DE2703640A1

DE2703640A1 - Verfahren zur herstellung von aromatischen methylendioxy-verbindungen

Info

Publication number: DE2703640A1
Application number: DE19772703640
Authority: DE
Inventors: Paolo Maggioni
Original assignee: Brichima SpA
Current assignee: ENICHEM SYNTHESIS SpA PALERMO IT
Priority date: 1976-01-30
Filing date: 1977-01-28
Publication date: 1977-08-04
Also published as: IT1054578B; CH605902A5; US4183861A; FR2339605B1; JPS52113967A; GB1518064A; DE2703640C2; BE850877A; CA1068287A; FR2339605A1; NL7700932A

Description

PROF. DR. DR. J. REITSTÖTTER DR.-ING. WOLFRAM BUNTE DR. WERNER KINZEBACH

D-BOOO MÜNCHEN 4O. BAUERSTRASSE 22 · FERNRUF (O8B) 37 63 S3 · TKLEX SCIBCOS ISAR O POSTANSCHRIFT: POSTFACH 7SO. D-BOOO MÜNCHEN 43

* * München, 28. Januar 1977

Γί/ΐ8026 Μ/18 026

BRICHIMA S.p.A.

Via del Vecchio Poiitecnico, 3

Mailand / Italien

Verfahren zur Herstellung von

ssss = ss = ss = ssss=5s = ss:sssssssssss

aromati sehen Methylendioxy-Verbindungen

Es = s=sc:s=ss:=ssrss=:s:ssss

Die Erfindung betrifft ein neues Verfahren zur Herstellung aromatischer Methylendioxy-Verbindungen durch Methylenierung von aromatischen o-Dihydroxy-Verbirdüngen.

Die vorstehend genannte Verbindungsklasse umfaßt zahlreiche bedeutende Verbindungen mit vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten in der Industrie, insbesondere auf dem Gebiet der pharmazeutischen und kosmetischen Produkte. Beispiele hierfür sind Oxolinsäure ("oxolinic acid") und Piperonal.

Es wurden bereits mehrere Verfahren zur Herstellung dieser Verbindungen, insbesondere durch Methylenierung von o-Dihydroxy-Derivaten, empfohlen. Jedoch weisen alle bisher beschriebenen Verfahren mindestens einen der folgenden Nachteile auf:

a) die Verwendung kostspieliger Methylenierungsmittel, wie Brom- und Jod-Derivate,

b) die Verwendung verdünnter wäßriger Lösungen zur Begünstigung des intramolekularen Cyclisierungsverfahrens in Bezug auf die intermolekularen Verfahren, die zur Bildung von Dimeren und Polymeren führen. Es ist ersichtlich, daß beim Arbeiten mit starken Verdünnungen Probleme, wie die geringe Produktivität, die Abtrennung der Mutterlaugen und deren Wiedergewinnung, auftreten, wodurch diese Verfahren unwirtschaftlich werden.

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H/18026 - ϊ -

•Μ ·

c) Die Verwendung von dipolaren aprotischen Lösungsmitteln, wie DimethylsuIfoxid und Dimethylformamid, unter wasserfreien Bedingungen. In diesem Falle erhält man zwar gute Ausbeuten an Dioxymethylen-Derivaten und gute Reaktionsgeschwindigkeiten, jedoch werden die Herstellungskosten durch den Verbrauch und den möglichen Wiedergewinnungscyclus für kostspielige Lösungsmittel beträchtlich gesteigert.

Es wurde nunmehr ein neues Verfahren gefunden, das diese Nachteile nicht aufweist.

Das neue Verfahren besteht im wesentlichen in der direkten Methylenierung von aromatischen o-Dihydroxy-Derivaten der Formel

worin R, das Ibis 3 Stellungen indem Benzolring substituiert, eine Alkylgruppe mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen, eine Aldehydgruppe, eine Carboxylgruppe oder eine Alkoxygruppe mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen, ein Halogenatom oder eine Nitrogruppe sein kann,

mittels Methylenchlorid in einer konzentrierten wäßrigen Lösung in Anwesenheit von speziellen Ammonium-, Phosphonium- oder Arsonium-Salzen als Katalysatoren.

Die Ammoniumsalze, die das erfindungsgemäße Verfahren ermöglichen, wählt man aus der Gruppe der Verbindungen der allgemeinen Formel

^Rl_x /^R3

N Br

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worin R^, R₂, R₃ und R₄, die gleich oder verschieden sein können, Alkylgruppen mit 2 bis 8 Kohlenstoffatomen darstellen,

und den Verbindungen der allgemeinen Formel

(CH₂-CH₂-O)_y H

R-N- CH₀ - CcH,-■ <L ob

(CH₂-CH₂-O) H

worin R = Alkyl mit 10 bis 20 Kohlenstoffatomen, y = 1 bis 12, X «' Cl oder Br.

