PROCESS FOR THE PREPARATION OF 3,5-DIALKYL-4-HYDROXYBENZOIC ACID

Abstract: 1. A process for preparing 3,5-dialkyl-4-hydroxy-benzoic acid, which comprises reacting a 2,6-di(C1 -C30 alkyl)phenol and CO2 in the presence of a mono- or polyalkylene glycol ether and in the presence of ammonium hydroxide or the hydroxide, hydride or amide of an alkali metal or alkaline earth metal at a temperature of 30 to 60 degrees C, and isolating the benzoic acid thus obtained.

Description: Verfahren zur Herstellung von 3,5-Dialkyl-4-hydroxyaenzoesäure 3,5-Dialkyl-4-hydroxybenzoesäure und ihre verschiedenen Ester sind bekannte Stabilisatoren für organische Polymere, die gegen oxidativen Abbau empfindlich sind. Von den Patentschriften, die diese Verbindungen offenbaren, können die US-Patente .3 330 859 und 3 681 431 als repräsentativ angesehen werden. In diesen Patenten werden Veresterungen von Säuren, Säurehalogeniden oder Säureanhydriden mit geeigneten Alkohol-en beschrieben. Auch andere Herstellungsverfahren sind beschrieben worden. Zum Beispiel ist die Carboxylierung von Alkalimetali-phenolaten mit CO2 zur Herstellung von p-Hydroxybenzoesäuren bekannt. [A.S. Lindsey und H. Jeskey, Chem. Rev. 57, 583-620 (1957)]. Die Verwendung von dipolaren,aprotischen Lösungsmitteln bei der Carboxylierung von Alkalimetallsalzen von 2,6-Dialkylphenolen ist ebenfalls beschrieben worden siehe zum Beispiel US-3 825 593; US-4 034 006; US-4 072 707]. Bei diesen Verfahren wurde bevorzugt N,N-Dimethylformamid als dipolares, aprotisches Lösungsmittel verwendet, obwohl es die Nachteile eines hohen Siedepunktes (Kp = 153"C) und einer für den Menschen grossen Toxizität besitzt [M. Windholz, Merck Index, 9. Auflage, Seite 3236]. Andere Lösungsmittel für die Carboxylierung von Phenolaten sind untersucht worden, aber deren Verwendung führte zu bedeutend geringeren Ausbeuten. Zum Beispiel haben T. Sakakihara und K. Haraguchi [Bull. Chem. Soc. Jpn. 53, 279 (1980)] gezeigt, dass die Carboxylierung von Natriumphenolat in Polyethylenglykol dimethylethern äusserst geringe Ausbeuten von Hydroxybenzoesäure liefert. In der Tat wird keine Benzoesäure gebildet, wenn Natriumphenolat in 1,2-Dimethoxyethan mit C02 umgesetzt wird. In der US-Patentschrift 4 072 707 von Gross so wird die Verwendung von 1 bis 5 Aequivalenten Alkalimetallhydrid bezogen auf 2,6-Dialkylphenol als bevorzugte Herstellungsmethode für die entsprechenden Alkalimetallsalze der 2,6-Dialkylphenole beschrieben, ungeachtet der hohen Kosten von Alkalimetallhydriden im Vergleich zu Alkalimetallhydroxiden. Die Alkalimetallsalze werden in einem dipolaren, aprotischen Lösungsmittel mit C02 behandelt und man erhält 3,5 Dialkyl-4-hydroxybenzoesäure. Es ist wünschenswert, ein Verfahren zu entwickeln, das in bezug auf Ausbeute, Reinheit und Wirtschaftlichkeit eine Verbesserung zeigt, aber gleichzeitig die Möglichkeit bietet, extreme Reaktionsbedingungen zu vermindern und Toxizitätsprobleme auszuschliessen. Folglich ist es das Ziel der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von 3,5-Dialkyl-4-hydroxybenzoesäure zur Verfügung zu stellen. Verschiedene andere Gegenstände und Vorteile dieser Erfindung werden in den folgenden detaillierten Ausführungen sichtbar. Die vorliegende Erfindung beschreibt ein neues und verbessertes Verfahren zur Herstellung von 3,5-Dialkyl-4-hydroxybenzoesäure aus CO2 und einem Alkalimetallsalz von 2,6-Dialkylphenol. Als Lösungsmittel wird Mono- oder Polyalkylenglykolether verwendet. Die folgenden Vorteile sind besonders relevant für diese Erfindung: 1) Verwendung von C02 bei atmosphärischem Druck und daher Vermeidung der Schwierigkeiten, die bei Hochdruckverfahren auftreten. 2) Niedrige Temperaturen und somit Vermeidung der Probleme und Kosten, die bei Hochtemperaturverfahren auftreten. 3) Homogene Phase durch Verwendung eines Lösungsmittels und dadurch Vermeidung der Schwierigkeiten, die bei heterogenen Gas-Feststoff Verfahren auftreten. 4) Teilweiser oder völliger Ersatz der teuren Metallhydride durch Metallhydroxide. 