DE1668378B2

DE1668378B2 - Verfahren zur herstellung von betaketosaeuren

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Publication number: DE1668378B2
Application number: DE19671668378
Authority: DE
Priority date: 1966-08-02
Filing date: 1967-08-01
Publication date: 1973-07-05
Also published as: DE1668378C3; US3557196A; DE1668378A1; GB1145098A

Description

Bekannt ist, daß einige Ketone mit Kohlendioxyd reagieren, wenn sie unter geeigneten Bedingungen mit geeigneten alkalischen Reaktionsmitteln (Natrium, Natriumamid oder Alkalialkoholaten) behandelt werden, die sie in die Salze der entsprechenden Enole umwandeln. Magnesiummethylcarbonat begünstigt die Einführung von Kohlendioxyd ebenfalls durch Stabilisierung der erhaltenen Ketosäuren als Magnesiumchelate.

Es ist nun gefunden worden, daß es möglich ist, CO₂ in die Ketone unter solchen Bedingungen einzubringen, ίο unter denen im allgemeinen keine Reaktion stattfindet. Danach bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung von /3-Ketosäuren der allgemeinen Formel

R — CO — CHR' — COOH
15

durch Umsetzen von Ketonen der allgemeinen Formel

R — CO — CH₂ — R'

worin R und R' Kohlenwasserstoffreste mit 1 bis ao 10 Kohlenstoffatomen bedeuten, R' Wasserstoff sein kann und R und R' zusammen ein Cycloalkylen ergeben können, mit Kohlendioxyd in Gegenwart eines Katalysators. Gekennzeichnet wird die Erfindung dadurch, daß man die Umsetzung in Gegenwart von »5 Alkalimetallsalzen von Phenolen als Katalysator in einem inerten polaren Medium durchfühlt.

Die Reaktion kann schematisch wie folgt angegeben werden:

R-CO-CH₂-R' + CO₂ + C₆H₅-OK —R —CO —CH-COOK+ C₆H₅-OH

I
R'

Die besagten Kohlenwasserstoffreste können z. B. eine Alkyl-, Cycloalkyl- oder Arylgruppe sein.

Der besondere technische Fortschritt des erfindungsgemäßen Verfahrens ist darin zu sehen, daß es mit leicht zugänglichen Katalysatoren arbeitet, die leicht zu handhaben sind. Hierin ist das erfindungsgemäße Verfahren einem weiteren Verfahren nach dem Stand der Technik überlegen, das im Synthetic Methods of Organic Chemistry, Bd. 16, 1962, S. 323, Nr. 715, beschrieben wird. Nach jenem Verfahren wird 5-ten.-Butylcyclohexan-2-on-carbonsäure hergestellt, wobei als Katalysator Kaliumtriphenylmethyl verwendet wird. Nachteilig ist bei dem bekannten Verfahren, daß als Katalysator die metallorganische Verbindung Kaliumtriphenylmethyl verwendet werden muß, eine Verbindung, deren Beschaffung kostspielig ist und die den zusätzlichen Nachteil besitzt, daß sie luftempfindlich ist; das erschwert und verteuert in der industriellen Praxis die Handhabung, da nämlich Maßnahmen getroffen werden müssen, um von der genannten Verbindung die Luft fernzuhalten.

Für das Verfahren nach der Erfindung wird das inerte polare Lösungsmittel unter den nicht hydroxylierten, flüssigen, organischen Verbindungen ausgewählt, die frei von aktiven Methylengruppen sind und eine hohe Polarität und ein gutes Koordinationsvermögen für Kationen besitzen. Beispiele dieser Lösungsmittel sind Trimethylphosphinoxyd, Trimethylphosphat, Hexamethylphosphortriamid, Dimethylsulfoxyd, Tetramethylharnstoff, Tetramethylthioharnstoff, Pyridin, Dimethyläther von Mono-, Di- und Triäthylenglykol. Die Homologen dieser Lösungsmittel, bei denen die Methylgruppe vollständig oder teilweise durch die Äthylgruppe ersetzt ist, können ebenfalls verwendet werden.

Es ist möglich, das polare Lösungsmittel durch das ganz oder teilweise zu carboxylierende Keton zu ersetzen.

