Beschreibung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von O-substituierten Hydroxylammoniumsalzen der all¬ gemeinen Formel I,

Rl-CHX-0-NH ₂ - HL (I)

in der L für Halogen oder Hydrogensulfat, X für Wasserstoff oder Cι-C ₄ -Alkyl und R ¹ für gewünschtenfalls substituiertes Phenyl, Thienyl, Furanyl oder Pyrrolyl oder für einen Rest -CR ² =CR ³ R ⁴ ste¬ hen, wobei R ² , R ³ und R ⁴ unabhängig voneinander Wasserstoff, Halo¬ gen oder Cι-C ₄ -Alkyl bedeuten,

durch Umsetzung eines Acetonoximethers der Formel II

.CH ₃ R ¹ —CHX—0—N=C ^{" (11 )} ^CH ₃

mit Wasser und einer Mineralsäure H-L unter laufender Entfernung des hierbei entstehenden Acetons.

O-substituierte Hydroxylamine lassen sich u.a. durch saure Hydro¬ lyse von O-substituierten Acetonoximethern bei Siedetemperatur herstellen. So ist beispielsweise aus der DE-A 36 31 071 ein Ver¬ fahren zur Hydrolyse von Acetonoximethern vom Typ der Verbindungen II mit Salzsäure bekannt, das in einer kontinuier- lieh betriebenen Reaktionskolonne durchgeführt wird. Hierfür ist jedoch eine teure Spezialapparatur erforderlich.

Wesentlich wirtschaftlicher sind dagegen Verfahren, die in Stan¬ dardapparaturen durchgeführt werden können:

So stellten Behrend et. al. (Liebigs Ann. Chem. 251, 203 (18901 Benzyloxyamin-Hydrochlorid mit 50 % Ausbeute her.

Borek et. al. (J. Am. Chem. Soc. ü£, 2020 (1936)) synthetisierten Carboxymethylenoxyamin-Hydrochlorid in 50 % Ausbeute.

Holland et. al. (J. Chem. Soc. ÜLiä, 182) erhielten Diethylamino- ethylenoxyamin nach dieser Methode, wobei sie jedoch keine Aus¬ beute angeben. Brossi et. al. (Heterocycles 2SL, 839 (1983)) erhielten

3'-(2,4, 5-Trichlorphenoxy)propyloxyamin-Hydrochlorid durch Hydro¬ lyse des entsprechenden Acetonoximethers in ethanolischer Salz¬ säure. Die Ausbeute betrug jedoch nur 47 %.

Nachteilig bei diesen bekannten Verfahren ist allerdings die un¬ befriedigende Reinheit der Verfahrensprodukte. Die störenden Ne¬ benprodukte resultieren hauptsächlich aus der teilweisen Zerset¬ zung der gewünschten Hydroxylamin-Derivate unter den geforderten Reaktionsbedingungen (vgl. hierzu auch Zech und Metzger in Hou- ben-Weyl, Methoden der Organischen Chemie, Bd. 10/1, 4. Auflage 1971, S. 1186) . Von dem zusätzlichen Reinigungsschritt abgesehen sind die Verfahren auch wegen der geringen Ausbeute an Wertpro¬ dukt technisch wenig rentabel.

In der älteren deutschen Anmeldung DE-A 42 33 333 wird ein Ver¬ fahren zur Synthese von O-Alkylhydroxylammoniumsalzen mit kurz- kettigen Alkylresten beschrieben. Die Hydrolyse des Acetonoxime¬ thers erfolgt hier mit konzentrierter Salzsäure in einem Zwei- Phasen-System mit unpolaren Lösungsmitteln wie Xylol, Toluol und Cyclohexan. Dieses Verfahren eignet sich allerdings nur für die Synthese von relativ polaren O-Alkylhydroxylammoniumsalzen. Es eignet sich nicht für die Synthese der weniger polaren Verbindungen II, die sich in dem Lösungsmittel lösen würden. Die Reaktionszeiten werden in diesem Fall durch Phasenübergang sehr lang.

Aus Org. Synth., Coll. Vol. 3, S. 172, ist die Hydrolyse von Ace- tonoxim-0-(methoxycarbonylmethylen)ether mit wässriger Salzsäure unter gleichzeitiger destillativen Entfernung des Nebenproduktes Aceton bekannt. Die Hydrolyse erfolgt bei 100°C. Die Ausbeuten liegen bei 66 - 72 %. Diese Methode ist jedoch zur Synthese der Verbindungen I ebenfalls nicht geeignet, da die O-Allyl- und O- Benzyl-substituierten Hydroxylammoniumsalze I bei Temperaturen über 50 °C nicht stabil sind. Durch Spaltung der N-O-Bindung würde als Nebenprodukt Ammoniumchlorid entstehen, das in einem nachfol¬ genden Reinigungschritt erst wieder abgetrennt werden müßte. Bei Temperaturen oberhalb von 100 °C kann die Zersetzung der Verbindungen II sogar explosionsartig erfolgen. Eine hohe Aus¬ beute an I ist nach diesem Verfahren jedenfalls nicht zu erzie- len.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es demnach, ein verbesser¬ tes Verfahren bereitzustellen, mit dem die O-substituierten Hydroxylammoniumsalze I in guter Ausbeute und mit sehr hoher Reinheit hergestellt werden können.

