DE1911023A1 - Verfahren zur Herstellung von perchlorierten aromatischen heterocyclischen Stickstoffverbindungen in der Dampfphase - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von perchlorierten aromatischen heterocyclischen Stickstoffverbindungen in der Dampfphase

Info

Publication number
DE1911023A1
DE1911023A1 DE19691911023 DE1911023A DE1911023A1 DE 1911023 A1 DE1911023 A1 DE 1911023A1 DE 19691911023 DE19691911023 DE 19691911023 DE 1911023 A DE1911023 A DE 1911023A DE 1911023 A1 DE1911023 A1 DE 1911023A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
pref
chlorine
reactor
diluent
aromatic heterocyclic
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE19691911023
Other languages
English (en)
Inventor
Ruetman Sven Helmuth
Howard Johnston
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Dow Chemical Co
Original Assignee
Dow Chemical Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Dow Chemical Co filed Critical Dow Chemical Co
Priority to DE19691911023 priority Critical patent/DE1911023A1/de
Publication of DE1911023A1 publication Critical patent/DE1911023A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07DHETEROCYCLIC COMPOUNDS
    • C07D215/00Heterocyclic compounds containing quinoline or hydrogenated quinoline ring systems
    • C07D215/02Heterocyclic compounds containing quinoline or hydrogenated quinoline ring systems having no bond between the ring nitrogen atom and a non-ring member or having only hydrogen atoms or carbon atoms directly attached to the ring nitrogen atom
    • C07D215/16Heterocyclic compounds containing quinoline or hydrogenated quinoline ring systems having no bond between the ring nitrogen atom and a non-ring member or having only hydrogen atoms or carbon atoms directly attached to the ring nitrogen atom with hetero atoms or with carbon atoms having three bonds to hetero atoms with at the most one bond to halogen, e.g. ester or nitrile radicals, directly attached to ring carbon atoms
    • C07D215/18Halogen atoms or nitro radicals
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07DHETEROCYCLIC COMPOUNDS
    • C07D213/00Heterocyclic compounds containing six-membered rings, not condensed with other rings, with one nitrogen atom as the only ring hetero atom and three or more double bonds between ring members or between ring members and non-ring members
    • C07D213/02Heterocyclic compounds containing six-membered rings, not condensed with other rings, with one nitrogen atom as the only ring hetero atom and three or more double bonds between ring members or between ring members and non-ring members having three double bonds between ring members or between ring members and non-ring members
    • C07D213/04Heterocyclic compounds containing six-membered rings, not condensed with other rings, with one nitrogen atom as the only ring hetero atom and three or more double bonds between ring members or between ring members and non-ring members having three double bonds between ring members or between ring members and non-ring members having no bond between the ring nitrogen atom and a non-ring member or having only hydrogen or carbon atoms directly attached to the ring nitrogen atom
    • C07D213/60Heterocyclic compounds containing six-membered rings, not condensed with other rings, with one nitrogen atom as the only ring hetero atom and three or more double bonds between ring members or between ring members and non-ring members having three double bonds between ring members or between ring members and non-ring members having no bond between the ring nitrogen atom and a non-ring member or having only hydrogen or carbon atoms directly attached to the ring nitrogen atom with hetero atoms or with carbon atoms having three bonds to hetero atoms with at the most one bond to halogen, e.g. ester or nitrile radicals, directly attached to ring carbon atoms
    • C07D213/61Halogen atoms or nitro radicals

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)

Description

  • Verfahren zur Herstellung von perchlorierten aromatischen heterocyclischen Stickstoffverbindungen in der Dampfphase Heterocyclische Stickstoffverbindungen, wie beispielsweise 1,2,3,4-Tetrahydrochinolin-N-carbonylchlorid, Piperidin-N-carbonylchlorid und N,N'-Dimethylpiperazin wurden bisher mit Chlor entweder in flüssiger oder in dampfförmiger Phase zur Bewirkung einer Aromatizierung und Chlorierung des Ausgangsmaterials umgesetzt. Die bisher bekannten Methoden sind kompliziert und zeitraubend, wobei Reaktionsperioden von einigen Stunden nicht ungewöhnlich sind. Häufig müssen zwei oder mehrere getrannte Chlorierungsstufen durchgeführt werden, wobei jede Stufe unter verschiedenen Bedingungen durchgeführt wird. Die Reaktion wird dabei in Gegenwart eines heterogenen oder aktinischen Katalysators durchgeführt. Darüber hinaus bilden sich bei der Durchführung der bekannten Methoden, insbesondere bei den in der Gasphase durchgeführten Methoden, praktisch immer in hohem Ausmaße leere und unerwünschte Zersetzungsprodukte. Dies ist besonders dann der Fall, wenn vesucht wird, Perchlorderivate herzustellen.
  • Die vorliegende Erfindung liefert eine wirksamme und schnelle Methode zur Herstellung von perchlorierten aromatischen heterocyclischen Stickstoffverbindungen in einer einzigen Stufe sowie in Abwesenheit eines Katalysators, wobei die Bildung merkili¢her Mengen an Zersetzungsnebenprodukten vermieden werden kann und eine Teerbildung praktisch vollständig verhindert wird.
  • Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass heterocyclische Stickstoffverbindungen, die wenigstens teilweise gesättigt sind, gleichzeitig chloriert und aromatisiert werden können, wobei perchlorierte aromatische heterocyclische Stickstoffverbindungen erhalten werden, und zwar durch 3B-haltung eines Verfahrens, bei dessen Durchführung gemischte Dämpfte aus einer entsprechenden heterocyclischen Stickstoffverbindung sowie aus Chlor, das in einem Überschuss über der stöchiometrisch erforderlichen Menge vorliegt, in Gegenwart eines Verdünnungsgases bei Temperaturen von 350 - 750°C unter einem turbulenten Fliessen zur Umsetzung gebracht an. Die Reaktion erfolgt sehr schnell und in wirksamer Weise, ohne dass dabei teerartige Nebenprodukte gebildet werden.