5) Verwendung von Polyethylenglykoldialkylethern, die einen niedrigen Siedepunkt besitzen. So erlaubt die Verwendung von Ethylenglykoldimethylether (Kp 85"C) im Vergleich zu dem früher verwendeten N,N-Dimethylformamid (Kp 1530C) eine leichtere Wiedergewinnung des Lösungsmittels. 6) Die bevorzugte Verwendung von Ethylenglykoldimethylether vermeidet auch eine gesundheitliche Gefährdung durch N,N-Dimethylformamid, dessen Toxizität bekannt ist. Das allgemeine Reaktionsschema der vorliegenden Erfindung entspricht folgender Gleichung: EMI3.1 worin R und R1 unabhängig voneinander geradkettiges oder verzweigtes C1-C30 Alkyl sind. C1-C30 Alkyl bedeutet beispielsweise Methyl, Ethyl,Propyl, Butyl, tert.-Butyl, Octyl, Decyl, Dodecyl, Tetradecyl, Octadecyl oder Icosyl. Da die sterisch gehinderten Phenole bevorzugt als Stabilisatoren eingesetzt werden, ist verzweigtes C 4-C8 Alkyl bevorzugt und besonders bevorzugt ist tert.-Butyl. Die Reaktion erfolgt durch Umsetzung von 2,6-Dialkylphenol, welches in Gegenwart einer starken Base in das entsprechende Phenolat übergeführt wird. Als Lösungsmittel wird Mono- oder Polyalkylenglykolether und ein beliebiger aromatischer Kohlenwasserstoff wie beispielsweise Benzol, Toluol, Xylol oder ähnliches verwendet. Die Mischung wird auf eine Temperatur von 30 bis 60"C erhitzt. Dann wird C02 unter die Oberfläche der Reaktionsmischung eingeleitet und zwar für eine Dauer von 0,5 bis 2 Stunden, um eine vollständige Reaktion zu gewährleisten. Anschliessend wird überschüssiges Natriumhydrid mit Alkohol zerstört, die Reaktionsmischung mit Mineralsäuren auf einen pH-Wert von 1 bis 2 eingestellt und die erhaltene 3,5-Dialkyl-4-hydroxybenzoesäure mit konventionellen Methoden aufgearbeitet. Die bei der Reaktion eingesetzten starken Basen können beispielsweise ausgewählt werden aus einer Gruppe bestehend aus Ammoniumhydroxid und den Hydroxiden, Hydriden und Amiden von Alkali- und Erdalkalimetallen. Die Mono- und Polyalkylenglykolether entsprechen der Formel EMI4.1 worin R5 und R7 unabhängig voneinander C 1-C8 Alkyl sind R6 Hydrogen oder C 1-C8 Alkyl ist, n 0, 1 oder 2 ist und m eine ganze Zahl zwischen 1 und 9 ist, vorzugsweise zwischen 2 und 5. Geeignete Glykolether sind beispielsweise Ethylenglykoldimethylether, Diethylenglykoldimethylether, Diethylenglykoldiethylether, Triethylenglykoldibutylether, Tripropylenglykoldimethylether, Tetraethylenglykoldimethylether, Tetraethylenglykoldiethylether und Pentaethylenglykolmonoethylether. Die Mono- und Polyethylenglykoldialkylether sind bevorzugt Ethylenglykoldimethylether, Diethylenglykoldimethylether und Tetraethylenglykoldimethylether. Man erhält im allgemeinen Ausbeuten von mehr als 80 Z. Die erhaltenen Produkte können schon als Stabilisatoren verwendet werden und zwar sowohl in ihrer Säure- als auch ihrer Esterform. Die folgenden Beispiele veranschaulichen die Erfindung. Beispiel 1: In einem Reaktionsgefäss befindet sich eine Suspension von 4,74 g (0,198 Mol) Natriumhydrid in 150 ml trockenem Ethylenglykoldimethylether. Es wird bei 20 bis 25"C tropfenweise eine Lösung von 20,6 g (0,1 Mol) 2,6-Di-tert.-butylphenol, gelöst in 150 ml Ethylenglykoldimethylether, zugegeben. Anschliessend wird das Reaktionsgemisch 1,5 Stunden auf 50 bis 60"C erwärmt. Dann wird 20 Stunden C02 unter die Oberfläche des Reaktionsgemisches eingeleitet. Das Reaktionsgemisch wird auf 50C abgekühlt und das überschüssige Natriumhydrid wird sorgfältig mit 30 ml Methanol zerstört. Nachdem die Wasserstoffentwicklung beendet ist, wird die Reaktionsmischung mit 1 N Salzsäure auf einen pH von 2 eingestellt und anschliessend mit 1,6 Liter Wasser verdünnt. Der erhaltene Niederschlag wird abfiltriert und im Vakuum getrocknet. Das Rohprodukt wird mit 150 ml Petrolether unter Rückfluss behandelt. Man erhält 22,6 g (o 90,4 % der Theorie) eines weissen Feststoffs, der einen Schmelzpunkt von 205-209"C besitzt. Beispiel 2: Das Verfahren ist analog zu Beispiel 1. Es werden 4,74 g (0,198 Mol) Natriumhydrid, 20,6 g (0,10 Mol) 2,6-Di-tert.