DE2230369A1

DE2230369A1 - Verfahren zur herstellung von pchlortoluol

Info

Publication number: DE2230369A1
Application number: DE19722230369
Authority: DE
Inventors: Masataki Dehura; Hironori Fujii; Kuniyoshi Sawazaki
Original assignee: Nikkei Kako KK; Sugai Chemical Industry Co Ltd
Current assignee: Nikkei Kako KK; Sugai Chemical Industry Co Ltd
Priority date: 1971-07-02
Filing date: 1972-06-21
Publication date: 1973-01-18
Also published as: FR2144709B1; JPS529662B1; FR2144709A1

Description

DR. ING. E. HOFFMANN · DIPL. ING. W. EITLE · DR. RER. NAT. K. HOFFMANN

FATKKTANWXI.TB O O Q Q Q C Q D.8000 MÖNCHEN 81 · ARABELLASTRASSE 4 · TELEFON (0811) 911017

Nikkei Kako Kabushiki Kaisha, Tokyo/Japan Sugai Kagaku Kogyo Kabushiki Kaisha, Wakayama-shi/Japan

Verfahren zur Herstellung von p-Chlortoluol

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von p-Chlortoluol.

Chlorierte Toluolderivate haben eine Vielzahl von Anwendungen als Zwischenprodukte in der Herstellung von Pestiziden, Pharmazeutika und anderen Chemikalien gefunden. Insbesondere wächst der Gebrauch von p-Chlortoluol - des Derivats, das innerhalb des Rings durch ein Chloratom in p-Stellung substituiert ist - jedes Jahr an. Zur Kernchlorierung von Toluol sind mehrere Verfahren vorgeschlagen worden. Eines unter ihnen

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umfaßt Chlorierung des Toluolringes unter Verwendung von wasserfreiem Fe(III)Chlorid.

C₆H₅CH₃ + 2PeCl, -- C₆H^CB₅Cl + 2 FeCl₂ + HCl

Es ist bekannt, daß dies Verfahren eine hohe Umwandlungsrate der Kernsubstitutionsreaktion aufweist. Dieses Verfahren ist jedoch mit einigen Nachteilen behaftet. Insbesondere geht aus dieser Reaktion ein polymeres Nebenreaktionsprodukt oder nutzloses Nebenprodukt hervor, welches die chlorierende Funktion des wasserfreien Fe(III)Chlorid reduziert. Darüber hinaus wird das entstehende polymere Nebenreaktionsprodukt auf der Oberfläche von wasserfreiem Fe(ll)Chlorid abgelagert, welches durch Umwandlung von wasserfreiem Fe(III)Chlorid gebildet wird. Diese Abscheidung verunreinigt nicht nur das Fe(II)Chlorid, sondern gestaltet auch dessen Abtrennung schwierig. Trotz der Unwirtschaftlichkeit muß somit das Chlorierungsmittel, also wasserfreies Fe(III)Chlorid nach einmaligem Gebrauch entfernt werden.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein neues und verbessertes Verfahren zur Verfugung zu stellen, welches die vorstehend genannten Nachteile überwindet.

Weiteres Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung von p-Chlorotoluol zu liefern, indem die p-Position des Toluolrings durch Chlor bei hoher Umwandlung und selektiver Geschwindigkeit substituiert wird.

Insbesondere ist die Erfindung darauf gerichtet, ein hochwirtschaftliches Verfahren, in dem das aus wasserfreiem Fe(IIl)Chlorid bestehende Chlorierungsmittel für Toluol wiederholt verwendet wird, zu liefern.

Gemäß vorliegender Erfindung wird die Wirksamkeit der Chlorierung durch Eliminierung der verzögernden Wirkung

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eines polymeren,im Verlauf der Chlorierung gebildeten Nebenreaktionsprodukts auf die Chlorierungsaktivität des wasserfreien Pe(III)Chiorid erhöht.