Demgemäß wurde das vorliegende Verfahren gefunden, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man die Hydrolyse diskontinuierlich bei 0 - 50 °C und unter 10 - 500 mbar Druck durchführt.

Besonders vorteilhaft arbeitet man bei einer Reaktionstemperatur von 30 bis 50 °C und einem Druck von 40 bis 50 mbar.

Nach bisherigen Erkenntnissen ist es zweckmäßig, pro Moläquiva¬ lent Acetonoximether II etwa 2 Moläquivalente an Mineralsäure einzusetzen. Ein größerer Überschuß an H-L ist möglich, bringt jedoch keine Vorteile.

Als Mineralsäuren H-L kommen insbesondere Salzsäure und Schwefel¬ säure in Betracht, wobei konzentrierte Salzsäure besonders bevor- zugt ist.

Das vorliegende Verfahren wird vorteilhaft in wässriger Phase durchgeführt, wobei auch ein inertes, mit Wasser gut mischbares Lösungmittel zugesetzt werden kann, z.B. ein niederer Alkohol wie Methanol, Ethanol und Propanol, oder eine kurzkettige Carbonsäure wie Essigsäure und Propionsäure.

Die Mengen an Lösungsmittel und Mineralsäure H-L sind nicht kri¬ tisch. Normalerweise arbeitet man mit einem 5 bis lOOfachen mola- ren Überschuß an Wasser und einem 30 - 200 %igen molaren Über¬ schuß an H-L, bezogen auf den Acetonoximether II.

Das Fortschreiten der Reaktion kann mittels üblicher analytischer Methoden wie DünnschichtChromatographie, Hochdruckflüssigkeit- sChromatographie und Gaschromatographie, verfolgt werden.

Nach beendeter Unsetzung und weitgehender Entfernung des Hydroly¬ se-Nebenproduktes Aceton, üblicherweise destillativ, entfernt man das restliche Wasser und die überschüssige Mineralsäure H-L, zweckmäßigerweise durch azeotrope Destillation. Als Wasserschlep¬ per eignen sich hierzu allgemein alle organischen Lösungsmittel, die mit Wasser Azeotrope bilden, also beispielsweise Benzol, Toluol, Xylol, Pentan, Hexan, Heptan, Cyclohexan und Cycloheptan.

Normalerweise kristallisiert das Verfahrensprodukt I (H-L-Salz) aus dem Rückstand aus und kann dann mittels üblicher Methoden wie Filtration oder Extraktion (z.B. mit Wasser oder Alkoholen) iso-

liert und gewünschtenfalls weiter gereinigt werden, z.B. durch Kristallisation, Rektifikation oder mittels chromatographischer Methoden.

Die als Ausgangsstoffe dienenden Acetonoximether II sind bekannt oder auf bekannte Weise erhältlich (vgl. z.B. Houben-Weyl, Metho¬ den der Organischen Chemie, Band X/4, Georg Thieme Verlag, Stutt¬ gart 1968, Seiten 217ff) .

Das Verfahren läßt sich mit Erfolg zur Synthese aller definitionsgemäßen O-substituierten Hydroxylammoniumsalze I an¬ wenden, vor allem auf solche Verbindungen, bei denen die Varia¬ blen die folgende Bedeutung haben:

L Chlor, Brom oder Hydrogensulfat, insbesondere Chlor;

X Wasserstoff oder Cι-C ₄ -Alkyl, insbesondere Wasserstoff;

R ¹ - Phenyl, Thienyl, Furanyl oder Pyrrolyl, die jeweils unsubstituiert sein oder ein bis drei Halogenatome und/ oder Cι-C -Alkyl-Reste, insbesondere Fluor, Chlor, Brom, Methyl oder Ethyl, tragen können;

einen Rest -CR ² =CR ³ R ⁴ , wobei R ² , R ³ und R ⁴ jeweils Wasser- stoff, Halogen wie Fluor, Chlor oder Brom, oder Cι~C ₄ - Alkyl, insbesondere Chlor oder Methyl, bedeuten;

besonders bevorzugt sind Phenyl, Halogenphenyl, Thienyl und -CH=CH-C1, wobei -CH=CH-C1 ganz besonders bevorzugt ist.

