DE2240399B2

DE2240399B2 - Verfahren zur Herstellung von Arylessigsäurealkylestern

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Publication number: DE2240399B2
Application number: DE19722240399
Authority: DE
Inventors: Moustafa Dr. 5210 Troisdorf El-Chahawi; Hermann Dr. 5203 Much-Schwellenbach Richtzenhain
Original assignee: Dynamit Nobel AG
Current assignee: Dynamit Nobel AG
Priority date: 1972-08-17
Filing date: 1972-08-17
Publication date: 1975-03-06
Also published as: JPS5716832A; JPS5748134B2; DE2240399A1; DE2240399C3

Description

Die vorliegende Erfindung befaßt sich mit einem 15 Nach einem neuen Verfahren zur Herstellung von

Verfahren zur Herstellung von Arylessigsäurealkyl- Phenylessigsäureestern wird Benzylchlond nut CO

estern. und Alkohol in Gegenwart von Nickeltetracarbonyl

Es sind bereits mehrere Verfahren zur Herstellung und Jod als Katalysator sowie von Erdalkalioxyden

von Phenylessigsäureestern bekannt. So können Phenyl- als HCl-Akzeptoren in polaren Losungsmitteln wie

essigsäureester durch Umsetzung von Benzylchlorid 20 Dimethylformamid oder Dimethylsulfoxid zur Um-

mit Alkalicyanid mit anschließender Verseifung des Setzung gebracht (DOS 1 914 391). Nachteile des Ver-

Nitrils zur Säure und nachfolgender Veresterung fahrens ergeben sich aus dem hohen Bedarf an Nickel-

( U 11 m a η η, 1953, Bd. 4, 291) gewonnen werden. carbonyl und Jod als Katalysatoren sowie der Rück-

Unbefriedigend an diesem Verfahren ist die Reaktions- gewinnung der verwendeten teuren Lösungsmittel,

folge über mehrere Stufen. Weiterhin können Phenyl- 25 Aus der langen Reaktionszeit von 26,5 Stunden er-

essigsäureesier durch Carbonylierung von Benzyl- geben sich nur geringe Raum-Zeit-Ausbeuten, welche

halogeniden mit dem Na-SaIz des Kobahoctacarbonyls das Verfahren unwirtschaftlich machen,

erhalten werden. (R. F. H e c k et al., J. Amer. Chem. Es wurde nun gefunden, daß durch katalytisch^ Um-

Soc. 85., [1963] 2779-82 und FR-PS 1 313 306, 1962). seuung einer aromatischen Chlormethylverbindung

Die Anwendung des Na-Cobaltcarbonyls ist technisch 30 mit CO und in Gegenwart eines basischen Mittels

außerordentlich schwierig und liefert zudem nur und der jeweiligen Alkohole unmittelbar der Aryl-

«chlechte Ausbeuten. Phenylessigsäureester sind auch essigsäureester erhalten werden kann,

noch durch Carbonylierung von Benzylhalogeniden Überraschenderweise wird unter den angewandten

mit CO unter Druck in Anwesenheit von Rhodium- Reaktionsbedingungen aus z. B. Benzylchlorid und

komplexen zugänglich (K. O h η ο et al., J. Amer. 35 Natriumalkoholat nicht, wie erwartet werden könnte,

Chem. Soc. 90., [1968] 99 bis 107). Auch nach diesem der Benzylalkyläther gebildet, sondern die Reaktion

Verfahren, welches bei höheren Drücken (100 atm.) läuft nach folgender Reaktionsgleichung ab:
durchgefühlt werden muß, werden nur geringe Ausbeuten erhalten.