  • Unter den Begriffen "heterocyclische Stickstoffverbindung, die wenigstens teilweise gesättigt ist "oder "heterocyclische Stickstoffverbindung" wollen heterocyclische Stiokstoffverhindungen verstanden werden, die wenigstens einen sochegliedrigen Ring enthalten, der nur aus Stickstoff und Kohlenstoff als ringbildenden Atomen besteht, wobei dieser Ring wenigstens teilweise gesättigt ist, d.h. frei oder wenigstens teilweise frei von einer vollständig konJugierten Doppelbindungsstruktur ist, wie sie f(1r seoheiiedrige ringaromatische Verbindungen charakteristisch ist. Piperidin und Decahydrochinolin sind repräsentative Beispiele für gesättigte heterocyclische Ringverbindungen, während 1,2,3,4-Tetrahydrochinolin ein repräsentatives Beispiel für eine teilweise gesättigte heteroacyclische Stickstoffverbindung darstellt. Unter die erwähnten Begriffe fallen ferner Ringverbindungen des vorstehend angegeben Charakters. welche einen oder mehrere neutrale Substituenten mit Ausnahme von Wasserstoff an den Ringatomen tragen. So kannen die Stickstoffatome beispielsweise niedere Kohlenwasserstoffgruppen tragen, beispielsweise Methyl oder Äthyl, wobei diese Gruppen leicht abgespalten werden, wenn die Chlorierung-Aromatisierungs-Reaktion erfolgt. In ähnlicher Weise können beispielsweise Methyl- oder Cyanogruppen an einem oder mehreren der Ringkohlenstoffatome sitzen, wobei vorzugsweise nicht mehr als 2 derartige Gruppen vorhanden sind. Eine oder mehrere Chlorgruppen kennen ferner an dem Ring als neutrale Substituenten sitzen. Repräsentative heterocyclische Stickstoffverbindungen, die nach dem erfindungsgemässen Verfahren perchloriert werden können, sind beispielsweise folgende: Piperidin, N-Methylpiperidin, N-Äthylpiperidin, 2-Methylpiperidin, Decahydrochinolin, 1,2,3,4-Tetrahydrochinolin, 1,2,3,4-Tetrahydroisochinolin, N-Methylpiperazin, N,N'-Dimethylpiperazin, Piperazin, Tetrahydropyrimidin, 1,2,3,,4-Tetrahydrochinoxalin, Decahydrochinoxalin, 1,2,3,4-Tetrahydrochinazolin und Decahydrochinazolin.
  • Als Vordünnungsgas, das während der Reaktion verwendet wird, kann man Materialien einsetzen, die sich in einfacher Weise verdampfen lassen und im wesentlichen gegenüber der Einwirkung des Chlors unter den eingehaltenen Reaktionsbedingungen inert sind. Erwähnt seien Stickstoff, Kohlendioxyd sowie perchlorierte Kohlenwasserstoffe, Chlorkohlenwasserstoffe, wie beispielsweise Chloroform, können ebenfalls verwendet werden, vorausgesetzt, dass eine derartige überschüssige Chlormenge zugeführt wird, um das Verdünnungsmittel in der Reaktionszone in einen Perchlorkohlenwasserstoff umzuwandeln.
  • Die bevorzugten Verdünnungsmittel sind flüchtige perchlorierte Kohlenwasserstoffe, wie beispielsweise Tetrachloräthylen, Hexachlorbutadien oder Tetrachlorkohlenstoff. Es ist ferner möglich, die Erfindung in der Weise durchzuführen, dass als Verdünnungsgas ein grosser Überschuss des Chlorreaktanten gegenüber der stöchiometrisch erforderlichen Chlormenge verwendet wird.
  • Bei der Durchführung der Erfindung in der Praxis wird ein Chlorüberschuss verwendet. Unter dem Begriff "Chlorüberschuss" soll Chlor verstanden werden, das in einer Menge eingesetzt wird, die über der stöchiometrisch erforderlichen Menge liegt, welche dazu erforderlich ist, die Aromatisierung und Perchlorierung des heterocyclischen Stickstoffausgangsmaterials unter Bildung des aromatischen heterocyclischen Stickstoffproduktes sowie Chlorwasserstoff und anderer Nebenprodukte zu bewirken, wobei unter diesen Begriff ferner diejenige Chlormenge fällt, die dazu erforderlich ist, das Verdünnungsmittel in einen perchlorierten Kohlenwasserstoff umzuwandeln, falls ein entsprechendes Verdünnungsmittel (vergleiche die vorstehenden Ausführungen) verwendet wird. Stöchiometrisch sind 1/2 Mol Chlor pro Wasserstoffatom, das an dem Ring der Ausgangsverbindung sitzt, sowie 1/2 Mol für jedes Chloratom, das mit dem Ring unter Bildung des perchlorierten Produktes verknüpft worden soll, erforderlich. Die Entfernung von etwa vorhandenen Nebengruppen, wie beispielsweise Methyl oder Cyano, erfordert weiteres Chlor. Die Entfernung einer Methylgruppe kann bis zu 4 Mol Chlor erfordern, während für die Entfernung einer Cyanogruppe wenigstens 1 Mol Chlor notwendig sein kann. Bei der Durchführung der Erfindung wird vorzugsweise ein wenigstens 30 %iger Chlorüberschuss (oberhalb der stöchiometrisch erforderlichen Menge) verwendet, wobei eine noch bevorzugtere Ausführungsform der Erfindung vorsicht, einen wenigstens 100 %igen Chlorüberschnes einzusetzen.
