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Verfahren zur Herstellung von Arylessigsäurealkylesvern Die vorliegende
Erfindung befaßt sich mit einem Verfahren zur Herstellung von Arylessigsäurealkylestern.
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Es sind bereits mehrere Verfahren zur Herstellung von Phenylessigsäureestern
bekannt. So können Phenylessigsäureester durch Umsetzung von Benzylchlorid mit Alkalicyanid
mit anschließender Verseifung des Nitrils zur Säure und nachfolgender Veresterung
( Ullmann, 1953, Ed. 4,' 291 ) gewonnen werden.
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Unbefriedigend an d-iesem Verfahren ist die Reaktionsfolge über mehrere
Stufen. Weiterhin können Phenylessigsäureester durch Carbonylierung von Benzylhalogeniden
mit dem Na-Salz des Kobaltoctacarbonyls erhalten werden. ( R.F Heck et al., J.
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Amer.Chem.Soc. 85., (1963) 2779-82 und Fr'P..1 313 306, 1962).
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Die Anwendung des a-Cobaltcarbonyls ist technisch außerordentlich
schwierig und liefert zudem nur schlechte Ausbeuten.
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Phenylessigsäureester sind auch noch durch Carbonylierung von Benzylhalogeniden
mit CO unter Druck in Anwesenheit von Rhodiurnkomplexen zugänglich ( K. Ohno et
al., J.Amer.Chem.Soc. 90., (1968) 99-107). Auch nach diesem Verfahren, welches bei
hrbneren 'Drücken ( 100 atm.) durchgeführt werden muß, werden nur geringe Ausbeuten
erhalten.
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Phenylessigsäureester lassen sich aus Benzylchlorid, CO und Alkohol
in Gegenwart von Nickeltetracarbonyl und Jod als Katalysator, sowie von Erdalkalioxyden
als HCl-Akzeptoren in polaren Lösungsmitteln wie Dimethylformamid und Dimethylsulfoxid
herstellen. ( DOS 1 914 391 ) Nachteile des Verfahrens ergeben sich aus dem hohen
Bedarf an Nickelcarbonyl und Jod als Katalysatoren sowie der RUckgewinnung der verwendeten
relativ teureren Lösungsmittel. Aus der langen Reaktionszeit von 26,5 Stdn. ergeben
sich außerdem nur geringe Raum-Zeit-Ausbeuten, welche das Verfahren unwirtschaftlich
machen.
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Nach einem neuen Verfahren zur Herstellung von Phenylessigsäuremethylester
wird Benzylhalogenid mit CO, Natriummethylat und Kohlendioxyd in Gegenwart von 5%igem
Palladium auf Kohle zur Umsetzung gebracht. ( USP 3 636 082 ) Dieses Verfahren ist
jedoch unwirtschaftlich, da bei sehr hohen Temperaturen bis zu 2000C gearbeitet
wird. Die Ausbeute an Phenylessigsäuremethylester wird außerdem nicht genannt.
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Es wurde nun gefunden, daß durch katalytische Umsetzung einer aromatischen
Chlolmethylverbindung mit CO in Gegenwart eines basischen Mittels und dem jeweiligen
Alkohol unmittelbar der Arylessigueester erhalten werden kann.
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Überraschenderweise wird unter den angewandten Reaktionsbedingungen
z.B. aus Benzylchlorid und Natriumalkoholat nicht, wie erwartet werden-könnte, der
Benzylalkyläther gebildet, sondern die Reaktion läuft nach folgender Reaktionsgleichung
ab:
In der Gleichung bedeutet R einen gesättigten aliphatischen Alkylrest mit 1 bis
6 0-Atomen.
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Als Arylessigsäurealkylester werden die unsubstituierten Phenylessigsäurealkylester
ebenso wie substituierte Phenylessigsäurealkylester verstanden, wobei als Arylreste
auch kondensierte oder nicht kondensierte aromatische Ringe vorhalden sein können,
welche einen oder mehrere weitere Substituenten, bevorzugt Chlor, Alkylreste mit
1 bis 6 C-Atomen, Alkoxyreste mit 1 bis 6 C-Atomen tragen können. Beispiele hierfür
sind Mono--," Di- und Tetrachlorphenylessigsäurealkyl ester, Mono- und dimethyl-
bzw. propylphenylessigsäurealkylester, Mono- und dimethoxy- bzw. -äthoxyphenylessigsëurealkylerster,
anhttlylessigsäuremethyl- bzw. äthylester usw jils Ausgangsstoffe werden' dabei
die strukturell entsprechenden unsubstituierten oder die jeweiligen Substituenten
tragen den aromatischen Halogern-nethylverbindungen, bevorzugt die
Chlormethylverbindungen
verwendet.
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Die verwendeten Alkohole sowie Alkylreste der Alkalialkoholate sind
dabei diejenigen, die strukturell den in den jeweiligen Alkylesterresten der Phenylessigsäurealkylester
eintretenden Resten entsprechen.
