DE2352187A1

DE2352187A1 - Verfahren zur herstellung von 2-nitro4-amino-n-phenylanilin

Info

Publication number: DE2352187A1
Application number: DE19732352187
Authority: DE
Inventors: Milos S Bil
Original assignee: Bristol Myers Co
Current assignee: Bristol Myers Co
Priority date: 1972-10-30
Filing date: 1973-10-18
Publication date: 1974-05-09
Also published as: FR2204612B1; FR2204612A1; DE2352187C2; ZA738339B; IE38433L; CH602568A5; AU6050373A; CA1005826A; IE38433B1; GB1405222A

Description

Dr. Ing. H. Ueae.idanti ^

Dip«. Ing. H. Hauck - Oip8 Phys. W. Schmitz 235 2187

Dipl.lng.E.Graaiii-Dipl. irg. " 'Vehnert S München 2, Mozart .·—«* *S T«5*fon 53S0586

Eristol-Myers Company

345 Park Avenue

New York, N.Y. Ioo22 17. Oktober 1973

USA Anwaltsakte M-2822

Bristol-Myers Company, New York (üSA)

Verfahren zur Herstellung von 2~Nitro-4-amino-N™phenylanilin

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von 4-Amino-2-nitro-diphenylamin der Formel

welches auch als 2-Nitro-4-amino-N-phenylanilin bezeichnet wird, wie nun im vorliegenden Patent. Diese Verbindung kann zur Rotfärbung menschlicher Haare verwendet werden, und kann auch als Komponente in Haar-Färbekompositionen zur Verleihung von natürlichen Färbtönen des Haares, insbesondere für das lebendige Haar, verwendet werden.

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Verfahren zur Herstellung von 2-Nitro-4-amino-N-phenylanilin wurden bereits im US Patent Nr. 3,008,978 (vergleiche Beispiele 4 und 5) beschrieben. Diese Verfahren basieren auf der katalytischen Hydrierung von N-Phenyl-2,4-dini.troanilin zum 2-Nitro-4-amino-N-phenylanilin. Dieses Verfahren ergibt aber nur eine geringe Ausbeute an gewünschtem Produkt, nämlich etwa 20% berechnet auf das reine Produkt.

In der US Patentanmeldung Nr. 230,042 vom 28. Februar 1972 wird ein Verfahren zur Herstellung von 2-Nitro-4-amino-N-phenylanilin beschrieben, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass 4-Fluor-3-nitroanilin (0,60 Mol) mit Anilin (2,42 Mol) bei 120⁰C umgesetzt wird. Nach diesem Verfahren erhält man dunkel gefärbtes kristallines Material, welches in der Siedehitze mit verdünnter Chlorwasserstoffsäure behandelt wird, dann heiss filtriert und bei Abkühlung aus der Lösung gelbbraune Kristalle des reinen Hydrochloridsalzes ausscheidet«, Die Ausbeute nach diesem Verfahren ist jedoch, obwohl besser als diejenige die nach dem genannten US Patent erhalten wird, noch unbefriedigend und beträgt ungefähr 42%. Ferner ist das Trennungsverfahren zeitraubend und deshalb unwirtschaftlich.

Es wurde nun gefunden, dass die Ausbeute an gewünschtem Produkt, d.h. an 2-Nitro-4-araino-N-pheny!anilin bedeutend verbessert werden kann, wenn die Umsetzung bei einer Temperatur von mindestens etwa 140⁰C und ein molares Verhältnis von Anilin zu 4-Fluor-3-nitroanilin von mindestens 5:1 angewendet wird. Es wurde festgestellt, dass die Ausbeute noch weiter gesteigert werden kann, wenn das gewünschte Produkt in Gegenwart von Schwefelsäure auskristallisiert wird. Es wurde ferner festgestellt, dass die Korrosion der verwendeten Siedegefässe in einem solchen Prozess merklich herabgesetzt werden kann, wenn ein Bindemittel für die entstehende Fluorwasserstoffsäure während der Umsetzung dem Reaktionsgemisch zugesetzt wird (z.B. ein anorganisches Salz, welches mit der Fluorwasserstoffsäure unter Bildung eines unlöslichen Fluorides reagiert).

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Das erfindungsgemasse Verfahren zur Herstellung von 2~Nitro-4-amino-N-phenylanilin ist nun dadurch gekennzeichnet, dass man 4-Fluor-3-nitroanilin mit Anilin bei einer Temperatur von mindestens etwa 140⁰C und bei einem molaren Verhältnis von Anilin zu 4-Fluor-3-nitroanilin von mindestens 5:1 umsetzt.

