CH619206A5 - - Google Patents
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Description
Die vorliegende Erfindimg betrifft ein neues und chemisch eigenartiges Verfahren zur Herstellung des 2-Nitrobenzyl-idenchlorides sowie ein Verfahren zur Herstellung von 2-Ni-trobenzaldehydes ausgehend von 2-Nitrobenzylidenchlorid. 25 Auch dabei handelt es sich um ein neues, chemisch eigenartiges Verfahren. Der 2-Nitrobenzaldehyd ist bekannt, und er wird insbesondere als Zwischenprodukt zur Herstellung von pharmazeutisch wirksamen 4-Nitrophenyl-l,4-dihydropyri-din-derivaten verwendet.
30 2-Nitrobenzaldehyd war bisher äusserst schwer zugänglich, da die meisten klassischen Verfahren der Aldehydsynthese in diesem Fall versagen. So berichtet H. Cassebaum, (J. pr. Chem. [4], 29, (1965), [1]): «Obgleich 2-Nitrobenzaldehyd schon mehr als 80 Jahre bekannt ist und zeitweilig zur Erzeu-35 gung von Indigosalz T sogar technisch hergestellt wurde, fehlt auch heute noch in der Literatur eine vorteilhafte Herstellung dieser oft benötigten Substanz». In L. F. und M. Fieser, Organische Chemie, 2. Auflage, Verlag Chemie (1968), Seite 1004 (2), wird 2-Nitrobenzaldehyd als «ein für Synthesen sehr nütz-40 liches Ausgangsprodukt, das nach den meisten Verfahren schwer zugänglich ist», bezeichnet.
Die in Organic Syntheses Coli. Vol. III, Seite 641, (3) empfohlene Chromsäureoxidation von 2-Nitrotoluol in Acet-anhydrid liefert sehr geringe Ausbeuten
CrO„ (C%C0)20>
w 3
0C OCH,
(23-24%)
55
(74%)
Gesamtausbeute 17%
und hat die Nachteile grosser Reaktionsvolumina und teerig schmieriger Nebenprodukte, die schlecht abgetrennt werden können.
«Viele Methoden zur Herstellung von 2-Nitrobenzaldehyd benutzen 2-Nitrobenzylchlorid oder 2-Nitrobenzylbromid als Ausgangsmaterial, aber gerade diese sind schwierig zu erhalten» (Lit. [1 ]). In der Literatur findet man keine brauchbare Vorschrift, nach deren Angaben befriedigend gearbeitet werden kann. So reagiert 2-Nitrotoluol mit Chlor in Gegenwart von Jod lediglich in für ultraviolettes Licht durchlässigen Glas-gefässen mit nur 15% Ausbeute zu 2-Nitrobenzylchlorid.
Das zur Herstellung des 2-Nitrobenzaldehyds noch wesentlich geeignetere 2-Nitrobenzylidenchlorid ist durch direkte Chlorierung von 2-Nitrotoliiol überhaupt nicht zugänglich, sondern ist bisher nur aus dem Aldehyd selbst mit Phosphor-60 pentachlorid hergestellt worden (Kliegl, Ber. dtsch. Ges. 40, 4939 (1907), [4]).
2-Nitrotoluol kann mit Brom in Form von Radikalen (Brom im UV-Licht oder N-Bromsuccinimid) mit 45—60% Ausbeute zu 2-Nitrobenzylbromid umgesetzt werden (H. Cas-65 sebaum, Z. Chem. 1969, 340 [5] und Organic Syntheses Vol. 46, 81 (1966) [6]). Diese Methoden sind aber technisch nur schlecht auszunutzen. Eine Dihalogenierung wurde auch unter diesen drastischen Bedingungen nicht beobachtet.
