DE19539074C2

DE19539074C2 - Verfahren zur Herstellung von in 5-Stellung substituierten 2-Chlorpyridinen

Info

Publication number: DE19539074C2
Application number: DE1995139074
Authority: DE
Inventors: Walter Dr Merz; Hermann Dr Seifert; Christoph Dipl Ing Mannheims; Dimitry Dipl Ing Steinbach
Original assignee: Bayer AG
Current assignee: Bayer Intellectual Property GmbH
Priority date: 1995-10-20
Filing date: 1995-10-20
Publication date: 1998-07-30
Anticipated expiration: 2015-10-21
Also published as: DE19539074A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von in 5-Stellung substituierten 2-Chlorpyridinen durch Umsetzung von Dialkylformamiden mit Acetenamiden in Gegenwart von Chlorierungsmitteln und Isolierung der dabei ent stehenden Reaktionsprodukte.

Aus EP-OS 546 418 ist bekannt, daß 5-substituierte 2-Chlorpyridine aus Aceten amiden durch Umsetzung mit Dimethylformamid in Gegenwart eines Chlo rierungsmittels zugänglich sind. Eine ahnliche Reaktion ist auch aus J. Chem. Soc Perkin Trans. 1(1984), S. 1173-1182 bekannt.

Die Reaktion erfolgt z. B. nach folgendem Schema:

Das entstehende Dimethylamin entweicht zum Teil über die Gasphase. Zum Teil liegt es als Hydrochlorid vor und kann mit dem eingesetzten Chlorierungsmittel reagieren:

Die dabei entstehenden Carbamidsäurechloride sind unerwünschte reaktive Neben produkte. Außerdem wäre es wünschenswert diese Aminkomponente wiederzuge winnen und sie nach Umsetzung mit Ameisensäure erneut in die Reaktion ein zusetzen.

Eine Lösung dieses Problems ist in der nicht veröffentlichten älteren deutschen Anmeldung DE-195 01 478.2 enthalten. Danach wird als Aminkomponente u. a. Dibutylamin, als Chlorierungsmittel Phosgen und als Lösungsmittel Chlorbenzol eingesetzt. Damit entsteht bei der Durchführung der in EP-OS 546 418 beschriebenen Reaktion ein Reaktionsgemisch aus

- 2-Chlor-5-methylpyridin (im folgenden als CMP bezeichnet)
- Dibutylaminhydrochlorid
- Benzylchlorid
- Chlorbenzol (als Lösungsmittel).

Alle Komponenten müssen in reiner Form isoliert werden.

Das gewünschte CMP wird z. B. zum Wirkstoff Imidacloprid weiterverarbeitet. Dibutylamin wird mit Ameisensaure in Dibutylformamid übergeführt, das dann wieder in der in EP-OS 546 418 beschriebenen Reaktion eingesetzt werden kann. Benzylchlorid wird vorzugsweise mit Ammoniak in Benzylamin übergeführt, das z. B. als Ausgangsprodukt für das in der Reaktion benötigte Acetenamid dient. Das Lösungsmittel Chlorbenzol soll ebenfalls wieder in die Reaktion zurückgeführt werden.

Die Trennung der Komponenten ist deswegen problematisch, weil diese Stoffe zum Teil einzeln miteinander reagieren können.

1. Benzylchlorid reagiert mit freiem Dialkylamin unter Bildung von tertiären Aminen:
2. Benzylchlorid reagiert auch mit freien 2-Chlor-pyridinen. Nach Chem. Ber. 103 (1970), 3427-3436 und J. Heterocyclic Chem. 28 (1991), 1083-1089 erhält man Chlorpyridiniumbromide, wenn man Pyridine mit Benzylbromid umsetzt. Die Ausbeuten dieser Reaktion sind allerdings schlecht und die Umsetzungszeiten lang.

Nach eigenen Untersuchungen reagieren 2-Chlor-5-methyl-pyridin und Benzyl chlorid beim Erhitzen der reinen Stoffe überhaupt nicht und lassen sich sogar bei einer Rektifikation über eine Kolonne mit ausreichender Bodenzahl und bei Einhaltung eines genügenden Rücklaufverhältnisses destillativ trennen. Sie reagie ren aber, wenn man ihre Gemische in Gegenwart von Wasser verrührt (als Ver dünnungsmittel wurde Chlorbenzol zugesetzt). So sind bei einer Temperatur von 50°C nach 190 Stunden 13,9% der Theorie an N-Benzyl-2-chlor-5-methyl-pyri dinium-chlorid entstanden, bei 80°C sind es 17,1% der Theorie bereits nach 24 Stunden:

