DE1186851B - Verfahren zur Herstellung von Endo-2, 3-epoxy-1, 4, 5, 6, 7, 8, 8-heptachlor-3a, 4, 7, 7a-tetrahydro-4, 7-methanoindan - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

C07d

Deutsche Kl.: 12 ο-25

1186 851
S76576IVb/12 ο 6. November 1961 11. Februar 1965

Es ist bereits bekannt, daß »Heptachlor«, d. h.

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thaninden, auf biologischem Wege in das 2,3-EpoxylAS^JShhld

thanindan mit einem Schmelzpunkt von 157 bis 159,5°C umgewandelt werden kann. Dieses Epoxyd, das allgemein als »Heptachlorepoxyd« des Stoffwechsels bekannt ist, stellt ein wirksames Insektizid dar und ist gegenüber der Hausfliege ungefähr lOmal so giftig wie das bisher auf synthetischem Wege hergestellte »Heptachlorepoxyd«. Das synthetische »Heptachlorepoxyd« wird nach dem in der britischen Patentschrift 714 869 beschriebenen Verfahren hergestellt, das in der Addition von unterchloriger oder unterbromiger Säure an »Heptachlor« und der anschließenden Abspaltung von Chlorwasserstoff oder Bromwasserstoff unter Bildung des Epoxyds mit einem Schmelzpunkt von 83 bis 85 ⁰C besteht.

Das Stoffwechselprodukt und das synthetische Epoxyd stellen offensichtlich Raumisomere dar, die biologisch unterschiedlich wirksam sind. Es wird angenommen, daß das Epoxyd des Stoffwechsels das cis-Isomere ist, d. h. das Isomere, in dem der Epoxydring auf der gleichen Seite des fünfgliedrigen Ringes liegt wie die Wasserstoffatome in der 3a- und 7a-Stellung, und daß das synthetische Epoxyd das transisomere darstellt. Räumlich gesprochen bedeutet das, daß das Epoxyd des Stoffwechsels die Struktur der Formel I hat, während das synthetische Epoxyd die Formel II hat.

Formel I

Cl

Verfahren zur Herstellung

von Endo-l^-epoxy-lAS^^^ 3a,4,7,7a-tetrahydro-4,7-methanoindan

Anmelder:

Shell Internationale Research Maatschappij

N. V., Den Haag

Vertreter:

Dr.-Ing. F. Wuesthoff, Dipl.-Ing. G. Puls und Dipl.-Chem. Dr. rer. nat. E. Frhr. v. Pechmann, Patentanwälte, München 9, Schweigerstr. 2

Als Erfinder benannt:
William Bennett Burton,
Modesto, Calif. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:
V. St. ν. Amerika vom 7. November 1960 (67 501)

Formel III

Cl	5	Cl-	-c —	\	3a	3
			Cl
	6 ^^
Cl			^^	7a \	a
		8

Cl

H-

*C1

Zur klareren Darstellung sei die planare Strukturformel von »Heptachlorepoxyd« angegeben.

Hierzu sei vermerkt, daß in beiden Isomeren das Chloratom in 1-Stellung hinsichtlich der Wasserstoffatome in 3a und 7a in cis-Stellung steht und daß die beiden Isomeren die Endo-Konfiguration des die Methanbrücke aufweisenden Ringes bezüglich des fünfgliedrigen Ringes haben.

Es konnte nun gefunden werden, daß man das im Stoffwechsel gebildete Isomere erhält, wenn man »Heptachlor« bei einer Temperatur von nicht mehr als 10O⁰C mit gegebenenfalls in situ gebildeter Chromsäure behandelt.

Es ist zwar aus dem Journal of the Chemical Society, 1955, S. 1360, bekannt, daß man mittels

509 508,376

Chromsäure Olefine epoxydieren kann, wobei man die größten Epoxydausbeuten erhält, wenn eines der ungesättigten Kohlenstoffatome des zu epoxydierenden Olefins kein Wasserstoffatom besitzt. Die Epoxydierung von beispielsweise Cyclohexen mit Chromsäure ergibt nur geringe Ausbeuten, während die in der gleichen Zeitschrift von 1957, S. 4195, angeführten Olefine bessere Ausbeuten liefern; diese besitzen aber keine Wasserstoffatome an den olefinisch ungesättigten Kohlenstoffatomen. Wenn also zu erwarten war, daß gute Ausbeuten an Epoxyden bei der Verwendung von Chromsäure nur mit solchen Olefinen erhalten werden, bei denen mindestens eines der olefinisch ungesättigten Kohlenstoffatome keinen Wasserstoff trägt, so war es überraschend, daß sich

