DE2034943B2

DE2034943B2 - Verfahren zur herstellung von benzilsaeureverbindungen

Info

Publication number: DE2034943B2
Application number: DE19702034943
Authority: DE
Inventors: Werner Dr. Rheinfelden Rothweiler (Schweiz)
Original assignee: Ciba Geigy AG
Current assignee: Novartis AG
Priority date: 1969-07-22
Filing date: 1970-07-14
Publication date: 1973-04-05
Also published as: NL7010795A; GB1323912A; IL34962A; FR2055390A5; RO57383A; DE2034943C3; US3703597A; DE2034943A1; YU35333B; IL34962A0; JPS4835259B1; BE753679A; SU381215A3; CH536266A; CS154305B2; YU185770A

Description

COOH

in der R₁ die oben angegebene Bedeutung hat. mit 20 in der R₁ Wasserstoff, Fluor, Chlor, Brom, Jod oder

Glyoxylsäure oder einem Derivat derselben in Gegenwart von Halogensulfonsäure, Schwefelsäure oder Oleum zu einer Bis-phenylessigsäun: der Formel

Methyl bedeutet, ist dadurch gekennzeichnet, daß man ein Benzol der Formel

R₁

in der R₁ die oben angegebene Bedeutung hat, mit Glyoxylsäure oder einem Derivat derselben in Gegenwart von Halogensulfonsäure, Schwefelsäure oder Oleum zu einer Bis-phenytessigsäure der Formel

COOH

in der R₁ die oben angegebene Bedeutung hat, umsetzt, die erhaltene Bis-phenylessigsäure zu dem entsprechenden Bis-phenyl-a-halogen-acetylhalogenid halogeniert und dieses in Gegenwart basischer Verbindungen hydrolysiert.

Für die Herstellung von Benzilsäureverbindungen, insbesondere von 4,4'-Dibrombenzilsäure, war bisher eine komplizierte Umlagerung, z. B. des 4,4'-Dibrombenzils, erforderlich, wobei dieses herkömmliche Verfahren zur Herstellung einer Benzilverbindung unvorteilhafterweise auch die Oxydation der entsprechenden Benzoinverbindung voraussetzte bzw. mit umfaßte. Benzoin jedoch kann nicht in üblicher Weise bromiert werden. So wurde nach der Arbeitsweise von H. BiIz (Berichte, Bd. 41, S. 1754 und 1761; 1908) versucht, Benzoin gleichzeitig in der p-Stellung zu bromieren und die erhaltene Verbindung zu Benzil zu oxydieren, und zwar nach Kondensation mit Harnstoff zu einem Diphenylimidazolon und anschließender Spaltung mit Wasser. Bei Anwendung dieser Arbeitsweise traten aber schwierige Abwasserprobleme auf.

Weiterhin war es bekannt, daß Benzilsäure eine Umlagerung in Gegenwart von Aluminiumchlorid unter Bildung einer Fluorencarbonsäure (Beilstein, 10/1, 151) erleidet, wobei angeblich eine Halogenierung des Kerns nicht möglich war. Dennoch wurde die Bromierung des Benzilsäureisopropylesters unter Verwendung von Eisen (in gepulverter Form) als Katalysator versucht, aber Dibrombenzilsäure konnte nicht erhalten werden. Ferner hat man sich in der P^ die oben angegebene Bedeutung hat, umsetzt, die erhaltene Bis-phenylessigsäure zu dem entsprechenden Bis - phenyl - a - halogen - acety lhalcgenid halogeniert und dieses in Gegenwart basischer Verbindungen hydrolysiert.

Das Verfahren wird durch die folgende Formelreihe erläutert:

2R₁ -^ ρ·+ CHO · H₂O + 2ClSO₃H

COR

(oder konzentrierte Schwefelsäure oder Oleum)

R,

*- 2H₂SO₄ + 2HCl

60 PCl₅ZBr₂

2. HCi

COOH

Dabei bedeutet R CH, Halogen, d. h. Fluor, Chlor, Brom oder Jod. O-Alkalimetall. O-Erdalkalimetall oder O-Alkyl, R₁ Wasserstoff, Methyl oder Halogen. Das Alkalimetall kann Na⁺, K ^h usw. und das Erdalkalimetall Ca^{+ +}, Mg^{+ +} oder Ba^{+ +} sein.

