DE2346308A1

DE2346308A1 - Verfahren zur herstellung von unsubstituiertem oder substituiertem isatosaeureanhydrid

Info

Publication number: DE2346308A1
Application number: DE19732346308
Authority: DE
Inventors: Hans-Juergen D Quadbeck-Seeger; Peter Dipl Chem Dr Tonne
Original assignee: BASF SE
Current assignee: BASF SE
Priority date: 1973-09-14
Filing date: 1973-09-14
Publication date: 1975-03-27

Description

BASF Aktiengesellschaft

Unser Zeichen: 0.Z.30 09b WB/Be

67ΟΟ Ludwigshafen, 12.9.1973

Verfahren zur Herstellung von unsubstituiertem oder substituiertem Isatosäureanhydrid

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von unsubstituiertem oder substituiertem Isatosäureanhydrid durch Umsetzung von phthalamidsaurem Alkali mit Hypohalogeniten in Gegenwart von Polymerisationsinhibitoren.

Zusatz zu Patent (Patentanmeldung P 22 58 150.6).

Es ist aus DRP 127 138 bekannt, daß Phthalimid in alkalischer Lösung mit Hypohalogeniten zu Isatosäureanhydrid umgesetzt werden kann. Die bei der Reaktion auftretenden Schwierigkeiten, insbesondere die unbefriedigende Ausbeute und Reinheit des Endstoffs, werden von E. Mohr J. pr. Chemie (2), Band 80, Seiten 1-33 (1909)1 beschrieben. Ein störungsfreier Betrieb gerade im großtechnischen Maßstab ist bei diesem Verfahren nicht möglich.

In der deutschen Auslegeschrift 1 287 58O wird die Herstellung von Isatosäureanhydrid durch Umsetzung von Phthalimid und Hypohalogeniten beschrieben. Man verwendet das Phthalimid in Gestalt der wäßrigen Lösung seines Salzes und setzt das Hypohalogenit zu, bevor 50 % des Phthalimids in der Lösung hydrolysiert sind. Nach Zugabe der Halogenitlösung setzt man in der Reaktionslösung l8 000 bis 30 000 Grammkalorien frei, bevor man die Lösung auf einen pH-Wert zwischen 5*5 und 9 einstellt. Aus DOS 1 770 458 ist bekannt, daß gute Ausbeuten an Isatosäureanhydrid nur dann erhalten werden, wenn die eingesetzten Lösungen der Salze der Phthalamidsäure mindestens 5 % des Alkalisalzes von Phthalimid enthalten. Wie Beschreibung und Beispiele zeigen, benötigen Phthalamidsäurelösungen, die frei von Phthalimid sind, zum Abbau einen großen Überschuß von Alkali, der die Ausbeute an Endstoff durch Bildung von Anthranil-

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säure und Anthranoyl-anthranilsäure verringert. Die Anwesenheit von Phthalimid oder dessen Salzen 1st nachteilig. Einmal muß Phthalimid aus Phthalsäureanhydrid In einem gesonderten Verfahrensschritt hergestellt werden; zum anderen ist Phthalimid in alkalischer Lösung nur begrenzt haltbar, da es leicht zu Salzen der Phthalamidsäure hydrolysiert. Der bei der Isolierung des Endstoffs zu neutralisierende AlkaliUberschuß 1st im Hinblick auf Abwasserfragen ungünstig.

Es ist aus der deutschen Offenlegungsschrlft 1 950 28l bekannt, daß man Isatosäureanhydrid durch Umsetzung von phthalamidsaurem Alkali mit Hypohalogeniten in wäßrigem Medium kontinuierlich herstellt, indem man die ersten Reaktionsstufen weitgehend unter adiabatischen Bedingungen und unter weitgehender Vermeidung von Rückmischung durchführt, das gebildete Reaktionsgemisch sofort dem Reaktionsraum der ersten Stufe entzieht und weitgehend ohne Rückmisohung dem Reaktionsraum der folgenden Stufen, der Umsetzung zum Endstoff, zuführt. Das Verfahren kann nicht diskontinuierlich in kleinen Partien durchgeführt werden und ist bezüglich Ausbeute an Endstoff unbefriedigend.

