DE2357677A1 - Verfahren zur herstellung von alphachlor-acrylsaeurechlorid - Google Patents

Description

FARBWERKE HOECHST AKTIiSNGESisLLSCHAIT
vormals MeisLer Lucius & Brüning

Aktenzeichen: HOE 73/F 353

Datum: 17. November 1973 Dr.GM/Pt

Verfahren zur Herstellung von oC-Chlor--acrylsäure-chlorid

]>ie Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von C\ -Chloracrylsäurechlorid, das ein hochaktives Dienophil ist und z.B. als wichtige Ausgangssubstanz bei der Totalsynthese von Prostaglandinen nach Corey dient.

Es sind bereits Verfahren zur Herstellung von <^.-Chlor-acrylsäurechlorid bekannt. Sie gehen im allgemeinen von der oC-Chloracrylsäure aus:·. ■

So ist bekannt^ daß man aus oC-Chlor-acrylsäure mit Benzoylchlorid in Gegenwart von Antimon (V)chlorid oder Kupfer (I)-chlorid oC -Chloi'-acrylsäurechlorid in Ausbeuten zwischen 17 und 39 % erhält.

Nach einer anderen Verfahrensweise isoliert man bei der Umsetzung von C^-Chlor-acrylsäure mit Thionylchlorid in Gegen-' wart von Kupfer (I)chlorid und Natrium-methylat das Säurechlorid in.einer Ausbeute von 38 %.

•In einem weiteren Verfahren wird o(-Chlor-acrylsäure mit Phosgen in Gegenwart von Dimethylformamid zunächst bei 40°C umgesetzt.

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Das dabei entstehende Ch\ _t ß-Dichlor-propionsäure-chlorid wird anschließend unter vermindertem Druck bei 100° - 150°C in

oZ.-Chlor-acrylsäure-chlorid (89 % Rohausbeute) und Chlorwasserstoff gas gespalten.

Ein anderes Verfahren verwendet 0^. , ß-Dichlor-propionsäurechlorid als Ausgangssubstanz. Letztere kann in mäßiger Ausbeute von 37 % mit Diäthylanilin bei 85°C unter vermindertem Druck zu cL -Chlor-acrylsäure-chlorid dehydrochloriert werden.

Alle bisher bekannt gewordenen Verfahren besitzen verschiedene Nachteile. Die Verwendung von cC-Chlor-acrylsäure bedeutet einen erheblichen Aufwand, da sie nur auf umständliche Weise zugänglich ist. Da sowohl die ©C-Chlor-acrylsäure als auch das ©^-Chlor-acrylsäurechlorid leicht polymerisieren, werden bei den bekannten Verfahren durchweg schlechte Ausbeuten an letzterem.erhalten. Im Falle der Umsetzung von Phosgen mit O^-Chlor-acrylsäure in Gegenwart von Dimethyl-formamid beträgt die Rohausbeute zwar 75 - 85 %, das Destillat enthält aber nur 50 - 70 % ci.-Ch.lor-acrylsäure-chlorid (siehe Vergleichsbeispiel 1) . Die Dehydrochlorierung von o(. , ß-Dichlorpropionsäure-chlorid mit Diäthyl-anilin führt überwiegend zur Polymerisation des Endproduktes im Reaktionssumpf.

Bei der Verwendung von Dimethyl-formamid zur Chlorwasserstoff-Abspaltung aus oC, ß-Dichlor-propionsäure-chlorid kann man das ungesättigte Säurechlorid zwar in einer .Ausbeute von 55 - 65 % erhalten, es ist jedoch von erheblichem Nachteil, daß häufig - besonders bei größeren Ansätzen - unkontrollierbare Polymerisationen im Reaktionssumpf auftreten.

Gemeinsam ist allen diesen bekannten Verfahren die unbefriedigende" Ausbeute und mangelnde Reinheit des gewünschten Reaktionsproduktes. Insbesondere die Reinheit des erhaltenen CC-Chlor-

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acrylsäure-chlorids ist von ausschlaggebender Bedeutung für seine mögliche Weiterverwendung , z.B. als Monomeres für Polymerisationen, da sich das sehr empfindliche Produkt nachträglich nur unter beträchtlichen Verlusten, vor allem durch eintretende Polymerisationen, weiter reinigen läßt.

