DE2303115C3 - Verfahren zur Chlorierung der Seitenketten von Toluol, Xylol, Trimethylbenzol und substituierten Produkten dieser Verbindungen - Google Patents
Verfahren zur Chlorierung der Seitenketten von Toluol, Xylol, Trimethylbenzol und substituierten Produkten dieser VerbindungenInfo
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Description
R—C —N
Il \
O R2
in der R ein Wasserstoffatom, eine Niedrigalkylgruppe
oder eine Gruppe der Formel
— N
worin R3 und R4 einzeln jeweils ein Wasserstoffatom
oder eine Niedrigalkylgruppe darstellen, Ri ein Wasserstoffatom oder eine Niedrigalkylgruppe und
R2 eine Niedrigalkylgruppe bedeuten.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das N-Niedrigalkyl-substituierte
Säureamid der in Anspruch 1 angegebenen allgemeinen Formel in einer Menge von 0,01 bis 5 Gew.-%, r>
bezogen auf das Gewicht der Seitenketten aufweisenden, in Anspruch 1 genannten Verbindungen,
verwendet.
Verfahren zur Chlorierung der Seitenketten von Toluol, Xylol. Trimethylbenzol und substituierten
Produkten dieser Verbindungen.
Ein Verfahren zur Halogenierung der Seitenketten von aromatischen Verbindungen mit einem freien
Halogen unter Bestrahlung mit ultraviolettem Licht ist bereits bekannt, wobei bei diesem Verfahren die
aromatischen Kohlenwasserstoffe, wie z. B. Xylole, in einem Lösungsmittel, wie z. B. Tetrachlorkohlenstoff,
gelöst werden und in die dabei erhaltene Lösung unter Bestrahlung mit ultraviolettem Licht Chlor eingeleitet
wird. Dieses Verfahren hat jedoch den Nachteil, daß als Folge Her hohen Reaktionstemperatur von beispielsweise
bis zu 15O0C und der langen Reaktionszeit, die zur Durchführung dieses Verfahrens erforderlich sind,
ziemlich große Mengen an am Kern halogensubstituierten Produkten und harzartigen Produkten als Nebenprodukte
gebildet werden, wodurch die Ausbeute an den erwünschten Produkten verringert und ein nachteiliger
Effekt auf die Qualität und Reinheit der erwünschten Produkte ausgeübt wird. Dieses Verfahren
wurde daher bisher kaum als technisch vorteilhaftes Verfahren angesehen. Die oben geschilderten Nachteile
fallen insbesondere bei der Herstellung von Xylolen mit hochchlorierten Seitenketten, wie ιχ,λ,λ,λΆ,'λ'-Hcxaehlor-m-xylol
und x.wxW.V-Hexachlor-p-xylol
stark ins Gewicht und führen zu beträchtlichen Schwierigkeiten bei der Herstellung dieser Xylole in
einem großtechnischen Maßstab. Zur Vermeidung dieser Nachteile wurden bereits Verfahren beschrieben,
in denen ein Katalysator, wie z, B, Alkylenpolyamin,
Benzamid, Harnstoff, Acetamid, Triarylphosphat und Sorbit, verwendet wird. Diese bekannten Verfahren
waren jedoch in bezug auf Ausbeute, Qualität und Reinheit der danach erhaltenen Produkte und in bezug
nuf den Preis des verwendeten Katalysators nicht immer zufriedenstellend.
