Verfahren zur Herstellung von y-Ketopimelinsäureestern Es ist bekannt,
y-Ketopimelinsäureäthylester aus Furfuracrylsäure darzustellen. Dabei verfährt man
nach Marckwald so, daß reine Furfuracrylsäure in 95°/olgem Alkohol, also solchem
von bestimmtem Wassergehalt, gelöst und in der Siedehitze mit Salzsäure behandelt
wird. Nach diesem bekannten Verfahren werden bestenfalls 850/, Methyl- oder
Äthylester neben 15 bis 180/, freier y-Ketopimelinsäure, bezogen auf das Gewicht
der eingesetzten Furfuracrylsäure, erhalten. Das Verfahren gibt, wie Volhard ausdrücklich
betont, jedoch wechselnde Ausbeuten und ist daher technisch unbefriedigend. Die
erwähnten Ausbeutezahlen bedeuten bei Umrechnung auf die Theorie nur 51 °/o Ester
neben 12 bis 14,3 °'o Säure, insgesamt also nur etwa 65 °/a der eingesetzten reinen
Furfuracrylsäure in Ketopimelinsäure bzw. deren Ester übergeführt und der Rest verharzt.
Außer der mangelhaften Ausbeute hat das bekannte Verfahren noch eine Reihe anderer
Nachteile, wie beispielsweise das Einleiten von Salzsäuregas in die siedende Lösung.
Für die Gewinnung von Estern höherer Alkohole ist es daher noch nicht verwendet
worden. Besonders auch die Notwendigkeit, von reiner und möglichst wasserfreier
Furfuracrylsäure ausgehen zu müssen, ist seiner Durchführung in technischem Maßstabe
hinderlich. Es hat daher nicht an Versuchen gefehlt, durch Abänderung der Versuchsbedingungen
das Marckwaldsche Verfahren zu verbessern. Dabei ist jedoch im besten Falle nur
eine kleine Ausbeuteerhöhung erreicht worden, ohne daß die anderen Nachteile behoben
wurden.Process for the preparation of γ-ketopimelic acid esters It is known to prepare γ-ketopimelic acid ethyl ester from furfuracrylic acid. According to Marckwald, pure furfuracrylic acid is dissolved in 95% alcohol, i.e. alcohol with a certain water content, and treated with hydrochloric acid at the boiling point. According to this known process, at best 850 /, methyl or ethyl esters in addition to 15 to 180 /, free γ-ketopimelic acid, based on the weight of the furfuracrylic acid used, are obtained. However, as Volhard expressly emphasizes, the process gives varying yields and is therefore technically unsatisfactory. When converted to theory, the yields mentioned mean only 51% esters in addition to 12 to 14.3% acid, so a total of only about 65% of the pure furfuracrylic acid used is converted into ketopimelic acid or its esters and the remainder resinified. In addition to the poor yield, the known process has a number of other disadvantages, such as, for example, the introduction of hydrochloric acid gas into the boiling solution. It has therefore not yet been used for the production of esters of higher alcohols. In particular, the need to start from pure furfuracrylic acid that is as anhydrous as possible is an obstacle to its implementation on an industrial scale. There has therefore been no lack of attempts to improve the Marckwald method by changing the experimental conditions. In the best case, however, only a small increase in yield has been achieved without eliminating the other disadvantages.
Die vorliegende Erfindung geht von der Beobachtung aus, daß die der
Marckwaldschen Methode zugrunde liegenden zwei Teilreaktionen, nämlich die
Veresterung
und die Umlagerung, sich unabhängig voneinander durchführen lassen. Es wurde gefunden,
daß man in folgender Weise besser zu dem gewünschten Ziele gelangt: Ein Gemisch
aus Furfuracrylsäure, einem einwertigen Alkohol und gegebenenfalls Wasser wird erfindungsgemäß
unter guter Kühlung und bei kräftigem Rühren mit Chlorwasserstoffgas gesättigt.
