DE10218603B4

DE10218603B4 - Verfahren zur Herstellung von hochreinem kristallinem Trichloracetamid aus Hexachloraceton

Info

Publication number: DE10218603B4
Application number: DE2002118603
Authority: DE
Inventors: Georgi Dr. Popov; Ingeborg Dipl.-Chem. Knape; Peter Dr. Mann; Kay Dipl.-Chem. Peters; Claudia Pöschl
Original assignee: Chemie GmbH Bitterfeld Wolfen
Current assignee: Chemie GmbH Bitterfeld Wolfen
Priority date: 2002-04-25
Filing date: 2002-04-25
Publication date: 2006-03-02
Anticipated expiration: 2022-04-26
Also published as: DE10218603A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung von hochreinem kristallinem Trichloracetamid mit einem Mindestgehalt an Wirkstoff von 99 Gew.-% aus Hexachloraceton und gasförmigem Ammoniak unter Verwendung von Chloroform als Lösungsmittel unter Inertgasatmosphäre, wobei in die vorgelegte 20 bis 50 %ige Lösung von Hexachloraceton in Chloroform bei Reaktionstemperaturen zwischen 0°C und 80°C und einem Druck von 1 bis 4 bar gasförmiger Ammoniak unter Kühlung ca. 30 bis 60 min., bis die Reaktionswärme abklingt, eingeleitet wird und anschließend das Reaktionsgemisch 90 bis 150 min. bei 30 bis 60°C nachgerührt und darauf folgend der Ansatz auf 20 bis 0°C abgekühlt, entspannt und filtriert wird, wobei der das Zielprodukt enthaltende Filterrückstand ohne zusätzliche Nachwäsche direkt bei 40 bis 80°C unter Vakuum getrocknet wird und das als Filtrat oder Destillat anfallende gebildete sowie als Lösungsmittel eingesetzte Chloroform anteilig im Kreislauf geführt und/oder anderen Verwendungszwecken zugeführt wird.

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein einfaches leistungsfähiges und technisch sicheres Verfahren zur Herstellung von hochreinem kristallinem Trichloracetamid (2,2,2-Trichloressigsäureamid CAS Nummer 594-65-0) mit einem Wirkstoffgehalt von mindestens 99 Gew.% aus Hexachloraceton (Hexachlorpropanon oder Perchloraceton CAS Nummer 116-16-5) und gasförmigem Ammoniak unter Verwendung von Chloroform (Trichlormethan) als Lösungsmittel.

Trichloracetamid wird in der pharmazeutischen Chemie beispielsweise als Wirkstoff in Antitumoragenzien ( JP 11322593 A2 ) oder als Bestandteil von Herbizidkompositionen ( JP 55102505 A2 , 69008578 B und 680148 13 B) verwendet oder zur Synthese von Cephalosporinen eingesetzt, wie in US 4258183 beschrieben. Daraus resultieren sehr hohe Anforderungen an seine Reinheit, in besonders hohem Maße bei pharmazeutischen und medizinischen Anwendungen.

Trichloracetamid, welches für vorstehend genannte Anwendungszwecke geeignet ist, muß ein hochreines kristallines Produkt mit einem Wirkstoffgehalt von mindestens 99 Gew.% und weitgehend frei von bei seinem Einsatz störenden Verunreinigungen sein.

Solche sind beispielsweise Trichloressigsäure, Tritchloracetylchlorid als Ausgangsstoffe für die Herstellung, Mono- und Dichloracetylchlorid, Trichloressigsäureester, Monochloracetamid, organische Säuren, organische Alkohole, Ammoniumchlorid, Lösungsmitteln, Wasser, Katalysatoren u.a.. Hochreines Trichloracetamid darf die genannten Verunreinigungen als Summe in der Menge von höchstens 1 Gew.% enthalten, damit bei seinem Einsatz auch als Zwischenprodukt aus den genannten Verunreinigungen keine unerwünschten Nebenprodukte in nennenswerten Mengen gebildet werden können. Die Forderungen nach einem kristallinen Produkt wird üblicherweise aus technologischen Gründen seines Einsatzes sowie und insbesondere wegen der damit verbundenen chemischen Reinheit gestellt.

Kristallin anfallende Produkte erfahren während der Kristallbildung zusätzlich eine gewünschte Aufreinigung und weisen gegenüber den amorphen Feststoffen eine deutlich geringere Oberfläche auf; amorphe Feststoffe können unerwünschte und schwer abtrennbare Nebenprodukte, Lösungsmittel u.s.w. adsorbieren, kristalline Stoffe dagegen in wesentlich geringerem Maße.

