Verwendung von Hydrogen-bis-(oxalato)borat

Die vorliegende Erfindung betrifft die Verwendung von Hydrogen-bis(oxalato)borat der Formel

als Protonensäure-Katalysator in folgenden Kondensationsreaktionen. Friedel-Crafts-Kondensation von Benzoesäure-(4-hydroxy-2-methyl-naphthalen-1-yl)ester mit Isophytol zu Benzoesäure-[4-hydroxy-2-methyl-3-(3,7,11,15-tetramethyl-hexadec-2-enyl)-naphthalen-1-yl]ester (Monobenzoat des Dihydro-Vitamin K₁), Vinyletherkondensationen von Acetalen mit Vinyl- oder Propenylethern (zur Herstellung von Zwischenprodukten in der Synthese von Carotinoiden), und Acylierungen von Phenolen.

Als Beispiele von Vinyletherkondensationen von Acetalen mit Vinyl- oder Propenylethern zur Herstellung von Zwischenprodukten in der Synthese von Carotinoiden seien die Umsetzung von Acetaldehyd-dimethylacetal oder (E)-1,1,4,4-Tetramethoxy-but-2-en mit Methyl-propenylether oder von 13-(2,6,6-Trimethyl-cyclohexen-1-yl)-2,7,11-trimethyl-trideca-2,6,8,10,12-pentaen-4-in-1-al-diethylacetal mit Ethyl-vinylether, und als Beispiele von Acylierungen von Phenolen die Herstellung von d,l-α-Tocopherolacetat aus d,l-α-Tocopherol genannt.

Es wurden bereits verschiedene Verfahren zur Durchführung von Friedel-Crafts-Kondensationen in der Literatur beschrieben, welche unter Verwendung von Protonensäuren, wie Halogenwasserstoffsäuren, z.B. Chlorwasserstoffsäure, Trichloressigsäure und dgl., Lewis-Säuren, wie Aluminiumchlorid, Bortrifluorid, Eisenchlorid, Zinkchlorid und dgl., oder Gemischen von beiden Säurentypen, wie ein Gemisch von Zinkchlorid und einer starken Protonensäure und dgl., als Katalysatoren erfolgen.

Alle diese vorbekannten Verfahren weisen gewichtige Nachteile auf: so treten bei allen Verfahren Korrosionsprobleme auf, bei Verwendung von Bortrifluorid zusätzlich noch Toxizitätsprobleme mit den Addukten von Bortrifluorid sowie bei Verwendung von Eisen oder Zink eine heute nicht mehr akzeptable Belastung des Abwassers mit Eisen- oder Zinkionen.

Da Vinyletherkondensationen üblicherweise mit Lewis-Säuren durchgeführt werden, treten bei diesem Reaktionstyp ebenfalls Nachteile auf, wie sie oben für die Friedel-Crafts-Kondensationen mit Lewis-Säuren beschrie-ben sind.

DE 42 08 477 A1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von dl-α-Tocopherol bzw. d1-α-Tocopherylacetat durch säurekatalysierte Umsetzung von 2,3,5-Trimethylhydrochinon mit Phytol oder Isophytol in einem Lösungsmittel bei erhöhter Temperatur und ggf. anschliessende Veresterung des erhaltenen Tocopherols mit Acetanhydrid, das dadurch gekennzeichnet ist, dass man die Umsetzung in Gegenwart von einer Mischung aus ortho-Borsäure und bestimmten aliphatischen Di- oder Tricarbonsäuren, vorzugsweise in Gegenwart von einer Mischung aus ortho-Borsäure und Oxalsäure durchführt.

