PROCESS FOR THE PREPARATION OF TRIMETHYL BENZOQUINONE

Abstract: 1. Process for the manufacture of 2, 3, 5-trimethylbenzoquinone of the formula see diagramm : EP0035635,P5,F1 by dehydrogenating 2, 5, 6-trimethyl-2-cyclohexen-1-one of the formula see diagramm : EP0035635,P5,F2 in an inert organic solvent and subsequently oxidizing the resulting product in an inert organic solvent, characterized by using in a one-pot process the same solvent in both steps and by carrying out both steps in the presence of a copper (II) halide catalyst.

Description: Verfahren.zur Herstellung von Trimethylbenzochinon Die vorliegende Erfindung betrifft ein neues Verfahren zur Herstellung von 2,3,5-Trimethylbenzochinon der Formel EMI1.1 das als Zwischenprodukt in der Synthese von Vitamin E verwendbar ist. 1 Obwohl bereits Verfahren zur Herstellung von 2,3,5 Trimethylbenzochinon bekannt sind, besteht weiterhin ein Bedürfnis, diese Verbindung auch noch aus möglichst anderen Ausgangsstoffen und auf möglichst einfachere Art und Weise herzustellen. Es ist z.B. bekannt, 2,5,6-Trimethyl-2-cyclohexen-l- on der Formel EMI2.1 durch Dehydrieren in 2,3, 6-Trimethylphenol überzuführen und dieses zu 2,3,5-Trimethylbenzochinon zu oxidieren (vgl. z.B. DE-AS 1.793.037 bzw. DE-OS 2.221.624). Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde nun ge- funden, dass die vorerwähnte Dehydrierung und Oxidation in demselben organischen Lösungsmittel und mit demselben Katalysator,gegebenenfalls in einem Eintopfverfahren, durchgeführt werden können. Die vorliegende Erfindung betrifft demnach ein Verfahren zur Herstellung von 2,3,5-Trimethylbenzochinon durch Dehydrieren von 2,5,6-Trimethyl-2-cyclohexen-l-on in einem inerten organischen Lösungsmittel und anschliessende Oxidation des erhaltenen Produktes in einem inerten organischen Lösungsmittel, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass in beiden Stufen dasselbe Lösungsmittel verwendet wird und dass beide Stufen in Gegenwart eines Kupfer(II)halogenid-Katalysators durchgeführt werden. Beim erfindungsgemässen Verfahren werden als inerte organische Lösungsmittel vornehmlich polare, in Wasser lösliche oder unbeschränkt mit Wasser mischbare Lösungsmittel verwendet, insbesondere solche, die sich gegenüber den Ausgangsverbindungen und den Endprodukten indifferent verhalten und in denen der Reaktionspartner und der Katalysator von Anfang bis Ende der Reaktion weitgehend in Lösung bleiben. Bevorzugt wird als inertes organisches Lösungsmittel ein Glycol, z.B. Diäthylenglycol oder Triäthylenglycol, oder ein Glycoläther verwendet. Besonders bevorzugte Lösungsmittel sind Monoglycoläther, wie Diäthylenglycolmonomethyläther oder Aethylenglycolmonomethyläther. Weiterhin sind bevorzugte Lösungmittel Dimethylformamid und Acetonitril. Als Kupfer(II)halogenid wird bevorzugt Kupfer(II)chlorid oder Kupfer(II)bromid verwendet. Die in der ersten Stufe des erfindungsgemässen Verfahrens durchgeführte Dehydrierung erfolgt vorzugsweise bei einer Temperatur zwischen etwa 800 und etwa 140 C, insbesondere zwischen etwa 1100 und etwa 1200C. Die Dehydrierung kann sowohl in Anwesenheit von Sauerstoff bzw. Luft als auch unter Inertgasatmosphäre durchgeführt werden. Nach einem bevorzugten Aspekt wird während der Dehydrierung Luft oder Sauerstoff durch das Reaktionsgemisch geleitet. Die Oxidation gemäss Stufe 2 erfolgt vorzugsweise mit Luft oder Sauerstoff und bei einer Temperatur zwischen etwa 600 