DE69937743T2

DE69937743T2 - Verfahren zu herstellung von isochroman-3-on

Info

Publication number: DE69937743T2
Application number: DE69937743T
Authority: DE
Inventors: Raymond Vincent H. Zeneca Grangemout JONES; Alan John Zeneca WHITTON; Jennifer Ann Zeneca G WHITE; David John Zeneca RITCHIE; Robin Zeneca Grangemouth Works FIELDHOUSE; Kirstin Zeneca Grangemouth Works MacCORMICK; Logan Thomson Zene NISBET; Paul Richard Zene EVANS; Colin John Zeneca BENNIE
Original assignee: Syngenta Ltd
Current assignee: Syngenta Ltd
Priority date: 1998-09-18
Filing date: 1999-08-23
Publication date: 2008-12-24
Anticipated expiration: 2019-08-24
Also published as: WO2000017186A1; ES2294855T3; ATE380802T1; CN1314902A; IL141838A0; AU5437899A; JP2002526490A; US6888008B2; IL141838A; TWI238821B; JP4576048B2; DK1114042T3; US20020143193A1; DE69937743D1; BR9913749A; CN1156466C; EP1114042B1; EP1114042A1; BR9913749B1

Description

Diese Erfindung betrifft ein chemisches Verfahren und insbesondere ein Verfahren zur Herstellung von 3-Isochromanon, welches nützlich ist bei der Herstellung von bestimmten landwirtschaftlichen Produkten.
3-Isochromanon ist eine wohlbekannte Verbindung und eine Anzahl von Verfahren zur seiner Herstellung sind in der chemischen Literatur beschrieben. Insbesondere ist ein Verfahren beschrieben in EP-A-0 834 497 , welches das Reagieren eines o-Xylol-α,α'-dihalogenidderivats mit Kohlenstoffmonoxid und Wasser in einem organischen Lösungsmittel in der Gegenwart eines Katalysators und eines Wasserstoffhalogenid-abfangmittels umfasst, gefolgt durch Behandlung mit einer Säure. In diesem Verfahren ist das Halogenwasserstoff-abfangmittel vorzugsweise eine anorganische Base. Die Verwendung von Aminen in Palladium-katalysierter Carbonylierungsreaktion wird in J. Org. Chem. [1993] 58, 1538–45 sowie in US 4,713,484 diskutiert. Diese Referenzen betreffen jedoch die Alkoxycarbonylierung von Allylphosphaten und Acetaten und die Herstellung von Carbonsäuresalzen.
Somit wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von 3-Isochromanon zur Verfügung gestellt, wie in Anspruch 1 beansprucht.
Das o-Xylol-α,α'-dihalogenid-Ausgangsmaterial hat die allgemeine Formel (I):
worin X ein Halogenatom wie Chlor, Brom oder Iod ist, insbesondere Chlor oder Brom. o-Xylol-α,α'-dichlorid ist ein besonders praktisches Ausgangsmaterial.
Geeigneterweise ist der tertiäre Alkohol 2-Methylbutan-2-ol.
Das flüssige Medium wird üblicherweise zwei Phasen umfassen, zumindest für einen Teil der Reaktion, in Abhängigkeit der Wasserlöslichkeit des tertiären Alkohols. Wenn zwei Phasen vorhanden sind, ist kräftiges Mischen wünschenswert.
Das molare Verhältnis von Wasser zu tertiärem Alkohol ist geeigneterweise im Bereich von 2:1 bis 7:1.
Es wird üblicherweise ein molarer Überschuss von Wasser im Verhältnis zur Menge von o-Xylol-α,α'-dihalogenid-Ausgangsmaterial verwendet werden. Vorzugsweise wird das molare Verhältnis von Wasser zu o-Xylol-α,α'-dihalogenid im Bereich von 50:1 bis 4:1 sein, z. B. etwa 30:1 bis 5:1.
Das Kohlenstoffmonoxid wird üblicherweise dispergiert sein in dem flüssigen Medium entweder bei atmosphärischem Druck oder bei einem Druck bis zu 100 Atmosphären, z. B. bei zwischen 1 bis 10 Atmosphären. Der gewählte Druck wird von der Ausrüstung abhängen, in welcher die Reaktion durchgeführt wird und den benötigten Reaktionsraten und Ausbeuten.
Palladium-Katalysatoren sind z. B. Palladium(0)- und Palladium(II)-Katalysatoren, welche wasserlöslich oder wasserunlöslich sein können, unterstützt durch einen Träger wie Kohlenstoff, Silica oder Calciumcarbonat, einem Polymer oder einem anderen inerten Feststoff, oder ohne Unterstützung. Unterstützte Katalysatoren haben den Vorteil, das Wiedergewinnen und Recyceln des Katalysators zu erleichtern. Liganden, wie Triphenylphosphin können in Verbindung mit bestimmten Palladiumkatalysatoren verwendet werden oder es kann vorteilhaft sein, den Katalysator vorzureduzieren mit Wasserstoff oder einem anderen geeigneten Reduktionsmittel.
