NO861045L - Fremgangsmaate for fremstilling av 4-hydroksy-1,2-benzisotiazol-3(2h)-on-1,1-dioksyd. - Google Patents

Description

1

Oppfinnelsen vedrører en ny fremgangsmåte for fremstilling av 4-hydroksy-l,2-benzisotiazol-3(2H)-on-1,1-dioksyd. Denne forbindelse har følgende formel:

og er beskrevet i. europeisk patentskrift nr. 0 038 458 (tilsvarer US-patent nr. 4 404 230) som søtningsstoff med overlegne sensoriske kvaliteter. I samme publikasjon ble det beskrevet 4 fremgangsmåter for dets fremstilling, som imidlertid i. hvert tilfelle forløper over 4 til 7 trinn, begynnende med billige utgangsstoffer. Da et søtningsstoff imidlertid må produseres i store mengder og til lavest mulig pris, var det nødvendig å finne frem til en enklest mulig, stortekni.sk gjennomførbar syntesevei, hvor man går frem fra et billig edukt som står til forføyning i store mengder.

Dette problem kunne løses ved at 1,2-benzisotiazol-3(2H)-on-1,1-di.oksyd (Saccharin<®>kfr. nedenstående formel II) i. en entrinns-prosess oksyderes anodi.sk ti l 4-hydroksy-l,2-benziso-tiazol-3 (2H) -on-1,1-dioksydet i. nærvær av trif luoreddiksyre eller trifluormetansulfonsyre. Utgangsforbindelsen fremstilles i storteknisk skala og står derfor til forføyning som billig utgangsforbindelse. Det følgende reaksjonsskjerna forklarer hvordan denne oksydasjon foregår:

I forbindelsen av formel Ia er R CF^CO- eller CF^SC^-gruppen.

Reaksjonen, som forløper under utelukkelse av vann, foregår i nærvær av trifluoreddiksyre, i nærvær av et ledende salt og eventuelt et organisk løsningsmiddel ved temperaturer mellom 0 og 50°C, men fortrinnsvis ved romtemperatur. Den anodiske oksydasjon kan utføres diskontinuerlig såvel som kontinuerlig. Ved den diskontinuerlige prosess fjernes produktet som danner seg, fortrinnsvis etter gjennomgang av en bestemt strømmengde, ved egnede metoder, og den ikke omsatte forbindelse av formel II kompletteres ved tilsetning av ytterligere utgangsforbindelse og oksyderes deretter på ny elektrokjemisk. Ved en kontinuerlig utførelsesform isoleres det dannede produkt av formel I løpende fra reaksjonsblandingen. Sistnevnte blir, komplettert med nytt edukt av formel II, tilført i kretsløpet for den anodiske oksydasjon igjen. Den intermediært dannede forbindelse av formel Ia spaltes ved hjelp av vann, uavhengig av måten fremgangsmåten blir utført på. For den anodiske oksydasjon egner seg et stort antall av organiske løsnings-midler og elektrolytter, men felles for alle er et høyest mulig anodisk spaltningspotensial. Egnede løsningsmidler er f.eks. diklormetan, sulfolan, acetonitril, dimetylformamid, dimetylsulfoksyd, dimetylacetamid, tetrahydrofuran, pyridin, eddiksyre eller nitrometan. Imidlertid kan også blandinger av disse løsningsmidler anvendes. Særlig egnede ledende salter er tetraalkylammoniumfluorborater, såsom tetraetylammoniumfluor-borat, tetra-n-butylammoniumfluorborat, men også alkali-trifluoracetater, såsom natrium- eller kaliumtrifluoracetat, eller alkaliperklorater, såsom natrium- eller litiumperklorat. Tilsetninger av aluminiumoksyd eller trifluoreddiksyreanhydrid er i mange tilfeller svært gunstig på utbyttet, da disse stoffer sørger for vannfrie betingelser.

Den nødvendige spenning avhenger sterkt fra forsøks-anordningen, eksempelvis av art og utforming av elektrodene,

av elektrodeavstandene, av arten av de anvendte elektrolytter og løsningsmidler. Potensialet kan kontrolleres ved anbringelse av en referanse-elektrode. Det velges slik at dannelsen av spaltningsprodukter, såsom heksafluoretan, ved anvendelse av trifluoreddiksyre, eller en videreoksydasjon av mellomtrinn i formel Ia ikke finner sted.