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thanoinden (»Heptachlor«) mit seinen Wasserstoffatomen an beiden ungesättigten Kohlenstoffatomen in 2- und 3-Stellung mittels Chromsäure derart glatt epoxydieren läßt. Dies ist um so bemerkenswerter, als auf Grund der im Journal of the American Chemical Society, Bd. 68 (1946), S. 2577, beschriebenen oxydativen Aufspaltung von Inden zur Homophthalsäure durch Chromsäure eine analoge Verhaltensweise des »Heptachlors« erwartet werden mußte. Während weiterhin aus dem Journal of the Chemical Society, 1957, S. 4195, hervorgeht, daß die dort beschriebenen Olefinepoxyde mit gleicher Struktur durch die Einwirkung von Perbenzoesäure erhalten werden können, ist dies bei der erfindungsgemäßen Umsetzung nicht der Fall.

Die erfindungsgemäße Oxydation kann nach irgendeinem der bekannten Verfahren der Verwendung von Chromsäure oder Chromtrioxyd als mäßigem Oxydationsmittel durchgeführt werden. Demnach wird die Chromsäure im allgemeinen langsam zugegeben, oder sie wird allmählich in Gegenwart des in einem geeigneten Lösungsmittel gelösten »Heptachlors« gebildet. Das bedeutet also, daß vorher gebildete Chromsäure verwendet oder auch daß die Säure im Reaktionsgemisch in situ gebildet werden kann, wie dies später noch eingehend beschrieben wird.

Im allgemeinen wird dem Reaktionsgemisch eine niedere Alkancarbonsäure mit nicht mehr als 6 Kohlenstoffatomen, wie Essigsäure oder deren Anhydrid, zugefügt. Man kann auch andere inerte Lösungsmittel, wie Tetrachlorkohlenstoff oder Schwefelkohlenstoff, zusetzen. Im allgemeinen ist es empfehlenswert, größere Wassermengen auszuschließen.

Die Menge an Carbonsäure oder Säureanhydrid soll mindestens ausreichend sein, damit das Heptachlor und das gebildete Heptachlorepoxyd aufgelöst werden und eine homogene, organische flüssige Reaktionsphase aufrechterhalten wird. Wird Essigsäure oder Essigsäureanhydrid verwendet, so sollen mindestens 7 Volumteile, vorzugsweise 8 bis 10 Volumteile Säure oder Säureanhydrid auf 1 Gewichtsteil Heptachlor verwendet werden. Wird ein anderes Lösungsmittel verwendet, so beträgt im allgemeinen die Menge Carbonsäure oder Säureanhydrid mindestens 3 Volumteile und vorzugsweise fünf oder noch mehr Volumteile auf 1 Gewichtsteil Heptachlor.

Die Epoxydierung wird bei einer Temperatur von nicht mehr als 100⁰C, vorzugsweise nicht mehr als 85°C, durchgeführt, um eine weitere Oxydation des Heptachlorepoxyds zur entsprechenden Dicarbonsäure möglichst gering zu halten. Eine Temperatur von weniger als 10°C bietet keinen Vorteil.

Es wird mindestens eine stöchiometrische Menge von Chromsäure verwendet, jedoch ist es wünschenswert, einen größeren Überschuß, z. B. von mehr als 5 bis 10%, zu vermeiden, um die Möglichkeit einer Oxydation des Heptachlorepoxyds zu verringern.

Die Chromsäure kann im Reaktionsgemisch in situ durch Reaktion eines Alkalichromats oder -dichromats mit starker Schwefelsäure gebildet werden, vorzugsweise durch langsame Zugabe der Schwefelsäure zur Alkalichromat bzw. -dichromat enthaltenden Heptachlorlösung.

Um eine hohe Ausbeute an Epoxyd zu erreichen, wird die Oxydation des Heptachlors zumindest in den letzten Oxydationsstufen vorzugsweise in Gegenwart von starker Schwefelsäure durchgeführt. Um die Wassermenge im Reaktionsgemisch möglichst gering zu halten, soll die Konzentration der Schwefelsäure mindestens 50 Gewichtsprozent betragen. Handelsübliche konzentrierte Schwefelsäure mit 93 bis 98 Gewichtsprozent H2SO4 ist besonders geeignet. Mindestens 2 Mol, vorzugsweise 5 bis 20 Mol H2SO4 sollen auf 1 Mol Chromsäure verwendet werden. Das Heptachlon das flüssige Reaktionsmedium und das Alkalichromat oder -dichromat werden miteinander vermischt und die starke Schwefelsäure anschließend langsam zugegeben.