Die Salze der Alkalimetalle (Li, Na, K) von Phenol und Hydrochinon und ihre Methylhomologen, wie Mesitol (2,4,6-Trimethylphenol) werden als Katalysatoren verwendet. Die Phenolate können entweder in geringerer Menge oder im Überschuß, bezogen auf das Keton, verwendet werden; im allgemeinen werden 0,5 bis 2 Mol Phenolat je Mol Keton verwendet, wenn ein Lösungsmittel verwendet wird. Man arbeitet bei Raumtemperatur und -druck; es ist jedoch möglich, bei Temperaturen von O bis 100° C und unter CO₂-Drücken von 1 bis 20 at zu arbeiten.

Man bläst einen Überschuß CO₂, bezogen auf das Phenolat, in die Reaktionsmischung ein (bis zu 10 Mol je Mol). Das nicht umgesetzte CO₂ kann wieder in Umlauf gesetzt werden; der Molverbrauch CO₂ entspricht etwa der Phenolatmenge.

Es wird bevorzugt, zuerst das Lösungsmittel und das Phenolat einzuführen und das CO₂ wenigstens 1 Stunde hindurchgehen zu lassen, bevor das Keton zugesetzt wird. Wenn das Keton als Lösungsmittel verwendet wird, wird CO₂ durch das Keton geleitet, und anschließend wird das Phenolat allmählich zugegeben. Zur Abtrennung der Produkte werden diese im rohen Zustand in verdünnte Schwefelsäure (5 bis 15%) gegossen und mehrmals mit Äthyläther extrahiert.

Der Extrakt wird mit einer Natriumcarbonatlösung (5 bis 15%) geschüttelt, um die Säuren zu extrahieren, und anschließend mit einer stöchiometrischen Menge

3 4

von 5 bis 15°/₀ Natriumhydroxyd, um das Phenol zu B e i s d i e I 5
gewinnen; danach wird die Destillation zur Abtrennung des Ketons durchgeführt. Die alkalische Lösung In den Kolben gemäß Beispiel 4 werden 4,2 g Nader Ketosäure wird mit 5 bis 15% verdünnter Sch we- triumphenolat und 20 cm³

feisäure angesäuert und anschließend mit einem Lö- 5 £j_j q pj_j pu q qtj pn q ρ.ττ

sungsmittel der Ketosäure extrahiert. Die Lösung des ³ 22 22 3

Alkaliphenolats wird getrocknet (gegebenenfalls durch eingebracht. Man läßt CO₂ (11/Std.) 1 Stunde lang bei

azeotrope Destillation zusammen mit einem Kohlen- 20⁰C hindurchgehen, worauf 4,3 g Acetophenon ein-

wasserstoff), und das getrocknete Phenolat wird pulve- geführt werden. CO₂ wird bei Raumtemperatur unter

risiert und wieder in Umlauf gebracht. 10 Rühren 3 Stunden lang hindurchgeleitet. Nach der

Das Verfahren der Erfindung wird nachstehend Arbeitsweise des Beispiels 4 werden 1,3 g Benzoyl-

durch Beispiele erläutert. essigsäure abgetrennt.

Beispiell Beispiele

In einen mit einem Kühler, einem Rührer und einem 15 In den Kolben gemäß Beispiel 1 werden 4,2 g Na-

Gaseinlaßrohr ausgestatteten 100-cm³-Dreihalskolben triumphenolat und 20 cm³ Dimethylsulfoxyd

werden 11g Kaliumphenolat, suspendiert in 45 cm³ q^ cq CH

Dimethylformamid, eingebracht. ^{3 3}

CO₂ wird 2 Stunden lang bei etwa 20⁰C eingeleitet, eingebracht. CO₂ wird 1 Stunde lang bei 20° C einge-

wobei aufeinanderfolgend 2,5 g Acetophenon einge- 20 blasen, worauf 4,3 g Acetophenon eingebracht werden,

bracht werden. Das Durchleiten von CO₂ erfolgt CO₂ wird bei Raumtemperatur unter Rühren 3 Stun-

3 Stunden lang. den lang hindurchgeleitet.

Die Reaktionsmischung wird in verdünnte H₂SO₄ Nach der Arbeitsweise des Beispiels 4 werden 2,3 g

gegossen und mehrmals mit Äther extrahiert. Die Benzoylessigsäure abgetrennt.

