DE10323574A1

DE10323574A1 - Verfahren zur katalytischen Herstellung von aromatischen Nitrilen

Info

Publication number: DE10323574A1
Application number: DE2003123574
Authority: DE
Inventors: Karlheinz Prof. Drauz; Alexander Dr. Zapf; Thomas Dr. Schareina; Matthias Prof. Beller
Original assignee: Degussa GmbH
Current assignee: Evonik Operations GmbH
Priority date: 2003-05-26
Filing date: 2003-05-26
Publication date: 2004-12-30

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung aromatischer Nitrile, ausgehend von Halogenaromaten. Diese werden in einer palladiumkatalysierten Reaktion mit Cyaniden umgesetzt. Als Cyaniddonor wirkt Blausäure.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von ggf. substituierten aromatischen oder heteroaromatischen Nitrilen durch Cyanierung der entsprechenden Arylhalogenide mit Katalysatoren auf Basis von Palladium-Komplexen.
Aromatische oder heteroaromatische Nitrile haben technische Bedeutung als Ausgangsprodukte für Feinchemikalien, Agroprodukte und Pharmazwischenprodukte. Eine technisch angewandte Methode zur Herstellung von aromatischen Nitrilen ist die Ammonoxidation von substituierten Toluolen. Dieses Verfahren ist industriell nur interessant, wenn die entsprechenden Toluole kostengünstig verfügbar sind. Darüber hinaus gelingt die Ammonoxidation nicht in Gegenwart von oxidationsempfindlichen Substituenten im Substrat. Weitere technische Verfahren zur Darstellung von Benzonitrilen sind Umsetzungen von Carbonsäuren und Ammoniumsalzen oder Amiden durch Destillation mit stark wasserbindenden Substanzen (z. B. P₂O₅) sowie Reaktion von Carbonsäuren oder Estern in der Dampfphase mit Ammoniak über einem Al-Festbett bei 500 °C.
Kostengünstige Ausgangsmaterialien für aromatische Nitrile stellen die entsprechenden Chlorbenzole und teilweise die entsprechenden Brombenzole dar. Allerdings gelingt die Substitution von Chlor mit Cyanid nach bekannten Verfahren i. a. nur unbefriedigend. Beispielsweise reagieren aromatische Halogenide mit HCN in der Dampfphase bei 650 °C oder bei 480–650 °C in Anwesenheit eines Metall- oder Metalloxidkatalysators. Katalysatoren, die die Umsetzung von Arylhalogeniden mit Cyanid bei milderen Reaktionsbedingungen beschleunigen, sind Palladium- und Nickelkomplexe. So beschreiben R. Breitschuh, B. Pugin, A. Idohese und v. Gisin ( EP 0 787 124 B1 und US 5,883,283 ) die Darstellung von subst. 3-Aminobenzonitrilen aus den entsprechenden subst. 3-Aminochlorbenzolen in Gegenwart von bevorzugt Ni-Komplexen und stöchiometrischen Mengen einer komplexierenden Substanz. Nachteilig bei diesem Verfahren ist die Verwendung von einem Überschuss an Reduktionsmittel und die Beschränkung der Reaktion auf eine spezielle Substratklasse.
B. R. Cotter ( US 4,211,721 ) beschreibt den positiven Einfluss von Etherkomponenten aus der Gruppe 18-Krone-6, Polyether, Alkoxypolyether oder Mixturen dieser mit einer Molmasse 200–25.000 als Co-Katalysator auf die palladiumkatalysierte Cyanierung von Arylhalogeniden. In den Beispielen der genannten Anmeldung wird jedoch deutlich, dass unter den erfindungsgemäßen Reaktionsbedingungen lediglich aktivierte Chloraromaten wie 4-Chlorbenzotrifluorid reagieren, wobei die Produktausbeuten an den entsprechenden Benzonitrilen bei nur ca. 45 % liegen. Nichtaktivierte Chloraromaten wie Chlortoluol ergeben das Zielprodukt in nur 5 bis 11 % Ausbeuten. Derartige Ausbeuten machen eine industrielle Umsetzung des Verfahrens wirtschaftlich unmöglich.