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Die Kohlenoxiddruck kann 0 bis 25 atü, bevorzugt 0 bis 10 betragen.
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Als Carbonylierungskatalysator werden nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
Kobalt- und/oder Eisencarbonyle verwendet.
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Die Reaktion verläuft drucklos oder unter geringem'fiberdruck und
führt mit sehr hohen Ausbeuten zum gewünschten Arylessigester. Zur Herstellung der
genannten Ester wird Eisen- oder Kobaltcarbonyl unter Einleitung von CO oder einem
CO enthaltendem Gasgemisch wie Wassergas in einem gesättigten Alkohol mit 1 bis
6 C-Atomen als Lösungsmittel vorgelegt.
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Anschließend werden bei einer Temperatur zwischen 10 - 100°C, vorzugsweise
50 - 60°C, unter weiterem Einleiten von CO die zu carbonylierende, gegebenenfalls
substituierte aromatische Chlormethylverbindung und Natriumalkoholat eines gesättigten
aliphatischen, primären, sekundären oder tertiären Alkohols von 1 bis 6 C-Atomen
in einem solchen Mengenverhältnis zugesetzt, daß das Reaktionsmedium stets lakalische,
vorzugsweise schwach alkalische Reaktion zeigt. Die zu carbonylierende, gegebenenfalls
substituierte aromatische Chlormethylverbindung kann aber auch zu Beginn der Reaktion
auf einmal zugesetzt werden. Zweckmäßigerweise wird Natriumalkoholat in Porm einer
10 - 30 Gew.&igen Lösung in Alkohol zugesetzt.
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Der Katalysator kann der Reaktionslösung
ebenfalls
auf einmal zugesetzt oder auch laufend zudosiert werden. Das Einleiten von CO wird
bis zur Beendigung der Aufnahme fortgesetzt. In der Regel ist die Aufnahme etwa
3 bis 8 Stdn. nach Zugabe der Komponenten beendet.
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Das Mengenverhältnis von basischem Reagenz zur aromatischen Chlormethylverbindung
liegt vorzugsweise bei 1, obwohl auch geringe Überschüsse des basischen Mittels
angewandt werden können, so daß eine schwach alkalische Reaktion durch einen geringen
ueberschuß des basischen Mittels eingehalten, und saure Reaktion vermieden wird.
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Das Gewichtsverhältnis von Metallcarbonyl zur Chlormethylverbindung
kann zwischen 1 : 1 bis 1 : 500, vorzugsweise 1 : 2 bis 1 : 50 liegen.
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Die Aufarbeitung des Reaktionsansatzes gestaltet sich besonders einfach
durch Abtrennung von ausgefallenem Kochsalz durch Filtration. Das Filtrat kann mit
Wasser verset8t werden, wobei sich das Reaktionsprodukt in ziemlich reiner Form
als organische Phase abscheidet. Das Filtrat kann aber auch direkt destilliert werden7
wobei geringe Mengen Kochsalz und der verwendeten Metallcarbonyle zurückbleiben.
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Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Phe° nylessigsäureester
finden Verwendung als Riechstoffe und sind wertvolle chemische Zwischenprodukte.
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Beispiel 1 Zu 100 ml Methanol wurden 6 g Kobaltoctacarbonyl gegeben.Dann
wurde unter Rühren (500 U/min) bei 350C während 30 Minuten CO mit einem ueberdruck
von 600 mm Hg durchgeleitet. Anschliessend wurde auf 55 0C erwärmt und unter stetigem
Durchleiten von CO im Verlauf von 5 Stdn. 190 g ( 1,5 Mol ) Benzylchlorid und 329
g 25,8 Gew.%iges Natriummethylat bei einer Rührgeschwindigkeit von 500 - 750 U/min
zudosiert. Kohlenmonoxid wurde: nach etwa 2 1/2 Stdn. eingeleitet bis keine Aufnahme
mehr erfolgte. Danach wurde die Reaktlonsmischung mit Wasser versetzt, und mit Aether
extrahiert. Nach Destillieren des Aethers erhielt man ein Reaktionsgemisch, aus
welchem durch Destillation 215 g Phenylessigsäuremethylester in Reinheit von 97,03
% ( Ausbeute 95,4 % ) isoliert wurden.
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Beispiel 2 Wie in Beispiel 1 beschrieben, wurden 4 g C02 (CO)o, gelöst
in 100 ml Äthanol, 126,5 g Benzylchlorid und 794 g 9 Ges.« iges in Äthanol gelöstes
NaOC2H5 (H20 Gehalt 0,17 % ) mit CO umgesetzt. Die Durchführung und die Aufarbeitung
erfolgte wie in Beispiel 1. Es wurden 136 g Reaktionsgemisch destilliert, welches
nach der gaschromatographischen Analyse (GC) folgende Zusammensetzung enthält:
2,37
% Aethylbenzylaether 2,53 % Benzylchlorid 70,75 % Phenylessigsäureaethylester 13,79
% Phenylessigsäure Beispiel 3 Wie in Beispiel 1 beschrieben, wurden 3 g Co2 (CO)8,
80,5 g ( 0,5 Mol ) p-Chlorbenzylchlorid und 110 g 25,8 Gew.%iges Natriummethylat
mit CO umgesetzt. Die Durchführung und Aufarbeitung erfolgte wie in Beispiel 1.