Ätherextrakte werden mit einer 10%igen wäßrigen 25 ...

Natriumcarbonatlösung geschüttelt. Durch Ansäuern Beispiel 7

der alkalischen Wasser mit H₂SO₄ werden 2 g Benzoyl- In den Kolben gemäß Beispiel 4 werden 4,2 g Na-

essigsäure erhalten. triumphenolat und 20 cm³ Dimethylacetamid

B e i s ρ i e 1 2 ₃₀ CH₃-CO- N(CH₃)₂

In den Kolben gemäß Beispiel 1 werden 11 g Kalium- eingebracht und CO₂ bei 20⁰C 1 Stunde lang einge-

phenolat, suspendiert in 45 cm³ Dimethylformamid, leitet, worauf 4,3 g Acetophenon eingebracht werden,

eingebracht. CO₂ wird 2 Stunden lang bei etwa 20°C CO₂ wird bei Raumtemperatur unter Rühren 3 Stun-

eingeblasen, worauf 2 g Cyclohexanon eingebracht den lang hindurchgeleitet.

werden. CO₂ wird kontinuierlich 3 Stunden lang ein- 35 Nach der Arbeitsweise gemäß Beispiel 4 werden

bzw. durchgeleitet. 2,1 g Benzoylessigsäure abgetrennt.

Nach der Arbeitsweise gemäß Beispiel 1 werden . .
2,6 g einer sauren Mischung aus Cyclohexanoncarbon- Beispiel
säure und Cyclohexanonc'isarbonsäure abgetrennt; aus In den Kolben gemäß Beispiel 4 werden 4,2 g Nader letzteren besteht der größte Teil der Mischung. 40 triumphenolat und 20 cm³ Tetramethylharnstoff

B e i s ρ i e 1 3 (CH₃)₂N - CO - N(CH₃)₂

In den Kolben gemäß den vorstehenden Beispielen eingebracht. CO₂ wird 1 Stunde lang bei 20° C einge-

werden 11 g Kaliumphenolat in 45 cm³ Cyclohexanon leitet, worauf 4,3 g Acetophenon eingebracht werden,

eingebracht und CO₂ 4 Stunden lang bei 20⁰C hin- 45 CO₂ wird bei Raumtemperatur unter Rühren 3 Stun-

durchgeleitet. den lang hindurchgeleitet.

Es werden 6 g eines carboxylierten Produkts erhal- Nach der Arbeitsweise des Beispiels 4 werden 1,8 g

ten, das vorwiegend aus Cyclohexanonmonocarbon- Benzoylessigsäure abgetrennt.

säure besteht. _ . . , „

B e 1 s ρ 1 e 1 9

Beispiel4 ⁵ _ , _T, „ ... „ . . , , , . „ ,,

In den Kolben gemäß Beispiel 4 werden 4,2 g Na-

In einen, mit einem Kühler, einem Rührer und einem triumphenolat und 20 cm³ Hexamethylphosphoramid

Gaseinlaßrohr ausgestatteten 50-cm³-Dreihalskolben O = P(NCH₃)₃ eingebracht. CO₂ wird 1 Stunde bei

werden 4,2 g Natriumphenolat C₆H₅ — ONa in 20 cm³ 20⁰C eingeleitet, worauf 4,3 g Acetophenon einge-

Dimethylformamid eingebracht. CO₂ wird bei Raum- 55 bracht werden.

temperatur 1 Stunde lang eingeleitet (Strömungsge- CO₂ wird bei Raumtemperatur unter Rühren weitere

schwindigkeit 11/Std.), worauf 4,3 g Acetophenon 3 Stunden lang zugeführt.

CH₃ — CO — C₆ — H₅ eingebracht werden. Das Ein- Nach der Arbeitsweise des Beispiels 4 werden 3,2 g

leiten von CO₂ wird 3 Stunden fortgesetzt. Benzoylessigsäure abgetrennt.