Die erfindungsgemäß als Katalysatoren verwendbaren Phosphonium- und Arsonium-Salze entsprechen der allgemeinen Formel

worin X=P oder As, R., R_,

R₃ und R₄, die gleich oder ver

schieden sein können, lineare Alkylreste mit 2 bis 8 Kohlenstoffatomen sind, Y β Cl oder Br.

Außer den vorstehenden quaternären Ammonium-, Phosphosnium- oder Arsonium-Salzen weisen auch andere quaternäre Ammonium-, Phosphonium- oder Arsonium-Salze beim erfindungsgemaßen Verfahren eine katalytische Wirkung auf, jedoch ermöglichen lediglich die vorstehenden Katalysatorklassen ein nützliches industrielles Verfahren unter Verwendung von Methylenchlorid·

Mit anderen quaternären Salzen erhält man gute Ausbeuten nur unter Verwendung von Methylenbromid. Hierdurch wird das Verfahren jedoch unwirtschaftlich, da es sich beim Methylenbromid um ein für industrielle Zwecke kostspieliges Produkt handelt.

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M[/l8O26 - jr-

Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich also als industriell wertvolles Verfahren aus und erweist sich im Rahmen der aufgezeigten Definitionen, die die Anwendung von Methylenchlorid und von bestimmten Katalysatoren ermöglichen, im Vergleich mit bisher beschriebenen Verfahren als fortschrittlich.

Ohne die Verwendung der Katalysatoren aus der Gruppe der quaternären Ammonium-, Phosphonium- oder Arsonium-Salze findet die Reaktion nicht statt.

Auch in Anwesenheit von Ammonium-, Phosphonium- oder Arsoniurajodiden tritt keine Reaktion ein.

Bei der praktischen Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Mischung von Methylenchlorid, einer wäßrigkonzentrierten Lösung des Natriumsalzes des aromatischen o-Dihydroxy-Derivats mit einer geringen Menge des Katalysators heftig bewegt bzw. gerührt.

Alternativ können festes oder wäßriges Natriumhydroxid und die aromatische o-Dihydroxy-Verbindung entweder als solche oder in wäßriger Lösung gleichzeitig oder nacheinander zu der Lösung des Katalysators in Methylenchlorid gefügt werden.

Die Reaktionsprodukte werden im Maße ihrer Bildung durch das Methylenchlorid extrahiert, wodurch es am Ende der Umsetzung ausreicht, die organische Schicht abzudekantieren, wodurch das Reaktionsprodukt rasch von den in der wäßrigen Schicht verbleibenden Ausgangsverbindungen abgetrennt wird. Das Methylenchlorid wird zunächst von der organischen Phase abdestilliert und in das Verfahren zurückgebracht, worauf das Methylendioxy-Produkt in hoher Reinheit abdestilliert wird.

Der Katalysator verbleibt als Rückstand und kann wiedergewonnen und recyclisiert werden. Die Menge des Methylenchlorids kann von 1 bis 5 Mol pro Mol der hydroxylierten aromatischen Verbindung variieren. Wie jedoch aus dem Vorstehenden ersichtlich ist, ist es vorteilhaft, einen Überschuß an Methylen-

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• Τ·'

Chlorid zu verwenden, um zweiphasig zu arbeiten und das Produkt in die organische Phase zu extrahieren.

Die Katalysatoren werden in Mengen von 1 bis 10 Mol-%, bezogen auf die aromatische Dihydroxy-Verbindung, verwendet und können in das Verfahren zurückgeführt bzw. recyclisiert werden.

Die Menge des Natriumhydroxids liegt bei 30 bis 150 Äquivalent-%, bezogen auf das zugesetzte Diphenol.

Die Konzentration des Diphenolnatriumsalzes in der wäßrigen Phase sollte bei 0,1 bis 40 Gewichts-% gehalten werden.

Die Reaktion verläuft bei 30 bis 120°C, jedoch erhält man maximale Reaktionsgeschwindigkeiten bei 60 bis 90°C.

Die folgenden Beispiele dienen zur Erläuterung der Erfindung, ohne sie zu beschränken.

Beispiel 1

100 ml (1,56 Mol) Methylenchlorid, 6,42 g (0,02 Mol) Tetrabutylammoniumbromid und 200 ml Wasser werden in einen Autoklaven eingebracht, worauf man nacheinander insgesamt 15 g (0,1362 Mol) Brenzcatechin und 15,9 g (0,3975 Mol) NaOH in Flockenform einbringt.

Die Reaktionstemperatur liegt bei 70°C, und der Druck steigt auf ein Maximum von 2,4 Atmosphären an. Die Reaktion ist nach 3 Stunden beendet.