Es wurden 6,5 g p-Chlorbenzylchlorid und 76 g p-Chlorphenylessigsäuremethylester
( Ausbeute 89,8 % ) in einer Reinheit von 97,75 ffi destilliert.
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Beispiel 4 Wie in Beispiel 1 beschrieben, wurden 4 g Co2 (CO)8, 70,5
g ( 0,5 Mol ) p-Methylbenzylchlorid und 110 g 25,8 Gew.%iges Natriummethylat mit
CO umgesetzt. Die Durchführung und Aufarbeitung erfolgte wie in Beispiel 1. Es wurden
2 g p-Methylbenzylchlorid und 69 g p-Nethylphenylessigsäuremethylester ( Ausbeute
86,7 ) in Reinheit von 99,25 % destilliert.
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Beispiel 5 Wie in Beispiel 1 beschrieben, wurden 4 g Co2 (CO)8, 76
g ( 0,43 Mol ) Chlormethylnaphtalin und 95 g Natriummethylat mit CO umgesetzt. Die
Durchführung und Aufarbeitung erfolgte wie in Beispiel 1.
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Nach der Destillation des Reaktionsgemisches ( 65 g ) konnten durch
GC folgende Verbindungen nachgewiesen werden: 39,2 ffi Methoxymethylnaphtalin 3,03
% Chlormethylnaphtalin 54,27 ffi Naphtyl(l)essigsäuremethylester Beispiel 6 Wie
in Beispiel 1 beschrieben, wurden 4 g Co2 (wo)8, 57 g (0,36 Mol) p-Methoxybenzylchlorid
und 78 g 25,8 Gew.%iges Natriummethylat mit CO umgesetzt. Nach der Aufarbeitung
konnten 50 g destilliert werden. Durch GC wurden folgende Verbindungen nachgewiesen:
30,8 % p-Methoxymethylbenzylaether 24,76 % p-Methoxybenzylchlorid 40,93 % p-ethoxyphenylessigsäuremethylester
Beispiel
7 Wie in Beispiel 1 beschrieben, wurden 9ml Fe(CO)5, 190 g Benzylchlorid und 329
g 25,8 Gew.iges Natriummethylat mit CO umgesetzt. Die Durchführung und Aufarbeitung
erfolgte wie in Beispiel 1. Nach der Destillation des Reaktionsgemisches konnten
durch GC folgende Verbindungen nachgewiesen werden: 6,03 % Benzylchlorid 55,76 %
Methylbenzylaether 34,07 % Phenylessigsäuremethylester Beispiel 8 Wie in Beispiel
1 beschrieben, wurden 22 mol Pe(CO)5 190 g Benzylchlorid und 329-g 25,8 Gew.%iges
Natriummethylat mit CO umgesetzt. Man erhielt 175 g Destillat mit der Zusammensetzung
nach GC: 0,81 % Benzylchlorid 4,56 ffi Methylbenzylaether 90,61 % PhenyleSsigsäuremethylester
Beispiel 9 Wie in Beispiel 1 beschrieben, wurden 6 g Co2(CO)8, 190 g Benzylchlorid
und 329 g 25,8 Gew.%iges Natriummethylat mit
Gasgemisch CO/H2 im
Verhältnis 3 : 2 umgesetzt. Es wurden 173 g mit folgender Zusammensetzung 4,92 %
Benzylchlorid 63,52 % Methylbenzylaether 25,91 % Phenylessigsäuremethyiester destilliert.
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Beisniel 10 Wie in Beispiel 1 beschrieben, wurden 4 g Co2 (cd)6, 100
ml Methanol, 126,6 g (1 Mol) Benzylchlorid und 56 g Ca0 mit CO umgesetzt. Die Durchführung
erfolgte wie in Beispiel 1.
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Danach wurde mit Salzsäure angesäuert und wie Beispiel 1 aufgearbeitet.
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Es wurden 104 g Reaktionsgemisch destilliert, welches nach GC folgende
Zusammensetzung enthält: Benzylchlorid 32,83 % Phenylessigsäuremethylester 40,71
% Phenylessigsäure ; 23,88 % Beisniel 11 Wie in Beispiel 1 beschrieben, wurden 2,5
g Co2 (CO)8, 100 ml tert. Butanol, 63,5 g (1/2 Mol) Benzylchlorid und 56 g talium-tertiär-Butylat
mit CO umgesetzt. Die Durchführung und Aufarbeitung erfolgte wie in Beispiel 1
Es
wurden 52 g Reaktionsgemisch destilliert, welches nach GC folgende Zusammensetzung
enthält: tert. Butanol 1116 % Benzylchlorid 12,45 % Phenylessigsäure tert.butylester
74,18 %