DE1965384A1 - Verfahren zur Herstellung von p-Nitroso- und p-Nitrophenolen - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von p-Nitroso- und p-NitrophenolenInfo
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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- C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
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Description
ETAT FRAN5AIS represents par Ie Ministdre d'Etat charge de la
Defense Nationale, Delegation Ministerielle-pour l'Armement
(DIRECTION DES POUDRES), Paris (Prankreich)
Verfahren zur Herstellung von p-Nitroso- und p-Nitrophenolen
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von p-Nitroso- und p-Nitrophenolen der Formel:
(D
in der Ï gleich 1 oder 2 ist und die Substituenten R gleich oder verschieden sein können und niedere Alkylreste mit 1 bis
4 Kohlenstoffatomen bedeuten und η gleich 0, 1 oder 2 ist, wobei bei η = 1, die Substitution in ^-Stellung vorliegt und
bei η = 2 in 2- und 5-Stellung.
96-(H 7544-cas 11O)-NOE (6)
009830/1956
Es ist bekannt, daĂ p-Nitrophenol durch direkte Nitrierung
von Phenol erhalten werden kann, die im allgemeinen mit Hilfe von wĂ€ssriger, verdĂŒnnter SalpetersĂ€ure erreicht wird.
Diese Nitrierung fĂŒhrt jedoch zu Gemischen von Isomeren oder sehr verunreinigten Produkten. So gibt Phenol beispielsweise
eine Mischung von ortho- und para-Nitrophenolen. DarĂŒber hinaus
fĂŒhrt diese direkte Nitrierung bei substituierten Phenolen nur zu mĂ€Ăigen Ausbeuten.
Es ist ebenfalls bekannt, daĂ man p-Nitrosophenol durch
Nitrosierung von Phenol oder Natriumphenolat mit salpetriger SĂ€ure oder Natriumnitrit herstellen kann. Dieses Verfahren
hat bislang jedoch nicht Eingang in die industrielle Praxis gefunden, und zwar insbesondere wegen Schwierigkeiten bei der
DurchfĂŒhrung des Verfahrens und weil wegen der reichlichen Bildung von teerartigen Produkten von Nebenreaktionen stark gefĂ€rbte
Endprodukte erhalten werden.
SchlieĂlich ist auch die Herstellung von p-Nitrophenol durch Oxydation von p-Nitrosophenol mit SalpetersĂ€ure bekannt.
Dieses Verfahren fĂŒhrt jedoch zu relativ geringen Ausbeuten und zu einem Produkt, das noch eine merkliche Menge an nichtoxydiertem
p-Nitrosophenol als Verunreinigung enthÀlt.
Ziel der Erfindung war daher ein verbessertes und wirtschaftliches
Verfahren zur Herstellung von p-Nitroso- baw. y p-Nitrophenolen der Formel I, was ĂŒberraschenderweise dadurch
erreicht wird, daà man bei der Nitrosierung der entsprechenden Alkaliphenolate mit Alkalinitriten in Gegenwart von MineralsÀure
arbeitet und auf die Einhaltung bestimmter pâ-Bedingungen achtet,
und zwar soll der pH-Wert nicht höher sein als 2,2, woran
sich ggf. eine Oxydation der so gebildeten p-Nitrosophenole
009830/1955
zu p-Nitrophenolen mit verdĂŒnnter SalpetersĂ€ure anschlieĂt,
wobei jedoch zuvor die Nitrosophenole in die entsprechenden Alkalisalze umgewandelt werden.
Ăberraschenderweise wird bei diesem Verfahren nicht nur die Bildung von Teerprodukten unterdrĂŒckt, sondern auch die
Ausbeute und QualitÀt der p-Nitrophenole erhöht. Insbesondere haben die Produkte eine hellere Farbe und höhere Reinheit als
naoh irgendeinem bekannten Verfahren. DarĂŒber hinaus kann man bei der Nitrosierung fĂŒr die Einstellung des pâ-Wertes
an Stelle von besonders teueren Pufferlösungen verdĂŒnnte SĂ€ure verwenden und sogar die SĂ€ure, die bei der Oxydation
anfĂ€llt und zurĂŒckgewonnen wird.
