DE2108926A1 - 3-acyl-4-hydroxy-2-butenoic acid lactone prepn - from an alpha-ketocarboxylic acid and an alpha beta unsatd carbonyl cpd - Google Patents
3-acyl-4-hydroxy-2-butenoic acid lactone prepn - from an alpha-ketocarboxylic acid and an alpha beta unsatd carbonyl cpdInfo
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Abstract
Description
Verfahren zur Herstellung von 3-Acyl-4-hydroxy-buten-(2)-säurelactonen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von 3-Acyl-4-hydroxy-buten- (2) -säurelactonen durch Umsetzung von a-Oxo-carbonsäuren mit ,ß-ungesättigten Carbonylverbindungen mit einem Wasserstoffatom am ungesättigten a-Eohlenstoffatom.Process for the preparation of 3-acyl-4-hydroxy-buten (2) acid lactones The invention relates to a process for the preparation of 3-acyl-4-hydroxy-butene (2) acid lactones by reacting α-oxocarboxylic acids with β-unsaturated carbonyl compounds with a hydrogen atom on the unsaturated α-carbon atom.
Es ist aus Houben-Weyl, Methoden der organischen Chemie, Band 7/1, Seiten 85 ff und Organic Reactions, Band 16, Seiten 15 ff (John Wiley & Sons, Inc., New York 1968) bekannt, daB a,ß-ungesättigte Aldehyde oder Ketone, die am y-Kohlenstoffatom mindestens zwei Wasserstoffatome tragen, unter dem Einfluß eines basischen Katalysators mit Aldehyden eine Aldolreaktion eingehen. Die Kondensation findet an der 7-Stellung statt, die der Doppelbindung benachbart ist. Bei den Ketonen ergibt sich noch die zusätzliche Möglichkeit eines Angriffes an dem zweiten a-KohlenStoffatom zur Ketogruppe, wenn es mindestens zwei Wasserstoffatome trägt. Man erhält in meist unbefriedigenden Ausbeuten Polyen-Carbonylverbindungen, die wiederum nach dem gleichen Reaktionsprinzip weiterreagieren können. Je nach Konstitution der Ausgangsstoffe erhält man häufig schwer trennbare Gemische verschiedener Komponenten, außerdem treten Polymerisationen oder Verharzungen als Nebenreaktionen auf.It is from Houben-Weyl, Methods of Organic Chemistry, Volume 7/1, Pages 85 ff and Organic Reactions, Volume 16, Pages 15 ff (John Wiley & Sons, Inc., New York 1968) known that α, ß-unsaturated aldehydes or ketones, which am y carbon atom carry at least two hydrogen atoms, under the influence of one basic catalyst enter into an aldol reaction with aldehydes. The condensation takes place at the 7-position adjacent to the double bond. With the ketones there is also the additional possibility of an attack on the second α-carbon atom to the keto group if it bears at least two hydrogen atoms. You get in mostly unsatisfactory yields of polyene carbonyl compounds, which in turn follow the same Reaction principle can continue to react. Depending on the constitution of the starting materials one often obtains mixtures of different components that are difficult to separate, moreover polymerizations or resinification occur as side reactions.
4-IIydroxy-buten-(2)-säurelactone wurden bisher nur auf umstandlichem, mehrstufigem und unwirtschaftlichem Wege hergestellt, z.B. ausgehend von 3-Chlor-propandiol-(1,2) und Kaliumcyanid oder durch Umsetzung von 2,3-Epoxy-butansäureestern mit Eisessig und Bromwasserstoff (Houben-Weyl, loc. cit., Band VI/2, Seiten 658, 712 ff).4-IIydroxy-buten- (2) -acid lactones have so far only been used on inconvenient, produced in a multi-stage and uneconomical way, e.g. starting from 3-chloro-propanediol- (1,2) and potassium cyanide or by reacting 2,3-epoxy-butanoic acid esters with glacial acetic acid and hydrogen bromide (Houben-Weyl, loc. Cit., Volume VI / 2, pages 658, 712 ff).
Es wurde nun gefunden, daß man 3-Acyl-4-hydroxy-buten-(2)-säurelactone vorteilhaft erhält, wenn man a-Oxo-carbonsäuren mit Carbonylverbindungen, die in ,ß-Stellung eine Doppelbindung und an dem ungesättigten a-Kohlenstoffatom noch ein Wasserstoffatom tragen, umsetzt.It has now been found that 3-acyl-4-hydroxy-buten (2) acid lactones advantageously obtained when a-oxocarboxylic acids with carbonyl compounds in , ß-position a double bond and on the unsaturated a-carbon atom still carry a hydrogen atom.
