ELECTROCHEMICAL PROCESS FOR THE PREPARATION OF 4-TERT.-BUTOXY-BENZALDEHYDE-DIALKYLACETALS, THEIR USE AND 4-TERT.-BUTOXY-BENZALDEHYDE-DIMETHYLACETAL

Abstract: 1. A process for the preparation of a 4-tert.-butoxybenzaldehyde-dialkylacetal of the formula see diagramm : EP0025883,P4,F2 where R is alkyl of 1 to 8 carbon atoms, wherein 4-tert.-butoxytoluene is oxidized electrochemically in the presence of an alcohol of the formula ROH, where R has the above meaning.

Description: -tert.-Butoxy benzaldehyddialkylacetate, ihre Herstellung und Verwendung Diese Erfindung betrifft neue 4-tert.-Butoxy-benzaldehyddialkylacetale, ein Verfahren zu ihrer Herstellung und ihre Verwendung für die Herstellung von 4-Hydroxybenzaldehyd. Die neuen 4-tert.-Butoxybenzaldehyddialkylacetale haben die Formel EMI1.1 in der R eine Alkylgruppe mit 1 bis 8 C-Atomen beaeutet. Man kann die neuen 4-tert.-Butoxy-benzaldehyddialkylace- tale auf einfache Weise dadurch herstellen, dass man 4-tert.-Butoxytoluol in Gegenwart eines Alkohols der Formel ROH, in der R die in Anspruch 1 genannte Bedeutung hat, elektrochemisch oxidiert. Als Alkohole der Formel ROH kommen vorzugsweise Methanol, Äthanol, n-Propanol und n- bzw. iso-Butanol in Betracht. Die Elektrosynthese der neuen 4-tert.-Butoxy-benzaldehyddialkylacetale kann sowohl in einer geteilten als auch in einer ungeteilten Zelle durchgeführt werden. Als Elektrolyt dient hierbei eine Lösung von 4-tert.-Butoxytoluol in dem verwendeten Alkohol, die ein Leitsalz enthält. Die Leitsalze sollen im Elektrolyten löslich und unter den Versuchsbedingungen weitgehend stabil sein. Beispiele hierfür sind Fluoride, wie KF, Tetrafluoroborate wie Et4NBF4 und Perchlorate wie Et4NC104. Als Anodenmaterialien werden beispielsweise Graphit oder Edelmetalle wie Platin eingesetzt. Stromdichte und Umsatz können in weiten Grenzen gewählt werden. Die Stromdichten betragen beispielsweise 1 bis 20 A/dm2, die Elektrolyse wird z.B. mit 2 bis 5 F/Mol 4-tert.-Butoxytoluol und bei Temperaturen zwischen 15 und 600C durchgeführt. Die Zusammensetzung des Elektrolyten kann in weiten Grenzen gewählt werden. Die Elektrolytlösungen haben z.B. folgende Zusammensetzung: 4 bis 20 Gew.% 4-tert.-Butoxytoluol 70 bis 95 Gew.% Alkohol 0,4 bis 10 Gew.% Leitsalz. Die Elektrolyseausträge werden zweckmässig destillativ aufgearbeitet. überschüssiger Alkohol und gegebenenfalls noch vorhandenes Ausgangsmaterial werden von den Acetalen durch Destillation abgetrennt und können zur Elektrolyse zurückgeführt werden. Die 4-tert.-Butoxybenzaldehyddialkyl- acetale lassen sich, sofern erforderlich, durch Rektifikation weiter reinigen. Die neuen 4-tert.-Butoxybenzaldehyddialkylacetale eignen sich hervorragend für die Herstellung von 4-Hydroxybenzaldehyd, so dass diese Erfindung einen neuen vorteilhaften Zugang zu diesem wertvollen Vorprodukt für die Herstellung von halbsynthetischen Penicillinen eröffnet. Für die Herstellung von 4-Hydroxybenzaldehyd sind mehrere Verfahren bekannt. So kann man 4-Hydroxybenzaldehyd z.B. herstellen durch: 1. Diazotierung von p-Aminobenzaldehyd und anschliessende Hydrolyse (s. Recueil des Travaux Chimiques des Pays Bas 54 (1935) 97). 