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Verfahren zur Herstellung von Chiorpyridinen und ihren alkylsubstituierten
Homologen Es ist bekannt, daß man das verhältnismäßig schwer herzustellende 4-Chlorpyridin
neben 2-Chlorpyridin durch Umsetzung von Pyridin-N-oxyd mit Sulfurylchlorid erhalten
kann. Man hat auch schon 4-Chlor-2-alkyl-pyridine auf diese Weise hergestellt. Das
Verfahren besitzt aber den Nachteil, daß man dabei das Sulfurylchlorid in einem
Überschuß von mindestens dem Dreifachen der berechneten Menge verwenden muß, um
die Reaktion beherrschen zu können. Das nicht umgesetzte Sulfurylchlorid muß dann
nach der Reaktion durch Destillation unter vermindertem Druck wieder entfernt werden.
Weiterhin muß das Sulfurylchlorid in einem gesonderten Prozeß erst hergestellt werden,
und schließlich ist die Handhabung dieser an der Luft zersetzlichen aggressiven
Flüssigkeit in technischem Maßstab schwierig.
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Es wurde nun gefunden, daß alle geschilderten Nachteile vermieden
und in einfacherer Weise Chlorpyridine und ihre alkylsubstituierten Homologen erhalten
werden wenn man in die entsprechenden Pyridin-N-oxyde bei einer Temperatur zwischen
30 und 45 J C in Gegenwart eines gegenüber den Reaktionspartnern inerten Verdünnungsmittels
ein aus Chlor und Schwefeldioxyd bestehendes Gasgemisch einleitet.
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Vorzugsweise verwendet man ein Gemisch, in dem Chlor und Schwefeldioxyd
in einem Volumenverhältnis von 1:1 vorliegen. Ein Überschuß von Schwefeldioxyd beeinflußt
die Reaktion nicht nachteilig, jedoch muß die überschüssige Menge anschließend aus
dem Reaktionsgemisch wieder entfernt werden, während ein Chlorüberschuß zu Nebenreaktionen
führen kann.
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Zweckmäßig wird 1 Mol Pyridin-N-oxyd mit je 1 Mol Chlor und Schwefeldioxyd
zur Reaktion gebracht. In diesem Falle wird praktisch das gesamte eingeleitete Gas
umgesetzt.
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Da die Reaktion stark exotherm verläuft, ist zur Vermeidung explosionsartiger
Zersetzungen der Zusatz eines Verdünnungsmittels unbedingtes Erfordernis. Als Verdünnungsmittel
verwendet man vorteilhaft niedrigsiedende Chlorkohlenwasserstoffe, wie Methylenchlorid,
Chloroform u. dgl. Um das Sieden des Verdünnungsmittels in Grenzen zu halten, ist,
insbesondere bei größeren Ansätzen, eine zusätzliche Kühlung des Reaktionsgemisches
zweckmäßig.
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Der nach der Gasbehandlung und Abtrennung des Verdünnungsmittels
verbleibende Rückstand wird mit Wasser versetzt, das entstandene Gemisch alkalisch
gemacht und das Chlorpyridin mit Wasserdampf abdestilliert oder mit einem Lösungsmittel
extrahiert.
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Das erhaltene Produkt besitzt einen solchen Rein-
heitsgrad, daß es
im allgemeinen ohne weitere Reinigung weiterverarbeitet werden kann.
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Beispiel 1 2- und 4-Chlorpyridin In einem 21 fassenden Rundkolben,
der mit Rührer, Rückflußkühler, Thermometer und Gaseinleitungsrohr versehen ist,
wurden 105 g Pyridin-N-oxyd in 200 ml Chloroform gelöst und in die Lösung bei einer
Temperatur von 20"C 501 pro Stunde eines Gasgemisches, bestehend aus 25 1 C12 und
25 1 SO2, eingeleitet. Nachdem die Temperatur des Reaktionsgemisches auf 40 C angestiegen
war, wurde durch Außenkühlung dafür gesorgt, daß eine weitere Steigerung nicht eintrat.
