Die Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von Epoxiden aus Aldehyden oder Ketonen durch Umsetzung eines Ketons oder Aldehyds zumindest mit einem Sulfoniumsalz, sowie Sulfoniumsalze, die in das erfindungsgemäße Verfahren eingesetzt werden. Reaktionen dieses Typs sind auch unter den Namensreaktionen Corey-Chaykovsky- Reaktion (L. Kurti, B. Czako, “Strategie Applications of Named Reactions in Organic Synthesis”) bekannt. Die Epoxidierung des Ketons oder Aldehyds verläuft über eine Schwefelylid- Zwischenstufe, die aus einem Sulfoniumsalz erzeugt werden kann. Die dafür eingesetzten Sulfoniumsalze werden üblicherweise aus einem Dialkylsulfid und einem Alkylierungsmittel wie Dimethylsulfat oder Alkylhalogeniden erzeugt. Die Erfindung betrifft ebenfalls Sulfoniumsalze, die in das erfindungsgemäße Verfahren eingesetzt werden können.

Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Epoxide sind beispielsweise Zwischen- oder Endstufen für unterschiedliche gewerbliche Anwendungen, wie beispielsweise Agrochemikalien. Die Verbindung der Formel (IV) ist beispielsweise ein Zwischenprodukt für das Azolfungizid Cyproconazol (DE 3406993 A1 ). Dort ist auch die Herstellung von 2-(4- Chlorpheny)-2-(1 -cyclopropyl-ethyl)-oxiran aus 1 -(4-Chlorophenyl)-2-cyclopropyl-propanon-1 in Gegenwart von Dodecyldimethylsulfoniummethylsulfat und Kaliumhydroxid in einer Ausbeute von 25 % der Theorie beschrieben.

In EP 0205400 A2 wird beispielsweise die Herstellung von 2-Propyloxiran aus Butyraldehyd in Gegenwart von Hexyldimethylsulfoniummethylsulfat und Natriumhydroxid in Ausbeuten von 70 bis 80 % der Theorie beschrieben.

Die bisher beschriebenen Verfahren zeichnen sich allerdings oft dadurch nachteilig aus, dass sich die am Ende der Reaktion in stöchiometrischen Mengen vorliegenden Dialkylsulfide (z.B. Dodecylmethylsulfid oder Hexylmethylsulfid) häufig von den thermisch wenig beständigen Oxiranen nur schwer oder gar nicht destillativ abtrennen lassen. Aus diesem Grund ist es mit den oben erwähnten Verfahren im technischen Maßstab meistens nicht möglich, die Oxirane in hoher Reinheit und/oder in hoher isolierter Ausbeute direkt zu erhalten.

Im Gegensatz zu diesen höheren Homologen haben die einfachsten Dialkylsulfide wie z.B. Dimethylsulfid dagegen den Nachteil, dass sie eine deutlich geringere Reaktivität in diesem Typ der Reaktion aufweisen, was signifikante wirtschaftliche Nachteile mit sich bringt.

Es besteht also nach wie vor das Bedürfnis und somit die technische Aufgabe, eine Variante der Corey-Chaykovsky-Reaktion bereitzustellen, die die Nachteile des Standes der Technik nicht aufweist.

Überraschenderweise wurde nun ein Verfahren zur Herstellung von Epoxiden gefunden, worin ein Keton oder Aldehyd zumindest mit einem Sulfoniumsalz der Formel (I), (i), und/oder einem Sulfoniumsalz der Formel (II),

X ₂ SY ⁺ Z- (II), umgesetzt wird, worin in Formel (I) und Formel (II) X für Methyl und Y für lineares C2 bis Cu -Alkyl, bevorzugt für n-Ethyl, n-Propyl, n-Butyl, n-Pentyl, n-Heptyl, n-Octyl, n-Nonyl, n-Decyl und n- Undecyl, steht, und worin in Formel (II) Z für Chlorid, Bromid, lodid oder Carbonat steht, in Gegenwart einer Base, bevorzugt Alkalimetallhydroxid, besonders bevorzugt Natriumhydroxid oder Kaliumhydroxid.

Besonders bevorzugt ist die Umsetzung von Alkenen oder Ketonen mit einen Sulfoniumsalz der Formel (I), in der X für Methyl und Y für n-Propyl und n-Butyl steht.

