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PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zur Herstellung von Verbindungen der Formel IIA in der cis-Form
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worin
R eine niedere Alkylgruppe mit 1 bis 5 Kohlenstoffatomen,
X ein Wasserstoff-, Chlor- oder Bromatom,
Y ein Chlor- oder Bromatom bedeuten, dadurch gekennzeichnet, dass man den Acetessigester der Formel III CH3-CO-CHX-COOR III, worin
R und X die obigen Bedeutungen besitzen, in einem geeigneten Lösungsmittel mit dem Thionophosphorylhalogenid der Formel IVA
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worin
Y die oben bezeichnete Bedeutung besitzt, in Anwesenheit von wässriger Alkalilauge und einer katalytischen wirksamen Menge einer quaternären Ammoniumverbindung oder quaternären Phosphoniumverbindung umsetzt.
2. Verfahren gemäss Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Lösungsmittel ein praktisch nicht mit Wasser mischbares Lösungsmittel verwendet wird.
3. Verfahren gemäss Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Lösungsmittel Chloroform verwendet wird.
4. Verfahren gemäss Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als wässrige Alkalilauge 10-30%ige wässrige Natronlauge verwendet wird.
5. Verfahren gemäss Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass 20 %ige Alkalilauge verwendet wird.
6. Verfahren gemäss Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als quaternäre Ammoniumverbindung Benzyltrialkylammoniumverbindungen mit Cl-C20-Alkylresten verwendet werden.
7. Verfahren gemäss Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Umsetzung mit einem Äquivalent bis zu einem 20 %dem Überschuss an wässriger Alkalilauge durchgeführt wird.
8. Verfahren gemäss Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Thiophosphorylhalogenid der allgemeinen Formel IVA in äquivalenter Menge bis zu einem 15 %igen Überschuss bezogen auf den Acetessigester der allgemeinen Formel III angewendet wird.
9. Verfahren gemäss Patentanspruch 1 zur Herstellung von cis-0-(1 -Carboisopropoxy-1 -propen-2-yl)-thionophosphorsäuredichlorid, dadurch gekennzeichnet, dass man Acetessigsäureisopropylester mit einem Äquivalent bis zu einem 15 %igen Überschuss an Thionophosphorylchlorid in Chloroform als Lösungsmittel und in Anwesenheit eines Äquivalentes bis zu einem 20%igen Überschuss an 10-30%iger Natronlauge und in Gegenwart einer katalytischen Menge an Benzyltrialkylammoniumhalogenid ein einem Temperaturbereich zwischen - 10 und +5 C umsetzt.
10. Verfahren gemäss Patentansprüchen 1 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass man in Gegenwart einer katalytischen Menge von Benzyltriäthylammoniumchlorid oder -jodid umsetzt.
Vinylphosphorsäureester und -esteramide ( Enolphosphate ) spielen eine gewichtige Rolle in der Technik, insbesondere im Pflanzenschutz und in der Schädlingsbekämpfung.
Die Verbindungen lassen sich im allgemeinen durch eine schematische Formel I,
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wobei
R1 in der Regel eine Alkoxygruppe,
R2 eine Alkoxy- oder Aminogruppe,
Z Sauerstoff oder Schwefel bedeuten und
A, B und C Wasserstoff, Alkyl, Halogen oder eine im allgemeinen sauerstoffhaltige funktionelle Gruppe, wie z.B.
eine Alkoxycarbonylgruppe, niederalkylsubstituierte Carbomylgruppe darstellen.
Es ist ersichtlich, dass Verbindungen der Formel I als cistrans-Isomere in Bezug auf die vinylische Doppelbindung auftreten können, sobald die Substituenten B und C untereinander verschieden sind.
Es kann als eine Erfahrungstatsache gelten, dass die beiden möglichen cis-trans-Isomeren meistens unterschiedliche biologische Wirkung besitzen, so dass als technische Aufgabe die Reindarstellung bzw. Trennung der bzw. des gewünschten Isomeren die Aufmerksamkeit der theoretischen und präparativen Phosphorchemie auf sich gezogen hat.
Unter den Verbindungen, die schematisch durch die Formel I wiedergegeben werden können, hat die Gruppe, in der A für einen Methylrest, B oder C für einen Alkoxycarbonylrest steht, d.h. die Crotonsäurederivate vom Phosdrintyp (Phosdrine' =0,0-Dimethyl-0-(1 -carbomethoxy-1-propen-2-yl)-phos phorsäureester) wegen ihres hohen insektiziden Potentials besonderes Interesse gefunden.
Dabei hat sich herausgestellt, dass im allgemeinen die Derivate mit E-Konfiguration [vergleiche J. Am. Chem. Soc. 90, 509-510 (1968)], bei der die Phosphorsäureester- und die Alkoxycarbonylgruppe als Gruppen höherer Priorität jeweils auf entgegengesetzten Seiten der Doppelbindungsebene liegen, wegen ihrer insektiziden und toxikologischen Eigenschaften interessanter sind als die Isomeren mit Z-Konfiguration. (Vergleiche R. D. O'Brien Toxic Phosphorus Esters , S. 324325, Academic Press, New York 1960)
Für die Synthese der Verbindungen der Formel I steht eine Reihe von präparativen Möglichkeiten offen [vgl. G. M. Kosolapoff und L. Maier, Organic Phosphorus Compounds, Vol. VI, S.
259-262 (1973)].
Zur Darstellung der Verbindungen vom Phosdrin'D-Typ benutzt man z.B. die Umsetzung eines 0,0-Dialkylphosphorsäurechlorids mit Natrium-Acetessigester oder -als technisches Verfahren- die Umsetzung von Trialkylphosphit mit Chloracetessigester nach Art einer Perkow-Reaktion.