O ^- CH₂Cl + CO + NaOR > O — CH₂ - COOR + NaCl

In der Gleichung bedeutet R einen gesättigten 45 bei können sowohl die primären wie auch sekundären

aliphatischen Alkylrest mit 1 bis 6 C-Atomen. und tertiären Alkohole bzw. die entsprechenden

Als Arylessigsäurealkylester werden die unsubsti- Alkoholate eingesetzt werden.

tuierten Phenylessigsäurealkylester ebenso wie substi- Der Kohlenoxiddruck kann 0 bis 25 atü, bevorzugt

tuierte Phenylessigsäurealkylester verstanden, wobei 0 bis 10 atü betragen.

als Arylreste auch kondensierte oder nicht konden- 50 Das verwendete Katalysatorsystem besteht aus drei

sierte aromatische Ringe vorhanden sein können, Komponenten, nämlich aus einer Kobaltverbindung

welche einen oder mehrere weitere Substituenten, wie Kobalthalogenid, Kobaltacetat, Kobalt(H)-acetyl-

bevorzugt Chlor, Alkylreste mit 1 bis 6 C-Atomen, acetonat, Kobaltnitrat und Kobaltcarbonyl wie Di-

Alkoxyreste mit 1 bis 6 C-Atomen tragen können. kobaltoctacarbonyl, aus metallischem Mangan, Eisen,

Beispiele hierfür sind Mono-, Di- und Tetrachlor- 55 Nickel oder deren Legierungen wie Eisen-Mangan-

phenylessigsäurealkylester, Mono- und Dimethyl- Legierungen in fein verteilter Form und aus einer

bzw. Propylphenylessigsäurealkylester, Mono- und wasserlöslichen Schwefelverbindung, insbesondere

Dimethoxy- bzw. -äthoxyphenylessigsäurealkylester, einem Salz aus der Gruppe der Sulfide, Thiosulfate,

Naphthylessigsäuremethyl- bzw. -äthylester usf. Dithionite, Sulfoxylate oder deren Mischungen wie

Als Ausgangsstoffe werden dabei die strukturell 60 beispielsweise Natriumdithionit, Sulfoxylaten (Ronentsprechenden unsubstätuierten oder die jeweiligen galit) oder Natriumsulfid/Natriumthiosulfat.
Substituenten tragenden aromatischen Halogenme- Bevorzugt wird das Katalysatorsystem im verthylverbindungen, bevorzugt die Chlormethylverbin- wendeten Alkohol und bevorzust in der Reihenfolge düngen verwendet. Kobaltverbindung — Metall oder Legierung — Schwe-

Die verwendeten Alkohole sowie Alkylreste der 65 felverbindung gebildet.

Alkalialkoholate sind dabei diejenigen, die strukturell Die Reaktion verläuft drucklos oder unter gerin-

den in die jeweiligen Alkylesterreste der Phenylessig- gern Überdruck und führt mit hoher Ausbeute zum

säurealkylester eintretenden Resten entsprechen. Hier- gewünschten Arylessigester. Zur Herstellung des

3 4

,-Ivsatorsystenis wird in einer Lösung von Die nach dem ernndungsgemäßen Verfahren herge-

^n 6HiO in Alkohol, Metallpulver und Na₂S₂O₁ so stellten Phenylessigester finden Verwendung als Riech-

^° QO oder ein CO enthaltendes Gasgemisch wie stoffe und sind wertvolle chemische Zwischenprodukte.

^u Wassergas eingeleitet, bis keine nennenswerten . -I₁

ir^eaa CO mehr aufgenommen werden. Die Ein- 5 Beispiel 1

L-rnne des CO findet bei 10 bis 100, vorzugsweise 20 Zu 100 ml Methanol wurden 12 g CoCl₄ - 6H₂O,

ET4O"C statt und dauert etwa 30 Minuten. An- Mangan-Pulver (150 μ) und Ig Natriumdithionit in

fließend werfen bei einer Temperatur zwischen 30 CO-Atmosphäre gegeben. Dann wurde unter Ruhren

Ten» vorzugsweise 50 und 6O⁰C, unter weiterem (500 U/min) bei 35°C während 30 Minuten CO mit

«tärkten Einleiten von CO die aromatische Chlor- io einem Überdruck von 600 mm Hg durchgeleitet. An-

thvlverbindung und als alkalische Mittel bevorzugt schließend wurde auf 55°C erwärmt und unter stetigem

Tftalialkoholate oder Erdalkalioxide in einem solchen Durchleiten von CO im Verlauf von 3 Stunden 190 g

Wohnverhältnis zugesetzt, daß das Reaktionsme- (1,5 Mol) Benzylchlorid und 404 g (1,5 Mol) 21 ge-

^m stets alkalische, vorzugsweise schwach alkalische wichtsprozentige Natriummethylatlösung bei einer

Reaktion zeigt Zweckmäßigerweise wird das Na- 15 Rührgeschwindigkeit von 500 bis 750 U/min. zudo-

!L«nalkoholat in Form einer 10- bis 25gewichts- siert.