2. Kondensation von Phenol mit Formaldehyd in alkali scher Lösung und nachfolgende Behandlung mit dem Natriumsalz der 3-Nitrobenzolsulfonsäure (DE-PS 580 981). 3. Hydrierung von p-Hydroxybenzonitril (Helvetica Chimica Acta 19 (1936), 588). 4. Chlorierung von p-Tolylchlorformiat und alkalische Verseifung des Reaktionsproduktes (DE-OS 1 925 195). 5. Behandeln von Phenol mit Glyoxylsäure und Aufarbei tung des Reaktionsproduktes mit einer Quecksilber chlorid-Lösung (DE-PS 621 567). 6. Erhitzen von p-Methoxybenzaldehyd mit Pyridiniumhydro chlorid auf 200 bis 2200C (Ber. Dtsch. Chem. Ges. 74, 7 (1941), 1219). 7. Umsetzung von Phenol mit Trichloressigsäure und alkalische Verseifung der Reaktionsprodukte (J. Chem. Soc. 1933, 496). 8. Umsetzung von Phenol mit Chloroform in Gegenwart von ss-Cyclodextrin (Die Pharmazie- 1978, S. 467) und anschliessende Trennung vom ebenfalls entstehenden Salicylaldehyd, z.B. durch Wasserdampfdestillation. Diese Verfahren haben die Nachteile, dass Isomerengemische entstehen (Verfahren 2, 8), die Ausgangssubstanzen schwer zugänglich sind (Verfahren 1, 2, 3, 7) und sich bei ihrer technischen Durchführung erhebliche Umweltbelastungen ergeben (Verfahren 4, 5, 6, 7, 8). Es wurde nun gefunden, dass man 4-Hydroxybenzaldehyd erheblich vorteilhafter herstellen kann, wenn man als Ausgangsstoffe die neuen erfindungsgemässen 4.-tert.-Butoxybenzaldehyddialkylacetale verwendet. So lässt sich 4-Hydroxybenzaldehyd auf einfache Weise dadurch herstellen, dass man die 4-tert. -Butoxybenzaldehyddialkylacetale mit Säuren behandelt. Man verwendet hierbei bevorzugt verdünnte wässrige Säuren. Obwohl es auch möglich ist, nicht verdünnte Säuren einzusetzen, bietet dies, abgesehen von der- möglicherweise kürzeren Reaktionszeit, keine Vorteile, da die Ausbeuten dadurch nicht besser werden. Die Säurebehandlung führt man z.B. bei Temperaturen von 20 bis 1400C, vorzugsweise 60 bis 100 C durch. Als Säuren können z.B. verwendet werden: Mineralsäuren wie Salzsäure, Phosphorsäure oder Schwefelsäure, aliphatische Carbonsäuren wie Ameisensäure, Essigsäure, Propionsäure oder Acrylsäure, Di- und Polycarbonsäuren wie Maleinsäure, Fumarsäure, Oxalsäure oder Butantetracarbonsäure, Hydroxycarbonsäuren wie Milchsäure oder Weinsäure, aromatische Carbonsäuren wie Benzoesäure, Phthalsäure, Mandelsäure oder p-Toluolsulfonsäure. Selbstverständlich können auch saure Ionenaustauscher verwendet werden. 'Wenn der Methyl- und der tert.-Butylester der verwendeten Säure nicht flüchtig ist, z.B. bei Schwefelsäure, Oxalsäure oder bei Verwendung von Ionenaustauschern, reichen katalytische Mengen an Säure aus, vorzugsweise setzt man dann ca. 1 bis 10 % bez. auf die 4-tert.-Butoxybenzaldehyddialkylacetale ein. Wenn die Ester leicht flüchtig sind, werden die 4-tert.-Butoxybenzaldehyddialkylacetale in einer Menge an Säure erhitzt, die mindestens dem stöchiometrisch notwendigen Verhältnis entspricht; da bei der Verseifung der Acetalgruppe zumindest ein Teil der eingesetzten flüchtigen Säure als Alkylester verloren geht, bedeutet dies, dass pro Mol Acetal mindestens 3 Mol der flüchtigen Säure eingesetzt werden. Zweckmässigerweise wird ein ca. 0,2 bis 3facher Überschuss an Säure verwandt, damit eine vollständige Umsetzung gewährleistet ist. Die Umset zung ist in der Regel nach 10 min bis 3 Stunden beendet. Beim Abkühlen kristallisiert ein Teil des 4-Hydroxybenzal- dehyds aus der Lösung aus, ein grosser Teil des Restes kann nach Einengen des Lösungsmittels isoliert werden. Man kann bei der Herstellung des 4-Hydrorybenzaldehyds aus 4-tert.