CH377350A

CH377350A - Verfahren zur Herstellung heterocyclischer Carbonsäuren

Info

Publication number: CH377350A
Application number: CH6703458A
Authority: CH
Inventors: Hartwig Dr Schuett
Original assignee: Henkel & Cie Gmbh
Priority date: 1957-12-20
Filing date: 1958-12-08
Publication date: 1964-05-15
Also published as: DE1096367B

Description

Verfahren zur Herstellung heterocyclischer Carbonsäuren
Es wurde gefunden, dass man heterocyclische Carbonsäuren in einfacher Weise und mit guten Ausbeuten dadurch gewinnen kann, dass man Quecksilbersubstitutionsprodukte heterocyclischer Verbindungen, bei welchen das Quecksilber unmittelbar an den heterocyclischen Ring gebunden ist, in Gegenwart von Kohlendioxyd unter Druck sowie in Anwesenheit säurebindender Mittel auf Temperaturen oberhalb 1500 erhitzt. Die so erhaltenen Salze von heterocyclischen Carbonsäuren können anschlie ssend in die freien Säuren und diese in ihre Derivate übergeführt werden.

Die als Ausgangsstoffe für das erfindungsgemässe Verfahren verwendeten Quecksilbersubstitutionsprodukte heterocyclischer Verbindungen sind bekannte Stoffe oder können nach bekannten Verfahren in meist sehr einfacher Weise dargestellt werden. Sie leiten sich von einer Anzahl heterocyclischer Ringsysteme, beispielsweise von Thiophen, Furan oder Pyrrol ab, wobei die heterocyclischen Verbindungen auch substituiert sein können, z. B. durch Kohlenwasserstoffreste oder Halogenatome.

Als Beispiele für derartige Verbindungen seien genannt:
2-Chlormercuri-thiophen,
5-Chlormercuri-2-methyl-thiophen,
5-Chlormercuri-2-äthyl-thiophen, 2-Chlormercuri-3 -äthyl-thiophen,
5-Chlormercuri-2-propylqhiophen,
5 -Chlormercuri-2-phenyl-thiophen, 2-Chlormercuri-3 ,4-dimethyl-thiophen,
3-Chlormercuri-2,5-dimethyl-thiophen,
5-Chlor-2-chlormercuri-thiophen,
5-Brom-2-chlormercuri-thiophen und andere.

Auch solche Verbindungen; welche zwei heterocyclische Ringe an ein Quecksilberatom gebunden enthalten, können als Ausgangs stoffe dienen, ebenso Verbindungen, welche mehr als ein Quecksilberatom an einem heterocyclischen Ring gebunden enthalten.

Beispiele für derartige Verbindungen sind:
Bis-a-thienyl-quecksilber,
Bis-[5-methyl-thienyl-(2)]-quecksilber,
Bis-[3-äthyl-thienyl-(2)]-quecksilber, Bis- [5-chlor-thienyl-(2)J-quecksilber,
2,5-Bis-chlormercuri-thiophen,
2, 5-Bis-chlormercuri-3-isopropyl-thiophen, 2,5-Bis-chlormercuri-3 ,4-dimethyl-thiophen,
Tetrakis-chlormercuri-thiophen.

Anstelle der Chlormercuri-Verbindungen können in allen Fällen mit gleichem Erfolg die entsprechenden Hydroxymercuri-Verbindungen als Ausgangsstoffe verwendet werden oder andere von Hydroxymercuri-Verbindungen abgeleitete Salze, z. B. die Sulfate oder Acetate.

Es können ferner anstelle der genannten Thiophenabkömmlinge entsprechende Derivate des Furans, z. B. das Furyl-2-quecksilberchlorid, oder des Pyrrols und anderer Heterocyclen Verwendung finden, die sich auch von mehrkernigen Heterocyclen ableiten können, z. B. vom Di-thienyl, Thionaphthen, Cuma- ron, Carbazol oder Indol.

Als Ausgangsstoffe für das neue Verfahren sind vor allem solche Quecksilbersubstitutionsprodukte von praktischer Bedeutung, welche in einfacher Weise aus heterocyclischen Verbindungen und Quecksilbersalzen in wässriger Lösung darstellbar sind, beispielsweise das Chlormercuri-thiophen und andere Abkömmlinge des Hydroxymercuri-thiophens. Auch Gemische solcher Quecksilberverbindungen, wie sie in der Technik beim Reinigen von thiophenhaltigem Benzol mit Hilfe wässriger Quecksilbersalzlösungen anfallen, können verwendet werden und stellen für eine technische Durchführung des neuen Verfahrens ein bevorzugtes Ausgangsmaterial dar.