Die Erfindung ist jedoch auch auf die Verhütung der Verschmutzung des wasserfreien Pe(II)Chlorids gerichtet, die durch die Anhaftung des polymeren Nebenreaktionsproduktes entsteht.

Andere Kennzeichen und Ziele der vorliegenden Erfindung werden durch die folgende Beschreibung und die begleitende Zeichnung, deren einzige Figur ein Fließschema des erfindungsgemäßen Verfahrens darstellt, klarer veranschaulicht werden.

Im Hinblick auf die vorstehend genannten Ziele umfaßt das erfindungsgemäße Verfahren eine Anzahl kennzeichnender Schritte, insbesondere: Eine erste Stufe, in der ein organisches Lösungsmittel und ein Katalysator dem Reaktionssystem von Tol-uol und wasserfreiem Fe(IIl)Chlorid zur Verfügung gestellt werden, wobei das Lösungsmittel derart gewählt ist, daß es ein polymeres Nebenreaktionsprodukt, das im Verlauf der Chlorierung zuerst gebildet wird, aufzulösen vermag, während es das aus dem Fe (Ill)Chlorid entstehende Pe(Il) Chlorid ungelöst zurückläßt.

Eine zweite charakteristische Eigenschaft der vorliegenden Erfindung stellt die Verfahrensstufe der Abtrennung des wasserfreien Fe(II)Chlorid, das in der ersten Stufe gebildet wird, von anderen vorliegenden Verbindungen dar.

Die nächste Stufe besteht darin, daß das abgetrennte ' wasserfreie Pe(ll)Chlorid mit Chlor zur Regenerierung von Fe(IIl)Chlorid umgesetzt wird.

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Im folgenden werden die Hauptschritte, die nachstehend mit A, B und £ bezeichnet sind, in den weiteren Einzelheiten beschrieben.

Wie vorstehend erwähnt, umfaßt die erste Stufe des erfindungsgemäßen Verfahrens, Stufe A genannt, die Kernclorierung von Toluol mit einem Ghlorierungsmittel, das aus wasserfreiem Fe(III)Chlorid in Gegenwart eines organischen Lösungsmittels und eines Katalysators besteht.

Für diese Stufe geeignete organische Lösungsmittel stellen chlorierte Kohlenwasserstoffe, wie z.B. Trichlorbenzol CgIUCl* und Tetrachlorbenzol CgH₂Cl^ dar. Wie vorstehend erwähnt, sollte das organische Lösungsmittel in der Lage sein, das polymere Nebenreaktionsprodukt, das im Verlauf der Kernchlorierung von Toluol gebildet wird, aufzulösen, das eine viskose Substanz darstellt, die, wie angenommen wird, hauptsächlich aus einem Polymeren von Benzylchlorid besteht. Das Lösungsmittel sollte jedoch nicht wasserfreies Fe(Il)Chlorid auflösen, das in der gleichen Reaktion aus wasserfreiem Pe(III)Chlorid gebildet wird. Dies ist eine Voraussetzung, denn das resultierende Pe(II)Chlorid FeCl₂ muß durch einfache Filtration oder ein ähnliches Verfahren gesammelt werden, während das polymere Nebenreaktionsprodukt in der Lösung verbleiben sollte.

Der Katalysator für diese Stufe wird mit dem Ziel hinzugefügt, die Reaktion bei niedrigeren Temperaturen, als sonst erforderlich wären, zu fördern und hierdurch der Bildung des polymeren Nebenreaktionsproduktes entgegenzuwirken. Verbindungen, die üblicherweise bei Chlorierungsreaktionen verwendet werden, z.B. AluminiumchloridAlCl,, Titantetiachlorid i TiCl^ und Kupferchlorid CuCl₂ können als Katalysatoren Ver-, ' Wendung finden.

