Verfahren zur Herstellung von Chlorpyridinen und ihren alkylsubstitulerten Homologen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstel lung von Chlorpyridinen und alkylsubstituierten Chlorpyridinen durch Chlorierung der entsprechen den N-Oxyde.
Es ist bekannt, dass man das verhältnismässig schwer herzustellende 4-Chlor-pyridin neben 2-Chlor-pyridin durch Umsetzung von Pyridin-N- oxyd mit Sulfurylchlorid erhalten kann. Es ist auch schon bekannt, 4-Chlor-2-alkyl-pyridine auf diese Weise herzustellen. Das Verfahren besitzt aber den Nachteil, dass man dabei das Sulfurylchlorid in einem Überschuss von mindestens dem Dreifachen der berechneten Menge verwenden muss, um die Reaktion beherrschen zu können. Das nicht umge setzte Sulfurylchlorid muss dann nach der Reaktion durch Destillation unter vermindertem Druck wieder entfernt werden.
Weiterhin muss das Sulfurylchlorid in einem gesonderten Prozess erst hergestellt werden, und schliesslich ist die Handhabung dieser an der Luft zersetzlichen, aggressiven Flüssigkeit in techni schem Massstab schwierig.
Es wurde nun gefunden, dass alle geschilderten Nachteile vermieden und in einfacherer Weise Chlor- pyridine und ihre alkylsubstituierten Homologen er halten werden, wenn man in die entsprechenden Pyridin-N-oxyde bei einer Temperatur zwischen 30 und 45 C in Gegenwart eines gegenüber den Reak tionspartnern inerten Verdünnungsmittels ein aus Schwefeldioxyd und Chlor bestehendes Gasgemisch einleitet.
Vorzugsweise verwendet man ein Gemisch, in dem das Chlor und das Schwefeldioxyd in einem. Volumenverhältnis von 1 : 1 vorliegen. Ein über schuss von Schwefeldioxyd beeinflusst die Reaktion nicht nachteilig, jedoch muss die überschüssige Menge anschliessend aus dem Reaktionsgemisch wie- der entfernt werden, während ein Chlorüberschuss zu Nebenreaktionen führen kann.
Zweckmässig wird 1 Mol Pyridin-N-oxyd mit je 1 Mol Chlor und Schwefeldioxyd zur Reaktion ge bracht. In diesem Falle wird praktisch das gesamte eingeleitete Gas umgesetzt.
Da die Reaktion stark exotherm verläuft, ist zur Vermeidung explosionsartiger Zersetzungen der Zu satz eines Verdünnungsmittels unbedingtes Erforder nis. Als Verdünnungsmittel verwendet man vorteil haft niedrigsiedende Chlorkohlenwasserstoffe, wie Methylenchlorid, Chloroform u. dgl. Um das Sieden des Verdünnungsmittels in Grenzen zu halten, ist, insbesondere bei grösseren Ansätzen, eine zusätzliche Kühlung des Reaktionsgemisches zweckmässig.
Der nach der Gasbehandlung und Abtrennung des Verdünnungsmittels verbleibende Rückstand wird am besten mit Wasser versetzt, das entstandene Gemisch alkalisch gemacht und das Chlorpyridin mit Wasserdampf abdestilliert oder mit einem Lösungs mittel extrahiert. Das so erhaltene Produkt besitzt einen solchen Reinheitsgrad, dass es im allgemeinen ohne weitere Reinigungsoperationen zu Folgepro dukten weiterverarbeitet werden kann.
Beispiel <I>1</I> <I>2- und</I> 4-Clzlorpyridin in einem 2 Liter fassenden Rundkolben, der mit Rührer, Rückflusskühler, Thermometer und Gasein- leitungsrohr versehen ist, wurden 105 g Pyridin-N- oxyd-iu 200 ml Chloroform gelöst und in die Lösung bei einer Temperatur von 20 C 501 eines Gasgemi sches, bestehend aus 251 Cl. und 251 S02, eingelei tet. Nachdem die Temperatur des Reaktionsgemi sches auf 40 C angestiegen war, wurde durch. Aus senkühlung dafür gesorgt, dass eine weitere Steige- rang nicht eintrat.
