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Verfahren zur Herstellung von 5-Chlorsalicylsäure Die Erfindung betrifft
ein neues und verbessertes Verfahren zur Herstellung von 5-Chlorsalicylsäure, bei
dem diese in ausgezeichneten Ausbeuten und hohem Reinheitsgrad durch direkte Chlo,rierung
von Salicylsäure in einem organischen Lösungsmittel erhalten wird.
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Es sind viele Verfahren zur Herstellung von 5-Chlorsalicylsäure unter
Verwendung zahlreicher Ausgangsmaterialien bekannt. Keines dieser bekannten Verfahren
vereinigt jedoch alle Vorteile der vorliegenden Erfindung, insoweit diese die Einfachheit,
Leichtigkeit und Sicherheit des Herstellungsverfahrens, die Zugänglichkeit und niedrigen
Kosten der Ausgangsmaterialien, die Reinheit des Endproduktes sowie die hohen Ausbeuten
betreffen.
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Der nächstliegende Weg zur erfolgreichen Herstellung von 5-Chlorsalicylsäure
ist die direkte Chlorierung der Salicylsäure selbst. Es gibt zahlreiche derartige
Verfahren, aber keines dieser Verfahren hat alle die oben angegebenen Vorteile des
erfindungsgemäßen Verfahrens. Unter den Verfahren der direkten Chlorierung seinen,
folgende genannt: Die Chlorierung der Salicylsäure in äthanolischem Medium ist in
J. Am. Chem. Soc., 1 (1879/80), S. 176 bis 181, Ber. d. dtsch. Chem. Ges., 13 (1880),
S. 34 bis 36, beschrieben, wobei Mischungen von 5-Chlorsalicylsäure und 3,5-Dichlorsalicylsäure
erhalten werden. Die Verwendung von Methanol wurde in Cheinical Abstracts, 25 (1931),
S.1504, beschrieben, wobei nur die eine isomere 5-Chlorsalicylsäure, erhalten wurde,
jedoch macht die Entzündbarkeit und die Giftigkeit des Lösungsmittels dieses Verfahren
unzweckmäßig. Außerdem lassen die Ausbeuten zu wünschen übrig.
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Es wurde auch kalter Eisessig als Lösungsmittel beschrieben (Chemical
Abstracts, 33 [1939], S. 2124), jedoch sind die erhaltenen Ausbeuten ziemlich niedrig
und die bei Verwendung dieses Lösungsmittels auftretenden Gefahren offensichtlich.
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Es wurde auch Schwefelkohlenstoff als Lösungsmittel für solche Verfahren
verwendet, jedoch betragen die Ausbeuten nur 65°/o (Anschütz und A n s p a c h ,
Liebigs Annalen d. Chemie, 346 [1906],
S. 318 bis 321). Außerdem läßt auch
die außerordentliche Gefahr, die durch die Verwendung dieses Lösungsmittels verursacht
wird, das Verfahren als unzweckmäßig erscheinen.
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Es ist auch die Verwendung von Suspensionen der Salicylsäure in einem
flüssigen Medium und die Verwendung von gasförmigem Chlor als Chlorierungsmittel
bekannt. Es wurde eine Chlorbenzolsuspension verwendet, jedoch macht die Unreinheit
der erhaltenen 5-Chlorsalicylsäure und die Notwendigkeit, hohe Drücke anzuwenden,
und die sehr lange Reaktionszeit (26 bis 31 Stunden) dieses Verfahren wirtschaftlich
untragbar.
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Es wurden auch wäßrige alkalische Reaktionsmischungen angewendet (C
ah o u r s , Ann. Chim. [3], 13, [1845], S. 108 bis 111), wobei das Kaliumsalz der
Salicylsäure verwendet wurde. Das erhaltene Produkt war jedoch schwer zu reinigen.
Tisch -tschenko, J. Russ. Phys. Chem., 60, S. 162, verwendete eine alkalische Natriumcarbona.tlösung
und erhielt in der Hauptsache ein Dichlorderivat der Salicalsäure. La.ssar-Cohn
und Schultze (Ber. d. dtsch. Chem. Ges., 38 [1905], S. 3300) verwendeten Kaliumhypochlorit
und das Dikaliumsalz der Salicylsäure und erhielten so eine Mischung von 5-Chlorsalicylsäure
und Dichlorsalicylsäure. Ullmann und Kopetschnie (Ber.d.dtsch.Chem.Ges., 44 [1911],
S. 428) erhielten praktisch die gleichen Ergebnisse unter Verwendung des Monoalkalisalzes.
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Es wurde auch die Verwendung einer Aufschlämmung von Salicylsäure
in Nitrobenzol beschrieben, das erhaltene Produkt wurde aber nur in geringen Ausbeuten
erhalten, wobei der niedrige Schmelzpunkt von 160 bis 165° C ein sehr unreines Material
anzeigt. Bei anderen Chlorierungsverfahren der Salicylsäure wurden verwendet: 1.
Chlorwasserstoff und Wasserstoffperoxyd (Chemical Abstracts, 22 [1928], S. 584).