Die im Sinne der Erfindung eingesetzten Aldehyde oder Ketone sind organische Verbindungen, die zumindest eine Kohlenstoff-Sauerstoff-Doppelbindung aufweisen. Die Aldehyde oder Ketone können linear, verzweigt oder zyklisch sein. Die im erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzten Aldehyde oder Ketone können weitere Substituenten wie weitere aliphatische oder aromatische Reste tragen, die ihrerseits ebenfalls substituiert sein können oder nicht.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird als Keton die Verbindung der Formel (III),

(III), eingesetzt. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren entsteht daraus das Epoxid der Formel (IV), (IV),

Besonders bevorzugt ist die Umsetzung der Verbindung der Formel (III) mit einen Sulfoniumsalz der Formel (I), in der X für Methyl und Y für n-Propyl und n-Butyl steht.

Das Sulfoniumsalz der Formel (I) wird üblicherweise in situ, d.h. während des Verfahrens, durch die Reaktion eines Dialkylsulfides der Formel (V),

X-S-Y (V), worin X und Y dieselbe Bedeutung wie in Formel (I) haben, mit Dimethylsulfat erzeugt. Dies erfolgt beispielsweise bei von 50 bis 150 °C. Dabei wird üblicherweise das Dialkylsulfid der Formel (V) im leichten molaren Überschuss, beispielsweise von 1 ,01 bis 1 ,2 mol, bevorzugt von 1 ,01 bis 1 ,15 mol Dialkylsulfid bezogen auf 1 ,00 mol Dimethylsulfat verwendet. Da diese Reaktion exotherm ist, kann die Temperatur des vorgelegten Dialkylsulfides der Formel (I) und/oder der der Reaktionsmischung zu Beginn der Umsetzung auch unter 50 °C liegen. Durch die Zugabe von Dimethylsulfat steigt die Temperatur des Reaktionsgemisches auch ohne zusätzliche Wärmezufuhr.

Das so erhaltene Sulfoniumsalz kann entweder direkt in das erfindungsgemäße Verfahren eingesetzt oder auch gelagert werden. Das Sulfoniumsalz der Formel (II) wird ebenfalls üblicherweise in situ, d.h. während des Verfahrens, durch die Reaktion eines Dialkylsulfides der Formel (V), in der X und Y dieselbe Bedeutung wie in Formel (I) haben und Z für Chlorid, Bromid oder lodid steht, mit einem Methylhalogenid, beispielsweise Methylchlorid, Methylbromid oder Methyliodid erzeugt. Dabei wird üblicherweise das Dialkylsulfid im leichten molaren Überschuss, beispielsweise von 1 ,01 bis 1 ,2 mol, bevorzugt von 1 ,01 bis 1 ,15 mol Dialkylsulfid bezogen auf 1 ,00 mol Methylhalogenid eingesetzt.

Das Sulfoniumsalz der Formel (II), in der X und Y dieselbe Bedeutung wie in Formel (I) haben und Z für Carbonat steht, wird ebenfalls üblicherweise in situ, d.h. während des Verfahrens, durch die Reaktion eines Dialkylsulfides der Formel (V) mit Dimethylcarbonat erzeugt. Dabei wird üblicherweise das Dialkylsulfid im leichten molaren Überschuss, beispielsweise von 1 ,01 bis 1 ,2 mol, bevorzugt von 1 ,01 bis 1 ,15 mol Dialkylsulfid bezogen auf 1 ,00 mol Dimethylcarbonat eingesetzt. Vorzugsweise werden die Sulfoniumsalze der Formel (I) oder der Formel (II) in einem separaten Reaktor, bevorzugt dem ersten Reaktor (A), hergestellt, besonders vorzugsweise in der Menge, die für die jeweilige Umsetzung des Aldehyd oder Keton, bevorzugt der Verbindung der Formel (III), erforderlich ist.

In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird daher das Sulfoniumsalz der Formel (I) oder der Formel (II) als Schmelze oder als Lösung eingesetzt.

Im erfindungsgemäßen Verfahren kann die Umsetzung des Ketons oder Aldehyds, bevorzugt der Verbindung der Formel (III), ohne Lösungsmittel oder in Gegenwart zumindest eines Lösungsmittels erfolgen. Bevorzugt wird das erfindungsgemäße Verfahren zumindest in Gegenwart des Dialkylsulfides der Formel (V) als Lösungsmittel durchgeführt.