So ist beispielsweise in der US-Patentschrift 26 95 873, die ein Verfahren betrifft, das auf der
Verwendung eines Säureamids, z. B. von Acetamid, Benzamid oder Harnstoff, als Katalysator beruht, wie
die Angaben in dieser Patentschrift zeigen, der Chlorgehalt des danach hergestellten kristallinen
Produktes wesentlich geringer als sein theoretischer Wert Dies zeigt an, daß das kristalline Produkt durch im
Kern halogensubstituierte Produkte, d.h. Nehenreaktionsprodukte,
verunreinigt ist und daß die Ausbeute des gewünschten Produktes tatsächlich nicht so hoch ist. Es
wird angenommen, daß dies auf die Tatsache zurückzuführen ist, daß die Reaktionsgeschwindigkeit abnimmt
und Nebenreaktionen auftreten. Die Ursache dafür ist, daß die Reaktion durch das Reaktionssystem beeinflußt
wird, in dem das obengenannte Säureamid, das in der Ausgangsverbindung und dem Lösungsmittel schwerlöslich
ist, ungleichmäßig dispergiert ist, so daß das Säureamid nicht seine volle katalytische Wirkung
entfalten kann, und der während der Umsetzung gebildete Chlorwasserstoff mit dem Katalysator reagiert
unter Bildung eines Salzes, das die Reaktionsmischung trübe macht oder an der Innenseite der
Reaktorwand haftet und dadurch die Lichtdurchlässigkeit herabsetzt.
Gegenstand der Erfindung ist das in den vorstehenden Patentansprüchen aufgezeigte Verfahren zur
Chlorierung der Seitenketten von Toluol, Xylol, Trimethylbenzol und substituierten Produkten dieser
Verbindungen.
Es wurde festgestellt, daß durch das erfindungsgemäße Verfahren die obenerwähnten Nachteile beseitigt
und innerhalb einer kurzen Reaktionszeit und in hoher Ausbeute die gewünschten Produkte erhalten werden
können.
Bei den Substituenten, die mit Chlor in der vorgesehenen Halogenierungsreaktion nicht reagieren,
handelt es sich beispielsweise um ein Halogen oder eine Carboxylgruppe, eine halogenierte Acyl-, HydroxyoderSulfongruppe.
Die Verwendung eines Lösungsmittels in der erfindungsgemäßen Halogenierungsreaktion ist nicht
kritisch, obwohl die Reaktionswärme in der Anfangsstufe der Umsetzung leichter kontrolliert werden kann
wenn ein Lösungsmittel verwendet wird. Wenn ein Lösungsmittel verwendet wird, wird es jedoch vorzugsweise
während der Umsetzung entfernt, weil das Verbleiben des Lösungsmittels in dem System bis zur
Endstufe der Umsetzung vom Standpunkt der Reak· tionsgeschwindigkeit aus gesehen von Nachteil ist. Be
den erfindungsgemäß verwendeten Lösungsmittel handelt es sich um polyhalogenierle Köhlenwasserstof
fc, die mit Halogen nicht reagieren. Tetrachlorkohlen
stoff ist ein besonders bevorzugtes Lösungsmittel.
Beispiele für erfindungsgemäß verwendbare Säure amide sind N-Melhylformamid, N.N-Dimethylform
amid, N.N-Dimethylacetamid, N-Methylharnstofl
N-Äthylharnstoff und Ν,Ν,Ν',Ν'-Tetramethylharnstofl
Die Menge des verwendeten N-Niedrigalkyl-substituierten
Säureamids beträgt vorzugsweise 0,01 bis 5 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Seitenketten
aufweisenden aromatischen Verbindung. Als Quelle für das ultraviolette Licht können in dem erfindungsgemäßen
Verfahren zweckmäßig verschiedene Ultraviolettlampen, z. B. Glühlampen oder Entladungsleuchtstoffröhren,
verwendet werden. Die Halogenierung wird bei einer Reaktionstemperatur innerhalb des Bereiches von
40 bis 200°C durchgeführt. Nach Beendigung der Umsetzung kann das gewünschte Produkt auf übliche