Bei der Umsetzung von 4-Fluor-3~nitroanilin mit Anilin finden drei Reaktionen statt:

a) Eine nukleophile Abtrennung des aktivierten Fluoratoms durch Anilin;

b) Oxidation von Anilin durch unreagiertes Fluornitroanilin (dieses Produkt ist in Dimethylformamid, Aceton oder Isopropanol unter Bildung einer blau gefärbten Lösung löslich und kann durch heisse Filtration des angesäuerten Reaktionsgemisches abgetrennt werden)}

c) Bildung eines dunklen Harzes, welches in Salzsäure und Isopropanol unlöslich ist, jedoch nach dem gleichen Verfahren gemäss b) aus dem Reaktionsgemisch entfernt werden kann.

Die nach diesem Verfahren erhältliche Ausbeute kann der Tatsache zugeschrieben werden, dass die höhere Reaktionstemperatur, d.h. mindestens 140 C und der hohe molare Ueberschuss an Anilin im Verhältnis zum 4-Fluor-3-nitroanilin, d.h. mindestens 5:1, die Umsetzung gemäss a) begünstigt bzw. die Umsetzung beschleunigt und dadurch zur vorherrschenden Reaktion wird. Dies erfolgt zum grossen Teil auf Kosten der Reaktion b), welche unter den genannten Bedingungen bedeutend langsamer verläuft und deshalb nur einen kleinen Teil der Umsetzung der Gesamtreaktion ausmacht, und bis zu einem gewissen Grade auf Kosten der Reaktion c) erfolgt.

Im allgemeinen kann die Umsetzung bei einer Temperatur zwischen 140 und 150 c durchgeführt werden. Um jedoch die besten Ausbeuten zu erhalten, ist eine Umsetzungstemperatur von etwa 140⁰C am vorteilhaftesten, weil dabei eine Sublimation und Zersetzung des Ausgangsstoffes auf ein Minimum herabgesetzt werden kann.

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Wie bereits erwähnt, ist die Anwendung eines molaren Ueberschusses an Anilin gegenüber dem 4-Fluor-3-nitroaniiin von mindestens 5:1 erforderlich. Dieser Anilinüberschuss, der einerseits die Ausbeute an gewünschtem Produkt beeinflusst, wirkt auch als Reaktionsmedium und wird bei der Dampfdestillation teilweise zurückgewonnen. Gewöhnlich ist es von Vorteil, ein molares Verhältnis von Anilin zu 4-Fluor-3-nitroanilin im Bereiche von etwa 5:1 bis 6:1 anzuwenden, wobei optomale Resultate bei einem molaren Verhältnis von 5:1 erhalten werden.

Die Wirkung des molaren Verhältnisses von Anilin zu 4-Fluor-3-nitroanilin wird in der unten stehenden Tabelle veranschaulicht. Unter Verwendung des Verfahrens gemäss Beispiel 2 zur Herstellung der gewünschten Verbindung in Form deren Salze und unter Verwendung des Verfahrens gemäss Beispiel 3 zur Gewinnung der gewünschten Verbindung in Form ihrer freien Base, wurde die Umsetzung mit 4 verschiedenen molaren Anilin zu 4-Fluor-3-nitroanilin-Verhältnissen mehrmals durchgeführt. Das Verfahren und die Aufarbeitung des Reaktionsproduktes waren stets dieselben, es wurde also nur das Molverhältnis der Ausgangsstoffe verändert. Die Ausbeuten im Bereiche von 58 bis 6 3% für das Kolverhältnis von 5:1 ist das Resultat von fünf Versuchen bei gleichbleibendem Molverhältnis der Ausgangsstoffe.

tolverhältnis Anilin/4-Fluor- 3-nitroanilin	% Ausbeute an 2-Nitro-4-amino-N- phenylanilin (in Form der freien » Base
3,5 : 1	41
4,2 : 1	45
5 : 1	58-63
8 : 1	56

Gemäss einer besonderen Ausführungsart des erfindungsgemässen Verfahrens wird das Produkt in Gegenwart einer kleinen Menge