Die Umsetzung kann für den Fall der Verwendung von Crotonaldehyd und Glyoxylsäure durch die folgenden Formeln wiedergegeben werden: Im Hinblick auf die bekannten Verfahren liefert das Verfahren nach der Erfindung überraschend 3-Acyl-4-hydrozy-buten-(2 )-säurelactone (a-Butenolide) auf einfacherem und wirtschaftlicherem Wege in besserer Ausbeute und Reinheit. Die Carbonylgruppe der a-Oxocarbonsäure reagiert mit der a-Stellung der Carbonylverbindung, was nach dem Stand der Technik nicht zu erwarten war. Da beide Ausgangsstoffe polyfunktionell sind, mußte angenommen werden, daß im Reaktionsgemisch verschiedene Reaktionen nebeneinander auftreten würden, z.B. Aldolisierung der Carbonylverbindung, Bildung von Polyen-Carbonylverbindungen, Diels-Alder-Reaktionen, und man entsprechend Gemische unterschiedlicher Endstoffe erhalten würde, Die vorteilhaften Ergebnisse des Verfahrens nach der Erfindung sind daher überraschend.In the case of using crotonaldehyde and glyoxylic acid, the conversion can be represented by the following formulas: With regard to the known processes, the process according to the invention surprisingly provides 3-acyl-4-hydrozy-buten-2-acid lactones (α-butenolides) in a simpler and more economical way in better yield and purity. The carbonyl group of the α-oxocarboxylic acid reacts with the α-position of the carbonyl compound, which was not to be expected from the prior art. Since both starting materials are polyfunctional, it had to be assumed that different reactions would occur side by side in the reaction mixture, e.g. aldolization of the carbonyl compound, formation of polyene-carbonyl compounds, Diels-Alder reactions, and mixtures of different end materials would be obtained accordingly. The advantageous results of the process according to the invention are therefore surprising.
Für das Verfahren kommen in der Regel als Ausgangsstoffe a-Oxocarbonsäuren der allgemeinen Formel a, ß-unge sättigte Carbonylverbindungen der allgemeinen Formel und somit Endstoffe der allgemeinen Formel in Frage, worin R1, R2, R3 und R4 gleich oder verschieden sein können und jeweils ein Wasserstafatom, einen aliphatischen, araliphatischen, cycloaliphatischen, aromatischen oder heterocyclischen Rest bedeuten, darüber hinaus können auch R2 und R3 zusammen mit den benachbarten Kohlenstoffatomen oder R3 und R4 zusammen mit dem benachbarten Kohlenstoffatom Glieder eines gemeinsamen alicyclischen oder heterocyclischen Ringes bezeichnen.As a rule, starting materials for the process are α-oxocarboxylic acids of the general formula a, ß-unge saturated carbonyl compounds of the general formula and thus end products of the general formula in question, in which R1, R2, R3 and R4 can be the same or different and each represent a hydrogen atom, an aliphatic, araliphatic, cycloaliphatic, aromatic or heterocyclic radical, in addition, R2 and R3 together with the adjacent carbon atoms or R3 and R4 together with the adjacent carbon atom denote members of a common alicyclic or heterocyclic ring.
Bevorzugte Ausgangsstoffe I und II und dementsprechend bevorzugte Endstoffe III sind solche, in deren Formeln R1, R2, R3 und R gleich oder verschieden sein können und jeweils ein Wasserstoffatom, einen Alkylrest mit 1 bis 7 Kohlenstoffatomen, einen Alkenylrest mit 2 bis 7 Kohlenstoffatomen, einen Cycloalkylrest mit 5 oder 6 Kohlenstoffatomen, einen Aralkylrest mit 7 bis 12 Kohlenstoffatomen, einen Naphthyl- oder einen Phenylrest bedeuten. Darüber hinaus können R2 und R3 zusammen mit den benachbarten Kohlenstoffatomen oder R3 und R4 zusammen mit dem benachbarten Kohlenstoffatom Glieder eines gemeinsamen 5- bis 8-gliedrigen Ringes, der neben Kohlenstoffatomen auch ein Stickstoffatom oder ein Sauerstoffatom enthalten kann, bezeichnen.Preferred starting materials I and II and accordingly preferred End products III are those whose formulas R1, R2, R3 and R are identical or different and each can be a hydrogen atom, an alkyl radical with 1 to 7 carbon atoms, an alkenyl radical with 2 to 7 carbon atoms, a cycloalkyl radical with 5 or 6 carbon atoms, an aralkyl radical with 7 to 12 carbon atoms, a naphthyl or denote a phenyl radical. In addition, R2 and R3 can be used together with the adjacent carbon atoms or R3 and R4 together with the adjacent carbon atom Members of a common 5- to 8-membered ring, in addition to carbon atoms may also contain a nitrogen atom or an oxygen atom.
