DE2300327A1

DE2300327A1 - Verfahren zur herstellung von 3-fluorsalicylaldehyd

Info

Publication number: DE2300327A1
Application number: DE2300327A
Authority: DE
Inventors: Walter A Gay; Maurice A Raymond
Original assignee: Olin Corp
Current assignee: Olin Corp
Priority date: 1972-02-07
Filing date: 1973-01-04
Publication date: 1973-08-23
Also published as: JPS4896533A; GB1387599A; US3780110A; FR2171091A1; FR2171091B1; JPS549188B2

Description

" Verfahren zur Herstellung von 3-Fluorsalicylaidehyd "

Priorität: 7. Februar 1972, V.St.A., Nr. 224 276

Es sind verschiedene Verfahren zur Herstellung von 3-Fluorsalicylaldehyd bekannt. Jedoch sind die Ausbeuten oft niedrig, oder es sind kostspielige und daher unwirtschaftliche Verfahren erforderlich. Bei der Reimer-Tiemann-Synthese wird zlB.'o-Fluorphenol mit Chloroform und Natriumhydroxid umgesetzt; vgl. L.N. Ferguson und Mitarb. J.Am. Chem. Soc, Band 68 (1946), Seite 2502 und USA.-Patentschrift 2 493 654. Dieses Verfahren ist zwar eines der einfachsten, es hat jedoch den Nachteil, dass nur ein geringer Umsatz erzielt wird und eine starke Verunreinigung durch Para-Isomere stattfindet.

Bei der Kolbe-Schmitt-Synthese wird ein Alkalisalz des o-Fluorphenols unter hohem Druck mit Kohlendioxid carboxyliert, wobei

sich sowohl die Ortho- als auch die Para-Isomere der Säure bilden. Man erhält den gewünschten 3-Fluorsalicylaldehyd nach Reduktion des Säuregemisches mit Natriumamalgam und anschliessender Hydrolyse und Destillation. Der Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, dass man eine kostspielige Hochdruckanlage verwenden und in der letzten Reaktionsstufe das Quecksilber wiedergewinnen muss; vgl. L.N.. Ferguson und Mitarb., lbc. cit. sowie die ebenfalls zitierte USA.-Patentschrift.

3-Fluorsalicylaldehyd kann auch in einem komplexen siebenstufigen Verfahren hergestellt werden, bei dem 2-Amino-4-chloranisol in die gewünschte Verbindung überführt wird. Ausser in der Vielzahl an Verfahrensstufen· liegt hier der Nachteil in der niedrigen Ausbeute sowie in der Notwendigkeit, die Schiemann-Reaktion zur Einführung von Fluor anzuwenden - ein Verfahren, das selbst bei der Durchführung im Labor mit Gefahren verbunden ist; vgl. USA.-Pätentschriften 2 576 064, 2 576 065, 2 590 813 und 2 676 189.

Die USA.-Patentschrift 3 290 393 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von Salicylalkohol, bei dem bestimmte Phenole mit Bortrioxid und Trioxan umgesetzt werden. Die USA.-Patentschrift 3 321 526 beschreibt dagegen die Herstellung von Salicylaldehyd durch Oxydation des Salicylalkohols mit Sauerstoff in Gegenwart eines Pallad^m-Katalysators. Dieses Verfahren hat den Nachteil, dass ein kostspieliger Katalysator eingesetzt werden muss.

Es wurde rjiun .überraschenderweise gefunden, dass 3-Fluorsalicylalclehyd in einem einfachen und wirtschaftlichen Verfahren in hoher

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Ausbeute hergestellt werden kann«

Gegenstand der Erfindung ist somit ein Verfahren 2ur Herstellung von 3-Fluorsalicylaldehyd, das dadurch gekennzeichnet ist, dass man

a) ein o-Fluorphenol mit einer borhaltigen Verbindung, nämlich Bortrioxid, Orthoborsäure, Metaborsäure, Tetraborsäure sowie deren Anhydride, in Gegenv/art eines inerten azeotropen Lösungsmittels bei der D^stillationstemperatur des azeotropen Gemisches umsetzt,

b) das Reaktionsgemisch im Verlauf von etwa 1 bis etwa 24 Stunden mit einem Formaldehyd oder einer Formaldehyd freisetzenden Verbindung versetzt, wobei die Reaktionstemperatur auf etwa 90 bis 5OO°C gehalten wird,

c) das erhaltene Reaktionsgemisch mit einer Base verseift und

d) änschliessend das 'Gemisch mit einer Säure auf einen pH-Wert von etwa 1 bis 7 einstellt. _< /

In der nachstehenden Gleichung, in der Ar die Gruppe -C_fiH.F bedeutet, werden Bortrioxid und Trioxan als Ausgangsverbindungen verwendet.