Generelt anvendes for reaksjonen en strømmengde på

2-4 F pr. mol omsatt edukt.

For utferdigelse av elektrodene egner det seg en rekke forskjellige materialer, det forutsettes bare en bestemt oksydasjonsstabilitet. En hel rekke av oksyd-elektroder egner seg således, såsom blydioksyd, men også platina- eller andre edelmetall-elektroder, under tekniske betingelser også bly-, blydioksyd-, glassaktig karbon-, grafitt- eller kull-elektroder. Elektrodene kan foreligge i plate- eller nett-form, eksempelvis i den form at katoden er en spiral som ligger i sentrum av en nettsylinder som tjener som anode.

Ved utførelsen av den elektrolytiske oksydasjon er det også mulig å skille katoderommet fra anoderommet ved et semi-permeabelt diafragma, slik at en reduksjon av den dannede forbindelse av formel I i. katoderommet hindres. Det anbefales å anvende materialer som er løsningsmiddelbestandig og har liten motstand.

Reaksjonen lar seg utføre i de vanlig anvendte elektro-lyseapparaturer, f.eks. som beskrevet av L. Eberson og H. Schafer i "Fortschritte der chemischen Forschung/Topics in Current Chemistry", 21, s.1-39 (Springer-Verlag, Berlin-Heidelberg-New York 1971), hvorved anvendelse av kapillar-spalteceller frembyr særlige fordeler.

Det er kjent at i. nærvær av trif luoreddiksyre og natrium-tri.fluoracetat og organiske løsningsmidler, såsom aceton, fører den anodiske oksydasjon av alkylaromater eller acylaromater til kjerne- og eventuelt sidekjede-trifluoracetoksylerte produkter. Det antas at kjernesubsti.tusjonen fører over aromatiske radikalkationer, som er særlig stabile i den sterke trifluoreddiksyre. Det oppstår da forskjellige isomerer. Den fastslåtte isomerfordeling tilsvarer den positive ladnings-tetthetfordeling som er beregnet etter INDO-metoden for det aromatiske radikalkation (kfr. Z. Blum, L. Cedheim og K. Nyberg, Acta Chem. Scand. B 29, 715 [1975]).

I det foreliggende tilfelle med anodisk oksydasjon ved hjelp av en intermediær trifluoracetoksylering ville (også etter kjennskap til oversiktsarbeidet til Kunihisa Yoshida: Electrooxidation in Organic Chemistry, The Role of Cation Radicals as Synthetic Intermediates, A Wiley-Interscience Publication, John Wiley and Sons, New York, særlig side 209) kunne ventes at ved siden av 4-hydroksy-l,2-benzisotiazol-2(3H)-on-1,1-dioksydet også isomerene med hydroksylgrupper kunne opptre i de andre stillinger på aromaten, hvilket ville ha ført til en utbyttereduksjon hva angår forbindelsen av formel I og til betydelige vanskeligheter ved isolering av den rene forbindelse. Istedet oppstår imidlertid ved den anodiske oksydasjon av forbindelsen av formel II bare forbindelsen av formel I, hvorved denne overføring praktisk talt kvantitativt kan gjennomføres ved egnede forholdsregler. Ved kjennskap til teknikkens stand overrasker denne selektivitet ved oksydasjonen.

Det skal ikke underslås at forbindelsen av formel II allerede er i bruk i årtider i galvanoteknikken, særlig som tilsetning til nikkelbad. Det er imidlertid aldri blitt observert og beskrevet at denne forbindelse lar seg hydroksylere oksydativt (I. Dubsky og P. Kozak: Metalloberflache Angewandte Elektrochemie 27, s. 217-227, 1973, særlig side 223, spalte 1). Som sammenfatning kan sies at oksydasjonen av forbindelse II utelukkende til forbindelse I ikke kunne forutsees.

Følgende eksempler skal illustrere oppfinnelsen nærmere.

