AT393504B - Verfahren zur herstellung von 3,3-dialkoxypropionsaeureestern durch ozonolyse von mehrfach ungesaettigten verbindungen - Google Patents

Description

AT 393 504 B

Die Erfindung beschreibt ein neues Verfahren zur Synthese von 33-Dialkoxypropionsäureestem der allgemeinen Formel R!0 0) CH—CH2—COOR2, R*0 1 0 worin R und R Alkylreste mit einer C-Anzahl von 1-6, vorzugsweise Methyl und Ethylreste darstellen. In Form des Ethylproduktes wird die Verbindung der Formel (I) (R*. R2 = Ethyl) als Synthesebaustein im Handel angeboten, der speziell in der Heterocyclenchemie von Bedeutung ist. So dient die Verbindung der Formel (I) als Ausgangsprodukt zur Darstellung von Cumarinen (D. G. Crosby, R. V. Berthold, J. Org. Chem. 27, 3083 (1962)), Isoxazolonen (T. Kusumi, C. C. Chang, M. Wheeler, Tetrahedron Letters 22, 3451 (1981)), Pyrimidinen (DE-OS 2 353 152), Porphyrinen (A. Lecas-Nawrocka, Can. J. Chem. 62, 2054 (1984)), Antihypertonika (US-PS 4634689), photographischen Sensibilisatoren (US-PS 4634773), Cephalosphorinen (US-PS 4348518) Alkaloiden (US-PS 4348518; CH-PS 609989). (I) dient auch als Ausgangsprodukt zur Synthese von ß-Alkoxyacrylaten und Formyl substituierten Carbonsäuren (Y. Fujimoto, JP 74,13768). (I) kann weiters reduziert werden, wobei unter sauren Bedingungen der als Zwischenprodukt in der Synthese ebenfalls bedeutende ß-Hydroxypropionaldehyd entsteht. (J. E. Vik, Acta. Chem. Scand. 27,239 (1973)).

Stand der Technik

Auf Grund der Wichtigkeit gibt es verschiedenste Synthesemöglichkeiten für (I). Die erste Synthese von (I) stammt aus dem Jahre 1947 (S. M. Mc Elvain, R. L. Clarke, J. Am. Chem. Soc. 1947,69,2657) und geht von einem Alkylformiat und einem Alkylacetat aus, wobei in erster Stufe das Na-Enolat des Alkylformylacetats gebildet wird. Anschließende Acetalisierung führt in 34 %-iger Ausbeute zu (I). Weitere Synthesemöglichkeiten sind die radikalisch initiierte Addition von CCI4 an Ethylvinylether (A. Holy Collect. Czech. Chem. Commun. 1974,39,3177), die Oxo-Reaktion von Acrylsäureestem mit Palladiumkatalysatoren (K. Matsui, S. Uchiumi, EP-A- 55108), Addition von Alkoholen bzw. Alkoholaten an Alkylpropiolaten (S. Bertz, G. Dabbagh, P. Cotte J. Org. Chem. 1982,47,2216; US-PS 4 634 773), eine Haloformreaktion an acylierten Alkylvinylethem (Lutz-F. Tietze, H. Meier, E. Voß, Synthesis 1988,274), der Umsatz von Carbonsäuren und substituierten Ethenen mit CO und oxidierenden Agenzien über Pd-Katalysatoren (JP 62,89 642), der Umsatz von Keten mit Ortho-estem (US-PS 2449471, E. I. du Pont de Nemours & CO), eine Reaktion von 5-Methoxymethylen-2,2-dimethyl-13-dioxan-4,6-dion mit Ethanol (JP 79,103 823), die Alkoholyse von Verbindungen der allgemeinen Formel R4R5NCH(OR)CHRjR2 (Rj = H, Me; R2 - C02Me; R4 = Cyclohexyl; R^ = C02Et) (JP 60 156 643), die Addition von Methanol an Ethen mit Hilfe von Pt-Katalysatoren (JP 5821 636) sowie der Umsatz von Acyloxymethylenverbindungen mit Alkoholen (DE-OS 3 211679).

Beschreibung der Erfindung

Gegenüber dem Stand der Technik verfolgt das erfindungsgemäße Verfahren eine gänzlich andere Synthese-Strategie. Es ist dadurch gekennzeichnet, daß Cyclohexadien, Fettsäureester, die das Strukturelement (-CH=CH-CH2-)n, nä2, enthalten, oder Fettsäureestergemische mit einem hohen Anteil an mehrfach ungesättigten Fettsäuren mit der äquivalenten Menge Ozon zur Reaktion gebracht und die peroxidischen Ozonisierungsprodukte anschließend durch Erwärmen mit niedrigen aliphatischen Alkoholen in Gegenwart von Chlorwasserstoff umgesetzt werden.

