DE1618202C3

DE1618202C3 - Verfahren zur Herstellung von Carbonsä'urebromiden

Info

Publication number: DE1618202C3
Application number: DE1967C0041410
Authority: DE
Inventors: Herbert Dr. 5000 Koeln Jenkner; Heinz Dr.-Ing. 5211 Ranzel Nestler
Original assignee: Chemische Fabrik Kalk GmbH
Current assignee: Chemische Fabrik Kalk GmbH
Priority date: 1967-02-03
Filing date: 1967-02-03
Publication date: 1980-09-18
Also published as: DE1618202B2; GB1210475A; DE1618202A1; FR1556480A

Description

Nach Berger, J. Prakt. Chem. 152. (1939), 294, lassen sich Carbonsäurebromide durch Einwirkung von Brom auf Carbonsäuren in Gegenwart von rotem Phosphor herstellen. Nachteilig ist bei diesem Verfahren jedoch, daß eine Bromsubstitution am Säurerest nicht vermieden werden kann. Es entstehen hierbei in unkontrollierten Reaktionen bromierte Nebenprodukte, die von dem gewünschten Endprodukt nur unter erhöhtem technischem Aufwand abtrennbar sind. Außerdem werden nach diesem Verfahren nur Ausbeuten etwa von 75 bis 80% der Theorie erzielt. Auch bei Verwendung von Phosphortribromid als Bromierungsreagenz für Carbonsäuren sind die Ausbeuten an Carbonsäurebromiden keineswegs höher, wie sich aus J. Am. Chem. Soc. 62 (1940), 227, ergibt. Nach R. Adams et al, J. Am. Chem. Soc. 42, (1920), 599 bis 611, ist es günstiger, die Carbonsäurebromide durch Umsetzung der entsprechenden Säurechloride mit Bromwasserstoff oder der freien Carbonsäuren mit Oxalylbromid herzustellen, weil hierbei in hoher Ausbeute reine Produkte erzielt werden können. Für die großtechnische Herstellung der Carbonsäurebromide sind diese Verfahren jedoch technisch zu aufwendig, weil die Carbonsäurechloride bzw. das Oxalylbromid in getrennten Verfahren synthetisiert werden müssen.

Adams et al, Lc, berichten außerdem, daß sich die Säurebromide aus den Carbonsäuren oder ihren Alkalisalzen durch Umsetzung mit Phosphorpentabromid gewinnen lassen, wobei als Nebenprodukt Phosphoroxybromid entsteht. Da aber die Ausbeuten an Carbonsäurebromiden hierbei nur 50 bis 75% der Theorie betragen, wird von einer Übertragung dieser Herstellungsmethode in die Großtechnik ausdrücklich abgeraten. Gerrard et al, Chem. and Ind. 1947,437, benutzen ebenfalls die Umsetzung von Essigsäure und Phosphorpentabromid, um Phosphoroxybromid herzustellen, wobei Acetylbromid als Nebenprodukt anfällt. Zur Herstellung von Carbonsäurebromiden ist die Methode jedoch wegen des hohen Bromverbrauchs äußerst ungünstig, da für 1 MoI an Säurebromid 5 g-Atom Brom in Form von Phosphorpentabromid benötigt werden. Außerdem ist es notwendig, das einzusetzende Phosphorpentabromid aus Phosphortribromid und Brom nach einem bekannten Verfahren, wie es beispielsweise in J. Am. Chem. Soc. 76, (1954), 3916 bis 19 beschrieben ist, gesondert herzustellen.

