DK152725B

DK152725B - 3-formyl-2,2-dimethylcyclopropancarbaldehyd-dimethylacetal

Info

Publication number: DK152725B
Application number: DK563278AA
Authority: DK
Inventors: Johannes Van Berkel; Hendrik Cornelis Kelderman
Original assignee: Shell Int Research
Priority date: 1977-12-16
Filing date: 1978-12-14
Publication date: 1988-05-02
Also published as: EP0002851A1; JPS5490154A; DK563278A; BR7808223A; EP0002851B1; JPS6136734B2; DK152725C; CA1112252A; DE2861339D1

Description

DK 152725 B

Den foreliggende opfindelse angår en hidtil ukendt forbindelse, som kan anvendes som mellemprodukt ved fremstilling af cyclo-propylcarboxylatestere.

Cyclopropylcarboxylatestere er insecticidt virksomme forbindelser, 5 der er kendt som "pyrethroider", og da de forbinder exceptionelt gode insecticide egenskaber med meget lav toxicitet for pattedyr, er de af betydelig interesse for den agrokemiske industri, og der er blevet gjort store anstrengelser for at finde økonomiske veje til dem og til deres hovedmellemprodukter.

10 Den almene formel for én klasse af disse pyrethroidforbindelser kan illustreres på følgende måde: H CH=CX2 Å /2 l\ £ 1

CH3 — /--Λ -COOR

CH3 H —.

hvor hver * betegner et asymmetrisk carbonatom; hvert symbol X 15 betegner et halogenatom; og R er valgt blandt en gruppe af radikaler, som vides at give molekylet insecticid virkning, f.eks. 3-phenoxyben-zyl eller a-cyano-3-phenoxybenzyl. Det er kendt, at den stereoisomere form af syredelen i esteren med formlen I bør være i (IR, cis)-form for at opnå maksimal insecticid virkning, dvs. at den absolutte 20 konfiguration ved carbonatom 1 er R, og at de to hydrogenatomer ved carbonatom 1 og 3 sidder i cis-relation. Denne nomenklatur er kendt som Elliott-nomenklaturen og er defineret af M. Elliott, A.W.

Farnham, N.F. James, P.H. Needham og D.A. Pullman i Nature, 1974, 248. 710.

25 Det følger deraf, at hvis disse stereoisomere estere med formlen I skal fremstilles, er det enten nødvendigt med en stereospecifik kemisk vej, eller den ønskede stereoisomer må isoleres fra en 2

DK 152725 B

racemisk form ved fysiske adskillelsesteknikker. De sidstnævnte er kostbare og arbejdskrævende og anvendes ikke let i industriel målestok.

Der er nu fundet en stereospecifik vej, der som udgangsmateriale 5 anvender det naturligt forekommende stof (+)-3-caren, som har formlen II

CEL· CH3 ch3 "h

Denne forbindelse er en billig, let tilgængelig naturlig terpen, og i 10 beskrivelsen til dansk patentansøgning nr. 5633/78 er der angivet en fremgangsmåde til fremstilling af (IR, cis)syredelen i pyrethroid-esteren med formlen I ud fra (+)-3-caren og via den hidtil ukendte cyclopropanforbindelse ifølge opfindelsen.

Den foreliggende opfindelse angår 3-formyl-2,2-dimethylcyclopropan-15 carbaldehyd-dimethylacetal, som har formlen III

. . H CHO

Å /°-CH3

CH3--L-A-- CH III

/ \ ^0-ch3 ch3 h

Forbindelsen med formlen III har fortrinsvis samme stereoisomere form som cyclopropanringen i (+)-3-caren, da denne form fører til 20 forbindelser med den almene formel I (R=H) i (IR, cis)-form; sådanne forbindelser giver optimale insecticide aktivitetsniveauer i pyrethroid-slutproduktet.

DK 152725B

3

Forbindelsen III eller dens foretrukne stereoisomere form kan fremstilles på i og for sig kendt måde, f.eks. ved oxidation af den tilsvarende alkohol til dannelse af det ønskede aldehyd (jfr.

"Methoden der Organischen Chemie" (Houben-Weyl), bind VII, del 1 5 (1954), 159 - 192 og J. Org. Chem. 35 (1970), nr. 11, 4000 - 4002).