Es wurde ein Verfahren zur Herstellung von 2-Chlor-5-methylpyridin gefunden, bei dem man die bei der Umsetzung von Dialkylformamid und Benzylenamid in Gegenwart von Phosgen sowie in einem Verdünnungsmittel (vorzugsweise Chlor benzol oder Toluol) entstehenden Komponenten wie folgt behandelt:
das Reaktionsgemisch wird nach beendeter Umsetzung bei maximal 60°C mit Wasser versetzt, wobei man ein Zweiphasengemisch erhält, dessen wäßrige Phase abgetrennt wird,
die abgetrennte organische Phase wird einmal oder mehrmals mit mindestens 20 gew.-%iger Salzsäure bei maximal 60°C versetzt und die leichtere organische Phase von der schwereren wäßrigen Phase abgetrennt, anschließend wird
die extrahierte organische Phase durch eine einfache Destillation von hochsieden den zersetzlichen Rückständen befreit und dann durch fraktionierte Rektifikation über eine Kolonne mit ausreichender Zahl an theoretischen Böden und ausreichen dem Rücklaufverhältnis in die Bestandteile Verdünnungsmittel (vorzugsweise Chlorbenzol oder Toluol), Benzylchlorid und in die Zwischen- und Hochsieder, aufgetrennt;
die wäßrigen Phasen werden vereinigt, gegebenenfalls einer Wasserdampf destillation unterworfen (um eventuell vorhandene neutrale Bestandteile wie Verdünnungsmittel oder Benzylchlorid zu entfernen) und durch Zugabe von konzentrierter Natronlauge auf einen pH-Wert über 10 gebracht, die freigesetzten organischen Amine werden als die leichtere organische Phase von der schwereren wäßrigen Phase abgetrennt, anschließend werden die freigesetzten organischen Amine durch eine einfache Destillation von hochsiedenden zersetzlichen Rückständen befreit und durch fraktionierte Rektifikation über eine Kolonne mit einer ausreichenden Zahl an Trennstufen und ausreichendem Rücklaufverhältnis in die Bestandteile Dialkylamin und CMP sowie in die als Zwischensieder und Hochsieder anfallenden Nebenprodukte, aufgetrennt.

Im folgenden werden die Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens genauer beschrieben:

a) Das bei der Herstellung von CMP aus Dialkylformamid und Benzylenamin in Gegenwart von Phosgen entstehende Reaktionsgemisch wird nach beendeter Umsetzung bei maximal 60°C, vorzugsweise bei maximal 50°C, mit Wasser behandelt, wobei man ein Zweiphasengemisch erhält, dessen wäßrige Phase die Hauptmenge des Dialkylamin-hydrochlorids sowie einen Teil des CMP als Hydrochlorid gebunden enthält und sich leicht von der organischen Phase abtrennen läßt.
b) Die abgetrennte organische Phase wird einmal oder mehrmals mit konzen trierter Salzsäure (Konzentration an HCl: mindestens 20 Gew.-%, vorzugs weise mindestens 25 Gew.-%) bei maximal 60°C, vorzugsweise bei maxi mal 50°C behandelt und danach jeweils glatt die leichtere organische Phase von der schwereren wäßrigen Phase abgetrennt, wobei der organischen Pha se das restliche CMP und Dialkylamin entzogen und vollständig in der wäßrigen Phase als Hydrochlorid gelöst wird, wenn man genügend oft extrahiert und ausreichende Mengen an Salzsäure einsetzt (mindestens die zweimolare Menge des in der organischen Phase befindlichen CMP, vor zugsweise die 2,3 bis 3,0 molare Menge).
c) Die mit Salzsäure erschöpfend extrahierte organische Phase wird zunächst durch eine einfache Destillation von hochsiedenden zersetzlichen Rück ständen befreit und anschließend durch fraktionierte Rektifikation über eine Kolonne mit ausreichender Zahl an theoretischen Böden und ausreichendem Rücklaufverhältnis in die einzelnen Bestandteile zerlegt:
- 1. in reines Verdünnungsmittel (vorzugsweise Chlorbenzol oder Toluol), das rezyklisiert wird, indem man es erneut als Verdün nungsmittel in den Prozeß zur Herstellung von CMP einsetzt;
- 2. in reines Benzylchlorid, das generell als Edukt für Synthesen genutzt werden kann und speziell z. B. für die Synthese von Benzylamin, so daß man dadurch eine Rezyklisierung verwirklicht, weil Benzylamin das Ausgangsprodukt für das bei der CMP-Synthese benötigte Enamid ist;
- 3. in die Zwischen- und Hochsieder, die als Nebenprodukte anfallen und aus dem CMP-Prozeß ausgeschleust werden müssen.
d) Die wäßrige Phase aus der Wasserbehandlung nach a) wird mit der wäßrig salzsauren Phase der Salzsäure-Extraktion nach b) vereinigt, womit man alle basischen Anteile der CMP-Umsetzung als Hydrochlorid in wäßriger Lösung vorliegen hat; gegebenenfalls werden aus dieser wäßrigen Lösung eventuell vorhandene neutrale Bestandteile wie Verdünnungsmittel (vorzugsweise Chlorbenzol oder Toluol) und Benzylchlorid durch eine Wasserdampfdestillation entfernt.
e) Die wäßrig-salzsaure Lösung, gegebenenfalls nach dem Anstrippen mit Wasserdampf, wird durch Zugabe von konzentrierter Natronlauge auf einen pH-Wert über 10, vorzugsweise über 12, gebracht, und die freigesetzten Basen werden als die leichtere organische Phase von der schwereren wäßrigen Phase abgetrennt. (Wenn niedermolekulare Dialkylamine ent standen sind, wie z. B. Dimethyl- oder Diethylamin, muß ihr gasförmiges Entweichen entweder durch Arbeiten unter 2 bis 6 bar Überdruck ver hindert werden; oder man absorbiert das gasförmige Dialkylamin in einem geeigneten Absorptionsmedium wie z. B. Wasser). Aus dieser wäßrigen Phase werden durch eine Wasserdampfdestillation die letzten Reste an Aminen ausgekreist und mit der vorher isolierten organischen Phase der Basen vereinigt.
f) Die freigesetzten organischen Amine werden zunächst durch eine einfache Destillation (je nach dem entstandenen Dialkylamin auch gegebenenfalls unter Druck oder im Vakuum) von den hochsiedenden zersetzlichen Rückständen befreit und anschließend werden aus diesen Rückständen durch eine schonende Wasserdampfdestillation die vorher im Rückstand verbliebenen Anteile an CMP und Dialkylamin ausgekreist. Das organische Destillat dieser Wasserdampfdestillation wird dann mit dem Destillat der einfachen Destillation vereinigt. Anstelle dieser zweistufigen Behandlung können die organischen Amine auch direkt einer Wasserdampfdestillation unterworfen und von den zersetzlichen Rückständen befreit werden.
g) Die vereinigten, vorgereinigten, rückstandsfreien Basen werden nun durch fraktionierte Rektifikation über eine Kolonne mit einer ausreichenden Zahl an Trennstufen und ausreichendem Rücklaufverhältnis in die einzelnen Bestandteile, nämlich in reines Dialkylamin und reines CMP sowie in die als Zwischensieder und Hochsieder anfallenden Nebenprodukte, zerlegt:
- - das reine Dialkylamin kann rezyklisiert werden, indem man es durch Umsetzung mit Ameisensäure in Dialkylformamid überführt, das bei der Herstellung von CMP als Edukt benötigt wird und
- - das CMP fällt dabei in so hoher Reinheit an, daß es unmittelbar als Edukt für Synthesen, z. B. für die Herstellung von Imidacloprid eingesetzt werden kann.

Claims

Verfahren zur Herstellung von 2-Chlor-5-methylpyridin (CMP), bei dem man die bei der Umsetzung von Dialkylformamid und Benzylenamid in Gegenwart von Phosgen in einem Verdünnungsmittel entstehenden Komponenten wie folgt behandelt:
das Reaktionsgemisch wird nach beendeter Umsetzung bei maximal 60°C mit Wasser versetzt, wobei man ein Zweiphasengemisch erhält, dessen wäßrige Phase abgetrennt wird,
die abgetrennte organische Phase wird einmal oder mehrmals mit minde stens 20 gew.-%iger Salzsäure bei maximal 60°C versetzt und die leichtere organische Phase von der schwereren wäßrigen Phase abgetrennt, anschließend wird
die extrahierte organische Phase durch eine einfache Destillation von hoch siedenden zersetzlichen Rückständen befreit und dann durch fraktionierte Rektifikation über eine Kolonne mit ausreichender Zahl an theoretischen Böden und ausreichendem Rücklaufverhältnis in die Bestandteile Chlor benzol, Benzylchlorid und in die Zwischen- und Hochsieder, aufgetrennt;
die wäßrigen Phasen werden vereinigt, zur Entfernung eventuell vorhande ner neutraler Bestandteile gegebenenfalls einer Wasserdampfdestillation unterworfen und durch Zugabe von konzentrierter Natronlauge auf einen pH-Wert über 10 gebracht, die freigesetzten organischen Amine werden als die leichtere organische Phase von der schwereren wäßrigen Phase abge trennt, anschließend werden die freigesetzten organischen Amine durch eine einfache Destillation von hochsiedenden zersetzlichen Rückständen be freit und durch fraktionierte Rektifikation über eine Kolonne mit einer aus reichenden Zahl an Trennstufen und ausreichendem Rücklaufverhältnis in die Bestandteile Dialkylamin und CMP sowie in die als Zwischensieder und Hochsieder anfallenden Nebenprodukte, aufgetrennt.