CH640835A5

CH640835A5 - Verfahren zur herstellung von 3-hydroxy-5-halogenpyridinen.

Info

Publication number: CH640835A5
Application number: CH599379A
Authority: CH
Inventors: Niels Prof Dr Clauson-Kaas; Guenter Dr Mattern; Walter Dr Traber
Original assignee: Ciba Geigy Ag
Priority date: 1978-06-29
Filing date: 1979-06-27
Publication date: 1984-01-31
Also published as: GB2025953A; US4192946A; GB2025953B

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein neues Verfahren zur Herstellung von 3-Hydroxy-5-halogenpyridinen der Formel I

in welcher X Chlor oder Brom bedeutet.

Die 3-Hydroxy-5-halogenpyridine der Formel I sind wertvolle Zwischenprodukte zur Herstellung von Schädlingsbekämpfungsmitteln. Sie können beispielsweise durch Nitrierung in 2-Stellung und anschliessende Reduktion in die entsprechenden 2-Amino-3-hydroxy-5-halogenpyridine übergeführt werden, die bei der weiteren Umsetzung mit Phosgen die entsprechenden 6-Chlor-oxazolo[4,5-b]pyridin-2(3H)-one liefern, welche mit Formaldehyd und Thionylchlorid zunächst in die entsprechenden 3-Chlormethyl-6-halogeno-xazolo[4,5-b]pyridin-2(3H)-one übergeführt werden können, aus denen durch Umsetzung mit Alkali- bzw. Ammonium-dialkylphosphaten bzw. -thiophosphaten Phosphorsäureester der Formel

X

=0

| | - O-Alkyl

CH2 — Y — P

^\Y-Alkyl-

in welcher Y Sauerstoff oder Schwefel bedeutet und X die unter Formel I angegebene Bedeutung hat, hergestellt werden können. Solche Phosphorsäureester besitzen hervorragende insektizide Wirkung (vgl. US-Patent 3 808 218).

Es ist bekannt, 3-Hydroxy-5-halogenpyridine der Formel I in der Weise herzustellen, dass man ein 3,5-DihaIogenpyridin zunächst mit Natriumäthylat in ein 3-Äthoxy-5-halogenpy-ridin überführt und dieses anschliessend zum entsprechenden 3-Hydroxy-5-halogenpyridin hydrolysiert (H. J. den Hertog et al., Recueil des Travaux Chimiques des Pays-Bas, 69,1281, [1950], ibid. 70,185 [1951]).

Nach einem weiteren bekannten Verfahren zur Herstellung von 3-Hydroxy-5-halogenpyridinen wird 3-Hydroxypyridin zunächst in 5-Stellung nitriert, zur entsprechenden 5-Amino-verbindung reduziert, diazotiert und mit einem Kupfer (I) halogenid zu einem 3-Hydroxy-5-halogenpyridin umgesetzt (vgl. DT-OS 2 245 363). Dabei kann das in diesem Verfahren als Ausgangsmaterial verwendete 3-Hydroxypyridin nach dem in der deutschen Patentschrift 1 134 378 oder nach dem in der britischen Patentschrift 862 581 beschriebenen Verfahren hergestellt werden.

Die vorgenannten, bekannten Verfahren zur Herstellung von 3-Hydroxy-5-halogenpyridinen der Formel I sind nicht nur umständlich, sondern es werden auch nur mässige Ausbeuten an 3-Hydroxy-5-halogenpyridinen erzielt. Die vorgenannten Verfahren sind daher für eine technische Herstellung von 3-Hydroxy-5-halogenpyridinen der Formel I nicht geeignet.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von 3-Hydroxy-5-halogenpyri-dinen der Formel I vorzusehen, das die 3-Hydroxy-5-halo-

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genpyridine der Formel I ausgehend von billigen, leicht zugänglichen Ausgangsmaterialien auf einfache Weise in guten Ausbeuten zugänglich macht.

Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass man 2-Furfurylamin in wässriger, mineralsaurer Lösung bei -20 bis +5°C mit Halogen umsetzt, die gebildete Halogenwasserstoffsäure neutralisiert, das Reaktionsgemisch auf Rückflusstemperatur erhitzt, abkühlt und das gebildete 3-Hydroxy-5-halogenpyridin der Formel I isoliert.