Die Ausbeuten betragen hierbei jedoch nur 56 bis 66%.
2. Jodbenzoldichlorid.
Die Ausbeuten betragen 89°/o. Die Kostspieligkeit dieses Umsetzungsmittels hebt
alle Vorteile, die durch die verhältnismäßig guten Ausbeuten gegeben sind, auf (Ber.
d. dtsch. Chem. Ges., 72 [1939], S. 1511).
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3. Antimonpentachlorid (Ber. d. dtsch. Chem. Ges., [1875], S. 816)
und 4. Selenoxychlorid (Morgan et al., Jo.urn. Chem. Soc., 1928, S.3269). Die beiden
letztgenannten Chlorierungsmittel liefern die 5-Chlorsalicylsäure nur in geringen
Ausbeuten und in geringer Reinheit.
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Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, 5-Chlorsalicylsäure in guten
Ausbeuten und hohem Reinheitsgrad durch Chlorierung der Salicylsäure in organiscben
Lösungsmitteln bei erhöhten Temperaturen zu erhalten.
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Es wurde gefunden, daß 5-Chlorsalicy lsäure durch Chlorierung von
in organischen Lösungsmitteln gelöster Salicylsäure in hohen Ausbeuten und in ausgezeichneter
Reinheit erhalten werden kann, wenn die Chlorierung der Salicylsäure mit gasförmigem
Chlor bei Temperaturen oberhalb etwa 100° C in einem halogenierten, aromatischen
Lösungsmittel der allgemeinen Formel
worin R1 und R2 für Wasserstoff oder eine niedrige Alkylgruppe, wie die Methyl-
und Äthylgruppe, stehen, X Halogen bedeutet und n eine ganze Zahl von 1 bis 5 ist,
durchgeführt wird.
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Es war vollkommen unerwartet, daß bei solchen erhöhten Temperaturen
irgendwelche wesentlichen Mengen an 5 - Chlo-rsalicylsäure erhalten werden würden,
da die Neigung des gasförmigen Chlors bekannt ist, bei solchen Temperaturen verschiedene
höhere Chlorierungspradukte zu liefern. Dies geht aus dem Buch »Unit Processes in
Organic Synthesis«, 4. Auflage, McGraw-Hill Book Comp., Inc., New-York, N. Y., 1952,
S. 209, hervor, wo über die Chlorierung von Benzol in flüssiger Phase folgendes
gesagt wird: »Höhere Temperaturen bewirken jedoch höhere Ausbeuten von polychlorierten
Benzolen bei allen Chlorierungsgraden. « Außerdem war der hohe Reinheitsgrad des
erfindungsgemäß hergestellten Produktes völlig überraschend im Hinblick auf die
bekannte, stark oxydierende Wirkung von gasförmigem Chlor bei solchen hohen Temperaturen.
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Es war weiterhin überraschend, daß die,erfindungsgemäß definierte
Klasse von Lösungsmitteln höhere Ausbeuten sowie eine ausgezeichnete Reinheit bewirken
würde, da durch die Verwendung von Nitrobenzol unter den gleichen Bedingungen, wie
sie für die halogenierten Lösungsmittel im erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben
werden, geringe Ausbeuten von etwa 65 bis 75 % erzielt werden. Diese niedrigen Ausbeuten
liegen in der Größenordnung, wie sie für Temperaturen im Bereich von 100 bis 150°
C erwartet werden. Das im vorliegenden Verfahren verwendbare Lösungsmittel soll
einen Schmelzpunkt unterhalb von Zimmertemperatur (25 bis 30° C) besitzen und gegen
jede wesentliche Chlorierung bei den Temperaturen, bei welchen die Chlorierung ausgeführt
wird, inert sein. Es ist selbstverständlich, daß auch Verbindungen, die von der
obigen Formel umfaßt werden und die bei Zimmertemperatur (25 bis 30° C) fest sind,
verwendet werden können, wenn sie in Mischung mit anderen flüssigen. oder normalerweise
festen Verbindungen des obigen Typs verwendet werden und die erhaltene Mischung
einen Schmelzpunkt unterhalb Zimmertemperatur (25 bis 30° C) besitzt. Es können
als Lösungsmittel auch Mischungen der genannten Lösungsmittel verwendet werden.
Geeignete Lösungsmittel sind z. B. Chlorbenzol, Brombenzol, m-Bromchlorbenzol, o-Dichlorbenzol,
m-Dichlorbenzol, p-Dichlorbenzol, 1,2,4-Trichlorbenzol, 1,2,3,4-Tetrachlorbenzol,
Pentachlorbenzol, o-Dibrombenzol, m-Dibromlbenzol, o-, m- und p-Bromtoluol, o-,
m- und p-Chlortoluol, 4-Brom-o-xylol. Das Verfahren wird durchgeführt, indem die
Salicylsäure mit dem Lösungsmittel oder der Mischung der Lösungsmittel gemischt
und die Temperatur auf wenigstens etwa 100° C und höher - falls dies zur vollständigen
Lösung der Salicylsäure in dem entsprechenden Lösungsmittel notwendig ist - erhöht
wird. Es kann zweckmäßig sein, eine geringe aliquote Menge des Lösungsmittels abzudestillieren,
um praktisch wasserfreie Bedingungen zu gewährleisten. Dies ist jedoch nicht unbedingt
notwendig, da Ausbeute und Reaktion nicht beeinträchtigt werden, wenn gewisse Mengen
an Wasser während der Chlorierung anwesend sind. Bevor die Chlorierung begonnen
wird, wird die Lösung der Salicylsäure auf etwa 100 bis 150° C, vorzugsweise etwa
110° C, eingestellt und dann gasförmiges Chlor langsam durch die Lösung durchgeleitet.