  • Ein 4- bis 15-facher Chlorüberschuss kann ebenfalls unter Erzielung guter Ergebnisse verwendet werden. Bei einer Verwendung in derartigen Mengen dient der Chlorüberschuss sowohl in erheblichem Maße als Verdünnungsmittel als auch als Reaktant, so dass es möglich ist, von der Verwendung eines inerten gasförmigen Verdünnungsmittels abzuschen oder den Gehalt desselben gegebenenfalls zu reduzieren. Die Anwesenheit eines Chlorüberschusses gewührleistet eine gute Vermischung der Reaktanten, so dass dazu beigetragen wird, eine Zersetzung der heterocyclischen Stickstoffausgangsmaterialien zu verhindern, die sonst bei Reaktionstemperaturen oberhalb 350°C auftreten könnte. Jedoch auch dann, wenn grosse Chlorüberschussmengen eingesetzt werden, wird ein inertes Verdünnungsmittel, wie beispielsweise dampfförmiger Tetrachlorkohlenstoff oder dergleichen, vorzugsweise verwendet, um einen bessere Steuerung der Reaktion zu ermöglichen und jede Neigung zur Bildung vo teerartigen Nebenprodukten sowie von anderen unerwünschten Nebenprodukten herabzusetzen.
  • Die Menge des eingesetzten inerten Verdünnungsmittels ist nicht kritisch. Gute Ergebnisse können erzielt werden, wenn ungefähr 3 bis wenigstens 50 Mol des Verdünnungsmittels pro Mol der heterocyclischen Stickstoffausgangsverbindung verwendet werden. Ein derartiger Bereich wird unabhängig davon bevorzugt, ob ein grosser Chlorüberschuss eingesetzt wird.
  • Bei der Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens werden die dampfförmige heterocyclische Stickstoffverbindung sowie ein Überschuss an Chlor zusammen mit einem etwa verwendeten inerten Verdünnungsgas unter einem schnellen und turbulenten Mischen in einer Reaktionszone eingeleitet, die auf einer Temperatur gehalten wird, welche in einen Bereich zwischen 350 und 750°C fällt. Für eine wirksame Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens ist es kritisch und wesentlich, dass eine schnelle und turbulente Vermischung der Reaktanten erfolgt, wenn diese auf die Reaktionstemperatur von oberhalb 350°C gebracht werden und auf einem derartigen Wert während der Reaktionszeit gehalten werden.
  • Werden die dampfförmigen Reaktanten und das Verdünnungsgas oder die Verdünnungsgase in der angegebenen Weise vermischt, dann erfolgt insgesamt eine schnelle exotherme homogene Reaktion. Infolge der Anwesenheit des Verdünnungsgases kann es jedoch erforderlich sein, die Reaktionszone von aussen zu erhitzen, um die Temperatur auf der gewünschten Höhe zu halten. Ein Vorteil des erfindungsgmässen Verfahrens besteht darin, dass die Reaktion unter Erzielung guter Ausbeuten an den gewünschten Produkten abläuft, ohne dass dabei eine heterogens oder aktinische Katalyse erforderlich ist.
  • Bevorzugte Bedingungen zur Durchführung der Reaktion richten sich nach dem gewünschten Produkt oder den gewünschten Produkten. So können die geeigenten Verhältnisse von Chlor zu der heterocyclischen Stickstoffausgangsverbindung sowie die Verhältnisse von Verdünungsmittel zu der Verbindung, die Ver weilzeit und die Reaktionstemperatur von dem Reaktanten und von dem Chlorierungsgrad der Ausgugsmaterialien abhängen.
  • Chlor kann selbst ein neutraler Substituent an einer teilweiße chlorierten heterocyclischen Stickstoffverbindung nein, wobei derartige teilweise chlorierte Verbindungen bei der Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens weiter chloriert werden können. Diese Ausführungsform der Erfindung ist insofern von besonderer Bedeutung, als es möglich ist, unvollständig chlorierte Produkte zu rezyklisieren, wenn das Verfahren kontinuierlich durchgeführt wird. Ferner hat es sich herausgestellt, dass bei einem Arbeiten unter schäferen Temperaturbedingungen eine Chlorolyse bestimmter Produkte erzielt werden kann. Beispielsweise kann Pentachlorpydidin durch Chlorolyse einer Alkylgruppe eines Alkylpiperidins oder ner Oyanogruppe eines Cyanopiperidins hergestollt werden Innerhalb des breiten Temperaturbereiches von 350 - 750°C liegt ein bevorzugter Reaktionstemperaturbereich zwischen 450 und 650°C. Innerhalb dieses bevorzugten Bereiches schwankt die optimale Temperatur für die einen gegebenen Ansatz nicht nur in Abhängigkeit von der Art der heterocylischen Stickstoffausgangsverbindung, sondern auch von dem jeweils gewünschten chlorierten Produkt oder den angestrobten chlorierten Produkten. Besonders gute ERgebnisse können unter Verwendung der verschiedenen Piperazine und N-substituierten Piperazine bei Temperaturen von 475 - 550°C erzielt werden, während bei Verwendung der entsprechenden Piperidin- und Hydrochinolinverbindungen die besten Ergebnisse bei Einhaltung von Temperaturen zwischen 500 und 650°C erhalten werden. Geht man von einer heterocyclischen Stickstoffverbindung aus, welche an einem oder mehreren Ringkohlenstoffatomen mit einem neutralen Substituenten substituiert ist, der während der Reaktion durch Chlor ersetzt werden soll, das werden Temperaturen von 450 - 6000C bevorzugt, um die erforderliche Chlorolyse zu bewirken. Die Chlorolyse von Methylgruppen erfolgt bei 450 - 5000C, während die Chlorolyse von Cyanogruppen bei 550 - 6000C abläuft. Wird eine besondere heterocyclische Stickstoffverbindung eingesetzt, dan. reiche einige Vorversuche dazu aus, um die optimale Temperatur zu ermitteln, die zur Erzielung günstiger Ausbeuten eines jeweiligen Produktes erforderlich ist.