Geeignete wasserlösliche Palladiumkatalysatoren in der Form von Phosphinkomplexen sind beschrieben z. B. durch J. Kiji et al. in Chem. Lett., 957–960 (1988). Geeignete wasserunlösliche Palladiumkomplexe umfassen Bis(triphenylphosphin)palladiumdichlorid und Tetrakis(triphenylphosphin)palladium(0), welche beschrieben werden von L. Calssar et al. in J. Organometallic Chem., 121 (1976), C55–56, in DE-A-2526046 und von X. Huang et al. in Chem. & Ind., 3. Sept. 1990, 548. Palladium(II) katalysierte Carbonylierungsreaktionen werden auch von V. Grushin et al. in Organometallics, 12 (5), 1890–1901 (1993) diskutiert. Die Verwendung von unterstützten Carbonylierungskatalysatoren in Form von Palladium-Ruß wird beschrieben von T. Ito et al. in Bull. Chem. Soc. Japan, 48 (7), 2091–2094 (1975). Die Verwendung von löslichen Triphenylphosphinliganden, um Palladiumkatalysatoren zu aktivieren, wird von D. Bergbreiter et al. in J. Mol. Catalysis, 74 (1992), 409–419 beschrieben. Typische Beispiele von geeigneten Katalysatoren sind Palladiumchlorid (als Feststoff oder in Lösung in Salzsäure oder als eine wässrige Natriumchloridlösung), Dihydrotetrachlorpalladium, Dinatriumtetrachlorpalladium, Tetrakis(triphenylphosphin)palladium(0), Dichlor-bis(triphenylphosphin)palladium(II), Palladium/Kohlenstoff, Palladium auf Calciumcarbonat und Palladium auf Montmorillonit^TM. Andere geeignete Katalysatoren und Liganden, umfassend wasserlösliche, werden in WO 97/00850 beschrieben. Die Liganden können in Mengen bis zu 1.000 mol Äquivalente von schrieben. Die Liganden können in Mengen bis zu 1.000 mol Äquivalente von Palladium verwendet werden und geeigneterweise im Bereich von 1 bis 200 mol Äquivalente von Palladium, z. B. 10 bis 30 mol Äquivalente. Die Menge an Palladiumkatalysator, die verwendet wird, kann im Bereich von 0,000001 bis 0,5 mol Äquivalente des o-Xylol-α,α'-dihalids sein.
Wenn ein Ligand wie Triphenylphosphin verwendet wird in Kombination mit einem Palladiumkatalysator, kann der Ligand mit dem Katalysator zu der Reaktionsmischung hinzugefügt werden, oder eine Katalysator-Liganden-Mischung kann zuvor gebildet werden zur Verwendung in der Reaktion. Zum Beispiel kann eine Schmelze von Triphenylphosphin und Palladiumchlorid (PdCl₂) oder Natriumchlorpalladit (Na₂PdCl₄) gehärtet werden und zu einem Pulver vermahlen werden zur Verwendung in der Reaktion. Es ist gefunden worden, dass vorgeformte Katalysator-Liganden-Mischungen die Aufnahme von Kohlenstoffmonoxid während der Reaktion beschleunigen können und Vorteile bei der Ausbeute zur Verfügung stellen können. Üblicherweise ist das molare Verhältnis von Palladium zu Phosphor 1:10 bis 1:30, z. B. 1:11 oder 1:22.
Es wird ein molarer Überschuss von N,N-Diisopropylethylamin (Hünigsche Base) verwendet werden in Bezug auf die Menge von o-Xylol-α,α'-dihalogenid-Ausgangsmaterial. Vorzugsweise wird das molare Verhältnis von Hünigscher Base zu o-Xylol-α,α'-dihalogenid im Bereich von 4:1 bis 2,5:1 sein. Es mag jedoch möglich sein, das Verhältnis von Hünigscher Base zu o-Xylol-α,α'-dihalogenid zu verringern auf unter 1:1, sogar so niedrig wie etwa 1:100, vorausgesetzt, dass eine anorganische Base, wie ein alkalisches Metallhydroxid, z. B. Natrium- oder Kaliumhydroxid, zusätzlich verwendet wird. Die Gesamtmenge an Base sollte bei 1 und vorzugsweise bei 2 oder mehr Mol pro Mol o-Xylol-α,α'-dihalogenid bleiben.
Wenn das Verfahren in einem zweiphasigen System ausgeführt wird, kann es vorteilhaft sein, einen Phasentransferkatalysator mit einzuschließen. Mit dem Begriff "Phasentransferkatalysator" wird eine Substanz gemeint, welche, zumindest teilweise in oder benetzt durch eine erste (üblicherweise organische) Phase vorliegend, die Reaktion zwischen einem Reaktanden in der ersten Phase und einem Reaktanden, welchen er von der ersten Phase in eine zweite (üblicherweise wässrige, aber manchmal auch feste) Phase transferiert, unterstützt. Nach der Reaktion wird der Phasentransferkatalysator freigesetzt zum Transferieren eines weiteren Reaktanden. Phasentransferkatalysatoren werden besprochen durch E. V. Dehmlow in Angewandte Chemie (Internationale Edition), 13 (3), 170 (1974). Andere Übersichtsartikel sind von Jozef Dockx in Synthesis (1973), 441–456 und von C. M. Starks in JACS., (93) 1, 13. Jan. 1971, 195–199.
Geeigneterweise ist der Phasentransferkatalysator ein quaternäres Ammonium- oder Phosphoniumsalz, vorzugsweise enthaltend organische Gruppen von großer räumlicher Ausdehnung, üblicherweise Alkyl- oder Aralkylgruppen, um es in der organischen Phase löslich zu machen. Es ist bevorzugt, dass der Phasenkatalysator ein Tetraalkyl- oder Aralkyl, (z. B. Benzyl)-trialkyl, Ammonium- oder Phosphoniumsalz ist, in welchem die Gesamtzahl von Kohlenstoffatomen, welche an jedes Stickstoff- oder Phosphoratom gebunden sind, zumindest 4 beträgt. Es besteht kein wesentlicher Vorteil, wenn die Anzahl über 70 liegt. Es ist insbesondere bevorzugt, dass die Anzahl im Bereich von 16 bis 40 liegt.
Beispiele von quaternären Ammoniumsalzen sind: Tetramethylammoniumchlorid, Cetyltrimethylammoniumbromid, Dicetyldimethylammoniumchlorid, Octyltributylammoniumbromid, Trioctylmethylammoniumchlorid (erhältlich als Aliquat^TM 336), Benzyldimethyllaurylammoniumchlorid, Benzyltriethylammoniumchlorid, Dilauryldimethylammoniumchlorid, Tetrabutylammoniumbromid und Dieicosyldimethylammoniumchlorid. Beispiele von quaternären Phosphoniumsalzen sind Cetyltripropylphosphoniumbromid und Triphenylethylphosphoniumbromid. Andere Phasentransferkatalysatoren, welche geeignet sein können, umfassen Kronenether und Polyethylenglycol-Varianten. Falls verwendet, kann der Phasentransferkatalysator vorhanden sein in einer Menge im Bereich von 0,001 bis 0,5 mol Äquivalente des o-Xylol-α,α'-dihalids.
