DE1080999B - Verfahren zur Herstellung von kernfluorierten Benzoesaeuren - Google Patents

Description

Alle isomeren Mono- und Difluortoluole sind bekannt. Die meisten entsprechenden Fluorbenzoesäuren können jedoch aus diesen Toluolen durch Oxydation entweder nur in sehr geringen Ausbeuten oder überhaupt nicht hergestellt werden.

Es ist bereits bekannt, Aminobenzoesäuren bzw. deren Ester mit Hilfe des Fluorboratverfahrens nach Schiemann, in die entsprechenden Fluorbenzoesäuren überzuführen. Die o- und m-Fluorbenzoesäure konnte in Ausbeuten von 19 bzw. 16°/₀ erhalten werden. Die p-Fluorbenzoesäure ist auf diesem Wege nicht zugänglich. Bei der Verwendung der Aminobenzoesäureester können bessere Ausbeuten erhalten werden. Da dieses Verfahren jedoch über mehrere Stufen verläuft, ist die Ausbeute von 63% an p-Fluorbenzoat unbefriedigend (J.'Dippy und F. Williams, »Journal of Chemical Society«, 1934, S. 1466, und E. Bennet und C. Niemann, »Journal of the American Chemical Society«, 1950, S. 1800).

Es ist ferner bekannt, Fluortoluole mit Hilfe von Kaliumpermanganat oder Chromschwefelsäure zu oxydieren. Bei der Behandlung von o- oder m-Fluortoluol werden Reaktionsprodukte erhalten, die zu 90 bis 95 % aus Verbindungen bestehen, die im Kern oxydiert sind. Bei der Behandlung von p-Fluortoluol mit diesen Stoffen kann die p-Fluorbenzoesäure nur in einer Ausbeute von 30% erhalten werden.

Es ist außerdem bekannt, Fluor-co-trichlortoluole durch Hydrolyse mit 80% Ausbeute in die entsprechenden Säuren zu überführen.

Es wurde nun gefunden, daß man Fluorbenzoesäuren aus Fluortoluolen in sehr guter Ausbeute herstellen kann, wenn man diese bei erhöhter Temperatur und erhöhtem Druck mit wäßriger Salpetersäure oxydiert. Überraschenderweise findet dabei keine Abspaltung von Fluor statt. Bekanntlich spaltet o-Fluortoluol bereits beim Aufbewahren Fluorwasserstoff ab (vgl. Beilstein, Handbuch der organischen Chemie, 4. Auflage, 2. Ergänzungswerk, 5. Band, S. 223).

Als Ausgangsstoffe können mono- oder auch polyfluorierte Toluole verwendet werden. Die entstehenden Stoffe sind meistens so rein, daß sich eine Umkristallisation erübrigt. In den restlichen Fällen genügt einmaliges Umkristallisieren, um die Stoffe völlig rein zu erhalten.

Es ist zweckmäßig, das erfindungsgemäße Verfahren bei erhöhter Temperatur von etwa 125 bis 25O⁰C, vorzugsweise bei 190 bis 200° C, durchzuführen.

Es ist außerdem vorteilhaft, die Oxydation in Anwesenheit eines Überschusses an Salpetersäure durchzuführen. Der Überschuß soll jedoch nicht mehr als 10 % betragen, da sonst Nebenprodukte entstehen. Zweckmäßigerweise verwendet man eine 20%ige Salpetersäure.

Die Höhe des erforderlichen Druckes und der Temperatur ist von Fall zu Fall verschieden. Sie hängt im all-Verfahren zur Herstellung
von kernfluorierten Benzoesäuren

Anmelder:
Deutsche Gold- und Silber-Scheideanstalt

vormals Roessler,
Frankfurt/M., Weißfrauenstr. 9

gemeinen von der Art des Ausgangsproduktes ab. Die Ausbeute nimmt meist mit steigendem Druck zu.

Da während der Reaktion Stickoxyde entwickelt werden, stellt sich der Druck in Abhängigkeit von der angewandten Temperatur selbst ein.

Es ist auch möglich, bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Salpetersäure ganz oder teilweise durch nitrose Gase zu ersetzen. Diese haben bei den Arbeitsbedingungen dieselbe oxydierende Wirkung wie die Salpetersäure. Hierbei kann in bekannter Weise so verfahren werden, daß man aus dem Reaktionsraum einen Teil der Stickoxyde abzieht, außerhalb des Reaktionsraumes mit Sauerstoff oder Luft umsetzt und direkt oder in Form von regenerierter Salpetersäure gegebenenfalls wieder der Reaktion zuführt.

Die Fluorbenzoesäuren finden Verwendung bei der Farbstoffherstellung, Kunststoffherstellung und für medizinische Zwecke.

Sie können ferner nach an sich bekannten Verfahren nitriert bzw. verestert werden. Die im Kern nitrierten Säuren können beispielsweise infolge ihrer Reaktionsfreudigkeit mit Aminen oder Aminosäuren in der Protein-Chemie verwendet werden.