J. B. Davison, R. J. Jasinski und P. J. Peerce-Landers ( US 4,499,025 ) beschreiben die Herstellung aromatischer Nitrile aus Chloraromaten katalysiert durch einen Gruppe-VIII-Metall(0)komplex, welcher elektrochemisch gebildet wird. Diese Verfahrensweise ist jedoch im Vergleich zu herkömmlichen Batch-Verfahren außerordentlich teuer. Darüber hinaus gibt es kein Beispiel für die erfolgreiche Umsetzung eines Chloraromaten in guten Ausbeuten.
A. Viauvy und M. Casado ( EP 0 994 099 A1 ) beschreiben weiterhin die Umsetzung von Chloraromaten zum entsprechenden Nitril mit Kupfercyanid und einer Bromidquelle oder Alkalimetallcyanid bzw. Tetraalkylammoniumcyanid in Anwesenheit von Kupferbromid und einem Phasentransferkatalysator oder Kupfercyanid und Lithiumiodid. Diese Verfahrensweisen haben den Nachteil, dass überstöchiometrische Mengen an Salzabfällen gebildet werden. Weiterhin sind die Ausbeuten an Benzonitrilen aus Chloraromaten nicht befriedigend.
M.-H. Rock und A. Merhold ( DE 197 06 648 A1 und WO 98/37 058) beschreiben die Herstellung aromatischer Nitrile aus Chloraromaten in Gegenwart eines Nickelkatalysators und eines Ketons durch Umsetzung mit Cyaniden. Die Reaktion kann jedoch nur dann erfolgreich durchgeführt werden, wenn die Cyanidkonzentration genau kontrolliert wird, da ansonsten der Katalysator irreversibel cyaniert wird. Nachteilig bei diesem Verfahren ist wiederum der notwendige Zusatz eines Reduktionsmittels wie Zink, der zu zusätzlichen Schwermetallsalzabfällen führt und die Verwendung von speziellen Ketonen als Lösemittel.
Beller et al. beschrieben den Einfluss von Kronenethern, Diphosphinliganden und Diaminliganden auf die palladiumkatalysierte Umsetzung von Arylhalogeniden mit Alkalicyaniden ( DE 101 13 976 , Tetrahedron Lett. 2001, 42, 6707–10). Auf diesen Arbeiten fußend wurde die dosierte Zugabe von Acetoncyanhydrin als Cyaniddonor im beschriebenen System getestet (Angew. Chem. 2003, 115, 1700–3).
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war die Angabe eines weiteren Verfahrens zur palladiumkatalysierten Cyanierung von Halogenaromaten. Insbesondere sollte dieses Verfahren im technischem Maßstab gut einsetzbar und den Verfahren des Standes der Technik in Punkto Robustheit und Einfachheit überlegen sein. Außerdem sollte das erfindungsgemäße Verfahren von kostengünstigeren Ausgangsmaterialien ausgehen. Auf alle Fälle sollte eine Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens im technischen Maßstab von ökonomischen Gesichtspunkten her den Verfahren des Standes der Technik überlegen sein.
Diese Aufgabe wird anspruchsgemäß gelöst.
Dadurch, dass man in einem Verfahren zur katalytischen Herstellung von ggf. substituierten aromatischen oder hetereoaromatischen Nitrilen der allgemeinen Formel (I) Ar-CN (I)die Umsetzung der entsprechenden Arylhalogenide der allgemeinen Formel (II) Ar-X (II)worin
X für Chlor oder Brom und
Ar für einen ggf. substituierten aromatischen oder heteroaromatischen Rest steht,
unter kontinuierlicher Zudosierung eines Cyaniddonors in Gegenwart von Palladiumkomplexen durchführt, wobei man als Cyaniddonor gasförmige oder flüssige Blausäure einsetzt, gelangt man in überaus einfacher und überraschender, dafür aber nicht minder vorteilhafter Art und Weise zur Lösung der gestellten Aufgabe.