Gegenstand des Hauptpatents (Patentanmeldung

P 22 58 150.6) ist ein Verfahren zur Herstellung von unsubstituiertem oder substituiertem Isatosäureanhydrid durch Umsetzung von phthalamidsaurem Alkali mit Hypohalogeniten in wäßrigem Medium, wobei man das Alkallsalz der unsubstituierten oder substituierten Phthalamidsäure in Gegenwart von Brom, Jod und/oder Halogenamiden der Formel

ι 1 1,

X-N-R₂

worin R. eine Sulfonsäuregruppe, einen Sulfonatrest, eine Sulfonamidgruppe bezeichnet, R₂ ein Wasserstoffatom, ein Chloratom oder Bromatom bedeutet, X ein Chloratom, Bromatom oder Wasserstoffatom bezeichnet, R, und Rp darüber hinaus auch zusammen mit dem benachbarten Stickstoffatom Glieder eines heterocyclischen Restes, der mindestens eine dem Stickstoffatom benachbarte Sulfongruppe oder Phosphonylgruppe der Formel

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-P-OFU , worin R, für ein Wasserstoffatom oder ein Alkaliatom 3 j

steht, enthält, bezeichnen können, oder R₁ und R₂ zusammen auch den Rest -C-R.,-C- bedeuten können, worin R,. für einen

»τ 4 tt 4

Alkylenrest, den Rest -N-C-N- oder den Rest -N -—£— ,

R=O R₅ R₅ 6 ^K6

Rj- für ein Wasserstoffatom, ein Chloratom oder Bromatora und R^- für einen aliphatischen Rest stehen, umsetzt»

Es wurde nun gefunden, daß sich das Verfahren des Hauptpatents weiter ausgestalten läßt, wenn man anstelle der Halogenamide I Polymerisationsinhibitoren verwendet.

Die Umsetzung läßt sich für den Fall der Verwendung des Natriumsalzes der Phthalamidsäure und von Natriumhypochlorit durch die folgenden Formeln wiedergeben:

+ NaOCl

Im Vergleich zu den bekannten Verfahren liefert das Verfahren nach der Erfindung, ausgehend von dem mit Bezug auf Phthalimid leichter herstellbaren Ausgangsstoff phthalamidsaurem Alkali, Isatosäureanhydrids auf einfacherem und wirtschaftlicherem Wege in teilweise besserer Ausbeute und Reinheit. Im Hinblick auf die genannten Patentschriften ist es überraschend, daß nach dem Verfahren der Erfindung gute Ergebnisse erzielt werden, obgleich man die Reaktion mit phthalamidsaurem Alkali allein und ohne Hydrolyse des Phthalimids und/oder Einstellung des pH-Wertes nach den in der DAS 1 287 58Ο beanspruchten Bedingungen durchführt. Im Vergleich zu den Verfahren mit phthalamidsaurem Alkali als Ausgangsstoff sind Ausbeute und Reinheit des Endstoffs besser, Da beim erfindungsgemäßen Verfahren weniger Salz anfällt und Nebenreaktionen kaum zu beobachten sind, treten

weniger Abwasserprobleme auf. - 4 -

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- 4 - O.Z. 30 G^o

Als Ausgangsstoffe verwendet man phthalamidsaures Alkali oder Alkalisalze von substituierten Phthalamidsäuren (Ausgangsphthalamidsalz) und Hypohalogenite, in der Regel Hypochlorite und Hypobromite in wäßrigem Medium, in der Regel in Gestalt von entsprechenden wäßrigen, alkalischen Lösungen. Vorteilhaft gelangen wäßrige Lösungen von 1 bis 50 Gewichtsprozent Ausgangsphthalamidsäure (Alkali nicht eingerechnet) zur Anwendung, die von 1 bis 1,1 Mol Alkalihydroxid je Mol Phthalamidsäure enthalten. Bevorzugt sind Natrium- und Kaliumhydroxid.