Dabei bildet sich eine dunkel gefärbte Lösung. Dies war überraschend, da nach Marckwald
ausdrücklich die auftretende Erwärmung ausgenutzt werden soll und nicht vorauszusehen
war, daß die in kaltem Alkohol schwer lösliche Furfuracrylsäure so leicht in Lösung
geht. Man kann auch von alkoholischer Salzsäure ausgehen und muß in diesem Falle
beim Zusammengeben mit Furfuracrylsäure auf gute Kühlung bedacht sein. Die mit Salzsäuregas
gesättigte Lösung wird erhitzt, gegebenenfalls unter Rückfluß des Alkohols. Die
Umlagerung tritt im wesentlichen erst im zweiten Teil der geschilderten Umsetzungen,
nämlich beim Erwärmen ein. Ein weiteres Einleiten von Salzsäuregas ist weder für
eine vollständige Veresterung noch zur Vervollständigung der Umlagerung nötig.The present invention is based on the observation that the
Marckwald's method underlying two partial reactions, namely the
Esterification
and the rearrangement, can be carried out independently. It was found,
that one can achieve the desired goal better in the following way: A mixture
of furfuracrylic acid, a monohydric alcohol and optionally water is used according to the invention
saturated with hydrogen chloride gas with good cooling and vigorous stirring.
A dark colored solution is formed. This was surprising since after Marckwald
the heating that occurs is expressly to be exploited and cannot be foreseen
was that furfuracrylic acid, which is sparingly soluble in cold alcohol, dissolves so easily
goes. You can also start from alcoholic hydrochloric acid and must in this case
when combining with furfuracrylic acid, ensure that it is well cooled. The ones with hydrochloric acid gas
The saturated solution is heated, if necessary under reflux of the alcohol. the
Rearrangement essentially only occurs in the second part of the described reactions,
namely when warming up. A further introduction of hydrochloric acid gas is neither for
a complete esterification is still necessary to complete the rearrangement.
Die Furfuracrylsäure erleidet beim Trockenen an der Luft leicht Veränderungen,
wie schon aus der schnell einsetzenden Verfärbung erkennbar ist. Daher liegt ein
besonderer Vorteil der geschilderten Arbeitsweise darin, daß man von wasserhaltiger,
ja von nur technischer Furfuracrylsäure ausgehen kann. Man kann sogar ohne Beeinträchtigung
der Ausbeute zusätzliche Mengen Wasser hinzufügen oder verdünnte Alkohole einsetzen.
In diesen Fällen ist es zweckmäßig, das Erhitzen der mit Salzsäure gesättigten Lösung
bis zur restlosen Abtrennung des Wassers vorzunehmen. Handelt es sich um die Gewinnung
von y-Ketopimelinsäureestern solcher Alkohole, die nicht oder nur beschränkt mit
Wasser mischbar sind, so kann man das Wasser durch einen Wasserabscheider am Rückflußkühler
unmittelbar abtrennen. Bei der Gewinnung von Estern solcher Alkohole, die ihrerseits
unbeschränkt mit Wasser mischbar sind, wird das Erwärmen unter Rückfluß am Wasserabscheider
in Gegenwart einer Hilfsflüssigkeit vorgenommen, die mit dem verwendeten Alkohol
ein azeotropes Gemisch bildet. Dadurch sind auch beispielsweise Methyl-oder Äthylester
der y-Ketopimelinsäure nach dem vorliegenden Verfahren in vorteilhafter Weise und
in wesentlich besserer als der bei dem bekannten Verfahren erzielten Ausbeute zugänglich.Furfuracrylic acid undergoes slight changes when dried in the air,
as can be seen from the rapidly onset of discoloration. Hence a
particular advantage of the described method of working is that one of water-containing,
yes, only technical furfuracrylic acid can be assumed. You can even go without interference
add additional amounts of water to the yield or use dilute alcohols.
In these cases it is advisable to heat the solution saturated with hydrochloric acid
until the water has been completely separated off. Is it about extraction
of y-ketopimelic acid esters of those alcohols that are not or only to a limited extent with
Water are miscible, so you can get the water through a water separator on the reflux condenser
cut off immediately. In the production of esters of such alcohols, for their part
are unrestrictedly miscible with water, heating under reflux on the water separator
made in the presence of an auxiliary liquid that corresponds to the alcohol used
forms an azeotropic mixture. This also gives rise to, for example, methyl or ethyl esters
the y-ketopimelic acid according to the present process in an advantageous manner and
obtainable in significantly better yield than the yield obtained in the known process.