Wenn es z. B. erwünscht ist, die 4,4'-Dibrombenzilsäure herzustellen, dann ist das Ausgangsmaterial. das beim vorliegenden Verfahren verwendet wird, Brombenzol. Wenn es erv/ünscht ist, 4,4'-Dichlorbenzilsäure herzustellen, dann benutzt man Chlorbenzol als Ausgangsmaterial.

Beim ersten Umsetzungsschritt werden mindestens etwa 2 Mol Halogenbenzolverbindung, d. h. Brombenzol oder Chlorbenzol auf etwa 1 Mol Glyoxylsäure (zweckmäßigerweise in der Hydratform) bzw. eines Derivates derselben und etwa 2 Mol Halogensulfonsäure, z. B. Chlorsulfonsäure, oder konzentrierte Schwefelsäure oder Oleum verwendet. Die anfängliche Reaktion wird bei etwa 20⁰C oder darunter durchgeführt. Zu geeigneten Glyoxylsäurederivaten gehören z. B. Glyoxylsäureester und -salze, Glyoxylsäureester-Halbacetale. Glyoxylsäure-ester-Diacetale oder Dialkylaminoalkyl-aramoniuomacetat. Derartige Derivate können wie folgt wiedergegeben werden:

OCH-COOH oder die Ammcnium-, Natrium-, Kalium- oder Calciumsalze.

OCH-COO-Alkvl, d. h. Alkylglyoxylat (Äthylglyoxylat)

Alkyl —O

HO

CO —COO—Alkyl

40

45

d. h., Alkoxyhydroxy-alkylacetat
(Alkyl — O)₂CH — COO — Alkyl
d. h. Dialkoxy-alkylacetat
(Alkyl,N)₂CH — COOH · NH(Alkyl)
d. h. Dialkylaminoalkylammoniumacetat.

Die auf diese Weise erhaltene Bis-halogenphenylessigsäure wird dann mit einem Halogenierungsmittel, z. B. mit PCl₃/Br₂, umgesetzt, und die Halogenbenzilsäure-Zwischenproduktverbindung wird dann hydrolysiert, um das erwünschte Benzilsäure-Endprodukt, z. B. 4,4'-Dibrombenzilsäure oder 4,4'-Dichlorbenzilsäure zu erhalten.

Die Hydrolyse wird in Gegenwart einer Alkalioder Erdalkaliverbindung, wie z. B. Natriumhydroxyd durchgeführt, worauf sich eine Behandlung mit einer starken Mineralsäure, wie z. B. Salzsäure, oder Schwefelsäure anschließt.

Die vorliegende Erfindung ist besonders geeignet zur Herstellung von 4,4'-Dihalogenbenzilsäureverbinduneen. z. B. 4,4'-Dibrombenzilsäure und 4,4'-Dichlorbenzilsäure. Die 4,4'-Dichlorbenzilsäure ist eine bereits bekannte Verbindung und wird beispielsweise in der USA.-Patentschrift 2 745 780 beschrieben.

Die auf diese Weise erhaltenen Benzilsäure-Endprodukte, wie 4,4'-Dibrombenzilsäure oder 4.4'-Dichlorbenzilsäure. können dann nach üblichen Verfahren verestert werden, z. B. durch Umsetzung mit einem Ester eines niedrigen aliphatischen Alkohols oder eines aromatischen Alkohols in Gegenwart eines inerten Lösungsmittels. Geeignete umsetzungsfähige Ester sind die Ester der Chlorwasserstoff-, Bromwasserstoff- oder Jodwasserstoffsäure mit Methanol, Äthanol. n-Pmpanol, Butanolen oder Benzylalkohol. Auch Ester der Schwefelsäure, insbesondere Dimethylsulfat oder Diäthyisulfat, können als Veresterungsmittel benutzt werden.

