PL199007B1

PL199007B1 - Sposób wytwarzania estrów kwasu malonowego

Info

Publication number: PL199007B1
Application number: PL337772A
Authority: PL
Inventors: Stefan Hildbrand; Paul Hanselmann
Original assignee: Lonza Ag
Priority date: 1999-01-11
Filing date: 2000-01-10
Publication date: 2008-08-29
Also published as: PT1026148E; CA2294669A1; CA2294669C; PL337772A1; ES2199100T3; DE50002027D1; IL133909A0; NO20000109L; HUP0000061A2; SK242000A3; HU224174B1; CN1263885A; US6350898B1; SK283638B6; CN1209340C; HK1029986A1; JP2000204061A; ATE239692T1; NO314757B1; KR100606627B1

Abstract

1. Sposób wytwarzania estrów kwasu malo- nowego o wzorze ogólnym 1, w którym R ozna- cza C 1-10 -alkil, C 3-10 -alkenyl lub arylo-C 1-4 -alkil, znamienny tym, ze sól kwasu malonowego i metalu alkalicznego poddaje si e reakcji z ha- logenkiem o wzorze ogólnym 2: R-X, w którym R ma wy zej okre slone znaczenie, za s X ozna- cza chlor, brom lub jod, w uk ladzie niemiesza- jacych si e faz ciek lych obejmuj acym faz e wod a i faz e organiczn a, w obecno sci czwartorz edo- wej soli amoniowej jako katalizatora przeniesie- nia miedzyfazowego. PL PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania estrów kwasu malonowego o wzorze ogólnym 1, w którym R oznacza C1-10-alkil, C3-10-alkenyl lub arylo-C1-4-alkil.

W dwóch tradycyjnych sposobach wytwarzania estrów kwasu malonowego zwią zkami wyjś ciowymi są pochodne kwasu chlorooctowego. W jednym z nich, ester kwasu chlorooctowego poddaje się reakcji z tlenkiem węgla i alkoholem w obecności katalizatora na bazie karbonylku kobaltu (DE-A 2359963, DE-A 2524389), podczas gdy w drugim sposobie sól kwasu chlorooctowego poddaje się reakcji z cyjankiem otrzymując w pierwszym etapie cyjanooctan, a następnie ten związek pośredni poddaje się w drugim etapie reakcji w z alkoholem w celu przekształcenia go w ester kwasu malonowego. Ten ostami sposób wiąże się szczególnie z zagrożeniem bezpieczeństwa i problemami ekologicznymi wynikającymi z toksyczności kwasu cyjanowodorowego i cyjanków oraz z dużej ilości odpadów. Oczywisty sposób wytwarzania estrów na drodze bezpośredniej estryfikacji kwasu przy użyciu odpowiedniego alkoholu nie odgrywa w obecnym przypadku żadnej roli. Przeciwnie nawet, kwas malonowy wytwarza się na drodze hydrolizy estrów kwasu malonowego (lub kwasu cyjanooctowego).

Celem obecnego wynalazku jest zapewnienie alternatywnego sposobu wytwarzania estrów kwasu malonowego.

Cel ten został osiągnięty dzięki opracowaniu sposobu według wynalazku.

Stwierdzono nieoczekiwanie, że sole kwasu malonowego i metalu alkalicznego można poddać reakcji z halogenkiem o wzorze ogólnym 2: R-X, w którym R oznacza C1-10-alkil, C3-10-alkenyl lub arylo-C1-4-alkil, zaś X oznacza chlor, brom lub jod, w obecności wody, z wytworzeniem odpowiednich estrów kwasu malonowego o wzorze ogólnym 1, w którym R ma wyżej określone znaczenie, jeśli w środowisku reakcji obecny jest katalizator przeniesienia międzyfazowego oraz niemieszają ca się z wodą faza organiczna.

Sposób wytwarzania estrów kwasu malonowego o wzorze ogólnym 1, w którym R oznacza C1-10-alkil, C3-10-alkenyl lub arylo-C1-4-alkil, według wynalazku polega na tym, że sól kwasu malonowego i metalu alkalicznego poddaje się reakcji z halogenkiem o wzorze ogólnym 2: R-X, w którym R ma wyżej określone znaczenie, zaś X oznacza chlor, brom lub jod, w układzie niemieszających się faz ciekłych obejmującym fazę wodą i fazę organiczną, w obecności czwartorzędowej soli amoniowej jako katalizatora przeniesienia międzyfazowego.

