DE1118783B - Verfahren zur Herstellung von heterocyclischen Di- und bzw. oder Tricarbonsaeuren aromatischen Charakters - Google Patents

Description

• Verfahren zur Herstellung von heterocyclischen Di- und bzw. oder Tricarbonsäuren aromatischen Charakters Wie früher gefunden wurde, kann man Alkalisalze von heterocyclischen Carbonsäuren aromatischen Charakters durch Erhitzen auf höhere Temperaturen in Salze von Carbonsäuren mit mindestens zwei Carboxylgruppen im Molekühl umwandeln. Aus Salzen von Monocarbonsäuren werden auf diese Weise Salze von Di- und Tricarbonsäuren erhalten.
• Hierbei entstehen technisch wertvolle Reaktionsprodukte, z. B. die Salze der Pyridin-2,5-dicarbonsäure, der Pyridin-2,4,6-tricarbonsäure, der Furan-2,5-dicarbonsäure. Dieses Verfahren wurde mit oder ohne Druck unter Verwendung eines inerten Schutzgases, vorzugsweise Kohlendioxyd, durchgeführt, wobei bisher unter einem Druck bis etwa 250 at gearbeitet wurde (vgl. das deutsche Patent 1095 281).
• Es wurde nun gefunden, daß man die Umwandlung der Alkali- oder Erdalkalisalze von heterocyclischen Monocarbonsäuren aromatischen Charakters in die entsprechenden Salze von heterocyclischen Di-und bzw. oder Tricarbonsäuren durch Erhitzen auf höhere Temperaturen unter Kohlendioxyddruck und in Anwesenheit von säurebindenden Mitteln dadurch mit besonders guten Ausbeuten durchführen kann, daß man bei einem Druck von mehr als 400 at arbeitet. Während man bisher bei der Herstellung heterocyclischer Di- und Tricarbonsäuren aromatischen Charakters durch Umlagerung von Salzen entsprechender Monocarbonsäuren als Nebenprodukte erhebliche Mengen der betreffenden carboxylgruppenfreien heterocyclischen Verbindungen erhielt, geht nach dem erfindungsgemäßen Verfahren praktisch das gesamte umgesetzte monocarbonsaure Salz in das entsprechende Salz einer Di- und bzw. oder Tricarbonsäure über.
• Als Ausgangsstoffe für das erfindungsgemäße Verfahren dienen die Alkali- oder Erdalkalisalze solcher heterocyclischer Monocarbonsäuren, deren Carboxylgruppen an heterocyclische Ringe mit aromatischem Charakter, wie Pyridin, a-Pyran, Furan, Thiophen.
• Thiazol, Chonolin, Isochinolin, Indol, Benztriazol oder Benzimidazol, gebunden sind. Die genannten Carbonsäuren werden vorzugsweise in Form der Kalium-, ferner auch der Natriumsalze verwendet. Die Rubidium- und Zäsiumsalze, die an sich auch geeignet sind, kommen aus wirtschaftlichen Erwägungen im allgemeinen nicht in Betracht. Bei Verwendung der Erdalkalisalze erhält man als Reaktionsprodukte vielfach andere isomere Di- bzw. Tricarbonsäuren als bei Verwendung der Alkalisalze. Oft ist es vorteilhaft, Gemische von Salzen zweier verschiedener Metalle zu verwenden, z. B. Gemische der Natrium-und Kaliumsalze, da hierdurch in vielen Fällen die mechanischen Eigenschaften der Reaktionsgemische verbessert werden.
• Zur Erzielung guter Ausbeuten ist es notwendig, das erfindungsgemäße Verfahren in Gegenwart säurebindender Mittel durchzuführen, vorzugsweise in Gegenwart von Carbonaten, Bicarbonaten, Formiaten oder Oxalaten der Alkalimetalle, insbesondere Kaliumcarbonat. Auch die entsprechenden Verbindungen der Erdalkalimetalle sind geeignet. Die genannten säurebindenden Mittel brauchen nicht in stöchiometrischen Mengen angewandt zu werden.
• Zweckmäßig setzt man so einen Überschuß über die zur Neutralisation der bei der Reaktion neu gebildeten Carboxylgruppen erforderliche Menge hinaus ein.
• Die umzusetzenden Salze bzw. Salzgemische werden vorzugsweise in möglichst trockenem Zustand verarbeitet. Liegen die Salze als wäßrige Lösungen vor, so kann man sie nach an sich bekannten Verfahren, vorzugsweise durch Zerstäubungstrocknung, in trockene Pulver überführen und gegebenenfalls zur Entfernung geringer Restmengen an Feuchtigkeit nachtrocknen.