  • Wenn auch die genaue Verweilseit nicht kritisch ist, so sollten dennoch die erhitzten Reaktanten nicht während einer zu langen Zeitspanne in Kontakt bleiben. Die Kontaktperiode oder die Verweilzeit hangt von der Temperatur innerhalb des Arbeitstemperaturbereiches zur Herstellung der Jeweiligen Produkte ab. Eine Herabsetzung der Temperatur um 10°C kann die zulässige Verweilzeit verdoppeln, wobei jedoch die Temperatur letztlich durch den Arbeitsbereich begrenzt wird, der zur Erzielung eines jeweiligen Produktes eingehalten werden muss. Die Verweilzeit übersteigt im allgemeinen nicht 5 - 6 Minuten. Die bevorzugte Verweilzeit oder Kontaktzeit beträgt ungefähr 5 - 35 Sekunden bei Temperaturen von bis zu ungefähr 650°C. Bei höheren Temperaturen können Verweilzeiten von nur 1 - 2 Sekunden ausreichen.
  • Die Arbeitsdrucke sind nicht kritisch. Sie können von Unteratmosphärendruck bis Überatmosphärendruck schwanken. Atmosphärendruck ist zufriedenstellend und wird deher bevorzugt.
  • Eine Ausführungsform der Durchführung der erfindungsgmässen Reaktion saicht vor, die heterocyclische Stickstoffverbindung zusammen mit einem inerten Verdünnungsmittel durch einen Verdampfer zu leiten, welcher auf Temperaturen gehalten wird, die dazu ausreichen, eine schnelle Vordampfung der Beschickung zu bewirken. Vorzugsweise wird der Verdampfer auf Temperaturen gehalten, die 20 w 10000 oberhalb des Siedepunktes der eingesetzten heterocyclischen Stickstoffverbin dung oder der verwendeten heterocyclischen Stickatoffverbindungen liegen. Temperaturen, die in einen Bereich von ungefähr 100°C bis etwas unterhalb 550°C fallen, reichen für die meisten Ansätze aus. Als Verdampfer kann man jede Verdampfungseinrichtung verwenden, wobei sich entweder ein geneigtes Rohr, das mit Heizschlagen umwickelt ist, oder ein mit einem Wischer versehener Filmverdampfer als geeignet erwiesen haben. Plir eine wirksame Verfahrensdurchführung ist es erforderlich, die Beschickungsmenge und/oder die Temperatur des Verdampfers derartig zu steuern, dass die heterocyclische Stickstoffervindung vollständig verdampft wird, wobei die Verbindung in dem verdamptte; Zustand gehalten werden muss. Es wurde festgestellt, dass eine unvollständige Verdampfung eine verminderte Ausbeute an der gewünschten per chlorierten heterocyclischen Stickstoffverbindung zur Folge hat.
  • Die Dämpfe aus dem Verdampfer werden schnell und turbulent mit Chlor in Gegenwart des Verdünnungsgases vermischt, wobei das Vermischen vorzugsweise unmittelbar vor der Eintrittsstelle des Beschickungsstromes in den Reaktor erfolgt, Die er haltene gasförmige Mischung wird in Form eines turbulenten Stromes schnell in den heissen Reaktor eingeführt, der auf einer Temperatur von 350°-750°C gehalten wird, wobei indem Reaktor in der Dampfphase eine Reaktion innerhalb dieses Tem peraturbereiches stattfindet, bei welcher die gewünschte perchlorierte aromatische heterocyclische Stickstoffverbindung zusammen mit Chlorwasserstoff und verschiedenen anderen Verbindungen als Nebenprodukte gebildet wird. Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt das Vermischen der Reaktanten in einer Düse, aus welcher die Mischung schnell in einem turbulenten Strom in den Reaktor c geleitet wird. Wahl weise können das Verdünnungsmittel, welches Dämpfs der heterocyclischen Stickstoffverbindungen enthält, sowie das Chlor gleichzeitig, jedoch getrennt in den Reaktor eingeführt werden. Beidieser Methode muss das Chlor an einer Stelle zugeführt werden, die nahe der Einführungsstelle der heterocyclischen Stickstoffverbindung ist, und zwar in einer solchen Weise, dass ein sehr uchnelles Vermischen und ein turbulentes Fliessen der Reaktanten gewährleistet ist, damit keine Verkohlung des Ausgangsmaterials auftritt.
  • Unabhängig von der Methode zum Zusammenbringen der Reaktanten sollte die Turbulenz derart sein, dass eine Reynolds-Zahl von wenigstens 800 gemessen wird. Die bevorzugte Reynolds-Zahl beträgt ungefähr 2000. Im allgemeinen ist eine Einlassdampfgeschwindigkeit der Beschickung in die erhitzte Reaktionszone von 12 - 30 m (4 - 100 gest) pro Sekunde zweckmässig.
  • Man kann jeden geeigneten Reaktor verwenden. Da die Reaktion exotherm ist, ist ein starkes Erhitzen nur zu Beginn der Reaktion erforderlich. Anschliessend wird Wärme nur bei Bedarf zugeführt, um die Reaktionsmischung auf der gewünschten Temperatur zu halten. Daher sollte der Reaktor mit einer Heisschlange oder mit einer anderen Erhitzungseinrichtung versehen sein, um die eintretenden Beschickungsgase schnell auf die Reaktionstemperaturen zu bringen und auf diesen Temperaturen zu halten, wenn die gasförmige Mischung durch die Reaktionszone geführt wird. Die Einlässe, Auslässe sowie die inneren Oberflächen des Reaktors müssen aus Materialien bestehen, die einer korrosion durch Chlor und Ohlorwasserstoff bei hohen Temperaturen zu widerstehen vermögen. Beispielsweise können derartige Oberflächen mit Nickel, Kohlenstoff, Siliciumdioxyd oder Glas ausgekleidet sein. In der Praxis hat es sich herausgestellt, dass ein thermisch widerstandsfähiges Glas mit hohem Siliciumdioxydgehalt für kleine Reaktoren zufriedenstellend ist. Bei der Verwendung von grossen Apparaturen ist es zweckmässig, einen Mantel aus Nickel zu verwenden, der mit geschmolzenem Siliciumdioxyd oder einem anderen feuerfesten Material, wie beim spielsweise Kohlenstoff, ausgekleidet ist. Um das bedeutsame schnelle und turbulente Vermischen sowie die Einführung der Reaktanten in die Reaktionszone zu ermöglichen, kann der Reaktor mit einer Mischdüse, wie sie vorstehend beschrieben wird, zur Einführung der Reaktanten unter im wesentlichen gleichzeitigen Vermischen ausgestattet sein, Wahlweise können dor orgaxdsche Reaktant plus Verdünnungsmittel und das Chlor in don Reaktor durch getrennte, Jedoch dicht beieinander stehende Öffnungen eingeführt werden, wobei diese Öffnungen derartig angeordnet sind, dass das Chlor auf den eintreffenden Strom aus organischem Reaktantenten plus Verdünnungsmittel prallt. Eine weitere Ausführungsform sicht vor, die hete rocyclische Stickstoffverbindung, das Verdünnungsmittel und das Chlor in den Reaktor unter Vermischen unmittelbar vor einer derartigen Einführung einzuführen, wobei das Vermischen und die Einführung in einem Rohr oder dergleichen mit einem Durchmesser durchgeführt werden, der in Bezug auf den Reaktordurchmesser klein ist, so dass eine Turbulenz an dem Eingang bei relativ niedrigen Reynolds-Zahlen nach den bei kannten Prinzipien erzielt wird. Eine bevorzugte Form der Vorrichtung besteht darin, den Reaktor selbst in Form eines Zylinders mit einer Länge auszubilden, die das 4- bis 6-fache des Durchmessers beträgt. Übliche Hilfseinrichtungen, wie beispielsweise Strömungsmesser an den Einlässen sowie Kondensoren, Kühlrohre oder ein Abschreckturm für die Ausgangsgase, sind vorgesehen.