und etwa 1200C, insbesondere zwischen etwa 700 und etwa 800C. Sofern man die Dehydrierung unter Inertgas durchführt, wird das Kupfer(II)halogenid vorzugsweise in einem Ueberschuss von 4-5 Mol/Mol 2,5,6-Trimethyl-2-cyclohexen-lon verwendet. Wird die Dehydrierung jedoch unter Luft oder Sauerstoff durchgeführt, genügen wegen der Rückoxidation von Kupfer (I) zu Kupfer (II) geringere Mengen an Katalysator. Bei der Dehydrierung unter Sauerstoff wird vorzugsweise ein Ueberschuss von 2-Mol Kupfer(II)halogenid/Mol 2,5,6-Trimethyl-2-cyclohexen-l-on verwendet. Bei der anschliessenden Oxidation wird praktisch alles Kupfer (I) zu Kupfer (II) rückoxidiert und kann wieder verwendet werden. Beim Arbeiten unter Sauerstoff ist es erfindungsgemäss auch möglich, die Umsetzung des Ausgangsmaterials zum 2,3, 5-Trimethylbenzochinon in einem Schritt durchzuführen, und zwar vorzugsweise bei einer Temperatur zwischen etwa 0 110-120 C. Hierbei kann zweckmässigerweise pro Mol Ausgangs- material 1 Mol Kupfer(II)halogenid, insbesondere Kupfer(II)bromid, verwendet werden. Die nachfolgenden Beispiele erläutern die Erfindung. Beispiel 1 In einem Rührkessel werden 198 g (1,16 Mol) Kupfer(II) chlorid-dihydrat in 402 g Diäthylenglycolmonomethyläther gelöst und unter Stickstoffbegasung auf 1200C aufgeheitzt. Nach Erreichen der Temperatur werden unter weiterem Einleiten von Stickstoff 42,9 g (0,31 Mol) 2,5,6-Trimethyl-2cyclohexen-l-on innerhalb von 5-30 Minuten zur Lösung gegeben. Die Reaktionstemperatur steigt auf 1220C und sinkt, wenn die Gasentwicklung vorüber ist, wieder auf 116-1180C ab. Es fällt ein Niederschlag von Kupfer(I)chlorid aus. Während der Nachreaktionszeit von 20 bis 40 Minuten wird 0 der Kolbeninhalt bei 120 C gehalten, wobei immer Stickstoff eingeleitet wird. Anschliessend kühlt man das Reaktionsge 0 misch auf 70 C und verdrängt den vorhandenen Stickstoff durch Sauerstoff. Der Rührkessel wird verschlossen, und es wird Sauerstoff bis zu einem Ueberdruck von 70 bis 80 mbar zugegeben. Während der Oxidation wird der Sauerstoffdruck konstant gehalten. Das Reaktionsgemisch wird während 1,5 bis 2,5 Stunden bei 700 bis 750C gerührt. Nach Abkühlen des Oxidationsgemisches auf 200 bis 25 0C und Ablassen des Sauerstoffüberdruckes entleert man den Inhalt des Kessels in einen Scheidetrichter. Zum Lösen der Kupfersalzniederschläge werden 40 g konzentrierte Salzsäure und 150 ml Wasser zugegeben. Das gebildete 2,3,5-Trimethylbenzochinon wird viermal mit je 250 ml Toluol extrahiert. Zum Entfernen der Kupfersalze wird die Toluolphase zweimal mit 100 ml Wasser gewaschen. Die Toluolphase wird am Rotationsverdampfer eingeengt, bis der Rückstand Toluol-frei ist. Durch eine Feinvakuumdestillation (Kp. 51-530C, L0,1 mbar) wird das rohe 2,3,5-Trimethylbenzochinon von den hochsiedenden Verunreinigungen abgetrennt. Man erhält 47-50 g Destillat. Unter Berücksichtigung des Gehaltes an 2,3,5 Trimethylbenzochinon ergibt sich eine Ausbeute von 75-85%. Beispiel 2 In einem 250 ml Vierhalskolben mit Rührer, Thermometer, Gaseinleitungsrohr und Rückflusskühler wird eine Lösung von 58,8 g (0,35 Mol) Kupfer(II)chlorid-dihydrat in 118 g Diäthylenglycolmonomethyläther vorgelegt und auf 1200C erwärmt. Nach Erreichen der Reaktionstemperatur werden 20 Liter/Stunde Sauerstoff durch die Lösung geleitet. Unter starkem Rühren werden anschliessend 21,9 g (0,16 Mol) 2,5,6-Trimethyl-2-cyclohexen-l-on während 5 bis 20 Minuten zugetropft. Um die Aromatisierung