3
619 206
2-Nitrobenzylidenbromid ist durch Reaktion von 2-Nitro- 2-Nitrobenzylbromid kann über eine Kröhnke-Reaktion in
Phenylbrenztraubensäure mit Natriumhypobromitlösung mit 2-Nitrobenzaldehyd übergeführt werden, wobei allerding das 33 % Ausbeute erhalten worden (A. Reissert, Ber. dtsch. chem. teure N-Bromsuccinimid eingesetzt werden muss und das can-
Ges. 30,1030 (1897) [7]). Diese Methode hat neben der cerogene 4-Nitrosodimethylanilin Verwendung findet (6). geringen Ausbeute (die bei einer Überprüfung durch die An- 5 Ausserdem hat dieses Kröhnke-Verfahren viele Reaktionsstu-
melderin noch deutlich unterschritten wurde) den Nachteil fen, wie das folgende Schema zeigt:
eines grossen Reaktionsvolumens.
NO-,
0-chj
(^)-N(CH3)2 NaN02> HC1 > 0N-£^-N(CH3)2 • HCl
.n0o
M)~ w' 2
I,-Brom- f"Oft.PyritUn C/-ch2I2)
succinimid ^ > Br ©
n°2
0-CH2-N2> + ON-<2HI(CH3)2.HCI
Br ©
Na OH
NO ©
/ nP! /—v
©
i
&
(Ho0)
2
cho
Literaturbekannt ist auch die Seitenkettennitrierung von 2-Nitrotoluol und anschliessende Oxidation des 2-Nitrophenylni-tromethans mit Kaliumpermanganat (1).
Aus 1000 g 2-Nitrotoluol lassen sich jedoch nach diesem Verfahren nur 134 g (= 10% der Theorie) 2-Nitrophenylnitrome-than gewinnen, so dass auch diese Reaktion technisch uninteressant ist.
Eine weitere Methode (J. Chem. Soc. [ London ] 1950, 204 [8]) beinhaltet die Nitrierung von Zimtsäureäthylester, wobei ein nur schwierig trennbares Isomerengemisch von 2- und 4-Nitrozimtsäureäthylester anfällt. Nach einer Verseifung zur Ni-65 trozimtsäure und nach einer Isomerentrennung führt dann eine Kaliumpermanganat-Oxidation zum Aldehyd, wie aus dem folgenden Formelschema ersichtlich:
619 206
4
(^>-CH=CH-
cooc2h5
hno,
NO,
V/^>-CH=C
(Isomerengemisch)
=chcooc2h5
no2
\^-ch=ch-cooc2h5
KMnO,
no,
ch=chcooh o
cho
Neben der aufwendigen Isomerentrennung und der damit implizierten geringen Ausbeute steht noch das grosse Reaktionsvolumen einer Anwendung dieser 2-Nitrobenzaldehyd-Syn-these entgegen.
Als Stand der Technik kann ferner die Umsetzung von 2-Nitrotoluol mit Diestern der Oxalsäure unter Alkoholatkata-
lyse zu 2-Nitrophenylbrenztraubensäureestern angesehen werden (6, 8). Deren Enolatsalze werden mit Wasser zu den Alkalisalzen der 2-Nitrophenylbrenztraubensäure hydrolysiert, aus 20 denen dann mit Mineralsäuren die freie 2-Nitrophenylbrenz-traubensäure gewonnen werden kann.
no2
+ (coor)2
1.. NaOÄ 2. H20
N°2
CHoCOCOONa ». (' ^VCHoC0C00H
Wie man aus den vorher gegebenen Erläuterungen sieht, waren alle bisher beschrittenen Wege zur Herstellung des 2-Nitrobenzaldehydes nicht befriedigend, insbesondere wegen der schlechten Ausbeuten, zum Teil auch wegen der benötigten teuren Ausgangsmaterialien oder auftretenden gefährlichen Zwischenprodukte. Ziel der vorliegenden Erfindung war es daher ein neues, einfaches Verfahren zu entwickeln das zu einem Ausgangsmaterial führt, welches ohne weitere Schwierigkeiten in den 2-Nitrobenzaldehyd umgewandelt werden kann.