Nach dieser Zeit wird die organische Phase abgetrennt, überschüssiges Methylenchlorid wird abdestilliert und recyclisiert, worauf man 13,8 g reines Methylendioxybenzol durch Destillation erhält, was einer Ausbeute von 83 % entspricht.

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Das Tetrabutylammoniumbromid verbleibt als Destillationsrückstand, aus dem es wiedergewonnen und wieder verwendet werden kann.

Beispiel 2

Man arbeitet wie in Beispiel 1 beschrieben, verwendet jedoch Hexadecyltributylphosphoniumbromid anstelle des Tetrabutylammoniumbromid s. Man erhält 11,65 g Methylendioxybenzol, entsprechend einer Ausbeute von 70 %.

Beispiel 3

ICX) ml (1,56 Mol) Methylenchlorid und 6,42 g (0,02 Mol) Tetrabutylammoniumbromid werden in einen Autoklaven eingebracht, und man bringt unter Bewegen bzw. Rühren bei 80°C insgesamt 24,8 g (0,2 Mol) 4-Methy!brenzcatechin und 24 g (0,6 Mol) Natriumhydroxid in Flockenform ein.

Die Reaktionszeit beträgt 5 Stunden.

Man geht vor wie in Beispiel 1 und erhält 19,4 g 1-Methyl- 3,4-methylendioxybenzol entsprechend einer Ausbeute von 71,3 %·

Beispiel 4

100 ml Methylenchlorid, 6,4 2 g Tetrabutylammoniumbromid und 200 ml Wasser werden in einen Autoklaven eingebracht, worauf man insgesamt 27,6 g (0,2 Mol) Protocatechu-aldehyd und 24 g (0,6 Mol) Natriumhydroxid in 30 ml Wasser portionsweise bei einer Temperatur von 70°C zufügt. Der Druck steigt auf «in Maximum von 2,4 Atmosphären an.

Die Reaktionszeit beträgt 4 Stunden.

Danach kühlt man auf Raumtemperatur, trennt die organisch· Phase ab, gewinnt daraus überschüssiges Methylenchlorid durch Destillation und isoliert 21 g hochreines Piperonal (Ausbeute 70 %).

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H/18026 - * -

Das Produkt wurde durch Gaschroraatographie und IR-Spektrum mit Vergleich mit einer reinen Probe identifizert·

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Claims

1^/18026 - jf-

Patentansprüche

\. 1,/Verfahren zur Herstellung aromatischer Methylendioxy-Verbindungen durch Methylenieren von aromatischen o-Dihydroxy-Verbindungen, dadurch gekennzeichnet.
Formel

daß man aromatische o-Dihydroxy-Verbindungen der

worin R, das den Benzolring in 1 bis 3 Stellungen substituiert, eine Alkylgruppe mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen, eine Aldehydgruppe, eine Carboxylgruppe oder eine Alkoxygruppe mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen, ein Halogenatom oder eine Nitrogruppe sein kann,

mit Methylenchlorid in einer konzentrierten wäßrigen Lösung in Anwesenheit von Ammonium-, Phosphonium- oder Arsonium-Salzen als Katalysatoren umsetzt.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man den Katalysator aus der Gruppe von

a) quaternären Ammoniumsalzen der Formel

Br

worin R.., R₂, R- und R₄, die gleich oder verschieden sein können, Alkylreste mit 2 bis 8 Kohlenstoffatomen bedeuten,

b) quaternären Ammoniumsalzen der Formel

709831/0988 ORIGINAL INSPECTED

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- Sr -

(CH₂-CH₂-O) H
R - N - CH₂ - C₆H₅
(CH₂-CH₂-O) H

worin R ein Alkylrest mit IO bis 20 Kohlenstoffatomen ist, y = 1 bis 12, X = Cl oder Br,

c) quaternären Phosphonium- oder Arsonium-Salzen der
Formel

worin X=P oder As, R^, R„, R^ und R-, die gleich
oder verschieden sein können, lineare Alkylreste mit 2 bis 18 Kohlenstoffatomen bedeuten, Y = Cl oder Br,

wählt.

3. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man 1 bis 5 Mol Methylenchlorid pro Mol der aromatischen o-Dihydroxy-Verbindung verwendet.

4. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man den Katalysator in Mengen von 1 bis 10 Mol-%, bezogen auf die aromatische Dihydroxy-Verbindung,verwendet.

5. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Konzentration der aromatischen o-Dihydroxy-Verbindung in der wäßrigen Phase bei 0,1 bis 40 Gewichts-% hält.

6. Verfahren gemäß Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß man bei einer Temperatur von 30 bis 120°C und vorzugsweise von 60 bis 90⁰C arbeitet.

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