• Es hat sich gezeigt, daß das erfindungsgemäße Verfahren durch die Anwesenheit von Katalysatoren begünstigt wird. Als Katalysatoren können die Metalle Zink, Cadmium, Quecksilber, Blei und Eisen sowie Verbindungen dieser Metalle dienen, z. B. ihre Oxyde oder ihre Salze mit anorganischen oder organischen Säuren. Die Menge des Katalysators kann in weiten Grenzen schwanken und bis 15 0/o, vorzugsweise 0,5 bis 5 Gewichtsprozent, bezogen auf das Reaktionsgemisch, betragen. Die Katalysatoren lassen sich im Reaktionsgemisch dadurch besonders fein verteilen, daß man eine wäßrige Lösung der als Ausgangsmaterial dienenden Salze, welche die Katalysatoren gelöst oder suspendiert enthält, durch Zerstäubung oder auf andere Weise in ein trockenes Pulver überführt.
• Neben diesen Katalysatoren kann man dem Reaktionsgemisch inerte, flüssige oder feste Stoffe zusetzen, z. B. Sand, Metallpulver, Metallspäne, Kieselgur, Aktivkohle, feinverteiltes Aluminiumoxyd, feinverteilte Kieselsäure oder auch inerte Salze, wie Natriumsulfat. Durch diese Zusätze werden in vielen Fällen die mechanischen Eigenschaften des Reaktionsgemisches verbessert. An Stelle von festen inerten Stoffen können auch inerte Flüssigkeiten, welche sich unter den angewendeten Bedingungen nicht zersetzen, Verwendung finden.
• Der für die Reaktion erforderliche hohe Druck, welcher mehr als 400 at, vorteilhaft mehr als 500 at, beträgt, läßt sich in einfacher Weise, z. B. durch entsprechende Pumpen bzw. Kompressoren, erzeugen.
• Man kann aber beispielsweise auch so verfahren, daß man in das gekühlte und evakuierte Reaktionsgefäß flüssiges Kohlendioxyd aus einer Bombe oder einem anderen Vorratsgefäß einfüllt und anschließend erhitzt. An Stelle von flüssigem Kohlendioxyd kann man auch festes Kohlendioxyd (Trockeneis) verwenden. Durch die für die Reaktion erforderliche Temperatur stellt sich je nach der Menge des eingefüllten Kohlendioxyds ein Druck von z. B. 1500 bis 2000 at ein. Im übrigen ist der anzuwendende Druck nach oben nur durch die zur Verfügung stehenden Apparaturen begrenzt.
• Die Reaktion setzt in der Regel bereits bei Temperaturen zwischen 200 und 3000 C ein. Die optimale Reaktionstemperatur ist je nach den verwendeten Ausgangsstoffen verschieden. Sie liegt vielfach zwischen 330 und 4500 C. Die obere Temperaturgrenze für das Verfahren ist nur durch die Zersetzungstemperatur der organischen Substanz gegeben, doch sollen in der Regel Temperaturen von 5000 C nicht überschritten werden.
• Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann es zur Vermeidung örtlicher Überhitzungen und der dadurch hervorgerufenen Zersetzung sowie zur Verhinderung des Zusammenbackens der Reaktionsmischung zweckmäßig sein, das Reaktionsgut in Bewegung zu halten. Dies kann z. B. durch Arbeiten in Rührgefäßen erfolgen. Man erhält jedoch gute Ausbeuten auch ohne derartige Maßnahmen, wenn man dafür Sorge trägt, daß starke örtliche Überhitzungen vermieden werden.
• Die Aufarbeitung der Reaktionsgemische erfolgt in bekannter Weise. Zweckmäßig löst man das Reaktionsprodukt in Wasser und befreit es durch Filtrieren bzw. durch Behandlung mit Aktivkohle oder anderen Entfärbungsmitteln von unerwünschten Bestandteilen. Die bei der erfindungsgemäßen Reaktion gebildeten heterocyclischen Di- bzw. Tricarbonsäuren sind meist in Wasser schwerer löslich als die Ausgangsstoffe. Daher kristallisieren sie nach Ansäuern der wäßrigen Lösung vielfach aus und können leicht von den übrigen Bestandteilen des Reaktionsgemisches, insbesondere von nicht umgesetzten Ausgangsstoffen, abgetrennt werden. Die erhaltenen Säuren können in bekannter Weise in ihre Derivate, insbessondere ihre Chloride oder Ester, übergeführt werden. Zur Herstellung der Ester oder Chloride kann man aber auch das rohe oder gereinigte Reaktionsprodukt ohne vorherige Isolierung der Säure nach an sich bekannten Verfahren direkt verwenden.