Es wurde nun ein Verfahren zur -Herstellung von c/-Chlor-acrylsäure-chlorid durch Abspaltung von Chlorwasserstoff aus ©C, ß-Dichldr-propionsäure-chlorid in Gegenwart von basisdien satoren gefunden, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man die Reaktion bei Temperaturen von 60 C bis 120 C und einem Druck unterhalb von 200 Torr in Gegenwart von solchen Verbindungen,

die mindestens ein 3- bis 5-bindiges Stickstoff- oder Phosphoratom enthalten, welches mit mindestens 3 Valenzen an Alkyl- und /oder Phenalkyl-Reste mit jeweils 1 bis 20 C-Atomen und im Falle des Phosphors auch Phenyl-Reste, die gegebenenfalls substituiert.sein können, gebunden ist, wobei 2 dieser Valenzen eine Doppelbindung und/oder zwei der Alkylreste einen 5- bis 6-gliedrigen Ring bilden können, oder in Gegenwart von 1- bis 3-basigen organischen oder anorganischen vollamidierten Säuren des 3~ oder 5-wertigen Phosphors, deren N-Atome durch Alkyl-Reste mit 1 bis 20 C-Atomen, die gegebenenfalls substituiert sein können, dialkyliert sind und deren direkt an den Phosphor gebundenen organischen Reste Alkyl-, Phenyl- und/oder Phenalkylgruppen mit jeweils 1 bis 20 {!-Atomen sind, die gegebenenfalls substituiert sein können,durchführt.

Die erfindungsgemäß katalytisch wirksamen Stickstoff- und Phosphor verbinäungeii können schematisch durch die allgemeinen Formeln (I), (II), (III) bzw. (IV) .

⁸IX /*2

R₃

(D ^(II)

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X-R₃

¹ Ii

(III) (IV)

■ν

wiedergegeben werden, worin X Stickstoff oder Phosphor, Y einen anorganischen oder organischen Säurerest, R₁, R₂, R^, für X =* N Alkyl- oder Phenalkylreste mit 1 bis 20 C-Atomen, für X ^a P Alkyl-, Phenyl- und/oder Phenalkylreste mit 1 bis 20 C-Atomen oder eine Gruppe -ϊ^λ*,, / wobei R¹ und R" Alkyl-, Phenyl- und/oder Phenalkylreste mit 1 bis 20 C-Atomen sind, R₄, für X = N Alkyl- oder Phenalkylreste mit 1 bis 20 C-Atomen oder H, für X=P Alkyl-, Phenyl- oder Phenalkylreste mit 1 bis 20 C-Atomen oder H, Z Sauerstoff oder, für X=P auch Schwefel oder 2 Halogenatome oder NR_, wobei R_ ein Alkyl-, Phenyl- und/oder Phenalkylrest mit 1 bis 20 C-Atomen ist, der gegebenenfalls substituiert sein kann, bedeuten:

Für X kann demnach ein N- oder P-Atom stehen, für Y ein anorganischer oder organischer Säurerest, z.B. ein Halogenion, ein SO -Ion, ein Methylsulfat-Ion oder das Ion einer organischen Sulfonsäure.

R^» R₂» R3, R₄ und R₅ können gleiche oder verschiedene Reste bedeuten, z.B. geradkettige oder verzweigte Alkylgruppen mit 1 bis 20, vorzugsweise 1 bis 12, insbesondere 1 bis 4 C-Atomen, Cycloalkylgruppen mit 4 bis 8, vorzugsweise 5 bis 6 C-Atomen, Phenyl- oder Phenalky!gruppen mit 6 bis .20, vorzugsweise 6 bis 8 C-Atomen, wobei alle Reste R₁ bis R_r ihrerseits gegebenenfalls wieder, vorzugsweise durch Halogen, insbesondere Chlor .und/oder Brom, oder eine Dialkylaminogruppe mit Alkylgruppen von 1 bis 4 C-Atomen substituiert, vorzugsweise einfach

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substituiert, sein können.

Dabei können auch zwei der Reste R- bis R_ Glieder eines heterocyclischen Ringes aromatischer oder cycloaliphatischer Natur sein, der weitere Heteroatome, z.B. Stickstoff, Sauerstoff oder Schwefel, enthalten kann.

Z kann für Sauerstoff oder, falls X Phosphor ist, auch für Schwefel, zwei Halogenatome, vorzugsweise 2 Chloratome oder für die Gruppe NR 'stehen, wobei R_ vorzugsweise ein gegebenenfalls substituierter Alkylrest mit 1 bis 6 C-Atomen, insbesondere der Methyl- oder Äthylrest ist.

Die katalytisch wirksamen Verbindungen können auch mehrere gleiche oder verschiedene Elemente der Bedeutung X enthalten. Das Molekulargewicht des verwendeten Katalysators beträgt vorzugsweise bis zu 500, insbesondere bis zu 200.

