CH629758A5 - Process for preparing cyano-substituted cyclopropane derivatives - Google Patents

Description

629758

2

PATENTANSPRÜCHE 1. Verfahren zur Herstellung von cyan-substituierten Cyclopropanderivaten der allgemeinen Formel:

H CH=C(Hal),

IL

Rr

CN

'H

(II)

worin Hai ein Fluor, Chlor oder Bromatom und Rj und R2 eine Alkylgruppe mit 1 bis 4 C-Atomen bedeutet, dadurch gekennzeichnet, dass man eine Verbindung der Formel

R

ï

1 /CH-CH2-C(Hal)2

R,

C

CHCOOR,

(III)

I

CN

Die Erfindung betrifft die Herstellung von cyano-sub-stituierten Cyclopropanderivaten, die sich als Zwischenprodukte zur Herstellung von Insekticiden, wie der 3-Phen-oxybenzylester von 2-(2,2-Dichlorvinyl)-3,3-dimethylcyclo-s propancarbonsäure, eignen.

Es wurde viel Entwicklungsarbeit hineingesteckt für die Synthese dieser Cyclopropancarbonsäuren (NL-OS 7 510 479 und 7 509 631). Alle bekannten Verfahren zur Herstellung dieser Säuren sind kompliziert und aufwendig io und erfordern mehrstufige Verfahren.

Gegenstand der Erfindung ist nun die Herstellung von cyano-substituierten Cyclopropanderivaten der allgemeinen Formel:

15

,CH=C(Hal)2

(II))

worin Hai, Fluor, Chlor oder Brom sein kann und R1 und R2 Alkylgruppen mit 1-4 C-Atomen bedeuten, vorzugsweise 25 die Methylgruppe sind. Nach dem erfindungsgemässen Verfahren wird eine Verbindung der allgemeinen Formel worin X und Y ein Chlor oder Bromatom und R4 ein Wasserstoffatom oder eine Alkylgruppe mit 1 bis 4 C-Ato-men bedeutet, in Gegenwart einer Base cyclisiert und Halogenwasserstoff abspaltet, woraufhin man das Produkt thermisch decarboxyliert.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man die Cyclisierung und Halogenwasserstoffabspaltung bei 30-160 °C durchführt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass man die Cyclisierung und Halogenwasserstoffabspaltung in Gegenwart eines nichtwässrigen Lösungsmittels durchführt.

4. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass man die Cyclisierung und Halogenwasserstoffabspaltung in Gegenwart einer Stickstoffbase, eines Alkaliacetats, -carbonats oder -bicarbonats durchführt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass man Ammoniak oder Natriumacetat verwendet.

6. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass man die Decarboxylierung bei 100-150 °C durchführt.

7. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass man die Decarboxylierung in Gegenwart eines inerten nichtwässrigen Lösungsmittels durchführt.

8. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass man beide Reaktionsstufen in einer Reaktionszone in Gegenwart einer Stickstoffbase und eines inerten nichtwässrigen Lösungsmittels bei 70-160 °C, vorzugsweise zwischen 80 und 150 °C, durchführt.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass man als Stickstoffbase Ammoniak und als Lösungsmittel Dimethylformamid anwendet.

10. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass man unter wasserfreien Bedingungen arbeitet.

11. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass man von Verbindungen ausgeht, in denen Rj und R2 Methylgruppen sind.

2

R

f

35

Rr

/

/

/ ^CHCOOR

CH~CH2-C(Hal)2

3 (III)

CN

in Gegenwart einer Base cyclisiert und Halogenwasserstoff 40 abgespalten (X und Y sind Chlor- oder Bromalome, R3 ein Wasserstoffatom oder eine Alkylgruppe mit 1-4 C-Atomen), woraufhin das cyclisierte Produkt thermisch decarboxyliert wird unter Bildung der Verbindungen nach Formel II, die sich leicht in die entsprechenden Cyclopropancarbonsäuren 45 umsetzen lassen.

In der ersten Verfahrensstufe nach dem erfindungsgemässen Verfahren sind nur milde Temperaturbedingungen, z.B. Raumtemperatur, erforderlich. Man kann jedoch auch zwischen 30 und 160 °C arbeiten. Höhere Temperaturen so über Raumtemperatur werden im allgemeinen bevorzugt, um die Umsetzung schneller durchzuführen; dazu eignet sich besonders 60-160 °C. Die Cyclisierung und Abspaltung von Halogenwasserstoff findet gleichzeitig statt, wenn milde Bedingungen angewandt werden, z.B. in Gegenwart einer 1 55 gew.-%igen Lösung eines Alkalihydroxids in Methanol bei 20-30 °C, wodurch man in der Hauptsache ein Zwischenprodukt der allgemeinen Formel

I

i

,CH2-C(Hal)2

65

(IV)

COOR.