-Butoxybenzaldehyddialkylacetalen auch so verfahren, dass man in einem ersten Reaktionsschritt durch Umset zung mit Wasser 4-tert.-Butoxybenzaldehyd herstellt, welches dann der Säurebehandlung unterworfen wird, wobei anstelle der mindestens 3fach molaren Menge an flüchtiger Säure nur eine mindestens molare Menge an Säure benötigt wird. Bei dieser zweistufigen Arbeitsweise wird der 4-tert. -Butoxybenzaldehyd in nahezu quantitativer Ausbeute erhalten. In diesem Fall verfährt man zweckmässigerweise so, dass man die Säure in nicht verdünnter Form einsetzt und das Wasser erst nach beendeter Reaktion hinzusetzt, um die Löslich keit des 4-Hydroxybenzaldehyds in der Säure zu verringern. Beispiel 1 Herstellung von 4-tert.-Butoxy-benzaldehyd-dimethylacetal Apparatur: ungeteilte Zelle mit 11 Elektroden Anoden: Graphit Elektrolyt: 475,8 g p-tert.-Butoxytoluol 2159 g Methanol 25 g KF Kathoden: Graphit Temperatur: 27 bis 310C Stromdichte: 4,7 A/dm2 Elektrolyse mit 4,5 F/Mol p-tert.-Butoxytoluol Der Elektrolyt wird während der Elektrolyse über einen Wärmetauscher umgepumpt. Aufarbeitung: Nach Beendigung der Elektrolyse werden Methanol abdestil liert, KF (20 g) abfiltriert und der Rückstand bei 1 Torr und 50 bis 1100C fraktioniert destilliert. Hierbei erhält man neben 37,5 g unumgesetztem p-tert.-Butoxytoluol, 10,5 g p-tert.-Butoxybenzylmethyläther (kann zur Elektrolyse zurückgeführt werden) und 480,3g p-tert.-Butoxybenzaldehyddimethylacetal. Dies entspricht einer Gesamtausbeute von 81,7 %, die Stromausbeute beträgt 65,6 %. Beispiel 2 Herstellung von 4-tert.-Butoxy-benzaldehyd-diäthylacetal Apparatur: ungeteilte Zelle mit 11 Elektroden Anoden: Graphit Elektrolyt: 328 g p-tert.-Butoxy-toluol 2340 g Äthanol 15 g KF Kathoden: Graphit Temperatur: 25 bis 300C Stromdichte: 1,2 A/dm2 Elektrolyse mit 5 F/Mol p-tert.-Butoxytoluol Der Elektrolyt wird während der Elektrolyse über einen Wärmetauscher umgepumpt. Aufarbeitung: Nach Beendigung der Elektrolyse werden Äthanol abdestil liert, KF (14 g) abfiltriert und der Rückstand bei 1 bis 2 Torr und 60 bis 1300C faktioniert destilliert. Hierbei erhält man neben 66,5 g unumgesetzten p-tert.-Butoxytoluol 37,2 g E(p-tert. -Butoxy)-benzyl-äthyläther (kann zur Elektrolyse zurückgeführt werden) und 215,5 g 4-tert.-But- oxy-benzaldehyd-diäthylacetat. Dies entspricht einer Ausbeute von 60,2 %. Beispiel 3 Verwendung von 4-tert.-Butoxybenzaldehyddimethylacetal für die Herstellung von 4-Hydroxybenzaldehyd a) 224 g 4-tert.-Butoxybenzaldehyddimethylacetal, 360 g Essigsäure und 150 g Wasser werden in einer Destilla tionsapparatur erhitzt. Bei einer Übergangstemperatur von 63 bis 1000C werden 450 g abdestilliert. Anschlie ssend wird noch 1/2 Stunde unter Rückfluss erhitzt. Nach Zugabe von 300 g Wasser und Abkühlen auf -5 C können 103 g 4-Hydroxybenzaldehyd isoliert werden. Von der Mutterlauge werden weitere 310 g abdestil liert, dann kühlt man den Rückstand auf -5 0C ab. Es lassen sich weitere 14 g 4 4-Hydroxybenzaldehyd isolie- ren (Gesamtausbeute 96 %). b) 200 g 4-tert.