Das Verfahren kann durchgeführt werden bei einer beliebigen geeigneten Temperatur innerhalb des Bereichs von 20°C bis 120°C, vorzugsweise von 60°C bis 100°C, üblicherweise von 70°C bis 90°C z. B. bei etwa 70°C.
Nachdem die Reaktion abgeschlossen ist, kann das 3-Isochromanon extrahiert werden durch das Hinzufügen einer wässrigen Base, um ein Salz der korrespondierenden Hydroxysäure zu bilden. Aus der verbleibenden organischen Phase kann der tertiäre Alkohol und das Amin durch Destillation wiedergewonnen werden, die Rückstände stellen eine Quelle zur Wiedergewinnung des Katalysators zur Verfügung. Aus der wässrigen Phase kann 3-Isochromanon regeneriert werden durch geeignete Einstellung des pH-Werts, z. B. durch Ansäuern mit z. B. Salzsäure, und extrahiert werden in ein geeignetes Lösungsmittel wie Xylol. Durchführen der Alkylierung mit entgaster wässriger Base unter einer Schicht eines inerten Gases wie Stickstoff oder Kohlenmonoxid kann die Reduktion von teerigem Material reduzieren. Der tertiäre Alkohol und das Amin können zur Wiederverwendung wiedergewonnen werden, z. B. durch Destillation aus der Schicht der wässrigen Base, bevor 3-Isochromanon regeneriert wird. Der Katalysator kann auch zur Wiederverwendung wiedergewonnen werden.
Am Ende der Reaktion kann 3-Isochromanon durch Destillation gewonnen werden. So wird in einem ersten Verfahren die Reaktionsmischung behandelt mit einer Base wie einem Alkalimetallhydroxid, die wässrige Schicht abgetrennt, das 3-Isochromanon durch pH-Einstellung regeneriert und extrahiert in ein geeignetes Lösungsmittel wie Xylol, wie oben beschrieben. Das organische Extrakt wird dann destilliert, um das Lösungsmittel zu entfernen und 3-Isochromanon zu gewinnen. Alternativ wird in einem zweiten Verfahren die Mischung am Ende der Reaktion angesäuert, um das Amin in die wässrige Phase zu transferieren. Die resultierende organische Phase, enthaltend das 3-Isochromanon, den tertiären Alkohol und den Katalysator, wird dann destilliert, um den tertiären Alkohol und 3-Isochromanon getrennt zu erhalten. Der Katalysator kann aus den Destillirrückständen gewonnen werden oder es kann möglich sein, während der Ansäuerung ein Salz des Katalysators auszufällen, z. B. ein Palladiumsalz, und es durch Filtration vor der Destillation zu gewinnen.
3-Isochromanon ist nützlich, unter anderem, als Zwischenprodukt bei der Herstellung von landwirtschaftlichen Produkten, insbesondere Fungiziden der Art der Strobilurine, z. B. jene, die in EP-A-278595 beschrieben werden.
Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele beschrieben, in welchen:
g = Gramm, gc = Gaschromatographie, mmol = Millimol, °C = Grad Celsius, psi = Pfund pro Quadratinch, JRV = umhülltes Reaktionsgefäß.
Drücke, die in der Einheit "bar·g" angegeben sind, sind Anzeigenmessungen, keine Absolutwerte. So ist z. B. 4 bar·g äquivalent zu 5 bar absolut.
BEISPIEL 1
Palladiumchlorid (0,043 g, 0,24 mmol), Triphenylphosphin (0,93 g, 4 mmol), N,N-Diisopropylethylamin (31 g, 240 mmol), Wasser (14,4 g, 800 mmol), o-Xylol-α,α'-dichlorid (14 g, 80 mmol) und tert-Amylalkohol (33,8 g, 384 mmol) wurden in einen 310 ml PARR-Reaktor gefüllt, ausgerüstet mit einem Rührer und einem Kohlenstoffmonoxid-Befüllsystem. Der Rührer wurde eingeschalten, nachdem die Temperatur auf 70°C eingestellt worden war und der Druck auf 4 bar·g (60 psig) erhöht war. Der Gefäßdruck wurde bei 60 psig beibehalten unter Verwendung von Kohlenstoffmonoxid und die Temperatur bei zwischen 70 und 75°C durch Erhitzen/Kühlen. Wenn die Aufnahme von Kohlenstoffmonoxid aufhörte, wurde der Druck auf atmosphärischen Druck zurückgebracht und das 3-Isochromanonprodukt wurde aus der organischen Phase unter Verwendung von wässrigem Natriumhydroxid (12,8 g, 100%ig, 320 mmol) extrahiert. Das 3-Isochromanon wurde regeneriert durch Zufügen von Salzsäure (7,3 g, 35,5%ig, 200 mmol) und extrahiert in o-Xylol (42,5 g, 400 mmol). Die resultierende Lösung wurde auf 3-Isochromanon analysiert und es wurde gefunden, dass sie 16,8 Gew.% enthält. Dies stellt eine Ausbeute von 75,4% 3-Isochromanon aus Xylol-α,α'-dichlorid dar.
