DE19624418A1

DE19624418A1 - Verfahren zur Herstellung von 4,5,6-Trichlor- und 2,4,5,6-Tetrachlorpyrimidin

Info

Publication number: DE19624418A1
Application number: DE19624418A
Authority: DE
Inventors: Guido Dipl Chem Dr Steffan; Georg Hardenbicker
Original assignee: Bayer AG
Current assignee: Bayer AG
Priority date: 1996-06-10
Filing date: 1996-06-19
Publication date: 1997-12-11
Also published as: DE59708626D1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von 4,5,6-Trichlor- und 2,4,5,6-Tetrachlorpyrimidin, ausgehend von 3-Dimethylaminopropionitril, deren Verwendung sowie eine kristalline Zwischenproduktform.

Gemäß US-A 3 509 032 werden 4,5,6-Trichlor- und 2,4,5,6-Tetrachlorpyrimidin durch Chlorierung von 3-Dimethylaminopropionitril mit Cl₂ unter Bestrahlung von UV-Licht erhalten, wobei die Temperatur der Chlorierung zeitweise oberhalb von 150°C, insbesondere bei 180 bis 220°C, liegen muß, um die gewünschten Produkte entstehen zu lassen (siehe Spalte 2, Zeile 51 bis 53 und Beispiel 2 und 3). Derartig hohe Chlorierungstemperaturen sind jedoch bei einer technischen Realisierung der Verfahrensweise nachteilig.

Gemäß DE-A 39 00 917 wird 4,5,6-Trichlorpyrimidin ausgehend vom Hydro chlorid des 3-Dimethylaminopropionitrils durch eine einstufige Chlorierung bei einer Temperatur von 120 bis 130°C hergestellt. Diese Verfahrensweise ist aber noch in einigen Punkten verbesserungsfähig, insbesondere hinsichtlich ihrer Eig nung für großtechnisch dimensionierte Ansätze.

Außerdem weisen die im Stand der Technik beschriebenen Verfahren zumeist den Nachteil auf, daß bei der anschließenden Destillation unlösliche Destillationsrück stände gebildet werden, die nur mit erheblichem Aufwand aus den Destillatoren zu entfernen sind. Zudem gasen die so erhaltenen Produkte sehr stark bei der Destillation.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es daher, ein Verfahren zur Herstellung von 4,5,6-Trichlor- und 2,4,5,6-Tetrachlorpyrimidinen ausgehend von 3-Dimethyl aminopropionitril bereitzustellen, das die genannten Nachteile nicht aufweist.

Es wurde ein Verfahren zur Herstellung von 4,5,6-Trichlor- und 2,4,5,6-Tetrachlor pyrimidin durch Umsetzung von 3-Dimethylaminopropionitril mit HCl und Cl₂ ge funden, bei dem man

a) in einem ersten Reaktionsschritt 3-Dimethylaminopropionitril in einem Lösungsmittel, vorzugsweise gegen HCl und Cl₂ inert, bei einer Tem peratur von -10 bis 55°C mit HCl, vorzugsweise 1 bis 6 mol, und Cl₂, vorzugsweise 2 bis 4 mol, jeweils bezogen auf 1 mol 3-Dimethylamino propionitril, umsetzt und
b) in einem zweiten Reaktionsschritt das Reaktionsgemisch des ersten Reak tionsschrittes bei einer Temperatur von über 55°C, vorzugsweise von 65 bis 120°C mit Cl₂, vorzugsweise 3 bis 5 mol, bezogen auf 1 mol eingesetztes 3-Dimethylaminopropionitril, gegebenenfalls in Gegenwart eines Katalysators, umsetzt,

das dadurch gekennzeichnet ist, daß der zweite Reaktionsschritt in Gegenwart des Reaktionsproduktes aus dem 1. Reaktionsschritt erfolgt, welches in mikro kristalliner Form mit einer mittleren Kristallgröße von 10 µm vorliegt.

Als gegen HCl und Cl₂ unter Reaktionsbedingungen inerte Lösungsmittel sind vor zugsweise solche zu verstehen, die unter den genannten Reaktionsbedingungen des erfindungsgemäßen Verfahrens inert sind. Es kommen beispielsweise chlorierte, aliphatische und aromatische Kohlenwasserstoffe, wie Chloroform, Tetrachlor kohlenstoff, Chlorbenzol, Dichlorbenzol, Isododecan, Phosphoroxychlorid oder Ge mische davon in Frage. Besonders bevorzugt ist Phosphoroxychlorid (POCl₃).

Der erste Reaktionsschritt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird bevorzugt bei einer Temperatur von 15 bis 25°C durchgeführt. Er kann beispielsweise batch weise oder kontinuierlich durchgeführt werden.

In der batchweisen Verfahrensvariante wird beispielsweise so vorgegangen, daß das 3-Dimethylaminopropionitril vorzugsweise in dem gegenüber Cl₂ und HCl inerten Lösungsmittel vorgelegt wird und HCl eingeleitet wird. Die Menge der einzuleitenden HCl beträgt im allgemeinen 1 bis 6 mol, vorzugsweise 3 bis 4 mol, bezogen auf 1 mol des eingesetzten 3-Dimethylaminopropionitrils. Das entstehende HCl-Addukt des Nitrils ist insbesondere dann im erfindungsgemäßen Temperatur bereich gut löslich, wenn als Lösungsmittel Phosphoroxychlorid verwendet wird. Die bei der HCl-Einleitung unter HCl-Addukt-Bildung entstehende Wärme wird vorzugsweise durch Kühlung abgeführt. Daran schließt sich dann die Umsetzung mit vorzugsweise 2 bis 4 mol Cl₂ pro 1 mol 3-Dimethylaminopropionitril an. Cl₂ wird dabei unter HCl-Entwicklung in die Reaktionsmischung der HCl-Umsetzung eingeleitet. Die Einleitung erfolgt vorzugsweise bei 15 bis 20°C.