Die Ester der 4.4'-Dihaiogenbenzilsäure, speziell der 4,4'-Dichlorbenzilsäure-isopropylester und der 4,4'-Dichlorbenzilsäure-benzylester sind für die Bekämpfung von Acarinae, besonders von Milben und Spinnen sowie deren Entwicklungsstadien geeignet, auch wenn man sie auf PPanzen anwendet, die gegen diese Schädlinge geschützt werden sollen. Die vorstehend genannten Ester zeichnen sich aus durch geringe Toxizität gegenüber Warmblütern, und speziell der 4,4'-Diörombenzilsäure-isopropylester ist durch eine Toxizität von über 5000 mg Aktivsubstanz pro Kilogramm Körpergewicht charakterisiert. Der vorstehend genannte 4,4'-Dibrombenzilsäure-isopropylester besitzt ferner Wirksamkeit gegenüber Insekten, z. B. Kartoffelkäfern, und ist auch geeignet zur Bekämpfung von normal sensiblen und resistenten Milben der Typen Parasitiformes, Tetrabodili, Trombidiformes und Sarcoptiformes.

Die folgenden Beispiele sollen die Erfindung erläutern; wenn nicht anders vermerkt, beziehen sich die Prozentangaben auf das Gewicht.

B e i s ρ i ρ Ϊ 1

Ein 2,5-1-Kolben wurde mit 92 g (1 Mol) Glyoxylsäurehydrat (100%) beschickt und mit einem Eis-Kochsalz-Gemisch gekühlt. Innerhalb 30 Minuten wurden 116 g (1 Mol) Chlorsulfonsäure zugesetzt, während das Umsetzungsgemisch mittels eines mechanischen Rührers gerührt wurde. Nach weiteren 15 Minuten wurden unter Kühlung und Rühren innerhalb 15 Minuten 354 g (2,2 Mol) Brombenzol zugegeben. Dann wurden 116 g (1 Mol) Chlorsulfonsäure während eines Zeitraums von 1,5 Stunden zu dem Gemisch hinzugefügt, und zwar unter Rühren und Kühlung auf 0 bis 5° C. Die Temperatur der bräuniiehrötlichen Suspersion wurde nach Beendigung des Zusatzes auf 20° C ansteigen gelassen. Das Gemisch wurde dann 5 Stunden lang bei 20⁰C gehalten. Während dieses Zeitraumes entwickelte sich mit abnehmender Intensität HCl, und das Reaktionsgemisch wurde eine viskose Paste. Das Aufhören der HCl-Entwicklung zeigte das Ende der Reaktion an. Dann wurden 400 ml Wasser zu der Reaktionsmasse hinzugefügt, wobei die Temperatur auf 70⁰C anstieg. Es wurden 1,4 1 Toluol hinzugesetzt, und das Gemisch wurde auf 80 bis 100⁰C erhitzt. Das Rühren wurde abgebrochen, nachdem das feste Material in Lösung gegangen war. Die Phasen wurden getrennt, und die wäßrige Schicht wurde verworfen. Die Toluolschicht wurde dreimal mit jeweils 150 ml heißem Wasser gewaschen. Es wurde 1 1 Toluol abdestilliert

und der Rückstand auf 0 bis 10 C abgekühlt. Der gebildete Niederschlag wurde abfiltriert, mit 200 ml Toluol gewaschen und bei 80^JC getrocknet. Es wurden 210 g Bis-(p-bromphenyl)-essigsäure mit einem Schmelzpunkt von 184C erhalten (Ausbeute 56%).

Das so erhaltene Produkt, d. h. die Bis-(p-bromphenylj-essigsäure, wurde durch folgende Arbeitsweise in das erwünschte Endprodukt, d. h. die 4,4'-Dibrombeni'.isäure, übergeführt.