W sposobie według wynalazku, korzystnie jako sól kwasu malonowego i metalu alkalicznego stosuje się malonian dwusodowy, zaś jako halogenek stosuje się związek o wzorze ogólnym 2: R-X, w którym R ma wyżej okreś lone znaczenie, zaś X oznacza chlor lub brom. Korzystnie również, sól kwasu malonowego i metalu alkalicznego stosuje się w postaci roztworu wodnego.

Zgodnie z wynalazkiem, korzystnie jako wodny roztwór soli kwasu malonowego i metalu alkalicznego stosuje się roztwór otrzymany na drodze katalitycznego utleniania 1,3-propandiolu w obecności wodnego roztworu wodorotlenku metalu alkalicznego.

W sposobie według wynalazku, korzystnie jako katalizator przeniesienia mi ędzyfazowego stosuje się zwłaszcza halogenek, korzystnie chlorek lub bromek-tetra-n-C4-10-alkiloamoniowy, benzylo-tri-n-C1-8-alkiloamoniowy lub metylo-tri-n-C4-10-alkiloamoniowy.

Powyżej i dalej w niniejszym dokumencie, określenie C1-10-alkil oznacza liniową lub rozgałęzioną, pierwszorzędową, drugorzędową lub trzeciorzędową grupę alkilową o 1-10 atomach węgla, przykładowo metyl, etyl, propyl, izopropyl, butyl, izobutyl, sec-butyl, tert-butyl, pentyl, izopentyl, neopentyl, heksyl, heptyl, oktyl, nonyl, decyl i tak dalej.

Określenie C3-10-alkenyl oznacza liniową lub rozgałęzioną grupę alkenylową o 3-10 atomach węgla, w szczególności taką, w której podwójne wiązanie jest oddzielone od wolnej wartościowości przez co najmniej jeden nasycony atom węgla, przykładowo allil, metallil, 2-butenyl (krotyl), 3-butenyl, 2-pentenyl i tak dalej.

Określenie arylo-C1-4-alkil oznacza w szczególności fenylo-podstawioną grupę C1-4-alkilową taką, jak benzyl, fenetyl lub 3-fenylopropyl.

Powyżej i dalej w niniejszym dokumencie, określenie katalizator przeniesienia międzyfazowego oznacza związki tradycyjnie stosowane do tego celu, w szczególności czwartorzędowe sole amoniowe.

Korzystnym przykładem soli kwasu malonowego i metalu alkalicznego jest malonian dwusodowy.

Korzystnym przykładem halogenku R-X (związku o wzorze ogólnym 2) jest chlorek lub bromek.

Sól kwasu malonowego i metalu alkalicznego stosuje się korzystnie w postaci roztworu wodnego. Szczególnie korzystnie stosuje się roztwory otrzymane w wyniku katalitycznego utleniania 1,3-proPL 199 007 B1 pandiolu w obecności wodnego roztworu wodorotlenku metalu alkalicznego. Wytwarzanie takich roztworów jest znane, przykładowo z DE-A 4107986.

Odnośnie katalizatora przeniesienia międzyfazowego, zgodnie z wynalazkiem korzystnie stosuje się halogenek tetra-n-C4-10-alkiloamoniowy, benzylo-tri-n-C1-8-alkiloamoniowy i metylo-tri-n-C4-10-alkiloamoniowy, przy czym halogenkiem jest korzystnie chlorek lub bromek. Przykładowo można wymienić bromki tetrabutyloamoniowy i tetraheksyloamoniowy oraz chlorek benzylotributyloamoniowy.

Sposób według wynalazku korzystnie prowadzi się w temperaturach 80-150°C, stosując niskowrzące halogenki (związki o wzorze ogólnym 2), dogodnie pod zwiększonym ciśnieniem.

Układ niemieszających się faz ciekłych tworzy zgodnie z wynalazkiem woda oraz stosowane ciekłe organiczne substraty i/lub produkty reakcji. Fazę organiczną stanowić może także obojętny rozpuszczalnik, który nie miesza się z wodą. Przykładami odpowiednich rozpuszczalników tego typu są stosunkowo niereaktywne alifatyczne lub aromatyczne chlorowane węglowodory, takie jak chlorobenzen lub etery takie jak eter tert-butylowo-metylowy.

Poniższe przykłady ilustrują, jak można realizować sposób według wynalazku, nie ograniczając jednak jego zakresu.