Bevorzugt ist bei der oben beschriebenen batchweisen Variante 1 bis 2 mol HCl einzuleiten, bevor mit der Cl₂-Einleitung begonnen wird. Die HCl-Addukt-Bildung des Nitrils wird dann durch die bei der Chlorierung entstehende HCl komplettiert.

Die batchweise Verfahrensvariante wird vorzugsweise für kleine Ansätze gewählt, insbesondere für Ansätze kleiner 10 mol, bezogen auf 3-Dimethylaminopropio nitril.

Besonders bevorzugt ist es, die Umsetzung des ersten Reaktionsschrittes des er findungsgemäßen Verfahrens kontinuierlich zu betreiben. Bei der kontinuierlichen Arbeitsweise werden vorzugsweise das gegen Cl₂ und HCl inerte Lösungsmittel, insbesondere Phosphoroxychlorid, 3-Dimethylaminopropionitril, HCl und Cl₂ kontinuierlich in einem Reaktor zusammengeführt. Die Menge an HCl beträgt vor zugsweise 1 bis 2 mol pro 1 mol 3-Dimethylaminopropionitril.

Die Menge an Cl₂ entspricht der eingangs erwähnten. Die bei der Chlorierung ent stehende HCl verbleibt vorzugsweise in der Reaktionsmischung und braucht daher von außen nicht zugeführt zu werden. Die während der Reaktion freiwerdende Wärme wird vorzugsweise durch Kühlung abgeführt. Die Temperatur, für die kontinuierliche Verfahrensweise, wird besonders bevorzugt bei 15 bis 25°C ge halten.

Besonders bevorzugt erfolgt die Umsetzung des 1. Reaktionsschrittes voll kontinuierlich, worunter die kontinuierliche Zufuhr von Reaktanden und das konti nuierliche Abführen von Reaktionsprodukt verstanden wird.

Sofern Phosphoroxychlorid als bevorzugtes Lösungsmittel verwendet wird, liegt die kontinuierlich gebildete Reaktionsmischung des ersten Reaktionsschrittes bei einer Temperatur von -10 bis +55°C in Form einer Lösung vor.

Die bei dem ersten Reaktionsschritt des erfindungsgemäßen Verfahrens gebildeten Reaktionsprodukte sind vorzugsweise die Hydrochloride des chlorierten 3-Di methylaminopropionitrils, die vorzugsweise den Formeln (I) und (II) entsprechen

worin
x eine Zahl von 1 bis 3, vorzugsweise 3 bedeutet.

Besonders bevorzugt wird ein Produktgemisch gebildet, in dem die Verbindungen der Formeln (I) und (II) in einem Verhältnis von 10 : 1 bis 2 : 1 vorliegen.

Die Menge des verwendeten Lösungsmittels kann über weite Bereiche variiert werden. Bevorzugt ist es, 4 bis 10 Teile des Lösungsmittels pro Teil des einge setzten 3-Dimethylaminopropionitrils einzusetzen.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfah rens erfolgt die Zusammenführung des Reaktionsgemisches aus dem ersten Reaktionsschritt und weiteren Cl₂ bei der Temperatur des zweiten Reaktions schrittes semikontinuierlich, d. h. daß die Zusammenführung, vorzugsweise in einen zweiten Reaktor, solange erfolgt, wie die Dimension dieses Reaktors eine Be füllung erlaubt. Dabei kann gegebenenfalls mitverwendeter Katalysator bei spielsweise mit dem zugeführten Reaktionsgemisch des ersten Reaktionsschrittes zugeführt werden oder beispielsweise bereits in dem Reaktor vorhanden sein.

Bei dem zweiten Reaktionsschritt wird HCl gebildet. Diese entsteht einerseits bei der Chlorierung und wird andererseits aus dem HCl-Addukt des ersten Reak tionsschrittes unter Bildung eines Monohydrochlorids freigesetzt.

Bei der Überführung der Reaktionsmischung des ersten Reaktionsschrittes in den zweiten Schritt, vorzugsweise in den zweiten Reaktor, kommt es zur kristallinen Ausfällung. Außerdem kommt es beim Übergang in den bei höherer Temperatur ablaufenden zweiten Reaktionsschritts (gegenüber dem ersten Reaktionsschritt) zur HCl-Entwicklung. Bei der Überführung der Reaktionsmischung in den 2. Reaktionsschritt entstehen dabei zunächst grobkristalline Ausfällungen. Nach kurzer Zeit sind dann feinere Kristalle (Mikrokristallisat) zu beobachten.

Sowohl bei den groben als auch bei den feinen Kristallen handelt es sich um Kristalle bzw. Mischkristalle der Monohydrochloride der Formeln (Ia) und/oder (IIa).

Diese fallen zunächst als relativ grobe Kristalle an, welche eine mittlere Kristall größe von <10 µm besitzen. Bevorzugt fallen diese groben Kristalle in Form von farblosen Plättchen an, die quadratisch sind und eine Kantenlänge von 0,05 bis 0,2 mm und eine Dicke von etwa 0,01 mm besitzen. Bevorzugt enthalten diese Kristalle die Verbindungen Ia und IIa in einem Gewichtsverhältnis von 10 : 1 bis 2 : 1.