Es bedeutet einen weiteren technischen Vorteil des erfindungsgemäßen
Verfahrens, daß bei der Aufarbeitung zur Isolierung des Esters eine vorherige Neutralisation
der Lösung nicht erforderlich ist. Man kann vielmehr nach Beendigung des Erwärmens
bzw. der Wasserabscheidung den in hoher Ausbeute gebildeten Ester unmittelbar gewinnen,
z. B. durch fraktionierte Destillation der Reaktionsmischung, gegebenenfalls unter
vermindertem Druck. In Anbetracht der hohen Siedepunkte der Ester war nicht vorauszusehen,
daß hierdurch keine Herabsetzung der Ausbeute eintritt, denn es ist bekannt, daß
Ketogruppen enthaltende Verbindungen in Gegenwart von Säuren leicht zu Kondensationen
neigen. Gemäß dem beanspruchten Verfahren werden auch bei Einsatz von technischer
Furfuracrylsäure regelmäßig Ausbeuten von 8o bis 851/, der Theorie an Diester, d.
h. etwa i2o Gewichtsprozent der eingesetzten Furfuracrylsäure an Diäthylester oder
175
Gewichtsprozent an Dibutylester, erhalten. Es stellt eine wesentliche
Vereinfachung des bekannten Verfahrens dar und ist darüber hinaus nicht nur für
die Herstellung des Methyl- und Äthylesters, sondern für die von Ketopimelinsäureestern
beliebiger Alkohole anwendbar. In erster Linie kommen solche einwertigen Alkohole
in Frage, die mit der genannten Säure destillierbare Diester ergeben, insbesondere
die niederen aliphatischen Alkohole, vorzugsweise Butanol, ferner Benzylalkohol
sowie Phenyläthylalkohol, Cyclohexanol u. ä. Auch Gemische von Alkoholen können
verwendet werden, wenn Mischester oder in einem Arbeitsgange verschiedene Ester
hergestellt werden sollen. Die erhaltenen Ketopimelinsäureester sollen für die verschiedensten
technischen Zwecke verwendet werden und können beispielsweise für die Synthese von
organischen Verbindungen, als Zwischenprodukte für die Herstellung von Kunstharzen
oder Kunststoffen oder als Weichmacher u. dgl. dienen. Beispiel i 3oo Gewichtsteile
technischer Furfuracrylsäure mit der Säurezahl 392 werden in i8oo Gewichtsteilen
Butanol suspendiert und unter guter Kühlung bei Temperaturen unter 5° und unter
kräftigem Rühren Salzsäuregas bis zur Sättigung eingeleitet. Nach 61/a Stunden ist
diese erreicht und die Furfuracrylsäure völlig in Lösung gegangen. Die so erhaltene
dunkle Lösung ergibt bei fraktionierter Destillation 527 Gewichtsteile einer bei
5 mm über i5o° siedenden Fraktion, entsprechend 84,7 O/, der Theorie; der reine
y-Ketopimelinsäuredibutylester siedet unter 7 mm bei Zoo bis 2o5°. Beispiel 2 In
ein Gemisch aus 300 Gewichtsteilen technischer Furfuracrylsäure, 9o Teilen
Wasser und i8oo Gewichtsteilen Butanol wird unter gutem Rühren und Eiskühlung Chlorwasserstoffgas
bis zur Sättigung eingeleitet. Dieses Einleiten dauert etwa 5 Stunden. Nach dieser
Zeit hat sich eine schwarzbraune Lösung gebildet, die etwa die gleiche Zeit unter
Abtrennung des Wassers unter Rückfluß zum Sieden erhitzt wird. Die nachfolgende
Destillation ergibt 53o Gewichtsteile y-Ketopimelinsäuredibutylester vom angegebenen
Siedepunkt Zoo bis 2o5°; 7 mm, entsprechend 85 °/o der Theorie. Beispiel 3 Eine
Suspension von 3oo Gewichtsteilen Furfuracrylsäure mit der Säurezahl 392 in goo
Gewichtsteilen absolutem Alkohol wird bis auf o° gekühlt und unter fortwährender
Kühlung und gutem Rühren so lange Salzsäuregas eingeleitet, bis Sättigung erreicht
ist, was nach 6 Stunden der Fall ist. Sodann werden Zoo Gewichtsteile Benzol zugesetzt
und die Lösung an einer Kolonne mit Wasserabscheider zum Sieden erhitzt. Nach Abscheidung
von 25 Raumteilen Wasser
werden durch fraktionierte Destillation
398 Teile einer unter 5 mm über i5o° siedenden Fraktion erhalten, entsprechend
79,60/, der Theorie. Bei nochmaliger Destillation geht reiner y-Ketopimelinsäurediäthy#lester