Weise aus dem Reaktionsprodukt gewonnen werden. So erhält man beispielsweise das gewünschte Produkt
durch Rektifizieren des Reaktionsproduktes nach der Umsetzung. Das erfindungsgemäß verwendete N-Niedrigalkyl-substituierte
Säureamid löst sich sowohl in der verwendsten Ausgangsverbindung als auch in dem
verwendeten Lösungsmittel vollständig auf, so daß das Reaktionssystem während der gesamten Umsetzung
homogen ist. Darüber hinaus reagiert der während der Umsetzung gebildete Chlorwasserstoff nicht mit dem in
dem System vorhandenen Katalysator unter Bildung eines Salzes, wie das bei den bekannten Verfahren der
Fall ist. Die angestrebte Reaktion läuft sehr schnell ab und die gewünschte Verbindung, deren Seitenketten
halogeniert worden sind, kann innerhalb eines kurzen Zeitraumes und in hoher Ausbeute selektiv erhalten
werden. Die nach dem erfindungsgeircäßen Verfahren erhaltenen aromatischen Verbindungen mit halogenierten
Seitenketten eignen sich hervorragend als Ausgangsmaterialien für die Herstellung von Kunstharzen
oder Zwischenprodukten davon oder von Insektiziden oder Vernetzungsmittel^
Aus der deutschen Offenlegungssc!-.ift 16 43 922 ist
ein Verfahren zum Chlorierer von Toluol in der Seitenkette in Gegenwart von Phosp! -jrchlorverbindungen
mit Chlorgas, dem Luft oder Sauerstoff zugesetzt ist, beschrieben. Die damit erzielbaren
Ausbeuten an den entsprechenden Chlorierungsprodukten sind jedoch wesentlich geringer als bei dem
erfindungsgemäßen Verfahren, da das nach dem bekannten Verfahren erhaltene Produkt normalerweise
50% Benzalchlorid enthält. Wie in Beispiel 2 der genannten deutschen Offenlegungsschrift angegeben,
beträgt die Menge an gebildetem Benzotrichlorid auch dann, wenn die Chlorierungsreaktion 70 Stunden lang
unter Einleitung von Chlor in einer Menge, die dem 1,4-bis l,7fachen der stöchiometrischen Menge des für die
vollständige Chlorierung der Methylgruppe des Ausgangsmaterials erforderlichen Chlors entspricht, in das
Reaktionssystem durchgeführt wird, nur 75%, bezogen auf das eingesetzte Toluol.
Demgegenüber erhält man nach dem erfindungsgemäßen Verfahren, wie aus dem nachfolgenden Beispiel 1
hervorgeht, Benzotrichlorid in einer Ausbeute von 98%, d. h. nach dem erfindungsgemäßen Verfahren werden
die eingesetzten aromatischen Ausgangsverbindungen nahezu vollständig chloriert.
Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele näher erläutert. In den folgenden Beispielen wurde als
Quelle für das ultraviolette Licht eine Entladungs-Leuehtstoffröhre
verwendet, die Licht mit einer Wellenlänge von etwa 3000 bis etwa 3600 Ä emittierte.
Ein mit einem Thermometer, einem Rührer, einem
Chloreinleitungsrohr und einem Rückflußkühler, der auch als Exhaustor fungierte, versehenes 500-ml-Rcaktionsgefäß
wurde mit 110,4 g (1,2 Mol) Toluol, 220 g Tetrachlorkohlenstoff und 1,1 g N,N-Dimethylformamid
als Katalysator beschickt und dann wurde unter Bestrahlung mit ultraviolettem Licht bei 70 bis 80°C 2>/j
Stunden lang Chlor mit einer Geschwindigkeit von 1,24 Mo|/Std. eingeleitet und nach Entfernung des Tetrachlorkohlenstoffs
durch Destillation wurde die Chloreinleitung 21/2 Stunden lang bei 130 bis 135°C
fortgesetzt. Nach Beendigung der Reaktion wurde das flüssige Reaktionsprodukt gaschromatographisch analysiert.
Dabei wurde gefunden, daß das erhaltene Produkt im wesentlichen aus Benzotrichlorid bestand,
Ausbeute 98%.
