182292. lajstromszámú szabadalom • Eljárás tiszta krizantémsavnak és izomerelegyeinek az előállítására
1 182292 A találmány tárgya eljárás tiszta krizantémsav — 2,2-dimetil-3-(2,2-dimetil-vinil)-ciklopropánsav — és krizantémsav-izomerek előállítására, a megfelelő alkil-észterek szelektív vagy teljes hidrolízisével. Ebben a leírásban az általános képletekben: R1 jelentése 1—4 szénatomos alkilcsoport; R2 jelentése 6—20 szénatomos alkilcsoport; M jelentése alkálifém-, előnyösen nátrium- vagy káliumatom; n jelentése 5—25-ig valamilyen egész szám, és X jelentése halogénatom. A melegvérüekre nem toxikus piretroidok mind a közegészségügyi, mind az állategészségügyi és mezőgazdasági rovarirtás igen hatásos anyagai. Felhasználásuk egyre nő, ezért gazdaságos szintézisük fontos érdek. Bizonyos piretroidokat (cinerin, alletrin, tetrametrin) a krizantémsavból észterezéssel kiindulva szintetizálnak. A krizantémsavat alkil-krizantemátból ezen észter hidrolízise útján kapják. Az alkil-krizantemát előállítására használatos szokásos szintézis módszerekkel az alkil-krizantemát cisz- és transz izomerjeinek elegyei állíthatók elő. A cisz és a transz krizantémsavból később észterezéssel szintetizált hatóanyagok inszekticid hatása eltérő lehet, ezért adott esetben a két izomert el kell választani, a szintézis valamelyik lépésénél. A krizantémsav-észterek hidrolízisét általában szerves oldószerben, főleg alkoholos oldatban alkáli-hidroxidokkal végzik. A hidrolízis elegyből az oldószert, vagy annak egy részét ledesztillálják, az oldat kémhatását savasra állítják, és a kivált szerves savat fajsúlykülönbség alapján vagy vízzel nem elegyedő szerves oldószerben oldva elválasztják. Az eljárás üzemszerű alkalmazása számos technikai problémát okoz. Ilyen a tűzveszély, a nagy reaktortérfogat, az idő- és energiaigényes desztillálás. A termék oldószermaradékot tartalmazhat, amelynek az eltávolítása külön műveletet kíván. A módszer nem alkalmas a cisz és transz izomerek kellő szelektivitású elválasztására, mivel részleges hidrolízis esetén homogén közegben mind a hidrolizált sav, mind a nem hidrolizált észter egyaránt tartalmazza mindkét izomert. Ismert módszer az izomerek szétválasztására a szabad savak oldószeres kristályosítása. [J. Chem. Soc. 283. (1945).] Ennek hatásfoka is mérsékelt, és bonyolultsága miatt technikai méretben éppen úgy nem alkalmazható, mint az észter laktonná alakítása és Lewis-sawal való megbontása (159 209 sz. magyar szabadalmi leírás). A transz krizantémsav kinyerésére vonatkozó ismert eljárás során (1444456 sz. EK-beli szabadalmi leírás) alkil-krizantemát cisz-transz izomerelegyéből indulnak ki. A módszer azon alapul, hogy a transz izomer észterek hidrolízissebessége nagyobb, mint a cisz izomereké, így részleges hidrolízisük esetén a hidrolizált sav a transz izomert dúsítva tartalmazza. A hidrolízist alkoholos vagy vizes közegben végezték, a transz izomer észterrel egyenértékű vagy annál kevesebb alkálifém-hidroxiddal. A módszer nem adott lehetőséget arra, hogy a visszamaradó, nem hidrolizált észterben jelentősen feldúsuljon a cisz izomer. A közölt példák szerint a hidrolizált savban sem dúsult kielégítő mértékben a transz izomer. Az egyik példa szerint alkohol oldószer alkalmazása nélkül a cisz : transz 35,2:64,8 izomerarányú etil-krizantemátból 19,5 : 80,5 izomerarányú krizantémsavat nyertek ki. Ugyanakkor a nem hidrolizált észterben az izomerarány mindössze 55,4: 44,6 értékre változott. Egy másik példában, ugyancsak alkohol alkalmazása nélkül 9,9: 90,1 izomerarányú észterből 3 : 97 