Erfindungsgemäß zu verwendende Katalysatoren sind beispielsweise:

Amine wie Trimethylamin, Triäthylamin, Tripropylamln, Tr ibutylamin, Dimethyläthylamin, Diäthylbutylamin, Dimethyldodecylamin; .-,-■-

Quartäx"e Ammoniumsalze, z.B. Tetramethylammoniumchlorid oder -bromid, Trimethylbenzylammoniumchlorid, Triäthylbenzylammoniumchlorid oder -bromid, TrimethyIchlormethylammonium- ■, chlorid';

Heterocyclische Stickstoffverbindungen, wie Pyridin, Chinolin, Isochinolin und ihre Alkyl- oder Dialkyl-, vorzugsweise Methyl- oder Dimethylderivate, sowie ihre Oxide, z.B. Pyridinoxid. . -. * ,

• · · 6

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Tertiäre Phosphine, z.B. Trimethy!phosphin, Triäthy!phosphin, Tripropylphosphin, Tributylphosphin, Triphenylphosphin, Methyldiäthylphösphin, Dimethylpropylphosphin, Diäthylbenzjrlphosphin;

Quartale Phosphoniumsalze, z.B. Tetraäthylphosphoniumchlorid, Tr imethylbenzylphosphoniumchlor id, Tr ipheny1äthylphosphoniumbenzolsulfonat;

Organische Verbindungen des 5-bindigen Phosphors, z.B. Trimethylphosphinoxid, Tributylphosphinoxid, Trihexylphosphinoxid, Trlphenylphosphinoxid, DimethyIphenylphosphinoxid, DimethylchlormethyIphosphinoxid, DimethyIhexylphosphinoxid, Dimethyldodecylphosphinoxid, Dimethyleikosylphosphinoxid, DimethyIphenylphosphinsulfid, Dimethyldodecylphosphinsulfid, 2-Dimethylphosphinylpropionßäuremethylester, 1-Methylphospholen-3,. l-Äthyl-S-methylphospholen-S.

Bevorzugte Katalysatoren sind tertiäre Phosphinoxide, deren organische Reäte Alkylgruppen mit 1 bis 20, bevorzugt 1 bis 4 C-Atomen und/oder Phenylgruppen sind.

Die Katalysatoren werden zur erfindungsgemäßen Chlorwasserstoffabspaltung in Mengen von 0,5 bis 5 Gew.-%, vorzugsweise 1 bis Gew.-%, bezogen auf das eingesetzte oL , ß-Dlchlor-propionsäure-chlorid verwendet. Sie lassen sich als solche oder in Form ihrer Salze, vorzugsweise ihrer Hydrochloride einsetzen.

Die Spaltungstemperaturen liegen bei 60° - 120 C, wobei auch höhere Temperaturen möglich sind, aber zu Verlusten führen können. Der bevorzugte Temperaturbereich liegt bei 70 - 100 C.

Wegen der thermischen Instabilität des ©C -Chlor-acrylsäurechlorids wird dieses zweckmäßig in dem Maße, in dem es gebildet

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wird, aus dem Reaktionsraum unter vermindertem Druck, im allgemeinen unterhalb 200 Torr, vorteilhaft unterhalb 100 Torr bis herab zu 40 Torr, beispielsweise bei 50 bis 80 Torr, abdestilliert.

Um ein möglichst reines Produkt zu erhalten ist es zweckmäßig, das den Reaktionsraum verlassende Gasgemisch über einen Rückflüßkühler zu leiten, der - abhängig vom Druck - auf einer solchen Temperatur gehalten wird, daß nicht umgesetztes zk , ß-Dichlorpropionsäurechlorid im wesentlichen auskondensiert und in den Reaktionsraum zurückfließt. Die Temperatur dieses Kühlers liegt je nach Druck bei 0° bis 50° C ,vorteilhaft bei 20° bis 40°C.

Insbesondere ist es vorteilhaft, diesen Rückfluß zum Zwecke der Fraktionierung über einen mit Füllkörpern, insbesondere solchen aus Kupfer oder verkupfertem Material gefüllten Fraktionieraufsatz fließen zu lassen.

Die den Rückflußkühler passierenden Anteile, die im wesentlichen aus Chlorwasserstoff und oC-Chlor-acrylsäure-chlorid bestehen, werden in an sich bekannter Weise aufgearbeitet, insbesondere durch Auskonderisieren des gebildeten oC-Chlor-äcrylsäure-chlorids bei tiefer Temperatur. Das erhaltene Produkt ist, sehr rein und läßt sich im allgemeinen unmittelbar, z.B. für Prostaglandin-Synthesen,verwenden, so daß das erfindungsgemäße Verfahren einen erheblichen technischen Vorteil bringt.

Die Erfindung wird durch die nachfolgenden Beispiele erläutert.