Die genannten Reste und Ringe können noch durch unter den Reaktionsbedingungen inerte Gruppen und/oder Atome, z.B. Alkylgruppen, Alkoxygruppen mit jeweils 1 bis 4 Kohlenstoffatomen, Cyangruppen, Carbalkoxygruppen, den Phenylkern substituierende Chloratome, substituiert sein. Die Ausgangsstoffe können in stöchiometrischen Mengen oder im ueberschuß, vorzugsweise in einem Verhältnis von 1 bis 5 Mol des einen Ausgangsstoffs zu 1 Mol des anderen Ausgangsstoffs, verwendet werden.The radicals and rings mentioned can still be carried out under the reaction conditions inert groups and / or atoms, e.g. alkyl groups, alkoxy groups each with 1 to 4 carbon atoms, cyano groups, carbalkoxy groups, substituting the phenyl nucleus Chlorine atoms. The starting materials can be used in stoichiometric amounts or in excess, preferably in a ratio of 1 to 5 mol of the one starting material to 1 mole of the other starting material.
Geeignete a-Oxo-carbonsäuren sind z.B.: Glyoxylsäure, Brenztraubensäure, Phenylglyoxylsäure, Isobutylglyoxylsäure, Cyclohexylglyoxylsäure, Naphthylglyoxylsäure, p-Methoxyphenylglyoxylsäure, α-Oxo-phenylpropionsäure.Suitable a-oxocarboxylic acids are e.g .: glyoxylic acid, pyruvic acid, Phenylglyoxylic acid, isobutylglyoxylic acid, cyclohexylglyoxylic acid, Naphthylglyoxylic acid, p-methoxyphenylglyoxylic acid, α-oxo-phenylpropionic acid.
Geeignete ,ß-ungesättigte Carbonylverbindungen sind beispielsweise Acrolein, Crotonaldehyd, Dimethylacrolein, Cyclohexylidenacetaldehyd, Zimtaldehyd, Furyl-(2)-acrolein, Pyridyl-(2)-acrolein, Cyclohexyl-acrolein, Phenyl-crotonaldehyd; Methylvinylketon, Pent-3-en-2-on, Vinylphenylketon, Cyclohex-2-en-1-on, Isophoron, 5,6-Dihydro-y-pyran-4-on, Mesityloxid, Benzylvinylmethylketon, Vinylnaphthylketon, Cyclohexylidenaceton.Suitable, ß-unsaturated carbonyl compounds are, for example Acrolein, crotonaldehyde, dimethylacrolein, cyclohexylidene acetaldehyde, cinnamaldehyde, Furyl- (2) -acrolein, pyridyl- (2) -acrolein, cyclohexyl-acrolein, phenyl-crotonaldehyde; Methyl vinyl ketone, pent-3-en-2-one, vinylphenyl ketone, cyclohex-2-en-1-one, isophorone, 5,6-dihydro-y-pyran-4-one, mesityl oxide, benzyl vinyl methyl ketone, vinyl naphthyl ketone, Cyclohexylidene acetone.
Ein überraschender Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß eine Verwendung von Katalysatoren nicht notwendig ist. Bevorzugt wird die Reaktion in Abwesenheit von Katalysatoren durchgeführt. Gegebenenfalls können Katalysatoren, zweckmäßig basische Katalysatoren, zur Anwendung kommen0 Geeignet sind z.B. Aminsalze wie Piperidinacetat; Hydroxide wie Kalium-, Calcium-, Barium-, Bleihydroxid; Alkalisalze wie Kalium-, Natrium-carbonat, Kaliumcyanid, Natriumacetat, sek.-Natriumphosphat; basische Ionenaustauscher wie Polyvinylbenzylammonium- oder Polyalkylenaminharze; oder entsprechende Gemische.There is a surprising advantage of the method according to the invention in that the use of catalysts is not necessary. Is preferred the reaction carried out in the absence of catalysts. If necessary, can Catalysts, suitably basic catalysts, are used0 Suitable are, for example, amine salts such as piperidine acetate; Hydroxides such as potassium, calcium, barium, Lead hydroxide; Alkali salts such as potassium, sodium carbonate, potassium cyanide, sodium acetate, sec-sodium phosphate; basic ion exchangers such as polyvinylbenzylammonium or Polyalkyleneamine resins; or corresponding mixtures.