Als Mineralsäuren, in deren Gegenwart die Umsetzung von 2-Furfurylamin mit Halogen durchgeführt wird, können Schwefelsäure, Phosphorsäure, Chlorwasserstoffsäure und Bromwasserstoffsäure verwendet werden. Vorzugsweise werden Chlorwasserstoffsäure und Bromwasserstoffsäure verwendet, wobei für die Umsetzung mit Chlor lediglich Chlorwasserstoff in Betracht kommt. Die Mineralsäure wird in einer Menge verwendet, die ausreicht, um das 2-Furfuryl-amin im wässrigen Reaktionsmedium zu lösen. Hierzu werden in der Praxis 0,60 bis 1 Äquivalent Mineralsäure pro Mol 2-Furfurylamin benötigt. Vorzugsweise werden pro Mol 2-Furfurylamin 0,8 bis 0,9 Äquivalent Mineralsäure eingesetzt.

Als Halogen kommen gemäss der unter Formel I für X gegebenen Definition Chlor und Brom in Betracht. Für die Umsetzung von Furfurylamin zu einem 3-Hydroxy-5-halo-genpyridin der Formel I werden 2 Mol Halogen benötigt. Zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens können 1,90 bis 2,25 Mol Halogen pro Mol Furfurylamin verwendet werden. Es ist jedoch vorteilhaft, das Halogen in einem Über-schuss von 0,01 bis 0,20 Mol pro Mol 2-Furfurylamin einzusetzen.

Die Zugabe des Halogens und seine Umsetzung mit 2-Fur-furylamin erfolgt im Temperaturbereich zwischen -20 und + 5°C. Vorzugsweise wird die Zugabe und die Umsetzung des Halogens mit Furfurylamin bei Temperaturen von -15 bis -5°C vorgenommen. Die Zugabe des Halogens sollte nicht zu schnell erfolgen. In der Regel erfordert die Zugabe zwischen

5 und 10 Stunden. Nach beendigter Zugabe des Halogens ist es vorteilhaft, das Reaktionsgemisch im gleichen Temperaturbereich, in dem die Halogenzugabe erfolgte, einige Zeit ausreagieren zu lassen. Die hierfür benötigten Zeiten liegen je nach Reaktionstemperatur bei 4 bis 20 Stunden. Anschliessend wird ein Teil der im Reaktionsgemisch vorliegenden Säure neutralisiert. Diese Neutralisation erstreckt sich im wesentlichen auf die während der Umsetzung von Furfurylamin mit Halogen gebildete Halogenwasserstoffsäure. Die Neutralisation wird durch Zugabe der konzentrierten, wässrigen Lösung einer Base, vorzugsweise eines Alkalimetallhy-droxids, z.B. Natriumhydroxid oder Kaliumhydroxid, erreicht.

Das teilneutralisierte Reaktionsgemisch, das einen pH-Wert von etwa 1 aufweist, wird dann auf Rückflusstemperatur erhitzt und 5 bis 15 Minuten dort gehalten. Anschliessend wird abgekühlt und durch Zugabe einer wässrigen Alkalimetallhydroxidlösung auf pH 5 bis 6 neutralisiert, wobei das gebildete 3-Hydroxy-5-halogenpyridin der Formel I ausgefällt wird. Es wird durch Filtration abgetrennt, getrocknet und gewünschtenfalls durch Umkristallisation gereinigt.

Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens geht man von einer wässrigen Lösung von Furfurylamin aus, die pro Mol Furfurylamin 0,80 bis 0,90 Mol Halogenwasserstoff enthält, gibt während 7 Stunden bei -15 bis -5°C 2,01 bis 2,20 Mol Halogen zu, rührt

6 bis 8 Stunden bei -15 bis -5°C nach, neutralisiert das Reaktionsgemisch durch Zugabe von konzentrierter wässriger Alkalimetallhydroxidlösung auf pH 1, erhitzt anschliessend 5 bis 10 Minuten auf Rückflusstemperatur, kühlt auf 60 bis

80°C ab, neutralisiert das Gemisch auf pH 5,3 und trennt das gebildete 3-Hydroxy-5-halogenpyridin der Formel I durch Filtration ab.

Das erfindungsgemässe Verfahren ermöglicht ausgehend von Furfurylamin die Herstellung von 3-Hydroxy-5-halogen-pyridinen der Formel in einem Eintopfverfahren in Ausbeuten von 75 bis 80% der Theorie. Das erfindungsgemässe Verfahren bringt damit gegenüber bekannten Verfahren eine wesentliche Vereinfachung und eine wesentliche Verbesserung der Ausbeute mit sich und ist für die technische Herstellung von 3-Hydroxy-5-halogenpyridinen der Formel I wesentlich besser geeignet als diese. Das erfindungsgemässe Verfahren eignet sich insbesondere zur Herstellung von 3-Hydroxy-5-chlor-pyridin.