Die als Ausgangsstoffe verwendeten Fluortoluole sind in hohen Ausbeuten leicht aus den entsprechenden Toluidinen, beispielsweise durch die Schiemann-Reaktion (vgl. Ben, Bd. 60, 1927, S. 1186) oder nach der in der USA.-Patentschrift 2 563 596 beschriebenen Methode, herstellbar.

Beispiel 1

In einem Autoklav aus rostfreiem Stahl werden 45 Gewichtsteile (0,408 Mol) p-Fluortoluol und 264 Volumteile 20%ige Salpetersäure (0,848 Mol) eingebracht. Das Gemisch wird innerhalb von 2 Stunden auf 190 bis 200° C erhitzt und 4 Stunden auf dieser Temperatur gehalten.

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Es stellt sich ein Druck von 70 kg/cm² ein. Beim Öffnen des Autoklavs entweichen Stickoxyde. Das Oxydationsprodukt befindet sich als Niederschlag auf dem Boden des Autoklavs. Die Säure wird in kalter 15°/_oiger Natriumhydroxydlösung (100 Volumteile) aufgenommen und der Autoklav zweimal mit 50 Volumteilen derselben Lösung ausgewaschen. Die alkalische Lösung wird nitriert und angesäuert. Die p-Fluorbenzoesäure wird abfiltriert, mit 100 Volumteilen kaltem Wasser gewaschen und 24 Stunden bei Raumtemperatur stehen gelassen und anschließend 8 Stunden bei 100⁰C getrocknet.

Ausbeute: 57 Gewichtsteile =96%.

Die Substanz schmilzt zwischen 181 und 200⁰C. Nach einer Umkristallisation aus Wasser beträgt der Schmelzpunkt 185 bis 186° C.

Beispiel 2

20 Gewichtsteile m-Fluortoluol (0,182 Mol) wurden mit 124 Volumteilen Salpetersäure (0,4 Mol) unter den im Beispiel 1 angegebenen Bedingungen oxydiert. Es wurden 51,1 Gewichtsteile m-Fluorbenzoesäure, entsprechend einer Ausbeute von 85% isoliert. Schmelzpunkt 120 bis 121°C. Nitrierungsprodukte wurden nicht festgestellt. Nach einer Umkristallisation aus Wasser beträgt der Schmelzpunkt 122° C.

Beispiel 3

15 Gewichtsteile o-Fluortoluol wurden mit 86 Volumteilen 20%iger Salpetersäure, wie im Beispiel 1 angegeben, oxydiert. Es wurde innerhalb von 1 Stunde auf 190 bis 200° C erhitzt, und nach üblicher Aufarbeitung 14,3 Gewichtsteile o-Fluorbenzoesäure mit einem Schmelzpunkt von 121°C isoliert.

Ausbeute: 80%.

Beispiel 4

30 Teile p-Fluortoluol wurden mit 125 Teilen Wasser in einem Autoklav mit 50 Teilen Stickstoffdioxyd unter Druck versetzt und das Gemisch unter Rühren 3 Stunden auf 180 bis 200⁰C erhitzt und bei dieser Temperatur 6 Stunden gehalten. Nach dem Abkühlen und Filtrieren erhielt man 30 Teile p-FIuorbenzoesäure, die nach dem Umkristallisieren aus Wasser bei 183,5° C schmolz.

Beispiel 5

12,5 Gewichtsteile 2,5-Dinuortoluol wurden mit 100 Volumteilen 15%iger Salpetersäure in einem 400 Volumteile fassenden Autoklav 4 Stunden auf 190 bis 200⁰C erhitzt. In der abgekühlten Reaktionslösung lag die 2,5-DifLuorbenzoesäure bereits in kristalliner Form vor. Sie wurde abfiltriert, mit Wasser gewaschen bis das Filtrat farblos war und getrocknet. Die Ausbeute betrug 10,9 Gewichtsteile, entsprechend 69% der Theorie; Schmelzpunkt 118 bis 119°C.

Nach der gleichen Methode wurde die 2,4-Difluorbenzoesäure in 65%iger Ausbeute mit einem Schmelzpunkt von 182 bis 184° C und die 3,4-Difluorbenzoesäure in 70%iger Ausbeute mit einem Schmelzpunkt von 119 bis 12O⁰C aus den entsprechenden Difluortoluolen gewonnen.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von kernfluorierten Benzoesauren durch Oxydation von Fluortoluolen bei erhöhter Temperatur und erhöhtem Druck mit anorganischen Oxydationsmitteln, dadurch gekenn zeichnet, daß man als Oxydationsmittel mäßig konzentrierte Salpetersäure und bzw. oder nitrose Gase verwendet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Oxydation bei einer Temperatur von 125 bis 250° C, vorzugsweise 190 bis 200⁰C, durchführt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man eine 20%ige Salpetersäure verwendet.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Überschuß, vorzugsweise nicht mehr als 10%, Salpetersäure verwendet.

5. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man o-, m- oder p-Fluortoluol als Ausgangsmaterial verwendet.

In Betracht gezogene Druckschriften:
»Annalen der Chemie«, Bd. 325, S. 263;
»Chemisches Zentralblatt«, 1956, S. 5785;
»Chemical Abstracts«, 1956 S. 6426.

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