Det har vist sig, at forbindelsen bekvemt kan fremstilles ved en metode, som består i, at 3-hydroxymethyl-2,2-dimethylcyclopropancar-baldehyd-dimethylacetal med formlen IV

H CH2OH

A^°-CH3

— CH IV

CH3 h 10 underkastes indvirkning af et oxidationsmiddel, som er i stand til at oxidere en primær alkohol til et aldehyd, f.eks. et chromtrioxid-pyridin-complex. Forbindelsen IV anvendes fortrinsvis i samme stereoisomere form som cyclopropanringen i (+)-3-caren.

15 Som ovenfor anført er en flertrinsproces til fremstilling af insecticidt virksomme forbindelser ud fra (+)-3-caren, hvor forbindelsen ifølge opfindelsen anvendes som mellemprodukt, beskrevet i beskrivelsen til dansk patentansøgning nr. 5633/78.

Opfindelsen illustreres yderligere i nedenstående eksempel. Udbytter 20 og renheder er bestemt ved hjælp af gas-væske-chroma to graf i og NMR-spektroskopi. De anførte NMR-data er optaget ved 90 MHz under anvendelse af opløsninger af forbindelsen i deuterochloroform.

Eksempel.

Fremstilling af en stereoisomer af 3-formyl-2,2-dimethylcyclopropan-25 carbaldehyd-dimethylacetal (forbindelse III).

DK 152725B

4 a) Fremstilling af en stereoisomer af l-(2,2-dimethoxyethyl)-2,2-dimethyl-3-(2-oxopropyl)cyclopropan (forbindelse A).

I en kolbe hældes 375 millimol (+)-3-caren og 150 ml vandfrit methanol, og blandingen holdes ved en temperatur på -60°C. Derefter 5 ledes en blanding af ozon og oxygen gennem væsken i kolben med en hastighed på 70 liter/time (svarende til 75 millimol ozon/time, indtil (+)-3-carenet er helt omdannet (5 timer)). Den dannede reaktionsblanding lades antage en temperatur på 20°C, 750 millimol dimethylsulfid og 1,74 millimol p-toluensulfonsyre tilsættes, og den 10 resulterende blanding omrøres i 4 dage ved 20°C. Derefter er (+)-3-carenet helt omdannet til forbindelse A. Methanol og dimethylsulfid fjernes fra reaktionsblandingen ved et tryk på 24 millibar og en temperatur på 40eC, 150 ml diethylether sættes til den vundne remanens, den resulterende opløsning vaskes med 30 ml af en 5 15 vægtprocents vandig opløsning af natriumhydrogencarbonat og derefter fire gange med hver gang 30 ml vand, den vaskede opløsning tørres over vandfrit magnesiumsulfat, og opløsningsmidlet afdampes fra den tørrede væske ved en temperatur på 30°C og et tryk på 24 millibar, hvorved der fås 68,9 g remanens. Denne remanens destilleres ved 20 83°C/1 millibar, hvorved der fås en fraktion bestående af cis- isomeren, forbindelse A, udbytte 73,5%.

b) Fremstilling af en stereoisomer af 2-(2,2-dimethoxyethyl)-3,3-dimethylcyclopropylmethyl-acetat (forbindelse B) .

Indholdet i en kolbe, hvori der er 200 millimol af forbindelse A 25 (fremstillet som beskrevet under a), 300 ml chloroform og 384 millimol 3-chlorperbenzoesyre, omrøres ved 20°C i 24 timer. Det dannede bundfald fraskilles ved filtrering og blandes med 150 ml n-pentan, blandingen adskilles ved filtrering, de samlede filtrater vaskes to gange med hver gang 50 ml af en 5%'s opløsning af natrium-30 carbonat i vand og to gange med hver gang 50 ml vand, den vaskede væske tørres over vandfrit magnesiumsulfat, og opløsningsmidlet afdampes fra den tørrede væske -ved en temperatur på 90°C og et tryk

DK 152725B

5 på 20 millibar, hvorved der fås en remanens indeholdende^forbindelse B i et udbytte på 97%. Indholdet af forbindelse B i remanensen er 92%, og der er kun dannet cis-isomer.

c) Fremstilling af en stereoisomer af 2,2-dimethyl-3-(2-formylethyl)- 5 cyclopropylmethyl-acetat (forbindelse C).