Die Reaktionsmischung wird in 20 cm³ kalter 60

10°/₀iger Schwefelsäure gegossen und mehrmals mit Beispiel 10

Äthyläther extrahiert (4 · 50 cm³). In einen mit einem Rührer, einem Kühler, einem

Die Ätherextrakte werden gesammelt und mit 50 cm³ Gaseinlaßrohi und einer Einrichtung zum Einbringen

einer 10%igen wäßrigen Na₂CO₃-Lösung geschüttelt. der Feststoffmaterialien ausgestatteten 50-cm³-Vier-

Durch Ansäuerung der alkalischen Abwasser mit ver- 65 halskolben werden 20,5 g Acetophenon eingebracht,

dünnter H₂SO₄ (50 cm³) (bei 10%) in der Kälte werden Unter Einleiten von CO₂ werden bei Raumtempe-

2,2 g Benzoylessigsäure, C₆H₅ — CO — CH₂ — COOH, ratur 4,2 g Natriumphenolat ganz langsam innerhalb

erhalten. von 2 Stunden eingebracht. CO₂ wird unter Rühren

bei Raumtemperatur weiter 3 Stunden lang kontinuierlich zugeführt. Nach der Arbeitsweise des Beispiels 4 werden 1,1 g Benzoylessigsäure abgetrennt.

Beispiel 11

In den Kolben gemäß Beispiel 4 werden 4,7 g Natrium-p-cresolat CH₃ — C₆H₄ — ONa zusammen mit 20 cm³ Dimethylformamid eingebracht.

CO₂ wird 1 Stunde lang bei etwa 20⁰C eingeleitet, worauf 4,3 g Acetophenon eingebracht werden. CO₂ wird bei Raumtemperatur weitere 3 Stunden lang hindurchgeleiiet.

Nach der Arbeitsweise des Beispiels 4 werden 2,1 g Benzoylessigsäure abgetrennt.

Beispiel 12

In den Kolben von Beispiel 4 werden 5,7 g des Dinatriumsalzes von Hydrochinon C₆H₄(ONa)₂ in 30 cm³ Dimethylformamid eingebracht.

CO₂ (2 1/Std.) wird 1 Stunde lang bei einer Temperatur von etwa 2O⁰C eingeleitet.

Anschließend werden 4,3 g Acetophenon eingebracht, während weiterhin unter Rühren bei Raumtemperatur 3 Stunden lang CO₂ zugeführt wird.

Nach der Arbeitsweise des Beispiels 4 werden 3,6 g Benzoylessigsäure abgetrennt.

Beispiel 13

CO₂ wird eine weitere halbe Stunde lang zugeführt. Anschließend wird wie im Beispiel 13 gearbeitet. In der erhaltenen alkalischen wäßrigen Lösung sind etwa 4,2 g Acetessigsäure und 0,5 g Acetondicarbonsäure in Form ihrer Natriumsalze enthalten.

Beispiel 16

In den kleinen Kolben gemäß Beispiel 4 werden 4,2 g Natriumphenolat und 20 cm³ Hexamethylphosphoramid eingebracht.

CO₂ wird bei Raumtemperatur 1 Stunde lang eingeleitet (11/Std.). Danach werden 5,4 g Kampfer eingebracht, und unter ständiger Zufuhr von CO₂ bei Raumtemperatur wird weitere 3 Stunden lang gerührt.

Nach der Arbeitsweise des Beispiels 1 werden 1,3 g Säure abgetrennt, die im wesentlichen aus der Kampfercarbonsäure besteht.

CH₃

"T- O

+ CO₂

= 0

— COOH

Kampfer; Kampfer-3-carbonsäure;

1,7,7-Trimethyl- 1,7,7-Trimethylbicyclo-

bicyclo-2,2, l-heptan-2-on 2,2-heptan-2-on-3-säure

In einen mit einem Kühler, einem Rührer und einem Gaseinlaßrohr ausgestatteten 100-cm³-Dreihalskolben werden 9,5 g Natriumphenat in 45 cm³ Dimethylformamid eingebracht. CO₂ wird bei etwa 20⁰C 2 Stunden lang eingeleitet (1,5 1/Std.), worauf 4,7 g Aceton eingebracht werden.