Aus der Literatur sind eine Reihe von Vorschlägen für die Herstellung von Trichloracetamid aus verschiedenen Ausgangsstoffen bekannt, so z.B. aus einem Ester der Trichloressigsäure.

Exemplarisch genannt sei hier das japanische Patent 2000 – 09541 A oder die Veröffentlichungen in der Fachliteratur beispielsweise von E.T. McBee in Industrial and Engineering Chemistry Bd. 37 (1947), S. 391 und von M.M. Joullie in Journal of the American Chemical Society, Bd. 76 (1954), S. 2990. Ein grundsätzlicher Nachteil dieser Vorschläge liegt darin begründet, daß ein Derivat der Trichloressigsäure eingesetzt wird, das üblicherweise aus dem Trichloracetylchlorid hergestellt wird, somit eine zusätzliche Verfahrensstufe darstellt und nicht so wirtschaftlich sein kann wie die direkte Herstellung aus dem Trichloracetylchlorid. Darüber hinaus werden völlig wasserfreie (absolute) Lösungsmittel wie Ethanol oder Diethylether empfohlen, deren Herstellung bereits einen hohen technologischen und stoffwirtschaftlichen Aufwand bedeutet. Im Fall von Diethylether kommt noch die Gefahr der Akkumulierung von Peroxiden hinzu, die stets die Gefahr einer explosionsartigen Zersetzung in sich bergen, insbesondere in den Fällen, wo der Diethylether bis zur Trockne entfernt werden soll, wie obige Beschreibungen vorschlagen.

In der japanischen Patentanmeldung 440 28 889 B4 wird die Herstellung von Trichloracetamid aus Cyanessigsäure und Sulfurylchlorid beschrieben.

Bei diesem Verfahren wird eine sehr niedrige molare Ausbeute von 57% erreicht; darüber hinaus wird über Wasser aufgereinigt, was mit den nachfolgend erläuterten Unzulänglichkeiten verbunden ist. Weiterhin wird die Herstellung von Trichloracetamid aus Trichloracetonitril unter Verwendung verschiedener Katalysatoren beispielsweise in der kanadischen Patentschrift 860366 A unter Verwendung von Fluorwasserstoff als Katalysator oder beispielsweise im US Patent 2443291 unter Verwendung von konzentrierter Salzsäure beschrieben. Gemeinsamer Nachteil der beispielhaft genannten Verfahren ist die Verwendung des Ausgangsstoffes Trichloracetonitril, das eher und besser aus dem Amid selbst hergestellt werden kann als umgekehrt. Als ein weiterer Nachteil ist beim erstgenannten Verfahren der Umgang mit dem extrem aggressiven Fluorwasserstoff, der sowohl metallische als auch glasartige (z.B. Emaille) Werkstoffe angreift, zu nennen. Beim zweiten genannten Verfahren wird eine Aufarbeitung mit Wasser nötig, was von großem Nachteil ist.

In der US Patentschrift 2321823 (auch GB 534 732) finden sich Hinweise auf eine mögliche Herstellung von Trichloracetamid aus Trichloracetylchlorid und gasförmigen Ammoniak.

Das Patent beansprucht die Oxidation von Perchlorethylen zu Trichloracetylchlorid, welches dann angereichert bzw. im erhaltenen Stoffgemisch verwendet werden kann, um nach Beispiel III mit Ammoniakgas zu Trichloracetamid verarbeitet zu werden. Die Umsetzung mit Ammoniak erfolgt bei diesem Beispiel III innerhalb von 7 Stunden in einem Gemisch bestehend weitgehend aus Trichloracetylchlorid, Perchlorethylen und Trichlorethylen, wonach die Reaktionsprodukte Trichloracetamid und Ammoniumchlord gemeinsam mit dem anhaftenden Lösungsmittel und den unreagierten Ausgangsverbindungen abgetrennt werden. So ein Stoffgemisch aufzuarbeiten gelingt nur mit tiefgründiger und extensiver Wasserwäsche. Angaben über die Reinheit des so erhaltenen Trichloracetamids im Sinne von Bestimmungen der enthaltenen Nebenprodukte oder Verwendbarkeitshinweise fehlen. Der vorgeschlagenen Anwendungsmethode des Patentes US 2321823 haften folgende Nachteile an; a) die Umsetzung mit Ammoniakgas ist mit 7Stunden langwierig; b) das Produkt fällt mit dem Reaktionsprodukt Ammoniumchlorid und weiteren halogenhaltigen Inhaltsstoffen an; c) eine extensive Wasserwäsche ist unbedingt notwendig, wobei selbst mit dieser Maßnahme Unklarheit besteht, wie weit der Gehalt an Verunreinigungen, z.B. Ammoniumchlorid und die in Wasser unlöslichen halogenierten Kohlenwasserstoffe gesenkt werden kann.