Die genannten präparativen Verfahren zur Herstellung der Verbindungen der Formel I hatten gemeinsam, dass der für die Geometrie des Endproduktes entscheidende Schritt auch der abschliessende Schritt der Reaktion war.
Die Trennung der cis-trans-Isomeren oder die Umwandlung
des unerwünschten in das gewünschte Isomere musste daher auf der Stufe des Endproduktes vorgenommen werden, was sich in manchen Fällen als eine technisch kaum zu bewältigende Aufgabe herausstellte.
Gegenüber dem damaligen Stand der Technik brachte die Lehre der deutschen Offenlegungsschrift Nr. 1 935 630 einen gewichtigen Fortschritt.
In der DOS wird die Herstellung der Phosphorsäurehalogenide der Formel II,
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worin
R eine niedere Alkylgruppe mit 1 bis 5 Kohlenstoffatomen,
X ein Wasserstoff-, Chlor- oder Bromatom,
Y ein Chlor- oder Bromatom und
Z ein Sauerstoff- oder Schwefelatom bedeuten, durch Umsetzung eines Acetessigesters der Formel III
CH3-COCHX-COOR III, worin
R und X die obigen Bedeutungen besitzen, in Gegenwart eines Säureakzeptors, bzw. eines Alkalisalzes eines Acetessigesters der Formel II mit einem Phosphor(thio)halogenid der Formel IV,
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worin
Y und Z die obigen Bedeutungen besitzen, beschrieben.
Das Verfahren gemäss der genannten DOS bietet ausserordentliche Vorteile. Einmal gelingt es damit, die Reaktion in Richtung der gewünschten Konfiguration am Crotonsäurerest zu lenken. So erhält man bei Verwendung des Acetessigesters der Formel III und Triäthylamin als Säureakzeptor die Verbindung der Formel II überwiegend in E (=cis)-Konfiguration.
Darüber hinaus lassen sich die Verbindungen der Formel II durch Hochvakuumdestillation noch weiter reinigen, was in der Regel für die Phosphorsäureester vom Phosdrin-Typ nicht möglich ist.
Die (Thio-) Phosphorsäuredihalogenide der Formel II eröffnen darüber hinaus den Zugang zu einer Vielzahl von Verbindungen, die vorher nicht oder nur sehr schwierig zugänglich waren, da die beiden Halogenfunktionen stufenweise durch einen bzw. zwei Alkoxyreste bzw. durch eine Aminofunktion ausgetauscht werden können [vgl. DOS 1 940 003, DAS 2 035 102]. Von besonderem Interesse ist die Tatsache, dass bei dem Austausch der Halogenfunktionen an der Verbindung der Formel II durch Nucleophile wie Alkoxy- oder Aminogruppe in der Regel die vorgegebene sterische Konfiguration erhalten bleibt.
Unter den in der deutschen Auslegeschrift 2 035 103 beschriebenen Verbindungen verdient die Verbindung der Formel I, worin Rl für OCH3, R2 für -NHC2Hs, Z für Schwefel, A für -CH3, B für -COO-i-C3H7 und C für Wasserstoff steht, d.h. die Verbindung 0-Methyl-0-(1 -isopropoxycarbonyl- 1 -propen-2- yl)-N-äthyl-thiophosphorsäureesteramid, in der E-Form wegen ihrer hervorragenden insektiziden und akariziden Wirkung besondere Beachtung.
Trotz des bedeutenden Fortschritts, den die Lehre der DOS 1 935 630 gegenüber dem damaligen Stand der Technik gebracht hatte, konnte sich die Praxis mit dem Erreichten noch nicht völlig zufriedengeben. Die an sich sehr erwünschte Möglichkeit, die Verbindungen der Formel II durch Hochvakuumdestillation als Isomere rein zu erhalten, verliert bei steigenden Energiekosten und bei der Übertragung in den grosstechnischen Massstab an Aktualität.
Auf der anderen Seite sind die Reinheitsanforderungen an kommerzielle Pestizide (z.B. Freiheit von Isomeren) in der unmittelbaren Vergangenheit ständig gestiegen.
Die Aussichten, durch präparative Massnahmen das Verfahren zur Herstellung der Verbindungen der Formel II günstiger ausgestalten zu können, mussten gering erscheinen. Es war vor allem nicht zu erwarten, dass das Verfahren ohne den abschliessenden Schritt der Hochvakuumdestillation die Verbindungen der Formel II in genügender Reinheit liefern würde.
Es wurde nun gefunden, dass die Verbindungen der Formel II, worin Z für Schwefel steht (im weiteren als Verbindung der Formel IIA bezeichnet), in der cis-Form bezogen auf den Crotonsäurerest in hoher Ausbeute und besonderer Reinheit erhalten werden, wenn man die Umsetzung des Acetessigesters der Formel III in einem geeigneten Lösungsmittel mit dem Phosphorsäurehalogenid der Formel IV, worin Z für Schwefel steht (im weiteren als Verbindung der Formel IVA bezeichnet), in Anwesenheit von wässriger Alkalilauge und einer katalytisch wirksamen Menge einer quaternären Ammoniumverbindung oder Phosphoniumverbindung durchführt. Die Reaktion wird zweckmässig zwischen - 10 und +25 C durchgeführt.