Im Hinblick auf die Verwendung der O-substituierten Hydroxyl¬ ammoniumsalze I als Zwischenprodukte für Pflanzenschutzmittel und Pharmaka, insbesondere zur Herstellung von herbiziden Cyclo- hexenonoximethern (vgl. z.B. EP-A 136 647, EP-A 136 702 und EP-A 142 741) , ist die Herstellung von O-Benzylhydroxylammonium- salzen aus Acetonoxim-O-benzylether und insbesondere von E-(O)- (3-Chlor-2- propenyD-hydroxylammoniumsalzen aus E-Aceton- oxim-0-(3-chlor-2-propenyl)ether ganz besonders bevorzugt.

Herstellungsbeispiele

Beispiel 1 (erfindungsgemäß) : O-Benzylhydroxylamin-Hydrochlorid

Man destillierte eine Mischung aus 198,6 g (1,0 Mol) Acetonoxim- O-benzylether (Reinheit: 82 %) und 200 g (2,0 Mol) 36 gew.-%iger Salzsäure bei 50 °C Sumpftemperatur, 40 - 35 mbar Druck, und einem RücklaufVerhältnis von 6 über eine 30 cm lange Kolonne, die mit

Glas-Raschigringen gefüllt war. Nach Abdestillieren von ca. 60 g eines Gemisches aus verdünnter Salzsäure und Aceton versetzte man den Rückstnand mit 500 ml Toluol. Anschließend wurden bei 50 °C Sumpftemperatur und 20 - 30 mbar Druck noch 120 g Salzsäure ab- 5 destilliert. Das feste O-Benzylhydroxylamin-Hydrochlorid wurde abgetrennt und bei 50 °C unter vermindertem Druck getrocknet. Aus¬ beute: 172,5 g (94 %; 88 %ige Reinheit)

Beispiel 2 (erfindungsgemäß) : 10 E-(O)- (3-Chlor-2-propenyl)hydroxyl-amin-Hydrochlorid

Man destillierte eine Mischung aus 158,3 g (1,0 Mol) (E)-Acetono- xim-0-(3-Chlor-2-propenyl)ether (Reinheit: 91 %) und 200 g (2,0 Mol) 36 gew.-%ige Salzsäure bei 40 - 50 °C Sumpftemperatur, 40 -

15 50 mbar Druck, einem RücklaufVerhältnis von 6, über eine 30 cm lange, mit Glas-Raschigringen gefüllte Kolonne. Innerhalb von 15 Stunden wurden 145 g eines Gemisches aus verdünnter Salzsäure und Aceton abdestilliert. Während der Destillation kristalliserte das Hydroxylamin-Hydrochlorid aus dem Reaktionsgemisch aus. Nach Zu-

20 gäbe von 500 ml Cyclohexan wurde bei 40 - 45 °C und 250 - 240 mbar Druck die restliche Salzsäure azeotrop abdestilliert, wonach man das feste E-(O)-(3-Chlor-2-propenyl)hydroxylamin-Hydrochlorid ab¬ trennte und 12 Std. unter vermindertem Druck bei 50 °C trocknete. Der Rückstand enthielt noch 14,5 g (0,1 Mol) E-Acetonoxim-

25 0-(3-chlor-2-propenyl)ether. Ausbeute: 116 g (90 %; 98 %ige Rein¬ heit); Smp.: 175 - 176 °C.

Beispiel 3 (erfindungsgemäß) :

E-(0)-(3-Chlor-2-propenyl)hydroxyl-amin-hydrochlorid

30

Aus einer Mischung aus 23,0 kg (144,8 Mol) Acetonoxim- 0-(3-Chlor-2-propenyl)ether (Reinheit: 91 %) und 30,0 kg (205 Mol) 36 gew.-%iger Salzsäure wurden bei einer Sumpftemperatur von 45 - 49 °C, einem Druck von 40 - 50 mbar und einem Rücklauf-

35 Verhältnis von 6 ein Gemisch aus verdünnter Salzsäure und Aceton abdestilliert. Zur Aufarbeitung wurde die Reaktionsmischung mit 45 1 Toluol versetzt, wonach man 43 °C und 50 - 60 mbar Druck die restliche Salzsäure azeotrop abdestillierte. Das als Rohprodukt verbliebene E-(0)-(3-Chlor-2-propenyl)hydroxylamin-Hydrochlorid

40 wurde abgetrennt und bei 50 °C unter vermindertem Druck getrock¬ net. Ausbeute: 16,0 kg (75 %; 98 %ige Reinheit); Smp.: 176 - 178°C.

Elementaranalyse: 45

Ber.: C: 25,02; H: 5,00; 0: 11,11; N: 9,73; Cl: 49,24; Gef.: C: 24,90; H: 4,90; 0: 11,80; N: 9,70; Cl: 48,80.