P r z y k ł a d I. Dwumetylowy ester kwasu malonowego

W autoklawie, do roztworu 2,96 g (20 mmoli) malonianu dwusodowego i 0,64 g (2 mmole) bromku tetrabutyloamoniowego w 5 ml wody wprowadzono z jednoczesnym chłodzeniem lodem 10 g (około 0,2 mola) chlorku metylu. Mieszaninę ogrzewano do 100°C przez 45 minut, z podwyższeniem ciśnienia w autoklawie od 4 x 10⁵ Pa (4 barów) do 1,4 x 10⁶ Pa (14 barów). Po trzech godzinach reakcji w temperaturze 100°C, mieszaninę oziębiono do temperatury pokojowej i zniesiono nadciśnienie (wyrównano ciśnienie do ciśnienia atmosferycznego). Wartość pH fazy wodnej podwyższono z 4,6 do 5,7 stosując 1 M roztwór wodorotlenku sodu i poddano ekstrakcji eterem tert-butylowo-metylowym (2 x 10 ml). Połączone fazy organiczne wysuszono nad siarczanem sodu i poddano analizie metodą chromatografii gazowej (wewnętrzny wzorzec: bursztynian dwumetylowy).

Wydajność: 48%.

Prowadząc proces w identycznych warunkach, lecz stosując układ: eter tert-butylowometylowy/woda (stosunek objętościowy 8:5) jako środowisko reakcji, uzyskano wydajność 46%.

P r z y k ł a d II. Dwuetylowy ester kwasu malonowego

W autoklawie, do roztworu 2,96 g (20 mmoli) malonianu dwusodowego i 0,64 g (2 mmole) bromku tetrabutyloamoniowego w 5 ml wody i 10 ml eteru tert-butylowo-metylowego wprowadzono 10,9 g (0,1 mola) bromku etylu. Mieszaninę ogrzewano do 100°C przez 30 minut, z podwyższeniem ciśnienia w autoklawie do 3,5 x 10⁵ Pa (3,5 bara). Po 3,5 godzinach prowadzenia reakcji w temperaturze 100°C, mieszaninę oziębiono do temperatury pokojowej i zniesiono nadciśnienie. Wartość pH fazy wodnej podwyższono z 4,2 do 5,5 stosując 1 M roztwór wodorotlenku sodu i poddano ekstrakcji eterem tert-butylowo-metylowym (2x5 ml). Połączone fazy organiczne wysuszono nad siarczanem sodu i poddano analizie metodą chromatografii gazowej (wewnę trzny wzorzec: bursztynian dwumetylowy).

Wydajność 45%.

P r z y k ł a d III. Dwubenzylowy ester kwasu malonowego

W autoklawie, do roztworu 2,96 g (20 mmoli) malonianu dwusodowego i 0,64 g (2 mmole) bromku tetrabutyloamoniowego w 5 ml wody i 10 ml eteru tert-butylowo-metylowego wprowadzono 17,1 g (0,1 mola) bromku benzylu. Mieszaninę ogrzewano do 100°C przez 30 minut, z podwyższeniem ciśnienia w autoklawie do 2,5 x 10⁵ Pa (2,5 bara). Po 3,5 godzinach prowadzenia reakcji w temperaturze 100°C, mieszaninę oziębiono do temperatury pokojowej i zniesiono nadciśnienie. Wartość pH fazy wodnej podwyższono z 1,8 do 5,8 stosując 1 M roztwór wodorotlenku sodu i poddano ekstrakcji eterem tert-butylowo-metylowym (2 x 5 ml). Połączone fazy organiczne wysuszono nad siarczanem sodu, rozpuszczalnik oddestylowano w wyparce rotacyjnej, a z pozostałości usunięto resztki rozpuszczalnika pod obniżonym ciśnieniem 1 x 10² Pa (1 mbar).

Wydajność 2,43 g (43%).

¹NMR (CDCl3, 400 MHz): δ = 7,25-740 (m, 10H); 5,16 (s 4H); 3,47 (s, 2H).

Stosując chlorek benzylu w miejsce bromku benzylu, w identycznych warunkach reakcji uzyskano wydajność 34%.