Nach Einleiten von 54 Litern des Gasgemisches liess man noch 15 Min. nachreagieren. Das Lösungsmittel wurde im Vakuum abdestilliert, der Rückstand mit 200 ml kaltem Wasser versetzt, mit 50o/oiger wässeriger Natronlauge alkalisch ge macht und das entstandene Gemisch von 2- und 4-Chlorpyridin mit Wasserdampf übergetrieben. Die Chlorpyridine setzten sich als spezifisch schwerere, wasserunlösliche Schicht am Boden der Vorlage ab und wurden im Scheidetrichter vom Wasser abge trennt.
Es wurden 19,5 g 4-Chlor-pyridin, Kp"=45 bis 47 C, und 8,2 g 2-Chlor-pyridin, Kp" = 55 bis 60 C, erhalten, was 22 % der Theorie, bezogen auf das eingesetzte Pyridin-N-oxyd entspricht.
Der Schmelzpunkt des 4-Chlor-pyridin-Pikrats betrug 138 bis 140 C, der des 2-Chlor-pyridin-Pi- krats 132 bis 134 C. <I>Beispiel 2</I> 4-Clzlor-3-methylpyridin In einem Reaktionskolben gemäss Beispiel l wur den 109 g 3-Methyl-pyridin-N-oxyd in 100 ml Chlo roform gelöst.
Bei einer Temperatur von 20 C wur den innerhalb 1 Stunde 50 Liter eines Gasgemisches, bestehend aus 25 Litern C12 und 25 Liter S02, ein geleitet. Nachdem die Temperatur auf 40 C ange stiegen war, wurde durch Aussenkühlung dafür ge sorgt, dass eine weitere Steigerung nicht eintrat. An- schliessend liess man das Gemisch 15 Minuten nach reagieren, versetzte dann den Rückstand mit kaltem Wasser und setzte soviel feste Soda zu, bis eine alka lische Reaktion erreicht war.
Das ausgeschiedene 4-Chlor-3-methyl-pyridin wurde mittels Wasser dampfdestillation aus der Salzlösung entfernt und im Scheidetrichter von der wässerigen Schicht des Destillats abgetrennt. Anschliessend wurde das feuchte 4-Chlor-3-methyl-pyridin unter verminder tem Druck destilliert.
Es wurden 55,3 g 4-Chlor-3-methyl-pyridin vom Kp" = 76 bis 78 C erhalten, was 43,5 % der Theorie, bezogen auf das eingesetzte 3-Methyl-pyri- din-N-oxyd, entspricht.
Der Schmelzpunkt des Pikrats betrug 150 bis 151 C.
<I>Beispiel 3</I> 2-Chlor-4-tnethyl-pyriditz In einem Reaktionskolben gemäss Beispiel 2 wur den 109 g 4-Methyl-pyridin-N-oxyd in 150 ml Me- thylenchlorid gelöst. Bei einer Temperatur von 20 C wurden innerhalb einer Stunde 50 Liter eines Gasge misches, bestehend aus 25 Liter Cl. und 25 Liter S02, eingeleitet.
Die Temperatur stieg schnell auf den Siedepunkt des Methylenchlorids an. Anschlies- send liess man noch 1/4 Stunde nachreagieren und entfernte dann das Verdünnungsmittel durch Destil lation unter vermindertem Druck. Der vom Verdün nungsmittel befreite Rückstand wurde mit kaltem Wasser versetzt und die wässerige Lösung durch Zu gabe fester Soda alkalisch gemacht.
Das sich dabei abscheidende 2-Chlor-4-methyl-pyridin wurde mittels Wasserdampfdestillation aus der Salzlösung entfernt und im Scheidetrichter von der wässerigen Schicht des Destillats abgetrennt. Anschliessend wurde das feuchte 2-Chlor-4-methyl-pyridin unter verminder tem Druck destilliert.