zu vervollständigen, wird während 20 bis 40 Minuten bei einer Temperatur von 1200C nachgerührt. Anschliessend kühlt man die Lösung auf 700 bis 75 0C und oxidiert durch weiteres Sauerstoffeinleiten. Bis zum vollständigen Umsatz ist eine Reaktionszeit von 2 bis 3 Stunden erforderlich. Nach Abkühlen des Oxidationsgemisches auf 200 bis 25 0C entleert man den Inhalt des Oxidationskolbens in einen Scheidetrichter und gibt 10 bis 15 ml konzentrierte Salzsäure und 100 ml Wasser zu. Anschliessend extrahiert man mit einmal 200 ml und zweimal 100 ml Toluol. Die Toluolphase wird mit zweimal 50 ml Wasser gewaschen. Die Toluolphase wird am Rotationsverdampfer eingeengt bis der Rückstand Toluol-frei ist. Der Toluol-freie Rückstand wird im Vakuum destilliert (Kp. 680C bei 0,1 mbar). Man erhält so 18-20 g eines 2,3, 5-Tr imethylbenzochinondestillates. Unter Berücksichtigung des Gehaltes ergibt sich eine Ausbeute von 75-80%. Beispiel 3 In einem Vierhalbskolben mit Rührer, Thermometer, Gaseinleitungsrohr und Rückflusskühler werden 120 g (0,54 Mol) Kupfer(II)bromid und 250 ml Dimethylformamid vorgelegt und auf 115 0C erwärmt. Nach Erreichen der Temperatur werden 75,0 g (0,54 Mol) 2,5,6-Trimethyl-2-cyclohexen-1-on auf einmal zugegeben. Anschliessend wird unverzüglich Sauerstoff eingeleitet. Die zu Beginn der Reaktion auftretende Exothermie wird durch vorübergehende Kühlung mit einem Kaltwasserbad kompensiert. Nach 3 Stunden Reaktionszeit bei 115 0C wird die Reaktionslösung abgekühlt, mit 40 ml Wasser versetzt und mit einmal 250 ml und mit fünfmal 100 ml Toluol extrahiert. Die Toluolphasen werden vereinigt, filtriert, mit fünfmal 250 ml Wasser gewaschen und am Wasserstrahlvakuum eingedampft. Durch Vakuumdestillation (Kp. 72-74 , C,15 mbar) des Rückstandes werden 33,8 g (41%) 2,3,5-Trimethylbenzochinon gewonnen. (Die Reaktionsbedingungen sind nicht optimiert). Beispiel 4 In einem Rührkessel werden 250 g (1,47 Mol) Kupfer(II)chlorid-dihydrat in 450 g DiÅathylen-glycolmono- methyläther gelöst und auf 115-1170C aufgeheizt. Unter Durchleiten von 100 Liter/Stunde Luft durch die Katalysatorlösung werden innerhalb 5 Minuten 81 g (0,55 Mol) 2,5,6-Trimethyl-2-cyclohexen-1-on (93%) zugegeben. Die Reaktionstemperatur steigt auf 121-1220C. Diese Exothermie ist von einer Gasentwicklung begleitet. Die Nachreaktionszeit beträgt total 30 Minuten. Anschliessend wird die Reaktionslösung innerhalb 15 Minuten, unter weiterem Durchleiten von Luft, auf 800C abgekühlt. Für die Oxidation verschliesst man den Kessel und verdrängt die Luft durch Sauerstoff. Unter kräftigem Rühren und konstantem Sauer stoffdruck von 70-80 mbar beträgt die erforderliche Oxidationszeit 2 Stunden bei einer Temperatur von 800C. Dabei werden total 15-17 Liter Sauerstoff verbraucht. Das erhaltene Oxidationsgemisch wird nach dem Abkühlen auf 20-25 0C mit 60 g konzentrierter Salzsäure und 300 ml Wasser versetzt. Durch Extraktion mit einmal 300 ml und viermal 200 ml Methyl-tert.-butyläther trennt man das gebildete 2,3,5-Trimethylbenzochinon von der Katalysatorlösung. Die erhaltenen Lösungsmittelextrakte werden zum Entfernen restlicher Kupferchloridspuren mit fünfmal 80 ml Wasser gegengewaschen. Die Methyl-tert.