  • Die aus dem Reaktor austretenden Dämpfe werden abgekühlt oder abgeschreckt, um a) eine flüssige Mischung, die aus perchlorierten heterocyclischen Stickstoffprodukten besteht, inertes Verdünnungsmittel und nicht-umgesetzte oder teilweise umgesetzte heterocyclische Stickstoffverbindungen von b) einer gasförmigen Mischung abtrennen, die aus Chlor, Chlor wasser'stoff sowie anderen gasförmigen Rebenprodukten besteht, Je nach dem gewünschten Produkt kann die flüssige Mischung zur Abtrennung der gewünschten Produkte fraktioniert destilliert werden, um entweder ein Destillat oder einen Rtickstand zu erhalten, oder die Flüssigkeit kann abgekühlt werden, um das Produkt auszufällen, welches anschliessend durch Filtration abgetrennt wird. Nicht vollständig chlorierte Materialien können als solche abgetrennt oder dem Verdampfer fur eine weitere Reaktion erneut zugeführt werden. Die gasförmige Mischung kann naoh Ueblichen Methoden gewaschen werden, um Chlor von dem während der Reaktion gebildeten Chlorwasserstoff abzutrennen. Das erstere kann getrocknet und rezyklisiert werden, während der letztere als Chlorwasserstoffsäure gewonnen werden kann. Das Produkt kann unabhängig davon, ob es durch Destillation oder durch Ausfällung und Filtration gewonnen worden ist, gegebenenfalls nach bekannten Methoden weiter gereinigt werden.
  • Gemäss einer bevorzugten Methode zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens wird eine Mischung aus einer heterocyclischen Stickstoffverbindung und einem Perchlorkohlenwasserstoffverdünnungsmittel in einen erhitzten Verdampfer eingeleitet, in welchem der Reaktant und das Verdünnungsmittel verdampft werden. Die erhaltenen Dämpfe werden schnell mit überschüssigem Chlor vermischt und in eine erhitzte Reaktorsäule mit hoher Turbulenz eingeleitet. Anschliesend er folgt die Reaktion in dem Temperaturbereich zwischen 350 und 750°C, wobei die gewünschte perchlorheterocyclische Stickstoffverbindung in der dampfförmigen Mischung gebildet wird. Die Mischung wird aus dem Reaktor abgezogen und kondensiert, worauf das Produkt aus dem flüssigen Kondensat nach bekannten Methoden abgetrennt wird.
  • Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung.
  • Beispiel 1 100 g einer 10 Gewichts-%igen Lösung von Piperidin (0,117 Mol) in Tetrachlorkohlenstoff werden kontinuierlich unter einem Stickstoffdruck von 0,35 kg/cm² (5 psi) aus einem Vorratsbehälter durch ein erhitztes Reaktorverdampferrohr in einer Menge von 2,5 g pro Minute geschickt. Die Temperatur in dem Rohr ist derart, dass der Beschickungsstrom verdampft und eine Ausgangstemperatur von 2100C erzielt wird.
  • Ohlorgas wird kontinuierlich den heissen, aus dem Verdampfer austretenden Gasen in einer Menge von 4,65 g pro Minute sugeleitet, wobei das Molverhältnis von Chlor zu Piperidin ungefähr 22:1 beträgt. Der stöchiometrische Chlorbedarf beträgt 8 Mol. Die erhaltenen Gase werden schnell vermischt und kontinuierlich durch eine kleine Öffnung (Durchmesser 0,25 cm) einer Düse in einer Geschwindigkeit von 19,5 m (65 feet) pro Sekunde in ein Ende eines erhitzten Glasreaktors mit einem Fassungsvermögen von 1,35 1 und einem Verhältnis Länge:Durchmesser von 5:1 geschickt. Die Düse wird auf einer Temperatur gehalten, die nur etwas unterhalb der Temperatur liegt, welche in der Reaktionszone vorherrscht.
