DE60106760T2

DE60106760T2 - Verfahren zur herstellung von chinolinderivaten

Info

Publication number: DE60106760T2
Application number: DE60106760T
Authority: DE
Inventors: Karl Scheuzger
Original assignee: Syngenta Participations AG
Current assignee: Syngenta Participations AG
Priority date: 2000-06-28
Filing date: 2001-06-26
Publication date: 2005-11-03
Anticipated expiration: 2021-06-27
Also published as: DE60106760D1; CN1256327C; MXPA02012398A; HUP0300703A2; TWI230154B; PT1294694E; IL153424A; IL153424A0; KR100572818B1; HU230214B1; UA73587C2; AU780534B2; BR0112064B1; PL363224A1; BR0112064A; RU2263110C2; DK1294694T3; JP3955814B2; ZA200300328B; CA2412543C

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Chinolinderivaten durch Reaktion von 8-Hydroxychinolinen mit Chloressigsäureestern.
Chinolinderivate, die zum Schutz von Kulturpflanzen gegen die phytotoxische Wirkung von Herbiziden verwendet werden, sind zum Beispiel aus EP-A-0 094 349 und US-A-5 441 922 bekannt.
Gemäß EP-A-0 094 349 können solche Chinolinderivate durch Reaktion von 8-Hydroxychinolinen mit Chloressigsäurederivaten in Anwesenheit einer Base in einem inerten Lösungsmittel bei erhöhter Temperatur hergestellt werden. Die erzielten Ausbeuten sind nicht zufriedenstellend, insbesondere für die großtechnische Herstellung solcher Verbindungen. Des weiteren werden ungewünschte Abfallprodukte, zum Beispiel Alkohole, die bedeutsam die Produktqualität mindern, in diesem Prozess geformt.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist dem entsprechend, ein Verfahren zur Herstellung von Chinolinderivaten zur Verfügung zu stellen, das sich durch hohe Ausbeuten und eine gute Produktqualität auszeichnet und welches die Nachteile der bekannten Verfahren vermeidet.
Das Verfahren gemäß der Erfindung zur Herstellung von Verbindungen der Formel I
worin
R₁ Wasserstoff oder Chlor darstellt, und
R₂ Wasserstoff, C₁-C₈-Alkyl, oder C₁-C₈-Alkyl substituiert durch C₁-C₆-Alkoxy oder durch C₃-C₆-Alkenyloxy, darstellt,
umfasst

a) Einbringen des Hauptanteils der zu reagierenden Menge einer Verbindung der Formel II
in eine Lösungsmittelmischung, umfassend zumindest ein organisches Lösungsmittel, das geeignet ist, mit Wasser ein azeotropes Gemisch zu bilden, und zumindest ein aprotisches dipolares Lösungsmittel;
b) Zudosieren einer wässrigen starken Base in einer Menge äquivalent zu dem Hauptanteil der Gesamtmenge der Verbindung der Formel II;
c) Zugabe des verbleibenden Anteils der zu reagierenden Menge der Verbindung der Formel II;
d) Zugabe einer schwachen Base in einer Menge, die zumindest äquivalent zu dem verbleibenden Anteil ist;
e) Entfernen des Wassers aus der Reaktionsmischung durch azeotropes Destillation;
f) Zugabe einer Verbindung der Formel III
worin R₂ wie für Formel I definiert ist; und
g) Isolieren der entstandenen Verbindung der Formel I aus der Reaktionsmischung.