BEISPIEL 2
o-Xylol-α,α'-dichlorid (14,7 g, 95%ig, 80 mmol), N,N-Diisopropylethylamin (31,4 g, 99%ig, 250 mmol), eine wässrige Lösung von Dihydrotetrachlorpalladium (H₂PdCl₄), Katalysator (0,1271 g, 53,8%ig, 0,27 mmol), tert-Amylalkohol (28,2 g, 95%ig, 300 mmol), Wasser (14,4 g, 800 mmol) und Triphenylphosphin (0,93 g, 99%ig, 3,5 mmol) wurden in einen 300 ml Inconel^TM-Autoklaven gefüllt. Der Autoklav wurde dreimal bei 5 bar·g mit Kohlenstoffmonoxidgas gespült, bevor er schließlich auf einen Druck von etwa 4 bar·g eingestellt wurde. Die Reaktionsmischung wurde stark bewegt (~900 Upm) und auf 70°C erhitzt. Sobald die Temperatur erreicht worden war, wurde die Reaktionsmischung bei 70°C für etwa 4 Stunden gerührt, wobei der Druck bei etwa 4 bar·g beibehalten wurde und die Rate der Aufnahme von Kohlenstoffmonoxidgas notiert wurde. Die Reaktion wurde für abgeschlossen erklärt, wenn kein weiterer Kohlenstoffmonoxidkonsum gesehen wurde. Die Reaktionsmischung wurde dann rasch auf unter 40°C gekühlt und eine Probe entnommen, um das Vorhandensein von Ausgangsmaterial durch gc zu testen. Wasser (33 g) und Natriumhydroxid (27,4 g, 47%ig) wurden in einer Portion in den offenen Autoklaven gefüllt, welcher dann geschlossen wurde und mit Kohlenstoffmonoxidgas dreimal bei 5 bar·g gespült wurde, bevor er schließlich unter 1 bar·g Druck gesetzt wurde. Die Reaktionsmischung wurde dann bei 60°C unter 1–2 bar·g (CO-Druck) für ungefähr 1 Stunde gerührt. Die zwei Phasen wurden dann in einen heißen Separator transferiert (in Luft) und bei 60°C getrennt, die wässrige Phase wurde für weiteres Aufarbeiten entnommen.
Die wässrige Phase wurde vorsichtig hinzugefügt zu einer gelagerten Lösung von o-Xylol (41,4 g) und konzentrierter Salzsäure (19,8 g, 36%ig) bei 60°C (in Luft). Die Mischung wurde dann für 1 Stunde bei 60°C gerührt, bevor sie getrennt wurde, um eine wässrige Abfalllösung und eine Xylollösung, enthaltend das Produkt, 3-Isochromanon, zu ergeben; Ausbeute 83,7%.
Eine Wiederholung des Experiments ergab eine Ausbeute von 83,9%.
BEISPIEL 3
o-Xylol-α,α'-dichlorid (14,7 g, 95%ig, 80 mmol), N,N-Diisopropylethylamin (25,5 g, 99%ig, 200 mmol), eine wässrige Lösung von Dihydrotetrachlorpalladium (H₂PdCl₄), Katalysator (0,0586, 53,8%ig, 0,126 mmol), tert-Amylalkohol (14,1 g, 163 mmol), Wasser (28,8 g, 1600 mmol) und Triphenylphosphin (2,1 g, 95%ig, 8,0 mmol) wurden in einen 300 ml Inconol^TM-Autoklaven gefüllt. Der Autoklav wurde dreimal bei 5 bar·g mit Kohlenstoffmonoxidgas gespült, bevor er schließlich auf einen Druck von etwa 4 bar·g eingestellt wurde. Die Reaktionsmischung wurde stark bewegt (~900 Upm) und auf 70°C erhitzt. Sobald die Temperatur erreicht worden war, wurde die Reaktionsmischung bei 70°C für etwa 4 Stunden gerührt, wobei der Druck bei etwa 4 bar·g beibehalten wurde und die Rate der Aufnahme von Kohlenstoffmonoxidgas notiert wurde. Die Reaktion wurde für abgeschlossen erklärt, wenn kein weiterer Kohlenstoffmonoxidkonsum gesehen wurde. Die Reaktionsmischung wurde dann rasch auf unter 40°C gekühlt und eine Probe entnommen, um das Vorhandensein von Ausgangsmaterial durch gc zu testen. Wasser (33 g) und Natriumhydroxid (27,4 g, 47%ig) wurden in einer Portion in den offenen Autoklaven gefüllt, welcher dann geschlossen wurde und mit Kohlenstoffmonoxidgas dreimal bei 5 bar·g gespült wurde, bevor er schließlich unter 1 bar·g Druck gesetzt wurde. Die Reaktionsmischung wurde dann bei 60°C unter 1–2 bar·g (CO-Druck) für ungefähr 1 Stunde gerührt. Die zwei Phasen wurden dann in einen heißen Separator transferiert (in Luft) und bei 60°C getrennt, die wässrige Phase wurde für weiteres Aufarbeiten entnommen.
Die wässrige Phase wurde vorsichtig hinzugefügt zu einer gerührten Lösung von o-Xylol (41,4 g) und konzentrierter Salzsäure (19,8 g, 36%ig) bei 60°C (in Luft). Die Mischung wurde dann für 1 Stunde bei 60°C gerührt, bevor sie getrennt wurde, um eine wässrige Abfalllösung und eine Xylollösung, enthaltend das Produkt, 3-Isochromanon, zu ergeben; Ausbeute 78,5%.
BEISPIEL 4
o-Xylol-α,α'-dichlorid (14,7 g, 95%ig, 80 mmol), N,N-Diisopropylethylamin (29,24 g, 99%ig, 224 mmol), eine wässrige Lösung von Dihydrotetrachlorpalladium (H₂PdCl₄) Katalysator (0,075 g, 53,8%ig, 0,16 mmol), tert-Amylalkohol (21,37 g, 99%ig, 240 mmol), Wasser (25,2 g, 1400 mmol) und Triphenylphosphin (2,11 g, 99%ig, 8 mmol) wurden in einen 310 ml PARR-Autoklaven gefüllt, ausgerüstet mit einem Rührer und Kohlenstoffmonoxid-Befüllungssystem. Der Autoklav wurde auf 60 psi Druck mit Kohlenstoffmonoxid gebracht und dieser Druck wurde während der Reaktion beibehalten, welche bei 70°C durchgeführt wurde. Die Reaktion wurde für abgeschlossen erklärt, wenn kein weiterer Kohlenstoffmonoxidkonsum gesehen wurde.