  • Unter diesen Bedingungen werden die Gase, die durch die Düse geleitet werden und in den Reaktor eingeführt werden, gut vermischt und befinden sich in einem hochturbulenten Zustand, welcher solange andauert, bis die Reaktionsmischung aus dem Reaktor austritt. Die Reaktion erfolgt in dem Reaktor bei einer Temperatur von 580°C. Dabe wird Pentachlorpyridin zusammen mit Chlorwasserstoff und anderen chlorierten Nebenprodukten gebildet: Die Verweilzeit in dem Reaktor beträgt ungefähr 14 Sekunden. Die gasförmige Reaktionsmischung wird in titwei nacheinander geschalteten Kaltfallen, die mit einer Trockeneis/Dichlormethan-Mischung gekühlt werden, abgetrennt und kondensiert. Das gekühlte Produkt wird langsam auf zimmertemperaturd erwärmt, wobei das Uberschtlssige Chlor sowie der Chlorwasserstoff in einer Falle abgefangen werden, die eine wässrige Lösung von Natriumhydroxyd enthält. Die restliche Flüssigkeit wird in einem Drehverdampfer unter vermindertem Druck eingedampft, wobei 14,3 g eines leicht braunen Feststoffes zurückbleiben. Dieses Produkt enthält keine Teere, da es vollständig verdampft wird, wenn es einer Gas-Flüssigkeits-Chromatographie unterzogen wird. Diese Analysemethode zeigt, dass das Produkt aus 6 Komponenten besteht, wobei die letzte 65 Nol-% des Eluats ausmacht. Durch eine Umkristallisation aus Tetrachlorkohlenstoff wird das Produkt isoliert, welches dem zuletzt genannten Peak entspricht Die Reinheit dieses Produktes beträgt 98 Mol-%. Es wird anhand seines Infrarotspektrums sowie seines Schmelzpunktes (125 - 126°C) als Pentachlorpyridin identifiziert. Die Ausbeute beträgt 32 %.
  • Beispiel 2 Nach der in Beispiel 1 beschriebenen Methode, wobei die dort verwendete Vorrichtung eingesetzt wird, wird ein anderer Versuch durchgeführt, wobei ein Chlor:Piperidin-Molverhältnis von 27:1, eine Reaktionstemperatur von 500°C und eine Verweilzeit in dem Reaktor von 16 Sekunden eingehalten werden Von den 25 g der Piperidinbeschickung, die in den Reaktor eingeleitet wird, werden 58,1 g eines getrockneten Rohproduktes erhalten, das 37,5 % Pentachlorpyridin enthält. Dies entspricht einer Ausbeute von 30,'.
  • Beispiel 3 Nach der vorstehend beschriebenen Arbeitsweise sowie unter Verwendung der geschilderten Vorrichtung wird eine Beschickungslösung, die 10 g (0,0718 Mol) Decahydrochinolin in 90 g Tetrachlorkohlenstoff enthält, durch das Verdampferrohr geleitet, welches derart erhitzt wird, das die Dampfausgangstemperatur 28O°a beträgt. Die durchgesetzte Menge beträgt 2 g pro Minute.
  • Chlorgas wird den heissen Ausgangsgasen aus den Verdampfer in einer Menge von 4,65 g pro Minute zugemessen, wobei das Mol-Verhältnis von Chlor su Decahydrochinolin 46:1 beträgt. Der stöchiometrische Chlorbedarf beträgt 12 Mole. Die Beschickungsgasmischung wird dem Reaktor mit einer Geschwindigkeit von 18,9 m pro Sekunde (63 feet pro Sekunde) zugeführt. Die Reaktortemperatur wird bei 600°C während das ganzen Versuches gehalten, wobei die berechnete Reaktorverweilzeit 14 Sekunden beträgt. Nach Beendigung des Versuchs sowie nach der Aufarbeitung des Produkte. in der ia beispiel 1 beschriebenen Weise werden 20,1 g eines Feststoffes erhalten. Eine Analyse mittels Gas-Flüssigkeits-Chromatographie ergibt, dass insgesamt 8 Komponenten in dem Rohprodukt enthalten sind, wobei die letzte 84 Mol-% des Eluatz ausmacht. Der Feststoff iet frei von Teer bestandteilen. Diese S. Komponente wird anhand ihres Infrarotspektrums sowie ihres Schmelszpunktes (150 - 152°C) als Heptachlorchinolin identifiziert. Die Ausbeute beträgt 64 *.
  • Beispiel 4 Es wird nach der in Beispiel 1 beschriebenen Arbeitsweise bis auf die nachstehend geschilderten Ausnahmen verfahren, wobei eine Lösung aus 7 g (0,0813 Mol) eines wasserfreien Piperazins in 63 g Chloroform durch das Verdampferrohr geleitet wird, welches derart erhitzt wird, dass die Ausgangstemperatur 1900C beträgt. Die durchgesetzte Menge beträgt 1,05 g pro Minute. Chlorgas wird den heissen, aus dem Verdampfer austretenden Gasen in einer Menge von 6,05 g pro Minute zugesetzt. Das Molverhätnis Chlor:Piperazin beträgt 51:1. Der stöchiometrische Chlorbedarf beträgt 7 Mole. Die gemischten Beschickungsgase werden dem Reaktor mit einer Geschwindigkeit von 20,2 m (67,2 fest) pro Sekunde zugeführt. Die Reaktortemperatur wird während des Versuchs auf 505°C gehalten, wobei die berechnete Reaktorverweilzeit 20 Sekunden beträgt. Dae in den Kaltfallen gesammelte Produkt, das von Chlor und Chlorwasserstoff befreit worden ist, wird in einem Überschuss Methylendichlorid aufgelöst. Die erhalten Lösung wird mit Aktivkohle behandelt, filtriert und zur Trockne eingedampft. Das auf diese Weise erhaltene trockene Produkt wird aus Tetrachlorkohlenstoff umkristallisiert, wobei 4,7 g eines Feststoffes erhalten werden. Eine Analyse mittels Gas-Flüssigkeits-Chromatographie zeigt, dass die Eauptkomponente 98 Mol-% dos Feststoffes ausmacht. Das Infrarotspektrum sowie eine chromatographische Analyse ergeben, dass es sich bei dieser Verbindung um Tetrachlorpyrazin handelt. Die Ausbeute beträgt 26 %. Während der Reaktion werden keine teerartigen Nebenprodukte gebildet.
