DE2851371C2

DE2851371C2 - Verfahren zur Herstellung von Ketonen

Info

Publication number: DE2851371C2
Application number: DE19782851371
Authority: DE
Inventors: Georg Dipl.- Chem. Dr. 6238 Hofheim Schaeffer; Werner Dipl.-Chem. Dr. 6233 Kelkheim Spielmann
Original assignee: Hoechst AG
Current assignee: Hoechst AG
Priority date: 1978-11-28
Filing date: 1978-11-28
Publication date: 1981-01-29
Also published as: JPS5576822A; JPS6341891B2; DE2851371B1

Description

Ketone sind wertvolle Zwischen- und Endprodukte auf zahlreichen wichtigen Fachgebieten, z. B. auf dem Gebiet der Farbstoffe, der Pflanzenschutzmittel, der Pharmazeutika und Lösungsmittel etc.

Zur Herstellung von Ketonen ist eine Reihe von klassischen Methoden bekannt Eine neuere Methode geht von Carbonsäurehalogeniden aus, welche mit aluminiumorganischen Verbindungen (Al-Alkyle und Alkyl-Al-halogenide) zu den jeweiligen Ketonen umgesetzt werden.

Als Lösungsmittel für diese Umsetzung hat man zuröchst Benzol verwendet, worin man die Reaktion bei Temperaturen bis zu 80°C durchführte [J. Am. Chem. Soc. 73, 2854-56 (1950)1 Für diese Methode sind zwar ziemlich hohe Ketonausbeuten angegeben, doch läßt es sich hier nicht vermeiden, daß infolge der katalytischen Wirkung der verwendeten Al-Verbindungen auch Friedel-Crafts-Acylierungen des Lösungsmittels Benzol stattfinden, wodurch natürlich nicht unerhebliche Ausbeuteverluste eintreten und sich u. U. Schwierigkeiten bei der Abtrennung und Reinigung des gewünschten Ketons ergeben können.

Zur Vermeidung von Friedel-Crafts-Acylierungen des Lösungsmittels hat man das Lösungsmittel Benzol dann durch aliphatische Kohlenwasserstoffe (Pentan, Hexan etc.) ersetzt [Fette-Seifen-Anstrichmittel 64,881 -86 (1961)]. Die Reaktionstemperatur soll hier aber nicht wesentlich höher als 0°C liegen, da andernfalls infolge vermehrter Bildung von Nebenprodukten die Ausbeute an dem gewünschten Keton absinken soll.

Bei der Erprobung weiterer, möglichst noch günstigerer Lösungsmittel hat man schließlich als »Lösungsmittel der Wahl« das Methylenchlorid CH₂CI₂ gefunden [Tenside 4, 167-71 (1967); Organometalic Chemical Reviews A, S. 67-136, insbesondere S. 55/56 (1968); Houben Weyl, Bd. Vll/2a. 4. Aufl., Ketone. Teil I, S. 573-575 (1973)]. Dieses Lösungsmittel besitzt gegenüber den vorher als Lösungsmittel verwendeten aromatischen und aliphatischen Kohlenwasserstoffen den Vorteil, diiu darin praktisch alle Reaktionspartner und Endprodukte löslich sind. Die Reaktinnstcmperatur soll mich bei dieser Verfahrensweise nicht höher als etwa OC — möglichst jedoch darunter — sein, da — wie in der einschlägigen Literatur mehrfach deutlich hervorgehoben ist — bei Temperaturen über etwa O⁰C unerwünschte Nebenreaktionen immer stärker zunehmen und damit natürlich die Ausbeute an den gewünschten Ketonen immer weiter abnehmen sollen.

Nach dem einschlägigen Stand der Technik bestand also — sofern man keine beträchtliche Ausbeuteverminderung in Kauf nehmen wollte — ein klares Vorurteil dagegen, die bekannte Ketonsynthese aus Carbonsäurehalogeniden und Al-organischen Verbindungen in CH₂Cl₃ bei Temperaturen über etwa 0^cC durchzuführen. Andererseits muß aber zwecks Einhaltung der erforderlichen tiefen Reaktionstemperaturen wegen der exothermen Umsetzung ein nicht unerheblicher Kühlungsaufwand getrieben werden. Wegen des ansonsten guten Verlaufs und der guten Ausbeuten sowie der Möglichkeit, nach dieser Methode auf andere Weise nicht oder schwer erhältliche Ketone herstellen zu können, war es daher wünschenswert und bestand die Aufgabe, die Methode noch zu verbessern und möglichst wirtschaftlicher zu gestalten.