Die wäßrigen Hypohalogenitlösungen enthalten im allgemeinen von 5 bis 15, vorzugsweise von 12 bis 14 Gewichtsprozent Hypohalogenit und können zusätzlich von 0,01 bis 0,1 Mol Alkalihydroxid je Mol Hypohalogenit enthalten. Im Ausgangsgemisch der Lösungen beider Ausgangsstoffe kommen im allgemeinen Mengen von insgesamt 0,9 bis 1,5> vorzugsweise 0,95 bis 1,05 Mol Hypohalogenit und gegebenenfalls von insgesamt 0,01 bis 0,2 Mol Alkalihydroxid (nicht eingerechnet das im Hypohalogenit und im Ausgangsphthalamidsalz enthaltene Alkali), bezogen auf 1 Mol Ausgangsphthalamidsalz, in Frage.

Bevorzugte Hypohalogenite sind Hypochlorite, insbesondere Alkalihypochlorite, z.B. das Natrium-, das Kaliumsalz, oder Erdalkalihypochlorite, z.B. das Calcium- oder Magnesiumsalz.

Bevorzugte Isatosäureanhydride sind solche der Formel

II,

und dementsprechend bevorzugte Ausgangsphthalamidsalze Kalium- und insbesondere Katriumsalze von Phthalamidsäuren der Formel

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III,

worin die einzelnen Reste R₇ gleich oder verschieden sein können und jeweils einen aliphatischen Rest, vorzugsweise einen Alkylrest mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen, ein Wasserstoffatom, ein Halogenatom, vorzugsweise ein Brom- oder insbesondere ein Chloratom, eine Carboxylgruppe oder Carboxylatgruppe, insbesondere Alkalicarboxylatgruppe wie Natriumcarboxylatgruppe oder Kaliumcarboxylatgruppe, bedeuten. Die bevorzugten Ausgangsstoffe tragen vorteilhaft nicht mehr als eine Carboxylgruppe bzw. Alkalicarboxylatgruppe und nicht mehr als ein Halogenatom neben der zur Bildung des Anhydridringes benötigten Carboxylgruppe und Carbamidogruppe.

Beispielsweise kommen die Salze folgender Phthalamidsäuren als Ausgangsstoffe in Betracht; Phthalamid-(2)-säure, 3-Chlorphthalamidsäure, 4-Bromphthalamidsäure, 3j5-Dichlorphthalamidsäure, 3,β-Dichlorphthalamidsäure, 3-Carboxyphthalamidsäure, 3-Carboxy-6-chlorphthalamidsäure, 3-Methylphthalamidsäure, 4-A'thylphthalamidsäure, 6-tert.-Butylphthalamidsäure, 4-Hatriumcarboxylatophthalamidsäure, 4-n-Propyl-5-chlorphthalamidsäure.

Als Polymerisationsinhibitoren werden Stoffe, die die Polymerisation von Monomeren verhindern bzw. stark verzögern und so in Bezug auf die Monomere als Stabilisatoren wirken, verwendet. Die Stoffe können gasförmig, fest oder flüssig sein, bevorzugt kommen solche, die die Polymerisation von Vinylverbindungen, und insbesondere solche, die die radikalische Polymerisation inhibieren, in Frage. Vorteilhaft werden als Inhibitoren verwendet: Natriumnitrit oder anorganische Verbindungen des zweiwertigen Schwefels, bevorzugt Schwefelwasserstoff, Alkalisulfide, z.B. Natriumsulfid oder Kaliumsulfid, Alkalihydrogensulfide, z.B. Lithiumhydrogensulfid, Natriumhydrogensulfid, Kaliumhydrogensulfid, Ammoniumsulfid, Ammoniumpolysulfid, ver-

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wendet. Auch Verbindungen die nur einen Teil des Schwefels im Molekül in zweiwertiger Form enthalten, wie Alkalithiosulfate, z.B. Natriumthiosulfat, können verwendet werden. Weiterhin sind Phenol und Thiophenol zweckmäßige Katalysatoren.

