DE2428923A1 - 2-Ethylbutyric acid from 2-ethylbutanol - by reaction with alkali metal hydroxide athigh temp and pressure - Google Patents

Abstract

2-Ethylbutyric acid (I) is prepd. by (a) reacting 2-ethylbutanol (II) with an alkali metal hydroxide at 260-330 degrees C and elevated pressure, and (b) separating (I) in known manner by adding mineral acid. (I) is useful as an inter. for pharmaceuticals, e.g. bromo-diethylacetylcarbamide. The process gives high yields (e.g. 80-90%) of high-purity prod. and is suitable for continuous operation.

Description

Verfahren zur Herstellung von 2-Äthylbuttersäure Die vorliegende Erfindung betrifft ein neues chemisch eigenartiges Verfahren zur Herstellung von 2-Äthylbuttersäure, die als Zwischenprodukt für die Herstellung von Arzneimitteln wie Bromdiäthylacetylcarbamid Verwendung finden kann.Process for the preparation of 2-ethylbutyric acid The present invention relates to a new chemically peculiar process for the production of 2-ethylbutyric acid, as an intermediate for the manufacture of drugs such as Bromdiäthylacetylcarbamid Can be used.

Bisher wurde 2-Äthylbuttersäure technisch in einem Zweistufenverfahren hergestellt, ausgehend von 2-Äthylcrotonaldehyd über Hydrierung und anschließende Oxydation: oder über die Zwischenstufe 2-Äthylbutyraldehyd mit 2-Äthylbutanol als Ausgangsmaterial: (vgl. A.Wacker, DRP 599748 (1932) und DRP 732720 (1937) ) Weiterhin ist die Dehydrierung von Alkoholen mit Alkalihydroxiden bei hohen Temperaturen bekannt. Es hat nicht an Versuchen gefehlt, durch Verwendung von Katalysatoren die Reaktionstempratur zu senken (vgl. Lion Fat and Oil Co., DOS 2 121 143; Dynamit Nobel AG, US-Pat. 3 449 413, DRP 674 443), da bei diesen hohen Temperaturen häufig unerwünschte Nebenreaktionen auftreten.So far, 2-ethylbutyric acid has been produced industrially in a two-stage process, starting from 2-ethylcrotonaldehyde via hydrogenation and subsequent oxidation: or via the intermediate stage 2-ethylbutyraldehyde with 2-ethylbutanol as starting material: (cf. A. Wacker, DRP 599748 (1932) and DRP 732720 (1937)) The dehydrogenation of alcohols with alkali metal hydroxides at high temperatures is also known. There has been no lack of attempts to lower the reaction temperature by using catalysts (cf. Lion Fat and Oil Co., DOS 2,121,143; Dynamit Nobel AG, US Pat. 3,449,413, DRP 674,443), as these unwanted side reactions often occur at high temperatures.

Die Bildung des Esters aus 2-Äthylbutanol und der korrespondierenden Säure bei Temperaturen um 260°C wird beschrieben von Adkins und Burks in J.Äni.Chem.Soc. 70, 4174 (1948). Dort heißt es außerdem, daß bei der Dehydrierung bei 2900C erhebliche Mengen eines Produktes entstehen, welches höher als der entsprechende Ester siedet. Wahrscheinlich handelt es sich hierbei um polymere Reaktionsprodukte, dlenn der Siedepunkt der 2-Äthylbuttersäure (Kp12 88-89°C) liegt unter dem Siedepunkt des entsprechenden Esters (Kp6 86-880C), Auch in der DDR-Patentschrift Nr. 76493 werden die bei hohen Temperaturen auftretenden unerwünschten Nebenreaktionen vermieden, indem man 2-Äthylbutanol mit 45 %iger-wassriger Natronlauge bei Gegenwart von Katalysatoren erhitzt. Dabei wird zunächst das Wasser als Azeotrop entfernt. Dann läßt man den Rückstand bei 17Q°0 3 Stunden ausreagieren.The formation of the ester from 2-ethylbutanol and the corresponding Acid at temperatures around 260 ° C is described by Adkins and Burks in J.Äni.Chem.Soc. 70, 4174 (1948). There it also states that dehydration at 2900C will cause significant Quantities of a product are created which have a higher boiling point than the corresponding ester. These are probably polymeric reaction products because of the The boiling point of 2-ethylbutyric acid (boiling point 88-89 ° C) is below the boiling point of corresponding ester (Kp6 86-880C), also in the GDR patent specification No. 76493 the undesirable side reactions that occur at high temperatures are avoided, by mixing 2-ethylbutanol with 45% aqueous sodium hydroxide solution in the presence of catalysts heated. The water is first removed as an azeotrope. Then you let him React the residue at 170 ° for 3 hours.

