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Title:
PROCESS FOR THE MANUFACTURE OF CYCLOALKANE CARBOXYLIC ACIDS
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/1987/002034
Kind Code:
A1
Abstract:
Process for the manufacture of cycloalkane carboxylic acids of the general formula (I), where n is the figure 1 or 2, R1 and R3 are alkyl groups with 1 to 4 carbon atoms and R2 and R4 are hydrogen atoms or alkyl groups with 1 to 4 carbon atoms, characterized by the fact that a compound of general formula (II) X-CR1R2-(CH2)n-CH2-CR3R4-X', where n, R1, R2, R3 and R4 have the above mentioned meanings and X and X' are a hydroxyl group, a chlorine atom, a bromine atom, an alkylsulfonyloxyl residue or an aryl sulfonyloxyl residue, is made to react with 1,1-dichlorethylene, whereby hydrogen chloride is separated from the compounds thus obtained having the general formula (III) X-CR1R2-(CH2)n-CH2-CR3R4-CH2-CCl2X in which n, X, X', R1, R2, R3 and R4 have the above meanings and the compounds thus represented of the general formula (IV) X-CR1R2-(CH2)n-CH2-CR3R4-CY=CZX' are cyclized with acids and hydrolized, where n, X, X', R2, R3 and R4 have the above meanings and Y and Z are jointly a carbon-carbon bond or a hydrogen atom and a chlorine atom.

Inventors:
Mayr
Herbert, Heilmann
Werner, Vorbr�ggen
Helmut
Application Number:
PCT/DE1986/000396
Publication Date:
April 09, 1987
Filing Date:
September 24, 1986
Export Citation:
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Assignee:
SCHERING AKTIENGESELLSCHAFT BERLIN UND BERGKAMEN MAYR
Herbert, Heilmann
Werner, Vorbr�ggen
Helmut
International Classes:
C07C17/278; C07C17/00; C07C17/25; C07C17/26; C07C19/01; C07C21/22; C07C51/00; C07C51/093; C07C61/06; C07C61/08; C07C67/00; (IPC1-7): C07C61/06; C07C61/08; C07C51/00; C07C1/28
Foreign References:
US3450782A1969-06-17
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Claims:
Patεπtansorüchε:
1. Verfahren zur . Herstellung von Cyclαalkancarbαπsäuren der allgemeinen Formel I worin n die Ziffer 1 oder 2 bedeutet, R 1. und R_. Aiky 'lc rucαen mit 1 bis 4 Kαhleπstαffatα aπ darstallen und R_ und R. Wasserstαffatαme αdar ATlkylgruppeπ mit 1 bis 4 Kohiβπstαffatα eπ symbolisieren, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Verbindung der all¬ gemeinen Formel II XCR.R CCH L)πCH L,C ,R4ΛX' (II) woπn L 1 ', . "27 I, R»,3 und R. die αbeπgεnannte Bedeutung besitzen und X und X' einε Hydrαxygruppe , ein Cπlαratαm, ein Brα atαm, ein AlkyIsul αnylαxyrest oder ein AryIsulfαπylαxyrest darstell en , mit 1, 1Dichlαreth len umsetzt aus den so erha l ten εn V e rb in dungen der allgemeinen Fo rme l I I I XC 1R2(CH2)nCH2CR.R4CH2CCl2X (III) worin n,X,X',R , R, R_ und R, die obengenannte Bedeutung besitze Chlorwasserstof abspaltet und die so dargestellten Ver¬ bindungen der allgemeinεn Formel IV XCR1R2(CH2)nCH2CR3R4CY=CZX' . (iv), worin n,X,X ,R, R, R, und R. die obengenannte Bedeutung besitze und Y und Z gemeinsam eine KαhleπstαffKohlenstoffbindung darstellen oder ein Wasserstαffatαm Und ein Chϊαratα bedeuten mittels Säuren cyclisiert und hydrαlysiert.
2. Vεrfahrεn zur Herstellung von Cyclαalkancarbonsäuren der allgemeinen Formel I gemäß Patentanspruch 1, dadurch gekεnnzεichnet, daß man die Umsetzung mit '1, 1Dichlαrethy in Gegenwart von LewisSäuren als Katalysatoren durch¬ führt.
Description:
Verfahren zur Herstellung von Cyclαalkancarbonsäuren

Die Erfindung betrifft das in den Patentansprüchen gekennzeich¬ nete Verfahren.

Die Cyclαalkaπcarbαπsäuren der allgemeinen Formel I sind bekannt¬ lich wertvolle Zwischenprodukte, die unter anderem zur Her¬ stellung von Süßstoffen Verwendung finden (Europäische Patent¬ anmeldung Qi 23 ≤5&) . Die Herstellung dieser Verbindungen ist aber nach den. bekannten Stande der Technik sehr aufwendig.