Überraschenderweise hat es sich gezeigt, dass auf einem neuen Weg in einfacher Weise das 2-Nitrobenzylidenchlorid der Formel V
n02
hci2 (v)
hergestellt werden kann. Dieses so erhaltene 2-Nitrobenzylidenchlorid der Formel V kann dann in Anwesenheit von Wasser in einfacher Weise zu dem gewünschten 2-Nitrobenzalde-hyd der Formel I hydrolysiert werden.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher ein Verfahren zur Herstellung des 2-Nitrobenzylidenchlorides der Formel V
no2
(v)
hc12
das dadurch gekennzeichnet ist, dass man ein Alkalisalz der 2-Nitrophenylbrenztraubensäure der Formel IV
mit wässriger Alkalihypochloritlösung umsetzt.
Gemäss einer speziellen Ausführungsart des erfindungsge-4J mässen Verfahrens wird das gebildete 2-Nitrobenzylidenchlorid der Formel V aus der wässrigen Phase in ein mit Wasser nicht mischbares Lösungsmittel extrahiert, und das gewünschte Endprodukt wird dann durch Abdestillieren des Lösungsmittels gewonnen. Dabei ist es möglich, das mit Wasser nicht 50 mischbare organische Lösungsmittel entweder nach der Umsetzung zuzugeben oder die Umsetzung mit der wässrigen Alkalihypochloritlösung direkt in Anwesenheit des mit Wasser nicht mischbaren Lösungsmittels als zweite Phase durchzuführen. Als,mit Wasser nicht mischbares Lösungsmittel ist bei-55 spielsweise Toluol verwendbar.
Wenn man die Umsetzung in Anwesenheit des mit Wasser nicht mischbaren Lösungsmittels durchführt, dann kann dieses kontinuierlich abgezogen werden, so dass eine kontinuierliche Herstellung des 2-Nitrobenzylidenchlorides erreicht wird. Das 60 zur Herstellung des 2-Nitrobenzylidenchlorides als Ausgangsmaterial benötigte Alkalimetallsalz der 2-Nitrophenylbrenztraubensäure der Formel IV kann hergestellt werden, indem man das 2-Nitrotoluol der Formel II
« no2
0-CH3 (Ii)
5
619 206
mit einem Oxalsäuredialkylester oder -diaralkylester der Formel III
(COOR)2 (III)
umsetzt, und den erhaltenen Ester zu dem Alkalimetallsalz der 2-Nitrophenylbrenztraubensäure der Formel IV
no2
^^-ch2c0c00h (iv)
verseift.
Des weiteren betrifft die Erfindung die Herstellung von 2-Nitrobenzaldehyd der Formel I
n°2
<^-CH0 (I)
ausgehend vom erfindungsgemäss erhaltenen 2-Nitrobenzylidenchlorid, wobei man das 2-Nitrobenzylidenchlorid in Anwesenheit von Wasser bei einer Temperatur von 20° C bis 150° C hydrolysiert.
Bei dieser Herstellung des 2-Nitrobenzaldehydes kann die Hydrolyse des 2-Nitrobenzylidenchlorides beispielsweise mit wasserhaltiger Schwefelsäure durchgeführt werden.
Es ist als ausgesprochen überraschend zu bezeichnen, dass der 2-Nitrobenzaldehyd nach der neuartigen Verfahrensweise, ausgehend vom Alkalimetallsalz der 2-Nitrophenylbrenztraubensäure der Formel IV über das 2-Nitrobenzylidenchlorid der Formel V und dessen Hydrolyse, unter Bildung des 2-Nitro-benzyldehydes der Formel I, in so guten Ausbeuten hergestellt werden kann und man den 2-Nitrobenzaldehyd dabei in so hoher Reinheit erhalten kann. Nach dem Stand der Technik mus-ste man nämlich erwarten, dass die Überführung des 2-Nitro-toluoles über die 2-Nitrophenylbrenztraubensäure in das 2-Nitrobenzylidenchlorid kaum möglich oder höchstens mit sehr schlechten Ausbeuten möglich sein sollte.