-Butoxybenzaldehyddimethylacetal, 15 g Schwefelsäure sowie 800 ml Wasser werden in einer Rekt ifikationsapparatur unter Stickstoff erhitzt. Man destilliert ab, bis die übergangstemperatur 950C erreicht hat, und lässt gleich viel Wasser zutropfen wie Flüssigkeit abdestilliert (ca. 300 ml). Anschlie ssend lässt man noch 1 Stunde unter Rückfluss kochen. Beim Abkühlen auf Raumtemperatur fällt aus der Lösung reiner 4-Hydroxybenzaldehyd aus. Nach der üblichen Aufarbeitung kann man 98 g isolieren (Ausbeute 90,7 %). c) 400 g 4-tert.-Butoxybenzaldehyddimethylacetal, 50 g des unter der Bezeichnung DOWEX 50 WX8 im Handel erhältlichen Ionenaustauschers, der aus einemver- netztem kernsulfoniertem Polystyrolharz besteht, sowie 1,6 1 Wasser werden erhitzt. Weitere Verfahrens weise analog 3b. Die heisse Lösung wird vom Ionenaus tauscher abdekantiert. Aus der erkalteten Lösung können 190 g 4-Hydroxybenzaldehyd isoliert werden (Ausbeute 88 %). d) 200 g 4-tert.-Butoxybenzaldehyddimethylacetal, 20 g Oxalsäure und 1 1 Wasser werden wie unter Beispiel 3b angegeben, erhitzt. Man isoliert 102 g 4-Hydroxybenz- aldehyd (Ausbeute 94,4 %). Beispiel 4 Verwendung von 4-tert.-Butoxybenzaldehyddimethylacetal zur Herstellung von 4-Hydroxybenzaldehyd unter Isolierung der Zwischenstufe 1028,3 g 4-tert.-Butoxybenzaldehyddimethylacetal werden in 750 g Wasser unter Rühren auf 95ohr erwärmt. Während einer Stunde werden dann bei 95 0C unter Rühren etwa 500 ml eines 'Gemisches aus Methanol und Wasser abdestilliert und gleich-i zeitig 500 g Frischwasser zugetropft. Anschliessend werden die Phasen getrennt. Die organische Phase wird bei 0,5 bis 1,5 Torr und 87 bis 1070C fraktioniert destilliert. Man erhält 761,7 g 4-tert.-Butoxybenzaldehyd. Dies entspricht einer Ausbeute von 93,2 %. a) 90 g p-tert.-Butoxybenzaldehyd und 420 g 10 %ige Salzsäure werden 15 min unter Rühren erhitzt. Beim Abkühlen auf O C kristallisiert 4-Hydroxybenzaldehyd aus; Gewicht nach dem Trocknen: 57 g (Schmp. 115 bis 116 C, Literatur: 117 bis 1190C); Ausbeute: 92 % der Theorie. b) 90 g p-tert.-Butoxybenzaldehyd, 70 g Essigsäure und 140 g Wasser werden 2 Stunden unter Rückfluss gekocht. Das Reaktionsgemisch wird am Rotationsverdampfer zur Trockne eingedampft. Es bleiben 60,5 g eines weissen Rückstandes zurück, der nach der NMR-Analyse aus reinem 4-Hydroxybenzaldehyd besteht (Ausbeute: 98 % der Theorie).

Claims: Patentansprüche 1. 4-tert .-Butoxy-benzaldehyddialkylacetale der Formel EMI10.1 in der R eine Alkylgruppe mit 1 bis 8 C-Atomen bedeu tet. 2. Verfahren zur Herstellung der 4-tert.-Butoxy-benzalde hyddialkylacetale nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, dass man 4-tert.-Butoxytoluol in Gegenwart eines Alkohols der Formel ROH, in der R die in An spruch 1 genannte Bedeutung hat, elektrochemisch oxidiert. 3. Verwendung der 4-tert.-Butoxybenzaldehyddialkylace- tale nach Anspruch 1 für die Herstellung von droxybenzaldehyd.

Inventors: BARL, MANFRED, DR., DEGNER, DIETER, DR., HOFFMANN, WERNER, DR., SIEGEL, HARDO, DR.
Applicants: BASF AKTIENGESELLSCHAFT
Application year: 1980
Main classification: C25B3
IPC codes: C07C67, C07C45, C07C41, C07C43, C25B3