Das erfinduπςsge äGa Verfahren ermöglicht es, diese Verbindungen auf wesentlich einfacherem Wege zu synthetisieren.

Die Ausgangssubstan∑en für das erfindungsge äQe Verfahren können als AikyLgr peπ P_. ' bis R. beispielsweise Methylgruppen, Ethyl- αr cpaπ, Propyigrup eπ, IsαprαpyIgru pen oder Butylgrup an enthalten. Im Hinblick auf die gewerbliche Verwertbarkeit der Verfahrensoro ukta sind solche Ausςangsvarbiπduπce.n bevorzugt, deren Substituenten R. bis R. identisch sind. Besonders bevor¬ zugte Ausgancävsrbindungen sind solche, die als Substituenten R. bis R. Methylgru peπ tragen. Als Substituenten X und X' können die Ausgangssubstaπzeπ gleiche oder unterschiedliche Gruppen tragen. Diese Gruppen können polare Substituenten sein, die unter Ausbildung von Carbeπiumiαπen abspaltbarsiπd. Solche Substituenten sind vorzugsweise Chlαratαme, Brαm- atαme, Alkyisulfαπyiαxygrucpeπ (wie die Methaπsuifαπylαxygrupce oder die Trifluαrmethaπsulfαnylαxygruppe) oder AryIsuifαnylαxy- gruppen (wie die Beπzαlsulfαnylαxygruppe, die p-8rαmαanzαlsuifα- πylαxygruppe oder die p-Tαluαlsulfαnylαxygruppe) . Diesa Ausgangs- verbindungan können in einfacher Weise aus den entsprechenden Diαieπ durch Veresterung oder durch Austausch der Kydroxygrucαen gegen Chlor oder 8rcm hergestellt werden. Bevorzugte Ausgaπgs- verbindungen sind solche, die als Subs i uenten X und X' Me han- sul onyiαxyςruppen oder insbesondere Chlocatαme oder Bromatαme tragen .

In der ersten Stufe des erfiπdungsgemäflen Verfahrens werden die Verbindungen der allgemeinen Formel II unter an sich be¬ kannten Bedingungen mit 1, 1-Dichlαrethylen umgesetzt (siehe beispielsweise: Aπgew. Chem. 78_, 1966, 932 und 9_1, 1980, 169; Tetrahedron Letters 1968, 4979 und 1973, 1569; Chem. 8er. 100 , 1967, 978, 10 , 1970, 3851 und 106 ^ , 1973 , 2513; J.Chem.Soc. Perk. Ed. I, 1973, 2559; Acta.Chem.Scand. 3_4b_, 1980,621 und Synth. Cαmm. 14, 1934, 113; J .Amer.Chem.Soc. , 7, 1945, 1152; 6_8_, 1946,1650; 4_6, 1946, 1655 und 7_1, 1949, 698 sowie J.Org.Che 48, 1983, 1159). So kann man beispielsweise die Verbindungen der Formel II in 1, 1-Dichlαrsthyleπ als Lösungsmittel unter Zusatz starker Lewis-Säuren (wie beispielsweise Eisen( III)-chlorid, Eisen(III) -brαmid, Zinn(IV)-chlαrid, Zinn(IV)-bromid, Zirkαnium( IV) -chlαrid, Bαrtrichlαrid, Bor- trifluαrid, Zink(II) -chlαrid, Gallium(III) r ohlαrid oder ins¬ besondere Aluminium( III)-chlorid) bei einer Reaktionstemperatur von -50° C bis +100° C umsetzen und erhält die Verbindungen der Formel III. Andererseits ist es aber auch möglich, diesen Reaktionsschritt unter Verwendung anderer, unter den Reaktiαns- bediπgungeπ inerter Lösungsmittel (beispielsweise chlorierter Kohlenwasserstoffe durchzuführen.

Aus den sα dargestellten Verbindungen der allgemeinen Formel III wird in einem zweiten Resktiαnsschritt, der unter den Be¬ dingungen durchgeführt werden kann, welche ebenfalls in den obengenannten Publikationen beschrieben sind, Chlorwasserstoff oder gegebenenfalls auch HX abspaltet. Zur Abspaltung verwende man ökαnαmischerweise wäßrige 8asεn, wie Natronlauge oder Kali lauge. Oft ist es zur Erhöhung der Reaktionsgeschwindigkeit zweckmäßig, der Reaktionsmischung noch Phasentraπsferkataly- satoren (wie zum Beispiel Aliqua (R) ) zuzusetzen. Dieser Re- ak iαπsschrit wird zweckmäßigεrweise bei einer Reaktiαns empe ratur von 20° C bis 100° C durchge ührt.