Diese Aufgabe konnte erfindungsgemäß in einfacher und ausgezeichneter Weise dadurch gelöst werden, daß man die fragliche Umsetzung bei Temperaturen, bei welchen die Wärmeabfuhr wesentlich wirtschaftlicher vorgenommen werden kann, d. h. im Bereich zwischen etwa 20 und etwa 60° C, durchführt. Überraschenderweise treten die von der einschlägigen Literatur vorhergesagten verschlechterten Ausbeuten (gegenüber der Durchführungsweise bei Temperaturen um oder unter 0°C) nicht — oder jedenfalls nicht in einem ins Gewicht fallenden Ausmaß — ein. In vielen Fällen

jo wurde sogar eine erhebliche Ausbeutesteigerung festgestellt Die Erfindung hat somit ein klares technisches Vorurteil überwunden und gleichzeitig ein bekanntes vorteilhaftes Verfahren noch vorteilhafter und wirtschaftlicher gemacht.

Γ) Erfindungsgegenstand ist nun ein Verfahren zur Herstellung von Ketonen durch Umsetzung von Carbonsäurehalogeniden, die keine weiteren funktioneilen Gruppen besitzen, welche mit AI-Alkyl oder Alkyl-Al-halogeniden in unerwünschter Weise reagie-

4Ii ren können, mit Al-Alkylen oder Alkyl-Al-halogeniden, gegebenenfalls in Gegenwart eines Aluminiumhalogenide, in CH2CI2 als Lösungsmittel und Zersetzung des entstehenden Ketonkomplexes mit Wasser, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man die Umsetzung im

j) Temperaturbereich von etwa 20 bis etwa 40°C unter Normaldruck und im darüberliegenden Temperaturbereich bis etwa 60°C unter autogenem (Über-)Druck durchführt.

Das Verfahren eignet sich zur Herstellung aller

~>n möglichen Ketone. Voraussetzung ist /ediglich, daß die Ausgangs-Carbonsäurehalogenide keine weiteren funktio.iellen Gruppen besitzen, welche mit Al-Alkylen oder Alkyl-AI-halogcniden in unerwünschter Weise reagieren können. Ansonsten können die Carbonsäurehaloge-

r> nide aliphatischen aromatischer, araliphatischer oder heterocyclischer Natur sein und sowohl eine oder mehrere Säurchalogenidgruppen besitzen. Bevorzugte Carbonsäurehalogenide sind solche, welche von der allgemeinen Formel

R¹COX

umfaßt werden, in welcher

_h·, R¹ = a) ein gesättigter oder ungesättigter, verzweigter oder tinverzweigter aliphatischer Rest, vor zugsweise mit 4 bis 20. insbesondere mit 4 bis 8 C-Atomen;

b) ein gegebenenfalls ein- oder mehrfach substituierter Aryl-, vorzugsweise Phenylrest; wenn der Aryl- bzw. Phenylrest substituiert ist, ist er dies vorzugsweise 1- oder 2mal, und zwar hauptsächlich durch Q- C-Alkylreste — insbesondere CH₃ —, Halogen, insbesondere Cl, Br, -NO₂, COOR' (R' = C,-C₄-AIlCyI, vorzugsweise CHi), Sulfamoyl SO₃NH₂ oder SO₂NR"R'" (R" und R'"=organische Reste) etc.

c) ein Aralkylrest, dessen aromatischer Teil vorzugsweise ein Phenylrest ist und in gleicher Weise 1- oder mehrfach substituiert sein kann wie der unter b) genannte Arylrest, und dessen aliphatischen Teil vorzugsweise 1 —3 C-Atome besitzt, oder

d) ein heterocyclische — vorzugsweise O- und/oder S-haltiger heterocyclischer — Rest, insbesondere Furyl- oder Thiophenylrest, und

X = Halogen (CJ, 3r, J), vorzugsweise Cl.

Als konkrete Ausgangs-Carbonsäurehalogenide seien in beispielhafter Weise genannt:

n-Butyrylchlorid

n-Octadecansäurechlorid

3,3-Dimethylacrylsäurechlorid

Benzoylchlorid

o-Chlorbenzoylchlorid

p-Chlorbenzoylchlorid

iChlor-S-methylbenzoylchlorid

2,6-DichlorbenzoyIchlorid

m- Brombenzeylchlorid

p-Brombenzoylchlorid

p-Methylbenzoylchlorid

p-tert-Butyl-benzoylchlorid

p-Nitrobenzoylchlorid

p-Carbomethoxybenzoylchlorid

m-Carbobutoxybenzoylchlorid

Phenylessigsäurechlorid

4-Chlorphenylessigsäurechlorid

Zimtsäurechlorid

4-Chlorzimtsäurechlorid

Furan-2-carbonsäurechlorid

Thiophen-2-carbonsäurechlorid etc.