Der Katalysator kommt in der Regel in einer Menge von 0,01 bis 0,1 Mol je Mol a-Oxo-carbonsäure in Betracht.The catalyst usually comes in an amount from 0.01 to 0.1 Moles per mole of a-oxocarboxylic acid into consideration.
Die Reaktion wird im allgemeinen bei einer Temperatur zwischen 0 und 2000C, drucklos oder unter Druck, vorteilhaft unter dem sich bei der Reaktionstemperatur einstellenden Druck des Reaktionsgemischs, kontinuierlich oder diskontinuierlich durchgeführt. Bevorzugt kommen ohne Verwendung von Katalysatoren Temperaturen zwischen 40 und 2000C, insbesondere zwischen 80 und 1300C, und im Falle der Verwendung von Katalysatoren zwischen 0 und 100°C, insbesondere zwischen 20 und 50°C, in Frage. Gegebenenfalls verwendet man unter den Reaktionsbedingungen inerte Lösungsmittel wie Wasser; aliphatische Äther wie Diäthyläther; aromatische Kohlenwasserstoffe wie Benzol, Toluol; Halogenkohlenwasserstoffe wie Trichloräthylen; Ester wie Essigsäureäthylester; oder entsprechende Gemische. Das Lösungsmittel kommt zweckniäßig in einer Menge von 1 bis 5 Gew., bezogen auf zu Oxo -Oxo-carbonsäure, in Fragt.The reaction is generally carried out at a temperature between 0 and 2000C, without pressure or under pressure, advantageously below that at the reaction temperature adjusting pressure of the reaction mixture, continuously or discontinuously carried out. Temperatures between, without the use of catalysts, are preferred 40 and 2000C, in particular between 80 and 1300C, and in the case of using Catalysts between 0 and 100 ° C., in particular between 20 and 50 ° C., are possible. If appropriate, solvents which are inert under the reaction conditions are used like water; aliphatic ethers such as diethyl ether; aromatic hydrocarbons such as benzene, toluene; Halogenated hydrocarbons such as trichlorethylene; Esters such as ethyl acetate; or corresponding mixtures. The solvent conveniently comes in an amount From 1 to 5 wt., based on to oxo-oxo-carboxylic acid, in questions.
nie Reaktion kann wie folgt durchgeführt werden: Ein Gemisch der husga-ngsstoffe, gegebenenfalls zusammen mit einem Lösungsmittel, wird während 2 bis 4 Stunden bei der Reaktionstemperatur gehalten Zweckmäßig setzt man dem Ausgangsgemisch einen die ungesättigte Carbonylverbindung stabilisierenden Stoff, z.B. Hydrochinon, zu. Man kann auch zu Beginn der Reaktion einen der Ausgangsstoffe dem Restgemisch während 15 bis 45 Minuten zusetzen, Wenn der Siedebereich des Gemische über 1000C liegt, kann das Reaktionswasser aus dem Gleichgewicht bei Normaldruck oder auch im Vakuum abdestilliert werden. Das Wasser kann ebenfalls durch azeotrope Destillation mit einer Zu satzkomponenten, z.B. Benzol, entfernt werden Bei dem kontinuierlichen Betrieb wird das Ausgangsgemisch zweckmäßig bei der Reaktionstemperatur in den Reaktor eingeleitet und gleichzeitig das Reaktionsgemisch in eine Kolonne zur Destillation entspannt.Never reaction can be carried out as follows: A mixture of the husga-ng substances, optionally together with a solvent, is for 2 to 4 hours at the reaction temperature is advantageously kept one to the starting mixture the unsaturated carbonyl compound stabilizing substance, e.g. hydroquinone. One of the starting materials can also be added to the remainder of the mixture at the beginning of the reaction Add 15 to 45 minutes, If the boiling range of the mixture is above 1000C, the water of reaction can be out of equilibrium at normal pressure or in vacuo are distilled off. The water can also be used by azeotropic distillation an additional component, e.g. benzene, can be removed In operation, the starting mixture is expediently fed into the reactor at the reaction temperature initiated and at the same time the reaction mixture in a column for distillation relaxed.