⁰^tLn Lösung in Alkohol zugesetzt. Die aro- Kohlenmonoxyd wurde uoch etwa 2V₂ Stunden em-

(Mdie Chlormethylverbindung kann der Kataly- geleitet, bis keine Aufnahme mehr erfolgte. Danach

"^mischung auf einmal zugesetzt oder auch laufend wurde Kochsalz und Mangan abgetrennt, das Hltrat

Hnoiert werfen. Die Dosierung von CO und Alkoho- ao mit Wasser versetzt und mit Äther extrahiert. JSacfi

ft in Lösung des jeweiügen Aikohols bzw. CaO mit Destillieren des Äthers hinterblieb ein Reaktions-

^L, jeweiligen Alkohol erfolgt in einem Zeitraum von gemisch, aus welchem durch Destillation 170 g Phenyi-

f™Tbis 5 Stunden. Das Einleiten von CO wird bis essigsäurenvHliylester (Ausbeute 78 %, Reinheit 99,7 _/o)

τ Beendigung der Aufnahme noch fortgesetzt. In und 6.9 g Benzylchlorid isoliert wurden.

λ Rpeel ist die Aufnahme etwa 3 Stunden nach Zu- 25 Nach Ansäuern der wäßrigen Phase und aus-

L der Komponenten beendet. Insgesamt ergibt äthern konnten noch 18 g Phenylessigsäure (Ausbeute

■da dann in der Regel eine Gesamtreaktionszeit 9,1%, Reinheit 99,3%) isoliert werden,

feinsch!. Katalysatorherstellung) von 6 bis 8 Stunden. B e i s ρ i e I 2

molare Verhältnis von basischem Reagenz zu . lScher Chlormethylverbindung liest Vorzugs- 30 Wie im Beispiel 1 beschrieben, wurden

l h i Übhü d hlid 620 ^l.wichtsprozent.gesNa

er Chlormethylverbindung liest Vorzugs- 30 Wie im Beispiel 1 beschrieben, wurden 300 g y beil obwohl auch geringe Überschüsse des chlorid, 620 m^lg.wichtsprozent.gesNatnumrflet^lat d d kö dß d l Ktlsatoren 20 g CoCl · 6H₂O 1 gN^,

l obwohl auch geringe Überschüsse des chlorid, 620 m^lg.wichtsprozeng

Mittels angewandt werden können, so daß und als Katalysatoren 20 g CoCl₂ · 6H₂O, 1 g^

STtSwÄdkaliicIie Reaktion durch einen ge- 1,5 g Na₂S₂O₃ · 5 H₂0,9 g Mangan-Pulvei: mitCC· uid-

Sen tWhuß des basischen Mittels eingehalten, gesetzt. Aus dem Reaktionsgemisch wÄMcNer

«nfsaure Reaktion vermieden wird. 35 beschriebenen Aufarbeitung 21 g Benzylchlorid (Um-

FiS^amSne stetige oder in Portionen erfolgende satz 93%), 214 g Phenylessigsauremethylester (Aus-

Zuoatdef Eschen Mittels während der Reaktion beute 64,7%) und 26g Phenyless.gsaure (Ausbeute

dcrlHalogenmethylverbindung wird daher bevorzugt. 8,6%) isoliert.

