phase kann mit einer wässrigen Schwefelsäurelösung extrahiert werden. In diesem Fall wird die Aminoverbindung der Formel (1) in ein Sulfat umgewandelt und in die wässrige Phase extrahiert. Diese wässrige Phase kann nach Abtrennung zum Diazotieren mit Natriumnitrit und dann zur Gewinnung der Hydroxyverbindung der Formel (3) behandelt bzw. hydroly-siert werden.

Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird 2,3-Dihydro-2,2-dimethyl-7-chlor- oder -brom-benzofuran mit wässriger Ammoniaklösung ohne Verwendung von zusätzlichem Lösungsmittel bei Temperaturen von 150 bis 400 °C, vorzugsweise 200 bis 300 CC für 2,3-Dihydro-

2.2-dimethyl-7-chlorbenzofuran bzw. 150 bis 300 °C für die entsprechende Brom-Analogverbindung, umgesetzt. Die Konzentration der Ammoniaklösung beträgt dabei meist 5 bis 70 Gew.-%, wobei die Menge der Ammoniaklösung so bemessen wird, dass 1 bis 5 Mol NH3 auf jeweils 1 Mol

2.3-Dihydro-2,2-dimethyl-7-halogenbenzofuran kommen.

Der Reaktionsdruck ist vorzugsweise der autogene

Druck, der bei einer Reaktionstemperatur von 165 °C beispielsweise etwa 9 bar und bei 200 C etwa 20 bis 25 bar beträgt.

Nachfolgend werden nicht-beschränkende Beispiele für die Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens gegeben.

Beispiele 1-5

0,1 Mol 2,2-Dimethyl-2,3-dihydro-7-chlorbenzofuran, 0,3 Mol (berechnet als NH3) einer wässrigen 10%igen Ammoniaklösung und 0,2 Mol jedes der in Tabelle 1 angegebenen Kupferkatalysatoren wurden in einen 300 ml fassenden Reaktor aus rostfreiem Stahl gegeben. Dann wurde der Reaktor in ein Ölbad mit 250 C gebracht und unter Rühren erwärmt. Nach etwa 40 min erreichte der im Reaktor entstehende autogene Druck einen Wert von etwa 40 bar. Die Reaktionsmischung wurde weitere 2 Std. bei der oben angegebenen Temperatur gehalten. Nach Beendigung der Umsetzung wurde die Reaktionsmischung auf Normaltemperatur abgekühlt und zur Abtrennung des Katalysators filtriert, worauf die Trennung in zwei Phasen erfolgte. Die entstehende organische Phase wurde durch Flüssigchromatographie analysiert; die Ergebnisse sind in Tabelle 1 zusammengestellt.

Beispiele 6-7

Es wurde nach der allgemeinen Arbeitsweise von Beispiel 1 mit der Abänderung gearbeitet, dass die Reaktionsbedingungen wie in Tabelle 1 angegeben verändert wurden. Auch diese Ergebnisse sind in Tabelle 1 zusammengestellt.

Vergleichsbeispiel

Es wurde nach der Arbeitsweise von Beispiel 7 mit der Abänderung gearbeitet, dass die Umsetzung ohne die Verwendung irgendeines Katalysators während 5 Std. durchgeführt wurde. Als Ergebnis wurde nahezu die gesamte Menge der Ausgangsstoffe zurückgewonnen. Die Resultate sind ebenfalls in Tabelle 1 zusammengestellt.

Die in der Tabelle verwendeten Abkürzungen und Analysebedingungen sind wie folgt:

BFC: 2,2-Dimethyl-2,3-dihydro-7-chlorbenzofuran BFA: 2,2-Dimethyl-2,3-dihydro-7-aminobenzofuran BFL: 2,2-Dimethyl-2,3-dihydro-7-benzofuranol Analysebedingungen (Flüssigchromatographie)

Säule: «Nucleosil» ODS 7 ^m, 4 mm 0 x 30 cm

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

5

Mobile Phase: 0,01 m Natriumlaurylsulfat in 50%iger wässriger Acetonitrillösung (pH auf 2,0 mit Phosphorsäure eingestellt)

Durchflussrate: 1,0 ml/Minute 5

Detektor: UV 290 nm

665 638

Innenstandard: Dimethylterephthalat

Retentionszeit:

BFL 5,6 min

BFA 6,7 min

IS 7,9 min

BFC 15,9 min

TABELLE 1

Beisp.

Reaktionsbedingungen

Reaktionsergebnisse

Nr.

NH3:

Katalysator: BFC

Temp.

Zeit

Kataly

Reaktionsrate

Selektivität für

(Molverhältnis)

(°C)

(Std.)

sator von BFC (%)

BFA BFL BFA+BFL

fO/A

1

3,0

0,2 1

250

2

Cu20

33,1

71,5

12,5 84,0

2

3,0

0,2 1

250

2

CuCl2

29,7

91,8

7,3 99,1

3

3,0

0,2 1

250

2

CuS04

47,7

82,0

9,6 91,6

4

3,0

0,2 1

250

2

CU(N03)2

49,5

60,1

4,8 64,9

5

3,0

0,2 I

250

2

cuo

47,2

63,8

9,5 73,3

6

3,0

0,5 1

225

5

CuCl

64,5

78,8

4,7 83,5

7

3,0

0,2 1

250

5

CuS04

66,2

74,0

6,5 80,5

Vergleichs-

beisp.

3,0

1

250

5

-

1,5

1>

1>1>

C

Claims

665 638

(1)

in der R und R' unabhängig voneinander Wasserstoffatome oder Niederalkylgruppen sind, dadurch gekennzeichnet, dass man ein 2,3-Dihydro-7-halogenbenzofuran der Formel (2)
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man das Ammoniak in Form einer wässrigen Lösung mit einer Konzentration von 5 bis 70 Gew.-% verwendet.

(2)

in der X ein Halogenatom ist und R und R' die angegebene Bedeutung haben, mit Ammoniak in Gegenwart eines Kupferkatalysators umsetzt.

2

PATENTANSPRÜCHE 1. Verfahren zur Herstellung von 2,3-Dihydro-7-amino-benzofuranen der Formel (1)
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass man die Umsetzung zwischen dem 2,3-Dihy-dro-7-halogenbenzofuran der Formel (2) und dem Ammoniak bei einer Temperatur von 150 bis 400 °C durchführt.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass man die Umsetzung bei einer Temperatur von 150 bis 300 C durchführt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass man als 2,3-Dihydro-7-halogenbenzo-

furan der Formel (2) das 2,3-Dihydro-2,2-dimethyl-7-chlor-benzofuran verwendet.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kupferkatalysator gewählt ist aus: Kupferoxiden, Kupferhydroxiden, Kupferchloriden, Kupfersulfaten, Kupfernitraten, Kupferphosphaten und Ammoniak-Komplexsalzen von Kupfer.

io BESCHREIBUNG