Blausäure lässt sich sehr gut in die Reaktion eindosieren, so dass einer Deaktivierung des Katalysators als Konkurrenzreaktion entgegengewirkt werden kann. Unter den gegebenen Reaktionsbedingungen kann die Blausäure in gasförmiger oder flüssiger Form eingesetzt werden. Wird die Reaktion unter Temperaturen durchgeführt, wo Blausäure unter Normaldruck gasförmig wird, so ist es gleichfalls möglich, diesen Cyaniddonor unter Druck in flüssiger Form der Reaktionsmischung zuzudosieren bzw. die gesamte Reaktion unter entsprechenden Druckbedingungen durchzuführen.
Als Palladiumkomplexe haben sich insbesondere solche in der Oxidationsstufe ±0 als brauchbar erwiesen. Diese werden in der Regel aus Palladium(II)salzen und den entsprechenden Liganden unter reduktiven Bedingungen in situ hergestellt. Als Palladiumverbindungen werden vornehmlich Palladiumsalze oder Palladiumkomplexe eingesetzt, die unter den Reaktionsbedingungen zu Palladium(0)-Komplexen reagieren. Insbesondere sind dies Verbindungen ausgewählt aus der Gruppe Palladium(II)acetat, Palladium(II)chlorid, Natriumtetrachloropalladat, Bis(dibenzylidenaceton)palladium(0), Bis(triphenylphosphan)palladium(II)dichlorid, Bis(benzonitril)palladium(II)dichlorid, Bis(acetonitril)palladium(II)-dichlorid, 1,5-Bis(diphenylphosphino)pentanpalladium(II)chlorid, 1,4-Bis(diphenylphosphino)butanpalladium(II)chlorid, Palladium(II)bromid, Palladium(II)nitrat, Palladium(0)tetrakis(triphenylphosphan), Bis[1,5-bis(diphenylphosphino)pentan]palladium(0), Bis[1,4-bis(diphenylphosphino)butan]palladium(0) und Palladium(II)ethylhexanoat.
Als Liganden können alle dem Fachmann für diesen Zweck in Frage kommende Carben-, Amin- oder Phosphorverbindungen gewählt werden. Vorteilhaft ist der Einsatz von chelatisierenden Liganden. Insbesondere bidentate Phosphine wie (C₆-C₁₈)-Aryl- oder (C₁-C₈)-Alkylphosphane, die mindestens zwei Phosphoratome enthalten, können eingesetzt werden.
Bevorzugte Diphosphane sind dabei solche, die einen Chelatring der Größe 6 bis 12, vorzugsweise 7 bis 10, auszubilden im Stande sind.
Ganz besonders bevorzugt werden in diesem Zusammenhang Diphosphane ausgewählt aus der Gruppe Bis(diphenylphosphino)butan, Bis(diphenylphosphino)pentan, Bis(diphenylphosphino)hexan, Bis(diphenylphosphino)ferrocen, 2,2'-Bis(diphenylphosphinomethyl)-1,1'-biphenyl, Bis(dicyclohexylphosphino)butan und Bis(di-n-butylphosphino)butan verwendet.
Weiterhin können als Liganden chelatisierende Aminophosphanliganden eingesetzt werden. Insbesondere (C₆-C₁₈)-Aryl- oder (C₁-C₈)-Alkylphosphane, die mindestens ein Phosphor- und ein Stickstoffatom enthalten und vorzugsweise einen Chelatring der Größe 5 bis 10 ausbilden, sind besonders bevorzugt.
Ganz besonders bevorzugt werden Aminophosphane ausgewählt aus der Gruppe 1-Dimethylamino-4-diphenylphosphinobutan, 1-Dimethylamino-3-diphenylphosphinopropan, 1-Dimethylamino-2-diphenylphosphinoethan, 1-Diethylamino-4-diphenylphosphinobutan, 2-(Diphenylphosphinomethyl)pyrrolidin, 2-(Diphenylphosphinomethyl)-2'-(dimethylaminomethyl)-1,1'-biphenyl verwendet.
Es ist vorteilhaft, die Reaktion in Gegenwart einer Base und/oder eines Co-Katalysators durchzuführen. Als Co-Katalysatoren ist der Einsatz von chelatisierenden Diaminliganden von Vorteil. Insbesondere (C₆-C₁₈)-Aryl- oder (C₁-C₈)-Alkylamine mit mindestens zwei Stickstoffatomen können hier eingesetzt werden.