Als säurebindende Mittel sind vor allem Alkalicarbonate geeignet. Besonders gute Ausbeuten werden bei Verwendung von Kaliumcarbonat erhalten.

Das Rubidium- oder Caesiumcarbonat, welche ebenso gut geeignet sind wie das Kaliumsalz, kommen aus wirtschaftlichen Gründen für eine praktische Durchführung des Verfahrens weniger in Frage. Die Menge des säurebindenden Mittels soll zweckmässig mindestens so gross sein, dass alle bei der Reaktion entstehenden Carboxylgruppen neutralisiert werden können. Vorteilhaft verwendet man jedoch einen Überschuss des säurebindenden Mittels.

In vielen Fällen kann eine Verbesserung der Aus beute durch Zusatz von Kaliumcyanat zu dem Reaktionsgemisch erhalten werden. Dies ist z. B. dann der Fall, wenn Abkömmlinge des Thiophens als Ausgangsstoffe verwendet werden. In solchen Fällen wird deshalb das erfindungsgemässe Verfahren bevorzugt unter Zusatz von Kaliumcyanat durchgeführt.

Die genannten Ausgangs stoffe werden vorzugsweise in trockener und gut zerkleinerter Form eingesetzt und innig miteinander vermischt. Dies kann z. B. durch gemeinsames Vermahlen in einer Kugelmühle geschehen. Um eine möglichst gute Umsetzung der Ausgangsstoffe zu erreichen, kann es ferner zweckmässig sein, das Reaktionsgemisch durch Rühren oder durch Bewegen des Reaktionsgefässes in Bewegung zu halten, so dass sich beispielsweise die Verwendung von Rühr-, Roll-oder Schüttelautoklaven für die Durchführung des Verfahrens empfiehlt.

Die Reaktion des erfindungsgemässen Verfahrens wird, wie gesagt, bei Temperaturen oberhalb 150 durchgeführt. Die optimale Reaktionstemperatur ist je nach den verwendeten Ausgangsstoffen verschieden. Sie liegt im allgemeinen zwischen 200 und 350O.

Die obere Grenze für die Reaktionstemperatur ist durch die Zersetzungstemperatur der Ausgangsstoffe bzw. der Endprodukte gegeben, so dass ohne besonderen Nachteil häufig auch Temperaturen von mehr als 3500 angewendet werden können.

Bei der Durchführung des neuen Verfahrens ist es zur Erzielung guter Ausbeuten in der Regel erforderlich, in Gegenwart von Kohlendioxyd unter Druck zu arbeiten. Anstelle von reinem Kohlendioxyd können hierbei auch Gasgemische Verwendung finden, welche neben CO2 inerte Gase, z. B.

Stickstoff, Methan oder Argon, enthalten. Die Anwesenheit grösserer Mengen von Sauerstoff wird zweckmässig vermieden. Der für die Erzielung guter Ausbeuten erforderliche Druck liegt im allgemeinen zwischen etwa 5 und 200 at. Die Anwendung höherer Drucke ist jedoch nicht schädlich.

Die Aufarbeitung der Reaktionsprodukte ist in der Regel einfach. Man kann hierbei beispielsweise so verfahren, dass man das Reaktionsgemisch in Wasser löst bzw. suspendiert und die Lösung nach Abfiltrieren der unlöslichen Anteile, welche unter anderem aus Quecksilber und Quecksilberoxyd bestehen, mit anorganischen oder organischen Säuren ansäuert. Aus der angesäuerten Lösung können die freien Säuren, soweit sie nicht infolge ihrer Schwerlöslichkeit auskristallisieren, mit Hilfe eines organischen Lösungsmittels, z. B. Äther, in üblicher Weise extrahiert und auf diese Weise isoliert werden. In manchen Fällen, besonders bei grösseren Ansätzen, kann es zweckmässig sein, das bei der Reaktion entstehende Quecksilber vor dem Abkühlen der Reaktionsmischung im Vakuum aus dem Reaktionsgefäss abzudestillieren.

Durch das erfindungsgemässe Verfahren können eine Anzahl bisher nur verhältnismässig schwer zugänglicher heterocyclischer Carbonsäuren in Form ihrer Salze in einfacher Weise dargestellt werden.

Aus den Salzen kann man nach bekannten Methoden die freien Säuren bzw. deren Derivate, z. B. die Säurechloride oder Ester, gewinnen. So lässt sich z. B. aus dem beim Reinigen von Rohbenzol mit Quecksilbersalzlösungen anfallenden, in Wasser schwerlöslichen Quecksilberverbindungen des Thiophens die Thiophendicarbonsäure-2,5 bzw. deren Kaliumsalz mit guter Ausbeute erhalten. In gleicher Weise werden aus andern Quecksilberverbindungen, z. B. aus denen des Furans oder Pyrrols, die entsprechenden 2,5-Dicarbonsäuren bzw. deren Salze erhalten.