Es wurde das gleiche Reaktionsgefäß wie in Beispiel 1
verwendet. Das Reaktionsgefäß wurde mit 127,2 g (1,2 Mol) m-XyloI, 263 g Tetrachlorkohlenstoff und 1,3 g
Ν,Ν-Dimethylformamid als Katalysator beschickt und unter Bestrahlung mit ultraviolettem Licht wurde 5
Stunden lang bei 70 bis 80°C Chlor mit einer Geschwindigkeit von 1,24 Mol/Std. eingeleitet Die
Chloreinleitung wurde während der Abdestiliation des Tetrachlorkohlenstoffs 5 Stunden lang bei 1000C und
dann 3 Stunden lang bei 130 bis 1400C weiter fortgesetzt. Nach Beendigung der Reaktion wurde das
flüssige Reaktionsprodukt gaschromatographisch analysiert. Dabei wurde gefunden, daß das gebildete
Produkt im wesentlichen aus αΑΑ,α',α'-α'-Hexachlorm-xylol
bestand, Ausbeute 95,5%.
Vergleichsbeispiel 1
Das Beispiel 2 wurde wiederholt, wobei diesmal jedoch anstelle von 1,3 g Ν,Ν-Dimethylformamid 1,3 g
Benzamid als Katalysator verwendet wurden. Die Ausbeute an dabei erhaltenem α,αΛ,α',αΆ'-Hexachlorm-xylol
betrug 76,9%.
Im obigen Falle blieb unter den Erhitzungsbedingungen
zum Zeitpunkt der Einleitung der Reaktion etwa die Hälfte der Menge des Benzamid« ungelöst und
schwamm in dem Reaktionsgemisch in der Nähe des Bodens des Reaktionsgefäßes und es dauerte etwa 4
Stunden, bis sich das Benzamid vollständig aufgelöst hatte. Nach der Einleitung der Reaktion wurde
außerdem Chlorwasserstoff entwickelt und gleichzeitig begannen sich Kristalle abzusetzen, die als Benzamidhydrochlorid
angesehen wurden, wodurch die Reaktionsmischung trübe wurde. Die Trübung verschwand in zwei
bis drei Minuten, jedoch haftete eine beträchtliche
so Menge der Kristalle auf der Innenseite der Wand des
Reaktionsgefäßes und bis zum vollständigen Verschwinden der anhaftenden Kristalle verstrichen etwa 4
Stunden.
Vergleichsbeispiel 2
Das Beispiel 2 wurde wiederholt, wobei diesmal anstelle von 1,3-g Ν,Ν-Dimethylformamid 1,3 g Harnstoff
als Katalysator verwendet wurden. Die Ausbeute an dabei erhaltenem a,<x,*.«'.<x'A'-Hexachlor-m-xylol
bo betrug 78%.
Im obigen Falle lag der Harnstoff unter den Erhitzungsbedingungen zum Zeitpunkt der Einleitung
der Reaktion in kristalliner Form vor, mit fortschreitender Reaktion begann er jedoch zu schmelzen und sich in
b) der Reaktionsmischung zu dispergieren, wodurch die
Mischung durchsichtig wurde. Es dauerte etwa 10 Stunden, bis sich der dispergierte Harnstoff in der
Reaktionsmischung vollständig aufgelöst hatte. In einer
späteren Stufe der Umsetzung wurde außerdem die Bildung von Kristallen beobachtet, von denen angenommen
wurde, daß es sich um Zersetzungsprodukte von Harnstoff handelt.
Vergleichsbeispiel i
Es wurde das gleiche ReaktionsgefaU wie in Beispiel 1
verwendet. Das Reaktionsgefäß wurde mit 127,2 g (1,2 Mol) m-Xylol und 263 g Tetrachlorkohlenstoff beschickt.
Unter Bestrahlung mit ultraviolettem Licht nt wurde 5 Stunden lang bei 800C Chlor mit einer
Geschwindigkeit von 1,28 Mol/Stunde in die flüssige Rtaktionsmischung eingeleitet. Die Chloreinleitung
wurde während der Abdestillation des Tetrachlorkohlenstoffs 5 Stunden lang bei 1000C und dann 10 Stunden
lang bei 130 bis 140°C weiter foitgesetzt. Nach Beendigung der Reaktion wurde das flüssige Reaktionsprodukt gaschromatographisch analysiert. Dabei wurde
gefunden, daß es sich bei dem Reaktionsprodukt um eine Mischung aus aAA'A'-Tetrachlor-m-xylol,
«AAA'A'-Pentachlor-m-xylolAAAA'A'A'-Hexachlor-m-xylol,
einem am Kern halogensubstituierten
Produkt und einem anderen hochsiedenden Material handelte, die Ausbeuten betrugen jeweils 15,0, 38,1, 28,8,
3.2 bzw. 14,9%.