In einen 750-ml-Kolben wurden 185 g Bis-(p-bromphenyl)-essigsäure (0,5 Mol), 100 ml Tetrachlorkohlenstoff und 82,5 g Phosphortrichlorid (0.6 Mol) gegeben. Das Gemisch wurde unter Rühren bis zum gelinden Sieden unter Rückfluß (72C) erhitzt. Während eines Zeitraumes von 40 Minuten wurden 192 g (1.2 Mol) Brom hinzugefügt, und das Gemisch wurde gerührt und während 12 Stunden unter Rückfluß erhitzt. Dann wurden während 10 Minuten 200 ml Wasser hinzugegeben, und die Lösung wurde auf 40"C abgekühlt. Die Reaktionsmasse wurde in einen 2,5-1-Sulfierkolben übergeführt, unr¹ unter Rühren wurden 813 g Natriumhydroxyd (30%) innerhalb von 15 Minuten zugefügt (es tritt exotherme Reaktion ein). Das Reaktionsgemisch wurde unter Rückfluß erhitzt und der Tetrachlorkohlenstoff abdestilliert. Auf der Lösung bildete sich Schaum, der jedoch verschwand, als der gesamte Tetrachlorkohlenstoff entfernt worden war. Das Reaktionsgemisch wurde während einer weiteren Stunde unter Rühren unter Rückfluß erhitzt, wobei das Natriumsalz der 4,4'-Dibrombenzilsäure ausfiel. Das Salz wurde abfiltriert. Das Natrium-4,4'-Dibrombenzilat wurde in 300 ml Wasser gelöst und in einen 2,5-1-Sulfierkolben eingefüllt, zu dem dann noch 500 ml Toluol gegeben wurden. Diese Lösung wurde dann auf eine Temperatur von 100" C während eines Zeitraumes von 30 Minuten erhitzt. Hierzu wurden unter kräftigem Rühren 100 g HCl (30%) hinzugefügt. Anfänglich fiel die freie Säure aus, löste sich dann aber im Toluol (Volumen 1460 ml) auf. Als vollständige Lösung eingetreten war, wurde die wäßrige Phase abgetrennt und das Toluol dreimal mit je 150 ml heißem Wasser gewaschen.

Die Toluol-Lösung wurde zur Trockene eingedampft und das Produkt im Ofen getrocknet. Es wurden 191 g eines leicht gelblichen Produktes, d. h. 4,4'-Dibrombenzilsäure, mit einem Schmelzpunkt von 100⁰C erhalten.

Analyse:

KOCH₃-Titration 96.6%

Brom (Wurtz) 98,4%

Das Zwischenprodukt Bis-(p-bromphenyl)-bromacetylbromid konnte isoliert werden durch Verdünnen des Bromierungsgemisches mit Tetrachlorkohlenstoff und aufeinanderfolgendes Auswaschen bei O⁰C mit Bisulfitlösung, Sodalösnng und Wasser. Die so behandelte Lösung wurde konzentriert und das Produkt durch Auskristallisieren erhalten. Das Produkt besitzt einen Schmelzpunkt von 115° C, die Elementaranalyse sowie die IR- und NMR-Spektren beweisen die angegebene Molekularstruktur.

Die wie oben angegeben erhaltene 4,4'-Dibrombenzilsäure kann mit p-Toluolsulfonsäure und Isopropanol in Toluol unter Bildung des entsprechenden Isopropylesters verestert werden.

Die Veresterung kann auch in Isopropanol mit HCl-Gas und anschließendem Umkristallisieren aus Petroläther vorgenommen werden.

Beispiel 2

Entsprechend der im Beispiel 1 beschriebenen Arbeitsweise mit der Abwandlung, daß Chlorbenzol als Ausgangsmaterial verwendet und das Zwischenproduki Bis-(chlorphenyl)-essigsäure chloriert worden ist, wurde die entsprechende ~4.4'-Dichlorber,zilsäure erhalten.

Beispiel 3

Es wurden 61.2 g Glyoxylsüure-äthylester*) (50'I_n) zusammen mit 105 g Brombenzol in einen mit mechanischem Trichter. Thermometer. Tropftrichter ausgestatteten 500-ml-Dreihalskolben gegeben. Zu dem

is gut gerührten und gekühlten Gemisch wurden während eines Zeitraumes von 2 Stunden 400 g Schwefelsäure (100%. Monohydra:.) in der Weise hinzugefügt, daß die Temperatur zwischen 0 und 5 C gehalten werden konnte. Nach Beendigung des Zusaizes Heß man das Reaktionsgcmis ■■ sich auf Umgebungstemperatur erwärmen, und darn wurde das Gemisch weitere 16 Stunden lang gerührt. Die beigefarbene Suspension wurde auf ein Gemisch aus 600 g zerstoßenem Eis und 120 g Natriumchlorid gegossen.