Dieses Verfahren ist für eine kontinuierliche Reaktionsführung ungeeignet. Nachteilig ist die sehr lange Reaktionszeit, die insbesondere bei einem kontinuierlichen Verfahren zu einer zu langen Verweilzeit führt. Unbefriedigend ist vor allem auch die geringe Ausbeute von 62 % d. Th.This process is unsuitable for carrying out the reaction continuously. The disadvantage is the very long reaction time, especially in the case of a continuous Process leads to too long a residence time. Above all, it is also unsatisfactory the low yield of 62% d. Th.

Wie aus eigenen Versuchen hervorgeht;(Tabelle I), tritt mit 45 zeiger wässriger Natronlauge keine Reaktion mehr ein. Es ist mindestens eine 70 %ige wässrige Natronlauge notwendig, um brauchbare Ausbeuten zu erhalten.As can be seen from our own experiments; (Table I), occurs with 45 pointer aqueous sodium hydroxide solution no longer reacts. It's at least 70% aqueous Sodium hydroxide solution necessary to obtain useful yields.

Tabelle 1 Reaktion Äthylbutanol --> Diäthylessigsäure, bei 30OOc?t Gew.-% NaOH/H2O Ausbeute Diäthylessigsäure (% der Theorie) 100/0 89 % 95/5 91 5' 90/10 90 5' 85/15 92 % 70/30 72 % 45/55 --- Die mit 70 - 100 %igem Alkalihydroxyd erreichten Reaktionszeiten von 20 - 30 Minuten lassen auch eine kontinuierliche Reaktionsführung möglich erscheinen. Hierbei ist Jedoch die Frage der Zuführung des Alkalihydroxyds von entscheidender Bedeutung. Festes Alkalihydroxyd kann weder in Pulver- noch in Plätzchen- oder Schuppenform ohne Verpackungen störungsfrei dosiert werden. Andererseits hat eine bei 140°C eben noch\pumpfähige 70 ziege wäßrige Natronlauge schon den Nachteil einer geringeren Ausbeute (siehe Tabelle 1).Table 1 Reaction ethyl butanol -> diethyl acetic acid, at 30OOc? T Wt .-% NaOH / H2O yield diethyl acetic acid (% of theory) 100/0 89% 95/5 91 5 ' 90/10 90 5 ' 85/15 92% 70/30 72% 45/55 --- The reaction times of 20-30 minutes achieved with 70-100% alkali hydroxide also make a continuous reaction seem possible. Here, however, the question of the supply of the alkali hydroxide is of decisive importance. Solid alkali hydroxide cannot be dosed in powder form or in the form of cookies or flakes without packaging. On the other hand, a goat aqueous sodium hydroxide solution which is just pumpable at 140 ° C. has the disadvantage of a lower yield (see Table 1).

Es wurde gefunden, daß man 2-thylbuttersäure erhält, wenn man 2-Äthylbutanol mit konzentrierten Alkalihydroxydlösungen, die vorzugsweise 0 - 20 Gew.-5', insbesondere 10 - 20 Gew.-5' Wasser enthalten, bei Temperaturen von 260 - 330 0C und erhöhtem Druck umsetzt und das entstandene Alkalisalz der 2-Äthylbuttersãur-e in an sich bekannter Weise in die freie Säure umwandelt.It has been found that 2-ethylbutyric acid is obtained when 2-ethylbutanol is used with concentrated alkali hydroxide solutions, preferably 0-20 wt. 5 ', in particular Contains 10-20% by weight of water at temperatures of 260-330 ° C. and higher Pressure converts and the resulting alkali salt of 2-ÄthylbuttersÄur-e in itself known way converts into the free acid.