Indholdet i en kolbe, hvori der er 218 millimol forbindelse B (i den som beskrevet under b) vundne remanens), 40 ml eddikesyre og 20 ml vand, omrøres ved 60°C i 2 1/2 time. Opløsningsmidlet afdampes fra reaktionsblandingen ved en temperatur på 45°C og et tryk på 24 10 millibar, den vundne remanens optages i 150 ml diethylether, den resulterende opløsning vaskes to gange med hver gang 50 ml af en 5 vægtprocents opløsning af natriumhydrogencarbonat i vand og to gange med hver gang 50 ml vand, den vaskede opløsning tørres over vandfrit magnesiumsulfat, og opløsningsmidlet afdampes fra den tørrede væske 15 ved en temperatur på 304C og et tryk på 24 millibar, hvorved der fås en remanens indeholdende forbindelse C i et udbytte på 80%; indholdet af forbindelse C i remanensen er 85%.

Der er kun dannet cis-isomer.

d) Fremstilling af en stereoisomer af 2-(3-acetoxymethyl-2,2-20 dimethylcyclopropyl)vinyl-acetat (forbindelse D).

Indholdet i en kolbe, hvori der er 175 millimol forbindelse C i den under c) vundne remanens, 386 millimol triethylamin og 350 ml eddikesyreanhydrid, omrøres ved 20°C i 18 timer. Opløsningsmidlet afdampes fra reaktionsblandingen ved en temperatur på 70°C og et tryk 25 på 20 millibar, den resulterende remanens vaskes fem gange med hver gang 40 ml vand, den vaskede opløsning tørres over vandfrit magnesiumsulfat, og opløsningsmidlet afdampes fra den tørrede væske ved en temperatur på 40°C og et tryk på 20 millibar, hvorved der fås en remanens indeholdende forbindelse D i kvantitativt udbytte. Indholdet 6

DK 152725 B

af forbindelse D i remanensen er 88,4%; 64% af forbindelse D har cis-struktur, 36% har trans-struktur omkring carbon-carbon-dobbelt-bindingen. Orienteringen til cyclopropanringen er stadig cis.

e) Fremstilling af en stereoisomer af 3-acetoxymethyl-2,2-dimethyl-5 cyclopropancarbaldehyd-dimethylacetal (forbindelse E).

En kolbe, hvori der er 1/5 millimol forbindelse D i den ifølge d) vundne remanens, 200 ml vandfrit methanol og 1,16 millimol p-toluensulfonsyre, holdes ved en temperatur på -65°C. Derefter ledes en blanding af ozon og oxygen gennem væsken i kolben med en hastighed 10 på 60 liter/time (svarende til 70 millimol ozon/time), indtil forbindelse D er helt omdannet (2,5 timer). Den dannede reaktions-blanding lades antage en temperatur på 20°G, 350 millimol dimethyl-sulfid tilsættes, og den resulterende blanding omrøres i 17 timer ved 20°C. Methanol og dimethylsulfid af dampes fra reaktionsblandingen ved 15 et tryk på 16 millibar, 50 ml diethylether sættes til den vundne remanens, og der sættes så meget af en mættet vandig opløsning af natriumhydrogencarbonat til blandingen, at pH-værdien når 7. Derefter vaskes blandingen tre gange med hver gang 50 ml vand, den vaskede væske tørres over vandfrit magnesiumsulfat, og opløsningsmidlet 20 afdampes fra den tørrede væske ved en temperatur på 40°C og et tryk på 24 millibar, hvorved der fås 29,6 g af en remanens indeholdende forbindelse E (udbytte ca. 78%). Der er kun dannet cis-isomer. NMR-Spektret for forbindelse E viser følgende absorptioner: 5 - 3,38 ppm (singlet, C-O-CH3) 25 S = 4,2 ppm (multiplet, H-C-O-CH3) δ = 1,2 ppm (multiplet, H-C-C(H)-(0CH3)2) δ = 1,18 ppm (singlet, H3C-C-CH3) δ = 1,18 ppm (singlet, H3C-C-CH3) 5-1,1 ppm (multiplet, H-C-CH2) 30 δ = 4,2 ppm (multiplet, H-C-CIL·?) 6 = 2,1 ppm (singlet, ^0-0(0)-0-).

f) Fremstilling af en stereoisomer af 3-hydroxymethyl-2,2-dimethyl-cyclopropancarbaldehyd-dimethylacetal (forbindelse F).