Das Wasser wurde abdekantiert und der Rückstand in 150 ml Äthanol gelöst. Zu dieser Lösung wurden 500 ml Natriumhydroxyd (10%) zugesetzt, und das Gemisch wurde während 2 Stunden am Sieden gehalten. Nach dieser Zeit war der Alkohol entfernt und der Ester hydrolysiert. Das Gemisch wurde dann mit Salzsäure (10%) gegen Kongorot angesäuert und dann mit Natriumchlorid gesättigt. Die wäßrige Lösung wurde abdekantiert, und der Rückstand wurde aus Äthanol umkristallisiert. Es wurde die Bis-(p-bromphenyl)-essigsäure in einer Ausbeute von 48 g erhalten.

Beispiel 4

65 g Diisopropoxy-isopropylacetat**) und 105 g Brombenzol wurden in einem 500-ml-Dreihalsrundkolben vermischt, der mit einem mechanischen Rührer. Thermometer und Tropftrichter ausgestattet war. Zu dem gut gerührten und gekühlten Gemisch wurden während eines Zeitraumes von 1.5 Stunden 400 g Schwefelsäure (100%, Monohydrat) hinzugefügt. Nach dem Zusatz wurde das Gemisch zur Erwärmung stehengelassen und weitere 16 Stunden lang hei Umgebungstemperatur gerührt. Die rote Reaktionsmasse wurde dann auf gestoßenes Eis gegossen und mit Natriumchlorid gesättigt. Die wäßrige Lösung wurde abdekantiert, der Rückstand in 200 ml Äthanol gelöst und durch zweistündiges Sieden mit 500 ml Natriumhydroxyd (10%) hydrolysiert, wobei der Alkohol verdampfte. Die Lösung wurde dann gegen Kongorot mit Salzsäure (10%) angesäuert und mit Natriumchlorid (Jesättigt. Die wäßrige Lösung wurde abdekantiert und der Rückstand aus Äthanol umkristallisiert. In einer Ausbeute von 14 g wurde Bis-(p-bromphenyl)-essigsäure erhalten.

*) Der G.yoxylsä'ire-älhylester wurde hergestellt aus Weinsäurediäthylesler und Bleitetraacetat nach der in Org. Synth. Coll., Vol. IV, 124, beschriebenen Arbeitsweise.

**) Das Diisopropoxy-isopropyl-acetat wurde hergestellt durch Rückflußkochen von Glyoxylsäure, Isopropanol, Benzol und einer kleinen Menge konzentrierter Salzsäure und anschließende Entfernung des Wassers aus dem Reaktionsgemisch durch azeotrope Destillation.

Beispiel 5

Gemäß der im Beispiel 1 vorstehend beschriebenen Arbeitsweise, mit der Abwandlung, daß die Chlorsulfonsäure in der ersten Umsetzungsslufe durch Schwefelsäure ersetzt worden war, wurde in einer Ausbeute, die derjenigen nach Beispiel 1 vergleichbar war, das erwünschte Zwischenprodukt, d. h. Bis-(pbromphenylj-essigsäure, erhalten.

Analog der im Beispiel 1 der vorliegenden Anmeldung beschriebenen Methode wurden folgende Benzilsäurederivate der allgemeinen Formel I erhalten

CH., F Cl J

Br*) Beispiel I.

Γρ. I C)

bis LV) bis LV) bis 140 bis 164 18') bis 192 bis 186

Au·-beule {"« der Theoi

47

26

69

55.5

56.5

57,5

Claims

Patentanspruch:

Verfahren zur Herstellung von Benzilsäureverbindungen der allgemeinen Forme!

R,

R,

OH bemüht. Benzilsäure in Pyridin zu bromieren, aber diese Versuche waren erfolglos, weil praktisch das gesamte Ausgangsmaterial zurückerhalten wurde.

Die vorliegende Erfindung schlägt demgegenüber ein einfaches und neuartiges Verfahren vor, mit dessen Hilfe Benzilsäureverbindungen in hoher Ausbeute und ohne die Nachteile der bisherigen Arbeitsweisen erzielt werden können.

Dieses Verfahren zur Herstellung von Benzilsäureverbindungen der allgemeinen Formel

COOH

in der R₁ Wasserstoff, Fluor, Chlor, Brom, Jod oder Methyl bedeutet, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Benzol der Formel