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Die Abspaltung von Chlorwasserstoff und gegebenen alls auch von HX' kann je nach Art des Substituenten X und der Reaktiαns- bediπguπgen bereits während der ersten Stufe des erfiπdungs- gemäßen Verfahrens erfolgen; dies ist beispielsweise immer der Fall, wenn X eine freie Hydrαxygruppe ist.

In der dritten Stufe des erfindungsgemäßeπ Verfahrens werden die Verbindungen der allgemeinen Formel IV ' mittels Säuren cycli- siert und hydrolysiert. Für diesen Reaktiαnsschritt eignen sich als Säuren Miπeralsäuren wie zum Beispiel Phαsphαrsäure, Polyphosphαrsäurs, Chlorwasserstoff und insbesondere Schwefel¬ säure, organische Sulfonsäuren wie Methaπsulfαπsäure oder p- Toluolsulfαπsäure oder stark saure Carbαnsäureπ wie Trifluor- essigsäure oder insbesondere auch Ameisensäure. Andererseits eignen sich beispielweise auch stark saure Ionenaustauscher

(R) ' wie Amberlita IR 120 zur Durchführung dieser Reaktionsstufa.

Dieser Reaktiαπsschritt kann ohne Verwendung zusätzlicher Lösungs ittai durchgeführt werden, dies insbesondere dann, wenn man als Säuren Phαspαhorsäurε , Pαlyphαsphαrsäure, Schwefel¬ säure oder Ameisensäure verwendet. Andererseits ist es aber auch möglich, diese Reaktion in Gegenwart anderer Lösungsmittel wie zum Beispiel Eisessig durchzuführen. Die Reaktionstemperatur, bei der man diesen Reaktiαnssch itt durchführt ist von den Reaktiαnsbedinguπgen - insbesondere von der verwendeten Säura - abhängig. Sie beträgt in der Regel etwa -20° C bis 12Q α C.

Durch die Wahl geeigneter Rea tiαnsbediπguπgen ist es möglich zwei oder alle drei Stufen des erfinduπgsgemäßen Verfahrens in einer Eintopfreaktion durchzuführen.

Die nach olgenden Ausführungsbeispiele dienen zur näheren Er¬ läuterung des er iπdungsgemäßen Verfahrens.

Beisp ie l 1

a.) Zu einer auf 0 °C gekühlten Suspension von 54,9 g 2,5-Di- chiαr-2,5-dimethyl-hexaπ in 135 ml 1,1-Oichlαrεthylen werden innerhalb von 15 Minuten 3,75 g wasserfreies Alumiπiumchlαrid gegeben. Man rührt die Reaktiαnsmischung noch 70 Minuten lang und zersetzt sie durch Zugabe von 30 g zerstoßenem Eis. Die organische Phasa wird abgebrannt, mit 2 prαzentiger Salzsäure gewaschen, über Calziumchlαrid getrocknet, im Vakuum fraktioniert und man erhält neben uπum-gesetztan Äusgangsmaterial das 1,1,1,6- Tatrachlαr-3,3, -trimethyl-heptan vom Siedepunkt 67 α C bei 0,4 bar.

b.) 1,68 g 1, 1, 1,6-Tetrachlαr-3, 3,6-trimethyi-heptaπ werden in 4 ml Dichlαrmethan mit 10 ml 40 ?ciger wäßriger Natronlauge und 0,52 g Aliqua ( ) 336 versetzt und 17 Stunden lang -unter

Rückfluß erhitzt.Dann läßt man dia eaktiαns ischuπg erkalten, versetzt sia mit 20 ml Dichlαrmethan, trennt dia organische

.Phase ab, wäscht sie mit Wässer und trocknet sie über Calziu - chlorid. Dann engt man dia Lösung im Vakuum ein und erhält " das l,6-Dichlαr-3,3,6-trimethyl-l-heptin als öliges Rohprodukt.

c.) Das sα erhaltene 1, -0ichlαr-3, 3, -trimethy1-1-heptiπ - Rohprodukt wird innerhalb von 15 Minuten bei 0 °C unter starkem Rüπraπ zu 10 ml konz. Schwafelsäure getropft. Man rührt dann noch 14 Stunden lang bei 0 °C, gießt die Mischung auf 20 g Eis und extrahiert zweimal mit je 20 ml Diethylether. Die or¬ ganische Phase wird abgetrennt und zweimal mit je 20 ml 10 Siger wässriger Natriumcarbαnat-Lösung εxtrahiert. Man säuert dia wässrige Phase mit kαπz. Salzsäure an und erhält die 2,2,5,5-Te amet l-cyclαpen ancarbonsäure als NMR-s e rαskαpiscπ reiπa Substanz -vom Schmelzpunkt 127° - 129° C.