US 3,530,098 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung linearer faser- und folienbildender Polyester durch Polykondensation von Dicarbonsäurebisdiolestern bestimmter aromatischer Dicarbonsäuren, ggf. im Gemisch mit bis zu 20 Mol.% an bestimmten aliphatischen Dicarbonsäuren und/oder 1,2-Cyclobutandicarbonsäure, wobei die Diolkomponente der Dicarbonsäurebisdiolester ein Diol mit 2 bis 8 C-Atomen ist, in Gegenwart eines Katalysators, dadurch gekennzeichnet, dass als Polykondensationskatalysator eine katalytische Menge bestimmter gemischter Bor-haltiger Säureanhydride eingesetzt wird.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für die oben genannten Kondensationsverfahren ein Katalysatorsystem zur Verfügung zu stellen, das die Nachteile der vorbekannten Arbeitsweisen nicht aufweist. Dazu ist es notwendig, dass das zur Verfügung gestellte Katalysatorsystem nicht korrosiv wirkt, nicht toxisch ist, die Umwelt nicht belastet, und die erwünschte Reaktion möglichst selektiv und in hohen Ausbeuten katalysiert. Darüber hinaus soll das Katalysatorsystem seine Wirkung bereits in wirklich nur katalytischen Mengen entfalten und sich leicht abtrennen lassen.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde diese Aufgabe dadurch gelöst, dass man in den Kondensationsreaktionen Hydrogen-bis(oxalato)borat der obigen Formel I als Protonensäure-Katalysator verwendet.

Die Kondensationen können in Abhängigkeit vom Reaktionstyp (Friedel-Crafts-Kondensation, Vinyletherkondensation bzw. Acylierung von Phenolen) sowie den eingesetzten Ausgangsstoffen in Gegenwart oder Abwesenheit eines Lösungsmittels bei Temperaturen zwischen etwa 0°C und etwa 140°C durchgeführt werden. So wird die Friedel-Crafts-Kondensation zweckmässigerweise bei Temperaturen zwischen etwa 80°C und etwa 140°C, vorzugsweise zwischen etwa 85°C und etwa 120°C, besonders bevorzugt bei der Rückflusstemperatur des Reaktionsgemisches, durchgeführt. Die Vinyletherkondensationen werden hingegen zweckmässigerweise in Abwesenheit eines Lösungsmittels bei Temperaturen zwischen etwa 0°C und etwa 40°C, vorzugsweise zwischen etwa 15°C und etwa 25°C, besonders bevorzugt bei etwa Raumtemperatur, durchgeführt.

Als geeignete Lösungsmittel im Rahmen der vorliegenden Erfindung können aromatische Kohlenwasserstoffe, z.B. Toluol, Xylol und dergleichen, halogenierte aromatische Kohlenwasserstoffe, z.B. Chlorbenzol und dergleichen, aliphatische Carbonsäureester, z.B. Ethylacetat, Isopropylacetat und dergleichen, aliphatische Ether, z.B. Methyl-tert. butylether, Diisobutylether und dergleichen, sowie aliphatische und cyclische Ketone mit einem Siedepunkt zwischen etwa 80°C und etwa 140°C, z.B. Diethylketon, Methylisopropylketon, Cyclopentanon und dergleichen, genannt werden. Bevorzugt sind Toluol und Isopropylacetat.

Erfindungsgemäss kann die Kondensation in Gegenwart von etwa 0,1 bis etwa 6, bevorzugt etwa 0,2 bis etwa 4, besonders bevorzugt etwa 0,3 bis etwa 3 Mol% Hydrogen-bis(oxalato)borat als Katalysator durchgeführt werden (jeweils bezogen auf die massgebliche molare Menge des Ausgangsmaterials).

Das als Katalysator eingesetzte Hydrogen-bis(oxalato)borat der obigen Formel I ist aus Journal of Organometallic Chemistry 329, 1-29 (1987) bekannt. Es kann wie beispielsweise in Beispiel 1 beschrieben hergestellt werden, wobei es vorteilhafterweise nicht in situ hergestellt und eingesetzt, sondern in isolierter Form eingesetzt wird.

Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung, sollen jedoch keinerlei Einschränkung darstellen. Alle Temperaturen sind in Celsiusgraden angegeben.

Beispiel 1

In einem 1l-Kolben wurden 13,96 g (150,36 mmol) Oxalsäure und 2,62 g (37,59 mmol) Dibortrioxid [oder 8,4 ml (75,2 mmol) Trimethylborat oder 3,7 ml (25,1 mmol) Trimethoxyboroxin] in 450 ml Toluol suspendiert und 6 Stunden unter Rückfluss gerührt, wobei das anfallende Reaktionswasser mittels Wasserabscheider kontinuierlich abgetrennt wurde. Das kalte Reaktionsgemisch wurde anschliessend filtriert, und der feste Rückstand am Vakuum getrocknet, wobei Hydrogen-bis(oxalato)borat in 70%iger Ausbeute erhalten wurde.