Für die Umsetzung mit den Carbonsäurehalogeniden nach dem erfindungsgemäßen Verfahren werden Al-Alkyle und Alkyl-AI-halogenide der allgemeinen Formel

20

25

30

4 >

verwendet, worin

R² — gesättigter verzweigter oder unverzweigter Alkylrest, vorzugsweise mit 1 bis 12, insbesondere mit 1 bis 3 C-Atomen;
X = Halogen(CI, Br, J), vorzugsweise Cl und
π =1, IA 2 oder 3, vorzugsweise 1,5 ( = AI- e,o sesqui=Halogenide).

Unter diese Formel fallende konkrete Verbindungen sind z. B.

Methylaluminiumdichlorid,

Methylaluminiumsesquichlorid,

Dimethylaluminiumchlorid,

Trimethylaluminium,

Äthylaluminiumsesquichlorid,

Äthylaluminiumsesqui-jodid,

Tri-n-propyl-aluminium,

Tri-n-hexy|-aluminium,

n- Hexylaluminiumdichlorid,

n-Dodecyl-aluminiumdibromid etc.

Wenn bei dem Verfahren zusätzlich zu den Al-AIkylen oder Alkyl-AI-halogeniden noch ein Aluminiumhalogenid verwendet wird, ist es bevorzugt, ein Al-Halogenid mit dem gleichen Halogenrest wie das Alkyl-AI-halogenid einzusetzen. Da als Alkyl-Al-halogenide Chloride bevorzugt sind, ist als Aluminiumhalogenid auch AICI3 bevorzugt.

Die Verwendung eines Aluminiumhalogenids zusätzlich zu dem jeweiligen Al-A!kyl oder Alkyl-Al-halogenid geschieht mit dem Zweck, möglichst alle Alkylgnippen des Al-Alkyls oder Alkyl-Al-halogenids für die Umsetzung mit dem entsprechenden Carbonsäurehalogenid auszunutzen. Die bei dem Verfahren gebildeten Ketone bilden nämlich mit den Al-Alkylen und Alkyl-Al-halogeniden ziemlich stabile Komplexe, wodurch dann die Alkylgruppen der Al-organischen Verbindungen für die weitere Umsetzung mit dem Carbonsäurehalogenid nicht mehr zur Verfügung stehen. Da Al-Halogenide wie etwa AICI3 stärkere Les«is-Säuren sind als Al-Alkyle und Alkyl-AI-halogenide, verdrängen sie diese aus den Komplexen und machen sie daher für die weitere Umsetzung mit den Carbonsäurehalogeniden verfügbar. Daher ist es bevorzugt, pro Äquivalent Carbonsäurehalogenid (ein Äquivalent eines nur eine COX-Gruppe enthaltenden Carbonsäurehalogenids = 1 Mol)

a) etwa 1 Mol Alkyl-AI-dihalogenid R²AIX₂
(und kein AI-Halogenid)

b) etwa '/2 Mol Dialkyl-AI-halogenid
R² ₂AlX + etwa '/2 MoI Al-Halogenid

c) etwa ²Ii Mol Alkyl-Al-sesqui-Halogenid
R²IjAIXiJ+ etwa'/3 Mol Ai-Halogenidoder

d) etwa '/3 MolTrialkyl-Al R² ₃AI + etwa Vz Mol
Al-Halogenid

zu verwenden. Dabei ist es günstig, wenn die Al-organische Verbindung jn etwa 5%igem Überschuß eingesetzt wird. Höhere Überschüsse bringen keinen Vorteil. Das gleiche gilt im Prinzip auch für das Al-Halogenid.

Besitzen die Carboniäurehalogenide solche Substituenten (wie z. B. Ketongruppen), die mit Al-organischen Verbindungen stabile Komplexe bilden, so werden pro Substituent ein Äquivalent an Al-organischer Verbindung oder an Al-Halogenid zusätzlich benötigt.

Das Verfahren wird zweckmäßig so durchgeführt, daß man CH₂CI₂ vorlegt und darin das Al-Haiogenid — falls ein solches erforderlich ist — suspendiert. Anschließend wird unter sorgfältigem Sauerstoffausschluß die für den Ansatz berechnete Menge Al-Alkyl oder Alkyl-Al-halogenid zugefügt. In diese Mischung läßt man das Säurechlorid so schnell einfließen, daß der einsetzende Methylenchlorid-Rüekfluß leicht unter Kontrolle gehalten werden kann. In diesem Fall beträgt die Reaktionstemperatur etwa 40⁰C. Nach beendeter Zugabe des Säurechlorids wird noch kurze Zeit — im allgemeinen etwa 1 Stunde — nachgerührt.