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F
I

.OH
+ B₂O₃

A 0-

JB-OA₁, CH₂O NaOH

+ H₂O

CHO

Der bei dieser Umsetzung erhaltene 3-Fluorsalicylalkohol kann in einfacher Weise zum 3-Fluorsalicylaldehyd oxidiert werden, und zwar entweder durch bekannte Oxydationsverfahren oder durch das in der mit gleichem Datum eingereichten Patentanmeldung "Verfahren zur Herstellung von aromatischen Aldehyden" - (US-Priorität , vom 7. Februar 1972> Hr; 224 272) beschriebene Verfahren.

Im erfindungsgemässen Verfahren müssen bestimmte Bedingungen sorgfältig eingehalten werden, damit die gewünschte Verbindung in signifikanter Ausbeute erhalten werden kann. Dies gilt insbesondere im Hinblick auf das Ausgangsmaterial o-Fluorphenol. Im allgemeinen führt der Fluorsubstjftuent, der eine der Ortho-Stellungen blockiert, zu niedrigen Ausbeuten. Ausserdem beeinflusst er deutlich die Meta- (Ortho-Stellung zur phenolischen Hydroxylgruppe) und die Para-Stellung, d.h. er wirkt sich nachteilig auf die BiI-dang des gewünschten Produkts aus und führt zu einer unerwünscht hohen Harzbildung. 309834/1111

Diese Schwierigkeiten lassen sich weitgehend vermeiden, wenn folgende Bedingungen eingehalten werden. Zunächst muss die Konzentration an nichtumgesetztem Formaldehyd relativ niedrig sein, damit sich kein- Harz bildet*. Die Temperatur bei der Umsetzung mit dem Formaldehyd muss über-einer bestimmten Grenze liegen, damit die Ortho-Verbindungen schneller reagieren und so die Harzbildung reduziert wird, d.h. die Temperatur sollte mindestens 9O°C betragen. Schliesslich· muss das nach der Hydrolyse und dem Ansäuern erhaltene Reaktrionsg^mirch· einen· bestimmten pH-Wert aufweisen, damit so die Harzbildung auf ein Minimum reduziert wird.

Im allgemeinen wird als- Ausgangsmaterial ein o-Fluorphenol verwendet, jedoch können gegebenenfalls auch in· anderen als der Ortho-Stellung des Rings Substituenten vorhanden sein, wie ein Alkyl-, Aryl- oder Alkoxyrest oder ein Halogenatom-. Der in der Beschreibung und in den Ansprüchen verwendete Begriff *o-Fluorphenol" umfasst sowohl substituierte als auch nicht substituierte o-Fluorphenole der oben genannten Art ν Ebenso umfasst'auch der in der Beschreibung und in den Ansprüchen verwendete Begriff "3-Fluorsallcylaldehyd" substituierte und nichts substituierte 3-Fluorsalicylaldehyde.

Als borhaltige Verbindungen sind besonders Bortrioxid, Orthoborsäure, Metaborsäure, Tetraborsäure-sowie deren Anhydride geeignet. Aufgrund ihrer relativ geringen Kosten werden jedoch Bortrioxid, Orthoborsäure und Metaborsäure .besonders bevorzugt.

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Bei der. Umsetzung des o-Fluorphenols mit der borhaltigen Verbindung kann ein inertes azeotropes Lösungsmittel verwendet werden. Geeignete Lösungsmittel dieser Art sind Xylol, Toluol, Benzol,. Ethylbenzol oder Mesitylen, jedoch können auch andere inerte Lösungsmittel verwendet werden.

In der Methylolierungs- und Carbonylierungsstufe können verschiedene Formaldehydkomponenten eingesetzt werden, jedoch sind Formaldehydgas, Paraformaldehyd und Trioxan besonders bevorzugt.

. Nach der Umsetzung mit denrFormaldehyd wird die gewünschte Verbindung durch-Verseifen des Reaktionsgemisches mit■einer Base und anschliessendes Ansäuern erhalten. Im allgemeinen können eine Vielzahl von basischen Verbindungen verwendet werden; Vorzugsweise werden jedoch Brjinsted-Basen, wie die Alkalimetallhydroxide und -carbonate/ verwendet ν Auch für das Ansäuern· können eine Vielzahl von Säuren verwendet werden," jedoch werden wiederum Brjrfnsted-Säure, wie Schwefelsäure und Essigsäure, bevorzugt, obwohl beispielsweise auch Salzsäure gute .Ergebnisse liefert.'