Unter einem geeigneten Lösungsmittel im Sinne der vorliegenden Erfindung werden praktisch nicht mit Wasser mischbare organische Lösungsmittel, insbesondere solche aus der Gruppe der halogenierten Kohlenwasserstoffe wie o-Dichlorbenzol, Dichlormethan, Dichloräthan, Trichloräthylen, Tetrachloräthan - bevorzugt Chloroform - verstanden. Es können auch Gemische von organischen Lösungsmitteln verwendet werden.
Unter wässriger Alkalilauge sei wässrige Natron- oder Kalilauge, insbesondere 10-30Woige wässrige Alkalilauge, speziell 20%ige wässrige Alkalilauge, verstanden.
Als quaternäre Ammoniumverbindung werden erfindungsgemäss quaternäre Ammoniumhydroxide oder quaternäre Ammoniumsalze von organischen oder anorganischen Säuren, beispielsweise Ammoniumhydrogensulfate, -phosphate, -benzoloder -Toluolsulfonate, insbesondere quaternäre Ammoniumhalogenide, speziell Chloride, Bromide und Jodide, verstanden.
Die Klasse der quaternären Ammoniumverbindungen kann sowohl Tetraalkylammoniumverbindungen, wobei als Alkylreste C1 bis C20 in Frage kommen, als quaternäre Benzylalkylammoniumverbindungen, ebenfalls mit Alkylresten von Cl bis C20, umfassen. Genannt seien beispielsweise Tetrabutylammoniumhydroxyd, Tetrabutylammoniumsalze wie das Hydrogensulfat, -bromid, -jodid, Trioctylmethylammoniumchlorid, Dodecyltri äthylammoniumverbindungen wie das Benzyltriäthylammoniumhydroxyd, -jodid, -bromid, -chlorid, vorzugsweise Benzyltriäthylammoniumjodid und ganz besonders Benzyltri äthylammoniumchlorid.
Die Klasse der quaternären Phosphoniumverbindungen soll Tetraphenylphosphoniumsalze, Triphenylalkylphosphoniumsalze, Tetraalkylphosphoniumsalze umfassen, wobei als Alkylreste C1 bis C20 und als Anion vorzugsweise die Halogenide, insbesondere die Chloride und Bromide, in Frage kommen.
Erfindungsgemäss können auch mehrere Katalysatoren gleichzeitig verwendet werden.
Die Erfindung betrifft speziell die Herstellung der Verbindungen der Formel II in der cis-Form durch Umsetzung des Acetessigesters der Formel III mit dem Thiophosphorylhalogenid der Formel IVA in Chloroform als Lösungsmittel in Anwesenheit eines molaren Äquivalents bis zu einem mässigen Überschuss von 10-30%iger wässriger Natron- oder Kalilauge und in Gegenwart einer katalytischen Menge an einer Benzyltrialkylammoniumverbindung, vorzugsweise Benzyltriäthylammoniumhalogenid in einem Temperaturbereich zwischen - 10 bis +25" C, insbesondere zwischen - 5 und + 15 C.
Unter einem mässigen Überschuss wird ein bis etwa 20 %iger Überschuss an wässriger Natron- oder Kalilauge verstanden.
Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung die Herstellung der Verbindung cis-0-(1-Carboisopropoxy-1-propen-2- yl)-thionophosphorsäuredichlorid durch Umsetzung des Acetessigsäureisopropylesters mit einem Äquivalent bis zu einem 15%igen Überschuss an Thiophosphorylchlorid in Chloroform als Lösungsmittel und in Anwesenheit eines molaren Äquiva lents bis zu einem 20%igen Überschuss an 10-30%igerwässri- ger Natronlauge, vorzugsweise 20%iger Natronlauge, und in Gegenwart einer katalytischen Menge an Benzyltrialkylammoniumhalogenid, vorzugsweise Benzyltriäthylammoniumchlorid, in einem Temperaturbereich zwischen - 10 und +5 C, insbesondere zwischen -5 und +5 C,
speziell bei 0" C.
Die Herstellung der Verbindungen der Formel IIA kann beispielsweise so durchgeführt werden, dass man zu einem Mol der Verbindung der Formel IVA in dem geeigneten Lösungsmittel, bevorzugt in Chloroform, zweckmässig unter Kühlung, z.B. auf 0" C, 1 bis 1,15 Mol der Verbindung der Formel III und dann die katalytisch wirksame Menge an quaternärer Ammonium- bzw. Phosphoniumverbindung, vorzugsweise Benzyltri äthylammoniumhalogenid, zugibt und unter lebhaftem Rühren - zweckmässig innerhalb 15-45 Minuten, beispielsweise innerhalb 1/2 Stunde - bie 0" C 1 bis 1,2 Mol beispielsweise 20 %ige wässrige Natronlauge zugibt. Das Rühren bei 0" C wird noch über einen kürzeren Zeitraum, beispielsweise 15 Minuten, fortgesetzt.
Die Aufarbeitung kann in an sich bekannter Weise durchgeführt werden.
Sollten nach dem Trocknen der Chloroformphase und dem Abziehen des Lösungsmittels sirupöse Anteile im Endprodukt vorhanden sein, so kann man diese beispielsweise dadurch entfernen, dass man das Endprodukt durch eine Filterhilfe wie das kommerziell erhältliche Hyflo passieren lässt.
Die Reihenfolge der Zugabe der Reaktionskomponenten kann variiert werden, wobei jedoch Bedingungen vermieden werden müssen, unter denen die Verbindungen der Formel IIA bzw. IVA hydrolisiert werden.
Man erhält erfindungsgemäss die Verbindungen der Formel IIA ausschliesslich oder ganz überwiegend in der cis-Form (bezogen auf den Crotonsäurerest) und in hoher Reinheit.