Wenn man das Säurechlorid langsamer zufließen laßt, reicht die bei der exothermen Reaktion entstehende Wärme u. U. nicht aus, um das CH2CI2 zum Sieden zu

bringen. In diesem Falle liegt die Reaktionstemperatur dann unter etwa 40⁰C im Bereich zwischen Raumtemperatur (etwa 20⁰C) und etwa 40⁰C.

In manchen Fällen kann es auch zweckmäßig sein, die Reaktion bei Temperaturen über etwa 40⁰C durchzuführen. Es muß dann allerdings unter Überdruck gearbeitet werden, wobei die Verwendung eines geschlossenen Gefäßes, in welchem sich bei der höheren Temperatur der entsprechende autogene Druck von selbst einstellt, sinnvoll ist. Die günstigste Durchführungsweise des Verfahrens ist jedoch im allgemeinen diejenige unter Normaldruck bei der Rücknußtemperatur des CH₂Cl₂ (etwa 40° C).

Nach beendeter Reaktion wird das Reaktionsgemisch zwecks Zersetzung der entstandenen Keton-Al-Halogenid-Komplexe mit Wasser versetzt, wozu man das Reaktionsgemisch zweckmäßig auf Wasser oder Eis fließen läßt Wegen der dabei entstehenden Wärme beginnt hier das CH₂Cl₂ normalerweise zu sieden und kann abdestilliert oder unter Rückfluß gehalten werden. Aus dem mit Wasser behandelten Reaktionsansatz wird dann das gewünschte Keton auf übliche Weise, z. B. durch Destillation, gewonnen.

Nach dem Verfahren erhältliche bzw. erhaltene Ketone sind beispielsweise:

Hexanon-3

Decanon-4

Nonadecan-2-on

Mesityloxid Butyrophenon

Propiophenon

o-Chloracetophenon

o-Chlorpropiophenon

m-Chloracetophenon S-Chlor-S-methylpropiophenon 2,6- Dichloracetophenon

m-Brompropiophenon

p-Bromacetophenon

p-Brompropiophenon p-Methylacetophenon

p-Methylpropiophenon

p-tert-Butyl-butyrophenon

p-Nitroacetophenon

p-Carbomethoxyacetophenon «

m-Carbobutoxy-butyropherion

Phenylaceton

l-Phenylbutanon-2

4-ChIorphenylacetophenon

4-ChlorbenzaIaceton 2-Acetylthiophen

2-Acetyifuran etc.

Die Ketonausbeute ist bei diesem Verfahren durchweg mindestens etwa genau so hoch wie bei der herkömmlichen Verfahrensweise, bei welcher (in CH2CI2) nur bei Temperaturen um oder — vorzugsweise — unter 0⁰C gearbeitet wurde. In einigen Fällen können wirtschaftliche Ausbeuten sogar nur bei der höheren Reaktionstemperatur erreicht werden. Die war aufgrund der Aussagen in der anfangs erwähnten einschlägigen Literatur in keiner Weise zu erwarten und stellt darüberhinaus vor allem wegen des Wegfalls der Notwendigkeit, den Reaktionsansatz durch Kühlung um oder unter 0°C zu halten, eine sehr erhebliche betriebliche Verbesserung dar. Im einzelnen können die für den Fortschritt des Verfahrens maßgebenden Gründe wie folgt spezifiziert werden:

a) Durch das Arbeiten bei höheren Temperaturen, speziell in siedendem Methylenchlorid bei 40⁼C drucklos oder darüber bei Überdruck, werden aufwendige Kühlsysteme vermieden und es kann die verfahrenstechnisch äußerst einfach zu kontrollierende Verdampfungskühlung durch Rückflußsieden des Lösungsmittels ausgenutzt werden.

b) Reaktionsträge Carbonsäurechloride lassen sich bei der höheren Temperatur in kürzerer Reaktionszeit umsetzen.

c) Bei der höheren Temperatur besteht kaum die Gefahr, daß Verzögerungen bei der Reaktion zu sicherheitstechnisch bedenklichen Konzentrationen an unumgesetzten Reaktanten führen.