Bei der Nitrosierung bei pâ-Werten ĂŒber 2,2 sinken Ausbeute
und Reinheit des Produktes. Bei pâ-Werten unter 1
Àndern sich Ausbeute und Reinheit des Produktes kaum, doch wird unnötig viel SÀure verbraucht.
Das erfindungsgeraĂ€Ăe Verfahren ist mithin gekennzeichnet
durch
a) eine Nitrosierung, bei der man eine wÀssrige Lösung eines Alkaliphenolats der Formel:
(R)n
009830/1955 bad ORfQtNAL
in der M ein Alkalimetall wie Natrium oder Kalium ist, und R und η die bereits angegebene Bedeutung haben und eine
wÀssrige Lösung von Alkalinitrit mit einem MolverhÀltnis von Nitrit zu.Phenolat von etwa 1,4 bis 1,5 bei einer 10°C nicht
ĂŒberschreitenden Temperatur von vorzugsweise 5 bis 100C allmĂ€hlich
in ein Reaktionsmilieu einfĂŒhrt, das eine mit Wasser * verdĂŒnnte MineralsĂ€ure enthĂ€lt und dessen pâ-Wert nicht ĂŒber
2,2 und vorzugsweise zwischen etwa 1 und 2,2 liegt, wobei man den pâ-Wert des Reaktionsmilieus wĂ€hrend der Gesamtdauer
der Nitrosierung durch Zugabe von verdĂŒnnter MineralsĂ€ure stan· dig innerhalb des angegebenen Bereichs hĂ€lt und ggf.
b) eine Oxydation, bei der das in der vorangehenden Stufe gebildete
p-Nitrosophenol in ein Alkalisalz umgewandelt und dann in wĂ€ssrige Lösung gebracht und mit verdĂŒnnter SalpetersĂ€ure
einer Konzentration von 10 bis 30# b
steigenden Temperatur oxydiert wird.
steigenden Temperatur oxydiert wird.
einer Konzentration von 10 bis 30# bei einer 50°C nicht ĂŒberGemĂ€Ă
einem bevorzugten Merkmal der Erfindung wird die bei der Nitrosierung benötigte MineralsÀure durch SalpetersÀure
gebildet und vorzugsweise durch die von der Oxydation herstammende SalpetersÀure, die mithin wenig teuer ist.
Es folgen nichteinschrÀnkende Beispiele zur ErlÀuterung der Erfindung.
In ein ReaktionsgefÀà mit 6 1 Inhalt gibt man als "Vor-
009830/1955
gÀbe" 800 ml Wasser und 20#ige SchwefelsÀure bis zum Errei'
chen eines p-,-Wertes von 1,5·
Man kĂŒhlt auf 5 bis 100C ab und gibt dann in das
ReaktionsgefĂ€Ă ĂŒber eine Stunde verteilt unter RĂŒhren und Aufrechterh
Reagenzien:
Reagenzien:
Aufrechterhaltung einer Temperatur von unter 100C folgende
Natriumphenolat Il6 g (l Mol)
Natriumnitrit 100 g (1,45 Mol)
Die wÀssrigen Lösungen von Natriumphenolat (mit 376 g .
Phenol und l60 g Natriumhydroxyd pro Liter) und Natriumnitrit (mit 400 g pro Liter) lĂ€Ăt man völlig gleichmĂ€Ăig
und im festen VerhĂ€ltnis zueinander einflieĂen und hĂ€lt den PjT-Wert wĂ€hrend der Gesamtdauer dieses Vorganges mit Hilfe
von 20#iger SchwefelsÀurelösung oder 0,5 N Natronlauge bei 1*50 + 0,05.
Nach Beendigung der Zugabe wird 30 Minuten lang weitergerĂŒhrt, wobei Temperatur und pâ-Wert der Lösung unverĂ€ndert
bleiben sollen.
Man filtriert dann durch Glasfilter einer PorositÀt von n° 2 und wÀscht auf dem Filter mit kaltem Wasser bis
das PiItrat keine Sulfationen mehr enthÀlt (auf deren Abwesenheit
wird mit Bariumohlorid geprĂŒft).