  • Beispiel 5 Bei der Durchfuhrung eines anderen Versuchs, der nach der in Beispiel 1 beschriebenen Weise unter Verwendung der dort geschilderten Vorrichtung durchgeführt wird, wird eine Beschickungslösung aus 25 g N-Methylpiperazin in 225 g Tetrachlorkohlenstoff durch das Verdampferrohr gaschickt, welches derartig erhitzt wird, dass eine Ausgangs temperatur von 2000C erzielt wird. Der Durchsatz beträgt 2,1 g pro Minute. Chlor gas wird den aus dem Verdampfer austretenden heissen Gasen in einer Menge von 4,5 g pro Minute zugeführt, wobei das Molverhältnis Chlor:N-Methylpiperazin 58:1 beträgt. Der stöchiometrische Chlorbedarf beträt 10 Mols. Die gemischten Beschickungsgase werden dem Reaktor mit einer Gascchi@ndigkeit von 15,6 m (52,2 feet) pro Sekunde zugeführt, Pro Reaktortemperatur wird während des Verauches auf 500°C gehalten. die berechnete Reaktorvorteilzeit beträgt 17 Sekunden. Nach Beedigung des Versuchs wird das Produkt durch abdetillieren der flüchtigeren Komponente isoliert, wob 16,6 g eines halbfesten Materials zurückbreiben. Eine Tas-Flüssigkeits-Chromatogrphie-Analyse zeigt, dass 7 Komponenten vorliegen, wobei die letzte 82 Mol-% des Eluate @@@@oht.
  • Es wird kein teerartiges febenprodukt gebildet. Eine @-kristallisation des Rohproduktes aus Hexan liefert Tetrachlorpyrazin, wie anhand des Infrarotspektrums sowie des Schmelzpunktes (98°C) ermittelt wird. Die Ausbeute beträgt 42 %.
  • Beipiel 6 Es wird die in Beispiel 1 beschriebene Vorrichtung verwendet, wobei die in dem gleichen Beispiel geschilderte Arbeitsweise eingehalten wird. Eine Beschickungslösung aus 25 g (0,219 Mol) N,N'-Dimethylpiperazin in 225 g Tetracholkohlenstofe wird dem Verdampferrohr zugeführt, welches derart erhitzt wird, dass eine Ausgangstemperatur von 155°C erreichtwird. Der Durchsatz beträgt 2,1 g pro Minute. Chlorgas wird den aus dem Verdampfer austretenden heissen Gasen in einer Menge von 4,65 g pro Minute zugeführt. Das Molverhaltnis Chlor:N,N'-Dimethylpiperazin beträgt 70:1. Der stöchiometrische Chlorbedarf beträgt 13 Mole. Die gemischten Beschickungsgase werden dem Reaktor mit einer Geschwindigkeit von 15,4 m (51,5 fest) pro Sekunde zugeführt. Die Reaktortemperatur wird während des Versuches auf 500°C gehalten. Die berechnete Verweilzeit in dem Reaktor beträgt 18 Sekunden. Nach Beendigung des Versuchs wird das Produkt durch Abdestillieren der flüchtigeren Komponenten abgetrennt, wobei 18 g eines dunklen halbfesten Stoffes-zurückbleiben. Eine Analyse mittels Gas-Flüssigkeits-Chromatographie zeigt das Vorliegen von 12 Komponenten, wobei die Hauptkomponente (die G. Komponente des Chromatogramms) 51 % des Eluats ausmacht. Aus dem Infrarotspektrum sowie aus der chromatographischen Retentionszeit der Hauptkomponente geht hervor, dass es sich um Tetrachlorpyrazin handelt. Die Ausbeute beträgt 38 %.
  • Beispiel 7 Unter Einhaltung der in Beispiel 1 beschriebenen Areitsweise, wobei die ebenfalls in Beispiel 1 beschriebene Vorrichtung verwendet wird, wird eine 10 %ige Lösung von 2-Methylpiperidin (15,75 g) 0,158 Mol) durch ein Verdampferrohr geleitet, das derart erhitzt wird, dass eine Dampfausgangstemperatur von ungefähr 200°C erreicht wird. Die durchgesetzte Menge beträgt 1,51 g pro Minute. Chlorgas wird den heissen, aus dem Verdampfer austretenden Gasen in einer Menge vov 4,65 g pro Minute zugeführt. Des Molverhältnis Chlor:Methylpiperidin beträgt 44:1. Der stöchiometrische Chlorbedarf zur Herstellung von Pentachlorpypridin beträgt 11 Mole. Die gemischten Beschickungsgase werden dem Reaktor in einer Geschwindigkeit von 16,1 m (53,8 feet) pro Sekunde während einer Zeitspanne von 105 Minuten zugeführt. Die Reaktortemperatur wird auf ungefähr 500°C während des Versuchs gehalten. Die berechnete Reaktorverweilzeit beträgt 17 Sekunden. Das in den Kaltfallen abgetrennte Reaktionsprodukt wird zur Abdestillation des Tetrachlorkonhlenstoffs und Chlors erhitzt, worauf eine Filtration über Aktivkohle durchgeführt wird. Dann wird bis zu Erreichung eines konstanten Gewichts eingedampft. Dabei bleiben 29,6 g eines halbfesten Rohproduktes zurück. Eine Analyse mittels Gas-Flüssigkeits-Chromatographie zeigt, dass 4 Komponenten vorliegen, wobei die 3. und 4. Komponente die Hauptmengen darstellen. Aus dem Infrarotspektrum sowie aus der chromatographischen Retentionszeit wird die 3. Komponente als gemischte Tetrachlorpyridine (34 %ige Ausbeute) und die 4.
  • Komponente als Pentachlorpyridin (30 %ige Ausbeute) idendifiziert.
  • Die erfindungsgemässen Produkte lassen sich zahlreichen Verwendungszwecken zuführen. Viele der perchlorierten aromatischen heterocyclischen Stickstoffverbidungen eignen sich als Zwischenprodukte zurHerstellung von anderen chlorierten heterocyclischen Stickstoffverbindungen, beispielsweise zur Herstellung von Chlorpyridylsulfonen, Qic als Parbschutzmittel verwendbar sind nnd als andere rungiside eingesetzt werden kennen.