Die Erfindung betrifft auch Kristallisate mit einer mittleren Kristallgröße von 10 µm, enthaltend die Verbindungen der Formel Ia und/oder IIa.

Bevorzugt enthalten diese die Verbindungen der Formeln Ia und IIa in einem Gewichtsverhältnis von 10 : 1 bis 2 : 1.

Bevorzugt liegt das Mikrokristallisat in Form von Nadeln bzw. Stäbchen vor, die eine Länge von 2 bis 6 µm und eine Dicke von 0,5 bis 1 µm besitzen.

Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung dieses Mikro kristallisats, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man 3-Dimethylaminopropionitril in einem gegen HCl und Cl₂ inerten Lösungsmittel bei einer Temperatur von -10 bis +55°C mit 1 bis 6 mol HCl und 2 bis 4 mol Cl₂, jeweils bezogen auf 1 mol 3-Dimethylaminopropionitril, umsetzt und anschließend die so erhaltenen Reaktions mischung bei einer Temperatur von 65 bis 85°C tempert.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung der Chlorpyrimidine beträgt das Verhältnis von Mikrokristallisat zu einer groben Kristallform 95 : 5 bis 50 : 50.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere für Ansätze < 1 kmol, bezogen auf 3-Dimethylaminopropionitril.

Der zweite Reaktionsschritt schließt sich vorzugsweise unmittelbar an den 1. Re aktionsschritt an, so daß die Verweilzeit, die zwischen den beiden Schritten liegt, möglichst klein gehalten wird.

Isoliert man das feinkristalline Monohydrochlorid, so kann man es als Impf kristalle für den zweiten Reaktionsschritt verwenden. In dem Fall wird der gleiche vorteilhafte Effekt erzielt, auch ohne die Bildung der feinkristallinen Ausfällung abzuwarten.

Die Überführung des Reaktionsproduktes des 1. Reaktionsschrittes in den zweiten Reaktor erfolgt vorzugsweise so, daß der Anteil des sich nur langsam bildenden Mikrokristallisats gegenüber der groben Kristallform nicht allzu klein wird, da ge funden wurde, daß die grobe Kristallform unter den Reaktionsbedingungen nicht stabil ist. Bevorzugt beträgt das Verhältnis von Mikrokristallisat zur groben Kristallform 95 : 5 bis 50 : 50.

In einer ganz besonders bevorzugten Ausführungsform des zweiten Reaktions schrittes erfolgt die Umsetzung in Gegenwart eines Katalysators. Als mögliche Katalysatoren sind beispielsweise organische Katalysatoren zu nennen. Geeignete organische Katalysatoren sind beispielsweise offenkettige oder cyclische Carbon amide, wie C₁-C₁₂-Dialkylformamide, insbesondere Dimethylformamid, Dibutyl formamid, Methyldodecylformamid, N-C₁-C₁₂-Alkylpyrrolidone, wie N-Methyl pyrrolidon-(2), N-C₁-C₁₂-Alkylcaprolactame, wie N-Methylcaprolactam, ferner Tri alkylphosphite, Triarylphosphite, Triarylphosphinoxide, wobei Aryl vorzugsweise gegebenenfalls substituiertes Phenyl bedeutet. Besonders bevorzugt ist Triphenyl phosphinoxid.

Die Katalysatoren können auch im Gemisch untereinander eingesetzt werden, vorzugsweise in Mengen von 1 bis 10, vorzugsweise 2 bis 5 Gew.-%, bezogen auf eingesetztes 3-Dimethylaminopropionitril.

Ganz besonders bevorzugt erfolgt der zweite Reaktionsschritt des erfindungsge mäßen Verfahrens in Gegenwart von Radikalabfängen. Bevorzugt ist Sauerstoff, insbesondere in Form von Luft. Luft wird beispielsweise bevorzugt in einer Menge von 10 bis 100 l pro 1 kg eingesetztes 3-Dimethylaminopropionitril, insbesondere kontinuierlich über die Reaktionszeit, in die Reaktionsmischung zugeführt.

Ganz besonders bevorzugt ist das erfindungsgemäße Verfahren, bei dem die im zweiten Reaktionsschritt gebildete HCl, gegebenenfalls zusammen mit überschüssi gem Cl₂ des zweiten Reaktionsschrittes in den ersten Reaktionsschritt rückgeführt wird, wodurch von außen zuzuführende HCl nicht weiter benötigt wird. Das erfin dungsgemäße Verfahren in einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist daher bezüglich HCl autark.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren entstehen vorzugsweise 4,5,6-Trichlor- und 2,4,5,6-Tetrachlorpyrimidin im Gemisch. Die Zusammensetzung zugunsten eines der beiden Pyrimidine läßt sich vorzugsweise über die Temperatur steuern. Dabei wird das Trichlorpyrimidin beispielsweise bei gleicher Reaktionszeit bevorzugt bei einer Reaktionstemperatur von 85 bis 105°C gebildet, wohingegen das 2,4,5,6-Tetrachlorpyrimidin vorzugsweise bei einer Temperatur von 65 bis 75°C entsteht. So erhaltene Chlorpyrimidinmischungen weisen vorzugsweise ein Verhältnis von Trichlor- zu Tetrachlorpyrimidin von 4 : 1 bis 1 : 30 auf.