Eksempel 1

4,6 g (25 mmol) 1,2-benzisotiazol-3(2H)-on-1,1-dioksyd (Saccharin^) ble oppløst i en blanding som bestod av 65 ml metylenklorid, 35 ml trifluoreddiksyre og 2,1 g tetraetyl-ammoniumtetrafluorborat. Løsningen ble elektrolysert i et elektrolysetrau uten separasjon av katode- og anode-rommet (udelt celle) under anvendelse av en platinaspiral (tråddiameter 1 mm, spiraldiameter 0,5 cm, spirallengde 7,5 cm) som katode og et sylindrisk platinanett (sylinderdiameter 3,5 cm, sylinder-høyde 5 cm, sylinderflate 5 cm 2) som anode ved romtemperatur. Som strømkilde ble det anvendt en tørrlikeretter med potensio-meter. Et seriekoblet amperemeter tjente til bestemmelse av ampéretimene og en spenningsmåler til potensialbestemmelse mellom katode og anode (ca. 5-7 volt). Etter at en strømmengde på

ca. 0,5 Ah ble forbrukt, ble elektrolysen avbrutt. Løsningen ble innført i isvann. Den organiske fase ble skilt fra og kombinert med kloroformekstraktene fra den vandige fase. Etter inndampning av løsningsmidlet ble resten fordelt mellom en

vandig jern(III)-kloridløsning og metylenklorid. Fra metylen-kloridfasen ble 2,7 g utgangsmateriale gjenvunnet. Jern(III)-kloridløsningen ble gjort alkalisk og filtrert. Filtratet ble så gjort surt og ekstrahert med metylenklorid. Etter inndampning og omkrystallisering fra vann ble det oppnådd 1,2 g av 4-hydroksy-l,2-benzisotiazol-3-(2H)-on-1,1-dioksyd. Dette tilsvarer et utbytte på 58% beregnet på omsatt utgangsmateriale og et strømutbytte på 67%.

Smeltepunkt: 228°C.

MS: 199(M<+>), 136, 119 og 108 m/e.

C?H5N04S(199,19)

Forekomst av en isomer 5- eller 6- eller 7-hydroksyl-forbindelse kunne ikke påvises.

Eksempel 2

Reaksjonen ble foretatt som beskrevet i Eks. 1. Fra-skillelsen av ikke omsatt utgangsmateriale foregikk ved søyle-kromatografi på kiselgel (MN-Kieselgel 60; 0,063-0,2 mm; Macherey+Nagel, 5160 Diiren, Art.-Nr. 81533) under anvendelse av etylenklorid/eddiksyreester/iseddik (100:30:5) som elueringsmiddel.

Først ble 2,65 g av det ikke omsatte utgangsprodukt eluert, deretter ble sluttproduktet, etter påfølgende omkrystallisering, oppnådd i 61% utbytte (regnet på omsatt materiale);

Smeltepunkt: 228°C

C7H5N04S (199,19)

Eksempel 3

4,6 g (25 mmol) 1,2-benzi.sotiazol-3 (2H)-on-1,1-dioksyd (Saccharin^) ble oppløst i en blanding av 65 ml metylenklorid, 35 ml trifluoreddiksyre og 2,1 g tetraetylammoniumtetrafluor-borat. Denne løsning ble elektrolysert i. et elektrolysekar med et diafragma (glassfritte) under anvendelse av i. hvert tilfelle et rundt platinanett (katodediameter 5 cm, anodediameter 6 cm, avstand mellom elektroderlåtene 2 cm) i katode- og anode-rommet ved romtemperatur. Opparbeidelsen foregikk som i Eks. 1. Utbyttet av 4-hydroksy-l, 2-benzisoti.azol-3 (2H)-on-1,1-dioksyd utgjorde 56% (regnet på omsatt materiale);

Smeltepunkt: 228°C.

C?H5N04S (199,19)

Eksempel 4

Omsetningen foregikk som beskrevet i Eks. 1, men under tilsetning av 0,2 mol trifluoreddiksyreanhydrid pr. mol av utgangsforbindelsen. Utbytte av 4-hydroksy-l,2-benzisotiazol-3(2H)-on-1,1-dioksyd var 62% (regnet på omsatt utgangsmateriale) .

Eksempel 5

Dette foregikk som beskrevet i Eks. 1, men under anvendelse av 50 ml trifluoreddiksyre og 50 ml metylenklorid som løsnings-middel og 6,8 g (0,5 molar) natriumtrifluoracetat som ledende salt.

Utbytte: 56% (beregnet på omsatt utgangsmateriale).

Eksempel 6

Dette foregikk som beskrevet i Eks. 5, men under ytterligere anvendelse av 0,5 g trifluoreddiksyreanhydrid.

Utbytte: 58% (beregnet på omsatt utgangsmateriale).

Eksempel 7

Dette ble utført som beskrevet i. Eks. 3, men under anvendelse av natriumtrifluoracetat (0,5 molar) som ledende salt og trifluoreddiksyre og metylenklorid i volumforholdet 1:1. Utbytte: 52% (beregnet på omsatt utgangsmateriale).