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Ein mit einem Rührer ausgerüstetes Gefäß wird mit dem erwähnten organischen Lösungsmittel, Katalysator und wasserfreien Pe(IIl)Chlorid beschickt. Dem ständig gerührten Gemisch wird langsam Toluol zugefügt. Die Reaktion geht unter Entwicklung gasförmigen Chlorwasserstoffs HCl vor sich, welches entweichen kann. Das im Verlauf der Reaktion sich bildende polymere Nebenreaktionsprodukt wird in dem Lösungsmittel aufgelöst. Nach erfolgtem vollständigen Toluolzusatz endet die Chlorwasserstoffentwicklung. Sofern erforderlich, wird die Rührung über einen weiteren Zeitraum fortgesetzt. Hiernach ist die erste Verfahrensstufe beendet.

Die zweite Verfahrensstufe,- Stufe B genannt, umfaßt die Abtrennung des resultierenden wasserfreien Fe(Il)Chlorid PeCIp von dem Gemisch, das aus dem Lösungsmittel, in dem das polymere Nebenreaktionsprodukt aufgelöst ist, Chlortoluol

jCgH^ und nicht umgesetztem Toluol CgHp-CH-, besteht. Die Abtrennung wird durch Abdestillation des Hauptteils des Losing smitt eis zusammen mit unumgesetztem Toluol und dem resultierenden Chlortoluol von dem Rückstand bewirkt, der aus polymeren Nebenreaktionsprodukt, das in einer kleinen Lösungsmittelmenge gelöst ist und aus wasserfreiem Fe(Il)Chlorid besteht.

Durch Filtration kann das wasserfrei Fß(II)Chiorid von dem flüssigen Anteil befreit werden. Letzteres wird mit dem Destillat vereinigt und das Ganze in mehrere Fraktionen, das Chlortoluol, das unumgesetzte Toluol, das Lösungsmittel und das polymere Nebenreaktionsprodukt, fraktioniert. Sofern erforderlich, wird das Chlortoluol weiter gereinigt. Das unumgesetzte Toluol und das Lösungsmittel werden der ersten Stufe wieder zugeführt. Die dritte Stufe des Verfahrens, mit C bezeichnet, umfaßt die Überführung von in Stufe B wiedergewonnenem, wasserfreiem Pe(Il)Chlorid PeCl₀ durch

*"" CL

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Chlorierung in wasserfreies Fe(III)Chlorid FeCl₅. Z.B. wird das in Stufe B wiedergewonnene wasserfrei Fe(II)Chiorid mit Chlor im organischen Medium zur Bildung wasserfreien Fe(III) Chlorids behandelt, das anschließend durch ein Lösungsmittel abgetrennt wird. Für die Stufe (3 geeignete organische Lösungsmittel stellen z.B. Tetrachlorkohlenstoff CCIj, oder Tetrachloräthylen CpCIu dar. Das in diesem Verfahrensschritt verwendete Lösungsmittel sollte wasserfreies Fe(Il)Chlorid, nicht jedoch wasserfreies Fe(III)Chlorid auflösen, um hierdurch die Abtrennung des einen Salzes von dem anderen durch einen einfachen Arbeitsschritt, wie z.B. Filtration, zu erleichtern.

Z.B. wird Fe(IIl)Chlorid FeCl, auf einem Filter durch Filtration gesammelt, während Fe(ll)Chlorid weiterhin in dem FiItrat verbleibt. Bei der Ausführung dieses Arbeitsschrittes wird wasserfreies Fe(Il)Chlorid FeCl₂ mit dem vorstehend erwähnten organischen Lösungsmittel vermischt und trockenes Chlor in das heftig gerührte Gemisch bei üblicher Temperatur eingeführt. Infolge exothermer Reaktion erfolgt ein Temperaturanstieg, die Reaktionswärme wird jedoch durch Verdampfung des Lösungsmittels entfernt, so daß die Temperatur des flüssigen Systems unterhalb des Kochpunktes des verwendeten Lösungsmittels gehalten wird. Entweicht gasförmiges Chlor aus dem Reaktionssystem, bedeutet dies, daß die Reaktion vollständig abgelaufen ist und die Zugabe weiteren Chlors wird sofort gestoppt.