Es ist als ausgesprochen überraschend zu bezeichnen, daß nach dem erfindungsgemäßen Verfahren 2-Äthylbuttersäure in so hoher Reinheit und so guter Ausbeute erhalten wird, da man nach dem Stand der Technik die Bildung von Äthylbutyldiäthylacetat und Polymeren hätte erwarten müssen (vgl. Adkins und DDR-Patentschrift).It can be described as extremely surprising that after the Process according to the invention 2-ethylbutyric acid in such high purity and so good Yield is obtained because, according to the prior art, the formation of Äthylbutyldiäthylacetat and polymers should have expected (see Adkins and GDR patent).

Das erfindungsgemäße Verfahren weist vor allem bei kontinuierlichem Betrieb eine Reihe von Vorteilen auf: Das Problems der kontinulierlichen Dosierung des Alkalihydroxids wurde gelöst, indem wir vom Prinzip der getrennten Dosierung von 2-Athylbutanol und Alkalihydroxid bzw. Alkalilauge abgingen.The inventive method has especially in continuous Operation has a number of advantages: The problem of continuous dosing the alkali hydroxide was dissolved by following the principle of separate dosing of 2-ethylbutanol and alkali hydroxide or alkali lye.

In 2-Äthylbutanol (1 Mol Überschuß) wird bei 14OOC die berechnete Menge Alkalihydroxid gelöst. Diese Lösung ist jedoch nicht stabil, sondern wandelt sich innerhalb von Minuten in einen sirupösen, nicht pumpfähigen Brei um.In 2-ethylbutanol (1 mol excess) is calculated at 140OC Amount of alkali hydroxide dissolved. However, this solution is not stable, but transforms turns into a syrupy, non-pumpable pulp within minutes.

Setzt man nun diesem Brei, vorzugsweise schon vor der Bildung desselben, bei der gleichen Temperatur (1400C) eben so viel Wasser zu, daß die Bildung des Breies unterbleibt, bzw. der ausgeschiedene Feststoff wieder in Lösung geht, was etwa einem 15 obigen Wasseranteil bezogen auf Alkalihydroxyd entspricht, so erhält man ein zweiphasiges System, das durch Rühren gut emulgiert und in dieser Form bequem mit Pumpen dosiert werden kann. Auf diese Weise kann die zeitraubende diskontinuierliche azeotrope Entfernung von Wasser bei Einsatz von technischer 45 obiger Natronlauge einfach umgangen werden.If one now sets this pulp, preferably before it is formed, at the same temperature (1400C) just enough water to cause the No porridge or the precipitated solid goes back into solution, what corresponds to about 15 of the above water content based on alkali metal hydroxide a two-phase system that emulsifies well by stirring and is convenient in this form can be dosed with pumps. In this way, the time consuming discontinuous azeotropic removal of water when using technical 45 above caustic soda can simply be bypassed.

Das nach der Dehydrierung aus dem Reaktor austretende Reaktionsgemisch wird mit Wasser verrührt. Das als organische Phase abgeschiedene, im Überschuß (ca. 1 Mol) eingesetzte 2-Äthylbutanol kann ohne weitere Reinigung direkt wieder eingesetzt werden. Die 2-Äthylbuttersäure fällt nach dem Ansäuren der wäßrigen Phase in hohen Ausbeuten und großer Reinheit an.The reaction mixture leaving the reactor after the dehydrogenation is stirred with water. The separated as organic phase, in excess (approx. 1 mol) 2-ethylbutanol used can be used again directly without further purification will. The 2-ethylbutyric acid falls after acidification of the aqueous phase in high Yields and great purity.

Der Ausdruck Alkalihydroxyd steht vorzugsweise für Natrium-oder Kaliumhydroxyd.The term alkali hydroxide preferably stands for sodium or potassium hydroxide.