Es wurde das gleiche Reaktionsgefäß wie in Beispiel 1 verwendet. Das Reaktionsgefäß wurde mit 127,2 g (1,2
Mol) p-Xylol, 263 g Tetrachlorkohlenstoff und 0.6 g n
Ν,Ν-Dimethylformamid beschickt und unter Bestrahlung mit ultraviolettem Licht wurde bei 70 bis 8O0C
Chlor mit einer Geschwindigkeit von 1,28 Mol/i>td. eingeleitet und die Chloreinleitung wurde während der
Abdestillation des Tetrachlorkohlenstoffs 5 Stunden 3: lang bei 1000C und dann 3 Stunden lang bei 1400C
weiter fortgesetzt. Nach Beendigung der Reaktion wurde das flüssige Reaktionsprodukt gaschromatographisch
analysiert. Dabei wurde gefunden, daß das erhaltene Produkt im wesentlichen aus
Hexach'or-p-xylol bestand, Ausbeute 98%.
Hexach'or-p-xylol bestand, Ausbeute 98%.
Es wurde das gleiche Reaktionsgefäß wie in Beispiel 1 verwendet. Das Reaktionsgefäß wurde mit 159,2 g (1,5
Mol) in-Xylol und 0,16 g N,N Dimethylformamid als
Katalysator beschickt und unter Bestrahlung mit ultraviolettem Licht wurde 9,5 Stunden lang bei 130 bis
1400C Chlor mit einer Geschwindigkeit von 1,54
Mol/Std. eingeleitet Nach Beendigung der Reaktion wurde das flüssige Reaktionsprodukt gaschromatographisch
analysiert. Es v/urde gefunden, daß das gebildete Produkt im wesentlichen aus «,«,«,«'.«',«'-Hexachlorm-xylol
bestand, Ausbeute 92,1 %.
Es wurde das gleiche Reaktionsgefäß wie in Beispiel 1 verwendet. Das Reaktionsgefäß wurde mit 159,2 g (1,5
Mol) p-Xylol und 0,16 g N.N-Diniethylformamid als
Katalysator beschickt und unter Bestrahlung mit ultraviolettem Licht wurde 9,5 Stunden lang bei 130 bis
I4O°C Chlor mit einer Geschwindigkeit von 1,54 Mol/Std. eingeleitet. Nach Beendigung der Reaktion
wurde das flüssige Reaktionsprodukt gaschromatographisch analysiert. Es wurde gefunden, daß das erhaltene
Produkt im wesentlichen aus ΛΛΛΛΆ'Λ'-Hcxachlor-pxylol
bestand, Ausbaue 96.2%.
Veij_'leiLhsbeispicl4
Ls wurde das gleiche Reaktionsgcfhß wie in Beispie! 1
verwendet. Das Reakiionsgefäß wurde mil 159,2 g (1.5
Mol) m-Xylol beschickt und unter Bestrahlung mit ultraviolettem Licht wurde 11 Siunden lang bei IiO bis
140'·C Chlor mit einer Geschwindigkeit von 1,54
Mol/Std. eingeleitet. Nach Beendigung der Reaktion wurde das flüssige Reaktionsproduki gasehromaiographisch
analysiert. Dabei wurde gefunden, daß das Reaktionsprodukt eine Mischung aus α,α,α',α'-Tetrachlor-m-xylol,
Α,Λ,α,Λ',α'-Pentachlor-rn-xylol,
(χ,α,α,αΆΆ',-Hexachlor-m-xylol, einem am Kern halogensubstituierten
Produkt und einem anderen hochsiedenden Material bestand, wobei die Ausbeuten 15.3,
41,8,30,4,2,4 bzw. 10,1 % betrugen.