Das verwendete Metallpulver oder Legierung kann Beispiel 3

Teilchengröße zwischen 0,10 und 300μ, 4°

teüsir-Ä

SSSi «ach obenhin nur durch die Rühr- 45 Aus dem g

it des Reaktionsmediums begrenzt wird. Vor- schriebenen Aufarbeitung 7 g S! Hegt das Verhältnis zwischen 1:10 und »figgS™^ <£%&$&

¹ Das erfindungsgemäße Verfahren gestattet sowohl benzyläther isoliert.

die Isolierung wie auch die Wiederverwendung des 50 B e i s ρ i e 1 4

Metallpulver oder Legierung. Das Gewichtsverhältnis beschrieben wurden 190 g Ben-

ließen Die Schwefelverbindung wird in geringerer thylat, 12 g ^C°^(C"^^/Vo umeesetzt Aus

sässä ⁵⁵ S3SHIä

sehen1: 3 und 1:1500, vorzugsweise zw.schen 1: 30 ^«mngW gtajjjc ^₅ . B

¹ De Aufarbeitung des Reaktionsansatzes gestaltet säure (Ausbeute 2 5%) und 11 g Methylbenzylather

sich besondS einfach durch Abtrennung der festen 6o (Ausbeute 6%) isoliert.

Bestandteile (Kochsalz, Metallpulver) durch Filtra- Beispiel 5

SS^üSgS

gelöst enthält.

»rbeiiung 10 g Benzylchlorid, 122 g Pheaylessigsäuremethylester (Ausbeute 57%), 37 g Phenylessigsäure (Ausbeute 19%) und 2 g Methylbenzyläther isoliert.

Beispiel 6

Wie im Beispiel 1 beschrieben, wurden 126,5 g Benxylchlorid, 270 g 21gewichtsprozentiges Natriummethylat, 11 g Co₂(CO)₈, 4 g Mangan und 1 g Na₂S₂O₄ mit CO umgesetzt. Aus dem Reaktionsgemisch

wurden 133,5 g Phenylessigsäuremethylester (Ausbeute 89 %) in einer Reinheit von 97,25 % isoliert.

Beispiele 7 bis 16

In den Beispielen der folgenden Tabelle wurden jeweils 190 g Benzylchlorid (1,5 Mol) in Gegenwart der angegebenen Katalysatoren mit CO umgesetzt. Als basische Mittel wurden jeweils 355 g einer 24gewichts prozentigen Lösung von Natriummethylat in Methanol

•o verwendet.

Tabelle I

Beispiel	Metall	Katalysator-System Co-Verbindung	S-Verbindung	Dest. in g
7	4 g Mn	6 g CoCl₂-6 H₈O	Rongalit 1 g	185
8	6 g Ni	12 g CoCl₂-6H₂O	Na₂S₈O₄ 1 g	165
9	6 g Fe	12 g CoCl₂-6H₂O	Na₂S₂O₄ 1 g	160
10	4 g Mn*) 45 bis 150 μ	6 g CoCl₂-6H₂O	Na₂S₂O₄ 1 g	200
11	6 g Mn	12 g CO(II)-acetyiacetonat	Na₂S₂O₄ 1 g	192
12	6 g Mn	12 g CoJ₂-2H₂O	Na₂S₂O₄ 1 g	200
13	6 g Mn*) 0,15 mm	12 g CoCl₂-6H₂O	Na₂S₁O₄ 1 g	184
14	6 g Mn**) 0,15 mm	12 PCoCl₂-6H₂O	Na₂S₂O₄ 1 g	180
15	6 g Mn	12 g Co(NO₃)₂-6H₂O	Na₂S₂O₄ 1 g	163,5
16	6 g Fe/Mn	12 g CoCl₂ -6H₂O	Na₂S₂O₄ 1 g	160

*) = Thermisch.
*♦) = Elektrolytisch.

Tabelle II

Beispiel	PhCH₁Cl	Gaschromatogr. Analyse des Destillats·**)	PhCH₁COOCH,	PhCH₁COOH	PhCH₁COOCH₁Ph
	3,89	PhCH₁OCH,	72,17	3,63
7	24,11	18,94	12,62	4,28	0,43
8	21,18	58,59	9,21	5,43	—
9	2,97	63,68	79,87	0,28	—
10	2,72	11,90	57,43	0,18	0,28
11	0,34	38,33	92,41	1,04	0,44
12	11,19	5,17	43,99	7,75	0,84
13	17,08	35,41	30,03	9,13	0,51
14	12,28	41,96	61,58	6,51	0,48
15	9,51 .	17,97	69,65	8,23	0,53
16	10,87		0,64

***) In Gewichtsprozent, bezogen auf das Destillat.
Die Chromathographie-Säule hatte eine Füllung aus Silicone Gum-Rubber UCC-W-982 (methyl vinyl).