Besonders vorteilhafte Katalysatoren der Reaktion sind unter den Polymerisationsinhibitoren Stickstoffverbindungen der Formel

?8

R₁₀-N-R₉ IV,

worin Ro einen aliphatischen Rest, vorzugsweise einen Alkylrest mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen, einen 6-gliedrigen, heterocyclischen Rest, der j5 Stickstoffatome enthält, insbesondere einen durch Aminogruppen substituierten Triazinylrest, den Rest 0 0

It fl

-C-O-R,-,, den Rest -C-R,,, worin R,, für einen aliphatischen

Rest, insbesondere einen Alkylrest mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen

0 H

ti I

steht, den Rest -C-N-R,₂ , worin R.p für ein Wasserstoffatom oder die Cyanogruppe steht, die Cyanogruppe, die Sulfonsäurechloridgruppe, die Sulfonsäuregruppe, den Rest »

-S"^R13 '

worin R.-, für einen aliphatischen Rest, insbesondere einen Alkylrest mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen, einen araliphatischen Rest, insbesondere einen Aralkylrest mit 7 bis 12 Kohlenstoffatomen, eine Aminogruppe oder eine Cycloalkylaminogruppe, insbesondere eine Cyclohexylaminogruppe, steht, einen Sulfonatrest, insbesondere einen Alkalisulfonatrest wie Natriumsulfonat oder Kaliumsulfonat, bedeutet, R_q einen aliphatischen Rest, vorzugsweise einen Alkylrest mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen, ein Wasserstoff-

0 H
atom, den Rest __C__N__R _} worin R₁₂ für ein Wasserstoffatom oder die Cyanogruppe steht, einen Phenylrest oder einen Cyclohexylrest bezeichnet, R₁₀ einen aliphatischen Rest, vorzugsweise einen Alkylrest mit 1 bis h Kohlenstoffatomen, ein Chloratom, ein Bromatom oder insbesondere ein Wasserstoffatom bedeutet, Rg und R„

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-^- O.Z. 30 09c

darüber hinaus auch zusammen mit dem benachbarten Stickstoffatom Glieder eines 5- oder 6-gliedrigen heterocyclischen Ringes, der noch ein Sauerstoffatom oder eine Oxogruppe oder den Rest -C-N-C-CH₀-C- oder den Rest -C-N-CH₀-CH-C!- enthalten kann,

It ! 11 C. I! tf t CL I !I

OHOO OH R₁^O

wobei R-,h eine Alkylgruppe mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen bedeutet, bezeichnen können, oder Ro, Rq und R._Q darüber hinaus auch zusammen mit dem benachbarten Stickstoffatom einen bicyclischen oder tricyclischen Rest, der noch 1 bis 3 Stickstoffatome enthalten kann, vorzugsweise einen bicyclischen oder tricyclischen Rest mit 2 bis 4 Stickstoffatomen und 3 bis 6 Kohlenstoffatomen bedeuten können. Die vorgenannten bevorzugten Ringe und Reste können noch durch unter den Reaktionsbedingungen inerte Gruppen, z.B. Alkylgruppen mit 1 bis 3 Kohlenstoffatomen, substituiert sein. Die Ringe können Doppelbindungen enthalten. Die Stickstoffverbindungen können auch in Form ihrer Salze, z.B. p-Toluolsulfamid in Gestalt von Chloramin T, verwendet werden.

Bevorzugte Katalysatoren der Reaktion sind insbesondere

CH₀-CH₀
Di-aza-bicyclo 12,2,2!octan N-CH₂-CH₃-N , Natriumthiosulfat,

NH₀

^c:

Phenol, Thiophenol, Melamin H₀N-C N , Harnstoff,

^ά "N-C⁷

'NH₀ 0

It

Cyanharnstoff H₂N-C-NH-CN , Trimethylamin, N,N'-Bicyclohexylsulfamid C₆H₁₁-NH-SO₂-NH-CgH₁₁ , Natriumhydrogensulfid,

?\ CH₃ 0

Thymin mf *J , Acetanilid, Sthylurethan H₂N-C-O-C₂H₅

n-Propylaminosulfochlorid, Biuret NH₂-CO-NH-CO-NH₂ , Isopropylaminosulfonsäure (CH,)pCH-NH-SO,H , Urotropin,

Cyanamid H₂N-C=N , p-Toluolsulfamid, Pyrrolidon,

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H O

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Barbitursäure O=/ ) , N-A'thylacetamld, Morpholin, Piperidin,

Triäthylamin, n-Butylsulfamid, Methansulfonsäureamid,

Chloramin T CH₃^Q/-SO₂-NH Na , Natriumnitrit.

