Verfahren zur Herstellung von halogenierten und nitrierten aromatischen Nitrilen
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von halogenierten und nitrierten aromatischen Nitrilen der Formel C (CN)a(NO2) worin die sechs Kohlenstoffatome einen aromatischen Kern bilden, an den die Substituenten X, -CN und - NO, alle unmiftelbar gebunden sind, und in der a = 1, 2 oder 3; b = 1 oder 2; (6-a-b) = 2, 3 oder 4 und X Chlor oder Fluor bedeuten.
Die bevorzugten Verbindungen sind diejenigen, die vier Halogenatome (vorzugsweise vier Fluoratome), eine Nitrogruppe und eine Nitrilgruppe aufweisen, also die drei Verbindungen 2,3,4,5-, 2,3,5,6- und 2,3,4,6-Tetra- fiu ornitrobenzonitril. Die nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellten Verbindungen haben sich als nützlich im Rahmen einer bakteriostatischen und fungistatischen Wirkung erwiesen, wobei sich die o- und p Nitrotetrafluorbenzonitrile in dieser Hinsicht als besonders nützlich erwiesen haben. Diese Verbindungen haben sich gegen die Organismen a.niger , p.expansum .
c.albicans und < (t. mentagrophytes) > als besonders wirksam erwiesen. Eine weitere Eigenschaft dieser Verbindungen ist ihre Molusken vertilgende Wirkung, dank der sie bei der Herstellung von Mitteln zur Vertilgung von Schnecken nützlich sind. Z.B. ist 4-Nitrotetrafluorbenzonitril zur Vertilgung der Schnecke australorbis glabratus wirksam.
Abgesehen von diesen spezifischen Anwendungen sind diese Verbindungen auch als Zwischenprodukte bei der Herstellung halogenaromatischer und insbesondere fluora romatischer Verbindungen von allgemeinem Nutzen. Diese letzteren Verbindungen sind dank ihrem hohen Fluorgehalt als spezielle Lösungsmittel und Hitzeund Kernstrahlu ng gegenüber beständige Wärmeüber tragungsflüssigkeiten nützlich.
Das erfindungsgemässe Verfahren zur Herstellung der Verbindungen der genannten Formel ist nun dadurch gekennzeichnet, dass eine Verbindung der Formel C6X(6 a b)za(NH2)b worin a, b und X wie oben definiert sind, und Z ein Halogenatom beteutet, in beliebiger Reihenfolge mit A) einem die (NH2)-gruppen zu Nitrogruppen oxydie renden Mittel und B) einer Lösung eines Metallcyanids, das durch Reak tion mit Halogen eine Nitrilgruppe in das Molekül einführt, behandelt wird.
Obwohl die Stufen A und B in beliebiger Reihenfolge durchgeführt werden können, wird im allgemeinen die Stufe A zuerst vorgenommen.
Zur Oxydation der Aminogruppen in die Nitrogruppe kann z.B. Triflu orperoxyessigsäu re verwendet werden, die in Methylenchlorid gelöst ist.
Zur Einführung der Nitrilgruppe verwendet man z.B.
Kupfer T-cyanid oder Kaliumcyanid. Wird jedoch die Nitrilgruppe zuerst eingeführt, so ist darauf zu achten, dass diese durch die nachfolgende Behandlung mit dem Oxydationsmittel nicht angegriffen wird. Zur Einführung der Nitrilgruppe (oder -gruppan) dient im allgemeinen ein Halogenatom mit Ausnahme von Fluor als Angriffsstelle für das Cyanid. Wird aber z.B. Kaliumcyanid zur Einführung der Nitrilgruppe verwendet, so kann dies auch über ein Fluoratom erfolgen.
Beispiel 1:
4 -Nirrotetrafluorbenzonitril 0,76 Mol 2,3,5,6-Tetrafluoranilin in 250 ml Methylenchlorid werden langsam in eine Lösung von 2,37 Mol Trifluorperoxyessigsäure in 400 ml Methylenchlorid gegeben und 3 Stunden beim Rückfluss erhitzt. Dann werden 800 ml Wasser beigefügt, die untere organische Schicht wird abgetrennt, getrocknet und der Destillation unterworfen. Nach Verdampfen des Lösungsmittels wird der organische Rückstand fraktioniert destilliert, wobei man 2,3,5,6-Tetrafluornitrobenzol, Sdp = 89 bis 900 C bei 43 mm Hg in Form eines flüssigen Produkts erhält.
Die Ausbeute beträgt 75 %.