Das Beispiel 2 wurde wiederholt, wobei diesmal als Katalysator 1,3 g N.N.N'.N'-Teiramelhylharnsioff verwendet
wurden. Nach Beendigur-: der Reaktion wurde
das FlUsSi0C Reakt!onsnroduk! '''ischromato^ra^hisch
analysiert. Dabei wurde gefunden, daß das erhaltene Produkt im wesentlichen aus a,xa.<x',a',a'-Hexachlorm-xylol
bestand, Ausbeute 93.0%.
Das Beispiel 2 wurde wiederholt, wobei diesmal als Katalysator 1.3 g N.N-Dimethylacetamid verwendet
wurden. Nach Beendigung der Reaktion wurde das flüssige Reaktionsprodukt gaschromatographisch analysiert.
Dabei wurde gefunden, daß das erhaltene Produkt im wesentlichen aus *,a,<x,a',»'.*'-HexachIorm-xylol
bestand, Ausbeute 95,1 %.
Das Beispiel 2 wurde wiederholt, wobei diesmal als Katalysator 1,3 g N-Methylformamid verwendet wurden.
Nach Beendigung der Reaktion wurde das flüssige Reaktionsprodukt gaschromatographisch analysiert.
Dabei wurde gefunden, daß das erhaltene Produkt im wesentlichen aus Λ,Λ,α,α',Λ',α'-Hexachlor-m-xylol bestand.
Ausbeute 90,2%.
Das Beispiel 2 wurde wiederholt, wobei diesmal als Katalysator 1.3 g N-Methylharnstoff verwendet wurden.
Nach Beendigung der Reaktion wurde das flüssige Reaktionsprodukt gaschromatographisch analysiert.
Dabei wurde gefunden, daß das erhaltene Produkt im wesentlichen aus «,«,«,«',«'.«'-Hexachlor-m-xylol bestand,
Ausbeute 89.5%.
Seispiel 10
j5 Das Beispiel 2 wurde wiederholt, wobei diesmal als
Katalysator 1,3 g N-Äthylharnstoff verwendet wurden. Nach Beendigung der Reaktion wurde das flüssige
Reaktionsprodukt gaschromatographisch analysiert. Dabei wurde gefunden, daß das erhaltene Produkt im
wesentlichen ius α,Λ.Λ,α',Λ',α'-Hexachlor-m-xylol bestand,
Ausbeute 89,5%.
Beispiel 11
Es wurde das gleiche Reaktionsgefäß wie in Beispiel 1
b'j verwendet. Das Reaktionsgefäß wurde mit 127,2 g (1,2
Mol) rn-Xylol .r.d 0,26 g Ν,Ν-Dimethylformamid als
Katalysator beschickt und unter Bestrahlung mit ultraviolettem Licht wurde 9.5 Stunden lang bei 130 bis
140 C Chlor mil einer Geschwindigkeit mhi 1.24
Mol/Std. eingeleitet. Nach Reendigiing der Reaktion
wurde das flüssige Reaktionsprodukt gaschnmiaiographisch
analysiert. Dabei wurde gefunden, dall das erhaltene Produkt im wesentlichen aus \.\.\.\'.\'.\ I
lexachlor-m-wlnl bestanil. Ausbeute 84.0"'».
Claims (1)
- Patentansprüche:I. Verfahren zur Chlorierung der Seitenketten von Toluol, Xylol, Trimethylbenzo! und substituierten Produkten dieser Verbindungen, deren Substituenten bei der vorgesehenen Chlorierungsreaktion nicht reagieren, durch Umsetzung der genannten Verbindungen mit Chlor in Gegenwart eines aliphatischen Säureamids unter Bestrahlung mit ultraviolettem Licht, dadurch gekennzeich- to net, daß man die Umsetzung in Gegenwart eines N-Niedrigalkyl-substituierten Säureamids der allgemeinen Formel durchführtR,
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