Beispiel 17 CO-Atmosphäre gegeben. Dann wurde unter Rühren

_,..... . , 6₅ (500 U/min.) bei 35°C während 30 Minuten CO mit

Phenylessigsäuremethylester _{einem überdruck von 600} mm Hg durchgeleitet. Bei

Zu 100 ml Methanol wurden 2,5 g CoCl₂-6H₂O, 55°C wurde die Reaktionsmischung mit 190 g Ben-

2 g Mangan-Pulver (150 μ) und Ig Na₂S₂O₄ in zylchlorid versetzt. Anschließend wurden im Verlauf

von 3 Stunden unter stetigem Durchleiten von CO der Destillation des Reaiktionsgemisches konnten 355 g 24gewichtsprozentige Natriummethylatlösung durch Gaschromatographie folgende Verbindungen bei einer Rührgeschwindigkeit von 500 bis 750 U/min. nachgewiesen werden: zudosiert. Kohlenmonoxyd wurde nach etwa 2¹I₂ Stunden eingeleitet, bis keine Aufnahme mehr erfolgte, s p-Methoxybenzylchlorid 10,00%

Danach wurde die Mischung mit Wasser versetzt und p-Mithoxybenzylmethyläther 69,50%

von? Mangan abgetrennt. Die Mischung wurde mit p-Methoxyphenylessigsäuremethylester 8,66%

Äther ausgeschüttelt. Nach Destillieren des Äthers p-Methoxyphenylessigsäure 5,54%

hinterbleibt im Reaktionsgemisch aus welchem durch

Destillation 3,5 g Benzylchlorid und 189 g Phenyl- ίο B e i s ρ i e I 22

essigsäuremethylester (Ausbeute 85,4%) isoliert wurde. . _

Nach Ansäuern der wäßrigen Phase und Ausäthern Phenylessigsaureathylester

konnten noch 5 g Phenylessigsäure (Ausbeute 2,5%) Analog Beispiel 17 wurden 126,5 g Benzylchlorid,

isoliert werden 794 g einer 9gewichtsprozentigen Lösung von Na-

B e i s ρ i e 1 18 15 triumäthylat in Äthanol, 12 g CoCl₈ · 6H₂O, 6 g Man-

„,, , · - ui. gan-Pulver und 1 g Na₂S₂O₄ mit CO umgesetzt. Nach

p-Chlorphenylessigsauremethylester _{der übljchen Aufa} ^s _rbeitun*_g ⁴ _{wurden 8 g} Benzylchlorid,

Wie im Beispiel 1 beschrieben, wurden 80,5 g 109 g Phenylessigsaureathylester (Ausbeute 71 %), (0,5 Mol) p-Chlorbenzylchlorid mit 135 g einer 24- 8 g Phenylessigsäure (Ausbeute 6%) und Ig Äthylgewichtsprozentigen Natriummethylatlösung, 10 g ao benzyläther isoliert. CoCl₂ · 6 H₂O, 4 g Mangan und 1 g Natriumdithionit . . mit CO umgesetzt. Die Durchführung und Aufarbei- Beispiel 23 tung erfolgte, wie im Beispiel 1 beschrieben. Es wurden Analog Beispiel 1 wurden 63,5 g (V₂ Mol) Benzyl-74 g p-Chlorphenylessigsäuremethylester (Ausbeute chlorid, 6 g CoCl₂ 6H₈O, 4 g Mangan-Pulver, Ig 80%) in einer Reinheit von 96% und 4 g p-Chlor- as Na₂S₂O₄ in 100 ml tert.-Butanol und 56 g Kaliumphenylessigsäure (4,6 %) isoliert. tertiär-butylat mit CO umgesetzt. Durchführung und

Aufarbeitung erfolgte wie i:m Beispiel 1.