Der Inhalt des Autoklaven wurde in einen Becher transferriert, wo eine Probe der Reaktionsmischung entnommen wurde. Der Autoklav wurde evakuiert und die Reaktionsmischung wieder in den Autoklaven gefüllt durch Vakuumverdrängung. Natriumhydroxidlösung wurde in demselben Becher mit Natriumhydroxidplättchen (12,8 g, 100%ig) und Wasser (22,32 g) vorbereitet. Dieses wurde auch in den Autoklaven durch Vakuumverdrängung transferiert. Die Mischung wurde nun bei 60°C für 1 Stunde bei 15 psi gerührt, bevor der Inhalt in einen Scheidetrichter überführt wurde. Die zwei Phasen wurden getrennt, um eine wässrige Schicht zu ergeben, welche weiter verwendet wurde für die Aufarbeitung mit Säure und eine organische Schicht von 46,99 g. Die wässrige Schicht wurde zu einer gerührten Mischung von Xylol (42,46 g) bei 60°C und konzentrierte Salzsäure (20,56 g, 35,5%ig) hinzugefügt. Diese Mischung wurde bei 60°C für eine Stunde gerührt, bevor sie getrennt wurde, um eine wässrige Schicht (77,56 g) und eine Xylollösung (53,25 g) zu ergeben. Quantitative Analyse zeigte 46,99 g 3-Isochromanon bei 0,03% (0,12% Ausbeute) in der organischen Schicht, 77,56 g 3-Isochromanon bei 0,19% (0,25% Ausbeute) in der wässrigen Schicht und 53,25 g 3-Isochromanon bei 18,04% (81,13% Ausbeute) in der Xylollösung; Gesamt-chemische Ausbeute 82,5%.
BEISPIEL 5
o-Xylol-α,α'-dichlorid (14,7 g, 95%ig, 80 mmol), N,N-Diisopropylethylamin (31,4 g, 99%ig, 240 mmol, stickstoffentgast), tert-Amylalkohol (33,8 g, 100%ig, 384 mmol, stickstoffentgast), Palladiumchlorid (PdCl₂) Katalysator (0,043 g, 99%ig, 0,24 mmol), Triphenylphosphin (2,12 g, 99%ig, 8 mmol) und Wasser (14,4 g, 800 mmol, stickstoffentgast), wurden in einen 310 Inconel^TM-Autoklaven gefüllt. Der Autoklav wurde dreimal bei 5 bar·g mit Kohlenstoffmonoxid (technischer Grad) gespült, bevor er schließlich unter 4 bar·g Druck gesetzt wurde. Die Reaktionsflüssigkeiten wurden bei 1000 Upm bewegt und auf 70°C erhitzt. Die Reaktionstemperatur wurde bei 70°C für etwa 4 Stunden beibehalten, und der Kohlenstoffmonoxiddruck bei etwa 4 bar·g während der Reaktionsphase, wobei die Rate der Kohlenstoffmonoxidaufnahme notiert wurde. Die Reaktion wurde für komplett angesehen, wenn kein weiterer Kohlenstoffmonoxidkonsum gesehen wurde. Eine gerührte Probe der Reaktionsflüssigkeiten wurde aus dem Autoklaven entfernt und durch gc auf das Vorhandensein von o-Xylol-α,α'-dichlorid getestet.
Der Autoklav wurde auf 60°C gekühlt, das Rühren wurde aufgehört und der Autoklav auf etwa 1 bar·g belüftet. Dieser Restdruck wurde verwendet, um die Reaktionsflüssigkeiten (klar, bernsteinfarben, eine Phase) in ein umhülltes Reaktionsgefäß (JRV) zu entleeren, welches zuvor auf 60°C gebracht und mit Stickstoff gespült worden war. Ein positiver Fluss von Stickstoff wurde beibehalten während der Aufarbeitung in dem JRV, um Sauerstoffeindringen zu eliminieren. Wässriges Natriumhydroxid (60,9 g, 21%ig, stickstoffentgast) wurde zu der gerührten Reaktionslösung hinzugefügt durch einen gewogenen Tropftrichter, welcher mit Stickstoff ausgespült worden war. Die resultierenden Flüssigkeiten wurden für etwa eine Stunde gerührt und dann ruhen gelassen, um eine Phasentrennung zu ermöglichen. Diese bestand aus einer oberen klaren, roten organischen Phase, einer unteren klaren, roten wässrigen Phase und einer schwachen schwarzen Dispersion, die an der Grenzfläche lokalisiert war. Die untere wässrige Basenphase wurde herausgewogen und für das spätere Aufarbeiten gelagert. Die schwarze Dispersion adhärierte an die Wände des JRV beim Ausstoßen der unteren Phase. Es wurde dann Luft über die gerührte obere organische Phase geblasen, was das Eindringen von Luft ermöglichte. Innerhalb von 1 bis 2 Minuten wurde ausgeprägte Teerbildung in der organischen Phase beobachtet, was bestätigt, dass Sauerstoffausschluss tatsächlich während der Aufarbeitung benötigt wird, um die Teerbildung zu verhindern. Die organische Phase wurde dann verworfen. Die wässrige basische Phase wurde wieder in Luft in ein sauberes JRV gefüllt, welches auf 60°C erhitzt worden war und wurde bei 400 Upm gerührt.
o-Xylol (42,5 g, 100%ig, 400 mmol) wurde in das JRV gefüllt, gefolgt von vorsichtigem Hinzufügen von Salzsäure (20,3 g, 36%ig, 0,2 mmol). Rauchbildung war ersichtlich und die Flüssigkeiten wurden für etwa 1 Stunde gerührt. Die Flüssigkeiten wurden dann bei 60°C stehen gelassen, was die Abtrennung von zwei Phasen ermöglichte. Die untere klare, saure, wässrige Phase wurde ausgewogen, gefolgt von der oberen klaren, roten/bernsteinfarbenen o-Xylollösung von 3-Isochromanon (ungefähr 18 Gew.%). Die zuvor gewonnene organische Phase, saure wässrige Phase und o-Xylollösung wurden analysiert durch gc für 3-Isochromanon; Ausbeute: organische Phase 0,37%, saure wässrige Phase 1,56%, o-Xylollösung 73,9%: gesamt 75,8%.