Das resultierende wasserfreieFe(Ill)Chlorid FeCl-, sublimiert nicht, liegt jedoch in dem Lösungsmittel in Form von Kristallen vor. Diese werden durch Filtration gesammelt und um wasserfreies Fe(III)Chlorid FeCl, zu erhalten solange mit Wärme oder mit trockener Luft behandelt, bis das anhaftende Lösungsmittel vollständig entfernt ist. Dieses wird in die

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Stufe A zurückgeführt.

Zur besseren Veranschaulichung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden im folgenden zwei spezifische Beispiele angeführt, wobei auch auf das Fließschema verwiesen wird, in dem A, B und C die vorstehend genannten Arbeitsschritte bedeuten.

Beispiel 1

In Stufe A wird ein Reaktionsgefäß mit 500 Teilen Trichlorbenzol als Lösungsmittel, 2oo Teilen wasserfreiem Fe(IIl)ChIorid als Chlorierungsmittel und 2 Teilen wasserfreiem Aluminiumchlorid als Katalysator verwendet. Dies wird in Kästchen A. des Fließschemas gezeigt. Die gründlich gerührte Lösung wird auf 5o° erwärmt, wonach 46 Teile Toluol langsam Über einen Zeitraum von etwa 2 Stunden in Zone Ap geführt werden. Durch äußere Kühlung wird die Temperatur des Reaktionsgemisches auf 5o°C gehalten. Nach dem Zusatz von Toluol und nach vollständig erfolgter Entwicklung des gasförmigen Chlorwasserstoffes wird weitere 60 Minuten bei einer Temperatur von etwa 60⁰C gerührt. Das Reaktionsgemisch hat dann die Zusammensetzung A-, angenommen.

In Stufe B wird das umgesetzte Gemisch durch Destillation in zwei Teile geteilt: Eines stellt das Destillat dar, das sich aus unumgesetztem Toluol und resultierendem Chlortoluol (B, in dem Fließschema) zusammensetzt und der andere Teil wird durch den Rückstand (B₂) gebildet, der sich aus dem in einer kleinen Lösungsmittelmenge gelösten Polymernebenreaktionsprodukt und wasserfreiem Fe(II)Chlorld zusammensetzt. Durch Abfiltrieren des Rückstandes B₂ ergibt sich ein Niederschlag aus wasserfreiem Fe(Il)Chlorid, der mit Tetrachlorkohlenstoff nachgewaschen wird. Aus dem das polymere .Nebenreaktionsprodukt enthaltenen Piltrat wird das Lösungs-

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mittel durch Destillation abgetrennt. Das wiedergewonnene Lösungsmittel wird, um Verluste auszugleichen, ergänzt und anschließend in die Stufe A zurückgeführt.

In der dritten Stufe C (Überführung von wasserfreiem Pe(ll)Chlorid in wasserfreies Pe(IIl)Chlorid) werden 165 Teile des in Stufe B erhaltenen wasserfreien Pe(II)Chiorid mit 75° Teilen Tetrachlorkohlenstoff zusammengegeben. Das Gemisch wird in ein Reaktiongefäß, das mit einem Rührer, einem Rückflußkühler und einem Einlaß für Chlor (C,) ausgerüstet ist, eingegeben. Bei üblicher Temperatur wird trockenes, gasförmiges Chlor in das Gemisch mit einer Geschwindigkeit von 55 g/Std. (C₂) eingeblasen. Nach etwa 60 Minuten beginnt gasförmiges Chlor aus der Flüssigkeitsoberfläche zu entweichen. Zu diesem Zeitpunkt wird das Einblasen abgebrochen und der Inhalt (C^) durch einen Büchner-Trichter filtriert. Das Lösungsmittel CCl^ wird in C, zurückgeführt, während das resultierende wasserfrei Pe(III)Chlorid mit Trichlorbenzol gewaschen und bis das anhaftende Lösungsmittel vertrieben ist, mit trockener Luft behandelt wird. Hierdurch werden 196 Teile wasserfreien Pe(III)Chlorids erhalten. Das zurückgewonnene wasserfreie Fe(III)Chlorid wird in die Stufe A zurückgeführt.