Als Katalysatoren kommen die Polymerisationsinhibitoren im allgemeinen In einer Menge von 0,01 bis 20, zweckmäßig von 0,01 bis 10, vorzugsweise von 0,1 bis 2 Molprozent je Mol Ausgangsphthalamidsalz in Betracht.

zwischen

Man setzt in der Regel bei einer Temperatur/-jJO und 80°C, vorteilhaft zwischen 0 und 80°C, vorzugsweise zwischen 0 und 40⁰C, drucklos oder unter Druck, kontinuierlich oder diskontinuierlich um. Die Reaktion kann wie folgt durchgeführt werden: Ein Gemisch von Ausgangsphthalamidsalz, Katalysator und Wasser wird eine wäßrige Lösung des Hypohalogenits zugeführt und das Gemisch während einer Sekunde bis 100 Minuten, insbesondere einer Sekunde bis 1 000 Sekunden bei der Reaktionstemperatur gehalten. Dann wird der Endstoff in üblicher V/eise, z.B. durch Neutralisation des Reaktionsgemlschs mit einer geeigneten Säure wie Schwefelsäure und Filtration, isoliert.

Man kann den Katalysator, zweckmäßig im Gemisch mit Wasser, auch dem Ausgangsgemisch getrennt oder zusammen mit dem Hypohalogenit zusetzen. Je höher man die ReaktIonstemperatur wählt, desto kürzer hält man zweckmäßig die Reaktionszelt bis zur Zugabe der Säure. In einer bevorzugten. Ausführungsform, die gleichzeitig den besonders einfachen und vorteilhaften Betrieb von Anlagen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren illustriert, wird das Ausgangsphthalamidsalz zuerst aus Phthalsäureanhydrid, Ammoniak und Alkalihydroxid bei einer Temperatur von in der Regel 20 bis 80°C hergestellt und das so gebildete Reaktionsgemisch ohne Isolierung des Reaktionsproduktes direkt als Ausgangsstoff nach dem erfindungsgemäßen Verfahren umgesetzt.

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Die nach dem Verfahren der Erfindung herstellbaren Verbindungen sind wertvolle Ausgangsstoffe für die Herstellung von Farbstoffen, Pflanzenschutzmitteln und Riechstoffen. Die Isatosäureanhydride können durch Verseifung mit Alkali in die entsprechenden Anthranilsäuren übergeführt werden. Bezüglich der Verwendung wird auf die genannten Patentschriften und Ullmanns Encyklopädie der technischen Chemie, Band 3, Seite 465 ff und Band 13, Seite 499, verwiesen.

Die in den folgenden Beispielen angeführten Teile bedeuten Gewichtsteile. Sie verhalten sich zu den Volumenteilen wie Kilogramm zu Liter.

Beispiel 1

a) In ein 25°C warmes Gemisch von 84 Volumenteilen Wasser und 60,5 Volumenteilen 25-gewichtsprozentige, wäßrige Ammoniaklösung werden 60,2 Teile Phthalsäureanhydrid zugegeben. Die Lösung (pH 7,5 - 8,0) wird auf 40°C abgekühlt und weitere 60,2 Teile Phthalsäureanhydrid und 68 Volumenteile 35-gewIchtsprozentige, wäßrige Natronlauge zugesetzt. Die Temperatur steigt auf 75°C und man erhä; Dann wird das Gemisch auf 10⁰C gekühlt.

Temperatur steigt auf 75°C und man erhält eine klare Lösung.

b) Zu einer Lösung von 62 Volumenteilen der Lösung aus Beispiel la), 60 Volumenteilen Wasser und 2,4 Teilen Natriumthiosulfat bei 25⁰C gibt man eine Lösung (25°C) von 480 Volumenteilen Wasser und 78 Volumenteilen Chlorlauge (enthaltend 13,2 Teile Natriumhypohalogenit). Nach 60 Sekunden bei 33°C fügt man 15 Volumenteile 25-gewichtsprozentige, wäßrige Schwefelsäure hinzu und rührt das Gemisch 5 Minuten bei pH 7 nach. Dann wird das Gemisch abgesaugt, das Piltergut gewaschen und getrocknet. Ausbeute 21,8 Teile (99*8 Gew.Jo) Isatosäureanhydrid vom Zersetzungspunkt 235 C, entsprechend 75 % der Theorie.