Besonders bevorzugt werden Diamine, die einen Chelatring der Größe 5 bis 10 ausbilden, als Diaminliganden verwendet. Ganz besonders bevorzugt werden Diamine ausgewählt aus der Gruppe Tetramethylethylendiamin, Tetraethylethylendiamin, 1,2-Bis(dimethylamino)benzol, Tetramethylpropylendiamin, 1,4-Diaminobutan, 1,4,7-Trimethyl-1,4,7-triazacyclononan, 1,2-Bis(dimethylamino)cyclohexan, 2-(Dimethylaminomethyl)pyrrolidin, 1,6-Bis(dimethylamino)hexan, Diazabicyclooctan, Diazabicyclononan, Diazabicycloundecan und 2,2'-Bipyridin verwendet.
Die eingesetzte Palladiumverbindung sollte in einer ausreichenden Menge im Reaktionsgemisch vorhanden sein. Der Fachmann wird die notwendige Einsatzmenge anhand von Wirtschaftlichkeitserwägungen (Schnelligkeit der Reaktion, Ausbeute, Stoffeinsatzkosten) auswählen. Beim erfindungsgemäßen Verfahren können Turnover-Werte der Katalysatoren in der Größenordnung von 100 bis 100.000 realisiert werden. Vorteilhaft ist der Einsatz der Palladiumverbindung in einer Menge von 100 ppm bis 3 mol-% bezogen auf das eingesetzte Arylhalogenid (Ar–X) verwendet. Vorzugsweise werden 1000 ppm bis 2 mol-%, besonders bevorzugt 1000 ppm bis 1 mol-% an Palladiumverbindung verwendet.
Im allgemeinen wird der Diphosphan- oder Aminophosphanligand im vorliegenden Verfahren im Überschuss zu Palladium eingesetzt. Das molare Verhältnis Palladium zu Phosphorligand beträgt vorzugsweise zwischen 1 : 1 bis 1 20. Besonders bevorzugt werden Verhältnisse von Palladium zu Phosphor von 1 : 2 bis 1 : 8 verwendet.
Die chelatisierenden Diaminliganden können im vorliegenden Verfahren im bevorzugten molaren Verhältnis Pd/Diaminligand > 1 : 1 eingesetzt. Das molare Verhältnis Pd/Diaminligand beträgt insbesondere zwischen 1 : 1 bis 1 : 200. Besonders bevorzugt werden Verhältnisse von Palladium zu Diaminligand von 1 : 1 bis 1 : 20 verwendet.
Als Lösemittel finden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren im allgemeinen inerte organische Lösemittel und/oder Wasser Verwendung. Vorzugsweise werden dipolar aprotische Lösemittel, wie z. B. aliphatische Ester oder Amide, aromatische oder aliphatische Kohlenwasserstoffe, Alkohole und Ester sowie deren Gemische verwendet.
Bevorzugt verläuft die erfindungsgemäße Umsetzung in aromatischen oder aliphatischen Kohlenwasserstoffen als Lösemittel. Ganz besonders bevorzugt ist der Einsatz von Toluol, Benzol oder Xylolen.
Die Reaktion wird bei bevorzugten Temperaturen von 20 bis 220 °C durchgeführt. Insbesondere wird bei Reaktionstemperaturen von 80 bis 200 °C, besonders bevorzugt bei 100 bis 180 °C, gearbeitet.
Die Reaktion wird normalerweise drucklos durchgeführt. Sie kann jedoch auch ohne Probleme unter Druck, z.B. in einem Autoklaven oder Druckrohr, durchgeführt werden. Je nach den gewählten Bedingungen kann daher die Blausäure – wie schon angedeutet – in gasförmiger oder flüssiger Form in die Reaktion eingesetzt werden.