Ebenso ist es ausgesprochen überraschend, dass bei der Umsetzung eines Alkalimetallsalzes der 2-Nitrophenylbrenz-traubensäure der Formel IV mit einer Alkalimetallhypochloritlösung, beispielsweise einer Natriumhypochloritlösung, das 2-Nitrobenzylidenchlorid in so hohen Ausbeuten erhalten wurde, da Reissert, (Ber. dtsch. Chem. Ges. 30,1030 [1897]) bei der Reaktion von 2-Nitrophenylbrenztraubensäure mit dem chemisch äquivalenten Chlorkalk nur einen Feststoff vom Fp. 160° C isolieren konnte dem er die Struktur eines Dinitro-dibenzyldiketons (A) zuschrieb. 40 Jahre später konnte die Struktur dieser Verbindung, bei der es sich um Dinitrodesoxy-benzoin (B) handelte, aufgeklärt werden (vgl. P. Ruggii, A. Dinger, Helv. Chim. Acta 22, 908 [1939]).
no
' a-ch-c0c0ch.
•ch.
(a) (b)
Die Bildung von (B) wird bei der erfindungsgemässen Umsetzung nicht beobachtet.
Die erfindungsgemässen Verfahren weisen eine Reihe von Vorteilen auf. So sind die als Ausgangsprodukte verwendeten Verbindungen bequem und in ausreichender Menge zugänglich. Das Endprodukt 2-Nitrobenzaldehyd fällt bei der Hydrolyse in hoher Ausbeute und grosser Reinheit an. Die Zwischenprodukte der Reaktion (IV und V) können, ohne isoliert zu werden, weiter umgesetzt werden, so dass das Verfahren technisch leicht durchführbar ist. 60% des eingesetzten Oxalsäurediesters fallen bei der Hypochloritreaktionsstufe (IV —» V) wieder in Form von Dialkalioxalat an, das ohne Schwierigkeit in den Ester rückverwandelt werden kann.
Die erfindungsgemäss verwendbaren Ausgangsprodukte sind bekannt oder können nach bekannten Methoden hergestellt werden.
Die verwendeten Alkalimetallsalze sind vorzugsweise Lithium-, Natrium- oder Kaliumsalze, wobei Natrium- oder Kaliumsalze speziell bevorzugt sind.
Die Reaktion mit der wässrigen Alkalihypochloritlösung (Teilschritt [IV —» V]) kann in wässriger Lösung durchgeführt werden, und das 2-Nitrobenzylidenchlorid (V) kann durch Extraktion mit einem mit Wasser nicht mischbaren Lösungsmittel gewonnen werden. Vorzugsweise arbeitet man aber direkt in einem Zweiphasensystem (z. B. Toluol/Wasser) und erhält das 2-Nitrobenzylidenchlorid durch Abtrennen der organischen Phase und deren destillative Aufarbeitung.
Die Hydrolyse des 2-Nitrobenzylidenchlorids kann auch in alkalischem Medium erfolgen, vorzugsweise wird jeoch sauer hydrolysiert. Als Säuren können wässrige organische und anorganische Säure Verwendung finden, vorzugsweise arbeitet man mit Schwefelsäure (50-98 Gew.% H2S04, vorzugsweise 85-95 Gew.% H2S04). Die Reaktion wird bei 20-150° C, vorzugsweise bei 60-80° C, durchgeführt.
Bei der Durchführung der erfindungsgemässen Umsetzung von IV -s- V setzt man auf 1 Mol 2-Nitrophenylbrenztrauben-säure-Alkali-Salz vorzugsweise 2—3,5 Mol Alkalihypochlorit ein. Die Temperatur kann dabei zwischen—5 und +50° C, vorzugsweise zwischen 0 und 20° C betragen.
Die Umsetzungen können bei Normaldruck, aber auch bei erhöhtem Druck durchgeführt werden. Vorzugsweise arbeitet man bei Drucken zwischen 1 und 2 at, insbesondere für den Reaktionsschritt der Hydrolyse (V I).
Zur Reinigung des entstandenen 2-Nitrobenzaldehyds auf Gehalte >99% empfiehlt sich eine anschliessende Reinigung mit Natriumbisulfitlösung.
2-Nitrobenzaldehyd wird unter anderem als Zwischenprodukt zur Herstellung von coronardilatatorisch und peripherdi-latatorisch wirksamen, blutdrucksenkenden Pharmazeutika (vgl. deutsche Offenlegungsschrift 1 670 827) verwendet. So entstehen z. B. bei ihrer Umsetzung mit /3-Dicarbonylverbin-dungen und Aminen pharmakologisch wirksame 1,4-Dihydro-pyridine.