Gegenstand der US-PS 19 36 739 ist ein zweistufiges Verfahren, nach dem aliphatische Säuren mit höherem Molekulargewicht, insbesondere Fettsäuren des Kokosnußöls in die entsprechenden Säurechloride umgewandelt werden können. Dazu werden die Fettsäuren zunächst mit Phosphortrichlorid umgesetzt, die dabei gebildete phosphorige Säure abgetrennt und danach die Reaktion durch Einleiten von elementarem Chlor zu Ende geführt. Der dabeifi gebildete Chlorwasserstoff wird zusammen mit dem überschüssigen Chlor unter ίο Durchleiten von Luft ausgetrieben. Restliche Mengen an Phosphorpentachlorid können entweder im Endprodukt verbleiben oder durch Abkühlung ausgeschieden und abgetrennt werden. In seiner Hauptstufe, der Umsetzung der Säure mit Phosphortrichlorid, benötigt dieses Verfahren Reaktionszeiten von zwei Tagen und ist bereits aus diesem Grund für eine großtechnische Anwendung nicht brauchbar.

Damit war die Aufgabe gegeben, ein Verfahren zu finden, nach dem Carbonsäurebromide aus den entsprechenden Carbonsäuren und Brom bei hoher Ausbeute und guter Bromausnutzung in einfacher Arbeitsweise und mit technisch vertretbarem Zeitaufwand hergestellt werden können.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Bromiden gesättigter, ggf. durch Halogenatome substituierter aliphatischer Carbonsäuren mit 2 bis 6 C-Atomen oder einkerniger gegebenenfalls bromsubstituierter aromatischer Carbonsäuren, durch Umsetzung dieser Carbonsäuren mit Phosphortribromid. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, daß man die jweilige Carbonsäure bei einer Temperatur, bei der noch keine Umsetzung stattfindet, mit Phosphortribromid im Molverhältnis von 1 :3 vermischt, anschließend dem Gemisch bei gleichbleibender Temperatur 1 Mol Brom je 3 Mol Carbonsäure langsam zugibt und dann die Rekationstemperatur auf maximal 100⁰C erhöht, bis die Bromwasserstoffentwicklung beendet ist.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich aliphatische Carbonsäuren, die gegebenenfalls durch Halogenatome substituiert sein können, wie beispielsweise Essigsäure, Bromessigsäure, Propionsäure, ' α-Brompropionsäure, ß- Brombuttersäure, Isovaleriansäure, Diäthylessigsäure, sowie einkernige aromatische Carbonsäuren, wie beispielsweise Benzoesäure, Toluylsäure, o-Brombenzoesäure, in ihre Bromide überführen. Es können sowohl Carbonsäuren, die bei Zimmertemperatur flüssig sind, als auch solche, die bei Zimmertemperatur fest sind, eingesetzt werden.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden Carbonsäuren und Phosphortribromid miteinander vermischt, wobei auf 3 Mol Carbonsäure 1 MoI Phosphortribromid eingesetzt wird. Ist die Carbonsäure flüssig, so liegt hierbei ein homogenes Gemisch vor. Bei festen Carbonsäuren wird eine Suspension der Carbonsäure in dem Phosphortribromid erhalten. Während des Vermischens von Phosphortribromid und der Carbonsäure soll die Temperatur in dem Reaktionsgemisch so niedrig liegen, daß noch keine Umsetzung stattfindet. Ist das Reaktionsgemisch eine homogene Flüssigkeit, so sind Temperaturen von unter 30⁰C, vorzugsweise 0 bis 30°C, vorteilhaft. Wenn das Reaktionsgemisch jedoch als Suspension vorliegt, so ist es günstiger, eine höhere Temperatur bis etwa 80⁰C einzuhalten. Unter weiterer kräftiger Durchmischung wird diesem Gemisch auf je 3 Mol Carbonsäure 1 Mol Brom langsam zugesetzt. Das Brom wird dabei in dem Maße, wie es im Raktionsgemisch verbraucht wird,