B e is p ie l 2

a.) 25,2 g 1, 1, 1,6-Tetrachlor-- ,3, 6-trimethylheptan werden mit 0,60 g Aliquat (Tricaprylmethylammoniumchlαrid) und 50 ml 40 Gew. ?άiger wäßriger Natronlauge unter starkem Rühren auf 80° C erwärmt. Dann läßt man die Mischung er¬ kalten, verdünnt sie mit 60 ml Dichlαrmethan, trennt die organische Phase ab, wäscht sie mit Wasser, trocknet sie mit Calziumchlαrid und zieht das Lösungsmittel ab.

b.) 8,69 g des gemäß Beispiel 2a hergestellten 1,6-Dichlor- 3 , 3, -trimethyl-l-heptin-Rαhprodukts werden innerhalb vo 30 Minuten in 80 ml siedende wasserfreie Ameisensäure ge tropft und dann 16 Stunden lang unter Rückfluß erhitzt. Dann läßt man die Mischung erkalten, setzt 140 ml Wasser zu und extrahiert viermal mit je 30 ml Diethylether . Die vereinigtan organischen Phasen werden mit Wasser gewasch und anschließend fünfmal mit je 20 " ml 10 Gew. %iger wäßr Natriumcarbonatlösung ausgeschüttelt. Man säuert die wäß Phase mit kαnz. Salzsäure an und erhält die 2,2,5 ,5-Tetr methyIcyclopentancarbαnsäure als NMR-spektroskopisch rei Substanz vom Schmelzpunkt 127-129° C.

Beisoiel 3

a) Zu einer gut gerührten Suspension von 54,9 g 2,5-Dxchlαr- 2,5-dimethyIhexsπ in 135 ml 1,1-Dichlαrethylen werden bei 0° C unter Rühren innerhalb von 45 Minuten portionsweis 3,75 g Aluminiu:-chlorid gegeben. Dann rührt man die Re- aktiαnsmischung nach weitere 100 Minuten lang bei 0 α C und versetzt sie mit 10 ml Wasser und 20 g wasserfreiem Kal∑iu chlorid. Dann filtriert man und zieht das überschüss 1,l-Dichlαrethyleπ im Vakuum ab. Man erhält 88,4 g eines zähen Öls aus dam durch Feststαffdestillatiαπ 17,5 g 2,5-0i chlαr-2,5-dimethyihexan zurückgewonnen werden. Der Rückstan wird destilliert und man erhält 34,3 g 1,1,1, -Tetrachlαr- 3,3, -trimeth Iheptan als schwach gelbes Öl vo Siedepunkt 79-80° C bei 0,5 m bar.

b) 25,2 g l,i,I,6-7etrachlαr-3,3, -trimethylheptan werden mit 0,60 g Trics?rylmethyls.moπiumchlαrid (Aliquat (R)336)

- und 50 ml 40 .άi ar wässrigsr Natronlauge unter starkem

Rühren 22 Stunden lang auf 80 α C erhitzt. Dann läßt man dia Mischung erkalten, versatzt mit 60 ml Dichlαrmethan, trennt die organische Phase ab und trocknet sie über

Kalziumchlorid. Dann wird das Lösungsmittel im Vakuum abgezogen und dar Rückstand destilliert. Man erhält so

14,7 g l,6-0ichior-3, , -trimath 1-1-hep iπ als gelbes

Öl vo Siedepunkt 39-43° C bei 1 bar.

c) Zu 80 ml 90 .άigar Ameisensäure werden unter starkem Rühren 8,29 g l,6-Dichiαr-3, ,6-trima hyl-1-heptiπ getropft und 6 Stunden lang unter Rückfluß erhitzt. Man läßt die Mischu

erkalten versetzt sie mit 300 ml Wasser und extrahiert sie zweimal mit je 50 ml Petrαlether. Die vereinigten organischen Phasen werden fünfmal mit je 30 ml 10 ?όiger wässriger Natriumcarbonatlösung extrahiert. Die wässrige Phase wird mit konzentrierter Salzsäure angesäuert, das ausgefallene Produkt aus Petrolether umkristallisiert und man erhält 4,63 g 2,2,5,5-Tetramεthyl-cyclopentaπ- carbonsäure vom Schmelzpunkt 128-129° C.