Wie schon weiter oben angedeutet hat es sich bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens als besonders vorteilhaft erwiesen, der Reaktion zusätzlich noch eine katalytische Menge (0,1–30 mol-%, vorzugsweise 1–20 mol%, ganz bevorzugt 5–10 mol-% bezogen auf Arylhalogenid) einer anorganischen oder organischen Base zuzusetzen. Dazu geeignet sind primäre, sekundäre oder/und tertiäre Amine wie Alkylamine, Dialkylamine, Trialkylamine, die alicyclisch oder/und offenkettig sein können. Daneben können auch Alkali- oder/und Erdalkalisalze aliphatischer oder/und aromatischer Carbonsäuren, wie Acetate, Propionate, Benzoate bzw. entsprechende Carbonate, Hydrogencarbonate, Phosphate, Hydrogenphosphate oder/und Hydroxide eingesetzt werden. Bevorzugte Basen sind Carbonate, Hydroxide, Hydrogencarbonate von Lithium, Natrium, Kalium, Cäsium, Calcium, Magnesium. Weiterhin sind als Basen Metallalkoxide, insbesondere Alkali- und/oder Erdalkalialkoxide wie Natriummethanolat, Kaliummethanolat, Natriumethanolat, Magnesiummethanolat, Calciumethanolat, Natrium-t-butanolat, Kalium-t-butanolat geeignet.
Beim der vorliegenden Erfindung geht man gemeinhin so vor, dass man Katalysator, Ligandensystem und Arylhalogenid sowie weitere oben angesprochene Zusatzstoffe in einem Lösungsmittelsystem vorlegt und bei den entsprechenden Temperaturen vorzugsweise über 100°C ggf. unter Druck dosiert mit Blausäure versetzt. Die Dosierung der Blausäure sollte so vorgenommen werden, dass die Konkurrenzreaktion, die Cyanierung der Palladiumkomplexe, möglichst unterdrückt wird, um deren Aktivität zu erhalten.
Dazu kann es von Vorteil sein, den Cyanid-Gehalt in der Reaktionsmischung ggf. mit einer Sonde zu messen und so über einen Rückkopplungsmechanismus die Dosierung der Blausäure zu steuern. Ein derartiges Vorgehen wird z.B. in der EP 773297 im Zusammenhang mit Nitrilhydratasen beschrieben. Weiterhin sei in diesem Zusammenhang auf die DD275154 und DD275155 verwiesen, in denen derartige Steuerungsmechanismen mit gasförmiger oder flüssiger Blausäure angegeben sind.
Mit dem beim erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzten Ausgangsstoff Blausäure und dem entsprechenden Katalysatorsystem bestehend z.B. aus einer Kombination von Palladiumverbindungen, chelatisierenden Phosphanen oder Aminophosphanen und/oder chelatisierenden Aminen lassen sich bei der vorliegenden Umsetzung vergleichsweise gute bis signifikant bessere Ergebnisse realisieren als mit allgemein bekannten Reaktionssystemen, wobei auch gute Ausbeuten und Selektivitäten bei der Cyanierung von Chloraromaten erreichbar sind. Dass dies mit dem System Blausäure/Pd-Komplex/Ar-X erreichbar ist, kann im Angesicht des Standes der Technik schon als Überraschung angesehen werden und ist gerade wegen der geringen variablen Kosten für den Einsatzstoff Blausäure um so vorteilhafter.
Prinzipiell besteht hinsichtlich des Einsatzes von Aromaten oder Heteroaromaten (Ar) keine Beschränkung, solange keine weiteren Gruppen im Molekül vorhanden sind, die unter den Bedingungen der Reaktion ebenfalls reagieren.
Insbesondere kann der Rest Ar ein (C₃-C₁₈)-Heteroarylrest sein. Gleichfalls ist es möglich, dass Ar einen (C₆-C₁₈)-Arylrest umfasst.