• Durch das erfiirdungsgemäße Verfahren ist es möglich, heterocyclische Di- und Tricarbonsäuren auf einfachem Wege und mit sehr guten Ausbeuten herzustellen, z. B. die Pyridin-2,5-dicarbonsäure (Isocinchomeronsäure), die Pyridin-2,4, 6-tricarbonsäure (Trimesitinsäure), die Furan-2,5-dicarbonsäure (Dehydroschleimsäure), die Thiophen-2,5-dicarbonsäure.
• Beispiel 1 In einem Autoklav von 0,21 Fassungsvermögen wurde ein Gemisch aus 16,1kg des Kaliumsalzes der Nicotinsäure (Pyridin-ß-carbonsäure), 13,8 g Kaliumcarbonat und 1,0g Cadmiumfluorid 8 Stunden auf 3500 C erhitzt. Vor Beginn des Versuches wurden 180 g Kohlendioxyd in den Autoklav gefüllt. Bei 3500 C stellte sich ein Druck von 1800 at ein. Nach dem Abkühlen und Entspannen des Autoklavs wurde das 32 g wiegende rohe Reaktionsprodukt in 400 cmS heißem Wasser gelöst. Die Lösung wurde filtriert, mit Salzsäure angesäuert und auf die Hälfte ihres Volumens eingedampft. Nach Abkühlen auf 0° C kristallisierten 16,1 g des Monokaliumsalzes der Isocinchomeronsäure (Pyridin-2,5-dicarbonsäure) aus.
• Beispiel 2 Ein Gemisch aus 22,0 g des Kaliumsalzes der Thiophen-a-carbonsäure, 27,6 g Kaliumcarbonat und 2,0 g Cadmiumlluorid wurde in einem Autoklav 3t/2 Stunden auf 3400 C erhitzt. Vor Beginn des Versuches wurde nach Verdrängung der Luft so viel Kohlendioxyd aufgedrückt, daß bei Reaktionstemperatur ein Druck von 800 at entstand. Das 54,2 g wiegende rohe Reaktionsprodukt wurde in 600cm9 heißem Wasser gelöst. Die Lösung wurde filtriert und das Filtrat mit Salzsäure angesäuert. Die ausgefällte Thiophen-2,5-dicarbonsäure wurde abfiltriert, mit Wasser gewaschen und getrocknet. Die Ausbeute betrug 17,0 g. Aus der Mutterlauge und aus dem Waschwasser wurden durch Extraktion mit Äther weitere 2,2 g eines Gemisches von Thiophen-mono- und -dicarbonsäure mit einer Säurezahl von 595 erhalten.
• Beispiel 3 Ein Gemisch aus 32,2 g des Kaliumsalzes der Isonicotinsäure, 27,6g Kaliumcarbonat und 3,0g Cadmiumiluorid wurde in einem Autoklav von 600 cm3 Fassungsvermögen 16 Stunden auf 3900 C erhitzt.
• Zu Beginn des Versuches wurde nach Verdrängung der Luft so viel Kohlendioxyd aufgedrückt, daß bei Reaktionstemperatur ein Druck von 1500 at entstand.
• Das 64,5g wiegende rohe Reaktionsprodukt wurde in heißem Wasser gelöst. Die Lösung wurde filtriert und das klare Filtrat mit der nach dem vorhandenen Kalium berechneten Menge- an Salzsäure angesäuert.
• Beim Abkühlen kristallisierten 26,2 g des Monokaliumsalzes der Trimesitinsäure (Pyridin-2,4,6-tricarbonsäure) aus. Durch Extraktion der Mutterlauge wurden weitere 2,75 g Pyridintricarbonsäure erhalten.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH: Verfahren zur Herstellung von heterocyclischen Di- und bzw. oder Tricarbonsäuren aromatischen Charakters bzw. ihrer Salze oder Derivate durch Erhitzen der Alkali- oder Erdalkalisalze von heterocyclischen Monocarbonsäuren aromatischen Charakters in Gegenwart von Kohlendioxyd unter Druck und in Anwesenheit von säurebindenden Mitteln sowie gegebenenfalls von katalytisch wirk- samen Metallen oder Metallverbindungen und gegebenenfalls durch Überfiihrung der erhaltenen Salze in die freien Säuren bzw. deren Derivate, dadurch gekennzeichnet, daß man das Erhitzen unter einem Kohlendioxyddruck von mehr als 400 at durchführt.