• · · ö

Vergleichsbeispiel 1 (gemäß DBP 1.167.819)

In ein Gemisch aus 106,5 g cA-Chlor-acrylsäure und 11,7, g Dimethyl-formamid werden bei 40°C innerhalb 3 Stunden 106,5 g Phosgen eingeleitet. Anschließend wird das Reaktionsprodukt bei einem Druck von 60 - 70 Torr (Badtemperatur 115 - 150 C) gespalten, das entstehende oC -Chlor-acrylsäure-chlorid abdestilliert, in einem Solekühler (-20° bis -30⁰C) kondensiert und in einer mit Isopropanol/Trockeneis gekühlten Vorlage aufgefangen. Als Rohausbeute v/erden bei dieser Arbeitsweise zwischen 75 und 85 % erhalten. Der Gehalt an o(-Chlor-aerylsäuro-chlorid im Destillat schwankt laut gaschromatographischer Bestimmung zwischen 50 und 70 %.

Beispiel 1 bis 12;

400 g cL , ß-Dichlor-propionsäuiB-chlorid und. 2 Gew.-% jeweils eines der in nachstehender Tabelle 1 aufgeführten Katalysatoren werden unter reduziertem Druck von 60 - 70 Torr langsam auf 60° - 90⁰C erwärmt. Das dabei gebildete d-Chlor-acrylsäurechlorid destilliert dabei über eine mit Kupferwendeln gefüllte Kolonne, der ein kurzer, mit Wasser von 30 - 35 C beschickter Rückflußkühler aufgesetzt ist. Es wird anschließend in einem Solekühler (-20° bis -30°C) kondensiert und in einer mit Isopropanol/Trockeneis gekühlten Vorlage aufgefangen. Die resultierenden Ausbeuten an ot-Chlor-acrylsäure-chlorid sowie dessen gaschromatographisch ermittelte Reinheiten sind ebenfalls in der Tabelle 1 zusammengefaßt.

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Tabelle

Beispiel	Katalysator	Ausbeute in % d. Theorie	Reinheit ClAxiCl	(gas chrom. Γ=1 CF^COCl	best.) Sonstige Produkte
1	(CHg)gPO	95	98,5	1,3	0,2
2	(C6Hg)3PO	90	94,4	5,6	-
3	(C6H13PO (CH3) 2	71	99,0	-	1,0
4	CJS P0(CH„)9	67	99,5	0,3	0,2
5	C8H17PO(CH3)2	83	99,5	0,3	0,2
6	f\ TT T3f^ff""*TT \	89	98,7	1,2	.0,1
7 8	C12HgPO(CH^2	98 93,5	97,8 95,9	' 1,8 3,9	0,4 0,2
9		91	98,3	1,4	0,3
10	(C6H5)3P°	90	99,9	—	0,1
11	(C2Hg)3N	91	95,5	4,5	.-
12		98	96,5	3,5	-·

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Claims (3)

1. HOE - IO -

   PATENTANSPRÜCHE:

   (_P. Verfahren zur Herstellung von Ox-Chlor-acrylsäure-chlorid durch Abspaltung von Chlorwasserstoff aus 0(, ß-Dichlorpropionsäure-Chlorid in Gegenwart von basischen Katalysatoren, dadurch gekennzeichnet, daß man die Reaktion bei Temperaturen von 60° bis 120 C und einem Druck unterhalb von 200 Torr in Gegenwart von

   solchen Verbindungen, die mindestens ein 3- bis 5-bindiges Stickstoff- oder Phosphoratom enthalten, welches mit mindestens 3 Valenzen an Alkyl- und/oder Phenalkyl-Reste mit jeweils 1 bis 20 C-Atomen und im Falle des Phosphors auch an Phenyl-Reste, die gegebenenfalls substituiert sein können, gebunden ist, wobei 2 dieser Valenzen eine Doppelbindung und/oder zwei der Alkylreste einen 5- bis 6-gliedrigen Ring bilden können,
   oder in Gegenwart von

   1- bis 3-basigen organischen oder anorganischen vollamidierten Säuren des 3- oder 5-wertigen Phosphors, deren N-Atome durch Alkyl-Reste^; mit 1 bis 20 C-Atomen, die gegebenenfalls substituiert sein können, dialkyliert sind und deren direkt an den Phosphor gebundenen organischen Reste Alkyl-, Phenyl- und/oder Phenalkylgruppen mit jeweils 1 bis 20 C-Atomen sind, die gegebenenfalls substituiert sein können, oder in Gegenwart von Mischungen aus diesen Verbindungen durchführt.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man den Katalysator in Mengen von 0,5 bis 5 Gew.-%, vorzugsweise 1 bis 3 Gew.-%, bezogen auf eingesetztes 0(, ß-Dichlorpropionsäure-chlorid, verwendet.
3. 3. Verfahren nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man als Katalysator tertiäre Phosphinoxyde verwendet.

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