Die borhaltige Verbindung kann in*einer Menge von 0,1 bis etwa 10 Mol pro Mol o-Fluorphenol verwendet werden, die bevorzugte Menge beträgt jedoch etwa 0,25 bis etwa 2,5 Mol. Besonders be-

; vorzugt ist eine stöchioraetrische Menge oder ein geringer überschuss.

Die Menge der einzusetzenden Formaldehydkomponente hängt im allgemeinen von der freizusetzenden Aldehydmenge ab. Es können

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etwa 0,1 bis etwa 1O, vorzugsweise etwa 0,3 bis etwa 3,0 Mol Formaldehyd pro Mol o-Fluorphenol verwendet werden. Bevorzugt wird eine stöchiometrische Menge der Formaldehydkomponente.

Die Menge der in der Verseifungsstufe verwendeten Base ist nicht kritisch. Sie muss nur ausreichend sein, um die borhaltigen Verbindungen von den phenolischen Substanzen abzutrennen. Insbesondere werden etwa 0,5 bis etwa 5, vorzugsweise etwa 1 bis etwa 3 Mol Base pro Mol o-Fluorphenolkomponente verwendet.

Die zum Ansäuern erforderliche Säuremenge hängt vom gewünschten pH-Wert ab. Im allgemeinen kann der pH-Wert auf 1 bis 7 eingestellt werden. Um jedoch die Harzbildung auf ein Miniraum zu reduzieren, wird ein pH-Wert von etwa 3 bis etwa 5 bevorzugt.

Die Temperatur bei der umsetzung mit der borhaltigen Verbindung hängt von dem verwendeten Lösungsmittel und den übrigen Reaktionsteilnehmern ab, zweckmässigerweise liegt sie jedoch bei der Destillationstemperatur des azeotropen Gemisches, d.h. sie kann in dieser Reaktionsstufe etwa 50 bis etwa 300°C betragen.

Die Temperatur in der Methylolierungs- und Carbonylierungsstufe hängt von der Art der Formaldehydkomponente ab. Es ist besonders zu beachten, dass sie hoch genug ist, um eine Entpolymerisation zu ermöglichen. Das heisst, die Temperatur muss auf einer bestimmten Höhe gehalten werden, damit die Ortho-Verbindungen schneller reagieren und damit die Harzbildung vermindert wird.

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— R ·"

Die Temperatur während der Umsetzung mit der Formaldehydkomponente sollte also etwa 90 bis etwa 500°C, vorzugsweise etwa 110 bis etwa 150⁰C, betragen.

Die Reaktion kann bei Atmosphärendruck oder gegebenenfalls auch

bei einem Überdruck von bis zu 142 kg/cm durchgeführt werden.

Wichtig ist, dass die Konzentration an nichtumgesetztem Formaldehyd relativ niedrig gehalten wird, damit sich kein Harz bildet. Um die gewünschte Konzentration aufrechtzuerhalten, wird die Formaldehydkomponente im Verlauf von etwa 1 bis etwa 24 Stunden hinzugefügt, vorzugsweise jedoch in etwa 2 bis etwa 6 Stunden. Die nachträgliche Erhitzungszeit ist nicht kritisch. Sie kann bis etwa 24 Stunden betragen, vorzugsweise jedoch etwa 4 bis etwa 16 Stunden.

Nach dem Ansäuern kann das Endprodukt entweder mit Wasserdampf destilliert oder aber extrahiert werden.

Die Beispiele erläutern die Erfindung.

. Beispiel 1

Ein Gemisch aus 112 g (1_#O Mol) o-Fluorphenol, 35 g (0,5 Mol) in einer Kugelmühle gemahlenem Bortrioxid und 200 ml Xylol wird azeotrop destilliert, um 90 Prozent der theoretischen Wassermenge innerhalb von 18 Stunden in einer Stickstoffatmosphäre zu entfernen. Danach wird die Temperatur auf 115°C gesenkt und eine

/-1 Tt 1

Lösung von 30,2 g (0,33 Mol) s-Trioxan und 200 ml Xylol tropfenweise in 5 Stunden zu der gerührten Lösung unter Beibehaltung der Temperatur hinzugegeben. Das Reaktionsgemisch wird dann 18 Stunden bei 115°C gerührt, dann auf 10°C abgekühlt und anschliessend mit 1 Liter einer 2,5 η Natriumhydroxidlösung derart versetzt, dass die Temperatur nicht über 15°C steigt, d.h. unter Eiskühlung in etwa 1 Stunde. Die kalte zweiphasige Verbindung wird abgenutscht, und man erhält 12,2 g eines rötlichbraunen Feststoffs. Danach werden die beiden Phasen getrennt und die untere wässrige Phase mit etwa 475 ml 37prozentige Salzsäure auf pH 4,1 angesäuert, wobei die Temperatur durch Eiskühlung auf unter 15°C gehalten wird. Die erhaltene Lösung wird dann dreimal mit je 400 ml Äther extrahiert, wobei die letzte Extraktion durchgeführt wird, nachdem die wässrige Phase mit Salz versetzt worden ist. Die Ätherextrakte werden vereinigt, über Magnesiumsulfat getrocknet und filtriert. Die Hauptäthermenge wird an einer 4O cm Vigreux-Säule abdestilliert. Man erhält ein Konzentrat von 134,7 g. Das Konzentrat

