DE2264235B2 - Verfahren zur Herstellung von 6-Methyl-3,4-dihydro-1^3-oxa thiazin-4-on-2,2-dioxid - Google Patents

Description

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oxid, seine Eigenschaften als Süßstoff und Verfahren zu seiner Herstellung sind aus der DE-OS 20 01017 bekannt.

In dieser deutschen Offenlegungsschrift wird als Verfahren B die Umsetzung von ^-Ketocarbonsäuren mit Fluorsulfonylisocyanat (FS!) zu den entsprechenden /J-Ketocarbonsäureamid-N-sulfofluoriden unter CO₂-ii Abspaltung und der anschließende Ringschluß zum Dihydrooxathiazinon-dioxid beschrieben.

Die Reaktion von Carbonsäuren mit Halogensulfonyl-isocyanaten erfolgt bekanntlich an der Carboxylgruppe, wie am Beispiel der Malonsäure gezeigt

2(i werden konnte (vgl. Wittmann et al., Mh. Chem. 99 (1968), 19b2):

COOH

R-CH +2N=C=O

I I

COOH SO,CI

CO-O-CO-NH-SO₂CI CO-NFI-SO₂CI

R-CH ■-— R-CH +2CO,

I " '

CO-O-CO-NH-SO₂CI CO-NH-SO₂CI

Für Carbonsäureester ist dieser Reaktionsweg nicht gangbar. In der DE-OS 20 01 017 ist als Verfahren C weitsrhin die Umsetzung von /3-Diketonen mit FSI beschrieben:

R, CO CII, CO R₂ f O=--C----N SO₂F R C=O C=O

\ ⁷ \
CH R₂

O=- C

NH SO₂I'

Bei der anschließenden Laugenbehandlung von (1) erfolgt der Ringschluß /.um Dihydrooxathiazinon-Ring, wobei meist einer der Acylreste abgespalten wird:

R, (O (Il (O R₂
( NH S(),l·

O C

C-- ί-

N SO₂
H

Im Verlauf der weiteren Arbeiten auf diesem Gebiet gruppe mit beispielsweise 1—4 C-Atomen ist, zwar wurde festgestellt, daß ^-Ketocarbonsäureester der mi ebenfalls bei Raumtemperatur mit FSI reagieren, wobei allgemeinen Formel man Produkte der allgemeinen Formel

R CW₂ CO CH₂ ( OR'
O

R CH₂ CO CII COOK'
1O₂S NH C- O

wobei R H oder eine niedere Alkylgruppe beispielsweise mit 1 — 3 C-Atomen und R' eine niedere Alkyl- erhält, daß jedoch der Ringschluü zum Dihydrooxa-

3 4

thiazinon-Derivat durch Laugenbehandlung nur aus- gemäß erfolgt hierbei keine Abspaltung der Esternahmsweise und mit mäßiger Ausbeute (37%) beim gruppierung,
Acetessigsäure-terL-butylester gelingt. Erwartungs-

CH₃-CO-CH-COOC(CHj)₃ Base

FO₂S-NH-C=O

60"—110" C
(a)

Versuche zur Überführung von (3) i.i das gewünschte nicht in kleinen Mengen enthielten (Nachweis durch

6-Methyldihydro-oxathiazinon (a) durch gleichzeitige NMR-Spektren).

thermische Abspaltung von Isobuten und CO2 oder Die Umsetzungsprodukte aus Acetessigsäure-methyl-

(b) durch Abspaltung der tert.-Buty !gruppe mit HCI in bzw. -äthylester und FSI verlieren bei der Behandlung CH₂Cl₂ in bekannter Weise und Erhitzen zum Zwecke κι mit Basen z-T.dieCH,—CO-Gruppe unter Übergang in

der anschließenden Lecarboxylierung lieferten als End- Malonesterderivate:
produkte nur Harze, die das pewünsr^u.te Produkt auch

CO —CH COi .V

CO NH SO₁F

Base CH, COOH + CH₁ COOR'

CO- NH SO₂F

Als zweite Reaktion wird z.T. die SO₂F-Gruppe entfernt, man erhält überraschenderweise ein Tricarbonylmethanderivat:

CH., CO ClI COOR' Base

CO Nil SO₂F

CH, CO CIl -COOR'

CO NII,

55 60%

Durch die Anwendung bekannter und analoger Verfahren war es also bisher nicht möglich, aus Acetessigestern und FSI die gewünschten 6-Alkyl-dihydro-oxathiazinone zu gewinnen.