Aus dem Reaktionsgemisch wird dann der Endstoff in üblicher Weise, zçBe durch Destillation oder Kristallisation, abgetrennt.The end product is then converted from the reaction mixture in the usual way, e.g. by distillation or crystallization.
Ein Überschuß an Ausgangs stoff kann entweder durch Destillation oder im Falle einer α-Oxo-carbonsäure auch durch Extraktion mit Natriumbicarbonatlösung entfernt werden.An excess of starting material can either by distillation or in the case of an α-oxocarboxylic acid also by extraction with sodium bicarbonate solution removed.
Die nach dem Verfahren der Erfindung herstellbaren Endstoffe sind wertvolle Ausgangsstoffe für die Herstellung von Lösungsmitteln, Farbstoffen, Kunststoffen, Anstrichmitteln, Pflanzenschutzmitteln, Riechstoffen und Kosmetika. Bezüglich der Verwendung wird auf die genannten Veröffentlichungen verwiesen.The end products which can be produced by the process of the invention are valuable raw materials for the production of solvents, dyes, plastics, Paints, pesticides, fragrances and cosmetics. Regarding the Use, reference is made to the publications mentioned.
Durch Abspaltung der 3-Acylgruppe können die in Ullmanns Encyklopädie der technischen Chemie, Band 14, Seiten 769 ff beschriebenen Lactone erhalten werden.By splitting off the 3-acyl group, the in Ullmanns Encyklopadie der technical chemistry, volume 14, pages 769 ff described lactones can be obtained.
Die in den folgenden Beispielen angeführten Teile bedeuten Gewichtsteile.The parts given in the following examples are parts by weight.
Beispiel 1 Zu 92 Teilen Glyoxylsäure-Hydrat werden bei 800C innerhalb von 30 Minuten 70 Teile Crotonaldehyd, stabilisiert mit 0,1 Gew.% Hydrochinon, unter Rühren portionsweise zugegeben. Das Reaktionsgemisch wird noch 1 1/2 Stunden bei 1000C gehalten und dann destilliert. Man er@@@@t 93 Teile (74 % der Theorie) 4-Methyl-3-formyl-4-hydroxy@@@@@@n@)-sä@relact@n (Kp0,5 = 95 bis 97°C., Das @@@nylhydr@ @@@@@@@@@@@@ @chmilzt bei 183,5 bis 1@@@@@. Example 1 To 92 parts of glyoxylic acid hydrate are at 80 ° C. within of 30 minutes 70 parts of crotonaldehyde, stabilized with 0.1 wt.% Hydroquinone, under Stirring added in portions. The reaction mixture is still 1 1/2 hours at Held 1000C and then distilled. Man he @@@@ t 93 parts (74% theory) 4-methyl-3-formyl-4-hydroxy @@@@@@ n @) - sä @ relact @ n (Kp0.5 = 95 to 97 ° C., The @@@ nylhydr @ @@@@@@@@@@@@ @chmilzt at 183.5 to 1 @@@@@.
Beispiel 2 Unter Rühren @@@@@n bei 80°C zu 92 Tei Glyoxylsä@@-Hydrat 70 Teil@ Methylvinylketon innerhalb @@ Minuten portions@ zugegeben. Man hält die Temperatur noch 15 Minuten bei 80°C, 15 Minuten bei 95°C und erhöht dann auf 110°C. Nach weiteren 2 Stunden werden 89 Teile (71 % der Theorie) 3-Acetyl-4-hydroxybuten-(2)-säurelacton durch Destillation bei Kp3 = 121°C abgetrennt. Das Phenylhydrazon schmilzt bei 193,5 bis 194°C. Example 2 With stirring @@@@@ n at 80 ° C to 92 parts of glyoxylic acid hydrate 70 parts of methyl vinyl ketone were added in portions within minutes. You keep that Temperature for another 15 minutes at 80 ° C, 15 minutes at 95 ° C and then increased to 110 ° C. After a further 2 hours, 89 parts (71% of theory) of 3-acetyl-4-hydroxybutene- (2) -acid lactone separated by distillation at bp3 = 121 ° C. The phenylhydrazone melts at 193.5 up to 194 ° C.
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Cited By (1)
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| WO2000053581A3 (en) * | 1999-03-05 | 2000-12-21 | Novuspharma Spa | Heterocyclic compounds having antitumor activity |
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- 1971-02-25 DE DE19712108926 patent/DE2108926C3/en not_active Expired
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