Für die Herstellung von Trichloracetamid aus Trichloracetylchlorid sind in der chemischen Fachliteratur eine Reihe von Vorschlägen zu finden. Dabei handelt es sich um Labormethoden.

So schlägt beispielsweise C. Bachand in der Zeitschrift Journal of Organic Chemistry, Bd. 39 (1974), S. 3136 vor, Trichloracetylchlorid mit konzentriertem wässrigen Ammoniak umzusetzen. Die angegebene Ausbeute von 71% ist zu gering, um auf dieser Basis ein leistungsfähiges Verfahren zu entwickeln, ganz abgesehen von der weiter unten erläuterten Abwasserproblematik.

Zwei weitere Vorschläge machen G.R. Aliev in der Zeitschrift Azerbajdshankij chimiceskij Zurnal Heft 3 von 1986 auf den Seiten 39 bis 44 sowie D.S. Tarbell in Journal of the American Chemical Society, Bd.63 (1941), S. 2939 bis 2942. Beide schlagen die Verwendung von absolutem Diethylether als Lösungsmittel vor, die Entfernung des Ammoniumchlorids und die Isolierung des Produktes durch Entfernung des Diethylethers bis zur Trockne. Nachteile bei der Verwendung von absolutem Diethylether als Lösungsmittel sind bereits weiter oben erläutert, einschließlich die notwendige Trocknung und die Gefahr der Akkumulation von explosionsfähigen Peroxiden. Genannt sei noch die tiefe Zündtemperatur des Diethylethers von etwa 160°C, die es nicht zuläßt, in üblichen chemischen Anlagen zu arbeiten, sondern nur in speziellen dafür ausgerüsteten und zugelassenen Anlagen. Aber selbst die Verwendung des Diethylethers als Lösungsmittel scheint keine ausreichende Reinheit zu gewährleisten, da D.S. Tabell im oben genannten Artikel eine anschließende Umkristallisation aus Benzol vornimmt und letztendlich auch zu einer unbefriedigenden Ausbeute von 54% gelangt.

Ein weiterer Vorschlag zur Herstellung von Trichloracetamid wird von B. Sukornick in Organic Synthesis, Verlag Wiley, New York, Collective Volume V aus dem Jahre 1973 auf den Seiten 1074 bis 1076 als Syntheseweg genannt, wobei Hexachloraceton mit Ammoniak umgesetzt wird, ohne jedoch zu offenbaren wie dies zu geschehen hat. Es fehlen grundsätzliche Daten zur Synthese wie z.B. Lösungsmittel, Temperatur, Art der Aufarbeitung u.s.w. Der genannte Autor erläutert die Methode prinzipiell anhand der Umsetzung von Hexachloraceton mit Anilin zu Trichloracetanilid in Hexan als Lösungsmittel bei Temperaturen von 65 bis 70°C, isoliert das Produkt und reinigt durch Umkristallisation und Wäsche mit Ethanol/Wasser. Durch Aufkonzentrierung der Filtrate wird eine weitere Menge Produkt isoliert, so daß die Ausbeute auf etwa 75% ansteigt.

Analog diesem Beispiel ist es naheliegend zu schlußfolgern, daß die Umsetzung von Hexachloraceton mit Ammoniak im indifferenten Lösungsmittel Hexan entsprechend folgender Reaktionsgleichung zu Trichloracetamid führen müßte Cl₃C – CO – CCl₃ + NH₃ => Cl₃C – CONH₂ + HCCl₃

Man erhält also als Reaktionsprodukt neben Trichloracetamid Chloroform in molarer Menge, d.h. das Trichloracetamid ist von zwei Lösungsmitteln zu befreien und dieses anfallende Gemisch zwecks Gestaltung eines wirtschaftlichen Verfahrens aufzuarbeiten. Ein Versuch hierzu, als Vergleichsbeispiel unter Beispiel 1 der Ausführungsbeispiele beschrieben, hat gezeigt, daß die Umsetzung von Hexachloraceton mit Ammoniak in Hexan bei unterschiedlichen Temperaturen sehr langwierig ist, zu amorphen statt kristallinen Produkten führt, die Ausbeute unbefriedigend und die destillative Aufarbeitung der Mutterlauge und Waschfiltrate außerordentlich schwierig und uneffektiv ist. Alle diese Nachteile lassen nicht erwarten, daß auf der Basis dieser Methode ein leistungsfähiges und wirtschaftliches Verfahren zur Gewinnung von hochreinem Trichloracetamid möglich ist.