Die erfindungsgemäss erhaltenen Verbindungen der Formel IIA können daher direkt, d.h. ohne weitere Aufreinigung, zu Esteramiden, beispielsweise des in der DAS 2 035 103 beschriebenen Typs, umgesetzt werden.
Hervorgehoben sei die Herstellung der Verbindung 0-(1 Carboisopropoxy- 1 -propen-2-yl)-thionophosphorsäuredichlo- rid gemäss der vorliegenden Erfindung, die praktisch ausschliesslich zur cis-Verbindung führt.
Als ein weiterer günstiger Aspekt der vorliegenden Erfindung kann gelten, dass die gelegentlich als Beiprodukt auftretende Verbindung der Formel V,
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worin
R, Y, X und Z die oben bezeichneten Bedeutungen besitzen, bei der weiteren Umsetzung mit einem Nucleophil wie einem Alkoxid oder einem Amin zu den cis-Verbindungen von PhosdriniD - bzw. Amidophosdrintyp analog den Verbindungen der Formel IIA reagiert, nämlich unter Austausch sowohl einer Vinylestergruppe als des Halogens Y durch die nucleophile
Gruppe.
Eine Destillation der erfindungsgemäss hergestellten Verbindungen der Formel IIA im Interesse der Gewinnung eines reineren Endprodukts ist daher nicht vonnöten. Die Verbindun gen lassen sich aber bekanntlich im Hochvakuum ohne nennenswerte Zersetzung destillieren.
Weiter eröffnet sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung die Möglichkeit, die als Katalysator eingesetzten quartären Ammoniumverbindungen -gegebenenfalls durch Überführung in die Jodide- wiederzugewinnen. Bei Verwendung von Benzyl triäthylammoniumsalzen, wie etwa dem Benzyltriäthylammoniumchlorid, und halogenierten Kohlenwasserstoffen als Reaktionsmedium befindet sich die Benzyltriäthylammoniumverbindung nach dem Abtrennen des halogenierten Kohlenwasserstoffes in der wässrigen Phase. Man kann durch Zugabe eines Jodids, beispielsweise von Natriumjodid, zu der wässrigen Phase und nachfolgende Extraktion mit einem halogeniertem Kohlenwasserstoff, vorzugsweise Chloroform, beispielsweise das Benzyltriäthylammoniumjodid wiedergewinnen.
Zur Überprüfung der Reinheit der erfindungsgemäss erhaltenen Verbindungen der Formel IIA beispielsweise die Dünnschichtchromatographie, die NMR-Spektroskopie und die Gas Chromatographie herangezogen werden.
Die glatte Umsetzung gemäss der vorliegenden Erfindung muss umso überraschender erscheinen, als es sich sowohl bei dem Endprodukt des Verfahrens, der Verbindung der Formel HA, als bei dem Ausgangsprodukt der Formel IVA um Phos phorsäurehalogenide handelt, die normalerweise nur zum
Zweck der Hydrolyse dem Kontakt mit wässriger Alkalilauge ausgesetzt werden.
Die Verbindungen der Formel III und IV sind bekannt.
Die folgenden Beispiele dienen zur Erläuterung der erfin dungsgemässen Herstellung der Verbindungen der Formel IIA, soll die Erfindung aber in keiner Weise einschränken. Die
Temperaturangaben erfolgen in Celsiusgraden.
Beispiel I
Cis-O- (I -Carboisopropoxy-l -propen-2 -yl) -thionophosphorsäu redichlorid (Molarer Ansatz)
Zu einer Lösung von 169,4 g (1 Mol) Thiophosphorylchlo rid in 1,2 1 Chloroform gibt man bei 0" 144,2 g (1 Mol) Acetes sigsäure-isopropylester und anschliessend 22,8 g (0,1 Mol)
Benzyltriäthylammoniumchlorid. Man gibt unter kräftigem
Rühren zu der auf 0" gehaltenen Mischung die Lösung von 40 g
Natriumhydroxyd in 0,2 1 Wasser. Man rührt noch abschliessend
15 Minuten bei 0'. Man lässt die Chloroformphase absitzen, trennt sie im Schütteltrichter ab, wäscht mit 0,2 1 eiskaltem Wasser (ohne Eisbrocken) und trocknet über wasserfreiem Na triumsulfat.
Nach dem Verdampfen des Lösungsmittels im Va kuum am Rotationsverdampfer wird der Rückstand noch am
Hochvakuum bei 10- 4 Torr (Badtemperatur 50 ) behandelt.
Die trans-Verbindung konnte im Ansatz nicht nachgewiesen werden.
Die Reinheitsprüfung kann dünnschichtchromatographisch auf Silikagelplatten im Laufmittel n-Hexan/Aceton (4:1), Sicht barmachen durch Sprühen mit alkalischer Permanganatlösung durchgeführt werden.
Cis-0- (1 -Carboisopropoxy- 1 -propen-2-yl)-thionophos- phorsäurechlorid, Rf=0,66 0,0-Bis-(1-Carboisopropoxy-1-propen-2-yl)-thiophosphor- säurechlorid, Ru=0,52
Acetessigsäureisopropylester, Ruf= 0,32
Sollten sirupöse Anteile auftreten, kann das nach dem Verdampfen des Lösungsmittels zurückbleibende öl durch eine Filterhilfe (Hyflo) filtriert werden, Der am Hyflo haftende Anteil der Titelverbindung kann durch Behandlung mit Petrol äther (in welchem sie löslich ist) heruntergewaschen werden.