Gegenstand der Erfindung ist nun ein Verfahren zur Herstellung von 6-Methyl-3,4-dihydro-l,2,3-oxathiazin-4-on-2,2-dioxid, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man Acetessigsäure-tert.-alkylester mit Fluorsulfonyl-

CII, CO CII COOC(CH,),

FO₂S NH(O

isocyanat umsetzt, das erhaltene Additionsprodukt bei -,11 Temperaturen von 60— 10O⁰C durch Abspalten von Kohlendioxid und Alken in Acetessigsäureamid-N-sulfofluoiid überführt und dieses in an sich bekannter Weise mit wäßriger Lauge cyclisiert. Dieser überraschende Reaktionsablauf wurde zuerst beim Einsatz -,-, von Acetessigsäure-tert.-bu'ylester beobachtet:

CH₁CO CII,

W) K)O C I- CO₂ + CH₂=C

FO₁S NIICO

CHj

CII,

Es ließ sich jedoch später zeigen, daß für die Umsetzung ganz allgemein auch höhere tertiäre Alkylester der Acetessigsäure verwendbar sind. Diese lassen sich leicht aus Diketen und den entsprechenden tertiären Alkoholen, vorzugsweise mit 4—8 C-Atomen, wie tert.-Amylalkohol, Dimethyl-isopropyl-carbinol oder Methyldiisopropyl-carbinol herstellen.
Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich schritt-

weise unter Isolierung der einzelnen Reaktionsstufen oder vorzugsweise als Einstufenverfahren durchführen. Besonders einfach gestaltet sich ein »Eintopfverfahren«, bei dem nach dem Zusammengeben der Reaktanden in einem aprotischen Verdünnungsmittel durch geeignete Temperaturführung die Spaltung eingeleitet und durch weiteres Erwärmen vollendet wird.

Als Verdünnungsmittel sowohl für die Umsetzung des FSI mit Acetessigsäure-tert-alkylester als auch für die thermische Spaltung des Reaktionsproduktes (2) eignen sich allgemein aprotische Flüssigkeiten, deren Siedepunkt >60°C liegen sollte, sofern man drucklos arbeiten will. Zum Beispiel Kohlenwasserstoffe oder Chlorkohlenwasserstoffe, wie Hexan, Heptan, Octan, Cyclohexan, Benzol, Toluol, Chlorbenzol, Chlortoluol, Chloroform, Tetrachlorkohlenstoff, Äther, wie Diisopropyläther oder Dimethoxyäthan, Ester, wie Äthylacetat usw.

Die Temperatur für die Umsetzung des Acetessigsäure-tert.-alkylesters mit FSI ist nicht kritisch, sie kann zwischen 0° und 100⁰C gewählt werden, wobei bei tieferen Temperaturen längere Reaktionszeiten benötigt werden und bei Temperaturen oberhalb von ca. 50° C gleichzeitig mit der Umsetzung mit FSI auch die thermische Spaltung des Umsetzungsproduktes stattfindet.

Die thermische Spaltung des reinen Adduktes (2) wird bei 70—75°C lebhaft, verläuft aber in etwa verunreinigtem Produkt oder über längere Zeit (Tage) auch schon bei tieferer Temperatur. Die Spaltung läßt sich in der unverdünnten oder vorteilhaft mit einem aprotischen Solvens verdünnten Schmelze durchführen, wobei Temperaturen von 60—100°C, vorzugsweise zwischen 70 und 90° C, geeignet sind.