Zusammenfassend ist festzustellen, daß keines der in der vorstehenden Patent- und Fachliteratur beschriebenen Verfahren den nachfolgenden Anforderungen hinreichend genügt, die an ein Verfahren zur Herstellung von hochreinem kristallinem Trichloracetamid mit einem Mindestwirkstoffgehalt von 99 Gew.% zu stellen sind.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, ein neues Verfahren unter Beseitigung der Mängel bekannter Verfahren und Methoden zu entwickeln und zur Verfügung zu stellen, nach dem hochreines kristallines Trichloracetamid mit einem Wirkstoffgehalt von mindestens 99 Gew.% technisch sicher herstellbar ist und nachfolgende Verfahrensbedingungen in vorteilhafter Weise erfüllt.

Das zu entwickelnde Verfahren soll in technologisch einfacher Weise in vergleichbar unkomplizierten Anlagen, wirtschaftlich mit guter Raum-Zeit-Ausbeute durchführbar, aber das Zielprodukt dennoch in der sehr hohen gewünschten Reinheit herstellbar sein. Das Verfahren soll arm an Abfällen und ohne die Verwendung von Peroxid bildenden Lösungsmitteln wie z.B. Diethylether, die stets die Gefahr einer Anreicherung der explosionsfähigen Peroxide in sich bergen, auskommen. Darüber hinaus soll das Verfahren aus ökologischen Gründen eine Entsorgung von Abprodukten über das Abwasser umgehen, da die biologische Aktivität des Trichloracetamids gegenüber Mikroorganismen oben bereits erwähnt und hinlänglich bekannt ist (üblicherweise wird eine biologische Abwasserreinigung durchgeführt und die Mikroorganismen der Wirkung des Trichloracetamids ausgesetzt). Dies bedeutet aber gleichzeitig, daß der herzustellende hochreine Wertstoff nach dem zu entwickelten Verfahren überhaupt nicht mit Wasser in Kontakt gebracht werden darf.

Überraschend wurde nun gefunden, daß die Herstellung von hochreinem kristallinem Trichloracetamid aus Hexachloraceton und Ammoniakgas mit nahezu 100%iger Ausbeute unter Verwendung von Chloroform (Trichlormethan mit CAS-Nr. 67-66-3) als Lösungsmittel die Mängel bekannter Herstellungsverfahren überwindet und die gestellte Aufgabe löst.

Besonders überraschend ist überhaupt die Anwendbarkeit von Chloroform als Lösungsmittel bei dieser Synthese, da Chloroform ein Reaktionsprodukt darstellt und nach dem allgemein gültigen Massenwirkungsgesetz zwecks Verschiebung der Reaktion in die gewünschte Richtung eher ständig aus dem Reaktionsgemisch entfernt werden müßte, als daß man es im Überschuß vorlegt. Um so erstaunlicher ist auch die sehr hohe erfindungsgemäß erreichbare Ausbeute.

Erfindungsgemäß wird in einem doppelmanteligen Rührreaktor eine 20-50%ige Lösung von Hexachloraceton in Chloroform, technische Qualität, vorgelegt und unter Kühlung des Reaktionsgefäßes gasförmiger Ammoniak unter Inertgasatmosphäre bei einem absoluten Druck von 1 bis 4 bar und einer Reaktionstemperatur von 0 bis 80°C 30 bis 60 min., bis die Reaktionswärme abklingt, eingeleitet.

Zur Komplettierung der Reaktion wird 90 bis 150 min. bei 30 bis 60°C nachgerührt, das Reaktionsgemisch auf 20 bis 0°C abgekühlt, das ausgefallene Trichloracetamid abfiltriert und unter Vakuum bei 40 bis 80°C getrocknet, wobei gemäß den Verfahrensbedingungen nach Anspruch 1 und vorzugsweise nach den Ansprüchen 2-7 gearbeitet wird. Das mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellte Trichloracetamid hat einen Wirkstoffgehalt von mindestens 99 Gew.%, wie der Tabelle zu entnehmen ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird unter leichtem Druck durchgeführt werden, wobei absolute Drücke zwischen 1 und 4 bar sinnvoll angewendet werden. Handelsübliche Reaktoren und Ausrüstungen für chemische Zwecke sind für diese Drücke ausgelegt.

Die Umsetzung von Hexachloraceton in Form der 20 bis 50%igen Lösung (Gew.%) in Chloroform mit gasförmigen Ammoniak wird im Temperaturbereich von 0 bis 80°C, wobei bevorzugt mit 30 bis 40 Lösungen und im Temperaturbereich von 20 bis 70°C gearbeitet wird.