vom Siedepunkt 171°/i2 mm über.Another technical advantage of the process according to the invention is that prior neutralization of the solution is not necessary in the work-up to isolate the ester. Rather, after the end of the heating or the water separation, the ester formed in high yield can be obtained immediately, e.g. B. by fractional distillation of the reaction mixture, optionally under reduced pressure. In view of the high boiling points of the esters, it could not be foreseen that this would not result in a reduction in the yield, since it is known that compounds containing keto groups tend to condense easily in the presence of acids. According to the claimed process, even when technical furfuracrylic acid is used, yields of 80 to 85% theoretical diester, ie about 12 percent by weight of the furfuracrylic acid used in diethyl ester or 175 percent by weight in dibutyl ester, are obtained. It represents a significant simplification of the known process and can also be used not only for the preparation of methyl and ethyl esters, but also for the preparation of ketopimelic acid esters of any alcohol. Primarily those monohydric alcohols that produce diesters which can be distilled with the acid mentioned are suitable, in particular the lower aliphatic alcohols, preferably butanol, also benzyl alcohol and phenylethyl alcohol, cyclohexanol and the like. Mixtures of alcohols can also be used if mixed esters or in Different esters are to be produced in one operation. The ketopimelic acid esters obtained are intended to be used for a wide variety of technical purposes and can be used, for example, for the synthesis of organic compounds, as intermediates for the production of synthetic resins or plastics, or as plasticizers and the like. EXAMPLE i 300 parts by weight of technical furfuracrylic acid with an acid number of 392 are suspended in i8oo parts by weight of butanol and hydrochloric acid gas is passed in with good cooling at temperatures below 5 ° and with vigorous stirring. This is reached after 61 / a hours and the furfuracrylic acid has completely dissolved. The dark solution obtained in this way gives, on fractional distillation, 527 parts by weight of a fraction boiling at 5 mm above 150 °, corresponding to 84.7% theory; the pure y-ketopimelic acid dibutyl ester boils below 7 mm at Zoo up to 2o5 °. EXAMPLE 2 Hydrogen chloride gas is passed into a mixture of 300 parts by weight of technical-grade furfuracrylic acid, 90 parts of water and 100 parts by weight of butanol, with thorough stirring and ice-cooling, until saturated. This initiation takes about 5 hours. After this time, a black-brown solution has formed which is heated to boiling under reflux for about the same time with separation of the water. The subsequent distillation gives 53o parts by weight of y-ketopimelic acid dibutyl ester with a specified boiling point of up to 2o5 °; 7 mm, corresponding to 85% of theory. Example 3 A suspension of 300 parts by weight of furfuracrylic acid with an acid number of 392 in 100 parts by weight of absolute alcohol is cooled to 0 ° and hydrochloric acid gas is passed in with continuous cooling and thorough stirring until saturation is achieved, which is the case after 6 hours. Then zoo parts by weight of benzene are added and the solution is heated to the boil in a column with a water separator. After separation of 25 parts by volume of water, 398 parts of a fraction boiling below 5 mm above 150 ° are obtained by fractional distillation, corresponding to 79.60 % of theory. When the distillation is repeated, pure γ-ketopimelic acid diethyl ester with a boiling point of 171 ° / 12 mm passes over.