25 ml 65 /0ige rauchende Schwefelsäure werden langsam innerhalb einer Stunde in ein gerührtes Gemisch von 0,16 Mol Brom und 0,28 Mol 2,3,5,6-Tetrafluornitrobenzol gegeben. Nach 2-stündigem Erhitzen beim Rückfluss wird das Reaktionsgemisch auf Eis gegossen und die organische Schicht gewaschen, getrocknet und fraktioniert. Das isolierte 2,3,5,6-Tetrafluorbrom,nitrobenzol ist ein Feststoff, der einen niedrigen Schmelzpunkt hat und bei 99-100 C/20 mm Hg siedet. Die Ausbeute beträgt 65 "/0.
11,0 g 2,3,5,6-Brontetrafluornitrobenzol wird zwei Stunden in 50 ml siedendem Dimethylformamid mit 4,5 g Kupfer-I-cyanid gerührt. Nach Aufarbeitung und Abtrennung des Produkts erhält man 3,4 g einer Fraktion mit einem Siedepunkt von 70-74O C/4 mm Hg, die durch Infrarotanalyse als das gewünschte 4-Nitronitril identifiziert wird.
Beispiel 2: 2-Nitrotetrafluorbenzonitrit
Man vermischt 225 g 2,3,4,5-Tetrafluoranilin und 400 ml Eisessig, worauf 220 g Brom langsam beigefügt und das Gemisch 2 Stunden bis zum Siedepunkt erhitzt wird. Das gefällte 2-Brostetrafluoracetanillid wird abfiltriert und mit 800 ml 50'0/oiger Schwefelsäure hydrolysiert. Das durch Dampfdestillation isolierte freie Amin (273 g) wird destilliert, wobei man 247 g (78 %) 2-Bromtetrafluoranilin mit einem Siedepunkt von 60-640 C/0,3 mm Hg, F = 51,5-53 C, erhält.
Analyse für C6H2BrF4N
Berechnet: C, 29,6; H, 0,8; F, 31,1 /o
Gefunden: C, 29,5; H, 0,9; F, 31,2
Dieses Produkt wird hierauf zur Bildung von 2-Aminotetraflu orbenzonitril mit Cyankali umgesetzt.
9.5 g (0,05 Mol) des erhaltenen 2-Arninotetrafluor- benzonitrils in 25 ml Methylenchlorid werden in eine Lösung von 0,15 Mol Triiluorperoxyessigsäure in 50 ml Methylenchlorid gegeben. Das Reaktionsgemisch wird 12 Stunden bis zum Sieden erhitzt, worauf 100 ml Wasser beigefügt werden. Die organische Schicht wird abgetrennt gewaschen und destilliert und man erhält das entsprechende Nitronitril mit einem Siedepunkt von 75760 C/0,7 mm Hg.
Analyse für C-,F4N202
Berechnet: C, 38,2; F, 34,5 % Gefunden: C, 38,0; F, 34,3 Beispiel 3:
3-Nitrotetrafluorbenzonitril
In eine Lösung von 31 g (0,18 Mol) 2,3,4,6-Tetrafluoranilin in 80 ml Eisessig werden 33 g (0,41 g-Atom) Brom gegeben. Das Gemisch wird 3 Stunden bei Rückfluss erhitzt und dann abgekühlt und mit Methylenchlorid extrahiert. Nach Verdampfen des Lösungsmittels bleibt ein dunkler Rückstand zurück, der mit 100 ml 50 %iger Schwefelsäure hydrolysiert wird. Das Gemisch wird mit Äther extrahiert und der Extrakt eingedampft, filtriert und destilliert, wobei man 3-Bromtetrafluoranilin, Siedepunkt = 60-ó1 C/5 mm Hg, F = 38.400 C, erhält.
Dieses Produkt wird zur Bildung des gewünschten Produkts, wie in Beispiel 2 beschrieben, mit Cyankali umgesetzt und dann mit Trifluorperoxyessigsäure oxydiert.
Beispiel 4: 4-Nitrotetraflu orbenzonitril
Ein Gemisch von 50 g (0,2 Mol) Brompentafluorbenzol und 34 ml (0,880) Ammoniak wird 17 Stunden in einem zugeschmolzenen Glasrohr auf 180-1900 C erhitzt.
Das Reaktionsgemisch wird in Wasser gegossen und mit Methylenchlorid extrahiert. Der Extrakt wird abdestil- liert und der Rückstand unter Verwendung einer 30 cm langen Destifliersäule fraktioniert, wobei man 4-Bromtetrafluoranilin, Siedepunkt= 104-106 C/15mm Hg, F = 57-59o C, erhält.