Die Erfindung wird nun durch die folgenden Beispiele näher erläutert Falls nicht anders angegeben, wurden sämtliche Erfindungsbeispiele nach folgender Verfahrensweise durchgeführt:

Es wurde CH₂Cl₂ vorgelegt und darin festes AICI3 (wasserfrei) suspendiert. Anschließend wurde das Alkyl-Al oder Alkyl-Al-halogenid zugefügt In diese Mischung wurde das jeweilige Carbcnsäurechlorid so schnell einfließen gelassen, daß der einsetzende CHjClrRückfluß unter Kontrolle gohaltej werden konnte. Nach beendeter Zugabe wurde 1 Stunde nachgerührt

Das Reaktionsgemisch ließ man anschließend auf Wasser fließen, wobei durch die exotherme Zersetzungsreaktion das Methylenchlorid zum Sieden kam. Der Ansatz wurde dann durch Destillation weiter aufgearbeitet.

Wenn nicht anders angegeben, wurden jeweils 0,3 Mol Carbonsäurechlorid mit 0,1 Mol AICI3 und 0,21 Mol (CH₃)UAICIu bzw. (C₂H₅)uAlClu in ca. 1 bis 10 g CH₂Cl₂ pro g Carbonsäurechlorid umgesetzt

Die in die folgende Tabelle neben den Erfindungsbeispielen aufgenommenen Vergleichsbeispiele wurden in gleicher Weise durchgeführt, nur daß der Reaktionsansütz durch Außenkühlung immer auf einer Temperatur um oder unter 0°C gehalten wurde. Die Ergebnisse sind tabellarisch zusammengestellt.

	V = CH-COCI	CIl/	Al-A kvl-	Al-	Temp.	KeaktKinsprudukt	C = CH —CD — CH,	CH,	Ausbeute	ro
	desgl.	oder Alkvl-	llalogenid		Keton	desgl.	ι"·, d. Th.I	OO
■XusBungs-	COCI	Al-Il '.lngemd						Oi
Carbonsiiurc-	ώ	(C-H ,1,.,AlCI,.,	AICI₁	ca. 4(1 C	CH,\|CH;);COC;H,	,^v-CO-CH,	Is",,	—"■
iialogenid		desgl	desgl.	(I C (Vergil	desgl.		>»>■'.,
CH₁(CH₁I-COCl	desgl.	In-CII₁₁IAICI;	desgl.	ca. 4(1 I	C H, (C H;:hC O CH₁,	desgl	8K·¹,.
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IO

ni

3ίΙ ^-<Ο

S^: ο

tsetzung

tiiomutisch:

ii i'iil i ρ hillisch

heterocyclisch:

Ausgungs-

Cnrbonsüurc-

hiilogenid

COCI

NOj

COCI

COOC₁H₅
CH₁COCI

Cl

CH₁-COCl

CH=CH-COCl

ΛΙ-Mkyl-

oder Alkyl-ΛΙ-lalogenid

Al-Halogenid

Temp.

Reak .ionsprodukt
Keton

COCI

(().: 1 MoI)

AICl₁

AlCI, (0,4 MoI)

AlCI₁

(C.II,),.	,AlCl₁,,	desgl.
desgl.		desgl.
(CU,),.,	AICl₁ ,	AICI,

AICl,

(CH₁)L₅AlCI₁., (().:: ι MoD	AlCI₁ (0.2-0.4 Mol)
desgl.	desgl.
(0,;:i MoD	AICl, (0.2-0.4 Moll
desgl.	desgl.

O₃N

-COCH,

ca. 40 ( H.CjOOC—<^O )-CO-CH,

ca. 40 I / C ^^ C H. — C O — C H,

ca. 40 I /o\—CH₃-CO-C₃II,

O C (Vergl.l desg .

Ausbeute (".. d. I"h. ι

i—( O >—CH₃-CO-CH,

Cl -■/ O V-CH = CHCO-CH,

CO —CH,

O C (Vergl.) desgl.

[^L-CO-CH,

41

Sd¹..

84",, SU'¹..

85". 88¹V

O C (Vergl.) desgl.

15-.,

Claims

Patentanspruch:

Verfahren zur Herstellung von Ketonen durch Umsetzung von Carbonsäurehalogeniden, die keine weiteren funktioneilen Gruppen besitzen, welche mit Al-Alkylen oder Alkyl-Al-halogeniden in unerwünschter Weise reagieren können, mit Al-Alkylen oder Alkyl-Al-haiogeniden, gegebenenfalls in Gegenwart eines Al-halogenids, in Methylenchlorid als Lösungsmittel und Zersetzung des entstehenden Ketonkomplexes in Wasser, dadurch gekennzeichnet, daß man die Umsetzung im Temperaturbereich von etwa 20 bis etwa 40° C unter Normaldruck und im darüberliegenden Temperaturbereich bis etwa 60° C unter autogenem (Über-)-Druck durchführt