Das abgesaugte p-Nitrosophenol enthĂ€lt 50 bis Wasser. Es wird ohne Trocknen fĂŒr die nachfolgende Bildung
des Natriumsalzes verwendet. Die Ausbeute betrÀgt 75$ eines
009830/1955
98 - 99#igen Produktes.
In ein 11-Becherglas gibt man 110 g jJO^ige Natronlauge
und 450 ml Wasser und fĂŒgt unter RĂŒhren bei Umgebungstemperatur
den von der Nitrosierung herstammenden abgesaugten und gewaschenen p-Nitrosophenolniederschlag hinzu. Das p-Nitrosophenol
löst sich entsprechend auf j man filtriert ĂŒber körnige
Aktivkohle und kontrolliert den Endpâ-Wert im Piltrat auf zwischen 11,5 und 12 (vollstĂ€ndige Lösung des para-Nitrophenols);
ggf. bringt man den pH-Wert vor Ăbergang zur nĂ€chsten Verfahrensstufe auf den gewĂŒnschten Wert.
Oxydation
In ein ReaktionsgefÀà von 1,5 1 Inhalt mit zwei Tropftrichtern
werden 250 g 20#ige SalpetersĂ€ure gegeben. Man bringt die Temperatur auf 350C und lĂ€Ăt gleichzeitig unter RĂŒhren zum
einen das wie vorstehend beschrieben hergestellte Natrium-pnitrosophenolat in wÀssriger alkalischer Lösung und zum anderen
50#ige SalpetersĂ€ure (100 g) einflieĂen. Diese Zugabe erfolgt
fĂŒr die beiden Reagenzien in proportionaler Weise ĂŒber eine Stunde, wobei man die Temperatur zwischen 35 und 40°C
hĂ€lt. Es wird eine Stunde lang weitergerĂŒhrt, wobei das ReaktionsgefÀà lauwarm gehalten wird, jedoch 40°C nicht ĂŒberschritten
werden.
Man kĂŒhlt herunter bis in die Gegend von 00C, auf alle
FĂ€lle aber unter 150C. Das erhaltene p-Nitrophenol wird durch
Qlasfilter einer PorositÀt von n° 2 abfiltriert. Man klÀrt
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mit einer begrenzten Menge kalten Wassers von 80 bis 120 ml.
Reinigung des p-Nitrophenols
Das rohe p-Nitrophenol ist mit SalpetersÀure und verschiedenen
in Wasser löslichen organischen Verunreinigungen verunreinigt. Da das p-Nitrophenol selbst in Wasser löslich ist
(1,5Ji bei 25°C), scheidet ein klassischer Wasohvor.gang aus.
Man gibt daher den von der Oxydation herstammenden abgesaugten und geklĂ€rten Niederschlag in ein 2 1-Becherglas und schĂŒttet
5OO ml Wasser dazu. Man erhöht dann die Temperatur unter RĂŒhren
auf 900C und hÀlt diese Temperatur 15 Minuten lang aufrecht.
In diese bewegte, heiĂe Lösung gieĂt man rasch 1 1 kaltes Wasser. Man kĂŒhlt das Ganze auf 00C ab und filtriert durch
Glasfilter einer PorositĂ€t von n° 2 unter grĂŒndlichem Absaugen (en essorant Ă€ fond).
Das so erhaltene p-Nitrophenol ist ein sehr hellbraunes
Pulver mit etwa 30# Feuchtigkeit, das im Trockenschrank getrooknet
wird, wobei die Temperatur wĂ€hrend der ersten Stunden 4O°C nicht ĂŒbersteigen soll. Man erhĂ€lt schlieĂlich 95
bis 100 g trockenes und wenig gefÀrbtes p-Nitrophenol in einer Ausbeute von 68 bis 71$ bezogen auf das Ausgangsphenol.
Schmelzpunkt: 115,6 bis 115,80C
(Schmelzpunkt des reinen Produktes: ll4°C) Gehalt an Nitrosoverbindungen gemÀà Polarographle: nicht meĂbare Spuren (die Menge an Nitrosoverbindungen liegt unter
(Schmelzpunkt des reinen Produktes: ll4°C) Gehalt an Nitrosoverbindungen gemÀà Polarographle: nicht meĂbare Spuren (die Menge an Nitrosoverbindungen liegt unter
Man verfĂ€hrt wie in Beispiel 1, verwendet jedoch fĂŒr die
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Nitrosierung verdĂŒnnte SalpetersĂ€ure (eine wĂ€ssrige Lösung mit 20 Gew.-^ SalpetersĂ€ure) als Vorgabe und fĂŒr die Kontrolle
des pH-Wertes. Diese SĂ€ure kann eine von der Oxydation des
p-Nltrosophenolats zu p-Nitrophenol herstammende rĂŒckgewonnene
SĂ€ure sein.