3

629 758

erhält, worin R4 ein Wasserstoff, Alkali oder Erdalkaliatom, eine Ammoniumgruppe, die gegebenenfalls alkaly-substituiert sein kann, oder eine Alkylgruppe mit 1-4 C-Atomen ist. Die Verbindungen der Formel IV sind neue Substanzen.

Die Cyclisierung und Abspaltung von Halogenwasserstoff muss in Gegenwart einer Base stattfinden, wobei im allgemeinen eine schwache Base ausreicht, z.B. Hydroxide, Acetate, Carbonate und Bicarbonate von Alkali, Erdalkali oder Ammonium, sowie Ammoniak und alkylsubstituierter Ammoniak, wie primäre, sekundäre und tertiäre Amine. Gute Ergebnisse erhält man mit Stickstoffbasen und Alkali-acetaten, -carbonaten und -bicarbonaten. Bevorzugt wird Ammoniak und Natriumacetat.

Bevorzugt wird die erste Verfahrensstufe in Abwesenheit von Wasser und in Gegenwart eines nichtwässrigen Lösungsmittels durchgeführt, wie eines Alkanols (Methanol, Äthanol) oder Dimethylformamid, welch letzteres besonders geeignet ist.

Die zweite Verfahrensstufe, nämlich die Decarboxylierung, wird bevorzugt zwischen 100-150 °C vorgenommen. Sie verläuft glatt, wenn man die freie Säure, deren Am-monium- oder Alkalisalz anwendet. Bevorzugt wird ein polares, aprotisches Lösungsmittel, wie Dimethylformamid, für diese Verfahrensstufe.

Es wurde überraschenderweise festgestellt, dass die beiden Verfahrensstufen in der gleichen Reaktionszone oder in dem gleichen Reaktor stattfinden können und auch gleichzeitig erfolgen. Mit anderen Worten scheint die Cyclisierung, die Halogenwasserstoffabtrennung und die Decarboxylierung gleichzeitig zu erfolgen. Eine solche Kombination von chemischen Reaktionen macht das erfindungsgemässe Verfahren besonders wertvoll, im Hinblick auf die verbesserte Herstellung von wichtigen Pyrethroid-Insekticid-Zwi-schenprodukten, wie 2-(2,2-Dichlorvinyl)-3,3-dimethylcyclo-propancarbonsäure. Erwartungsgemäss müssen die Bedingungen für die Kombination dieser Reaktion sorgfältig ausgewählt werden, um ein Optimum an Endprodukten zu erreichen.

Nach der bevorzugten Ausführungsform des erfindungs-gemässen Verfahrens erfolgt die Synthese in einer Reaktionszone oder einem Reaktor in Gegenwart einer Stickstoffbase oder Natriumacetat und einem inerten, nichtwässrigen Lösungsmittel bei 70-160 °C, vorzugsweise 80-150 °C. Beste Ergebnisse erhält man mit Ammoniak oder Natriumacetat und Dimethylformamid oder N-Methylpyrollidon als nichtwässriges Lösungsmittel. Bevorzugt werden wasserfreie Bedingungen.

Die Verbindungen der Formel IV sind neu, von diesen werden besonders bevorzugt l-Cyano-2-(2,2-dichlorvinyl)-3,3-dimethylcyclopropancarbonsäure zusammen mit deren Alkali, Erdalkali und Ammonium sowie substituierten Ammoniumsalzen. Diese Derivate sind wertvolle Zwischenprodukte bei der Herstellung von 2-(2,2-Dichlorvinyl)-3,3-dimethylcyclopropancarbonsäure, deren bestimmte Ester insekticide Wirksamkeit besitzen.

Die Erfindung wird an folgenden Beispielen weiter erläutert.

Beispiel 1

Herstellung von 2-(2,2-Dichlorvinyl)-3,3-dimethylcyclopropannitril (A)

1. Stufe (a)

Herstellung von l-Cyan-2-(2,2-dichlorvinyl)-3,3-dimethylcyclopropancarbonsäure (B)

64 g (0,166 Mol) Methyl-4-brom-2-cyan-3,3-dimethyl-6,6,6-trichlorhexanoat wurden innerhalb von 25 Minuten einer Suspension von 120 g (1,8 Mol) Kaliumhydroxid in 2,11

Methanol von 20 °C zugefügt, eine Stunde bei 35 °C gerührt und dann 2,5 Stunden beim rückfliessenden Sieden gehalten. Im Vakuum wurde das Lösungsmittel entfernt und der Rückstand in 1,51 Wasser aufgenommen. Die wässrige Phase wurde einmal, mit Dichlormethan gewaschen und dann mit konzentrierter Salzsäure auf pH-Wert ~ 1 angesäuert. Das Ganze wurde dann dreimal mit Dichlormethan extrahiert und die Extrakte getrocknet. Das Lösungsmittel wurde unter vermindertem Druck entfernt; man erhielt weisse Kristalle in einer Ausbeute von 37,6 g, 97%, Fp.