Ebenso ist es möglich, dass der Rest Ar bis zu acht Substituenten tragen kann, die unabhängig voneinander (C₁-C₈)-Alkyl, (C₃-C₈)-Cycloalkyl, (C₂-C₈)-Alkenyl, (C₂-C₈)-Alkinyl, (C₇-C₁₉)-Aralkylrest, OH, O-[(C₁-C₈)-Alkyl], OC(O)-[(C₁-C₈)-Alkyl], O-Phenyl, Phenyl, NH₂, NO₂, NO, N[(C₁-C₈)-Alkyl]₂, NH[(C₁-C₈)-Alkyl], NHC(O)-[(C₁-C₈)-Alkyl], N[(C₁-C₈)-Alkyl]C(O)-[(C₁-C₈)-Alkyl], SH, S-Phenyl, S-[(C₁-C₈)-Alkyl], Fluor, Chlor, CF₃, CN, COOH, COO-[(C₁-C₈)-Alkyl], CONH-[(C₁-C₈)-Alkyl], COO-Phenyl, CONH-Phenyl, CHO, SO₂-(C₁-C₈)-Alkyl, SO-(C₁-C₈)-Alkyl, PO-(Phenyl)₂, PO-[(C₁-C₈)-Alkyl]₂, PO₃H₂, PO[O-(C₁-C₈)-Alkyl]₂, SO₃H, SO₃M, SO₃-[(C₁- C₈)-Alkyl], Si[(C₁-C₈)-Alkyl]₃ sowie (C₁-C₈)-Haloalkyl, (C₁-C₈)-Acyl.
Als (C₁-C₈)-Alkyl sind anzusehen Methyl, Ethyl, n-Propyl, Isopropyl, n-Butyl, Isobutyl, sec-Butyl, tert-Butyl, Pentyl, Hexyl, Heptyl oder Octyl samt aller Bindungsisomeren. Diese können einfach oder mehrfach mit (C₁-C₈)-Alkoxy, (C₁-C₈)-Haloalkyl, OH, Halogen, NH₂, NO₂, SH, S-(C₁-C₈)-Alkyl substituiert sein.
Als (C₂-C₈)-Alkenyl ist mit Ausnahme von Methyl ein wie oben dargestellter (C₁-C₈)-Alkyl-Rest zu verstehen, der mindestens eine Doppelbindung aufweist.
Unter (C₂-C₈)-Alkinyl ist mit Ausnahme von Methyl ein wie oben dargestellter (C₁-C₈)-Alkyl-Rest zu verstehen, der mindestens eine Dreifachbindung aufweist.
Unter (C₁-C₈)-Acyl versteht man einen über eine -C=O-Funktion ans Molekül gebundenen (C₁-C₈)-Alkyl-Rest.
Unter (C₃-C₈)-Cycloalkyl versteht man Cyclopropyl, Cyclobutyl, Cyclopentyl, Cyclohexyl bzw. Cycloheptylreste etc. Diese können mit einem oder mehreren Halogenen und/oder N-, O-, P-, S-atomhaltige Reste substituiert sein und/oder N-, O-, P-, S-Atome im Ring aufweisen, wie z. B. 1-, 2-, 3-, 4-Piperidyl, 1-, 2-, 3-Pyrrolidinyl, 2-, 3-Tetrahydrofuryl, 2-, 3-, 4-Morpholinyl. Dieser kann einfach oder mehrfach mit (C₁-C₈)-Alkoxy, (C₁-C₈)-Haloalkyl, OH, Halogen, NH₂, NO₂, SH, S-(C₁-C₈)-Alkyl , (C₁-C₈)-Acyl, (C₁-C₈)-Alkyl substituiert sein.
Unter einem (C₆-C₁₈)-Arylrest wird ein aromatischer Rest mit 6 bis 18 C-Atomen verstanden. Insbesondere zählen hierzu Verbindungen wie Phenyl-, Naphthyl-, Anthryl-, Phenanthryl-, Biphenylreste. Dieser kann einfach oder mehrfach mit (C₁-C₈)-Alkoxy, (C₁-C₈)-Haloalkyl, OH, Halogen, NH₂, NO₂, SH, S-(C₁-C₈)-Alkyl, (C₁-C₈)-Aryl, (C₁-C₈)-Alkyl substituiert sein.
Ein (C₇-C₁₉)-Aralkylrest ist ein über einen (C₁-C₈)-Alkylrest an das Molekül gebundener (C₆-C₁₈)-Arylrest.