Das als Ausgangsmaterial benötigte 2-Furfurylamin kann auf einfache Weise durch reduktive Aminierung von Furfurol hergestellt werden.

Das erfindungsgemässe Verfahren wird durch die nachfolgenden Beispiele näher erläutert.

Beispiel 1

38,8 Teile (0,4 Mol) 2-Furfurylamin werden bei 10°C in eine Mischung aus 34 Teilen konzentrierter Salzsäure und 120 Teilen Wasser eingetragen. In die erhaltene, orangefarbene Lösung werden bei -15 bis -5°C während 7 Stunden 61 Teile (0,86 Mol) Chlor eingeleitet. Anschliessend wird die hellgelbe Lösung während 17 Stunden bei -20°C unter Stickstoff gerührt, wobei zur Entfernung des überschüssigen Chlors ein schwacher Stickstoffstrom durch die Lösung geleitet wurde. Dann werden während 75 Minuten bei -10 bis -5°C 90 Teile 40%ige, wässrige Natronlauge zugegeben, wobei ein pH Wert von 1 resultiert. Die entstandene, braune Suspension wird während 5 Minuten auf Rückflusstemperatur erhitzt. Dann wird auf etwa 80°C abgekühlt und der pH Wert der Mischung durch Zugabe von 40%iger wässriger Natronlauge (etwa 70 Teile) auf 5,3 eingestellt. Das Reaktionsgemisch wird unter Rühren auf Raumtemperatur gekühlt und das abgeschiedene, rohe 3-Hydroxy-5-chlorpy-ridin durch Filtration abgetrennt, mit Wasser gewaschen und während I Stunde bei 100°C getrocknet.

41 Teile des so erhaltenen Produktes werden in 150 Teilen siedendem Methanol aufgenommen und bei 60°C vom ungelösten Rückstand befreit. Der durch Eindampfen des Filtrats erhaltene Rückstand wird 2 Stunden bei 80°C getrocknet. Auf diese Weise werden 38,7 Teile (74,7% der Theorie) 3-Hydroxy-5-chlorpyridin vom Schmelzpunkt 156 bis 159°C erhalten.

Beispiel 2

In eine Lösung von 9,7 g (0,1 Mol) 2-Furfurylamin in 43,4 g 11,5%iger Bromwasserstoffsäure (5,0 g HBr; 0,062 Mol) werden bei -10°C während 6 Vi Stunden 11 ml (34,5 g; 0,216 Mol) Brom eingetropft. Die erhaltene Lösung wird unter Stickstoff 16 Stunden bei -20°C nachgerührt. Durch die entstandene, orange Suspension wird während 1 Stunde bei -10°C ein Stickstoffstrom geleitet. Die hierbei gebildete, rote Lösung wird durch Zugabe von konzentrierter, wässriger Natronlauge auf pH 1 gestellt, wobei sich eine braune Suspension bildet. Diese wird während 50 Minuten auf Rückflusstemperatur aufgeheizt und 5 Minuten dort gehalten. Die gebildete, dunkle Lösung wird auf 80°C abgekühlt und durch Zugabe von konzentrierter wässriger Natronlauge auf pH 5,3 neutralisiert. Das abgeschiedene Rohprodukt wird durch Filtration abgetrennt und bei 100°C im Vakuum getrocknet. Anschliessend wird das Rohprodukt (9,9 g) bei Siedetemperatur mit 40 ml Methanol aufgenommen und heiss filtriert. Durch Eindampfen des Filtrats werden 8,1 g braunes Produkt erhalten, aus dem nach Umkri5

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stallisation aus Toluol 3,5 g 3-Hydroxy-5-brompyridin vom Schmelzpunkt 162 bis 164°C erhalten werden.