Die Reaktion läuft exotherm ab. Während der Aufgabe von Ammoniak wird so gekühlt bzw. so viel Ammoniak aufgegeben, daß die vorgegebenen Temperaturgrenzen eingehalten werden. Die unter den Bedingungen der erfindungsgemäßen Verfahrensdurchführung auftretende Reaktionswärme ist weder stark noch unbeherrschbar. Das Verfahren lässt es zu, durch die Menge des aufgegebenen Ammoniaks die Geschwindigkeit der Umsetzung zu steuern. Eine besonders intensive Kühlung ist nicht notwendig, schon etwa 10 bis 15°C Temperaturunterschied zwischen Mantelfläche (Kühlfläche) und Innentemperatur reichen aus, um die Hauptreaktion in 30 bis 60 min. ablaufen zu lassen. Nach Abklingen der Reaktion wird bei Temperaturen von 30 bis 60°C, vorzugsweise 50 bis 60°C, 90 bis 150 Minuten, bevorzugt 120 Minuten nachgerührt. Danach wird das Reaktionsgemisch auf 20 bis 0°C abgekühlt, entspannt und filtriert. Der Filterrückstand, hochreines kristallines Trichloracetamid, wird ohne Nachwäsche unter Vakuum bei Temperaturen zwischen 40 bis 80°C vom anhaftenden Lösungsmittel beispielsweise in einem Schaufel- oder einem Filtertrockner befreit.

Das während der Reaktion in äquimolarer Menge entstehende Chloroform kann nach der Abtrennung des Produktes destilliert werden, wobei als Rückstand eine weitere kleine Menge Trichloracetamid gewonnen wird, während das Destillat für andere Zwecke verwendet oder durch thermische Behandlung entsorgt werden kann.

Das Verfahren läßt es zu, das gebildete überschüssige Chloroform auch vor der Isolierung des Trichloracetamids durch Destillation abzutrennen.

Das nach der Isolierung des Trichloracetamids anfallende Filtrat kann ohne weitere Nachbehandlung für Folgeansätze verwendet werden.

Der gesamte Prozess findet in geschlossener Apparatur unter Stickstoff statt, die beispielsweise mit einer thermischen Abgasreinigung gekoppelt ist, so daß Schadstoffe nicht in die Umwelt gelangen. Alternativ werden die Abgase einer Tieftemperaturkühlung unterworfen und Restgas in einer Absorption mit beispielsweise Schwefelsäure beseitigt. Zu keinem Zeitpunkt kommt Produkt in Kontakt mit Wasser oder werden produkthaltige Lösungen oder Suspensionen über Abwasser entsorgt.

Das für die Durchführung des Verfahrens einzusetzende Hexachloraceton genügt in technischer Qualität und ist von mehreren Herstellern verfügbar.

Für die technische Durchführung des Verfahrens sind beispielsweise nur drei Hauptapparate notwendig: ein Synthese- und ein Destillationsapparat sowie ein Filterapparat mit Trocknungsfunktion. Da die Synthesezeit etwa 4 Stunden und die Destillation (Wiedergewinnung eines kleinen Teiles Trichloracetamid) nur kurze Zeit dauert, die Fitration des kristallinen Produktes innerhalb von etwa 30 min. und die Trocknung in etwa 2 bis 3 Stunden abgeschlossen ist, ergeben sich sehr kurze Taktzeiten und daraus folgend hohe Durchsätze pro Zeiteinheit. Es ist z.B. möglich, bei der Verwendung von zwei 6,3 m³ – Apparaten in der hier vorgeschlagenen Konfiguration über etwa 5000kg hochreines kristallines Trichloracetamid pro Tag herzustellen. Die hier dargestellte Konfiguration ist nur ein Beispiel und kann je nach betrieblichen Erfordernissen oder Möglichkeiten anders gestaltet werden, ohne daß dies das erfindungsgemäße Verfahren einschränkt.

Das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte kristalline Trichloracetamid zeigt hervorragende Reinheiten. Die im Produkt auftretenden Verunreinigungen betragen als Summe weniger als 1 Gewichtsprozent, wie der Tabelle zu entnehmen ist. So wurden bei analytischen Untersuchungen beispielsweise Ammoniumchlorid in einer Menge deutlich unter 0,2 Gew.%, Trichloressigsäure in einer Menge deutlich unter 0,1 Gew.% sowie sonstige Nebenprodukte insgesamt unter 0,7 Gew.% bestimmt. Der Ausgangsstoff Hexachloraceton wurde bis zu einer Nachweisgrenze von 0,05 Gew.% im Endprodukt nicht gefunden. Diese Reinheiten werden allein durch die erfindungsgemäße Durchführung des Verfahrens in Chloroform unter Druck zwischen 1 und 4 bar absolut erreicht.