Das entstehende 4,5,6-Trichlor- und 2,4,5,6-Tetrachlorpyrimidin sowie das verwen dete Lösungsmittel werden zwecks Isolierung bzw. Rückgewinnung vorzugsweise fraktioniert destilliert. Nach Abdestillieren des jeweiligen Produkts kann aus dem Destillationsrückstand in Gegenwart von wenig Aktivkohle noch jeweils eine zweite Fraktion des Produkts erhalten werden. Die verbleibenden relativ geringen Destillationsrückstände sind gut z. B. in o-Dichlorbenzol löslich und können in dieser Form beispielsweise verbrannt werden.

4,5,6-Trichlor- und 2,4,5,6-Tetrachlorpyrimidin sind beispielsweise wichtige Vor produkte für die Herstellung fluorhaltiger Reaktivkomponenten, wie sie in Reaktivfarbstoffen eingebaut werden (s. DE-A 16 44 203) und eignen sich ebenfalls als Vorprodukte für Pflanzenschutzmittel sowie Pharmazeutika.

Beispiele Beispiel 1 Herstellung von 4,5,6-Trichlorpyrimidin

In zwei hintereinander geschalteten Reaktoren 1 und 2 wurden jeweils 85 g (50 ml) Phosphoroxychlorid vorgelegt. In den hinteren der beiden Reaktoren (Reaktor 2) wurden zudem noch 5 g Triphenylphosphinoxid gegeben. Die Um setzung erfolgt wasserfrei.

Bei einer durch Kühlung bei 15 bis 20°C gehaltenen Temperatur wurden im Laufe von 13 Stunden in den Reaktor 1 gleichmäßig eindosiert:

1. Eine Lösung von 600 g (6,12 mol) an 3-Dimethylaminopropionitril in 3340 g Phosphoroxychlorid,
2. ca. 500 g (17,7 mol) Chlorwasserstoff sowie
3. ca. 850 g (12 mol) Chlor,

wobei die Chlorwasserstoff- und Chlor-Dosierraten anfangs etwas höher gewählt wurden und nach Inbetriebnahme des 2. Reaktors etwas zurückgenommen wurden, als das Abgas aus Reaktor 2 im Reaktor 1 mit benutzt wurde.

Die Menge des Reaktionsgemisches im Reaktor 1 wurde bei 50 bis max. 100 ml durch Abpumpen oder Überlauf in den Reaktor 2 gehalten.

Sobald das Reaktionsgemisch als klare Lösung aus Reaktor 1 in Reaktor 2 über lief, wurde mit 200 bis 300 mg des gemäß Beispiel 4 erhaltenen Mikrokristallisats angeimpft und anschließend mit der Eindosierung von 2300 g (32,4 mol) Chlor im Laufe von 13 Stunden und von trockener Luft (ca. 0,5 ml pro Sekunde) in den Reaktor 2 begonnen, wobei die Eindosierung in den Reaktor 2 zunächst bei einer Temperatur von ca. 85°C erfolgte. Nachdem Abgas aus dem Reaktor 2 zu entweichen begann, wurde ein Strahlwäscher über Reaktor 1 in Betrieb genommen, um dort das Abgas aus Reaktor 2 zu nutzen.

Die Temperatur im Reaktor 2 wurde dann zunächst auf 95 bis 97°C und nach einer weiteren Stunde auf 102 bis 104°C erhöht und dort 13 Stunden lang ge halten. Nach 5 und 13 Stunden wurden jeweils weitere 5 g Triphenylphosphinoxid in den Reaktor 2 eindosiert.

Nachdem der Reaktor 2 (Fassungsvermögen = 4 l) nahezu gefüllt war, wurde nach Stoppen aller Produktzufuhren in den Reaktor 1 letzterer völlig in den Reaktor 2 entleert.

Im Laufe von weiteren 12 Stunden wurden dann ca. 1100 g (15,5 mol) Chlor (und weiterhin die oben genannte Menge Luft) in den Reaktor 2 mit allmählich abnehmender Dosiergeschwindigkeit so eingeleitet, daß anfangs das Abgas nahezu farblos und später nur schwach grün war.

Das Reaktionsende ist erreicht, sobald sich die milchig werdende Reaktions mischung im Reaktor 2 allmählich in eine klare helle Lösung umwandelt. Die Aufarbeitung schloß sich sodann daran an.

Aufarbeitung

Aus der so erhaltenen Lösung wurde über eine Kolonne zunächst Phosphoroxy chlorid, das wiederverwendet wurde, vollständig abdestilliert. Man erhielt ca. 3350 g Phosphoroxychlorid. Danach wurden im Vakuum 1048 g eines Gemisches aus Tri- und Tetrachlorpyrimidin abdestilliert, wobei bis zu einer maximalen Sumpftemperatur von 180°C bei 12 mbar erhitzt wurde.

Der Destillationsrückstand wurde nach Zusatz von 5 g trockener Aktivkohle 1 Stunde bei 195°C unter geringer Chlorabspaltung betempert. Danach wurden bei 10 bis 12 mbar und bis zu einer maximalen Sumpftemperatur von 200°C weitere 54 g Produktgemisch erhalten. Der Rückstand (81 g, davon 15 g Triphenylphos phinoxid-Derivat und 5 g Aktivkohle) wurde mit 50 g 1,2-Dichlorbenzol zu einer dünnflüssigen Suspension verrührt.