Beispiel 2 Cis-O- (I -Carboisopropoxy-l -propen-2-yl) -thionophosphorsäu redichlorid (Überschuss an PSCl3)
195 g (1,15 Mol) Thionophosphorylchlorid werden in 0,3 1 Chloroform gelöst. Man gibt zu der dauernd auf - 5" gehaltenen Lösung unter gutem Rühren 5,7 g (0,025 Mol) Benzyltri äthylammoniumchlorid und innerhalb 10 Minuten bei leicht exothermer Reaktion 120 ml 20%ige wässrige Natronlauge (1,2 Mol). Sofort anschliessend werden innerhalb 30 Minuten bei - 5" 144,7 g (1 Mol) Acetessigsäureisopropylester zugetropft. Man rührt noch 1/4 Stunde bei 0" und arbeitet wie im Beispiel 1 beschrieben auf. Es kann keine trans-Verbindung nachgewiesen werden.
Das gemäss Beispiel 1 und 2 hergestellte cis-0-(1-Carboiso propoxy- 1-propen-2-yl)-thionophosphorsäuredichlorid lässt sich - wenn erwünscht - im Hochvakuum bei 43 /5 x 10- 5 mm destillieren; nD =1,5078.
Die ds- und die trans-Titelverbindung unterscheiden sich durch die NMR-Signale, primär der Substituenten an der vinylischen Doppelbindung.
NMR (y, ppm in CDCl3) Cis-0-(1 -Carboisopropoxy-1 -propen-2-yl)-thionophosphorsäuredichlorid=CH 5,9 Multiplett; CH3C=2,52 ppm
Trans-0-(1-Carboisopropoxy-1 -propen-2-yl)-thionophosphorsäuredichlorid =CH 5,62 Multiplett; CH3CH=2,20 ppm
Beispiel 3 Cis-O- (I - Carboisopropoxy- 1 -propen-2-yl) -thionophosphorsäuredichlorid (Überschuss an PSCl3)
195 g (1,15 Mol) Thionophosphorsäurechlorid werden in 1,2 1 Chloroform gelöst. Man gibt zu der dauernd auf -5' gehaltenen Lösung unter gutem Rühren 22,8 g (0,1 Mol) Benzyltriäthylammoniumchlorid und innerhalb 10 Minuten bei leicht exothermer Reaktion 240 ml 20%ige wässrige Natronlauge (1,2 Mol). Sofort anschliessend werden innerhalb 30 Minuten bei - 5" 144,17 g (1 Mol) Acetessigsäureisopropylester zugetropft.
Man rührt noch /4 Stunde bei 0" und arbeitet wie im Beispiel 1 beschrieben auf. Es kann keine trans-Verbindung nachgewiesen werden.
Das gemäss Beispiel 3 hergestellte cis-0-(1-Carboisoprop oxy-1-propen-2-yl)-thionophosphorsäuredichlorid lässt sich wenn erwünscht - im Hochvakuum bei 43 /5 > < x 10- 10 5 mm destillieren; n D - 1,5078
Die cis- und die trans-Titelverbindung unterscheiden sich durch die NMR-Signale, primär der Substituenten an der vinylischen Doppelbindung.
NMR (y, ppm in CDCl3) Cis-0-( 1-Carhoisopropoxy- 1 -propen-2-yl)-thionophos- phorsäuredichlorid =CH 5,9 Multiplett; CH3C=2,52 ppm Trans-0-( 1 -Carbeisopropoxy- 1 propen-2-yl)-thionophos- phorsäuredichlorid=CH 5,62 Multiplett; CH3CH=2,20 ppm.
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PATENT CLAIMS
1. Process for the preparation of compounds of formula IIA in the cis form
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wherein
R is a lower alkyl group with 1 to 5 carbon atoms,
X is a hydrogen, chlorine or bromine atom,
Y is a chlorine or bromine atom, characterized in that the acetoacetic ester of the formula III CH3-CO-CHX-COOR III, wherein
R and X have the above meanings, in a suitable solvent with the thionophosphoryl halide of the formula IVA
EMI1.2
wherein
Y has the meaning given above, in the presence of aqueous alkali metal hydroxide solution and a catalytic effective amount of a quaternary ammonium compound or quaternary phosphonium compound.
2. The method according to claim 1, characterized in that a solvent which is practically immiscible with water is used as the solvent.
3. The method according to claim 1, characterized in that chloroform is used as solvent.
4. The method according to claim 1, characterized in that 10-30% aqueous sodium hydroxide solution is used as the aqueous alkali solution.
5. The method according to claim 1, characterized in that 20% alkali is used.
6. The method according to claim 1, characterized in that benzyltrialkylammonium compounds with Cl-C20-alkyl radicals are used as the quaternary ammonium compound.
7. The method according to claim 1, characterized in that the reaction is carried out with an equivalent of up to 20% the excess of aqueous alkali metal hydroxide solution.
8. The method according to claim 1, characterized in that the thiophosphoryl halide of the general formula IVA is used in an equivalent amount up to a 15% excess based on the acetoacetic ester of the general formula III.
9. The method according to claim 1 for the preparation of cis-0- (1-carboisopropoxy-1-propen-2-yl) thionophosphoric dichloride, characterized in that isopropyl acetoacetate with an equivalent to a 15% excess of thionophosphoryl chloride in chloroform as Solvent and in the presence of an equivalent to a 20% excess of 10-30% sodium hydroxide solution and in the presence of a catalytic amount of benzyltrialkylammonium halide at a temperature range between -10 and +5 C.