DK 152725B

7 I en kolbe hældes hele den ifølge trin e) vundne remanens, 75 ml vand, 150 millimol natriumhydroxid og 25 ml acetone, og den resulterende væske holdes under tilbagesvaling (60°C) i 3 timer. Derefter afdampes acetone og en del af vandet ved et tryk på 16 millibar, den 5 resulterende remanens ekstraheres fem gange med hver gang 50 ml diethylether (under de to sidste ekstraktioner sættes så meget natriumchlorid til den vandige fase, at denne er mættet· med dette salt), de samlede fem ekstraktfaser tørres over vandfrit magnesiumsulfat, og opløsningsmidlet afdampes fra den tørrede væske ved en 10 temperatur på 40°C og et tryk på 24 millibar, hvorved der fås en remanens indeholdende forbindelse F i et udbytte på 51%, beregnet på udgangsforbindelsen D. Cis-indholdet i remanensen er 70%.

NMR-Spektret for cis-isomeren af forbindelse F viser følgende absorptioner: 15 8 = 3,32 ppm (singlet, C-O-CH3) 8 =4,83 ppm (singlet, H-C-O-CH3) S = 1,53 ppm (dublet, H-C-C(H)-(OCH3)2) 8 = 1,05 ppm (singlet, H3C-C-CH3) S = 1,53 ppm (dublet, H-C-C(H)-(OCH3)2) 20 8 = 1,05 ppm (singlet, H3C-C-CH3) 8 = 1,05 ppm (singlet, H3C-C-CH3) 8 = 1,2 ppm (multiplet, H-C-CH2) 8 = 3,8 ppm (dublet, H2C-0H) 8 = 4,3 ppm (singlet, H2C-0H) 25 8 = 3,8 ppm (dublet, H2C-0H) 8 =4,3 ppm Hsinglet, H2C-0H).

g) Fremstilling af en stereoisomer af 3-formyl-2,2-dimethylcyclopro-pancarbaldehyd-dimethylacetal (forbindelse III).

I en kolbe hældes en blanding af 120 millimol pyridin og 150 ml 30 methylenchlorid og derefter 60 millimol chromtrioxid ved 20°C, hvorefter kolbeindholdet omrøres i 15 minutter. Derpå tilsættes en opløsning af 1,74 g af den som beskrevet i afsnit f) vundne remanens, 8

DK 152725 B

som indeholder 6,39 millimol forbindelse F, i 5 ml methylenchlorid, og omrøringen fortsættes i 20 minutter. Bundfaldet i kolben lades sætte sig, væsken i kolben fradekanteres, det bundfældede stof vaskes tre gange med hver gang 25 ml diethylether, de tre vaskevæsker 5 filtreres over et leje af 2 cm "Florisil"®, de tre samlede filtrater vaskes to gange med hver gang 20 ml af en 5 vægtprocents vandig opløsning af natriumhydroxid og derefter to gange med hver gang 20 ml vand, og de samlede vaskede etheriske væsker sættes til den fradekan* terede væske. Den således vundne væske tørres over vandfrit magne-10 siumsulfat, og opløsningsmidlet afdampes fra den tørrede væske ved et tryk på 16 millibar, hvorved der fås en remanens indeholdende forbindelsen III i et udbytte på 59%, beregnet på udgangsforbindelse F. Indholdet af forbindelse III i remanensen er 46,5%. 70% af forbindelse III er cis-isomer.

15 NMR-Spektret for cis-isomeren af forbindelsen III viser følgende absorptioner: 6 - 3,30 ppm (singlet, C-O-CH3) 6—4,8 ppm (dublet, H-C-O-CH3) 6-1,2 ppm (multiplet, H-C-C(H)-(00113)2) 20 6 = 1,22 ppm (singlet, H3C-C-CH3) 6 - 1,37 ppm (singlet, H3C-C-CH3) 6 - 1,8 ppm (dublet, H-C-C(O)H) 6 = 9,6 ppm (dublet, H-C=0).

Stereoisomeren af forbindelse III omdannes til en stereoisomer af 3-25 (2,2-dichlorvinyl)-2,2-dimethylcyclopropylcarboxylsyre (formlen I: R = Η, X = Cl), og det har vist sig, at dens stereoisomere form er den samme som (IR, cis)-formen af den syre, der er den kendte aktive syredel af visse pyrethroidestere.

Claims

2. Forbindelse ifølge krav 1, kendetegne t»ved, at den har samme stereoisomere form som 5 cyclopropanringen i (+)-3-caren.