Die Verbindung der Formel I kann zum Beispiel durch Ausfällen aus Wasser und Filtern gefolgt von Trocknen isoliert werden. Besonderen Vorzug wird der Isolierung der Verbindung der Formel I aus der Reaktionsmischung durch, nach Vollendung des Reaktionsschritts f), Abdestillieren der Lösungsmittel, bevorzugt unter vermindertem Druck, insbesondere im Vakuum gegeben. Nach Abdestillieren der Lösungsmittel wird bevorzugt eine kleine Menge Essigsäure zu der Produktschmelze zugegeben, um den Überschuss an Base zu neutralisieren, und dann wird Wasser zugegeben, um die Salze zu entfernen. Die wässrige Phase wird abgetrennt und die organische Produktphase wird wieder mit Wasser extrahiert. Die Extraktion mit Wasser wird bevorzugt bei Temperaturen von 80°C bis zum Siedepunkt der Reaktionsmischung, insbesondere bei Temperaturen von 90 bis 95°C, ausgeführt.
Nachdem die zweite wässrige Phase abgetrennt wurde, kann das noch in der Produktschmelze gelöste Wasser unter reduziertem Druck, insbesondere im Vakuum, abdestilliert werden.
Die Ausgangsverbindung der Formel II wird in dem Verfahren gemäß der Erfindung in zwei Anteilen verwendet. Der Hauptanteil, bevorzugt von 0,70 bis 0,98 Mol-Äquivalenten (einer Gesamtmenge von 1 Mol-Äquivalent), insbesondere 0,95 Mol-Äquivalenten, wird als Anfangsbeschickung am Beginn des Verfahrens verwendet, und der verbleibende Anteil wird nach Zugabe der starken Base zugegeben. Vor der Zugabe wird der verbleibende Anteil vorzugsweise zu einer Aufschlämmung in einem Lösungsmittel, das aprotische dipolare Eigenschaften aufweist, insbesondere N-Methylpyrrolidon, verarbeitet. Es ist vorteilhaft, das gleiche Lösungsmittel, das bereits für den Hauptanteil der Gesamtmenge der Verbindung der Formel II verwendet wurde, zu verwenden.
Die schwache Base wird entweder in einer Menge äquivalent zu der des verbleibenden Anteils oder in einem Überschuss bevorzugt in einer Menge von 1 bis 3 Mol-Äquivalenten, insbesondere 2 Mol-Äquivalenten, bezogen auf den verbleibenden Anteil der Verbindung der Formel II zugegeben.
Organische Lösungsmittel, die fähig sind, mit Wasser ein azeotropes Gemisch zu bilden, stellen zum Beispiel Toluol oder Xylol oder Mischungen hiervon, bevorzugt Toluol, dar.
Lösungsmittel, die aprotische dipolare Eigenschaften aufweisen, stellen zum Beispiel N-Methylpyrrolidon, Dimethylformamid, Dimethylacetamid und Acetonitril oder Mischungen hiervon, bevorzugt N-Methylpyrrolidon, dar.
Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung stellen starke Basen bevorzugt die Hydroxide von Alkalimetallen und Erdalkalimetallen, insbesondere Natriumhydroxid und Kaliumhydroxid, dar.
Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung stellen schwache Basen bevorzugt die Carbonate von Alkalimetallen und Erdalkalimetallen, insbesondere Natriumcarbonat und Kaliumcarbonat, dar.
Die Verbindung der Formel III wird in einer äquivalenten Menge oder in einem leichten Überschuss bezogen auf die Gesamtmenge der verwendeten Verbindung der Formel II zudosiert. Der Verwendung eines leichten Überschusses wird der Vorzug gegeben, besonders von 1,01 bis 1,1 Äquivalenten, insbesondere von 1,01 bis 1,03 Äquivalenten, ganz besonders 1,02 Äquivalenten, der Verbindung der Formel III. Die Reaktion der Verbindung der Formel II mit der Verbindung der Formel III wird bevorzugt unter reduziertem Druck, insbesondere bei einem Druck von 10 bis 50 kPa, bevorzugter bei 25 kPa, durchgeführt.
Die starke Base wird bei Raumtemperatur oder bevorzugt bei erhöhter Temperatur, insbesondere bei einer Temperatur von 40 bis 50°C, bevorzugter von 42 bis 45°C, zugegeben.
Die Verbindung der Formel II wird mit der Verbindung der Formel III bei erhöhter Temperatur, bevorzugt von 75 bis 85°C, insbesondere von 78 bis 80°C, zur Reaktion gebracht.
Das Verfahren gemäß der Erfindung weist gegenüber dem Stand der Technik eine Vielzahl von Vorteilen auf: Im trockenen Zustand kann die als Ausgangsmaterial verwendete Verbindung der Formel II nur unter größter Schwierigkeit gehandhabt werden, da sich extrem große Mengen an Staub bilden. Aus diesem Grund wird die Verbindung in der Regel in einer Form gelagert, die Kristallwasser enthält und ist gewöhnlich im Handel in dieser Form (Wassergehalt im Allgemeinen von etwa 30 bis 50 %) erhältlich. Der Wassergehalt der verwendeten Verbindung der Formel II ist im Allgemeinen äußerst variabel, so dass es nach der azeotropen Destillation mit Toluol notwendig ist, den genauen Gehalt der Verbin dung der Formel II in der Mischung zu bestimmen; ansonsten kann die Menge der anderen zu verwendenden Reaktanten nicht mit ausreichender Genauigkeit berechnet werden und überschüssige oder ungenügende Mengen können daher zudosiert werden, die zu einem bedeutenden Ausbeuteverlust und/oder zu einer Verminderung in der Produktqualität führen. Das Verfahren gemäß der Erfindung vermeidet diese Nachteile mittels des speziellen Prozessverfahrens in der nachfolgenden einfachen Art:
Zu Beginn des Verfahrens wird ein Anteil der Ausgangsverbindung der Formel II als Anfangsbeschickung verwendet und die starke Base wird zudosiert, bis die Verbindung der Formel II quantitativ in das entsprechende Salz umgewandelt worden ist. Wenn der pH während der Zugabe der Base ständig gemessen wird, kann dieser Zeitpunkt einfach durch einen Sprung in der pH-Kurve (pH > 13, d.h. freie Hydroxylionen treten auf, nachdem die Umwandlung zu dem Salz vollendet ist) erkannt werden. Basierend auf dem bekannten Verbrauch der starken Base können dann die Mengen der anderen Ausgangsmaterialien genau berechnet werden.
Ein weiterer Vorteil des Verfahrens gemäß der Erfindung ist es, dass das isolierte Produkt der Formel I in Form einer Schmelze erhalten werden kann und auch in dieser Form gelagert werden kann. Die Isolierung der Verbindung der Formel I in der Form eines trockenen Produkts ist im Gegensatz hierzu mühsam und zeitraubend, da im Falle der Herstellung in einem großtechnischen Maßstab das Trocknungsverfahren zur Entfernung des Restwassers bis zu einer Woche dauern kann.
Herstellungsbeispiel Herstellung von 2-(5-Chlorchinolin-8-yl-oxy)-1-methylhexylester der Formel 4.01:
Zu einer Mischung von 1705 kg (etwa 0,95 äquiv.) 5-Chlor-8-hydroxychinolin (etwa 70%, Kristallwasser enthaltend) in 1400 kg Toluol und 3200 kg N-Methylpyrrolidon wird in einem gerührten Gefäß bei einer Temperatur von 42 bis 45°C, 30 %iges wässriges Natriumhydroxid in Anteilen zugesetzt, bis die Zugabe eines Anteils einen Sprung in dem pH von > 0,5 ergibt, und zur selben Zeit der pH > 13 ist (etwa 740 bis 840 kg). Die von dem Verbrauch des wässrigen Natriumhydroxids berechnete Menge an 5-Chlor-8-hydroxychinolin wird dann in 200 kg N-Methylpyrrolidon zugegeben, so dass die Gesamtmenge 1 Äquivalent (etwa 63 kg) darstellt. Nach azeotropem Abdestillieren des Wassers wird Kaliumcarbonat zugesetzt (etwa 97 kg, entsprechend 0,1 äquiv., basierend auf der Gesamtmenge des verwendeten 5-Chlor-8-hydroxychinolins). 1,02 Äquivalente Chloressigsäure-1-methylhexylester werden dann der Reaktionsmischung bei einer Temperatur von 78 bis 82°C und einem Druck von 25 bis 30 kPa zugesetzt. Nachdem die Reaktion vollendet ist und die Lösungsmittel im Vakuum bis zu einer Temperatur von 120°C abdestilliert worden sind, werden dann 80 kg 80 %ige Essigsäure bei 80 bis 95°C zugegeben. 4500 Liter entmineralisiertes Wasser werden dann bei einer Temperatur von 80 bis 95°C zugesetzt. Nach Trennung in Schichten wird die untere Produktschmelze (lower product melt) bei einer Temperatur von 80 bis 95°C in 3700 Liter entmineralisiertes Wasser bei einer Temperatur von 80 bis 95°C in einem zweiten Reaktor getrennt. Nach Trennung in Schichten wird die untere Produktschmelze bei einer Temperatur von 80 bis 95°C in einen weiteren Reaktor getrennt und das in gelöster Form verbleibende Restwasser wird von der Produktschmelze im Vakuum bei einer Temperatur von 80 bis 115°C abdestilliert. 2310 kg (94% der Theorie, bezogen auf das 5-Chlor-8-hydroxychinolin) 2-(5-Chlorchinolin-8-yl-oxy)-1-methylhexylester, das einen Gehalt an 95% aufweist, werden erhalten.
Das Verfahren gemäß der Erfindung ist insbesondere geeignet zur Herstellung der in der folgenden Tabelle 1 aufgeführten Verbindungen:
Tabelle 1: Verbindungen der Formel I:
Das Verfahren gemäß der Erfindung ist insbesondere sehr geeignet für die Herstellung der Verbindung Nr. 4.01.