Die Ozonisierung wird vorzugsweise bei Temperaturen von -40 °C - 0 °C durchgeführt, wobei der Ozongehalt des eingesetzten O^O^-Gemisches vorzugsweise 8 mol% bei einer Durchflußrate von 50 1/h beträgt. Als

Alkohole werden vorzugsweise Methanol und Ethanol eingesetzt Die Spaltung der peroxidischen Reaktions-Produkte erfolgt vorzugsweise bei Temperaturen von 30 °C bis zur Siedetemperatur des eingesetzten Alkohols. Die Aufarbeitung der Ozonolyseprodukte erfolgt beim erfindungsgemäßen Verfahren durch Neutralisation der salzsauren alkoholischen Lösung und Abdestillieren des überschüssigen Alkohols. Im Fall der Leinölfettsäure-methylester treten neben (I) noch Capronaldehyddialkylacetale, Capronsäureester, Azelainsäureester und Azelain-aldehydsäureesteracetale, Pelaigonsäureester und Pelargonaldehydacetale als Ozonolyseprodukte auf. Von diesen kann (I) durch fraktionierte Destillation unter vermindertem Druck sehr leicht abgetrennt und so in einem Reinheitsgrad von mindestens 95 % erhalten werden. -2-

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Da$ oben beschriebene Verfahren bietet gegenüber den bisher bekannten Verfahren folgende Vorteile:

Die Synthese geht von billigen Ausgangsprodukten aus. Insbesondere kann der regenerierbare Rohstoff Leinöl, der zunächst durch Alkoholyse mit niedrigen aliphatischen Alkoholen in ein entsprechendes Fettsäureestergemisch umgewandelt wird, eingesetzt werden. Dieses Gemisch kann direkt der Ozonolyse unterworfen werden, ohne daß die Fettsäureester vorher aufgetrennt werden müssen. Im Gegensatz dazu geht man bei den herkömmlichen Verfahren von schwer zugänglichen petrochemischen Produkten aus. Ein weiterer Vorteil besteht im Einsatz von Ozon als Reagenz. Ozon-Generatoren werden seit vielen Jahren vorwiegend analytisch in chemischen Laboratorien eingesetzt und haben sich auf heiter Basis hervorragend bewährt. Auch neue technische Anwendungsmöglichkeiten für Ozon wurden erarbeitet und können heute besonders wirtschaftlich industriell realisiert werden. Auf Grund der Herstellungsmöglichkeit ausgehend von Sauerstoff steht Ozon praktisch in unbeschränkten Mengen zur Verfügung. Darüberhinaus kann das für den Umsatz benötigte Ozon exakt dosiert werden, wodurch Überschüsse und damit zusammenhängende Umweltbelastungen vermieden werden können. Ozonisierungen von ungesättigten Verbindungen sind rasch ablaufende Reaktionen, wobei keine teuren Katalysatoren und keine aufwendigen Apparaturen benötigt werden und der Umsatz ist sowohl bei tiefen als auch bei hohen Temperaturen praktisch vollständig. Im Fall der Fettsäureester treten als Nebenprodukte dabei Derivate von aliphatischen Carbonsäuren auf (Capronsäureester und Capronaldehydacetale, Propionsäureester und Propionaldehydacetale, Azelainsäureester und Azelainaldehydesteracetale), die ebenfalls bedeutsame Zwischenprodukte in da- chemischen Synthese darstellen und durch fraktionierte Destillation leicht von (I) abgetrennt und isoliert werden können. Durch den Einsatz von Ozon an Stelle der herkömmlichen Oxidationsmittel (KMnO^, KJO4) kann die Reaktion in verschiedenen polaren und auch apolaren Lösungsmitteln durchgeführt werden. Außerdem kommt es zu keinem Anfall von salzartigen Abfallprodukten und somit zu keinem Entsorgungsproblem.

Beispiel 1 4,35 g (10,6 mmol) 1,4-Cyclohexadien wird in 50 ml einer 1 molaren Lösung von Chlorwasserstoff in Methanol bei -40 °C mit einem Ozon/Sauerstoffgemisch, welches 8 mol% Ozon enthält, bei einer Durchflußrate von 50 1/h ozonisiert, bis in einer dem Reaktionsgefäß nachgeschalteten wäßrigen KI-Lösung lod auftritt Nach Beendigung der Ozonisierung wird das Reaktionsgemisch ca. 5 Minuten mit Stickstoff gespült Anschließend wird das Reaktionsgemisch langsam zum Sieden erhitzt und bei dieser Temperatur gehalten, bis die Lösung peroxidfrei ist (ca. 1/2 h). Die peroxidfreie Lösung wird mitNaHC03 neutralisiert, das ausgefallene NaCl sowie das überschüssige NaHC03 abfiltriert und das Lösungsmittel im Vakuum abdestilliert. Der ölige Rückstand wird im Vakuum destilliert, wobei man 9,5 g 3,3-Dimethoxypropionsäuremethylester (Kp (27 mbar): 79 °Q «hält