BEISPIEL 6
o-Xylol-α,α'-dichlorid (7,35 g, 95%ig, 40 mmol), N,N-Diisopropylethylamin (15,7 g, 99%ig, 120 mmol), eine wässrige Lösung von Dihydrotetrachlorpalladium (H₂PdCl₄) Katalysator (0,0651 g, 53,8%ig, 0,14 mmol), tert-Amylalkohol (14,1 g, 95%ig, 150 mmol), Wasser (14,4 g, 800 mmol) und Triphenylphosphin (1,1 g, 99%ig, 4 mmol) wurden in eine 100 ml Rundbodenflasche gefüllt. Das Gefäß wurde verschlossen und unter Vakuum mit Kohlenstoffmonoxidgas dreimal gespült. Der Inhalt des Reaktionsgefäßes wurde stark gerührt (~900 Upm) und erhitzt auf 70°C, während Kohlenstoffmonoxid ständig durch die Mischung strömte. Sobald die Temperatur erreicht worden war, wurde die Mischung bei 70°C für etwa 2,25 Stunden gerührt, unter Beibehaltung des gleichmäßigen Strömens. Eine Probe der Reaktionsmischung wurde genommen, um das Vorhandensein von Ausgangsmaterial durch gc zu testen.
Natriumhydroxidlösung (30,2 g, 21%ig) wurde in einer Portion in das Gefäß gefüllt, welches verschlossen wurde. Kohlenstoffmonoxid wurde dann wieder durch die Mischung geströmt. Die Reaktionsmischung wurde bei 60°C gerührt, unter ständigem Strömen für etwa 1 Stunde. Die zwei Phasen wurden in einen heißen Separator transferiert (in Luft) und bei 60°C getrennt, wobei die wässrige Phase für weitere Aufarbeitung abgezogen wurde. Die organische Phase wurde für eine Recycelreaktion zurückbehalten (Siehe Recycel 1).
Die wässrige Phase wurden vorsichtig zu einer gerührten Lösung von Xylol (20,7 g) und konzentrierte Salzsäure (9,9 g, 36%ig) bei 60°C (in Luft) hinzugefügt. Die Mischung wurde für 1 Stunde bei 60°C gerührt, bevor sie getrennt wurde, um eine wässrige Abfalllösung und eine Xylollösung, enthaltend das Produkt, 3-Isochromanon, zu ergeben.
Recycel 1
Die oben erhaltene organische Phase wurde in eine 100 ml-Rundbodenflasche gefüllt. Die gleiche Menge von o-Xylol-α,α'-dichlorid, Triphenylphosphin, Wasser und Palladiumkatalysator, wie oben, wurden in die gleiche Flasche gefüllt. Das Gefäß wurde verschlossen und unter Vakuum mit Kohlenstoffmonoxidgas dreimal gespült. Der Inhalt des Reaktionsgefäßes wurde stark gerührt (~900 Upm) und erhitzt auf 70°C, während Kohlenstoffmonoxid ständig durch die Mischung strömte. Sobald die Temperatur erreicht worden war, wurde die Mischung bei 70°C für etwa 2 Stunden gerührt, unter Beibehaltung des ständigen Strömens. Eine Probe der Reaktionsmischung wurde genommen, um das Vorhandensein von Ausgangsmaterial durch gc zu testen.
Natriumhydroxidlösung (30,2 g, 21%ig) wurde in einer Portion in das Gefäß gefüllt, welches verschlossen wurde. Kohlenstoffmonoxid wurde dann wieder durch die Mischung geströmt. Die Reaktionsmischung wurde bei 60°C gerührt, unter ständigem Strömen für etwa 1 Stunde. Die zwei Phasen wurden in einen heißen Separator transferiert (in Luft) und bei 60°C getrennt, wobei die wässrige Phase für weitere Aufarbeitung abgezogen wurde. Die orga nische Phase wurde für eine Recycelreaktion zurückbehalten (Siehe Recycel 2).
Die wässrige Phase wurden vorsichtig zu einer gerührten Lösung von Xylol (20,7 g) und konzentrierte Salzsäure (9,9 g, 36%ig) bei 60°C (in Luft) hinzugefügt. Die Mischung wurde für 1 Stunde bei 60°C gerührt, bevor sie getrennt wurde, um eine wässrige Abfalllösung und eine Xylollösung, enthaltend das Produkt, 3-Isochromanon, zu ergeben.
Recycel 2
Die aus Recycel 1 erhaltene organische Phase wurde in eine 100 ml-Rundbodenflasche gefüllt. Die gleiche Menge von o-Xylol-α,α'-dichlorid, Triphenylphosphin und Wasser, wie oben, wurden in die gleiche Flasche gefüllt. Das Gefäß wurde verschlossen und unter Vakuum mit Kohlenstoffmonoxidgas dreimal gespült. Der Inhalt des Reaktionsgefäßes wurde stark gerührt (~900 Upm) und erhitzt auf 70°C, während Kohlenstoffmonoxid ständig durch die Mischung strömte. Sobald die Temperatur erreicht worden war, wurde die Mischung bei 70°C für etwa 2 Stunden gerührt, unter Beibehaltung des ständigen Strömens. Eine Probe der Reaktionsmischung wurde genommen, um das Vorhandensein von Ausgangsmaterial durch gc zu testen.
Natriumhydroxidlösung wurde in einer Portion in das Gefäß gefüllt, welches verschlossen wurde. Kohlenstoffmonoxid wurde dann wieder durch die Mischung geströmt. Die Reaktionsmischung wurde bei 60°C gerührt, unter ständigem Strömen für etwa 1 Stunde. Die zwei Phasen wurden in einen heißen Separator transferiert (in Luft) und bei 60°C getrennt, wobei die wässrige Phase für weitere Aufarbeitung abgezogen wurde (Anmerkung: Teerbildung wurde an dieser Stelle beobachtet).