Beispiel 3

In eine Mischung von 42 ml 98%iger Schwefelsäure (0,78 Mol) und 120 ml Wasser werden bei 10°C 38,8 ml (0,4 Mol) 2-Furfurylamin eingetragen. In die erhaltene Lösung werden bei -15°C während 6V2 Stunden 61,0 g (0,86 Mol) Chlor eingeleitet. Die schwarzgrüne Lösung wird unter Stickstoff bei -20°C über Nacht stehengelassen. Dann wird auf -10°C erwärmt und während 1 Stunde Stickstoff durch das Reaktionsgemisch geleitet. Anschliessend wird bei -5 bis 10°C durch Zugabe von 240 ml 40%iger Natronlauge ein pH Wert von 1 eingestellt. Die erhaltene Lösung wird dann innerhalb von 45 Minuten auf Rückflusstemperatur erhitzt und 5 Minuten dort gehalten. Nach dem Abkühlen auf 80°C wird der pH Wert der braunen Suspension durch Zugabe von

40%iger Natronlauge auf 5,3 eingestellt. Anschliessend wird bei Raumtemperatur filtriert und der Filterrückstand mit wenig Eiswasser gewaschen. Das braune Rohprodukt wird eine Stunde bei 100°C getrocknet und dann während 15 s Minuten in 150 ml Methanol gekocht und heiss filtriert. Das Filtrat wird im Vakuum zur Trockene eingeengt und der Rückstand aus 150 ml Isobutylmethylketon umkristallisiert. Man erhält so reines 3-Hydroxy-5-chlorpyridin vom Schmelzpunkt 157 bis 159°C.

Beispiel 4

Eine Lösung von 38,8 ml (0,4 Mol) 2-Furfurylamin in einer Mischung aus 42,5 ml 99%iger Phosphorsäure (0,78 Mol) und is 120 ml Wasser wird, wie in Beispiel 3 angegeben, chloriert und aufgearbeitet. Man erhält 12,6 g (24,5% der Theorie) 3-Hydroxy-5-chlorpyridin vom Schmelzpunkt 157 bis 159°C.

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Claims

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2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man die Umsetzung von 2-Furfurylamin mit Halogen in Gegenwart von Schwefelsäure, Phosphorsäure, Chlorwasserstoffsäure oder Bromwasserstoffsäure durchführt.

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PATENTANSPRÜCHE 1. Verfahren zur Herstellung von 3-Hydroxy-5-halogenpy-ridinen der Formel I

in welcher

X Chlor oder Brom bedeutet, dadurch gekennzeichnet, dass man 2-Furfuryl-amin in wässriger, mineralsaurer Lösung bei -20 bis + 5°C mit Halogen umsetzt, die gebildete Halogenwasserstoffsäure neutralisiert, das Reaktionsgemisch auf Rückflusstemperatur erhitzt, abkühlt und das gebildete 3-Hydroxy-5-halogenpy-ridin der Formel I isoliert.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man die Umsetzung von 2-Furfurylamin mit Halogen in Gegenwart von Chlorwasserstoffsäure oder Bromwasserstoffsäure durchführt, wobei für die Umsetzung von 2-Furfurylamin mit Chlor lediglich Chlorwasserstoffsäure in Betracht kommt.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man eine mineralsaure Lösung von 2-Furfurylamin verwendet, die 0,6 bis 1 Äquivalent Mineralsäure pro Mol 2-Furfurylamin enthält.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man eine mineralsaure Lösung von 2-Furfurylamin verwendet, die 0,8 bis 0,9 Äquivalent Mineralsäure enthält.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man pro Mol 2-Furfurylamin 1,90 bis 2,25 Mol Halogen einsetzt.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man pro Mol 2-Furfurylamin 2,01 bis 2,20 Mol Halogen einsetzt.
8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man die Umsetzung des 2-Furfurylamins mit Halogen bei Temperaturen von -15 bis -5°C vornimmt.
9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man das Reaktionsgemisch zur Abtrennung der gebildeten 3-Hydroxy-5-halogenpyridine der Formel I durch Zugabe einer wässrigen Alkalimetallhydroxidlösung auf pH 5 bis 6 neutralisiert.
10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man einer wässrigen Lösung von 2-Furfurylamin, die pro Mol 2-Furfurylamin 0,80 bis 0,9 Mol Halogenwasserstoff enthält, während 7 Stunden bei -15 bis -5°C 2,01 bis 2,20 Mol Halogen zufügt, 6 bis 8 Stunden bei -15 bis -5°C nachrührt, das Reaktionsgemisch durch Zugabe von konzentrierter, wässriger Alkalimetallhydroxidlösung auf pH 1 neutralisiert, anschliessend 5 bis 10 Minuten auf Rückflusstemperatur erhitzt, auf 60 bis 80°C abkühlt, auf pH 5,3 neutralisiert und das gebildete 3-Hydroxy-5-halogenpyridin der Formel I abtrennt.