Beispiel 4 (Vergleichsbeispiel, analog zu Org. Synth., Coll. Vol. 3, S. 172): E-(O)-(3-Chlor-2-propenyl)-hydroxylamin-hydroch- lorid

Eine Mischung aus 158,3 g (1,0 Mol) 91 %igem (E)-Acetonoxim- 0-(3-chlor-2-propenyl)ether und 200 g (2,0 Mol) 36 gew.-%iger Salzsäure wurde bei 68 - 69 °C Sumpftemperatur, bei 165 - 200 mbar, einem Rücklaufverhältnis von 16 über eine 30 cm Ko¬ lonne, die mit Glas-Raschigringen gefüllt ist, destilliert. In- nerhalb von 15 Std. erhielt man so 145 g einer Mischung aus ver¬ dünnter Salzsäure und Aceton. Aus dem Rückstand kristallisierte das Hydroxylamin-Hydrochlorid aus. Zur Aufarbeitung versetzte man den Rückstand mit 500 ml Cyclohexan und destilliert bei 40 - 45 °C und 250 - 240 mbar die restliche Salzsäure azeotrop ab.

Das feste E-(0)-(3-Chlor-2-propenyl)hydroxylamin-Hydrochlorid wurde abgetrennt und 12 Std bei 50 °C unter vermindertem Druck ge¬ trocknet. Ausbeute: 100 g (69 %; 80 %ige Reinheit); Smp.: 160 - 162 °C.

Gemäß iH-NMR-Spektrum enthielt das Produkt noch 20 gew.-% Ammoniumchlorid.

Beispiel 5 (Vergleichsbeispiel, gemäß DE-A 42 33 333) : E-(O)-(3-Chlor-2-propenyl)-hydroxylammoniumchlorid

Eine Mischung aus 73,8 g (0,5 Mol) E-Acetonoxim-0-(3-chlor-2- propenyl)ether, 1 1 Cyclohexan und 76 g (0,75 Mol) 36 gew.-%iger Salzsäure wurde bei einer Sumpftemperatur von 72 - 75 °C, einem RücklaufVerhältnis von 6, über eine Kolonne mit 30 cm Länge, die mit Glas-Raschigringen gefüllt ist, destilliert, wobei während der Destillation weitere 1900 ml Cyclohexan und weitere 150 g (1,5 Mol) 36 gew-%ige Salzsäure zugegeben wurden. Nach 25 Std. hatten sich so 1935 g Destillat angesammelt. Aus dem Rückstand wurde die restliche Salzsäure nach Zugabe von Cyclohexan azeotrop abdestilliert, wonach man auskristallisiertes E-(0)-(3-Chlor-2- propenyl)hydroxylammoniumchlorid abtrennte. Ausbeute: 36,1 g (40 %; 80 %ige Reinheit); Smp.: 160-162 °C.

Gemäß iH-NMR-Spektrum enthielt das Produkt noch 20 gew.-% Ammoniumchlorid.

Herstellung der Vorstufen:

Acetonoxim-O-benzylether

Zu einer Lösung von 352 g (8,8 mol) Natriumhydroxid in 2 kg Was¬ ser wurden in einem 4 1 Reaktionsgefäß 292 g (4,0 mol) Acetonoxim gegeben. Anschließend erwärmte man die Mischung auf 70-75 °C und versetzte sie mit 506 g (4,0 mol) Benzylchlorid. Nach 3 Stunden Rühren bei 75-80 °C wurde das Reaktionsgemisch abgekühlt, wonach die organische Phase abgetrennt und getrocknet wurde. Ausbeute: 579 g (73 %; 82 %ige Reinheit).

E-Acetonoxim-O-(3-chlor-2-propenyl)ether

14,5 kg 25 gew.-%ige wässrige Hydroxylammoniumsulfatlösung (= 22 Mol Hydroxylammoniumsulfat) und 10 kg Wasser wurden in einem 50 1-Reaktionsgefäß nach und nach mit insgesamt 2,9 kg (50 Mol) Ace¬ ton und 2,5 1 50 gew.-%iger Natronlauge versetzt. Die Zugabe er¬ folgte so, daß der pH-Wert der Reaktionsmischung konstant zwi- sehen 4,5 und 5,0 lag. Nach beendeter Zugabe wurde die Mischung noch zwei Std. gerührt und einschließend mit weiteren 5,28 kg (66 Mol) 50 gew.-%iger Natronlauge versetzt. Danach erwärmte man auf 70 °C und gab 5,09 kg (44 Mol) E-l,3-Dichlorpropen zu dem Reakti¬ onsgemisch, wonach man drei Stunden bei 70 - 80 °C rührte. Durch Destillation bei einem unterdrück von 140 mbar und einer Über¬ gangstemperatur von 25 - 53 °C erhielt man ein zweiphasiges De¬ stillat, dessen organische Phase das Produkt enthielt. Ausbeute: 5,0 kg (76 %; 91 %ige Reinheit).