eingespeist, wobei die Temperatur in dem angegebenen Bereich gehalten werden soll. Bereits während der Zugabe des Broms zu dem Reaktionsgemisch tritt Bromwasserstoffentwicklung ein. Nach Beendigung der Bromzugabe wird das Reaktionsgemisch zur Vervollständigung der Umsetzung und der Bromwasserstoffentwicklung einige Zeit auf Temperaturen bis 100° C, vorzugsweise 50 bis 90° C, erwärmt, bis die Entwicklung des Bromwasserstoffs beendet ist. Es werden insgesamt auf 3 Mol Säurebromid bis zu 2 Mol Bromwasserstoff erhalten. Nach Beendigung der Bromwasserstoffentwicklung wird das Reaktionsgemisch abgekühlt, wobei sich zwei Schichten bilden. Die obere, dünnflüssige ist das Säurebromid, das in an sich bekannter Weise, zum Beispiel durch Dekantieren, von der unteren, zähflüssigen Schicht abgetrennt wird, die größtenteils aus Metaphosphorsäure besteht. Die so erhaltenen Säurebromide sind so rein, daß sie für die meisten technischen Anwendungsgebiete direkt eingesetzt werden können. Sollte eine höhere Reinheit der Produkte erforderlich sein, so können sie gegebenenfalls unter vermindertem Druck destilliert werden.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden Ausbeuten von 90% der Theorie oder darüber erhalten. Als Nebenprodukt werden auf 3 Mol Säurebromid 2 Mol gasförmiger Bromwasserstoff erhalten, der entweder als solcher Verwendung finden kann oder wieder zu Brom oxidiert und im Verfahren erneut eingesetzt werden kann. Gegenüber den bekannten Verfahren wird somit eine höhere Ausbeute und eine bessere Bromausnutzung bei einem Zeitaufwand von nur wenigen Stunden erreicht.

Die Carbonsäurebromide finden Verwendung als organische Zwischenprodukte, beispielsweise bei der Herstellung pharmazeutischer Wirkstoffe.

Beispiel 1

In einem mit Rührvorrichtung, Einlaßstutzen, Rückflußkühler und Gasableitung versehenen Reaktionsgefäß werden 111 Gewichtsteile Propionsäure und 135,5 Gewichtsteile Phosphortribromid miteinander vermischt und eine Temperatur von 20° C aufrechterhalten. In das Gemisch werden innerhalb von 2 Stunden 80 Gewichtsteile Brom derart eingespeist, daß die Temperatur nicht über 25°C steigt. Wenn etwa '/3 der Brommenge eingespeist worden ist, setzt lebhafte Bromwasserstoffentwicklung ein. Nach Beendigung der Bromzugabe wird das Reaktionsgemisch auf eine Temperatur von 75°C erwärmt, bis die Bromwasserstoffentwicklung aufhört. Der Bromwasserstoff wird durch die Gasableitung abgeführt und gesammelt, wobei etwa 62 Gewichtsteile erhalten werden.

Nach Abkühlung des Reaktionsgemisches wird das Propionsäurebromid von dem zähflüssigen Rückstand abdekantiert und anschließend destilliert. Die Ausbeute an Propionsäurebromid mit einem Siedepunkt von 105°C beträgt 203 Gewichtsteile oder 98,8% der Theorie.

Beispiel 2

60

In dem in Beispiel 1 beschriebenen Reaktionsgefäß werden 306 Gewichtsteile Isovaleriansäure und 271 Gewichtsteile Phosphortribromid miteinander vermischt und eine Temperatur von 15 bis 20°C aufrechterhalten. In das Gemisch werden innerhalb von 40 Minuten 160 Gewichtsteile Brom bei derselben Temperatur eingespeist. Nach Beendigung der Bromzugabe wird das Reaktionsgemisch auf eine Temperatur von 70°C erwärmt, bis die Bromwasserstoffentwicklung aufhört. Der Bromwasserstoff wird gesammelt, wobei etwa 365 Gewichtsteile erhalten werden. Nach Abkühlung des Reaktionsgemisches wird das Valerieansäurebromid von dem zähflüssigen Rückstand abdekantiert.