Das erfindungsgemässe Verfahren sei durch folgende Beispiele beschrieben:
Beispiel 1
a) 2-Nitrophenylbrenztraubensäure, Na-Salz (aus 2-Nitrotoluol)
144 g (2,67 Mol) Natriummethylat werden in 570 ml Äthanol gelöst und bei 35° C ein Gemisch aus 365 g (2,5 Mol) Oxalsäurediäthylester und 395 g (2,88 Mol) 2-Nitrotoluol zugeschüttet. Anschliessend wird kurz unter Rückfluss erhitzt, auf 65° C abgekühlt, zunächst 75 ml kaltes Wasser zugegeben, dann nach Zugabe von weiteren 640 ml Wasser (60° C) 1 V2 Stunden unter Rückfluss gekocht. Anschliessend wird eine Wasserdampfdestillation durchgeführt, bis keine zwei Phasen mehr übergehen. Das Nitrotoluol aus dem Wasserdampfdestillat wird abgetrennt und destillativ zurückgewonnen. Die gebildete 2-Nitrophenylbrenztraubensäure wird nicht isoliert.
5
10
15
20
{
25
30
35
40
45
50
55
60
65
619 206
6
b) 2-Nitrobenzylidenchlorid Das rückständige Wasserdampfdestillat wird auf ein Volumen von 3,3 1 mit Wasser aufgefüllt und darin 150 g Soda gelöst. Diese Lösung tropft man bei 10° C in ein Gemisch von 1700 ml wässriger Natriumhypochloritlösung (150 g NaClO/1) und 60 g Natriumhydroxid in 1500 ml Wasser und 1200 ml Toluol. Dann rührt man 1 Stunde bei +10° C nach und saugt vom Feststoff Natriumoxalat ab. Im Filtrat wird die Toluol-phase abgetrennt. Die Toluolphase wird im Vakuum eingeengt. Man erhält 279,5 g 2-Nitrobenzylidenchlorid, Kp12mm 140° C. Ausbeute 77 % der Theorie bezogen auf das umgesetzte 2-Nitrotoluol.
Analog wurden ausgehend von 230 g Kaliumäthylat, 365 g gewinnung von 149 g 2-Nitrotoluol, 301 g 2-Nitrobenzylidenchlorid (82,5 %) erhalten, Ausbeute 82,5 % der Theorie.
Beispiel 2 2-Nitrobenzylidenchlorid (aus 2-Nitrophenylbrenztraubensäure)
Eine Lösung von 358 g (1,715 Mol) 2-Nitrophenylbrenz-traubensäure (Fp. 115° C) und Soda in Wasser wird zu einer Mischung von Natronlauge, Natriumhypochloritlösung (162 g NaClO/1) und 1,35 1 Toluol bei +10° C langsam zugetropft. Man rührt 1 Stunde bei +10° C nach und saugt vom Feststoff (Natriumoxalat) ab. Im Filtrat wird die Toluolphase abgetrennt. Der Filterrückstand wird mit 1,351 Toluol nachgewaschen und die wässrige Phase damit nachextrahiert. Die vereinigten Toluolphasen werden mit wasserfreiem Natriumsulfat getrocknet und im Vakuum eingeengt. Es werden 294,5 g (83,5% der Theorie) 2-Nitrobenzylidenchlorid erhalten.
Beispiel 2 a 2-Nitrobenzylidenchlorid (kontinuierlich aus 2-Nitrophenylbrenztraubensäure) Das gerührte Volumen der beiden Rührkolben mit Überlauf betrug zusammen 1,05 1. Pro Stunde wurden 1692 ml wässrige 2-Nitrophenylbrenztraubensäure-Na-Salz-Lösung (hergestellt aus 163 g 2-Nitrophenylbrenztraubensäure), 1692 ml Natriumhypochloritlösung (80 g NaOCl/1) sowie 716 ml Toluol zugetropft (insgesamt 4, 0 1, somit Verweilzeit von 15,7 Minuten). Die Temperatur wurde durch Kühlung in beiden Kolben bei +10° C gehalten. Nach Beginn des kontinuierlichen Betriebes werden je Stunde 41 der ablaufenden Reaktionsmischung in einem Sammelgefäss aufgefangen und auf-5 gearbeitet.