Zusammen mit ca. 1% Produktgemisch im Phosphoroxychlorid-Destillat wurden insgesamt (nach GC-Analyse) 756 g 4,5,6-Trichlorpyrimidin (= 68% der Theorie, bezogen auf eingesetztes 3-Dimethylaminopropionitril) und 348 g Tetrachlor pyrimidin (= 26,5% der Theorie, bezogen auf eingesetztes 3-Dimethyl aminopropionitril) erhalten, die durch Rektifikation getrennt wurden. Dies ent spricht einer Gesamtausbeute von 94,5% der Theorie, bei Einsatz von 99%igen 3-Dimethylaminopropionitril.

Gleiche Ergebnisse wurden auch bei 10 bis 12 mol sowie 1 bis 2 kmol Ansätzen erhalten, während bei einer Verfahrensführung, wie sie aus DE-A 39 00 917 bekannt ist die Ausbeute von 95 bis 90% bei 0,5 bis 2 Mol-Ansätzen, auf 75 bis 70% bzw. bei 10 bis 12 Mol-Ansätzen und auf 65 bis 60% bei 1-2 kmol-Ansätzen absanken, jeweils bezogen auf eingesetztes 3-Dimethylaminopropionitril.

Beispiel 2 Herstellung von 2,4,5,6-Tetrachlorpyrimidin

In zwei hintereinander geschalteten Reaktoren 1 und 2 (wie in Beispiel 1) wurden 85 g (50 ml) Phosphoroxychlorid im Reaktor 1 und 125 g (75 ml) Phosphor oxychlorid sowie 5 g Triphenylphosphinoxid in den hinteren Reaktor (Reaktor 2) vorgelegt.

Bei einer durch Kühlung bei 15 bis 20°C gehaltenen Temperatur wurden im Laufe von 16 3/4 Stunden in den Reaktor 1 gleichzeitig eindosiert:

1. Eine Lösung von 600 g (6,12 mol) an 3-Dimethylaminopropionitril in 3300 g Phosphoroxychlorid,
2. ca. 600 g (19,5 mol) Chlorwasserstoff sowie
3. ca. 890 g (12,53 mol) Chlor,

wobei die Chlorwasserstoff- und Chlor-Dosierraten anfangs etwas höher eingestellt wurden (ca. 40 g HCl/h bzw. ca. 55 bis 60 g Chlor/h) und nach Start von Reaktor 2 etwas reduziert wurden, als das Abgas aus Reaktor 2 im Reaktor 1 mit genutzt wurde.

Die Menge des Reaktionsgemisches im Reaktor 1 wurde bei 50 bis max. 100 ml gehalten, indem sie kontinuierlich in Reaktor 2 durch Überlauf abgelassen wurde.

Sobald die Reaktionsmischung als Lösung aus Reaktor 1 im Reaktor 2 übertrat, wurde bei einer Temperatur von ca. 75°C mit der Einleitung von 3600 g (50,7 mol) Chlor im Laufe von 16 3/4 Stunden und von trockener Luft (ca. 0,5 ml pro Sekunde) begonnen.

Es wurden kurz darauf 200 bis 300 mg Impfkristalle der feinkristallinen Mono hydrochloridmischung von 2,2-Dichlor- und 2,2,3-Trichlor-3-dimethylaminopropio nitril im Reaktor 2 zugesetzt.

Sobald das Abgas aus Reaktor 2 zu entweichen begann, wurde ein Strahlwäscher über Reaktor 1 in Betrieb genommen, um dort das Abgas aus Reaktor 2 zu nutzen. Die Temperatur in Reaktor 2 wurde während der gesamten 16 3/4 Stunden bei 74 bis 76°C gehalten. Nach 7 und 14 Stunden der 16 3/4 Stunden wurden jeweils weitere 5 g Triphenylphosphinoxid im Reaktor 2 eindosiert.

Sobald Reaktor 2 (Fassungsvermögen = 4 l) nach Ablauf von 16 3/4 Stunden nahezu gefüllt war, wurden alle Eindosierungen im Reaktor 1 gestoppt und der Inhalt des letzteren in den Reaktor 2 überführt.

Im Laufe von weiteren 22,5 Stunden wurden dann 820 g (11,55 mol) Chlor und weiterhin die oben angegebene Menge Luft in den Reaktor 2 eingeleitet mit all mählich abnehmender Dosiergeschwindigkeit, so daß das Abgas stets nur schwach grün gefärbt war. Nach 8 Stunden der 22,5 Stunden wurden noch einmal 5 g Triphenylphosphinoxid zugesetzt. Die Temperatur wurde hierbei während der ersten 14 Stunden bei 74 bis 76°C gehalten, und dann in 8 weiteren Stunden allmählich von 80 auf 90°C gesteigert und in der letzten halben Stunde, nachdem sich die milchig wirkende Reaktionsmischung in Reaktor 2 allmählich in eine klare helle Lösung umgewandelt hatte, auf 95°C gehalten.

Aus der so erhaltenen Lösung wurde über eine Kolonne zunächst das Phosphor oxychlorid vollständig abdestilliert. Man erhielt ca. 3410 g Phosphoroxychlorid. Danach wurde im Vakuum 1105 g eines Gemischs aus Tri- und Tetrachlor pyrimidin abdestilliert, wobei bis zu einer maximalen Sumpftemperatur von 180°C bei 12 mbar erhitzt wurde.