  • Ausserdem eignen sich die erfindungsgmäss hergestellten Produkte teilweise beispielsweise zum Bekämpfen von unerwünschten Pflanzen und Unkräutern.
  • Heptachlorchinolin besitzt herbizide und nematozide Eigenschaften. Tetrachlorpyrazin übt eine ausgezeichnete fungizide Wirksamkeit aus und kann als Bodenfungizid mit breitem Wirkungsspektrum verwendet werden.
  • Die Perchlorchinoline können in ihre H-Oxyde umgewandelt werden, die sich als Fruchtfliegen-Vertreibungsmittel eignen.
  • Perchlorchinoxalin und 5-Cyanoperchlorchinolin eignen sich als Fungizide.

Claims (5)

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung von perchlorierten aromatischen heterocyclischen Stickstoffverbindungen, dadurch gekennzeichnet, dass Chlor mit Dämpfen einer heterocyclischen Stickstoffverbindung, die wenigstens teilweise gesättigt ist, in Gegenwart eines Verdünnungsgases bei Temperaturen zwischen 350 und 750°C unter turbulentem Fliessen zur Umsetzung gebracht wird, wobei das Chlor in einor Menge verwendet wird, die Uber derstöchiometrisch erforderlichen Menge liegt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Verdünnungsgas ein verdampfter perchlorierter Kohlenwasserstoff verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Verdünnungsgas verdampfter Tetrachlorkohlenstoff, verdampftes Tetrachloräthylen oder verdampften Hexachlorbutdien vernendet wird,
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als heterocyclische Stickstof£verbindung Piperidin, Piperazin, N-Methylpiperazin, N,N'-Dimethylpiperazin oder Decahydrochinolin verwendet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur zwischen 450 und 650°C liegt.
DE19691911023 1969-03-04 1969-03-04 Verfahren zur Herstellung von perchlorierten aromatischen heterocyclischen Stickstoffverbindungen in der Dampfphase Pending DE1911023A1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19691911023 DE1911023A1 (de) 1969-03-04 1969-03-04 Verfahren zur Herstellung von perchlorierten aromatischen heterocyclischen Stickstoffverbindungen in der Dampfphase

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19691911023 DE1911023A1 (de) 1969-03-04 1969-03-04 Verfahren zur Herstellung von perchlorierten aromatischen heterocyclischen Stickstoffverbindungen in der Dampfphase

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE1911023A1 true DE1911023A1 (de) 1970-09-10

Family

ID=5727118

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE19691911023 Pending DE1911023A1 (de) 1969-03-04 1969-03-04 Verfahren zur Herstellung von perchlorierten aromatischen heterocyclischen Stickstoffverbindungen in der Dampfphase

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE1911023A1 (de)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CH650499A5 (de) Verfahren zur herstellung von 3-chlor-5-trifluormethylpyridinen.
DE102004033525A1 (de) Verbessertes Verfahren zur Herstellung kernfluorierter Aromaten
DE2940751A1 (de) Verfahren zur reinigung von carbonylierungsprodukten von methylacetat
DE1595948A1 (de) Verfahren zur Herstellung chlorierter Alkyl-Pyridine und-Chinoline
DE1470143A1 (de) Verfahren zur Herstellung von 2-Chlorpyridin
DE1911023A1 (de) Verfahren zur Herstellung von perchlorierten aromatischen heterocyclischen Stickstoffverbindungen in der Dampfphase
DE69209621T2 (de) Selektive Gasphasen-Chlorierung von polychlorierten Beta-Pikolinen zur Herstellung von 2,3,5,6-Tetrachlorpyridin sowie dessen Vorprodukte
CH648020A5 (de) Verfahren zur herstellung von beta-trifluormethylpyridinen.
DE1445653A1 (de) Verfahren zur Herstellung von Chlorderivaten von alpha-Picolin
DE1911023B (de) Verfahren zur Herstellung von perchlo nerten aromatischen heterocyclischen Stickstoffverbindungen in der Dampfphase
DE3853209T2 (de) Verfahren zur herstellung von 2,3,5,6-tetrachlorpyridin und 2,3,6-trichlorpyridin.
DE1445683C3 (de) Verfahren zur Herstellung von PoIychlorpyridinen
DE1958595A1 (de) Verfahren zur Herstellung chlorierter aromatischer oder heteroaromatischer Nitrile
US3583988A (en) Vapor phase production of perchlorinated aromatic heterocyclic nitrogen compounds
DE69330284T2 (de) Chlorierungsverfahren von pyridinderivate
DE1908863C (de) Verfahren zur Herstellung von perchloriertem Pyridin und perchlorierten Cyanpyridinen
DE2258496C3 (de) Verfahren zur Herstellung von perchlorierten aromatischen Nitrilen
DE1908863A1 (de) Verfahren zur Herstellung von perchloriertem Pyridin und Cyanopyridinen aus cyanosubstituierten Cyclobutanen und Cyclobutenen in der Dampfphase
DE1445656C (de) Verfahren zur Herstellung von 4 Amino 2,3,5 trichlor 6 (trichlormethyl) pyridin
DE1618986C3 (de) Verfahren zur Herstellung von chlorierten aromatischen Nitrilen
US3532701A (en) Vapor phase production of perchlorinated pyridine and cyanopyridines from cyano-substituted cyclobutanes and cyclobutenes
DE68929429T2 (de) Verfahren zur Herstellung von Pyridin-2,3-Dicarbonsäure-Verbindungen
DE2002884C3 (de) Verfahren zur Herstellung von Um- , Setzungsmischungen, die 1,1,1-Trichloräthan, Vinylchlorid, Vinylidenchlorid und Chlorwasserstoff enthalten
DE1445653C (de) Verfahren zur Herstellung von 2 (Tnchlormethyl) 6 chlor pyridin und des sen kernchlorierten Derivaten
DE2841664B2 (de) Verfahren zur Herstellung von Phenoxybenzylbromid bzw. Phenoxybenzalbromid