Aufarbeitung: Absaugen, Trennung der Phasen, wässrige Phase mit Toluol extrahieren. Vereinigte Toluolphasen mit Natriumsulfat trocknen und am Rotationsverdampfer einengen, zuletzt 1 Std. bei 80° C.
io Nach 4-stündigem kontinuierlichen Betrieb wurden von 161 eingesetztem Volumen 15,85 1 zurückerhalten. Die Aufarbeitung lieferte 500,0 g = 77,8% d. Th. 2-Nitrobenzyliden-chlorid.
15
Beispiel 3 2-Nitrobenzaldehyd
20 /N0£
^""VcHO
492,5 g (2,39 Mol) 2-Nitrobenzylidenchlorid werden in 2 kg wässriger Schwefelsäure (90 Gew. % H2S04) auf 70° C erwärmt. Man rührt, bis die Chlorwasserstoffentwicklung beendet ist und gibt dann auf gestossenes Eis. Anschliessend rührt 30 man mit 1300 ml Toluol 30 Minuten aus, saugt von unlöslichem Material ab und trennt im Filtrat die Toluolphase ab. Die wässrige Phase wird mit Toluol nachextrahiert. Die vereinigten Toluolphasen werden mit 20%iger wässriger Natrium-bisulfitlösung zweimal ausgerührt. Die Bisulfitlösung wird mit 35 Natronlauge auf pH 12,5 gebracht und mit Toluol extrahiert. Die Toluolphase wird mit Natriumsulfat getrocknet und im Vakuum eingedampft. Nach 1 Stunde bei 80° C verbleiben als Rückstand 277,5 g (77 % der Theorie) hochreiner 2-Nitrobenzaldehyd, der beim Abkühlen sofort kristallin erstarrt, Fp. 40 42—43 ° C.
Claims (8)
- 619 2062PATENTANSPRÜCHE 1. Verfahren zur Herstellung des 2-Nitrobenzylidenchlori-des der Formel VNO,-CHC1,(V)dadurch gekennzeichnet, dass man ein Alkalisalz der 2-Nitro-phenylbrenztraubensäure der Formel IVH2C0C00H(IV)
- 7. Verfahren zur Herstellung von 2-Nitrobenzaldehyd der Formel 1n°2—CHO(I)dadurch gekennzeichnet, dass man nach dem Verfahren gelo mäss Patentanspruch 1 2-Nitrobenzylidenchlorid herstellt und dieses in Anwesenheit von Wasser bei einer Temperatur von 20 bis 150° C hydrolysiert.
- 8. Verfahren nach Patentanspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass man die Hydrolyse mit wasserhaltiger Schwefel-15 säure durchführt.mit wässriger Alkalihypochloritlösung umsetzt.
- 2. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man das gebildete 2-Nitrobenzylidenchlorid aus der wässrigen Phase in ein mit Wasser nichtmischbares Lösungsmittel extrahiert, und dieses Produkt dann durch Abde-stillieren des organischen Lösungsmittels gewinnt.
- 3. Verfahren nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass man das mit Wasser nichtmischbare organische Lösungsmittel nach der Umsetzung zugibt.
- 4. Verfahren nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass man die Umsetzung mit der wässrigen Alkalihypo-chloritlösung in Anwesenheit des mit Wasser nichtmischbaren organischen Lösungsmittels als zweiter Phase durchführt.
- 5. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man die 2-Nitrophenylbrenztraubensäure der Formel IV in alkalisch wässriger Lösung mit wässrigem Natriumhypochlorit zu dem 2-Nitrobenzylidenchlorid der Formel V umsetzt.
- 6. Verfahren nach den Patentansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass man die Umsetzung in Anwesenheit des mit Wasser nichtmischbaren Lösungsmittels durchführt, und dieses kontinuierlich abzieht und so eine kontinuierliche Herstellung des 2-Nitrobenzylidenchlorides erreicht.20
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