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Beispiele 2-29

O.Z.

Analog Beispiel 1 werden die in der folgenden Tabelle aufgeführten Katalysatoren und Reaktionszeiten (gerechnet ab Herstellung des Ausgangsgemischs bis zur Zugabe der Säure) verwendet. In den Beispielen 14 und 15 wird der Katalysator der Chlorlauge zugesetzt.

	Teile	T a b e 1 1	Katalysator	e	Reaktions zeit in Sekunden	Ausbeute in % der Theorie
Bei spiel	1,74	Di-aza-bicyclo [2,2,2~]- octan ^L·	10	88
2	1,04	Natriumnitrit	30	41
3	1,41	Phenol	45	52
4	1,65	Thiophenol	40	57
5	1,9	Melamin	90	82
6	0,9	Harnstoff	50	61
7	1,3	Cyanharnstoff	20	78
8	0,88	Trimethylamin	100	76
9	3,66	N,N¹-Dicyclohexylsulfamld	.60	81
10	0,84	Natriumhydrogensulfid	65	77
11	1,9	Thymin	25	85
12	2,04	Acetanilld	60	73
13	1,36	Ä'thylurethan	25	59
14	2,36	n-Propylaminosulfochlorid	50	72
15	1,55	Biuret	20	65
16	2,08	Isopropylaminosulfonsäure	45	51
17	2,1	Urotropin	120	37
18	0,63	Cyanamid	110	33
19	2,57	p-Toluolsulfamid	80	35
20	1,28	Pyrrolidon	180	38
21	1,92	Barbitursäure	35	48
22	1,25	N-Ä'thylacetamid	80	39
23	1,3	Morpholin	80	33
24	1,28 1,5 2,28 1,42	Piperidin Trläthylamln n-Butylsulfamid Methansulfonsäureamid	95 90 40 50	31 50 35 43
25 26 27 28	2,9	Chloramin T	25	38
29

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Claims

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Weitere Ausgestaltung des Verfahrens zur Herstellung von unsubstituiertem oder substituiertem Isatosäureanhydrid durch Umsetzung von phthalamidsaurem Alkali mit Hypohalogeniten in wäßrigem Medium, wobei man das Alkalisalz der unsubstituierten oder substituierten Phthalamidsäure in Gegenwart von Brom, Jod und/oder Halogenamiden der Formel

^Ri
¹ -¹-

X-N-R,

^l2

worin R, eine Sulfonsäuregruppe, einen Sulfonatrest, eine Sulfonamidgruppe bezeichnet, Rp ein Wasserstoffatom, ein Chloratom oder Bromatom bedeutet, X ein Chloratom, Bromatom oder Wasserstoffatom bezeichnet, R₁ und R„, darüber hinaus auch zusammen mit dem benachbarten Stickstoffatom Glieder eines heterocyclischen Restes, der mindestens eine dem Stickstoffatom benachbarte Sulfongruppe oder Phosphonylgruppe der Formel 0

worin R^ für ein Wasserstoffatom oder ein Alkaliatom steht, enthält, bezeichnen können, oder FL und Rp zusammen auch den Rest -C-Ri₁-C- bedeuten können, worin R,. für einen Alkylen-0 0

rest, den Rest -N-C-N- oder den Rest -N

I Il I ! -rf

R.O R. R₁. ^K6

5 5" 5

R₁- für ein Wasserstoff atom, ein Chloratom oder Bromatom und R.-, für einen aliphatischen Rest stehen, umsetzt, nach Patent (Patentanmeldung P 22 58 150.6), dadurch gekennzeichnet, daß man anstelle der Halogenamide I Polymerisationsinhibitoren verwendet.

BASF Aktiengesellschaft , /

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