Ausbeute: 60 % d. Theorie ^-NMRfCDClg): δ = 2,60 (d, 2H), 3,30 (s, 6H), 3,65 (s, 3H), 4,75 (t, 1H)

Beispiel l 0,43 g (5,37 mmol) 1,4-Cyclohexadien wird in 30 ml einer 1 molaren Lösung von Chlorwasserstoff in Ethanol bei -40 °C mit einem Ozon/Sauerstoffgemisch, welches 8 mol% Ozon enthält, bei einer Durchflußrate von 501/h ozonisiert Die Aufarbeitung der Ozonolyseprodukte erfolgt in er in Beispiel 1 beschriebenen Weise und man erhält 1,4 g 3 3-Diethoxypropionsäureethylester (Kp (17 mbar): 93 °C)

Ausbeute: 70 % d. Theorie 1H-NMR(CDa3): δ = 1,18 (t, 6H), 1,25 (t, 3H), 2,63 (d, 2H), 3,59 (q, 2H), 3,63 (q, 2H), 4,15 (q, 2H), 4,95 (t 1H)

Beispiel 3 1,1 g Linolsäuremethylester wird mit 50 ml einer 1 molaren Lösung von Chlorwasserstoff in Methanol versetzt und bei 0 °C, wie in Beispiel 1 angegeben, ozonisiert Die Aufarbeitung der Ozonolyseprodukte erfolgt in der in Beispiel 1 beschriebenen Weise und man erhält dabei 337 mg 3,3-Dimethoxypropionsäuremethylester.

Ausbeute: 61 % der Theorie

Beispiel 4

Ein Gemisch von 20 g Leinölfettsäuremethylester, bestehend aus 55,5 % Linolensäuremethylester, 17 % Linolsäuremethylester, 17,5 % Ölsäuremethylester, 3,4 % Stearinsäuremethylester und 6,3 % Palmitinsäuremethylester, hergestellt durch Alkoholyse von Leinsamenöl (M. Mittelbach, H. Junek, F. Andreae, -3-

Claims (4)

1. AT 393 504 B AT-PS 366 222 (1988)) wird mit 160 ml einer 1 molaren Lösung von Chlorwasserstoff in Methanol versetzt und bei 0 °C, wie in Beispiel 1 angegeben, ozonisiert. Die Aufarbeitung der Ozonolyseprodukte erfolgt in der im Beispiel 1 beschriebenen Weise. Durch fraktionierte Destillation unter vermindertem Druck erhält man 7,5 g 3,3-Dimethoxypropionsäuremethylester. Ausbeute: 60 % d. Theorie. Beispiel 5 19,25 g Leinölfettsäuremethylester werden in einer 1 molaren Lösung von Chlorwasserstoff in Ethanol gelöst und bei 0 °C, wie in Beispiel 1 angegeben, ozonisiert. Die Aufarbeitung erfolgt in der im Beispiel 1 beschriebenen Weise. Durch fraktionierte Destillation unter vermindertem Druck erhält man 10,1 g Diethoxy-propionsäureethylester (Kp (17 mbar): 93 °C). Ausbeute: 60 % d. Theorie. PATENTANSPRÜCHE 1. Verfahren zur Herstellung von 3,3-Dialkoxypropionsäureestem der Formel

   CH—CH2—COOR2, 0) R*0 1 o wobei R1 und R Alkylreste mit einer Kohlenstoffanzahl von 1 bis 6 darstellen, dadurch gekennzeichnet, daß man Cyclohexadien, Fettsäureester, die das Strukturelement (-CH=CH-CH2-)n»n - 2, enthalten, oder Fettsäureestergemische mit einem hohen Anteil an mehrfach ungesättigten Fettsäuren, durch Einleiten eines Ozon-Sauerstoffgemisches in sauren Lösungen von niedrigen aliphatischen Alkoholen ozonisiert, anschließend durch Erhitzen spaltet und die Ozonolyseprodukte durch fraktionierte Destillation unter vermindertem Druck auftrennt und so die Endveibindung isoliert
2. 2. Verfahren nach Anbruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Alkohole vorzugsweise Methanol und Ethanol und als Säure vorzugsweise Chlorwasserstoff verwendet
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ozonisierung vorzugsweise bei Temperaturen von -40 °C bis 0 °C durchgeführt wird.
4. -4-