Die erfindungsgemäße Reaktionsfolge ermöglicht ein wirtschaftliches und technisch vorteilhaftes Herstellungsverfahren für das als Süßstoff wirksame 6-Methyl-3,4-dilydro-l,2,3-oxathiazinondioxid. Dazu erzeugt man in einer bevorzugten Ausführungsform dieses Verfahrens aus dem großtechnisch leicht und preisgünstig zugänglichen Diketen und der äquivalenten Menge tert.-ButanoI und Triäthylamin als Katalysator in an sich bekannter Weise den Acetessigsäure-tcrt.-butylester. Dieser reagiert mit FSI zum Addukt (2), das durch Erwärmen auf 60— 100°C glatt in Acetessigsäureamid-N-sulfofluorid, Kohlendioxid und Isobuien zerfällt. Während das anfallende Isobuten durch Hydratation in bekannter Weise wieder in tert.-Butanol übergeführt werden kann, wird das Acetessigsäureamid-N-sulfofluorid durch Behandlung mit wäßriger Lauge in ebenfalls bekannter Weise zum 6-Methyldihydrooxathiazinon-dioxid cyclisiert.

Die Fortschrittlichkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens gegenüber dem Stand der Technik läßt sich anhand eines Vergleiches mit dem nächstliegenden Verfahren (C) der DE-OS 20 01017 aufzeigen. Dort wird als Ausgangsmaterial das teure Acetylaceton benötigt, während man bei dem Verfahren der vorliegenden Erfindung von Diketen und tert.-Alkanol ausgeht. Bei der Alkalibehandlung fallen bei dem bekannten Verfahren in äquimolarer Menge Essigsäure oder ihre Salze neben dem Dihydrooxathiazinon-dioxid an, wodurch die die Gewinnung und Reinigung des Produktes erschwert unti das Abwasser belastet wird. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden als Nebenprodukte Kohlendioxid und Alken erhalten, von denen letzteres leicht wieder verwertet werden kann. Durch die Überführung c**r Alkens in tert.-Alkanol reduzieren sich die Kosten für die Ausgangsmaterialien zusätzlich.

Die Ausbeute an 6-Methyl-3,4-dihydro-l^,3-oxathiazinon-dioxid liegt bei dem erfindungsgemäßen Verfahren mit 75—80% (bezogen auf Dikeien) wesentlich höher als nach dem Verfahren der DE-OS 20 0! 017 (40%, bezogen auf Acetylaceton).

Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele erläutert.

Beispiel 1

In einer 1-Liter-Rührapparatur legt man 37 g (0,5 Mol) tert.-Butanol zusammen mit 0,2 ml Triäthylamin (als Katalysator) vor, heizt auf 65°C und tropft im Verlauf einer Stunde 43,5 g (0,5 Mol) Diketen (97%ig) bei einer Innentemperatur von 65 —70°C zu. Man hält die klare Mischung weitere 1,5 Stunden bei 65—70^cC, verdünnt dann mit 200 ml trockenem Tetrachlorkohlenstoff, kühlt auf 25 —3O⁰C ab \nd tropft nun innerhalb 15 Minuten 40 mi (0,5 Moi) Fiuorriifonyiisocyanai zu.

2» Zur thermischen Abspaltung von Isobuten und CO; hält man anschließend die Reaktionsmischung unter Rühren bei ca. 70°C, bis die Gasbildung Deendet ist (3—4 Stunden, Gasmenge quantitativ). Das Lösungsmittel destilliert man im Wasserstrahlvakuum ab, fügt

2-, zum kristallinen Rückstand (Acetessigsäureamid-N-sulfofluorid) 200—250 ml Wasser und dann unter Rühren und Eiskühlung 35 g reinen gebrannten Kalk in Portionen. Man hält die trübe Lösung 1 Stunde bei 30—35°C und klärt dann durch Filtration. Aus der stark

id eingeengten Lösung kann das Ca-SaIz des 6-Methyl-3,4-dihydro-l,2,3-oxathiazinon-2,2-dioxids als weißes kristallines Pulver gewonnen werden.

Starkes Ansäuern der Ca-Salzlösung mit Salzsäure und mehrfache Extraktion mit Äthylacetat ergibt 66 g

j-, 6-Methyl-3,4-dihydro-l,2.3-oxathiazinon-2,2-dioxid (81 % d. Th.), das nach Umkristallisieren aui Chloroform bei 123-124⁰C schmilzt.