Beispiel 3

In dem in Beispiel 1 beschriebenen Reaktionsgefäß werden 417 Gewichtsteile Bromessigsäure mit einem Schmelzpunkt von 48°C und 271 Gewichtsteile Phosphortribromid miteinander vermischt und eine Temperatur von 50°C aufrechterhalten. In das Gemisch werden innerhalb von 90 Minuten 160 Gewichtsteile Brom bei derselben Temperatur eingespeist. Nach Beendigung der Bromzugabe wird das Gemisch auf eine Temperatur von 70°C erwärmt, bis die Bromwasserstoffentwicklung aufhört. Der Bromwasserstoff wird gesammelt, wobei etwa 133 Gewichtsteile erhalten werden.

Nach Abkühlung des Reaktionsgemisches wird das Bromacetylbromid von dem zähflüssigen Rückstand abdekantiert. Das Bromacetylbromid wird destilliert; sein Siedepunkt liegt bei 46 bis 50°C bei 16 mbar. Die Ausbeute beträgt 567 Gewichtsteile oder 93,5% der Theorie.

Beispiel 4

In dem in Beispiel I beschriebenen Reaktionsgefäß werden 366 Gewichtsteile Benzoesäure und 271 Gewichtsteile Phosphortribromid miteinander vermischt und eine Temperatur von 8O⁰C aufrechterhalten. In das Gemisch werden innerhalb einer Stunde 160 Gewichtsteile Brom bei derselben Temperatur eingespeist. Nach Beendigung der Bromzugabe wird das Reaktionsgemisch so lange auf dieser Temperatur gehalten, bis die Bromwasserstoffentwicklung aufhört. Der Bromwasserstoff wird gesammelt, wobei etwa 110 Gewichtsteile erhalten werden.

Nach Abkühlung des Reaktionsgemisches wird das Benzoylbromid von dem zähflüssigen Rückstand abdekantiert. Das Benzoylbromid wird destilliert; sein Siedepunkt liegt bei 90 bis 95° C bei 13 mbar, die Ausbeute beträgt 490 Gewichtsteile oder 88,5% der Theorie.

Beispiel 5

In dem in Beispiel 1 beschriebenen Reaktionsgefäß werden 116 Gewichtsteile Diäthylessigsäure und 90,5 Gewichtsteile Phosphortribromid miteinander vermischt und eine Temperatur von 80° C aufrechterhalten. In das Gemisch werden innerhalb von 30 Minuten 53,5 Gewichtsteile Brom bei derselben Temperatur eingespeist. Nach Beendigung der Bromzugabe wird das Reaktionsgemisch so lange auf dieser Temperatur gehalten, bis die Bromwasserstoffentwicklung aufhört. Der Bromwasserstoff wird gesammelt, wobei etwa 120 Gewichtsteile entstehen.

Nach Abkühlung des Reaktionsgemisches wird das Diäthylacetylbromid vom zähflüssigen Rückstand abdekantiert. Das Diäthylacetylbromid wird destilliert, sein Siedepunkt liegt bei 56 bis 58°C bei 27 mbar, die Ausbeute beträgt 176 Gewichtsteile oder 98% der Theorie.

Claims

Patentanspruch:

Verfahren zur Herstellung von Bromiden gesättigter, ggf. durch Halogenatome substituierter aliphatischer Carbonsäure mit 2 bis 6 C-Atomen oder einkerniger gegebenenfalls bromsubstituierter aromatischer Carbonsäuren, durch Umsetzung dieser Carbonsäuren mit Phosphortribromid, dadurch gekennzeichnet, daß man die jeweilige Carbonsäure bei einer Temperatur, bei der noch keine Umsetzung stattfindet, mit Phosphortribromid im Molverhältnis 1 :3 vermischt, anschließend dem Gemisch bei gleichbleibender Temperatur 1 Mol Brom je 3 Mol Carbonsäure langsam zugibt und dann die Reaktionstemperatur auf maximal 100⁰C erhöht, bis die Bromwasserstoffentwicklung beendet ist.