Dieses Verfahren wird vorzugsweise zehnmal wiederholt. Die sich hiernach ergebende Ausbeute an Chlortoluol in Stufe A beträgt "]6% (bezogen auf die eingegebene Toluolmenge) und die Zusammensetzung des Chlortoluols beträgt 9o# p-Chlor-toluol und lo# o-Chlor-toluol. Letzteres kann im Gemisch verbleiben, da es die Wirkung der ParaVerbindung nicht beeinträchtigt.

Beispiel 2

Das Verfahren wird wie in Beispiel 1 durchgeführt, wobei Jedoch als Lösungsmittel In Stufe A anstelle von Trichlor-

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benzol Tetrachlorbenzol und als Lösungsmittel in Stufe £ anstelle Tetrachlorkohlenstoff Perchloräthylen verwendet wird.

In diesem Fall wird in Stufe A eine Ausbeute von 74$ (bezogen auf eingegebenes Toluol) an Chlortoluol erhalten. Das Chlortoluol ist aus 88$ p-Chlor-toluol und 12$ o-Chlort oluol zus ammenge setzt.

Die vorstehende Beschreibung betrifft lediglich bevorzugte AusfUhrungsformen und Beispiele der Erfindung, es ist jedoch beabsichtigt, alle die Abänderungen und Modifikationen der beschriebenen Beispiele zu umfassen, die keine Abweichungen vom Sinnbereich der Erfindung darstellen.

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Claims

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Patentansprüche

Verfahren zur Herstellung chlorierter Toluolderivate, ie im Ring einen Chlorsubstituenten, hauptsächlich in p-Position und, mit einem geringeren Anteil, einen Chlor-Substituenten in o-Stellung enthalten, gekennzei ch net durch eine erste Stufe, in der Toluol im Ring mit einem Chlorierungsmittel aus wasserfreiem Fe(IIl)Chlorid in Gegenwart eines Katalysators und eines organischen Lösungsmittels chloriert wird, wobei letzteres ein polymeres, während der Chlorierung gebildetes Nebenreaktionsprodukt aufzulösen vermag, wasserfreies Pe(Il)Chlorid jedoch nicht löst, eine zweite Stufe, in der wasserfreies Fe(Il)Chlorid, nach Vollendung der ersten Stufe, von den anderen Komponenten des Reaktionsgemisches, insbesondere dem Lösungsmittel, das das aufgelöste Nebenreaktionsprodukt enthält, dem Chlortoluol und dem unumgesetzten Chlortoluol abgetrennt wird, und eine dritte Stufe, in der das in der zweiten Stufe wiedergewonnene wasserfreie Pe(II)Chlorid durch Reaktion mit Chlor wieder zu wasserfreiem Pe(III)Chlorid regeneriert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das regenerierte, wasserfreie Pe(III) Chlorid, das in der dritten Stufe erhalten wurde, als Chlorierungsmittel für die erste Stufe wiederholt verwendet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als organisches Lösungsmittel in der ersten Stufe ein chlorierter Kohlenwasserstoff verwendet wird.

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4. Verfahren nach Anspruch J5, dadurch gekennzeichnet, daß in der ersten Stufe als Lösungsmittel Trichlorbenzol verwendet wird.

5· Verfahren nach Anspruch J5* dadurch gekennzeichnet, daß in der ersten Stufe als Lösungsmittel Tetrachlorbenzol verwendet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wasserfreies Fe(Il)Chlorid in der dritten Stufe mit Chlor in Gegenwart eines organischen Lösungsmittels, das zur Auflösung wasserfreien Fe(Il)Chlorids, nicht jedoch wasserfreien Fe(III)Chlorids geeignet ist, umgesetzt wird.

7· Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als organisches Lösungsmittel in der dritten Stufe Tetrachlorkohlenstoff verwendet wird.

8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als organisches Lösungsmittel in der dritten Stufe Tetrachloräthylen verwendet wird.

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