Eksempel 8

Dette foregikk som angitt i. Eks. 7, men under ytterligere anvendelse av 1 g trifluoreddiksyreanhydrid.

Utbytte: 56% (beregnet på omsatt utgangsmateriale).

Eksempel 9

Dette foregikk som beskrevet i. Eks. 1, men under anvendelse av 0,5 mol natriumtrifluoracetat pr. mol av utgangsforbindelsen.

Utbytte: 59% (beregnet på omsatt utgangsmateriale).

Eksempel 10

Dette foregikk som beskrevet i Eks. 1, men uten metylenklorid som løsningsmiddel.I^stedet ble 50 ml trifluoreddiksyre anvendt.

Utbytte: 52% "(beregnet på omsatt utgangsmateriale).

Eksempel 11

Dette foregikk som beskrevet i. Eks. 10, men i tillegg

ble 20 ml trifluoreddiksyreanhydrid og 5 g natriumtrifluoracetat tilsatt.

Utbytte: 65% (beregnet på omsatt utgangsmateriale).

Eksempel 12

Dette ble utført som beskrevet i Eks. 1, men istedenfor tetraetylammoni.umtetrafluorborat ble 2,5 g tetrabutylammonium-tetrafluorborat benyttet.

Utbytte: 56% (av teorien).

Hvis man i stedet anvendte den ekvivalente mengde av tetrabutyl-ammoniumperklorat, så fikk man et utbytte på 52% (beregnet på omsatt utgangsmateriale).

Eksempel 13

Dette foregikk som beskrevet i Eks. 1, men istedenfor

65 ml metylenklorid ble det anvendt en blanding av 35 ml metylenklorid og 35 ml trifluormetansulfonsyre (v:v=l:l).

Eksempel 14

4,6 g (25 mmol) 1,2-benzisotiazol-3(2H)-on-1,1-dioksyd (Saccharin<®>) ble oppløst i 30 ml trifluoreddiksyre og tilsatt 4 g natriumtrifluoracetat. Løsningen ble elektrolysert som beskrevet i Eks. 1. Etter at det var forbrukt en strømmengde på 0,4 Ah, ble løsningen innført i vann. Det ble ekstrahert med kloroform og opparbeidet som beskrevet i Eks. 1. Ved siden

av 3,3 g utgangsmateriale ble det etter omkrystallisering fra vann oppnådd 0,92 g 4-hydroksy-l,2-benzisotiazol-3(2H)-on-1,1-dioksyd. Dette tilsvarer et utbytte på 61% beregnet på omsatt utgangsmateriale;

Smeltepunkt: 228°C

MS: 199 (M<+>), 136, 119 og 108 m/e

C7H5N04S (199,19)

Heller ikke her fant man i.somerer i. den ferdige reaks jonsblanding.

Claims (7)

1. Fremgangsmåte for fremstilling av 4-hydroksy-l,2-benziso-tiazol-3(2H)-on-1,1-dioksyd med følgende formel:

ved anodisk oksydasjon av 1,2-benzisotiazol-3(2H)-on-1,1-dioksyd i nærvær av trifluoreddiksyre eller trifluormetansulfonsyre under utelukkelse av vann og i nærvær av et ledende salt.

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at det også anvendes et organisk løsningsmiddel.

3. Fremgangsmåte som angitt i krav 1 eller 2, karakterisert ved at det som løsningsmiddel anvendes diklormetan, sulfolan, acetonitril, dimetylformamid, dimetylsulfoksyd, dimetylacetamid, tetrahydrofuran, pyridin, eddiksyre, nitrometan, eller blandinger av disse stoffer, som ledende salter tetraalkylammoniumtetrafluorborater, alkali-trifluoracetater eller alkaliperklorater.

4. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, 2 og 3, karakterisert ved at reaksjonsblandingen også ti Iblandes alumini umoksyd eller trifluoreddiksyreanhydrid.

5. Fremgangsmåte som angitt i hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at det anvendes en strømmengde på 2-4 F pr. mol omsatt edukt.

6. Fremgangsmåte som angitt i hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at det anvendes oksydelektroder eller elektroder av edelmetaller eller blyelektroder, glassaktig karbon-elektroder eller kull-elektroder.

7. Fremgangsmåte som angitt i hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at anode-rommet beskyttes mot katoderommet ved et diafragma.