10. The method according to claims 1 and 9, characterized in that in the presence of a catalytic amount of benzyltriethylammonium chloride or iodide.
Vinyl phosphoric acid esters and ester amides (enol phosphates) play an important role in technology, especially in crop protection and pest control.
The compounds can generally be represented by a schematic formula I
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in which
R1 is usually an alkoxy group,
R2 is an alkoxy or amino group,
Z is oxygen or sulfur and
A, B and C are hydrogen, alkyl, halogen or a generally oxygen-containing functional group such as e.g.
represent an alkoxycarbonyl group, lower alkyl-substituted carbomyl group.
It can be seen that compounds of the formula I can occur as cistrans isomers in relation to the vinyl double bond as soon as the substituents B and C are different from one another.
It can be considered a fact of experience that the two possible cis-trans isomers mostly have different biological effects, so that the technical task of presenting or separating the desired isomer has drawn the attention of theoretical and preparative phosphor chemistry.
Among the compounds which can be represented schematically by formula I, the group in which A represents a methyl radical, B or C represents an alkoxycarbonyl radical, i.e. the crotonic acid derivatives of the phosdrine type (Phosdrine '= 0.0-dimethyl-0- (1-carbomethoxy-1-propen-2-yl) -phosphoric acid ester) found particular interest because of their high insecticidal potential.
It was found that in general the derivatives with E configuration [compare J. Am. Chem. Soc. 90, 509-510 (1968)], in which the phosphoric acid ester and alkoxycarbonyl groups as groups of higher priority are on opposite sides of the double bond level, because of their insecticidal and toxicological properties are more interesting than the isomers with Z configuration. (See R. D. O'Brien Toxic Phosphorus Esters, p. 324325, Academic Press, New York 1960)
A number of preparative options are available for the synthesis of the compounds of the formula I [cf. G. M. Kosolapoff and L. Maier, Organic Phosphorus Compounds, Vol. VI, S.
259-262 (1973)].
To represent the compounds of the Phosdrin'D type, e.g. the reaction of a 0,0-dialkylphosphoric acid chloride with sodium acetoacetic ester or - as a technical process - the reaction of trialkylphosphite with chloroacetoacetic ester in the manner of a Perkow reaction.
The aforementioned preparative processes for the preparation of the compounds of the formula I had in common that the step which was decisive for the geometry of the end product was also the final step of the reaction.
The separation of the cis-trans isomers or the conversion
The undesired into the desired isomer had to be carried out at the end product stage, which in some cases turned out to be a technically difficult task.
Compared to the state of the art at the time, the teaching of German Offenlegungsschrift No. 1 935 630 brought significant progress.
The production of the phosphoric acid halides of the formula II,
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wherein
R is a lower alkyl group with 1 to 5 carbon atoms,
X is a hydrogen, chlorine or bromine atom,
Y is a chlorine or bromine atom and
Z represents an oxygen or sulfur atom, by reacting an acetoacetic ester of the formula III
CH3-COCHX-COOR III, wherein
R and X have the above meanings, in the presence of an acid acceptor or an alkali salt of an acetoacetic ester of the formula II with a phosphorus (thio) halide of the formula IV,
EMI2.2
wherein
Y and Z have the meanings described above.
The procedure according to the DOS mentioned offers extraordinary advantages. On the one hand, it succeeds in directing the reaction towards the desired configuration at the crotonic acid residue. When using the acetoacetic ester of the formula III and triethylamine as the acid acceptor, the compound of the formula II is obtained predominantly in the E (= cis) configuration.
In addition, the compounds of formula II can be further purified by high vacuum distillation, which is generally not possible for the phosphoric acid esters of the phosdrin type.
The (thio) phosphoric acid dihalides of the formula II also open up access to a large number of compounds which were previously not or only very difficultly accessible, since the two halogen functions can be replaced in stages by one or two alkoxy radicals or by an amino function [ see. DOS 1 940 003, DAS 2 035 102]. Of particular interest is the fact that, when the halogen functions on the compound of the formula II are replaced by nucleophiles such as alkoxy or amino groups, the prescribed steric configuration is generally retained.
Among the compounds described in German Patent Specification 2,035,103, the compound of the formula I in which R1 is OCH3, R2 is -NHC2Hs, Z is sulfur, A is -CH3, B is -COO-i-C3H7 and C is hydrogen , ie the compound 0-methyl-0- (1-isopropoxycarbonyl-1-propen-2-yl) -N-ethyl-thiophosphoric acid ester amide, in the E-form special attention due to its excellent insecticidal and acaricidal activity.
Despite the significant progress that the teaching of DOS 1 935 630 had brought with respect to the state of the art at the time, practice was still not entirely satisfied with what had been achieved. The possibility of obtaining the compounds of the formula II pure as isomers by high vacuum distillation, which is very desirable per se, loses its topicality with increasing energy costs and with the transfer to the industrial scale.
On the other hand, the purity requirements for commercial pesticides (e.g. freedom from isomers) have risen continuously in the immediate past.
The prospects of being able to make the process for the preparation of the compounds of the formula II more favorable by preparative measures had to appear slim. Above all, it was not to be expected that the process would provide the compounds of formula II in sufficient purity without the final step of high vacuum distillation.
It has now been found that the compounds of the formula II in which Z is sulfur (hereinafter referred to as the compound of the formula IIA) can be obtained in the cis form, based on the crotonic acid residue, in high yield and particular purity when the reaction is carried out of the acetoacetic ester of the formula III in a suitable solvent with the phosphoric acid halide of the formula IV, in which Z is sulfur (hereinafter referred to as the compound of the formula IVA), in the presence of aqueous alkali metal hydroxide solution and a catalytically effective amount of a quaternary ammonium compound or phosphonium compound. The reaction is conveniently carried out between -10 and +25 ° C.