Die molare Ausbeute kann bei sachgemäßer Durchführung des Verfahrens über 95 bis zu 98% betragen.

Die erfindungsgemäße Verwendung von Chloroform führt nicht nur zu einer hervorragenden Produktqualität, sondern erlaubt ein sehr sicheres Verfahren. Dies deshalb, weil die Zündtemperatur des Chloroforms mit 982°C sehr hoch ist. Dadurch ist das erfindungsgemäße Verfahren in für die chemische Industrie üblichen Apparaten und Ausrüstungen durchführbar.

Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich gegenüber bekannten Verfahren bzw. Synthesenmethoden durch folgende Vorteile aus:

1. Es wird ein kristallines und hochreines Trichloracetamid mit einem Gehalt von mindestens 99 Gew.% gewonnen.
2. Es wird nur ein Lösungsmittel, nämlich Chloroform verwendet.
3. Das Chloroform hat eine hohe Zündtemperatur.
4. Die Hauptreaktion läßt sich gefahrlos in kurzer Zeit durchführen.
5. Die molare Ausbeute kann bis zu 98% betragen.
6. Produkt und produkthaltige Gemische kommen nicht mit Wasser in Kontakt und werden nicht über Abwasser entsorgt.
7. Das anfallende Nebenprodukt Chloroform kann nach physikalischen Methoden aufgearbeitet und einer stoffwirtschaftlichen Nutzung zugeführt werden.
8. Die für das Verfahren notwendigen Apparate und Ausrüstungen sind für die chemische Industrie üblich.
9. Das Verfahren zeichnet sich durch eine gute Raum-/Zeitausbeute aus und ist dadurch wirtschaftlich.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird an einigen Ausführungsbeispielen nachfolgend erläutert, ohne daß die Beispiele eine Einschränkung darstellen. Eine technische Durchführung in Anlagen der chemischen Industrie ist im Prinzip nach derselben oder nach einer ähnlichen Konfiguration möglich. Abgase können zwecks Einhaltung von Umweltnormen einer thermischen Abgasreinigung zugeführt werden. Alternativ können die Abgase einer Tieftemperaturkühlung unterworfen und Restgas in einer Absorption mit beispielsweise Schwefelsäure beseitigt werden.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein den Bedürfnissen entsprechendes einfaches, leistungsfähiges und technisch sicheres Verfahren zur Herstellung von hochreinem kristallinen Trichloracetamid zur Verfügung gestellt.