Beispiel 2

an Zu einer Lösung von 82 ml (0,5 Mol) Acetessigsäure· tert.-butylester in 200 ml CCU tropft man unter Rühren bei 70—75°C im Verlauf von 50 Minuten 40 ml (0,5 Mol) FSI. Die während des Eintropfens beginnende Gasabspaltung wird durch weiteres Aufrechterhalten der 4-, Temperatur fortgeführt (2,5 Stunden).

Nach Abspaltung von insgesamt 1,0 Mol Gas (Isobuten und CO?) wird weiter wie unter (1) aufgearbeitet. Ausbeute: 55g e-MethylO^-dihydro-l^.S-oxathiazinon-2,2-dioxid vom Fp. 117-122⁰C (68% d.Th.). in

Beispiel 3

Das Verfahren gemäß Beispiel (?) wird bei einer Reaktionstemperatur von 80 —85⁰C wiederholt. Man ■-,--, isoliert 54 g o-Mcthyl-S/l-dihydro-i^-oxathiazinon-2,2-dioxid vom Fp. 117-122°C (67% d.Th.).

Beispiel 4 a) Addukt aus Acetessigsäure-tert.-butylcster und FSI

Zu einer Lösung von 164 ml (1,0 Mol) Acetessigsäuretert.-butylester in 300 ml Diäthyläther tropft man bei Raumtempera ur 80 ml (1,0 Mol) FSI. Nach Beendigung der Reaktion (Kontrolle durch IR-Spektrum) destilliert er, man den Äther im Vakuum ab. Das zuerst ölig anfallende Addukt kristallisiert beim Anreihen.

Ausbeute: 275 g farblose Kristalle (97% d.Th.) vom Fp. 52-53°C (Zers. bei 70-75⁰C).

b) Thermische Spaltung des Addukts

141,5 g (0,5 Mol) des nach Beispiel (4) hergestellten Adduktes werden zusammen mit 50 ml eines der unten angegebenen Verdünnungsmittel auf 65 — 75°C erhitzt, bis ca. 1.0 Mol an Gasen abgespalten ist. Das nach Abkühlen auskristallisierte Acetessigsäureamid-N-sulfofluorid wird isoliert und gelöste Anteile durch Abdestillieren des Lösungsmittels gewonnen. Nach Umkristallisieren aus Chloroform ist der Fp. 87 —88⁰C.

Die Ausbeute bei Verwendung der folgenden Verdünnungsmittel beträgt:

Chloroform
Tetrachlorkohlenstoff

Cyclohexan
Äthylacetat

81% 86% SG⁰Zc 83% 62%

Beispiel 5 Reaktion ohne Verdünnungsmittel

In einer Rührapparatur tropft man im Verlauf von 30 Min. 100 ml (1,28 Mol) Fluorsulfonylisocyanat zu 210 g (1,33 Mol) Acetessigsäure-t-butylester, wobei man durch geringe Kühlung eine Innentemperatur von 30-45⁰C einhält.

Anschließend bringt man durch Eintauchen in ein vorgeheiztes ölbad die Innentemperatur auf 65 — 75°C und beläßt bis zum Aufhören der Gasabspaltung bei dieser Temperatur (Dauer ca. 35—40 Min.). Man kühlt die Schmelze auf Raumtemperatur ab, löst die feste Masse in 150 ml Methanol und tropft dann bei 20—30°C 430 ml 6 n-methanolische Kalilauge zu.

Der weiße Kristallbrei wird abgesaugt, mit Methanol gewaschen und i. Vak. bei 80⁰C getrocknet. Man erhält SO 215 g (!,07 Mol) KäiiüiVisäi/. des 6-meiiiyi-3,4-uihydro-l,2,3-oxathiazin-4-on-2,2-dioxids entspr. 83% d.Th.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von 6-Methyl-3,4-dihydro-1 ^-oxathiazin^-on-^-dioxid, dadurch gekennzeichnet, daß man Acetessigsäuretert-alkylester mit Fluorsulfonylisocyanat umsetzt, das erhaltene Produkt bei Temperaturen von 60— 100⁰C durch Abspalten von Kohlendioxid und Alken in Acetessigsäureamid-N-sulfofluorid überführt und dieses in an sich bekannter Weise mit wäßriger Lauge cyclisiert

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man Acetessigsäure-tert-butylester verwendet