Der Destillationsrückstand wurde nach Zusatz von 5 g trockener Aktivkohle eine Stunde bei 195°C unter geringer Chlorabspaltung getempert. Danach wurden bei 10 bis 12 mbar und bis zu einer maximalen Sumpftemperatur von 205°C weitere 122 g Produktgemisch erhalten.

Der Rückstand (105 g, davon ca. 20 g Triphenylphosphinoxid-Derivate und 5 g Aktivkohle) war bei 130°C noch flüssig und wurde mit 100 g 1,2-Dichlorbenzol zu einer auch bei Raumtemperatur noch dünnflüssigen Suspension verrührt.

Zusammen mit ca. 0,5% Produkt des Produktgemisch im Phosphoroxychlorid-Destillat wurden so insgesamt (nach GC-Analyse) 102 g 4,5,6-Trichlorpyrimidin (= 9,2% der Theorie, bezogen auf 3-Dimethylaminopropionitril) und 1.139 g Tetrachlorpyrimidin (= 86,2% der Theorie, bezogen auf 3-Dimethylaminopro pionitril) erhalten, die durch Rektifikation getrennt wurden. Dies entspricht einer Gesamtausbeute von 95,4% der Theorie, bei Einsatz von 99%igem Dimethyl aminopropionitril. Gleiche Ausbeuten wurden auch in 10 und 12 mol-Ansätzen erhalten.

Beispiel 3

Es wurde in gleicher Weise wie in Beispiel 2 verfahren, jedoch wurde die Zeit der kontinuierlichen Chlorierung von 16 3/4 Stunden auf 19 Stunden verlängert, wobei die Temperatur im Reaktor 2 bei 70°C gehalten wurde, und danach 19 Stunden bei 70°C, 6 Stunden bei 75 bis 80°C, 4 Stunden bei 80 bis 85°C und I Stunde bei 90°C chloriert. Es wurde eine Ausbeute von 93% der Theorie, bezogen auf eingesetztes 3-Dimethylaminopropionitril an Tetrachlorpyrimidin und 3% der Theorie an 4,5,6-Trichlorpyrimidin erhalten.

Beispiel 4

Herstellung und Charakterisierung der grob- und mikrokristallinen Formen von 2,2-Dichlor-3-dimethylamino-propionitril-monohydrochlorid sowie der mikro kristallinen Form von 2,2,3-Trichlor-3-dimethylamino-propionitril-monohydro chlorid

a) In eine Mischung von 580 g Phosphoroxichlorid und 100 g 3-Dimethyl amino-propionitril (ca. 98%ig) wurden zuerst bei 15 bis 25°C 100 g HCl-Gas in ca. 45 Minuten unter Kühlung eingeleitet und dann in die erhaltene klare Lösung 142 g Chlor unter starker Kühlung bei 10 bis 15°C in ca. 30 Minuten. Die so erhaltene klare Lösung wurde schnell (in ca. 10 Minuten) auf 50°C erwärmt, wobei noch sehr wenig Chlor (ca. 5 g) ein geleitet wird und viel HCl ausgast. Sehr bald schieden sich grobe klare Kristalle ab.
b) Die Hälfte der in a) erhaltenen Reaktionsmischung wurde über eine Glas sinternutsche filtriert, das erhaltene Kristallisat wurde mit Toluol und Petrolether gewaschen, um es von Phosphoroxichlorid zu befreien und im Vakuum bei 50°C 2 Stdn. getrocknet. Es wurden 76 g farbloser Plättchen erhalten, die durch Elementaranalyse, Massen- und NMR-Spektrum als Monohydrochlorid des 2,2-Dichlor-3-dimethylamin-propionitril identifiziert wurden. Es handelte sich um quadratische Plättchen von 0,05 bis 0,2 mm Kantenlänge und 0,01 mm Dicke.
c) Die zweite Hälfte der o.g. Reaktionsmischung wurde auf 75°C erwärmt. Nach ca. 10 Minuten wandelten sich die o.g. groben Plättchen um zu einer sehr feinen Kristallmasse, wodurch die Reaktionsmischung sehr dickflüssig wurde. Nach 10 bis 15 Minuten weiteren Temperns zur Vervollständigung der Umwandlung wurde das Kristallisat wie oben filtriert, gewaschen und getrocknet. Es wurden 74 g farbloser Mikrokristalle erhalten, die durch Elementaranalyse, Gaschromatographie, Massen- und NMR-Spektrum identifiziert werden als Mischung aus
ca. 90 Mol-Prozent des o.g. Monohydrochlorids von 2,2-Dichlor-3-dimethylaminopropionitril und
ca. 10 Mol-Prozent des Monohydrochlorids von 2,2,3-Trichlor-3-dimethylaminopropionitril.
Die mikroskopische Untersuchung zeigte, daß das Mikrokristallisat in Form von Nadeln bzw. Stäbchen mit einer Länge von 2 bis 6 Mikrometer und ca. 0,5 bis 1 Mikrometer Stärke anfällt, die weitgehend agglomeriert waren.
d) Ein weiterer Ansatz wurde ebenso durchgeführt, wie unter a) beschrieben, jedoch werden beim Erwärmen auf 50°C statt 5 g weitere 35 g Chlor eingeleitet.
Danach wurde - wie unter c) beschrieben - auf 75°C erwärmt und weiterhin Chlor eingeleitet (insgesamt ca. weitere 40 g).
Nach ca. 15 Minuten wandelten sich die groben Plättchen, die beim Er wärmen auf 50°C auskristallisierten, in das feine Kristallisat um, das nach 15 Minuten weiteren Temperns, wie beschrieben, isoliert wurde.
Die oben durchgeführten Untersuchungen zeigten, daß das Produkt nahezu reines Monohydrochlorid des 2,2,3-Trichlor-3-dimethylaminopropionitrils ist. Es zeigte bei der mikroskopischen Untersuchung den gleichen kristall habitus wie das o.g. entsprechende Gemisch aus Dichlor- und Trichlor derivat.