Dabei werden üblicherweise 0,1 bis 3 Moläquivalente, bevorzugt von 1 ,1 bis 1 ,5 Moläquivalente, Dialkylsulfid der Formel (V) als Lösungsmittel, bezogen auf das Keton oder der Aldehyd, bevorzugt bezogen auf die Verbindung der Formel (III), eingesetzt.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann jedoch auch in Gegenwart von anderen Lösungsmitteln, beispielsweise Toluol, Xylol, Chlorbenzol, Wasser, bevorzugt Xylol, Mischungen davon oder auch Mischungen dieser Lösungsmittel mit Dialkylsulfid der Formel (V) durchgeführt werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird in Gegenwart einer Base, bevorzugt in Gegenwart von Alkalimetallhydroxid, weiterhin bevorzugt in Gegenwart von Natriumhydroxid oder Kaliumhydroxid, durchgeführt. Besonders bevorzugt wird Kaliumhydroxid als Base eingesetzt. Dies kann beispielsweise Kaliumhydroxid in fester Form, bevorzugt als Schuppen, Pulver, oder als Lösung, besonders bevorzugt als Schuppen, sein. Üblicherweise werden 1 ,5 bis 2,0 Moläquivalente Base, bevorzugt Alkalimetallhydroxid, weiterhin bevorzugt Natriumhydroxid oder bevorzugt Kaliumhydroxid, bezogen auf den Aldehyd oder das Keton, bevorzugt bezogen auf die Verbindung der Formel (III), eingesetzt.

In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden pro mol Keton oder Aldehyd, bevorzugt pro mol der Verbindung der Formel (III), von 1 ,0 bis 2 mol, bevorzugt von 1 ,0 bis 1 ,3 mol, Sulfoniumsalz der Formel (I) oder (II) eingesetzt.

In dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Umsetzung üblicherweise bei Temperaturen von 20 bis 100 °C, bevorzugt von 30 bis 60 °C, durchgeführt.

Bevorzugt findet die Umsetzung des Aldehyds oder Ketons, bevorzugt der Verbindung der Formel (III), mit dem Sulfoniumsalz der Formel (I) oder der Formel (II) in einem zweiten Reaktor (B) statt. In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, in dem die Umsetzung des Aldehyds oder Ketons, bevorzugt der Verbindung der Formel (III), in Gegenwart von Lösungsmittel durchgeführt wird, wird das Lösungsmittel, bevorzugt das Dialkylsulfid der Formel (V), zu Beginn des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgelegt. Anschließend können von 0,05 bis 0,2 mol Wasser pro mol Aldehyd oder Keton, bevorzugt pro mol der Verbindung der Formel (III), zugegeben werden. Dadurch kann der Beginn der exothermen Reaktion des Sulfoniumsalzes der Formel (I) oder der Formel (II) mit dem Aldehyd oder Keton, bevorzugt mit der Verbindung der Formel (III), begünstigt werden. Wenn zu viel Wasser zugegeben wird, hat dies wiederum einen nachteiligen Effekt auf den Beginn der exothermen Reaktion.

Anschließend wird das Alkalimetallhydroxid, bevorzugt Kaliumhydroxid oder Natriumhydroxid dem Reaktionsgemisch, vorzugsweise dem Reaktionsgemisch im zweiten Reaktor (B), zugegeben. Dann wird das Reaktionsgemisch, bevorzugt das Reaktionsgemisch im zweiten Reaktor (B), auf eine Temperatur von 30 bis 50 °C, bevorzugt von 35 bis 45 °C, erwärmt. Bevorzugt wird dann der Reaktor, vorzugsweise der zweite Reaktors (B), mit Schutzgas, beispielsweise Stickstoff, inertisiert. Anschließend erfolgt die Zugabe des Sulfoniumsalzes der Formel (I) oder der Formel (II), bevorzugt aus dem ersten Reaktor (A), zu dem Reaktionsgemisch, bevorzugt zu dem Reaktionsgemisch im zweiten Reaktor (B). Die Zugabe erfolgt üblicherweise innerhalb von 0,5 bis 3 Stunden, bevorzugt von 0,75 bis 2 Stunden. Während der Zugabe wird die Temperatur des Reaktionsgemischs in einem Bereich von 30 bis 50 °C, bevorzugt von 35 bis 45 °C, gehalten. Das Reaktionsgemisch, bevorzugt das Reaktionsgemisch im zweiten Reaktor (B) wird nach beendeter Zugabe des Menge des Sulfoniumsalzes der Formel (I) oder der Formel (II), üblicherweise von 1 bis 4 Stunden bei einer Temperatur des Reaktionsgemischs von 30 bis 50 °C, bevorzugt von 35 bis 45 °C, gehalten. Bevorzugt wird das Reaktionsgemisch während und nach der Zugabe des Sulfoniumsalzes der Formel (I) oder der Formel (II) derart mechanisch oder hydraulisch gemischt, sodass sich eine möglichst homogene Mischung ergibt.