Beispiel 2

In einem 500 ml-Sulfierkolben wurden 28,398 g (100 mmol) Benzoesäure-(4-hydroxy-2-methyl-naphthalen-1-yl)ester mit 127,4 mg (0,569 mmol) Hydrogen-bis(oxalato)borat in 170 ml Toluol vorgelegt. Das Reaktionsgemisch wurde auf 98° erwärmt und anschliessend innerhalb von 15 Sekunden mit 17,76 g (56,9 mmol) Isophytol versetzt .

Nach beendeter Zugabe wurde das Reaktionsgemisch noch 30 Minuten bei 98° gerührt. Die Ausbeute an Benzoesäure-[4-hydroxy-2-methyl-3-[(E)-3,7,11,15-tetramethyl-hexadec-2-enyl]-naphthalen-1-yl]ester beträgt 80% (berechnet auf Isophytol, direkte LC-Bestimmung aus dem Reaktionsgemisch anhand einer Eichkurve).

Beispiel 3

In einem 200 ml-Sulfierkolben wurden unter Rühren 35,240 g (200 mmol) (E)-1,1,4,4-Tetramethoxy-but-2-en und 1,343 g (6 mmol) Hydrogen-bis (oxalato)borat vorgelegt. Innerhalb von 4 Stunden gab man anschliessend tropfenweise bei Raumtemperatur 28,840 g (400 mmol) Methyl-propenylether zu und liess nach beendeter Zugabe noch 30 Minuten nachreagieren.

Die Reaktionslösung wurde danach mit 300 ml Wasser und 2 ml 15%-iger Salzsäure versetzt, und das entstandene Methanol abdestilliert. Innerhalb von 15 Minuten gab man 12 ml 15%-ige Natronlauge zu und liess noch 30 Minuten bei 80° nachrühren. Das erkaltete Reaktionsgemisch wurde dann filtriert und getrocknet, wobei 2,7-Dimethyl-2,4,6-(E,E,E)-octatrien-dial in 67%-iger Ausbeute (LC-Analyse) erhalten wurde.

Beispiel 4

In einem 100 ml-Sulfierkolben wurden 27,04 g (300 mmol) Acetaldehyd-dimethylacetal und 282 mg (1,26 mmol) Hydrogen-bis(oxalato)borat vorgelegt und dann 7,21 g (100 mmol) Methyl-propenylether innerhalb von 2 Stunden bei Raumtemperatur zugetropft. Nachdem man das Reaktionsgemisch eine Stunde auf 40° erwärmt hatte, liess man auf Raumtemperatur abkühlen, wobei man 1,1,3-Trimethoxy-2-methyl-butan erhielt; der Gehalt an 1,1,3-Trimethoxy-2-methyl-butan betrug nach GC-Analyse 70%.

Beispiel 5

In einem 100 ml-Sulfierkolben wurde ein Gemisch aus 5,0 g (14,3 mmol) 13-(2,6,6-Trimethyl-cyclohexen-1-yl)-2,7,11-trimethyl-trideca-2,6,8,10,12-pentaen-4-in-1-al, 3,1 ml (18,2 mmol) Orthoameisensäure-triethylester, 0,8 ml Ameisensäureethylester und 89,5 mg (0,4 mmol) Hydrogen-bis (oxalato)borat vorgelegt. Das Reaktionsgemisch wurde 1 Stunde bei 15° gerührt, anschliessend bei dieser Temperatur tropfenweise mit 1,9 ml (19,7 mmol) Ethyl-vinylether versetzt und nochmals 15 Minuten nachgerührt. Die Ausbeute an 13,15,15-Triethoxy-3,7,12-trimethyl-1-(2,6,6-trimethyl-cyclohex-1-enyl)-pentadeca-1,3,5,7,11-pentaen-9-in betrug 80%.

Beispiel 6

In einem 100 ml-Sulfierkolben wurde ein Gemisch von 43,00 g (100 mmol) Tocopherol, 11,40 g (110 mmol) Essigsäureanhydrid und 94 mg (0,5 mmol) Hydrogen-bis(oxalato)borat vorgelegt, und das Reaktionsgemisch eine Stunde unter ArgonAtmosphäre zum Rückfluss erhitzt. Nach dem Einengen am Rotationsverdampfer blieben 47,2 g rohes d,1-α-Tocopherolacetat zurück, das einen Gehalt von 87% aufwies; Ausbeute 92%.