Der Ausdruck Mineralsäure steht vorzugsweise für Schwefelsäure oder Salzsäure.The term mineral acid preferably stands for sulfuric acid or Hydrochloric acid.

Man arbeitet vorzugsweise bei einem Überdruck von 50 bis 200 atü Das erfindungsgemäße Verfahren sei durch die untenstehendenÇ Abbildungen erläutert.It is preferable to work at an overpressure of 50 to 200 atmospheres That The method according to the invention is illustrated by the figures below.

Fig. 1 stellt die Versuchsanordnung für kontinuierlichen Betrieb dar und Fig. 2 zeigt als Ausschnitt aus Fig. 1 das entsprechende Druckrohr mit Kaskadenrührer.Fig. 1 shows the test arrangement for continuous operation and FIG. 2 shows, as a detail from FIG. 1, the corresponding pressure pipe with a cascade stirrer.

Die einzelnen Symbole in der Abbildung besitzen folgende Bedeutung: 1. beheizte Vorlage 2. beheizte Leitung 3. Dosierpumpe 4. Druckrohr mit Kaskadenrührer 5. Entspannungsventil 6. destilliertes Wasser 7. Mischkessel 8. Kühler 9. Kühler 10. Abscheider 11. Rührwelle mit Rührblättern -12. Wellenbrecher 13. Trennscheiben Außerdem ist das erfindungsgemäße Verfahren durch die folgenden Beispiele erläutert: Beispiel 1 Kontinuierliche Herstellung von 2-Äthylbuttersäure im Druckrohr bei 100 atü und 3000C (Verweilzeit 2 Stunden).The individual symbols in the figure have the following meanings: 1. heated receiver 2. heated line 3. metering pump 4. pressure pipe with cascade stirrer 5. Relief valve 6. Distilled water 7. Mixing tank 8. Cooler 9. Cooler 10. Separator 11. Agitator shaft with agitator blades -12. Breakwater 13. Cutting discs In addition, the method according to the invention is illustrated by the following examples: example 1 Continuous production of 2-ethylbutyric acid in a pressure pipe at 100 atmospheres and 3000C (residence time 2 hours).

Das molare Einspeiseverhältnis 2-Äthylbutanol/Natriumhydroxid beträgt 2 : 1. Die einzuspeisende Reaktionslösung wird durch Lösen von 1 Teil Natriumhydroxid in 5,1 Teilen 2-Äthylbutanol bei 1400C und anschließendem Verrühren mit 0,18 Teilen Wasser hergestellt.The molar feed ratio of 2-ethylbutanol / sodium hydroxide is 2: 1. The reaction solution to be fed is made by dissolving 1 part of sodium hydroxide in 5.1 parts of 2-ethylbutanol at 1400C and then stirred with 0.18 parts Water produced.

2512 g der obigen Emulsion werden in einer Stunde in ein auf 30000 vorgeheiztes Druckrohr über beheizte Leitungen mit einer Dosierpumpe gefördert. Nach Erreichen der Versuchsbedingungen (100 atü, 3000C) werden diese Bedingungen 2 Stunden lang beibehalten. Das bei der Entspannung gemeinsam mit Wasserstoff austretende 2-Äthylbutanol wird in das Druckrohr zurückgepumpt.2512 g of the above emulsion are in one hour to 30,000 preheated pressure pipe conveyed via heated lines with a metering pump. After reaching the test conditions (100 atü, 3000C), these conditions are Hold for 2 hours. That which escapes together with hydrogen during relaxation 2-Ethylbutanol is pumped back into the pressure pipe.