Die wässrige Phase wurde vorsichtig zu einer gerührten Lösung von Xylol (20,7 g) und konzentrierte Salzsäure (9,9 g, 36%ig) bei 60°C (in Luft) hinzugefügt. Die Mischung wurde für 1 Stunde bei 60°C gerührt, bevor sie getrennt wurde, um eine wässrige Abfalllösung und eine Xylollösung, enthaltend das Produkt, 3-Isochromanon, zu ergeben.
Ausbeuten: anfängliches Experiment 82,3%; Recycel 1 69,9%; Recycel 2: 73,7%.
BEISPIEL 7
o-Xylol-α,α'-dichlorid (14,24 g, 98,3%ig, 80 mmol), N,N-Diisopropylethylamin (31,33 g, 99%ig, 240 mmol), t-Amylalkohol (21,37 g, 99%ig, 240 mmol), Wasser (28,8 g, 1600 mmol) und eine zuvor gebildete Katalysatormischung, wie unten beschrieben (1,065 g, um 3,52 mmol Triphenylphosphin und 0,16 mmol Katalysator zu ergeben), wurden in einen 310 ml Hastelloy^TM- Autoklaven gefüllt. Der Autoklav wurde dreimal mit Kohlenstoffmonoxid (reinste Stufe) bei 75 psi gespült, bevor er schließlich auf 30 psi Druck gebracht wurde. Die Reaktionslösungen wurden bei 1000 Upm gerührt während des Erhitzens auf 70°C. Die Reaktionstemperatur wurde bei 70°C gehalten, wobei der Druck während der Reaktionsdauer bei 30 psi gehalten wurde. Die Reaktion wurde für abgeschlossen befunden, wenn die Aufnahme von Kohlenstoffmonoxid aufhörte. Das Gefäß wurde belüftet auf ungefähr 15 psi und die Mischung auf 100°C erhitzt, um die Präzipitation von Palladium zu erleichtern. Die Reaktion wurde bei 500 Upm bei 100°C für eine Stunde gerührt vor dem Transferrieren in ein stickstoffgespültes JRV. Wässriges Natriumhydroxid (60,59 g, 21%ig) wurde zu dem JRV hinzugefügt und bei 60°C für eine Stunde gerührt, unter Beibehalten der Stickstoffüberschichtung. Trennung wurde durchgeführt, um eine untere wässrige Phase zu ergeben, welche zurückbehalten wurde für weitere Aufarbeitung und eine obere organische Phase (48,32 g). Die wässrige Phase wurde wieder in das Gefäß zusammen mit Xylol (42,46 g) und konzentrierter Salzsäure (20,56 g, 35,5%ig) gefüllt. Diese Mischung wurde bei 60°C für eine Stunde geführt vor der Auftrennung, um eine untere wässrige Phase (97,0 g; 3-Isochromanon-Konzentration 0,22%; 1,8% Ausbeute) und eine obere Xylollösung von 3-Isochromanon (52,59 g; 3-Isochromanon-Konzentration 17,84%; 79,15% Ausbeute) zu ergeben. Die gesamte chemische Ausbeute durch quantitative gc-Analyse war 80,95%.
Herstellung der zuvor gebildeten Katalysatormischung
Triphenylphosphin (10,1010 g, 38,1 mmol) wurde in ein 3-hälsiges 100 ml Rundbodengefäß gefüllt und auf 90°C unter schnellem Rühren erhitzt, um eine Schmelze zu produzieren. Natriumchlorpalladitlösung (Na₂PdCl₄) (1,4594 g, 1,732 mmol) wurde tropfenweise zu der Schmelze hinzugefügt und die Reaktionsmischung wurde gerührt, bis die Katalysatormischung als gelbe Aufschlämmung hergestellt wurde. Die Mischung durfte abkühlen und der Katalysator verfestigte sich. Der Feststoff wurde aus dem Gefäß entfernt und unter Verwendung eines Mörsers und Stößels pulverisiert. Dieser Katalysator wurde direkt in der obigen Carbonylierungsreaktion verwendet. Unter der Annahme einer quantitativen chemischen Ausbeute von 100% hatte der Katalysator eine Palladiumkonzentration von 1,60 Gew.% (mit einem molaren Verhältnis von Palladium zu Phosphor von 1:22).
BEISPIEL 8
Ein Reaktionsgefäß wurde viermal gespült und belüftet unter Verwendung von Stickstoff bei einem Druck von 1 barG. In das Reaktionsgefäß wurde tertiärer Amylalkohol (48 kg, 0,55 kg mol), entionisiertes Wasser (92 kg, 5 kg mol), o-Xylol-α,α'-dichlorid (45 kg, 0,25 kg mol), tertiärer Amylalkohol (10 kg, 0,11 kg mol), gefüllt, als Spülung für Rest-o-Xylol-α,α'-dichlorid und der Palladiumchlorid-triphenylphosphin-Katalysator, der gebildet wurde vor dem Hinzufügen unter Verwendung der folgenden Methode.
Herstellung des Katalysators
Triphenylphosphin (1,50 kg, 0,0057 kg mol) wurde in ein 2-l-Reaktionsgefäß gefüllt und auf 90°C erhitzt unter schnellem Rühren, um eine Schmelze zu produzieren. Palladiumchlorid in Salzsäurelösung (0,125 kg, 0,00025 kg mol) wurde tropfenweise zu der Schmelze hinzugefügt und die Reaktionsmischung wurde gerührt, bis der Katalysator als gelbe Aufschlämmung hergestellt wurde. Das 2-l-Reaktionsgefäß wurde von der Hitzequelle entfernt und die gelbe Aufschlämmung in ein Pyrex-Gefäß gegossen. Der Katalysator verfestigte sich ohne weiteres und wurde anschließend unter Verwendung eines Mörsers und Stößels zerkleinert, um als Pulver in der Reaktion verwendet zu werden. Das obige Verfahren wurde für eine zweite Charge von Triphenylphosphin (1,5 kg, 0,0057 kg mol) wiederholt und unter Annahme einer quantitativen chemischen Ausbeute von 100% hatte der Katalysator eine Palladiumkonzentration von 1,66%.