-butyläther-Phase wird anschliessend am Rotationsverdampfer eingeengt und der erhaltene Rückstand dann einer Feinvakuumdestillation (500C, (0,1 mbar) unterworfen. Man erhält ca. 75 g Destillat; unter Berücksichtigung des Gehaltes an 2,3,5-Trimethylbenzochinon ergibt sich eine Ausbeute von 78-80 & bezogen auf eingesetztes 2,5, 6-Trimethylcyclohexenon. Beispiel 5 In einem Reaktionskessel wl I In einem Reaktionskessel wird die Katalysatorlösung, bestehend aus 250 g Kupfer(II)hlorid-dihydrat gelöst in 0 500 g Acetonitril, vorgelegt. Nach Aufheizen auf 78 C und unter Durchleiten von 20 Liter/Stunde Sauerstoff werden innerhalb 5 Minuten 81 g (0,55 Mol) 2,5,6-Trimethyl-2-cyclohexenon-l-on(93%) zudosiert. Die Nachreaktionszeit muss bei konstanter Sauerstoffeinleitung und 75-78 0C mindestens 40 Stunden betragen. Zur Aufarbeitung wird die Reaktionslösung auf 20-25 0C abgekühlt und nach Zugabe von 60 ml konzentrierter Salzsäure und 300 ml Wasser mit dreimal 200 ml Toluol extrahiert. Die erhaltenen Toluolextrakte werden mit zweimal 100 ml Wasser gegengewaschen und am Rotationsverdampfer eingeengt. Nach einer Feinvakuum destillation (500C, c0,1 mbar) erhält man 82 g Destillat mit einem Gehalt an 2,3,5-Trimethylbenzochinon von 55%, entsprechend einer Ausbeute von ca. 55% bezogen auf eingesetztes 2,5,6-Trimethylcyclohexenon (nicht optimiert).

Claims: Patentansprüche 1. Verfahren zur Herstellung von 2,3,5-Trimethylbenzochinon der Formel EMI10.1 durch Dehydrieren von 2,5,6-Trimethyl-2-cyclohexen-l-on der Formel EMI10.2 in einem inerten organischen Lösungsmittel und anschliessende Oxidation des erhaltenen Produktes in-einem inerten organischen Lösungsmittel, dadurch gekennzeichnet, dass in beiden Stufen dasselbe Lösungsmittel verwendet wird und dass beide Stufen in Gegenwart eines Kupfer(II)halogenid Katalysators durchgeführt werden. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man als inertes organisches Lösungsmittel ein Glycol, einen Glycoläther oder Dimethylformamid verwendet. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass man als Glycoläther einen Monoglycoläther, wie Diäthylglycolmonomethyläther oder Aethylenglycolmonomethyläther, verwendet. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass man als Katalysator Kupfer(II)chlorid oder Kupler(II)bromid verwendet. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass die Dehydrierung bei einer Temperatur von etwa 800 bis etwa 1400C, vorzugsweise etwa 1000 bis etwa 1200C, durchgeführt wird. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass die Dehydrierung unter Stickstoff durchgeführt wird. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass die Dehydrierung unter Sauerstoff oder Luft durchgeführt wird, wobei Luft oder Sauerstoff vorzugsweise durch das Reaktionsgemisch geleitet wird. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, dass man die Oxidation mit Luft oder Sauerstoff durchführt. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, dass man die Oxidation bei einer Temperatur von etwa 600 bis etwa 1200C, vorzugsweise bei etwa 700 bis etwa 800C, durchführt. 10. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,dass man als Lösungsmittel Dimethylformamid und als Katalysator Kupfer(II)bromid verwendet, dass die Umsetzung von 2,5,6-Trimethyl-2-cyclohexen-1-on zum 2,3,5-Trimethylbenzochinon in einem Schritt unter Sauerstoff bei einer 0 Temperatur von etwa 110-120 C durchgeführt wird, wobei pro Mol 2,5,6-Trimethyl-2-cyclohexen-1-on 1 Mol Kupfer(II)bromid verwendet wird.

Inventors: BARTOLDUS, DIETER, LOHRI, BRUNO, DR.
Applicants: F. HOFFMANN-LA ROCHE & CO. AKTIENGESELLSCHAFT
Application year: 1981
Main classification: C07C46
IPC codes: C07C46