Nachdem somit die stationären Bedingungen in der Apparatur vorliegen, pumpt man 1256 g/h (Verweilzeit 2 Stunden) 2-Äthylbutanol/ NaOH/H20-Emulsion bei 3000C und 100 atü in das Druckrohr. Die am Entspannungsventil austretende flüssige Reaktionsmischung wird mit 2,0 l/h Wasser vermischt und in einem nachgeschalteten Mischkressel verrührt. Das nicht umgesetzte 2-Äthylbutanol (550 g/h) wird in einem Abscheider abgetrennt und kann nach einer Filtration wieder eingesetzt werden. Die verbleibende wäßrige Phase, eine Lösung von Natriumäthylbutyrat, wird durch Ansäuren mit Salzsäure aufgearbeitet. Dabei scheidet sich die 2-Äthylbuttersäure in großer Reinheit abKp12 88 - 890C. Die durchschnittliche Ausbeute nach 12-stündigem kontinuierlichem Betrieb beträgt 87,7 % der Theorie.Now that the stationary conditions are present in the apparatus, 1256 g / h (residence time 2 hours) of 2-ethylbutanol / NaOH / H20 emulsion are pumped in 3000C and 100 atü in the pressure pipe. The liquid emerging from the expansion valve The reaction mixture is mixed with 2.0 l / h of water and added in a downstream Mixing kettle stirred. The unreacted 2-ethylbutanol (550 g / h) is in one Separator separated and can be used again after filtration. the remaining aqueous phase, a solution of sodium ethyl butyrate, is acidified worked up with hydrochloric acid. The 2-ethylbutyric acid separates in large parts Purity fromKp12 88 - 890C. Average yield after 12 hours continuous Operation is 87.7% of theory.

Beispiel 2 181 g 2-Äthylbutanolund 60g Natriumhydroxyd werden in einem Autoklaven auf 3000C erhitzt, wobei sich ein Druck von 175 atü aufbaut. Man hält diese Temperatur und diesen Druck für 30 Minuten, entspannt auf 11 atü und läßt auf 700C abkühlen. Dann wird nach Zugabe von 200 ml Wasser 15 Minuten nachgerührt und anschließend die Reaktionslösung mit Wasser auf ein Liter verdünnt und filtriert. Das Filtrat wird mit 200 ml Methylenchlorid extrahiert. Aus der wäßrigen Phase wird die 2-Äthylbuttersäure (-Kp12 88 - 890C) mit 20 iger Schwefelsäure abgeschieden.Example 2 181 g of 2-ethylbutanol and 60 g of sodium hydroxide are in one Autoclave heated to 3000C, whereby a pressure of 175 atmospheres builds up. One holds this temperature and pressure for 30 minutes, relaxed to 11 atmospheres and leaves cool to 700C. Then, after adding 200 ml of water, stirring is continued for 15 minutes and then the reaction solution is diluted to one liter with water and filtered. The filtrate is extracted with 200 ml of methylene chloride. The aqueous phase becomes the 2-ethylbutyric acid (-Kp12 88 - 890C) deposited with 20% sulfuric acid.

Die Ausbeute beträgt 154,5 g (89 5' der Theorie).The yield is 154.5 g (89 5 'of theory).

Claims (3)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Verfahren zur Herstellung von 2-Äthylbuttersäure durch Umsetzung von 2-Äthylbutanol mit Alkalihydroxyden, dadurch gekennzeichnet, daß man die Umsetzung bei Temperaturen zwischen 260 und 330 0C und erhöhtem Druck durchführt und anschließend in bekannter Weise die Säure durch Zugabe von Mineralsäure abscheidet.1. Process for the preparation of 2-ethylbutyric acid by reaction of 2-ethylbutanol with alkali metal hydroxides, characterized in that the reaction carried out at temperatures between 260 and 330 0C and increased pressure and then separates the acid in a known manner by adding mineral acid. 2. Verfahren zur Herstellung von 2-Äthylbuttersäure gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man den Reaktionspartnern 0 bis 20 5' Wasser zugibt.2. A process for the preparation of 2-ethylbutyric acid according to claim 1, characterized in that 0 to 20 5 'of water is added to the reactants. 3. Verfahren zur Herstellung von 2-Äthylbuttersäure gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man den Reaktionspartnern 10 bis 20 % Wasser zugibt und das Verfahren kontinuierlich durchführt.3. A process for the preparation of 2-ethylbutyric acid according to claim 1, characterized in that 10 to 20% water is added to the reactants and performing the process continuously.