Analyse für C,H2BrFN
Berechnet: C, 29,6 ; H, 0,8 ; F, 31,10/0
Gefunden: C, 29,5; H, 1,0; F, 30,9 %
Dieses Produkt wird zur Bildung des gewünschten Produkts, wie in Beispiel 2 beschrieben, mit Cyankali umgesetzt und dann mit Trifluorperoxyessigsäure oxydiert.
Beispiel 5: 2,3,4,6-Tetrafllor-6-nitrobenzoMitril
Durch Oxydation von 2-Bromtetraflu or-aminobenzol mit Triffuoressigsäurenanhydrid und 85 %igem Wasser stoffperoxyd in Methylenchlorid erhaltenes 2-Bromtetra fluomitrobenzol im Gewichte von 10,96 g (0,04 Mol) wird mit 4,48 g (0,05 Mol) Cuprocyamid in frisch destilliertem Dim!ethylformamid während 2 Stunden bei 1560 C gerührt. Die noch warme Lösung wird in eine wässrige Lösung, welche 20 g FeCl3 und 20 ml konz. HCl enthält gegossen, und dann während einer Stunde auf 800 C erhitzt.
Hierauf wird das gebildete Tetrafluornitrobenzo- nitril durch Dampfdestillation abgetrennt. Man erhält ein braungelbes Produkt, das bei 69-71 C schmilzt.
Nach Umkristallisation das Nitril bei 81-830 C.
Process for the production of halogenated and nitrated aromatic nitriles
The present invention relates to a process for the preparation of halogenated and nitrated aromatic nitriles of the formula C (CN) a (NO2) in which the six carbon atoms form an aromatic nucleus to which the substituents X, -CN and -NO are all bonded in an immovable manner are, and in which a = 1, 2 or 3; b = 1 or 2; (6-a-b) = 2, 3 or 4 and X is chlorine or fluorine.
The preferred compounds are those which have four halogen atoms (preferably four fluorine atoms), one nitro group and one nitrile group, i.e. the three compounds 2,3,4,5-, 2,3,5,6- and 2,3,4, 6-tetrafiuornitrobenzonitrile. The compounds prepared by the process according to the invention have proven useful in the context of a bacteriostatic and fungistatic effect, the o- and p-nitrotetrafluorobenzonitriles having proven particularly useful in this regard. These compounds have been used against the organisms a.niger, p.expansum.
c.albicans and <(t. mentagrophytes)> proved to be particularly effective. Another property of these compounds is their mollusc killing effect, thanks to which they are useful in the manufacture of snails killing agents. E.g. 4-Nitrotetrafluorobenzonitrile is effective in killing the snail australorbis glabratus.
Apart from these specific uses, these compounds are also of general use as intermediates in the preparation of halogen aromatic and, in particular, fluoro aromatic compounds. These latter compounds, thanks to their high fluorine content, are useful as special solvents and heat and nuclear radiation against resistant heat transfer liquids.
The process according to the invention for the preparation of the compounds of the formula mentioned is now characterized in that a compound of the formula C6X (6 ab) za (NH2) b wherein a, b and X are as defined above and Z denotes a halogen atom, in any order with A) an agent which oxidizes the (NH2) groups to form nitro groups and B) a solution of a metal cyanide which introduces a nitrile group into the molecule by reaction with halogen.
Although Steps A and B can be performed in any order, in general, Step A is performed first.
For the oxidation of the amino groups into the nitro group, e.g. Trifluorperoxyessigsäu can be used, which is dissolved in methylene chloride.
To introduce the nitrile group one uses e.g.
Copper T-cyanide or potassium cyanide. However, if the nitrile group is introduced first, care must be taken that it is not attacked by the subsequent treatment with the oxidizing agent. To introduce the nitrile group (or group), a halogen atom, with the exception of fluorine, is generally used as a point of attack for the cyanide. But if e.g. If potassium cyanide is used to introduce the nitrile group, this can also be done via a fluorine atom.
Example 1:
4 -Nirrotetrafluorobenzonitrile 0.76 mol of 2,3,5,6-tetrafluoroaniline in 250 ml of methylene chloride are slowly added to a solution of 2.37 mol of trifluoroperoxyacetic acid in 400 ml of methylene chloride and refluxed for 3 hours. Then 800 ml of water are added, the lower organic layer is separated off, dried and subjected to distillation. After evaporation of the solvent, the organic residue is fractionally distilled, 2,3,5,6-tetrafluoronitrobenzene, bp = 89 to 900 ° C. at 43 mm Hg being obtained in the form of a liquid product.
The yield is 75%.