A suitable solvent for the purposes of the present invention is understood to mean practically water-immiscible organic solvents, in particular those from the group of the halogenated hydrocarbons such as o-dichlorobenzene, dichloromethane, dichloroethane, trichlorethylene, tetrachloroethane - preferably chloroform. Mixtures of organic solvents can also be used.
Aqueous alkali lye is understood to mean aqueous sodium or potassium lye, in particular 10-30% aqueous alkali lye, especially 20% aqueous alkali lye.
According to the invention, the quaternary ammonium compound is understood to be quaternary ammonium hydroxides or quaternary ammonium salts of organic or inorganic acids, for example ammonium hydrogen sulfates, phosphates, benzene or toluenesulfonates, in particular quaternary ammonium halides, especially chlorides, bromides and iodides.
The class of quaternary ammonium compounds can include both tetraalkylammonium compounds, with alkyl radicals C1 to C20 being suitable, as quaternary benzylalkylammonium compounds, likewise with alkyl radicals from Cl to C20. Examples include tetrabutylammonium hydroxide, tetrabutylammonium salts such as hydrogen sulfate, bromide, iodide, trioctylmethylammonium chloride, dodecyltriethylammonium compounds such as benzyltriethylammonium hydroxide, iodide, bromide, triammonium chloride, especially benzylammonyl chloride, preferably benzylammonyl chloride, preferably benzylammonium chloride, preferably benzylammonium chloride, preferably benzylammonium chloride, preferably benzylammonium chloride, preferably benzylammonium chloride.
The class of quaternary phosphonium compounds is intended to include tetraphenylphosphonium salts, triphenylalkylphosphonium salts, tetraalkylphosphonium salts, the alkyl radicals C1 to C20 and the anion preferably being the halides, in particular the chlorides and bromides.
According to the invention, several catalysts can also be used simultaneously.
The invention particularly relates to the preparation of the compounds of the formula II in the cis form by reacting the acetoacetic ester of the formula III with the thiophosphoryl halide of the formula IVA in chloroform as solvent in the presence of a molar equivalent to a moderate excess of 10-30% aqueous Sodium hydroxide or potassium hydroxide solution and in the presence of a catalytic amount of a benzyltrialkylammonium compound, preferably benzyltriethylammonium halide in a temperature range between - 10 to +25 "C, in particular between - 5 and + 15 C.
A moderate excess means an excess of up to about 20% of aqueous sodium or potassium hydroxide solution.
In particular, the present invention relates to the preparation of the compound cis-0- (1-carboisopropoxy-1-propen-2-yl) thionophosphoric dichloride by reacting the isopropyl acetoacetate with one equivalent up to a 15% excess of thiophosphoryl chloride in chloroform as solvent and in Presence of a molar equivalent to a 20% excess of 10-30% aqueous sodium hydroxide solution, preferably 20% sodium hydroxide solution, and in the presence of a catalytic amount of benzyltrialkylammonium halide, preferably benzyltriethylammonium chloride, in a temperature range between -10 and +5 ° C , especially between -5 and +5 C,
especially at 0 "C.
The preparation of the compounds of formula IIA can be carried out, for example, by adding to a mole of the compound of formula IVA in the suitable solvent, preferably in chloroform, advantageously with cooling, e.g. to 0 ° C., 1 to 1.15 mol of the compound of the formula III and then the catalytically effective amount of quaternary ammonium or phosphonium compound, preferably benzyltriethylammonium halide, and with vigorous stirring - expediently within 15-45 minutes, for example within 1 / 2 hours - at 0 "C 1 to 1.2 mol, for example, 20% aqueous sodium hydroxide solution. Stirring at 0 ° C. is continued for a shorter period of time, for example 15 minutes.
The workup can be carried out in a manner known per se.
If, after the chloroform phase has dried and the solvent has been stripped off, syrupy portions are present in the end product, this can be removed, for example, by letting the end product pass through a filter aid such as the commercially available Hyflo.
The order of addition of the reaction components can be varied, but conditions under which the compounds of the formula IIA or IVA are hydrolyzed must be avoided.
According to the invention, the compounds of the formula IIA are obtained exclusively or very predominantly in the cis form (based on the crotonic acid residue) and in high purity.
The compounds of the formula IIA obtained according to the invention can therefore be used directly, i.e. without further purification, to form ester amides, for example of the type described in DAS 2 035 103.
Emphasis should be given to the preparation of the compound 0- (1 carboisopropoxy-1-propen-2-yl) thionophosphoric acid dichloride according to the present invention, which leads practically exclusively to the cis compound.
A further advantageous aspect of the present invention can be seen in that the compound of the formula V which occasionally occurs as a by-product,
EMI3.1
wherein
R, Y, X and Z have the meanings given above, in the further reaction with a nucleophile such as an alkoxide or an amine to give the cis compounds of PhosdriniD or amidophosdrine type, analogously to the compounds of the formula IIA, namely with the exchange of both Vinyl ester group than of halogen Y through the nucleophilic
Group.
A distillation of the compounds of the formula IIA prepared according to the invention in the interest of obtaining a purer end product is therefore not necessary. As is known, the compounds can be distilled in a high vacuum without any noteworthy decomposition.