Beispiel 1
Dieses Ausführungsbeispiel ist ein Vergleichsbeispiel und wird nicht erfindungsgemäß durchgeführt.
Die für dieses Ausführungsbeispiel verwendete Apparatur besteht aus einem Doppelmantelgefäß mit 1,25 l Fassungsvermögen, temperierbar über einen Thermostaten, ausgestattet mit einem Bodenauslaufventil, einem mit Temperierflüssigkeit bei –5°C betriebenen Produktkühler, einem Rührer, einem Thermometer und einer Gaszuführung für Ammoniak.
Des weiteren wird eine temperierbare Drucknutsche zur Filtration sowie ein Vakuumrotationsverdampfer zur Trocknung verwendet. Die Hauptapparate sind an eine Gasabsorption mit verdünnter Schwefelsäure angeschlossen.
530 g Hexachloraceton und 800ml Hexan wurden vorgelegt und auf 30°C aufgeheizt. Auf die Apparatur wurde Ammoniak aufgegeben. Die Zuführung von Ammoniak erfolgte 5 Stunden bei einer gleichmäßigen Erhöhung der Temperatur von 30 auf 70°C, wobei 390 ml des Inhaltes abdestilliert wurden. Nach jeweils 1/3 der abgenommenen Destillatmenge wurde eine Destillatprobe gaschromatographisch analysiert. Das Destillat enthielt Hexan und Chloroform, der Chloroformgehalt schwankte bei allen drei Proben zwischen 15 und 25%. Dieses Ergebnis zeigte, daß das Reaktionsprodukt Chloroform auf diese Weise nicht abgetrennt werden kann.
Der Ansatz wurde auf 5°C abgekühlt und auf die Nutsche gegeben und filtriert. Das Filtrat wurde auf Hexan und Chloroform analysiert. Es zeigte sich, daß das Filtrat noch etwa 8% Chloroform enthält. Dieses Ergebnis zeigt, daß durch Destillation nicht nur keine Trennung möglich ist, sondern daß das Chloroform nicht komplett entfernt werden kann.
Das Produkt auf der Nutsche wurde 2 mal mit je 140ml Hexan gewaschen, abgesaugt und 4 Stunden im Vakuumrotationsverdampfer bei 60°C im Vakuum getrocknet. Gewonnen wurden 184 g Trichloracetamid nicht kristallines, sondern amorphes Produkt, was einer molaren Ausbeute von etwa 57% entspricht.
Zur Überprüfung der Möglichkeit unter günstigeren Destillationsbedingungen eine Trennung zwischen Hexan und Chloroform zu erreichen, wurde das Destillat und Produktfiltrat vereint und einer erneuten Destillation unterworfen. Dabei wurde eine Kolonne mit 4 theoretischen Böden zwischen Destillationsblase und einem Dephlegmator geschaltet und das Rücklaufverhältnis auf 1:4 eingestellt. Es wurde nun destilliert, aus dem Sumpf regelmäßig Proben gezogen und auf Gehalt an Chloroform analysiert. Es zeigte sich, daß selbst nach Destillation der halben Menge Gemisch noch Chloroform von mehreren Prozent enthalten sind.
Dieser Versuch zeigt, daß eine sinnvolle Entfernung des Reaktionsproduktes Chloroform nicht möglich ist. Weiterhin zeigt er, daß ein nicht erfindungsgemäß durchgeführter Versuch außerdem zu keinem kristallinen Produkt führt und die Ausbeute unbefriedigend ist.
Die folgenden Beispiele werden erfindungsgemäß durchgeführt.
Beispiel 2
Dieses Beispiel zeigt die erfindungsgemäße Herstellung von Trichloracetamid unter Druck.
Zur Herstellung wurde ein Edelstahlautoklav mit einem Volumen von 2,25l und temperierbarem Mantel, ausgerüstet mit einem Rührer mit Gleitringdichtung, Thermometer, Manometer, Überdrucksicherung bis 6 bar, Ablass-und Einlassventil, verwendet.
Es wurden 800ml Chloroform und 530g Hexachloraceton vorgelegt, mit Stickstoff inertisiert, unter Rührung die Temperatur auf 20°C eingestellt und so viel Ammoniakgas aufgegeben, daß der absolute Druck 1,1 bis 3,5 bar beträgt. Dabei schwankte die Innentemperatur zwischen 30 und 40°C. Nach etwa 50 min. war die Hauptreaktion beendet und die Temperatur begann abzufallen; der Ansatz wurde bei 55°C 2 Stunden nachgerührt, auf 5°C abgekühlt, der Überdruck entspannt und der Inhalt auf eine Nutsche abgelassen. Der Niederschlag wurde abgesaugt und feucht verschlossen aufbewahrt. Eine Probe des Filtrats wurde einer gaschromatographischen Untersuchung in Bezug auf Hexachloraceton unterworfen. Gefunden wurde ein Gehalt von nur 0,03% (Flächenprozent), was anzeigt, daß die Reaktion praktisch vollständig abgelaufen ist.
Das Filtrat wurde nunmehr drucklos destilliert bis auf ein Restvolumen von 600 ml, welches für den Ansatz, beschrieben in Beispiel 3, verwendet wurde.
Beispiel 3
Es wurde die Apparatur wie in Beispiel 2 beschrieben verwendet.
Es wurden 600 ml Rückstand aus der Destillation des vorigen Beispiels und 530 g Hexachloraceton vorgelegt, mit Stickstoff inertisiert, unter Rührung die Temperatur auf 10°C eingestellt und so viel Ammoniakgas aufgegeben, daß der absolute Druck 1,1 bis 3,5 bar beträgt. Dabei schwankte die Innentemperatur zwischen 30 und 40°C. Nach etwa 45 min war die Hauptreaktion beendet und die Temperatur begann abzufallen; der Ansatz wurde bei 58°C 2 Stunden nachgerührt, auf 0°C abgekühlt und 2 Stunden bei dieser Temperatur gerührt, der Überdruck entspannt und der Inhalt auf eine Nutsche abgelassen. Der Niederschlag wurde abgesaugt, mit dem Niederschlag aus Beispiel 2 vereint und im Weiteren wie nachfolgend beschrieben behandelt.
Das Filtrat wurde so in zwei Teile geteilt, daß 600 ml für einen eventuellen Folgeversuch zur Verfügung stehen. Der Überschuß wurde einer Entsorgung zugeführt.
Analytische Untersuchungen zur Feststellung der Reinheit des nach dem erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellten Trichloracetamides:
Die aus den Beispielen 2 und 3 gewonnenen feuchten Produkte wurden in einen Vakuumrotationsverdampfer überführt und jeweils 1 Stunde bei 30, 40 bzw. 50°C sowie 3 Stunden bei 60°C unter Vakuum getrocknet. Gewonnen wurden 630 kg kristallines Trichloracetamid, entsprechend einer durchschnittlichen molaren Ausbeute von 97 %, welches einigen analytischen Untersuchungen zur Reiheitsbestimmung unterworfen wurde, die nachfolgend in Kurzform beschrieben werden.