-butylphenol und 300 ml Tetraethylenglykoldimethylether eingesetzt. Man erhält 21,0 g (= 84 % der Theorie) eines weissen Feststoffs, der einen Schmelzpunkt von 205-2080C besitzt. Beispiel 3: In ein Reaktionsgefäss wird eine gut gerührte Mischung von 20,6 g (0,1 Mol) 2,6-Di-tert.-butylphenol, 4,0 g (0,1 Mol) Natriumhydroxid, gelöst in 3,9 g Wasser, und 250 ml Toluol gegeben. Die Reaktionsmischung wird unter Rückfluss in einer Stickstoffatmosphäre erhitzt. Das entstehende Wasser wird in einer Dean-Stark-Falle gesammelt. Nachdem 4,7 ml Wasser abgeschieden worden sind, wird die Mischung abgekühlt und 300 ml Tetraethylenglykoldimethylether werden hinzugegeben. Die Mischung wird im Vakuum erhitzt und 220 ml Toluol werden abdestilliert. Zu der abgekühlten Reaktionsmischung werden 0,24 g (0,01 Mol) Natriumhydrid gegeben. Die Mischung wird auf 60"C erhitzt und dann wird 20 Stunden C02 unter die Oberfläche der Reaktionsmischung eingeleitet. Die Reaktionsmischung wird auf 5"C abgekühlt und das restliche Natriumhydrid wird mit 5 ml Methanol zerstört. Nachdem die Wasserstoffentwicklung beendet ist, wird die Reaktionsmischung mit 1 N Salzsäure auf einen pH-Wert von 2 eingestellt und dann mit 1 Liter Wasser verdünnt. Anschliessend wird die Mischung zunächst zweimal mit 100 ml Ether und dann einmal mit 100 ml Chloroform extrahiert. Die organischen Extrakte werden vereinigt und über Na2S04 getrocknet. Das Lösungsmittel wird im Vakuum entfernt und der Rückstand wird mit 150 ml Petrolether unter Rückfluss behandelt. Man erhält 17,3 g (= 69 % der Theorie) eines weissen Feststoffs, der einen Schmelzpunkt von 205-209"C besitzt. Beispiel 4: Das Verfahren ist analog zu Beispiel 3. Es werden 20,6 g (0,1 Mol) 2,6-Di-tert.-butylphenol, 6,2 g (0,11 Mol) Kaliumhydroxid, gelöst in 7,3 g Wasser, 250 ml Toluol und 250 ml Tetraethylenglykoldime- thylether eingesetzt. Nach Behandlung mit 125 ml Petrolether unter Rückfluss erhält man 10,8 g (= 43 % der Theorie) eines weissen Feststoffs, der einen Schmelzpunkt von 206-2080C besitzt.

Claims: Patentansprüche: 1. Ein Verfahren zum Herstellen von 3,5-Dialkyl-4-hydroxybenzoesäure, dadurch gekennzeichnet, dass 2,6-Dialkylphenol und C02 in Gegenwart einer starken Base und Mono- oder Polyalkylenglykolether reagieren und dass die Benzoesäure isoliert wird. 2. Ein Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Alkylgruppen unabhängig voneinander 1 bis 30 Kohlenstoffatome besitzen. 3. Ein Verfahren gemäss Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Alkylgruppen verzweigt sind und unabhängig voneinander 4 bis 8 Kohlenstoffatome besitzen. 4. Ein Verfahren gemäss Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Alkylgruppen tert.-Butyl sind. 5. Ein Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktion bei einer Temperatur zwischen 30 und 60"C abläuft. 6. Ein Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die starke Base ausgewählt wird aus einer Gruppe bestehend aus Ammoniumhydroxid und den Hydroxiden, Hydriden und Amiden von Alkali- und Erdalkalimetallen. .7. Ein Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Mono- und Polyalkylenglykolether der Formel EMI8.1 eingesetzt werden, worin R5 und R7 unabhängig voneinander C 1-C8 Alkyl sind, R6 Wasserstoff oder C1-C8 Alkyl ist, n 0, 1 oder 2 ist und m eine ganze Zahl zwischen 1 und 9 ist. 8. Ein Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Glykolether Polyethylenglykoldialkylether ist. 9. Ein Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Glykolether Ethylenglykoldimethylether, Diethylenglykoldimethylether oder Tetraethylenglykoldimethylether ist. 10. Ein Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktionsmischung vor der Isolierung der Benzoesäure auf einen pH-Wert zwischen 1 und 2 eingestellt wird.

Inventors: ODORISIO, PAUL, PASTOR, STEPHEN D., SPIVACK, JOHN D.
Applicants: CIBA-GEIGY AG
Application year: 1985
Main classification: C07C65
IPC codes: C07C65, C07C67, C07C51