Ausbeute: 73# p-Nitrosophenol mit einem Gehalt von 98 -
Endausbeute: 90 g p-Nitrophenol Schmelzpunkt: 1IJ,70C
Man erhĂ€lt also ein Produkt von gleicher QualitĂ€t wie gemÀà Beispiel 1 unabhĂ€ngig von der fĂŒr die Einstellung'des
pâ-Wertes bei der Nitrosierung verwendeten SĂ€ure.
Herstellung von 4-Nitro-2-methylphenol, bekannt als p-Nitro-m-kresol.
Man verfÀhrt wie in Beispiel 1 aber unter Verwendung der folgenden Reagenzlösungen:
Natriumkresolatlösung (4^2 g m-Kresol, l60 g Natriumhydroxyd
und Wasser zum AuffĂŒllen auf 11)
Natriumnitritlösung (400 g Natriumnitrit und Wasser zum AuffĂŒllen auf 1 1)
Die von 150 g (1 Mol) Natriumkresolat und 100 g (1,45 Mol)
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ÎȘ965384
Natriumnitrat ausgehende und gemÀà Beispiel 1 erfolgende .
Nitrosierung fĂŒhrt zu p-Nitroso-m-kresol mit einer Gewichtsausbeute von Tl% (zum Vergleich sei erwĂ€hnt« daĂ die Nitrosierung
von m-Kresol, bei der nioht ĂŒber das Natriumsalz gegangen
wird« nur zu einer Gewichtsausbeute von 68$ fĂŒhrt). Die
Bestimmung durch Reduktion mit Titanchlorid und Potentiometrie in Methanol-Wasser (75/25 Volumenteile) ergibt einen Gehalt an
Nitrosoverbindung von 96%.
Das feuchte Nitroso-m-kresol wird zur Bildung des entsprechenden
Natriumsalzes in 110 g 30#iger Natronlauge in
Lösung gebracht und diese Lösung mit Wasser auf 1 1 - aufgefĂŒllt
und dann ĂŒber Aktivkohle filtriert. Man kontrolliert den pH-Wert auf 11,5 bis 12.
Als Vorgabe werden in das ReaktionsgefÀà 300 g SalpetersÀure
in lO^iger wĂ€ssriger Lösung gegeben. Man erwĂ€rmt auf 450C und lĂ€Ăt gleichzeitig ĂŒber eine Stunde hinweg die Natriumnitrosokresolatlösung
und 550 g 50#ige wĂ€ssrige SalpetersĂ€ure zuflieĂen und setzt die RĂŒhrbewegung eine Stunde lang fort*
WĂ€hrend der gesamten Umsetzung wird die Temperatur in einem Bereich zwischen 45 und 500C gehalten.
Man kĂŒhlt auf etwa 250C ab, filtriert und wĂ€scht auf
dem Filter mit 0,5 1 Wasser. Die in Beispiel 1 fĂŒr das Nitrophenol beschriebene Reinigung braucht nicht ausgefĂŒhrt zu
werden. Man erhÀlt nach dem Trocknen bei 6O0C 108 bis 110 g
p-Nitrokresol, d.h. eine Ausbeute von 70 bis 71# bezogen auf
das eingesetzte Kresol.
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- ÎŻÎż -
Der Schmelzpunkt des Produktes liegt bei 126°C (1270C beim
reinen Produkt);
das Produkt ist hellbraun gefÀrbt;
die polarographische Bestimmung ergibt:
Nitrosokresol < 1 %
^ Dinitrokresol < 0,5 #
^ Dinitrokresol < 0,5 #
(Zum Vergleich sei bemerkt, daĂ das Oxydationsprodukt
von p-Nitroso-ra-kresol, wenn man nicht ĂŒber die Natriueverblndung
geht, bei der Polarographie Nitrosokresolgehalte von 6% zeigt).