Gewöhnlich kann die Oxydation nach 30 Minuten oder weniger beendet werden, nachdem alle Reaktionspartner miteinander vermischt sind, wobei das Vermischen selbst etwa 15 Minuten bis 1 Stunde dauert. Dann wird das Reaktionsgemisch mit gekühltem Wasser abgeschreckt und das Epoxyd nach bekannten Verfahren, z. B. durch Extraktion des Reaktionsgemisches mit Äther, aufgearbeitet. Das Epoxyd kann dann durch Umkristallisation oder ein anderes bekanntes Verfahren gereinigt werden.

Beispiel

Zu einer Lösung von 6,54 Gewichtsteilen »Heptachlor« in 56 Volumteilen Eisessig wurden 7,78 Gewichtsteile Kaliumdichromat gegeben. Die Mischung wurde gerührt; im Verlauf von 30 Minuten wurden tropfenweise 14 Volumteile konzentrierter Schwefelsäure zugesetzt. Dabei stieg die Temperatur des Reaktionsgemisches auf 55°C. Das Reaktionsgemisch wurde schließlich während 5 Minuten auf 8O⁰C erhitzt, gekühlt und in das gleiche Volumen Eiswasser gegossen. Anschließend wurde wiederholt mit Äther extrahiert. Die vereinigten Ätherextrakte wurden mit Wasser, 10%iger Natriumhydroxylösung, bezogen auf das Gewicht, und dann wieder mit Wasser gewaschen. Nach dem Trocknen mit wasserfreiem Natriumsulfat und einer Behandlung mit Aktivkohle wurde die Ätherlösung eingedampft. Nach zweimaliger Umkristallisation aus Äthylalkohol wurden 4,3 Gewichtsteile einer analytisch reinen Substanz mit einem Schmelzpunkt von 164,5 ⁰C erhalten.

Analyse Berechnet C 30,8, H 1,3, Cl 63,9 Gewichtsprozent; gefunden C 31,2, H 1,6, Cl 63,7 Gewichtsprozent.

Das Infrarotspektrum zeigte ein Maximum bei 11,69 μ, was für Epoxyde charakteristisch ist.

Zur weiteren Identifizierung wurde das Produkt in das entsprechende, hier nicht beanspruchte Bromhydrin umgewandelt. Hierzu wurden 1 g Epoxyd, 2 g 48gewichtsprozentige Bromwasserstoifsäure und 2 ml n-Butyläther unter Rückfluß 17 Stunden lang erhitzt. Dann wurde das gebildete Rohprodukt in einer Menge von 1,26 g durch Ätherextraktion isoliert. Nach zweimaliger Umkristallisation aus Benzol— Hexan wurden 0,3 g »Heptachlorc-bromhydrin mit einem Schmelzpunkt von 124°C erhalten.

Analyse

Berechnet ... Br 17,0, Cl 52,8 Gewichtsprozent;
gefunden ... Br 17,5, Cl 53,2 Gewichtsprozent.

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15

Danach wurde das Bromhydrin wieder in das Heptachlorepoxyd zurückverwandelt. Hierzu wurden 84 mg »Heptachlor«-bromhydrin, 21 mg Kaliumhydroxyd und 2 ml Äthanol während 6 Stunden unter Rückfluß erhitzt. Nach Umkristallisation aus Äthylalkohol wurden 75 mg eines Produktes mit einem Schmelzpunkt von 163 ⁰C erhalten, der durch Zumischung von wie oben hergestelltem »Heptachlorepoxyd« nicht erniedrigt wurde. Das Infrarotspektrum zeigte ein Maximum bei 11,68 μ.

Das nach dem obengenannten Verfahren erhaltene Produkt war, wie die entomologische Bewertung ergab, mit dem Stoffwechselisomeren identisch.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Verfahren zur Herstellung von Endo-2,3-epoxy-1,4,5,6,7,8,8 - heptachlor - 3a,4,7,7a - tetrahydro-4,7-methanoindan (»Heptachlorepoxyd«) der Formel

   Cl-

   Cl

   dessen Epoxydbrücke in cis-Stellung zu den Wasserstoffatomen in 3a- und 7a-Stellung steht, dadurch gekennzeichnet, daß man 1,4,5,6,7,8,8 - Heptachlor - 3a,4,7,7a - tetrahydro-4,7-methanoinden bei einer Temperatur von nicht mehr als 100⁰C mit gegebenenfalls in situ gebildeter Chromsäure behandelt.

   In Betracht gezogene Druckschriften:
   Journal of the Chem. Soc, 1957, S. 4195; 1955,

   S. 1360;
   Journal of the Amerian Chem. Soc, 68, 2577

   (1946).