Das Fortschreiten der Reaktion kann durch die Analyse von Proben festgestellt werden, die wie das Reaktionsgemisch aufgearbeitet worden sind. Der Gehalt an Edukt und Produkt kann dabei üblicherweise mittels HPLC oder Gaschromatografie, entweder als Flächenprozent ohne externen Standard oder als Gewichtsprozent mit externem Standard, ermittelt werden.

Nach beendeter Reaktion wird das Reaktionsgemisch vorzugsweise mit Wasser hydrolysiert. Dazu können in einer Ausführungsform, bevorzugt in einem dritten Reaktor (C), 1 bis 2 kg, bevorzugt 1 ,2 bis 1 ,5 kg, Wasser bezogen auf 1 kg eingesetztes Aldehyd oder Keton, bevorzugt bezogen auf 1 kg eingesetzte Verbindung der Formel (III), mit dem Reaktionsgemisch, bevorzugt mit dem Reaktionsgemisch im zweiten Reaktor (B), vermischt werden. Vorzugsweise erfolgt das Vermischen unter mechanischer und/oder hydraulischer Vermischung. Besonders bevorzugt wird dabei das Wasser, bevorzugt in dem dritten Reaktor (C), vorgelegt und das Reaktionsgemisch, bevorzugt aus dem zweiten Reaktor (B) zugegeben. Anschließend werden beispielsweise 0,6 bis 0,7 mol Chlorwasserstoff, bevorzugt in Form von 20 bis 35 %iger wässriger Salzsäure, pro mol eingesetztem Aldehyd oder Keton, bevorzugt pro mol eingesetzter Verbindung der Formel (III), zu dieser Mischung gegeben, um den pH Wert des Reaktionsgemischs auf 6 bis 8, bevorzugt von 6,3 bis 7,0 einzustellen. Dieser Hydrolyseschritt erfolgt üblicherweise bei einer Temperatur des Reaktionsgemisches von 20 bis 60 °C. Nach Beendigung des Vermischens trennt sich üblicherweise das hydrolysierte Reaktionsgemisch in eine obere organische und eine untere wässrige Phase. Die untere wässrige Phase kann dann, bevorzugt aus dem zweiten Reaktor (B), abgelassen, und anschließend die obere organische Phase, bevorzugt aus dem zweiten Reaktor (B), in einen weiteren Reaktor, bevorzugt in den dritten Reaktor (C), überführt werden. Von der oberen organischen Phase können anschließend leicht siedende Anteile des Reaktionsgemischs destillativ abgetrennt werden. Bevorzugt erfolgt dies bei einem Druck von 5 bis 20 hPa, besonders bevorzugt von 7 bis 12 hPa. In einer bevorzugten Ausführungsform wird zunächst eine leichtsiedende Fraktion, beispielsweise bis zu einer Sumpftemperatur von 91 °C bei 10 hPa, abdestilliert. Als zweite Fraktion wird dann n- Butylmethylsulfid, beispielsweise bis zu einer Sumpftemperatur von 91 °C bei 10 hPa, abdestilliert. Dieses wiedergewonnene n-Butylmethylsulfid kann in einer nächsten Reaktion des gleichen Typs wiederverwendet werden.

Die als Sumpf der Destillation verbliebene Fraktion enthält als Reaktionsprodukt das Epoxid, bevorzugt das Epoxid der Formel (IV), üblicherweise mit einem Gehalt von größer als 85 Gew.%, bevorzugt mit einem Gehalt mindestens 90 Gew.%, in Ausbeuten von 93 bis 100 % der Theorie. Das Produkt kann üblicherweise ohne weitere Reinigung oder Aufarbeitung als Edukt in einer chemischen Reaktion eingesetzt werden. Üblicherweise wird das Epoxid der Formel (IV) in einer Epoxidöffnung mit Triazol zu Cyproconazol eingesetzt.

Überraschenderweise können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren aus einem Aldehyd oder Keton, bevorzugt aus der Verbindung der Formel (III), Epoxide, bevorzugt die Verbindung der Formel (IV), in hohen Reinheiten und Ausbeuten erhalten werden.