Die potentiometrisehe Bestimmung in Methanol-Wasser-Milieu
ergibt (ausgedrĂŒckt in Nltro-m-kresol) Werte von
99 bis 99,5Ji.
Bei Beispiel 3 wurde bei der Nitrosierung die fĂŒr den
Umsatz von
150 g (1 Mol) Natrium-m-kresolat und 100 g (1,45 Mol) Natriumnitrit
berechnete theoretische SchwefelsÀuremenge (120 g oder 2,45/2 Mol) zur Aufreohterhaltung eines pH-Wertes von 1,5 verwendet
und 96#iges p-Nitroso-m-kresol mit einer Ausbeute von 77# t
erzielt. Man erhÀlt praktisch Àhnliche Resultate, wenn man SchwefelsÀuremengen entsprechend dem 1,75-, 1,70- und 0,99-faohen
der theoretischen Menge zur Aufreohterhaltung des pH-Wertes
bei 0,5, 1 bzw. 2,2 verwendet. Bei einem Pg-Wert ĂŒber
2,2 nehmen Ausbeute und Reinheit des Produktes schlagartig ab:
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Bel pâ 4 erhĂ€lt man nur 63,4$ÎŻ eines Produktes mit einem Gehalt
von 88#. Bei einem Pjj-Wert unter 1 wird mehr SĂ€ure verbraucht,
ohne daà dadurch irgendein zusÀtzlicher Vorteil erzielt wird.
Beispiel 4
Nitrosierung
Nitrosierung
Die Nitrosierung erfolgt wie in Beispiel 3 aber unter
Ersatz der SchwefelsÀure durch SalpetersÀurelösung, die durch die von der Oxydation herstammenden Mutterlaugen gebildet wird
und 14, IJi SalpetersÀure und 2, 2# Natriumnitrat enthÀlt. FUr
1 Mol Natrium-m-kresolat und 1,45 Mol Natriuranitrit werden
1 100 g Mutterlaugen mit l4,l# HNO., (d.h., das 1,0-fache der
theoretischen Menge) verwendet.
Man erhÀlt 7656 p-Nitroso-ra-kresol mit einem Gehalt von
Oxydation
Die Vorgabe wird, wie in Beispiel 3 gezeigt, durch 800 g
SalpetersĂ€ure in 10$iger wĂ€ssriger Lösung gebildet und die Oxydation in gleicher Weise wie in Beispiel 5 durchgefĂŒhrt.
Man erhÀlt 107 g p-Nitro-m-kresol (mit einem Gehalt von
99 . 99,5Ji), d.h., eine Ausbeute von 70Ji. Der Schmelzpunkt
liegt bei 126°C; die Farbe des Produktes ist hellbraun.
Man sammelt 1 200 g Mutterlaugen der oben angegebenen Zusammensetzung. Diese werden fĂŒr eine weitere Nitrosierung
vorgesehen.
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Dieses Beispiel zeigt die Herstellung von 4-Nitro-2,5-dimethylphenol,
bekannt als Nitro-p-xylenol.
Man verfĂ€hrt wie in Beispiel 1, aber unter Verwendung der folgenden Reagenzlösungen fĂŒr die Nitrosierung:
- Natrium-p-xylenolatlösung (244 g 2,5-Dimethylphenol, 80 g
Natriumhydroxyd und Wasser in einer Menge fĂŒr 1 Liter)
- Natriumnitritlösung (400 g Natriumnitrit und Wasser zum
AuffĂŒllen auf 1 Liter)
Die mit 144 g Natrium-p-xylenolat (1 Mol) durohgefĂŒhrte-Nitrosierung
gemÀà Beispiel 1 fĂŒhrt zu p-Nitrosoxylenol mit einer gewichtsmĂ€Ăigen Ausbeute von 96$, (Zum Vergleich sei
erwĂ€hnt, daĂ die Nitrosierung von p-Xylenol, die nicht ĂŒber
das Natriumsalz geht, nur eine Gewichtsausbeute an Nitroso-Verbindung
von 83J6 ergibt).