CO₂ wird kontinuierlich weiter zugeführt und das Ganze etwa 4 Stunden gerührt. Dann wird kaltes Wasser zugefügt und mit Äther extrahiert.

Die wäßrige Lösung enthält etwa 1,9 g Acetessigsäure CH₃ — CO — CH₂ — COOH und 0,3 g Acetondicarbonsäure CO(CH₂ — COOH)₂ in Form ihrer Natriumsalze.

Beispiel 14

In einen mit einem Kühler, einem Gaseinlaßrohr und einer Einrichtung zum Einbringen der festen Materialien ausgestatteten 100-cm³-Vierhalskolben werden 45 cm³ Aceton eingebracht; danach werden bei Raumtemperatur unter Einleiten von CO₂ (11/Std.) 9,4 g Natriumphenolat in kleinen Mengen innerhalb von 6 Stunden zugegeben. CO₂ wird weitere 2 Stunden zugeführt.

Es wird wie im Beispiel 13 beschrieben gearbeitet.

In der erhaltenen wäßrigen alkalischen Lösung sind 1,5 g Acetessigsäure und etwa 0,3 g Acetondicarbonsäure enthalten, und zwar in Form ihrer Natriumsalze.

Beispiel 15

In den Kolben des vorhergehenden Beispiels werden 22,5 cm³ Aceton und 22,5 cm³ Hexamethylphosphoramid eingebracht.

Bei Raumtemperatur werden unter Einleiten von CO₂ (1 1/Std.) 9,7 g Natriumphenolat in kleinen Mengen innerhalb von 5 Stunden zugegeben.

Beispiel 17

In einen mit einem Kühler, einem Rührer und einem Gaseinlaßrohr ausgestatteten 50-cm³-Dreihalskolben werden 4,2 g Natriumphenolat und 20 cm³ Triäthylphosphat O = P(OC₂H₅)₃ eingebracht.

CO₂ wird bei Raumtemperatur etwa 1 Stunde lang eingeleitet, worauf 4,3 g Acetophenon in etwa 2 cm³ Triäthylphosphat zugegeben werden.

Es wird weitere 3 Stunden etwa das Gas zugeführt und gerührt, während die Temperatur bei etwa 2O⁰C gehalten wird. Nach üblichen Trennungsmethoden werden 2,2 g Benzoylessigsäure abgetrennt.

Beispiel 18

In einen mit einem Kühler, einem Rührer, einem Gaseinlaßrohr und einer Einrichtung für das Einbringen der festen Materialien ausgestatteten 100-cm³-Vierhalskolben werden 22,5 cm³ Aceton und 22,5 cm³ Pyridin eingegeben. Innerhalb von 6,5 Stunden werden bei Temperaturen zwischen 20 und 25° C 9,8 g Natriumphenolat in kleinen Mengen eingebracht.

Nach der Extraktion mit Äther enthält der wäßrige Teil 2,5 g einer Säuremischung, die zum größten Teil aus Acetessigsäure in Form des Natriumsalzes besteht.

B e i s ρ i e 1 19 55

In einen 50-cm³-Dreihalskolben werden 3,6 g Lithiumphenolat und 20 cm³ Dimethylformamid eingebracht. CO₂ wird etwa 1 Stunde lang bei Raumtemperatur eingeleitet. Danach werden 4,3 g Acetophenon zugegeben, während weiter ge ührt und weitere 3 Stunden lang CO₂ zugeführt wird.

Nach der vorstehend beschriebenen Arbeitsweise werden 1,2 g Benzoylessigsäure erhalten.

Claims

Patentanspruch:

Verfahren zur Herstellung von ß-Ketosäuren der allgemeinen Formel

R — CO — CHR' — COOH

durch Umsetzen von Ketonen der allgemeinen Formel

R — CO — CH₂ — R',

worin R und R' Kohlenwasserstoffreste mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen bedeuten, R' Wasserstoff sein kann und R und R' zusammen ein Cycloalkylen ergeben können, mit Kohlendioxyd in Gegenwart eines Katalysators, dadurch gekennzeichnet, daß man die Umsetzung in Gegenwart von Alkalimetallsalzen von Phenolen als Katalysator in einem inerten polaren Medium durchführt.