B e i s ρ i e 1 19 Es wurden 55 h Reaktionsgemisch destilliert, wel-

., , , , . . _ ... ches nach GC die folgende Zusammensetzung enthält:

p-Methylphenylessigsauremethylester 30

Wie im Beispiel 1 beschrieben, wurden 70,5 g Benzylchlorid 18,6%

(0,5MoI) p-Methylbenzylchlorid und 135 g einer Phenylessigsäure tert.-butylester 79,18%

24gewichtsprozentigen Natriummethylatlösung in Me- . thanol, 5 g CoCl₂-OH₂O, 4 g Mangan-Pulver und B e 1 s ρ 1 e 1 24 1 g Natriumdithionit mit CO umgesetzt. Die Durch- 35 Wie im Beispiel 17 beschrieben, wurden 190 g Benführung und Aufarbeitung erfolgte wie im Beispiel 1 zylchlorid, 329 g 25,8gewichtsprozentiges Natriumbeschrieben. Es wurden 47,0 g p-Methylphenylessig- methylat, 12 g CoCl₂ · 6H₂O, 6 g Mangan-Pulver und säuremethylester Kp₁₃113° (Ausbeute 57,2%) in einer 1 g Na₂S₂O₁ mit CO/H₂-Gasgemisch im Verhältnis Reinheit von 98 % und 6,2 g p-Methylphenylessigsäure 3:1 umgesetzt

(Schmp. 89 bis 90⁰C, Ausbeute 8%) isoliert. 40 Nach der Destillation des Reaktionsgemisches

(180 g) konnten durch Gaschromatographie folgende

Beispiel 20 Ergebnisse erzielt werden:

NaphthyHO-essigsäuremethylester Benzylchlorid 20,24%

Wie im Beispiel 1 beschrieben, wurden 58 g «-Chlor- ₄5 Methylbenzyläther 25,43 %

methylnaphthalin mit 78 geiner 24gewichtsprozentigen Phenykssigsauremethylester 44,76%

Natriurnmethylat-Lösung in Methanol, 12 g CoCl₂ · Phenylessigsäure 5,31 /₀

6HjO, 6 g Mangan und 1 g Na₂S₄O₄, mit CO umge-

setzt. Die übliche Aufarbeitung ergab 35 g Naphthyl- β e 1 s ρ 1 e ι ä>

(l)-essigsäuremethylester (Ausbeute 53 %) und 7 g 50 Wie im Beispiel 1 beschrieben, wurden 190 g Ben-

Ä-Naphthylessigsäure (Ausbeute 6,5%). zylchlorid mit 355 g 24f!ewichtsprozentigen NaOCH₃,

12 g Kobalt(II)-hydroxidcarbonat, 6 g Mangan und

Beispiel 21 Ig Na₂S₂O₁ mit CO umgesetzt.

, . _ . , Es wurden 175,5 g destilliert, welche nach GC die

p-Methoxyphenylessigsauremethylester _{S5 folgende Zusammensetomg} enthalten:

Analog Beispiel 1 wurden 50 g p-Methoxybenzylchlorid mit 115 g einer 24gewichtsprozentigen Natri- Benzylchlorid 10,43 %

ummethylatlösung in Methanol, 12 g CoCl₂ · 6H_SO, Methylbenzyläther 82,77 %

6 g Mangan und 1 g Na₈S₂O₄ mit CO umgesetzt. Nach Phenylessigsäuremethylester 6,1 %

Claims

ι ²

sators, dadurch gekennzeichnet, daß

Patentanspruch- ^r Katalysator aus folgenden drei Komponenten

' besteht:

Verfahren zur Herstellung von Alkylestern . „„!,„itvprttndune

gegebenenfalls substituierte Arylessigsäuren durch 5 a aus einer^™^™™™*>_Eisen _{oder Nickd}

Umsetzung von gegebenenfalls substituierten aro- b) ™ ""gJ^Sung dieser Metalle in fein-

matischenHalogenmethylverbindungenmitKohlen- oder eaier ¹^s¹"" s

oxyd und den jeweiligen Alkoholen in schwach verteilter rotm Schwefelverbindung,

alkaüschem Medium in Gegenwart eines Kstaly- c) aus einer wasseren