P r z y k ł a d IV. Dwuallilowy ester kwasu malonowego

W autoklawie, do roztworu 2,96 g (20 mmoli) malonianu dwusodowego i 0,64 g (2 mmole) bromku tetrabutyloamoniowego w 5 ml wody i 10 ml chlorobenzenu wprowadzono 7,65 g (0,1 mola) chlorku allilu. Mieszaninę ogrzewano do 100°C przez 30 minut, z podwyższeniem ciśnienia w auto4

PL 199 007 B1 klawie do 2,5 x 10⁵ Pa (2,5 bara). Po 3,5 godzinach prowadzenia reakcji w temperaturze 100°C, mieszaninę oziębiono do temperatury pokojowej i zniesiono nadciśnienie. Fazę wodną poddano ekstrakcji eterem tert-butylowo-metylowym (2 x 5 ml). Połączone fazy organiczne wysuszono nad siarczanem sodu i poddano analizie metodą chromatografii gazowej (wewnętrzny wzorzec: bursztynian dwumetylowy).

Wydajność 16%.

P r z y k ł a d y V-XII. Dwumetylowy ester kwasu malonowego

Postępowanie ogólne:

W autoklawie, do roztworu 2,96 g (20 mmoli) malonianu dwusodowego i 0,1 równoważnika (2 mmole) katalizatora przeniesienia międzyfazowego w 5 ml wody i 10 ml chlorobenzenu wprowadzono - z jednoczesnym chłodzeniem lodem - 10 g (0,2 mola) chlorku metylu. Mieszaninę ogrzewano do zamierzonej, pożądanej temperatury przez 30 minut, z podwyższeniem ciśnienia w autoklawie do 2,5 x 10⁵ Pa (2,5 bara). Po trzech godzinach prowadzenia reakcji w wybranej temperaturze, mieszaninę oziębiono do temperatury pokojowej i zniesiono nadciśnienie. Wartość pH fazy wodnej podwyższono do 5,5 - 6,5 stosując 1 M roztwór wodorotlenku sodu i poddano ekstrakcji eterem tert-butylowometylowym (2 x 10 ml). Połączone fazy organiczne wysuszono nad siarczanem sodu i poddano analizie metodą chromatografii gazowej (wewnętrzny wzorzec: bursztynian dwumetylowy). Warunki reakcji i uzyskane wydajności przedstawiono w poniższej tabeli 1.

T a b e l a 1

Przykład nr	Katalizator¹)	Temperatura [°C]	Czas reakcji [godz.]	Wydajność²) [%]
V.	TBAB	100	4	55
VI.	TBAB	100	6	56
VII.	TBAB	125	5	64
VIII.	TBAB	150	4	6
IX.	THAB	100	4	58
X.	BTBAC1	100	4	39
XI.	THAB	125	4	67
XII.³)	THAB	100	4	21

¹⁾ TBAB oznacza bromek tetrabutyloamoniowy, THAB oznacza bromek tetraheksyloamoniowy, zaś BTBAC1 oznacza chlorek benzylo-tributyloamoniowy ²⁾ oznaczona metodą chromatografii gazowej z bursztynianem dwumetylowym jako wzorcem wewnętrznym ³⁾ z dodatkiem 10% molowych KBr

Claims

1. Sposób wytwarzania estrów kwasu malonowego o wzorze ogólnym 1, w którym R oznacza C1-10-alkil, C3-10-alkenyl lub arylo-C1-4-alkil, znamienny tym, że sól kwasu malonowego i metalu alkalicznego poddaje się reakcji z halogenkiem o wzorze ogólnym 2: R-X, w którym R ma wyżej określone znaczenie, zaś X oznacza chlor, brom lub jod, w układzie niemieszających się faz ciekłych obejmującym fazę wodą i fazę organiczną, w obecności czwartorzędowej soli amoniowej jako katalizatora przeniesienia międzyfazowego.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako sól kwasu malonowego i metalu alkalicznego stosuje się malonian dwusodowy.

3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako halogenek stosuje się związek o wzorze ogólnym 2: R-X, w którym R ma wyżej określone znaczenie, zaś X oznacza chlor lub brom.

4. Sposób według jednego z zastrzeżeń 1 albo 2, albo 3, znamienny tym, że sól kwasu malonowego i metalu alkalicznego stosuje się w postaci roztworu wodnego.

PL 199 007 B1

5. Sposób według zastrz. 4, znamienny tym, że jako wodny roztwór soli kwasu malonowego i metalu alkalicznego stosuje się roztwór otrzymany na drodze katalitycznego utleniania 1,3-propandiolu w obecności wodnego roztworu wodorotlenku metalu alkalicznego.

6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako czwartorzędową sól amoniową stosuje się halogenek, korzystnie chlorek lub bromek-tetra-n-C4-10-alkiloamoniowy, benzylo-tri-n-C1-8-alkiloamoniowy lub metylo-tri-n-C4-10-alkiloamoniowy.