1. Bestimmung des Gehaltes an Ammoniumchlorid (durch Chloridtitration): etwa 10 g Produktprobe wird in Methanol/Reinstwasser gelöst und die Chloridionen mit Silbernitrat titriert. Das Ergebnis wird in Gewichts- % Ammoniumchlorid angegeben.
2. Bestimmung des Gehaltes an Trichloressigsäure (durch Bestimmung der Säurezahl) Etwa 4g Produkt werden in einem Gemisch aus Methanol und Wasser mit pH 7,00 +/–0,05 gelöst und gegen Bromthymolblau mit 0,01n KOH titriert bei Umschlag von gelb nach grün. Das Ergebnis wird in Gewichts- % Trichloressigsäure angegeben.
3. Bestimmung des Gehaltes an Chloroform (Dampfraumanalyse): 5g Produkt werden in 8ml Dimethylformamid gelöst, im Dampfraumgefäß verschlossen, 1 Stunde bei 35°C temperiert und der Dampfraum einer gaschromatographischen Analyse unterworfen. Die Auswertung erfolgt über Aufstockung mit Chloroform und wird in Gewichts- % angegeben.
4. Bestimmung des Gehaltes weiterer Verunreinigungen (gaschromatographisch): 150 mg des Produktes werden in 1 ml Dioxan gelöst und auf einer schwach polaren Säule chromatographiert. Die ermittelten Verunreinigungen werden in Gewichts- % angegeben.
5. Bestimmung des Wassergehaltes (nach Karl Fischer): 5 g Produkt werden in Methanol gelöst und mit Hydranal Composite 5 titriert. Das Ergebnis wird in Gewichts- % angegeben.
6. Bestimmung des Gehaltes an Trichloracetamid (Ammoniakdestillation): in einer dichten Destillationsapparatur werden 300 mg Produkt, gelöst in 50 ml Wasser vorgelegt, 75 ml einer 20%igen Natronlauge zugegeben und 20 min erwärmt, wobei Ammoniakwasser überdestilliert. Das Destillat wird in 50 ml 0,05 molare Schwefelsäure eingeleitet; die überschüssige Schwefelsäure wird mit 0,1 m Natriumhydroxidlösung zurücktitriert. Das Ergebnis wird als Gewichts- % Trichloracetamid angegeben.

Die nachfolgende Tabelle fasst die Analysenergebnisse zusammen
Alle Stoffe, deren Gehalte mit dem Zeichen „<" gekennzeichnet sind, konnten nicht nachgewiesen werden. Das angegebene Ergebnis stellt lediglich die Nachweisgrenze dar.

Claims

Verfahren zur Herstellung von hochreinem kristallinem Trichloracetamid mit einem Mindestgehalt an Wirkstoff von 99 Gew.-% aus Hexachloraceton und gasförmigem Ammoniak unter Verwendung von Chloroform als Lösungsmittel unter Inertgasatmosphäre, wobei in die vorgelegte 20 bis 50 %ige Lösung von Hexachloraceton in Chloroform bei Reaktionstemperaturen zwischen 0°C und 80°C und einem Druck von 1 bis 4 bar gasförmiger Ammoniak unter Kühlung ca. 30 bis 60 min., bis die Reaktionswärme abklingt, eingeleitet wird und anschließend das Reaktionsgemisch 90 bis 150 min. bei 30 bis 60°C nachgerührt und darauf folgend der Ansatz auf 20 bis 0°C abgekühlt, entspannt und filtriert wird, wobei der das Zielprodukt enthaltende Filterrückstand ohne zusätzliche Nachwäsche direkt bei 40 bis 80°C unter Vakuum getrocknet wird und das als Filtrat oder Destillat anfallende gebildete sowie als Lösungsmittel eingesetzte Chloroform anteilig im Kreislauf geführt und/oder anderen Verwendungszwecken zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Lösungsmittel Chloroform technischer Qualität einsetzbar ist.
Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Inertgas Stickstoff eingesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß vorzugsweise mit einer 30 % bis 40 %igen Lösung von Hexachloraceton in Chloroform gearbeitet wird.
Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Umsetzung der Ausgangsstoffe vorzugsweise im Temperaturbereich von 20 bis 70°C durchgeführt wird.
Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionssuspension vorzugsweise ca. 120 min. bei 50 bis 60°C nachgerührt wird.
Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionssuspension vorzugsweise auf 5 bis 0°C abgekühlt wird.