Beispiel 5 (Tetrachlorpyrimidin im 1000 l-Reaktor)

In einem 1000 l-Stahlemail-Reaktor (mit Gaseinleitung durch das Bodenventil wurden 165 kg Phosphoroxichlorid (100 l) und 1,5 kg Triphenylphospinoxid vorgelegt und auf 75°C erwärmt. In einem darüberliegenden 25-l Glasreaktor (mit Intensiv-Sole-Kühlung) wurden 16 kg Phosphoroxichlorid (ca. 10 l) vorgelegt.

Dann wurden im Laufe von 17 Stdn. gleichmäßig und simultan in den 25 l-Glasreaktor eindosiert:
980 kg Phosphoroxichlorid
180 kg 3-dimethylaminopropionitril
120 kg Chlorwasserstoff und
274 kg Chlor
wobei die Temperatur unter intensivem Durchmischen und Kühlen bei 10 bis 15°C gehalten wurde.

Das Reaktionsvolumen im 25 l-Glasreaktor wurde durch Überlauf in den 1000 l Stahlemail-Reaktor bei 20 l gehalten.

Sobald Produkt aus dem 25 l- in den 1000 l-Reaktor überlief wurden dort ca. 50 g Impfkristalle (Mikrokristallisat aus 2,2-Dichlor- und 2,2,3-Trichlor-3-dimethyl aminopropionitril-monohydrochlorid/Herstellung siehe Beispiel 4) zugesetzt.

Dann wurden im Laufe von insgesamt 17 Stunden bei 75°C gleichmäßig insgesamt 762 kg Chlor (und pro Stunde ca. 100 l trockene Luft) durch das Bodenventil in den 1000 l-Reaktor eindosiert. Während dieser 17 Stdn. wurden nach 7 und 13 Stdn. jeweils je 1,5 kg Triphenylphosphinoxid in den 1000 l-Reaktor eingegeben.

Nach Ablauf dieser 17 Stdn. wurde der Inhalt des Glasreaktors in den 1000 l-Reaktor abgelassen.

Im Laufe von weiteren 21 Stdn. wurden dann insgesamt 166 kg Chlor (und weiterhin die o.g. Luftmenge) so in den 1000 l-Reaktor eindosiert, daß das Abgas stets schwach grün gefärbt war. Dabei wurden nach Ablauf von 9 dieser 21 Stdn. noch einmal 1,5 kg Triphenylphosphinoxid zugegeben.

Die Temperatur im 1000 l-Reaktor wurde während der ersten 14 Stdn. dieser 21 Stdn. bei 74 bis 76°C gehalten, dann in 6 Stdn. langsam auf 88°C gesteigert. Nach vollständiger Auflösung des Kristallisats wurde die Temperatur auf 95°C gesteigert und dort noch 1/2 Std. gehalten.

Aus der so erhaltenen Lösung wurde über eine 5-boden-Kolonne bei einem Rücklaufverhältnis von 1 : 1 zuerst das Phosphoroxichlorid (bei einem allmählich bis auf 60 mbar reduzierten Druck) praktisch vollständig abdestilliert. Dann wurden bei 10 bis 12 mbar bis zu einer Sumpftemperatur von 183°C das Gemisch aus Tri- und Tetrachlorpyrimidin (326 kg) abdestilliert.

Der Destillationsrückstand wurde nach Zusatz von 2 kg trockener Aktivkohle 2 Std. bei 195 bis 200°C getempert (mäßige Chlorabspaltung). Danach werden bei 9 bis 12 mbar und bis zu einer maximalen Sumpftemperatur von 212°C weitere 44,5 kg Produktgemisch durch Destillation erhalten.

Nach Gaschromatogramm enthielten die 370,5 kg Produktgemisch
5,6 Gew.% 4,5,6-Trichlorpyrimidin und
94,3 Gew.-% Tetrachlorpyrimidin, was einer Gesamtausbeute von 94,3% der Theorie entspricht.

Der Destillationsrückstand ließ sich nach Zusatz von 40 kg 1,2-Dichlorbenzol vollständig aus dem Destillator entfernen (insgesamt 73 kg, davon 40 kg 1,2-Dichlorbenzol).

Beispiel 6 (4,5,6-Trichlorpyrimidin in 1000 l-Reaktor)

In derselben Apparatur, wie im Beispiel 5 beschrieben, wurden in den 1000 l-Reaktor 165 kg Phosphoroxichlorid (100 l) und 1,5 kg-Triphenylphosphinoxid (Mischung auf 85°C erwärmt) und im 25 l-Reaktor 16 kg Phosphoroxichlorid (10 l) vorgelegt.

Dann wurden im Laufe von 14 Stunden gleichmäßig und simultan in den 25 l-Reaktor bei 10 bis 15°C:
995 kg Phosphoroxichlorid
180 kg 3-Dimethylamino-propionitril
115 kg Chlorwasserstoff und
266 kg Chlor
eindosiert.