Furthermore, within the scope of the present invention, the possibility opens up of recovering the quaternary ammonium compounds used as catalysts, if appropriate by converting them to the iodides. When using benzyl triethylammonium salts such as benzyltriethylammonium chloride and halogenated hydrocarbons as the reaction medium, the benzyltriethylammonium compound is in the aqueous phase after the halogenated hydrocarbon has been separated off. The benzyltriethylammonium iodide can be recovered by adding an iodide, for example sodium iodide, to the aqueous phase and subsequent extraction with a halogenated hydrocarbon, preferably chloroform.
To check the purity of the compounds of the formula IIA obtained according to the invention, thin-layer chromatography, NMR spectroscopy and gas chromatography are used, for example.
The smooth implementation according to the present invention must appear all the more surprising since both the end product of the process, the compound of the formula HA, and the starting product of the formula IVA are phosphoric acid halides, which are normally only used for
For the purpose of hydrolysis be exposed to contact with aqueous alkali.
The compounds of the formula III and IV are known.
The following examples serve to explain the preparation according to the invention of the compounds of the formula IIA, but are not intended to limit the invention in any way. The
Temperatures are given in degrees Celsius.
Example I
Cis-O- (I-carboisopropoxy-l-propen-2-yl) -thionophosphoric redichloride (molar approach)
To a solution of 169.4 g (1 mol) of thiophosphoryl chloride in 1.2 1 chloroform is added at 0 "144.2 g (1 mol) of isopropyl acetate and then 22.8 g (0.1 mol)
Benzyltriethylammonium chloride. One gives under strong
Stir the solution of 40 g to the mixture kept at 0 "
Sodium hydroxide in 0.2 l of water. Finally, stir
15 minutes at 0 '. The chloroform phase is allowed to settle, it is separated off in a shaking funnel, washed with 0.2 l of ice-cold water (without chunks of ice) and dried over anhydrous sodium sulfate.
After evaporation of the solvent in vacuo on a rotary evaporator, the residue is still on
High vacuum treated at 10- 4 Torr (bath temperature 50).
The trans connection could not be detected in the approach.
The purity test can be carried out by thin layer chromatography on silica gel plates in the solvent n-hexane / acetone (4: 1), visualization by spraying with alkaline permanganate solution.
Cis-0- (1-carboisopropoxy-1-propen-2-yl) thionophosphoric chloride, Rf = 0.66 0.0-bis (1-carboisopropoxy-1-propen-2-yl) thiophosphoric acid chloride , Ru = 0.52
Isopropyl acetoacetate, reputation = 0.32
If there are syrupy components, the oil remaining after evaporation of the solvent can be filtered through a filter aid (Hyflo). The portion of the title compound adhering to the Hyflo can be washed down by treatment with petroleum ether (in which it is soluble).
Example 2 Cis-O- (I-carboisopropoxy-l-propen-2-yl) thionophosphoric redichloride (excess of PSCl3)
195 g (1.15 mol) of thionophosphoryl chloride are dissolved in 0.3 l of chloroform. 5.7 g (0.025 mol) of benzyltriethylammonium chloride are added to the solution, which is kept continuously at -5 ", with good stirring, and 120 ml of 20% aqueous sodium hydroxide solution (1.2 mol) are added in the course of 10 minutes with a slightly exothermic reaction 30.7 minutes at - 5 "144.7 g (1 mol) of isopropyl acetoacetate were added dropwise. The mixture is stirred for a further 1/4 hour at 0 "and worked up as described in Example 1. No trans compound can be detected.
The cis-0- (1-carboisopropoxy-1-propen-2-yl) thionophosphoric dichloride prepared according to Examples 1 and 2 can - if desired - be distilled in a high vacuum at 43/5 x 10- 5 mm; nD = 1.5078.
The ds and the trans title compound differ in the NMR signals, primarily the substituents on the vinyl double bond.
NMR (y, ppm in CDCl3) cis-0- (1-carboisopropoxy-1-propen-2-yl) thionophosphoric dichloride = CH 5.9 multiplet; CH3C = 2.52 ppm
Trans-0- (1-carboisopropoxy-1-propen-2-yl) thionophosphoric dichloride = CH 5.62 multiplet; CH3CH = 2.20 ppm
Example 3 Cis-O- (I-carboisopropoxy-1-propen-2-yl) thionophosphoric dichloride (excess of PSCl3)
195 g (1.15 mol) of thionophosphoric acid chloride are dissolved in 1.2 l of chloroform. 22.8 g (0.1 mol) of benzyltriethylammonium chloride are added to the solution, which is kept permanently at -5 ', with good stirring, and 240 ml of 20% aqueous sodium hydroxide solution (1.2 mol) are added in the course of 10 minutes with a slightly exothermic reaction. Immediately afterwards, 144.17 g (1 mol) of isopropyl acetoacetate are added dropwise at -5 ° C. in the course of 30 minutes.
The mixture is stirred for a further 4 hours at 0 "and worked up as described in Example 1. No trans compound can be detected.
The cis-0- (1-carboisopropoxy-1-propen-2-yl) thionophosphoric dichloride prepared according to Example 3 can, if desired, be distilled in a high vacuum at 43/5 × 10 × 10 5 mm; n D - 1.5078
The cis and trans title compounds differ in the NMR signals, primarily the substituents on the vinyl double bond.
NMR (y, ppm in CDCl3) cis-0- (1-carhoisopropoxy-1-propen-2-yl) thionophosphoric dichloride = CH 5.9 multiplet; CH3C = 2.52 ppm trans-0- (1-carbene isopropoxy-1 propen-2-yl) thionophosphoric dichloride = CH 5.62 multiplet; CH3CH = 2.20 ppm.