25 ml of 65/0 fuming sulfuric acid are slowly added within one hour to a stirred mixture of 0.16 mol of bromine and 0.28 mol of 2,3,5,6-tetrafluoronitrobenzene. After refluxing for 2 hours, the reaction mixture is poured onto ice and the organic layer is washed, dried and fractionated. The isolated 2,3,5,6-tetrafluorobromine, nitrobenzene is a solid which has a low melting point and boils at 99-100 ° C./20 mm Hg. The yield is 65 "/ 0.
11.0 g of 2,3,5,6-brontetrafluoronitrobenzene are stirred for two hours in 50 ml of boiling dimethylformamide with 4.5 g of copper (I) cyanide. After working up and separating off the product, 3.4 g of a fraction with a boiling point of 70-740 ° C./4 mm Hg are obtained, which fraction is identified as the desired 4-nitronitrile by infrared analysis.
Example 2: 2-nitrotetrafluorobenzonitrite
225 g of 2,3,4,5-tetrafluoroaniline and 400 ml of glacial acetic acid are mixed, whereupon 220 g of bromine are slowly added and the mixture is heated to the boiling point for 2 hours. The precipitated 2-brostetrafluoroacetanillide is filtered off and hydrolyzed with 800 ml of 50% sulfuric acid. The free amine (273 g) isolated by steam distillation is distilled to give 247 g (78%) of 2-bromotetrafluoroaniline with a boiling point of 60-640 ° C./0.3 mm Hg, melting point 51.5-53 ° C.
Analysis for C6H2BrF4N
Calculated: C, 29.6; H, 0.8; F, 31.1 / o
Found: C, 29.5; H, 0.9; F, 31.2
This product is then reacted with potassium cyanide to form 2-aminotetrafluorobenzonitrile.
9.5 g (0.05 mol) of the 2-aminotetrafluorobenzonitrile obtained in 25 ml of methylene chloride are added to a solution of 0.15 mol of triiluoroperoxyacetic acid in 50 ml of methylene chloride. The reaction mixture is heated to boiling for 12 hours, after which 100 ml of water are added. The organic layer is separated, washed and distilled and the corresponding nitronitrile is obtained with a boiling point of 75760 ° C./0.7 mm Hg.
Analysis for C-, F4N202
Calculated: C, 38.2; F, 34.5% Found: C, 38.0; F, 34.3 Example 3:
3-nitrotetrafluorobenzonitrile
33 g (0.41 g-atom) of bromine are added to a solution of 31 g (0.18 mol) of 2,3,4,6-tetrafluoroaniline in 80 ml of glacial acetic acid. The mixture is refluxed for 3 hours and then cooled and extracted with methylene chloride. After the solvent has evaporated, a dark residue remains, which is hydrolyzed with 100 ml of 50% strength sulfuric acid. The mixture is extracted with ether and the extract is evaporated, filtered and distilled, whereby 3-bromotetrafluoroaniline, boiling point = 60-1 ° C / 5 mm Hg, F = 38,400 C, is obtained.
This product is reacted with potassium cyanide to form the desired product, as described in Example 2, and then oxidized with trifluoroperoxyacetic acid.
Example 4: 4-nitrotetrafluorobenzonitrile
A mixture of 50 g (0.2 mol) of bromopentafluorobenzene and 34 ml (0.880) of ammonia is heated to 180-1900 ° C. in a sealed glass tube for 17 hours.
The reaction mixture is poured into water and extracted with methylene chloride. The extract is distilled off and the residue is fractionated using a 30 cm long distillation column, 4-bromotetrafluoroaniline, boiling point = 104-106 ° C./15 mm Hg, melting point 57-59 ° C., being obtained.
Analysis for C, H2BrFN
Calculated: C, 29.6; H, 0.8; F, 31.10 / 0
Found: C, 29.5; H, 1.0; F, 30.9%
This product is reacted with potassium cyanide to form the desired product, as described in Example 2, and then oxidized with trifluoroperoxyacetic acid.
Example 5: 2,3,4,6-Tetraflloro-6-nitrobenzoMitrile
By oxidation of 2-bromotetrafluor-aminobenzene with triffuoroacetic anhydride and 85% hydrogen peroxide in methylene chloride obtained 2-bromotetrafluomitrobenzene in the weight of 10.96 g (0.04 mol) is 4.48 g (0.05 mol) of cuprocyamide Stirred in freshly distilled dimethylformamide for 2 hours at 1560.degree. The still warm solution is poured into an aqueous solution containing 20 g of FeCl3 and 20 ml of conc. Contains HCl poured, and then heated to 800 C for one hour.
The tetrafluoronitrobenzonitrile formed is then separated off by steam distillation. A brown-yellow product which melts at 69-71 ° C. is obtained.
After recrystallization the nitrile at 81-830 C.