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Verbindung der Formel I
worin R₁ Wasserstoff oder Chlor darstellt, und R₂ Wasserstoff, C₁-C₈-Alkyl, oder C₁-C₈-Alkyl substituiert durch C₁-C₆-Alkoxy oder durch C₃-C₆-Alkenyloxy, darstellt, wobei das Verfahren umfasst a) Einbringen des Hauptanteils der zu reagierenden Menge einer Verbindung der Formel II
in eine Lösungsmittelmischung, umfassend zumindest ein organisches Lösungsmittel, das geeignet ist, mit Wasser ein azeotropes Gemisch zu bilden, und zumindest ein aprotisches dipolares Lösungsmittel; b) Zudosieren einer wässrigen starken Base in einer Menge äquivalent zu dem Hauptanteil der Gesamtmenge der Verbindung der Formel Π; c) Zugabe des verbleibenden Anteils der zu reagierenden Menge der Verbindung der Formel II; d) Zugabe einer schwachen Base in einer Menge, die zumindest äquivalent zu dem verbleibenden Anteil ist; e) Entfernen des Wassers aus der Reaktionsmischung durch azeotrope Destillation; f) Zugabe einer Verbindung der Formel III
worin R₂ wie für Formel I definiert ist; und g) Isolieren der entstandenen Verbindung der Formel I aus der Reaktionsmischung.
Verfahren gemäß Anspruch 1, worin die Verbindung der Formel I aus der Reaktionsmischung durch Abdestillieren des Lösungsmittels von der Produktschmelze, Extrahieren der Produktschmelze mit Wasser und dann Abtrennen der wässrigen Phase von der Produktschmelze, isoliert wird, nach Vollendung des Reaktionsschritts f).