Quecksilberverbindungen von mehrkernigen He- terocyclen mit nur einem Heteroatom liefern, ebenso wie in manchen Fällen Quecksilberverbindungen substituierter Heterocyclen, vielfach Monocarbonsäuren bzw. deren Salze als Reaktionsprodukte. So kann z. B. aus den Quecksilberverbindungen des Thionaphthens die Thionaphthen-2-carbonsäure in Form ihres Kaliumsalzes gewonnen werden. Diese Monocarbonsäuren können jedoch, wie früher gefunden wurde, durch Erhitzen ihrer Salze, insbesondere Kaliumsalze, auf Temperaturen oberhalb 300 in Dicarbonsäuren umgelagert werden.

Durch entsprechende Führung der Reaktionstemperatur lassen sich daher nach dem erfindungsgemässen Verfahren aus Quecksilberverbindungen von mehrkernigen heterocyclischen Verbindungen mit nur einem heterocyclischen Ring Dicarbonsäuren bzw. deren Salze darstellen.

Beispiel 1
10,0 g 2-Chlormercuri-thiophen (hergestellt nach Steinkopf, A. 403, 59), 30,0 g wasserfreies Kaliumcarbonat und 30,0 g Kaliumcyanat wurden durch Vermahlen in einer Kugelmühle innig gemischt und in einen Rollautoklaven von 200 cm3 Fassungsvermögen gefüllt. Durch Spülen mit Kohlendioxyd wurde die Luft aus dem Autoklaven entfernt. Anschliessend wurden 50 at Kohlendioxyd (bei 409) aufgedrückt. Der Inhalt des Autoklaven wurde 5 Stunden auf 300O erhitzt. Hierbei stellte sich ein Druck von 98 at ein.

Nach dem Abkühlen und Entspannen des Autoklaven wurde das hellgraue Reaktionsgemisch, welches 72,2 g wog, in 500 cm Wasser suspendiert und nach schwachem Erwärmen filtriert. Das klare Filtrat wurde mit konzentrierter Salzsäure angesäuert und mit Ather extrahiert. Die Ätharlösung wurde über Natriumsulfat getrocknet. Anschliessend wurde der Äther verdampft. Hierbei wurde ein Rückstand von 4,7 g erhalten, welcher aus roher Thiophen dicarbonsäure-2,5 bestand. Die Substanz zeigte nach der Umkristallisation aus Wasser einen Schmelzpunkt von 2300 und wies die theoretische Säurezahl auf.

Beispiel 2
Als Ausgangsmaterial diente ein bei der Behandlung von thiophenhaltigem Benzol mit wässriger Quecksilberchloridlösung erhaltenes Gemisch von Thiophenquecksilberverbindungen. 20,0 g dieses Gemisches wurden mit 50,0 g wasserfreiem Kaliumcarbonat und 30,0 g Kaliumcyanat fein vermahlen und in einem Autoklaven 4 Stunden auf 310 erhitzt. Während des Erhitzens wurde ein Kohlendioxyddruck von 100 bis 110 at aufrechterhalten.

Nach dem Abkühlen und Entspannen des Autoklaven wurde das Reaktionsprodukt in der im Ausführungsbeispiel 1 beschriebenen Weise aufgearbeitet.

Es wurden 9,0 g rohe Thiophen-2,5-dicarbonsäure erhalten.

Beispiel 3
10,0 g a-Furylquecksilberchlorid, welches nach den Angaben von Henry Gilman und George F.

Wright (J. Am. Chem. Soc. 1933, S. 3302) hergestellt worden war, wurden mit 60,0 g wasserfreiem Kaliumcarbonat durch Vermahlen innig gemischt und in einem Rollautoklaven von 0,2 1 Fassungsvermögen 3 Stunden auf 2700 erhitzt. Vor Beginn des Erhitzens wurden 50 at Kohlendioxyd aufgedrückt. Der Maximaldruck während des Erhitzens betrug 108 at.

Das Reaktionsgemisch wurde in der im Beispiel 1 beschriebenen Weise aufgearbeitet. Es wurden 2,7 g rohe Dehydroschleimsäure erhalten.