Nach Einleiten von 54 1 des Gasgemisches ließ man noch 15 Minuten nachreagieren.
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Das Lösungsmittel wurde im Vakuum abdestilliert, der Rückstand mit
200 ml kaltem Wasser versetzt, mit 5001,iger wäßriger Natronlauge alkalisch gemacht
und das entstandene Gemisch von 2- und 4-Chlorpyridin mit Wasserdampf übergetrieben.
Die Chlorpyridine setzten sich als spezifisch schwerere, wasserunlösliche Schicht
am Boden der Vorlage ab und wurden im Scheidetrichter vom Wasser abgetrennt.
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Es wurden 19,5 g 4-Chiorpyridin, Kr.1, = 45 bis 47"C, und 8,2 g 2-Chlorpyridin,
Kr.15 = 55 bis 60°C, erhalten, was 220/, der Theorie, bezogen auf das eingesetzte
Pyridin-N-oxyd, entspricht.
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Der Schmelzpunkt des 4-Chlorpyridin-Pikrats betrug 138 bis 140°C,
der des 2-Chlorpyridin-Pikrats 132 bis 134"C.
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Beispiel 2 4-Chlor-3 -methyl-pyridin In einem Reaktionskolben gemäß
Beispiel 1 wurden 109 g 3-Methyl-pyridin-N-oxyd in 100 ml Chloroform gelöst. Bei
einer Temperatur von 20°C wurden innerhalb einer Stunde 50 1 eines Gasgemisches,
bestehend aus 25 1 C12 und 25 l S°2, eingeleitet. Nachdem die Temperatur auf 409C
angestiegen War, wurde durch Außenkühlung dafür gesorgt, daß eine weitere Steigerung
nicht eintrat. Anschließend ließ man das Gemisch noch 15 Minuten nachreagieren,
versetzte dann den Rückstand mit kaltem Wasser und setzte so viel festes Natriumhydroxyd
zu, bis eine alkalische Reaktion erreicht war. Das ausgeschiedene 4-Chlor-3-methyl-pyridin
wurde mittels Wasserdampfdestillation aus der Salzlösung entfernt und im Scheidetrichter
von der wäßrigen Schicht des Destillats abgetrennt. Anschließend wurde das feuchte
4-Chlor-3-methyl-pyridin unter vermindertem Druck destilliert.
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Es wurden 55,3 g 4-Chlor-3-methyl-pyridin vom Kp.24 = 76 bis 78"C
erhalten, was 43,50/0 der Theorie, bezogen auf das eingesetzte 3-Methyl-pyridin-N-oxyd,
entspricht.
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Der Schmelzpunkt des Pikrats betrug 150 bis 151°C.
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Beispiel 3 2-Chlor-4-methyl-pyridin In einem Reaktionskolben gemäß
Beispiel 2 wurden 109 g 4-Methyl-pyridin-N-oxyd in 150 ml Methylenchlorid gelöst.
Bei einer Temperatur von 200 C wurden innerhalb einer Stunde 50 1 eines Gasgemisches,
bestehend aus 25 1 C12 und 25 1 SO2, eingeleitet. Die Temperatur stieg schnell auf
den Siedepunkt des Methylenchlorids an. Anschließend ließ man noch 1/4 Stunde nachreagieren
und entfernte dann das Verdünnungsmittel durch Destillation unter vermindertem Druck.
Der vom Verdünnungsmittel befreite Rückstand wurde mit kaltem Wasser versetzt und
die wäßrige Lösung durch Zugabe von festem Natriumhydroxyd alkalisch gemacht. Das
sich dabei abscheidende 2-Chlor-4-methyl-pyridin wurde mittels Wasserdampfdestillation
aus der Salzlösung entfernt und im Scheidetrichter von der wäßrigen Schicht des
Destillats abgetrennt. Anschließend wurde das feuchte 2-Chlor-4-methyl-pyridin unter
vermindertem Druck destilliert.