(C₁-C₈)-Alkoxy ist ein über ein Sauerstoffatom an das betrachtete Molekül gebundener (C₁-C₈)-Alkyl-Rest.
(C₁-C₈)-Haloalkyl ist ein mit einem oder mehreren Halogenatomen substituierter (C₁-C₈)-Alkyl-Rest.
Ein (C₃-C₁₈)-Heteroarylrest bezeichnet im Rahmen der Erfindung ein fünf-, sechs- oder siebengliedriges aromatisches Ringsystem aus 3 bis 18 C-Atomen, welches Heteroatome wie z. B. Stickstoff, Sauerstoff oder Schwefel im Ring aufweist. Als solche Heteroaromaten werden insbesondere Rest angesehen, wie 1-, 2-, 3-Furyl, wie 1-, 2-, 3-Pyrrolyl, 1-, 2-, 3-Thienyl, 2-, 3-, 4-Pyridyl, 2-, 3-, 4-, 5-, 6-, 7-Indolyl, 3-, 4-, 5-Pyrazolyl, 2-, 4-, 5-Imidazolyl, Acridinyl, Chinolinyl, Phenanthridinyl, 2-, 4-, 5-, 6-Pyrimidinyl. Unter einem (C₄-C₁₉)-Heteroaralkyl wird ein dem (C₇-C₁₉)-Aralkylrest entsprechendes heteroaromatisches System verstanden.
Als Halogene kommen Fluor, Chlor, Brom und Iod in Frage.
Die genannten Literaturstellen gelten als von der Offenbarung dieser Erfindung mitumfasst.
Beispiele:
Allgemeine Arbeitsvorschrift.
Ein 100 mL Autoklav wird mit 1 equiv. Aryl- oder Heteroarylhalogenid, 1.2 equiv. Base, 0.005 equiv. Palladiumacetat, 0.01 equiv. 1,4-(Bisdiphenylphosphino)butan und 40 ml Dimethylacetamid versetzt. Die Mischung wird auf 100 °C erhitzt, und unter Rühren wird HCN mit einer Pumpe zudosiert. Nach 12 h wirde die Reaktionsmischung auf Raumtemperatur abgekühlt, ein interner Standard (Diethylenglycoldi-n-butylether) zugegeben, und die Lösung mit Ethylacetat verdünnt. Umsatz und Ausbeute werden über Gaschromatographie bestimmt. Eine Isolierung des Produktes findet gemäß den üblichen Aufarbeitungen (Destillation, Kristallisation oder Chromatographie) statt.

Claims

Verfahren zur katalytischen Herstellung von ggf. substituierten aromatischen oder hetereoaromatischen Nitrilen der allgemeinen Formel (I) Ar-CN (I)durch Umsetzung der entsprechenden Arylhalogenide der allgemeinen Formel (II) Ar-X (II)worin X für Chlor oder Brom und Ar für einen ggf. substituierten aromatischen oder heteroaromatischen Rest steht, unter kontinuierlicher Zudosierung eines Cyaniddonors in Gegenwart von Palladiumkomplexen, dadurch gekennzeichnet, dass man als Cyaniddonor gasförmige oder flüssige Blausäure einsetzt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Palladiumverbindungen Palladiumsalze oder Palladiumkomplexe eingesetzt werden, die unter den Reaktionsbedingungen zu Palladium(0)-Komplexen reagieren.
Verfahren nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass man als Palladiumverbindungen eine Verbindung ausgewählt aus der Gruppe Palladium(II)acetat, Palladium(II)chlorid, Natriumtetrachloropalladat, Bis(dibenzylidenaceton)palladium(0), Bis(triphenylphosphan)palladium(II)dichlorid, Bis(benzonitril)palladium(II)dichlorid, Bis(acetonitril)palladium(II)-dichlorid, 1,5- Bis(diphenylphosphino)pentanpalladium(II)chlorid, 1,4-Bis(diphenylphosphino)butanpalladium(II)chlorid, Palladium(II)bromid, Palladium(II)nitrat, Palladium(0)tetrakis(triphenylphosphan), Bis[1,5-bis(diphenylphosphino)pentan]palladium(0), Bis[1,4-bis(diphenylphosphino)butan]palladium(0) und Palladium(II)ethylhexanoat verwendet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als chelatisierende Diphosphanliganden (C₆-C₁₈)-Aryl- oder (C₁-C₈)-Alkylphosphane, die mindesten zwei Phosphoratome enthalten, eingesetzt werden.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass Diphosphane, die einen Chelatring der Größe 6 bis 12 ausbilden, herangezogen werden.