Die potentiometrische Bestimmung in Methanol-Wasser-Milieu lieferte einen Wert von 98# (ausgedrĂŒckt in Nitrosoxylenol).
Das feuchte Nitrosierungsprodukt wird in 120 g JO^iger
Natronlauge gelöst und die Lösung auf 1 Liter verdĂŒnnt. Die Oxydation zu p-Nitroxylenol wird dadurch erreicht, daĂ man
diese Lösung sowie 200 g 5O#ige SalpetersÀure bei einer
Reaktionstemperatur von 50°C in eine Vorgabe aus 500 g auf
, verdĂŒnnte SalpetersĂ€ure gieĂt.
009830/1955
Man erhĂ€lt schlieĂlich 152 g 4-Nitro-2,5-dimethylphenol,
d.h., eine gewichtsmĂ€Ăige Ausbeute von 91$ (bezogen auf das
eingesetzte Xylenol),
Das Produkt ist hellockerfarben, und sein Schmelzpunkt
liegt bei 121°C (bei 122 - 123°C beim reinen Produkt). Eine potentiometrische Bestimmung in Methanol-Wasser-Milieu liefert zwei Wendepunkte: Der erste liefert (berechnet fĂŒr das
dinitrierte Derivat) ein Ergebnis von 3$; der zweite entspricht
95# (berechnet fĂŒr das mononitrierte Derivat).
Bei gleicher Arbeitsweise wie in Beispiel 5, aber unter
Verwendung einer 20#igen SalpetersÀurelösung bei der Nitroslerung anstelle der SchwefelsÀurelösung erhÀlt man p-Nitrosoxylenol
mit einer Ausbeute von 9*$ und einem Gehalt von 98$.
Das Endprodukt ist dem im vorangehenden Beispiel 5 beschriebenen in Menge und QualitÀt vergleichbar.
Man erhÀlt Àhnliche Resultate, wenn man in den vorangehenden Beispielen anstelle der Natriumsalze Kaliumphenolate
und Kalium-p-nitrosophenolate verwendet.
009830/195S
Claims (2)
- PatentansprĂŒcheVerfahren zur Herstellung von p-Nitroso- und p-Nitrophenolen der Formel:(R)nin der Ï gleich 1 oder 2 ist und die Substituenten R gleich oder verschieden sein können und niedere Alkylreste mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen bedeuten und η gleich 0, 1 oder 2 ist, wobei bei η = 1 die Substitution in jj-stellung vorliegt und bei η = 2 in 2- und 5-Stellung durch Nitrosierung der ent-" sprechenden Alkaliphenolate und ggf. nachfolgende Oxydation der gebildeten p-Nitrosophenole, gekennzeichnet durch:a) eine Nitrosierung, bei der man eine wĂ€ssrige Lösung des Alkaliphenolats und eine wĂ€ssrige Lösung eines Alkalinitrits mit einem MolverhĂ€ltnis von Nitrit:Phenolat von 1,4 bis 1,5 bei einer Temperatur nicht ĂŒber 100C und vorzugsweise zwi~ sehen 5 und 10°C allmĂ€hlich in ein Reaktionsmilieu einfĂŒhrt, das eine mit Wasser verdĂŒnnte MineralsĂ€ure enthĂ€lt und dessen PjT-Wert nicht ĂŒber 2,2 und vorzugsweise zwischen etwa 1 und 2,2 liegt, wobei man den pH-Wert des Milieus wĂ€hrend der ge-009830/1955samten Dauer der Nitrosierung durch Zugabe von verdĂŒnnter MineralsĂ€ure innerhalb des angegebenen Bereiches hĂ€lt und ggf.b) eine Oxydation, bei der das in der vorangehenden Stufe gebildete p«Nitrosophenol in ein Alkalisalz umgewandelt und dann in wĂ€ssrige Lösung gebracht und mit verdĂŒnnter SalpetersĂ€ure einer Konzentration von 10 bis 30% bei einer 50°C nicht ĂŒbersteigenden Temperatur oxydiert wird.
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,- daĂ die MineralsĂ€ure bei der Nitrosierung SalpetersĂ€ure ist und vorzugsweise die von der Oxydation herstammende zurĂŒckgewonnene SalpetersĂ€ure.009830/1955
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