Es wurden 32 g 2-Chlor-4-methyl-pyridin vom Kpl,=84 bis 85 C erhalten, was 25 % der Theo- rie, bezogen auf das eingesetzte 4-Methyl-pyridin- N-oxyd, entspricht.
Der Schmelzpunkt des Pikrats betrug<B>113'</B> bis 115 C.
<I>Beispiel 4</I> 4-Chlor-2-methyl-pyridin In einem Reaktionskolben gemäss Beispiel 1 wurden 500 g 2-Methyl-pyridin-N-oxyd in 500 ml Methylenchlorid gelöst. In die Lösung wurde wäh rend 5 Stunden ein Gasgemisch aus CL, und S02 im Vol.-Verhältnis 1 :1 mit einer Gasgeschwindigkeit von 50 Liter pro Stunde eingeleitet. Im Verlauf der Reaktion erhitzte sich das Reaktionsgemisch auf den Siedepunkt des Methylenchlorids. Da die Temperatur heftig anstieg, wurde der Kolben von aussen mit Was ser gekühlt.
Nach beendeter Einleitung des Gasgemi sches liess man noch 1/2 Stunde nachreagieren und entfernte anschliessend das Verdünnungsmittel durch Vakuumdestillation. Der Rückstand wurde mit kal tem Wasser versetzt und mit 50o/oiger Natriumhydr- oxydlösung alkalisch gemacht. Das freigewordene 4-Chlor-2-methyl-pyridin wurde mit Äther extrahiert und nach Entfernung des Äthers zur weiteren Reini gung einer Vakuumdestillation unterworfen.
Es wurden 260 g 4-Chlor-2-methyl-pyridin vom Kp"=54 bis 56 C als farbloses Öl erhalten, was 45 % der Theorie, bezogen auf das eingesetzte 2 =Methyl-pyridin-N-oxyd, entspricht.
Der Schmelzpunkt des Pikrats betrug 162 bis <B>1630</B> C.
<I>Beispiel S</I> 4-Chlor 2-äthyl-pyridin In einem 60 Liter fassenden Reaktionsgefäss aus Jenaer Glas, das mit Rührer, Thermometer, Rück- flusskühler und Gaseinleitungsrohr versehen ist, wur den bei einer Temperatur von 20 C 8 kg 2 Äthyl- pyridin-N-oxyd in 12 Liter Methylenchlorid gelöst.
In diese Lösung wurde 8 Stunden lang ein Gasge misch, bestehend aus C12 und S02 im Vol.-Verhält- nis 1 : 1 mit einer Geschwindigkeit von 4001/h ein geleitet. Das Reaktionsgemisch erwärmte sich im Laufe des Einleitens bis auf den Siedepunkt des Me- thylenchlorids. Nach beendeter Einleitung des Gasge misches liess man etwa 1/2 Stunde nachreagieren, worauf das Methylenchlorid abdestilliert wurde.
Der teils ölige, teils kristalline Rückstand wurde mit kal tem Wasser versetzt und anschliessend mit 30o/oiger Kalilauge alkalisch gemacht. Aus dem so erhaltenen Reaktionsgemisch wurde das gebildete 4-Chlor-2- äthyl-pyridin mit Wasserdampf überdestilliert. Das sich am Boden der Vorlage absetzende Öl wurde vom Wasser getrennt und einer Vakuumdestillation unter worfen.
Es wurden 4,55 kg 4-Chlor-2-äthyl-pyridin vom Kpl,=75 bis 77 C erhalten, was 49 % der Theo rie, bezogen auf das eingesetzte 2-Äthyl-pyridin-N- oxyd, entspricht.
Der Schmelzpunkt des Pikrats betrug 117 bis 119 C.
Aus dem Rückstand der Wasserdampfdestillation wurden durch Eindampfen und Extraktion mit Me- thylenehlorid 2,8 kg=35 % des eingesetzten Pyridin- N-oxyds zurückgewonnen.