Die Beendigung der Reaktion kann geprüft werden, indem eine geringe Menge auf Zimmertemperatur
abgekühlt, filtriert, das auskristallisierte Produkt mit wenigen ccm frischem Lösungsmittel
gewaschen, getrocknet und der Schmelzpunkt und der Chlorgehalt festgestellt wird.
Gegebenenfalls kann dann weiteres Chlor zugeleitet werden. Die für die Zufuhr der
gewünschten Menge Chlor benötigte Zeit schwankt zwischen 7 und 12 Stunden. Nach.
Beendigung der Reaktion wird der gesamte Ansatz unter Rühren auf Zimmertemperatur
(25 bis 30° C) abgekühlt, das auskristallisierte Produkt filtriert, mehrere Male
mit frischem Lösungsmittel gewaschen und schließlich getrocknet.
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Die Temperatur, bei welcher die Chlorierung durchgeführt wird, kann
zwischen etwa 100 und 150° C, vorzugsweise bei etwa 110° C, liegen. Es können auch
etwas höhere Temperaturen verwendet werden, doch sind diese gewöhnlich nicht notwendig,
da keine bessere Ausbeute und/oder Reinheit erzielt wird und da zusätzlich Nebenreaktionen
auftreten können, welche eine Abnahme der Ausbeute und Verunreinigungen im Endprodukt
bewirken.
Die folgenden Beispiele veranschaulichen die vorliegende
Erfindung.
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Beispiel 1 600 g Salicylsäure wurden zu 3265 g Chlorbenzol gegeben
und dann 100 ccm Chlorbenzol abdestilliert, um für die nachfolgende Chlorierung
wasserfreie Bedingungen zu gewährleisten. Die Mischung wurde auf 110° C abgekühlt,
wobei eine klare Lösung der Salicylsäure in Chlorbenzol erhalten wurde. Dann wurden
310 g gasförmiges Chlor während 101/z Stunden langsam in die Lösung eingeleitet.
Nach Beendigung der Einleitung des gasförmigen Chlors wurde die Reaktionsmischung
unter Rühren auf 25 bis 30° C abgekühlt und abgesaugt. Der Filterkuchen wurde mit
drei Portionen jeweils frischem Chlorbenzol gewaschen und dann getrocknet. Es wurden
695,2 g erhalten, was einer Ausbeute von. 92,7% der Theorie entspricht. Das Endprodukt
besaß einen Schmelzpunkt von 168,7 bis 173,0° C und einen Chlorgehalt von 20,53%.
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Beispiel 2 Das Verfahren von Beispiel 1 wurde wiederholt mit der Ausnahme,
daß das gasförmige Chlor 12 Stunden durch die Lösung durchgeleitet wurde. Die Ausbeute
betrug 703,8 g, was 93,8% der Theorie entspricht. F. = 168,2 bis 172,8° C. Chlorgehalt
= 20,72%.
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Beispiel 3 Das Verfahren von Beispiel 1 wurde wiederholt, wobei o-Chlortoluol
als Lösungsmittel verwendet wurde. Die Ausbeute betrug 710 g, was 94,6% der Theorie
entspricht. F. = 172 bis 173° C.
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Beispiel 4 Das Verfahren gemäß Beispiel 1 wurde wiederholt, wobei
Brombenzol als Lösungsmittel verwendet wurde. Die Ausbeute betrug 700 g, was 93,3%
der Theorie entspricht. F. = 172,4 bis 173,0° C.
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Beispiel 5 Das Verfahren von Beispiel 1 wurde wiederholt, wobei m-Chlortoluol
als Lösungsmittel verwendet wurde. Die Ausbeute betrug 705 g, was 94,0% der Theorie
entspricht. F. = 171 bis 172° C.
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Beispiel 6 Das Verfahren gemäß Beispiel 5 wurde wiederholt mit der
Ausnahme, daß das gasförmige Chlor 7 Stunden eingeleitet wurde. Die Ausbeute betrug
701 g, was 93,5 % der Theorie entspricht. F. = 172 bis 172,6° C.
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Beispiel 7 Das Verfahren von Beispiel 6 wurde wiederholt, wobei 1,2,4-Trichlorbenzol
als Lösungsmittel verwendet wurde. Die Ausbeute betrug 700 g, was 93,3 % der Theorie
entspricht. F. =171,6 bis 172,5° C.