Das Reaktionsvolumen im 25 l-Reaktor wurde durch Überlauf in den 1000 l-Reaktor bei 20 l gehalten.

Sobald Produkt aus dem 25 l-Reaktor in den 1000 l-Reaktor überlief, wurden dort ca. 100 g Impfkristalle (Mikrokristallisat-Gemisch aus 2,2-Dichlor- und 2,2,3-Trichlor-3-dimethylaminopropionitril-monohydrochlorid/Herstell-ung s. Beispiel 4) zugesetzt.

Dann wurden im Laufe von insgesamt 14 Stdn. gleichmäßig insgesamt 675 kg Chlor (und pro Stunde ca. 100 l trockene Luft) durch das Bodenventil in den 1000 l-Reaktor eindosiert, wobei die Anfangstemperatur von 85°C schnell auf 95 bis 97°C erhöht wurde und nach einer weiteren Stunde auf 103 bis 105°C und dort bis zum Ende der 14 Stunden gehalten wurde. Während dieser 14 Stdn. wurden jeweils 1,5 kg Triphenylphosphinoxid nach 6 und 13 Stdn. zusätzlich in den Reaktor gegeben). Nach Ablauf dieser 14 Stdn. wurde der Inhalt des 25 l-Reaktors in den 1000 l-Reaktor abgelassen.

Im Laufe dieser Zeit wurde aus der Suspension des Mikrokristallisats allmählich eine klare helle Lösung.

Diese Lösung wurde dann so aufgearbeitet, wie im Beispiel 5 beschrieben.

Man hielt insgesamt:
328 kg Produkt-Destillat, das nach Gaschromatogramm
72,2 Gew.-% 4,5,6-Trichlorpyrimidin und
27,6 Gew.-% Tetrachlorpyrimidin
enthält, was einer Gesamtausbeute von 93,8% der Theorie entspricht.

Der Destillationsrückstand ließ sich nach Zusatz von 40 kg 1,2-dichlorbenzol vollständig aus dem Destillator entfernen (insgesamt 67 kg, davon 40 kg 1,2-Dichlorbenzol).

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von 4,5,6-Trichlor- und 2,4,5,6-Tetrachlorpyri midin durch Umsetzung von 3-Dimethylaminopropionitril mit HCl und Cl₂, indem man

a) in einem ersten Reaktionsschritt 3-Dimethylaminopropionitril in einem Lösungsmittel bei einer Temperatur von -10 bis 55°C mit HCl und Cl₂ umsetzt und
b) in einem zweiten Reaktionsschritt das Reaktionsgemisch des ersten Reaktionsschrittes bei einer Temperatur von über 55°C mit Cl₂, gegebenenfalls in Gegenwart eines Katalysators, umsetzt,

dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Reaktionsschritt in Gegenwart des Reaktionsproduktes aus dem 1. Reaktionsschritt erfolgt, welches in mikro kristalliner Form mit einer mittleren Kristallgröße von 10 µm vorliegt.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Lösungs mittel gegen HCl und Cl₂ inert ist.

3. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Lösungs mittel Phosphoroxychlorid verwendet wird.

4. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im ersten Reaktionsschritt die Umsetzung mit 1 bis 6 mol HCl und 2 bis 4 mol Cl₂, jeweils bezogen auf 1 mol 3-Dimethylaminopropionitril, erfolgt.

5. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Reaktionsschritt b) bei einer Temperatur von 65 bis 120°C erfolgt.

6. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umsetzung im zweiten Reaktionsschritt b) mit 3 bis 5 mol Cl₂, bezogen auf 1 mol eingesetztes 3-Dimethylaminopropionitril, erfolgt.

7. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Re aktionsschritt voll kontinuierlich betrieben wird.

8. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die im zweiten Reaktionsschritt entstehende HCl in den ersten Reaktionsschritt rückgeführt wird.

9. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im zweiten Reaktionsschritt in Gegenwart eines Katalysators aus der Reihe der offen kettigen oder cyclischen Carbonamide, Trialkylphosphite, Triarylphosphite oder Triphenylphosphinoxide, insbesondere Triphenylphosphinoxid oder einem Gemisch dieser Katalysatoren, gearbeitet wird.

10. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umsetzung des zweiten Reaktionsschritts in Gegenwart von Radikalfängern erfolgt.

11. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umsetzung des 2. Reaktionsschrittes semikontinuierlich erfolgt.

12. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umsetzung von 3-Dimethylaminopropionitril mit Cl₂ im 1. Reaktionsschritt so erfolgt, daß 3-Dimethylaminopropionitril in Form seines HCl-Addukts gelöst vorliegt.

13. Kristallisat mit einer mittleren Kristallgröße von 10 µm, enthaltend im wesentlichen die Verbindungen der Formel Ia und/oder IIa

14. Verfahren zur Herstellung des Kristallisats gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß man 3-Dimethylaminopropionitril in einem gegen HCl- und Cl₂-inerten Lösungsmittel bei einer Temperatur von 10 bis 55°C mit 1 bis 6 mol HCl und 2 bis 4 mol Cl₂, jeweils bezogen auf 1 mol 3-Dimethylaminopropionitril, umsetzt und anschließend die so erhaltenen Reaktionsmischung bei einer Temperatur von 65 bis 85°C tempert.

15. Verwendung des nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 12 erhaltenen 4,5,6-Trichlor- und/oder 2,4,5,6-Tetrachlorpyrimidins zur Herstellung von Farbstoffen, Pflanzenschutzmitteln oder Pharmazeutika.