128-132 °C: l-Cyan-2-(2,2-dichlorvinyl)-3,3-dimethylcyclo-propancarbonsäure. Das NMR-Spektrum bei 60 MHz in Deuterochloroformlösung zeigte gegenüber Tetramethyl-silan als Standard folgende Banden, aus denen sich ergibt, dass das Produkt aus zwei geometrischen Isomeren Z und E, in einem Verhältnis Z : E = 56:44 bestand. 8 = 6,10ppm(Dublett,-CH = Z-isomer)

8 = 5,78 ppm (Dublett, -CH = E-isomer)

5 = 2,83 ppm (Dublett, ring H E-isomer)

8 = 2,65 ppm (Dublett, ring H Z-isomer)

8 = 1,60,1,38 ppm (Singulett, 2 CH3 Z-isomer) 8 = 1,47,1,43 ppm (Singulett, 2 CH3 E-isomer)

2. Stufe (b)

Thermische Decarboxylierung von (B) 1,5 g l-Cyan-2-(2,2-dichlorvinyl)-3,3-dimethylcyclopro-pancarbonsäure wurden in 10 cm3 Dimethylformamid gelöst und die Lösung mit Ammoniakgas bei 20 °C gesättigt, 18 h bei 130 °C gerührt, mit 150 cm3 Wasser verdünnt und mit Pentan extrahiert. Die Extrakte wurden über Magnesiumsulfat getrocknet und unter vermindertem Druck das Lösungsmittel entfernt. Man erhielt 2-(2,2-Dichlorvinyl)-3,3-di-methylcyclopropannitril in einer Ausbeute von 82%.

Beispiel 2

Beispiel 1 wurde mit Methyl-4-chlor-2-cyan-3,3-di-methyl-6,6,6-trichlorhexanoat als Ausgangsmaterial wiederholt. Man erhielt l-Cyan-2-(2,2-dichlorvinyl)-3,3-dimethyl-cyclopropancarbonsäure in einer Ausbeute von 95-96%.

Beispiel 3

Erste Stufe in einem Gefäss mit Ammoniak als Base 40 g 4-Chlor-2-cyan-3,3-dimethyl-6,6,6-trichlorhexyl-säure wurden in 55 cm3 Dimethylformamid gelöst und die Lösung mit Ammoniak bei Raumtemperatur ohne Kühlung gesättigt, 5 h bei 140 °C gerührt und dann mit Wasser verdünnt und dreimal mit 100 cm3 Äther extrahiert. Die Ätherlösung wurde mit gesättigter Kochsalzlösung gewaschen, über Magnesiumsulfat getrocknet und eingedampft. Man erhielt ein gelbes Öl der Verbindung A (Reinheit 85%), das beim Stehen teilweise kristallisierte. Ausbeute 79%.

Beispiel 4

Herstellung von A in einem Reaktionsgefäss mit Natriumacetat als Base 3,07 g 4-Chlor-2-cyan-3,3-dimethyl-6,6,6-trichlorhexyl-säure und 2,05 g wasserfreies Natriumacetat wurden in 8 cm3 Dimethylformamid gelöst und die Lösung 12 h bei 145 °C gerührt. Die Aufarbeitung entsprach Beispiel 3. Ausbeute 185 g der Verbindung A mit einer Reinheit von 90%, dies entspricht 86%.

Beispiel 5

Herstellung von A in einem Reaktionsgefäss mit Ammoniak unter Druck Eine Lösung von 6,14 g 4-Chlor-2-cyan-3,3-dimethyl-6,6,6-trichlorhexylsäure in 12 cm3 Dimethylformamid wurde

4 h bei 145 °C unter einem Ammoniakdruck von anfänglich

5 bar gerührt und nach Aufhebung des Drucks dann noch

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

629758

weitere 6 h, woraufhin nach Abkühlen über 90% Lösungsmittel abgestreift wurden (Badtemperatur max. 60 °C, Druck 12 mmHg). Der Rückstand wurde in Toluol aufgenommen und nacheinander mit Salzsäure und Natriumbicarbonat-lösung gewaschen. Nach dem Trocknen der organischen Phase wurde das Lösungsmittel unter vermindertem Druck entfernt. Man erhielt 3,3 g 2-(2,2-Dichlorvinyl)-3,3-di-methylcyclopropannitril; Ausbeute 89%; Reinheit 97%.

Beispiel 6

Herstellung von A in einem Reaktionsgefäss mit N,N-Diisopropyl-N-äthylamin als Base Eine Lösung von 2,5 g 4-Chlor-2-cyan-3,3-dimethyl-5 6,6,6-trichlorhexylsäure in 2,6 g N,N-Diisopropyl-N-äthyl-amin in 25 cm3 Dimethylformamid wurde 5 h auf 145 °C erwärmt und nach Abkühlen auf Raumtemperatur im Sinne des Beispiels 3 aufgearbeitet. Ausbeute an 2-(2,2-Dichlor-vinyl)-3,3-dimethylcyclopropannitril 1,4 g; Reinheit 79% io entsprechend 73% Ausbeute.