Beispiel 4
10,0 g der nach den Angaben von Hans Fischer (Hoppeseylers Zeitschrift für physiologische Chemie, 4, 148 11925], Seite 163) aus Pyrrol und Sublimatlösung hergestellten Pyrrolquecksilberverbindung wurden mit 20,0 g Kaliumcarbonat und 20,0 g Kaliumcyanat durch Vermahlen innig gemischt. Das Gemisch wurde in einem Rollautoklaven von 200 cm3 Fassungsvermögen unter einem Kohlendioxyddruck von 100 at 1 Stunde auf 2500 erhitzt. Das Reaktionsprodukt wurde in 300 cm3 Wasser suspendiert, filtriert und mit Salzsäure stark angesäuert. Durch Extraktion mit Äther konnten 3,1 g Pyrrol-a,daicar- bonsäure isoliert werden.

Beispiel 5
Ein Gemisch aus 10,0 g 2-Chlormercuri-thiophen, 20,6 g Rubidiumcarbonat und 10,0 g Kaliumcyanat wurde unter einem Kohlendioxydanfangsdruck von 50 at 5 Stunden auf 2800 erhitzt. Das Reaktionsgemisch wurde in der im Ausführungsbeispiel 1 beschriebenen Weise aufgearbeitet. Es wurden 4,1 g Thiophen-2,5-dicarbonsäure erhalten.

Beispiel 6
Ein Gemisch aus 10,0 g 2, 5-Bis-chlormercuri- thiophen, 30,0 g wasserfreiem Kaliumcarbonat und 30,0 g Kaliumcyanat wurde durch Vermahlen innig gemischt und in einem Rollautoklaven von 200 cm3 Fassungsvermögen 5 Stunden auf 2800 erhitzt. Während des Erhitzens wurde ein Kohlendioxyddruck von 100 at aufrechterhalten. Das Reaktionsgemisch wurde in der im Beispiel 1 beschriebenen Weise aufgearbeitet. Es wurden 2,6 g Thiophen-2,5-dicarbonsäure erhalten.

Beispiel 7
60,0 g eines Gemisches aus gleichen Teilen 2-Chlormercuri-thiophen und 2, 5-Bis-chlormercurithiophen wurde mit 120,0 g wasserfreiem Kaliumcarbonat und 60,0 g Kaliumcyanat in der gleichen Weise, wie im vorhergehenden Beispiel beschrieben, unter einem Kohlendioxyddruck von 100 at 5 Stunden auf 2900 erhitzt. Das Reaktionsgemisch wurde nach der im Beispiel 1 beschriebenen Weise aufgearbeitet. Es wurden 16,1 g Thiophen-2,5-dicarbonsäure erhalten.

Beispiel 8
Ein Gemisch aus 10,0 g 2-Chlormercuri-thiophen, 20,0 g wasserfreiem Kaliumcarbonat und 20,0 g Ka liumcyanat wurde in einen Rollautoklaven eingefüllt. Anschliessend wurde die Luft aus dem Autoklaven durch Stickstoff verdrängt, und es wurden 50 at Stickstoff aufgedrückt. Danach wurde der Autoklav 5 Stunden auf 2900 erhitzt, wobei sich ein Druck von 98 at einstellte. Nach dem Abkühlen und Entspannen des Autoklaven wurde das Reaktionsgemisch in der gleichen Weise wie in Ausführungsbeispiel 1 aufgearbeitet. Es wurden 0,9 g Thio phen-2,5-dicarbonsäure erhalten.

Claims

PATENTANSPRUCH Verfahren zur Herstellung heterocyclischer Carbonsäuren, dadurch gekennzeichnet, dass man Quecksilbersubstitutionsprodukte heterocyclischer Verbindungen, bei welchen das Quecksilber unmittelbar an den heterocyclischen Ring gebunden ist, in Gegenwart von Kohlendioxyd unter Druck sowie in Anwesenheit säurebindender Mittel auf Temperaturen oberhalb 1500 erhitzt.

UNTERANSPRÜCHE 1. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass man solche Quecksilbersubstitutionsprodukte verwendet, wie sie aus heterocyclischen Verbindungen und Quecksilbersalzen in wässriger Lösung erhältlich sind.

2. Verfahren nach Patentanspruch und Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man als Quecksilbersubstitutionsprodukte ein Gemisch von in Wasser schwerlöslichen Quecksilberverbindungen des Thiophens verwendet, wie es beim Reinigen von thiophenhaltigem Benzol mit wässrigen Quecksilbersalzlösungen anfällt.

3. Verfahren nach Patentanspruch und Unter ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass man als säurebindende Mittel Alkalicarbonate, vor zugsweise Kaliumcarbonat, verwendet.

4. Verfahren nach Patentanspruch und Unteransprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass man dem Reaktionsgemisch Kaliumcyanat zusetzt.

5. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch ge kennzeichnet, dass man die erhaltenen Salze der heterocyclischen Carbonsäuren anschliessend in die freien Säuren überführt.