izomerarányú savat nyertek ki, de a nem hidrolizált észter 25,6 : 74,4 izomerarányú lett, vagyis szintén túlnyomóan transz izomert tartalmazott. Ez az ismert eljárás tehát nem volt elég szelektív. Ezen túlmenően nem tette lehetővé a cisz izomerek viszonylag tiszta kinyerését (ezt nem is igényelte). Emiatt alkalmazási köre korlátozott volt. Feladatunk ezért olyan egyszerű, üzemszerűen is alkalmazható eljárás kidolgozása volt, amely kiküszöböli az oldószerben végzett hidrolízis ismert hátrányait, és adott esetben alkalmas mind a cisz, mind a transz izomerek jó hatásfokú elválasztására. Találmányunk tárgya eljárás tiszta krizantémsav — 2,2- -dimetil-3-(2,2-dimetil-vinil)-ciklopropánkarbonsav — előállítására, valamint alkil-krizantemátok cisz és transz izomerjeit tartalmazó elegyek szelektív hidrolízisére az izomerek szétválasztása céljából C,—C4-alkil-krizantemátok alkáli-hidroxidos hidrolízisével, víz jelenlétében, 20—120 C°-on a) teljes hidrolízis céljából az alkil-krizantemáttal ekvivalens alkáli-hidroxid 105—120 mól% mennyiségével reagáltatva, vagy b) az izomerarány megváltoztatására az alkil-krizantemátban lévő transz izomerrel ekvivalens alkáli-hidroxid 80—100 mól% mennyiségével reagáltatva, és a nem reagált, cisz izomert is tartalmazó észtert vízzel nem elegyedő oldószerrel elválasztva, majd a vizes fázis kémhatását savanyúra állítva a krizantémsav felszabadításával oly módon, hogy az észter hidrolízisét szerves oldószer nélkül 2—50 s%-os vizes alkáli-hidroxid oldattal egy vagy több olyan 0,01—5,0 s% katalizátor jelenlétében végezzük el, amelynek (10, (III). (TV), (V) és (VO általános képletében R1 jelentése 1—4 szénatomos alkilcsoport; R2 jelentése 6—20 szénatomos alkilcsoport; M jelentése alkálifém-, előnyösen nátrium-, vagy káliumatom; n jelentése 5—25-ig terjedő egész szám; és X jelentése halogénatom, és b) esetben az alkil-krizantemát cisz-izomerben feldúsult izomerelegyét választjuk el. Találmányunk alapja az a felismerés, hogy az alkil-krizantemátok szerves oldószer alkalmazása nélkül, heterogén fázisban jelenlévő vizes alkálifém-hidroxid oldattal teljes mértékben hidrolizálhatók, ha a közegben kis mennyiségű katalizátor is jelen van. Katalizátor jelenléte nélkül ilyen körülmények között a hidrolízis csak részben játszódik le. Megállapítottuk, hogy katalizátorok alkalmazása mind a cisz, mind a transz izomer észterek hidrolízisét jelentősen gyorsítja, de a transz izomer esetében nagyobb mértékben, mint a cisz izomernél. így a két izomer hidrolízissebességének aránya megnövekszik, ami lehetővé teszi a jó szelektivitású lépcsőzetes hidrolízisüket, és alkalmas a teljes hidrolízis elősegítésére is. Találmányunk értelmében katalizátornak bizonyos felületaktív anyagokat alkalmazhatunk. Hangsúlyoznunk kell azonban, hogy nem alkalmas e célra bármilyen emulgeátor. Nagy hidrolizis-sebességet és tiszta terméket a (II)—(VT) általános képletű vegyületek alkalmazásával lehet elérni. A hidrolízist katalizálják ugyan a Ce—C18-karbonsavak alkálisói és a C12—C20-aminok is, de a kinyert sav és — szelektív hidrolízis esetén — az észter tisztasága nem kielégítő. Más típusú emulgátorok (pl. zsiralkohol-szulfátok alkálisói, monogliceridek, Tween és Span emulgátorok) az észter hidrolízist mérsékelten gyorsítják, és a termékek tisztasága sem kielégítő. Találmányunk megvalósítása során a hidrolízishez alkáli-hidroxidok 2—50 s%-os (előnyösen 4—30 s%-os) vizes oldatát célszerű alkalmaznunk 20—120 C°, előnyösen 50—100 C° hőmérsékleten. ? 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 3