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Es wurden 32 g 2-Chlor-4-methyl-pyridin vom Kr.17 = 84 bis 85"C erhalten,
was 25°/o der Theorie, bezogen auf das eingesetzte 4-Methyl-pyridin-N-oxyd, entspricht.
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Der Schmelzpunkt des Pikrats betrug 113 bis 115°C.
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Beispiel 4 4-Chlor-2-methyl-pyridin In einem Reaktionskolben gemäß
Beispiel 1 wurden 500 g 2-Methyl-pyridin-N-oxyd in 500 ml Methylenchlorid gelöst.
In die Lösung wurde während 5 Stunden ein Gasgemisch aus Cl2 und SO2 im Volumenverhältnis
1: 1 mit einer Gasgeschwindigkeit von 501 pro Stunde eingeleitet. Im Verlauf der
Reaktion erhitzte sich das
Reaktionsgemisch auf den Siedepunkt des Methylenchlorids.
Da die Temperatur heftig anstieg, wurde der Kolben von außen mit Wasser gekühlt.
Nach beendeter Einleitung des Gasgemisches ließ man noch l/2 Stunde nachreagieren
und entfernte anschließend das Verdünnungsmittel durch Vakuumdestillation.
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Der Rückstand wurde mit kaltem Wasser versetzt und mit 500/,der Natriumhydroxydlösung
alkalisch gemacht. Das frei gewordene 4-Chlor-2-methyl-pyridin wurde mit Äther extrahiert
und nach Entfernung des Äthers zur weiteren Reinigung einer Vakuumdestillation unterworfen.
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Es wurden 260 g 4-Chlor-2-methyl-pyridin vom Kp.15 = 54 bis 56"C
als farbloses Öl erhalten, was 450/o der Theorie, bezogen auf das eingesetzte 2-Methyl-pyridin-N-oxyd,
entspricht.
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Der Schmelzpunkt des Pikrats betrug 162 bis 163 C.
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Beispiel 5 4-Chlor-2-äthyl-pyridin In einem 60 1 fassenden Reaktionsgefäß
aus Jenaer Glas, das mit Rührer, Thermometer, Rückflußkühler und Gaseinleitungsrohr
versehen ist, wurden bei einer Temperatur von 20"C 8 kg 2-Äthyl-pyridin-N-oxyd in
121Methylenchlorid gelöst. In diese Lösung wurde 8 Stunden lang ein Gasgemisch,
bestehend aus Cl2 und SO2 im Volumenverhältnis 1:1, mit einer Geschwindigkeit von
4001 pro Stunde eingeleitet. Das Reaktionsgemisch erwärmte sich im Laufe des Einleitens
bis auf den Siedepunkt des Methylenchlorids.
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Nach beendeter Einleitung des Gasgemisches ließ man etwa 1/2 Stunde
nachreagieren, worauf das Methylenchlorid abdestilliert wurde. Der teils ölige,
teils kristalline Rückstand wurde mit kaltem Wasser versetzt und anschließend mit
300/0iger Kalilauge alkalisch gemacht. Aus dem so erhaltenen Reaktionsgemisch wurde
das gebildete 4-Chlor-2-äthyl-pyridi n mit Wasserdampf überdestilliert. Das sich
am Boden der Vorlage absetzende Öl wurde vom Wasser getrennt und einer Vakuumdestillation
unterworfen.
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Es wurden 4,55 kg 4-Chlor-2-äthyl-pyridin vom Kr.15 = 75 bis 77"C
erhalten, was 49 0/o der Theorie, bezogen auf das eingesetzte 2-Äthyl-pyridin-N-oxyd,
entspricht.
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Der Schmelzpunkt des Pikrats betrug 117 bis 1190 C.
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Aus dem Rückstand der Wasserdampfdestillation wurden durch Eindampfen
und Extraktion mit Methylenchlorid 2,8 kg = 350/o des eingesetzten 2-Äthyl-pyridin-N-oxyds
zurückgewonnen.