Verfahren nach Anspruch 4 und/oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass man als Diphosphane eine Verbindung ausgewählt aus der Gruppe Bis(diphenylphosphino)butan, Bis(diphenylphosphino)pentan, Bis(diphenylphosphino)hexan, Bis(diphenylphosphino)ferrocen, 2,2'-Bis(diphenylphosphinomethyl)-1,1'-biphenyl, Bis(dicyclohexylphosphino)butan und Bis(di-n-butylphosphino)butan verwendet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass man als chelatisierende Aminophosphanliganden (C₁-C₁₈)-Aryl- oder (C₁-C₈)-Alkylaminophosphane einsetzt, die mindestens ein Phosphor- und ein Stickstoffatom enthalten und vorzugsweise einen Chelatring der Größe 5 bis 10 ausbilden.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass man ein Aminophosphan ausgewählt aus der Gruppe 1-Dimethylamino-4-diphenylphosphinobutan, 1-Dimethylamino-3-diphenylphosphinopropan, 1-Dimethylamino-2-diphenylphosphinoethan, 1-Diethylamino-4-diphenylphosphinobutan, 2-(Diphenylphosphinomethyl)pyrrolidin, 2-(Diphenylphosphinomethyl)-2'-(dimethylaminomethyl)-1,1'-biphenyl verwendet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass als chelatisierende Diaminliganden (C₁-C₁₈)-Aryl- oder (C₁-C₈)-Alkylamine mit mindestens zwei Stickstoffatomen eingesetzt werden.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass Diamine, die einen Chelatring der Größe 5 bis 10 ausbilden, als Diaminliganden verwendet werden.
Verfahren nach Anspruch 9 und/oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass man auf ein Diamin ausgewählt aus der Gruppe Tetramethylethylendiamin, Tetraethylethylendiamin, 1,2-Bis(dimethylamino)benzol, Tetramethylpropylendiamin, 1,4-Diaminobutan, 1,4,7-Trimethyl-1,4,7-triazacyclononan, 1,2-Bis(dimethylamino)cyclohexan, 2-(Dimethylaminomethyl)pyrrolidin, 1,6-Bis(dimethylamino)hexan, Diazabicyclooctan, Diazabicyclononan, Diazabicycloundecan und 2,2'-Bipyridin zurückgreift.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass man die Palladiumverbindung in einer Menge von 100 ppm bis 3 mol-% bezogen auf das eingesetzte Arylhalogenid (Ar–X) verwendet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Diphosphan- oder Aminophosphanligand in einer solchen Menge eingesetzt wird, dass das Verhältnis Palladium zu Phosphorligand 1 : 1 bis 1 : 20, insbesondere 1 : 2 bis 1 : 8, beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das chelatisierende Diamin in einer solchen Menge verwendet wird, dass das molare Verhältnis Palladium zu Diaminligand 1 : 1 bis 1 : 200, insbesondere 1 : 1 bis 1 : 20, beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Umsetzung in einem inerten organischen Lösemittel und/oder Wasser erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass man die Reaktion in einem dipolar aprotischen Lösemittel wie z. B. aliphatischen Ester oder Amid, oder in einem aromatischen oder aliphatischen Kohlenwasserstoff, Alkohol oder Ester oder deren Gemische durchführt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Umsetzung bei Temperaturen von 20 bis 220 °C, insbesondere bei 80 bis 200 °C, besonders bevorzugt bei 100 bis 180 °C, erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktion drucklos durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Umsetzung in Gegenwart von 0,1 bis 30 mol-% einer Base bezogen auf das eingesetzte Arylhalogenid (Ar–X) erfolgt.