wird auf einem Rotationsverdampfer weiter eingeengt, und man er-

•i > hält schliesslich 78,2 g eines bernsteinfarbenen Öls und 28,7 g Destillat. Bei der Gaschromatographie zeigt sich, dass das bernsteinfarbene öl 21,0 g 3-Fluorsalicylaldehyd enthält, was einer Ausbeute von 15,0 Prozent entspricht. Ausserdem enthält das öl 47,8 g 3-Fluorsalicylalkohol. Das Destillat enthält 21,8 g o-Fluorphenol, was einem Umsatz von 78,0 Prozent entspricht. Die Gesamtausbeute an 3-Fluorsalicylaldehyd beträgt 19,0 Prozent.

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Beispiel2

In einen 1 Liter fassenden Dreihalskolben vom Morton-Typ, der mit einem Schaufelrührwerk, einem Thermometer und einer Dean-Stark Kühlfalle ausgerüstet ist, werden 112 g (1,0 Mol) o-Fluorphenol, 35 g (0,5 Mol) in einer Kugelmühle fein gemahlenes Bortrioxid sowie 200 ml Xylol gegeben. Das Gemisch wird erhitzt und 23 Stunden bei 140 bis 145°C unter Stickstoff kräftig gerührt. Danach haben sich 8,6 g Wasser in der Kühlfalle angesammelt. Das entspricht 96,0 Prozent der Theorie. Das Gemisch wird dann auf 120°C abgekühlt und tropfenweise in 3,5 Stunden mit einer Lösung von 30,2 g (0,33 Mol) s-Trioxan in 200 ml Xylol versetzt. Danach wird das Reaktionsgemisch weitere 16 Stunden bei 115°C gerührt. Nach dem Aufarbeiten gemäss Beispiel 1 sind 84,0 Prozent o-Fluorphenol umgesetzt. Die Gesamtausbeute an 3-Fluorsalicylaldehyd beträgt 24,8 Prozent.

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Claims

-U-

Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung von 3-Fluorsalicylaldehyd, dadurch gekennzeichnet, dass man

a) ein o-Fluorphenol mit einer borhaltigen Verbindung, nämlich Bortrioxid, Orthoborsäure, Metaborsäure, Tetraborsäure sowie deren Anhydride, in Gegenwart eines inerten azeotropen Lösungsmittels bei der Destillationstemperatur des azeotropen Gemisches umsetzt,

b) das Reaktionsgemisch im Verlauf von etwa 1 bis etwa 24 Stunden mit Formaldehyd oder einer Formaldehyd freisetzenden Verbindung versetzt, wobei die Reaktionstemperatur auf etwa 90 bis etwa 5OO°C gehalten wird,

c) das erhaltene Reaktionsgemisch mit einer Base verseift und

d) anschliessend das Gemisch mit einer Säure auf einen pH-Wert von etwa 1 bis 7 einstellt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man die Formaldehydkomponente im Verlauf von etwa 2 bis etwa 6 Stunden zusetzt.

3. Verfahren nach ..Anspruch 1 und .2, dadurch-gekennzeichnet, dass man die Temperatur während der Umsetzung mit dem Formaldehyd auf etwa HO bis etwa 150⁰C hält.

~4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet/ dass man den pH-Wert in Verfahrensstufe d) auf etwa 3 bis etwa

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5 einstellt.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass man etwa 0,1 bis etwa 10 Mol, vorzugsweise etwa 0,25 bis etwa 2,5 Mol, borhaltige Verbindung und etwa 0,1 bis etwa 10
Mol, vorzugsweise etwa 0,3 bis etwa 3,0 Mol, Formaldehyd pro
Mol o-Fluorphenolkomponente verwendet.

6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass man Formaldehydgas oder als Formaldehyd freisetzende Verbindung Paraformaldehyd oder Trioxan verwendet.

7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass man als borhaltige Verbindung Bortrioxid und als Formaldehyd freisetzende Verbindung Trioxan verwendet.

8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass man als azeotropes Lösungsmittel Xylol verwendet.

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