Das Reaktionsgefäß wurde viermal gespült und belüftet unter Verwendung von Stickstoff bei einem Druck von 1 barG. In das Reaktionsgefäß wurde N,N-Diisopropylethylamin (99 kg, 0,75 kg mol) und tertiärer Amylalkohol (10 kg, 0,11 kg mol) als Spülung für Rest N,N-Diisopropylethylamin hinzugefügt. Das Reaktionsgefäß wurde viermal gespült und belüftet unter Verwendung von Stickstoff bei einem Druck von 1 barG, gefolgt von zweimaligem Spülen und Belüften unter Verwendung von Kohlenstoffmonoxid bei einem Druck von 4 barG. Das Reaktionsgefäß wurde auf 40°C erhitzt und unter Kohlenstoffmonoxid auf einen Druck von 3 bis 3,5 barG gebracht. Die Reaktionswärme erhöhte die Temperatur der Charge auf 70°C. Die Charge wurde dann bei 70°C ± 5°C kontrolliert unter Verwendung von unter Druck stehenden heißem Wasser, bis die Aufnahme von Kohlenstoffmonoxid aufhörte (ungefähr 10 kg). Der Druck des Reaktionsgefäßes wurde reduziert durch Belüften des Kohlenstoffmonoxids in die Atmosphäre und die Temperatur des Reaktionsgefäßes wurde auf 40°C reduziert. Das Reaktionsgefäß wurde viermal gespült und belüftet unter Verwendung von Stickstoff bei einem Druck von 1 barG. Der Inhalt des Reaktionsgefäßes wurde auf das Ende der Reaktion durch gc analysiert.
Das Reaktionsgefäß wurde zweimal gespült und belüftet unter Verwendung von Kohlenstoffmonoxid bei einem Druck von 4 barG und bei einem Druck von 1 barG unter Verwendung von Kohlenstoffmonoxid belassen. Das Reaktionsgefäß wurde auf 100°C erhitzt und bei dieser Temperatur für 1 Stunde gehalten, und der Druck des Reaktionsgefäßes wurde durch Belüften des Kohlenstoffmonoxids in die Atmosphäre reduziert. Das Reaktionsgefäß wurde auf 55–60°C gekühlt und viermal gespült und belüftet unter Verwendung von Stickstoff bei einem Druck von 1 barG. Zu dem Reaktionsgefäß wurde entionisiertes Wasser (108 kg, 6 kg mol) und 47%iges Natriumhydroxid (87 kg, 1,025 kg mol) hinzugefügt. Das Reaktionsgefäß wurde bei 55–60°C für 30 Minuten gehalten und der Inhalt wurde dann für eine Stunde stehen gelassen, nachdem das Rühren aufgehört wurde. Die untere wässrige Phase wurde abgetrennt und über eine Pall-Screening-Kartusche gefiltert, und nachdem das Rühren begonnen wurde, wurde die organische Phase in eine geerdete Trommel entleert.
Die wässrige Phase destillierte unter Vakuum von 50 mmHg bei einer Temperatur von 55°C, bis eine Veränderung des Erscheinungsbildes des Destillats auftrat. Das Destillat wurde dann in eine geerdete Trommel entleert. Zu der verbleibenden wässrigen Phase wurde o-Xylol (130 kg, 1,28 kg mol) und Salzsäure (65 kg, 0,64 kg mol) hinzugefügt, unter Beibehalten einer Temperatur von 55–60°C des Reaktionsgefäßes während des Hinzufügens. Das Reaktionsgefäß wurde für 1 Stunde bei 55–60°C gerührt und dann der pH analysiert (< 2). Der Inhalt wurde dann für 1 Stunde stehen gelassen, nachdem das Rühren gestoppt wurde und die wässrige und o-Xylolphasen wurden in separate geerdete Trommeln getrennt. Die Lösung von 3-Isochromanon in o-Xylol (166,5 kg) wurde analysiert als 18,37 Gew.%/Konzentration (30,59 kg bei 100 Gew.%). Dies stellt eine isolierte Ausbeute von 82,58% dar. Die chemische Ausbeute des Verfahrens wurde als 84,53% analysiert.

Claims

Verfahren zur Herstellung von 3-Isochromanon, umfassend Inkontaktbringen eines o-Xylol-α,α'-dihalids mit Kohlenstoffmonoxid in der Gegenwart eines Palladiumkatalysators und N,N-Diisopropylethylamin in einem flüssigen Medium, enthaltend Wasser und einen tertiären Alkohol, welcher 2-Methylbutan-2-ol oder 2,3-Dimethylbutan-2,3-diol ist, wobei das molare Verhältnis von N,N-Diisopropylethylamin zu o-Xylol-α,α'-dihalogenid im Bereich von 5:1 bis 2:1 ist und das molare Verhältnis von Wasser zu tertiärem Alkohol im Bereich von 1:1 bis 10:1 ist.
Verfahren gemäß Anspruch 1, in welchem das o-Xylol-α,α'-dihalogenid o-Xylol-α,α'-dichlorid ist.
Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, in welchem der tertiäre Alkohol 2-Methylbutan-2-ol ist.
Verfahren gemäß Anspruch 1, 2 oder 3, in welchem das molare Verhältnis von Wasser zu o-Xylol-α,α'-dihalogenid im Bereich von 50:1 bis 4:1 ist.
Verfahren gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, in welchem der Palladiumkatalysator im Bereich von 0,000001 bis 0,5 mol Äquivalente des o-Xylol-α,α'-dihalids vorliegt.
Verfahren gemäß Anspruch 1, in welchem ein Triphenylphosphinligand verwendet wird in Kombination mit dem Palladiumkatalysator im Bereich von 1 bis 200 mol Äquivalenten von Phosphor zu Palladium.
Verfahren gemäß Anspruch 6, in welchem der Triphenylphosphinligand und der Palladiumkatalysator in einer zuvor gebildeten Mischung verwendet werden.
Verfahren gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, in welchem ein Phasentransferkatalysator vorhanden ist.
Verfahren gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, welches ausgeführt wird bei einer Temperatur von 20°C bis 200°C.