Die Erfindung betrifft darüber hinaus die Sulfoniumsalze der Formel (I) und der Formel (II), die in das erfindungsgemäße Verfahren eingesetzt werden.

Weiterhin betrifft die Erfindung die Verwendung der Sulfoniumsalze der Formel (I) und der Formel (II) in dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung von Epoxiden.

Beispiele:

2-(4-Ch lorpheny)-2-(1 -cyclopropyl-ethyl)-oxiran a) Herstellung vom Sulfoniumsalz Butylmethylsulfonium methosulfat

1800 g (16,93 mol) n-Butylmethylsulfid wurden in einem ersten Reaktor (A) vorgelegt und anschließend auf 40 °C erwärmt. Dann wurden 1903 g (14,94 mol) Dimethylsulfat unter Rühren zudosiert und die Temperatur des Reaktionsgemischs innerhalb von 1 Stunde auf 100 °C erhöht. Unter Rühren wurde das Reaktionsgemisch 1 Stunde bei 100 °C belassen und anschließend innerhalb von 1 Stunde auf 40 °C abgekühlt. b) Epoxidierung

In einen zweiten Reaktor (B) wurden 1300 g (12,23 mol) n-Butylmethylsulfid vorgelegt. Anschließend wurden dem n-Butylmethylsulfid im zweiten Reaktor (B) 26 g Wasser (1 ,43 mol) und 1412 g (21 ,39 mol) Kaliumhydroxid zugegeben und die Temperatur des Gemisches im zweiten Reaktor (B) auf 40 °C erhöht. Der zweite Reaktor (B) wurde anschließend mit Stickstoff inertisiert. Dann wurden dem Gemisch im zweiten Reaktor (B) 3000 g (Gehalt, 92,2 Gew.%, 13,23 mol) 1 -(4-Chlorophenyl)-2-cyclopropyl-propanon-1 [(Verbindung der Formel (III)] zugegeben. Der Inhalt aus dem ersten Reaktor (A), der das Sulfoniumsalz als Schmelze enthält, wurde innerhalb von 120 Minuten bei 40 °C dem Gemisch im zweiten Reaktor (B) unter starkem Rühren zudosiert. Der erste Reaktor (A) wurde mit 500 g n-Butylmethylsulfid gespült. Anschließend wurde die Spüllösung aus dem ersten Reaktor (A) bei ebenfalls 40 °C unter starkem Rühren in den zweiten Reaktor (B) dosiert. Anschließend wurde das Reaktionsgemisch zwei Stunden bei 40°C nachgerührt. Nach beendeter Umsetzung wurde das Reaktionsgemisch hydrolysiert. Hierzu wurden in einem dritten Reaktor (C) 4000 g Wasser mit einer Temperatur von 25 °C vorgelegt und das Reaktionsgemisch aus dem zweiten Reaktor (B) unter Rühren in den dritten Reaktor (C) gegeben. Dann wurde bei 25 °C der pH Wert das Reaktionsgemisch mit 1060 g (8,72 mol) 30%iger Salzsäure auf pH 6 bis 7 unter starkem Rühren eingestellt. Anschließend wurde zur Phasentrennung ruhen gelassen, wodurch sich ein zweiphasiges Gemisch aus einer oberen organische Phase und einer unteren wässrigen Phase bildete. Die untere wässrige Phase wurde abgelassen und die obere organische Phase nachfolgend mit 4000 g Wasser gewaschen. Dann wurde von der gewaschenen organischen Phase zunächst eine leichtsiedende Fraktion destillativ bis zu einer Sumpftemperatur von maximal 91 °C bei 10 hPa abdestilliert. Anschließend wurden bei 91 °C und 10 hPa 3774 g n-Butylmethylsulfid (Gehalt: mindestens 90 Gew.%) abdestilliert, wonach 3157 g 2-(4-Chlorpheny)-2-(1 -cyclopropyl- ethyl)-oxiran [Verbindung der Formel (IV)] (Gehalt: 90 Gew.%, Ausbeute: 96,6 % der Theorie) im Sumpf verblieb. Das wiedergewonnene n-Butylmethylsulfid kann in einer nächsten Reaktion zur Herstellung von 2-(4-Chlorpheny)-2-(1 -cyclopropyl-ethyl)-oxiran wiederverwendet werden.