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ORfQlNAL INSPECTED

Schwefelsäure auskristallisiert. Dabei wird nach der umsetzung des Anilins mit dem 4-Fluor-3-nitroanilin und Entfernung des Anilinüberschusses, das Reaktionsgemisch mit wässriger Chlorwasserstoffsäure verdünnt und zur Ueberführung des 2-Nitro-4-amino-N-phenylanilins in das entsprechende Hydrochlorid im wässrigen Hydrochlorid-Medium erhitzt. Bei Kühlung scheidet sich festes Hydrochlorid aus der Lösung auc. Es wurde jedoch festgestellt, dass die Ausbeute an gewünschtem Produkt weiter verbessert werden kann, wenn das Hydrochlorid aus einem wässrigen sauren Medium zur Kristallisation gebracht wird, welches eine kleine Menge an Schwefelsäure enthält. Diese Schwefelsäuremenge kann in gewissen Grenzen schwanken, jedoch wird gewöhnlich ein Zusatz von 20 bis 30 g Schwefelsäure (98%ig) auf 100 g Chlorwasserstoffsäure (36%ig), vorzugsweise 25 g Schwefelsäure auf 100 g Chlorwasserstoffsäure, verwendet.

Ausser der Verbesserung der Ausbeute an gewünschtem Produkt bringt die Kristallisation des Hydrochlorides aus einem wässrigen Schwefelsäure enthaltenden Medium, was die Auskristallisation eines Gemisches an Hydrochlorid und Sulfat des 2-Nitro-4-amino-N-phenylanilins bewirkt, noch weitere Vorteile. Beim Trocknen des einfachen nassen Hydrochlorides bei erhöhter Temperatur unter Vakuum, erfolgt eine leichte Verkohlung. Dies wird jedoch vermieden, wenn das Hydrochlorid aus einem Schwefelsäure enthaltenden wässrigen Medium auskristallisiert wird. Es wurde ferner festgestellt, dass das Produkt aus der genannten Schwefelsäure haltigen Lösung viel rascher abfiltriert und gewaschen werden kann, so dass auch dadurch ein wirtschaftlicher Vorteil erwächst.

Wenn erwünscht, kann das nach einer besonderen Ausführungsart des erfindungsgemässen Verfahrens erhaltene Hydrochlorid oder Hydrochlorid-Sulfatgemisch des 2-Nitro-4-amino-N-phenylanilins nach irgend einem bekannten Verfahren in die entsprechende freie Base übergeführt werden. Das typische Verfahren ist dabei die

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Herstellung eines Breies des Hydrochlorids oder Hydrochloridsulfat-Geinisches in Wasser und Zusatz einer genügenden Menge an Base (z.B. Ammoniak, ein Alkalicarbonat oder Alkalibicarbonat) wobei der Brei alkalisch gemacht und daraus die ausgeschiedene freie Base gewonnen wird.

Gemäss einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens wird dem Reaktionsgemisch ein Mittel zur Bindung der entstehenden Fluorwasserstoffsäure zugesetzt, um eine Korrosion des Reaktionsgefässes zu verhindern. Fluorwasserstoffsäure wird während der ganzen Umsetzung als gasförmiges Nebenprodukt erzeugt. Anfänglich wird es durch das vorliegende Anilin unter Bildung von Anilinhydrofluorid gebunden, es zersetzt sich aber unmittelbar darauf infolge der hohen Reaktionstemperatur in seine Komponenten und die Fluorwasserstoffsäure entweicht aus der flüssigen Phase. Aus diesem Grunde kann ein Ueberschuss an Anilin nicht als zweckmässiger Fluorwasserstoff-Binder funktionieren. Hingegen haben sich zu diesem Zweck anorganische Salze, welche unter Bildung eines in verdünnter Mineralsäure unlöslichen Fluorides zu reagieren vermögen, sehr gut bewährt. Beispiele für solche anorganische Salze sind Kaliumcarbonat, Magnesiumcarbonat, etc.

Die Menge die an Fluorwasserstoff bindendem Mittel dem Reaktionsgemisch zugesetzt werden kann, kann in gewissen Grenzen variieren. Es ist dabei jedoch nötig, dass diese Menge mindestens genügen soll, ist es von Vorteil, dass ein kleiner ueberschuss am genannten Binder über die theoretisch'notwendige Menge eingesetzt wird. Im allgemeinen wird das Molverhältnis an anorganischem Salz (z.B. CaCO. zum 4-Fluor-3-nitroanilin im Bereiche von 0,5:1 bis 0,3:1, vorzugsweise 0,55:1, betragen. Die Umsetzung zwischen 4-Fluor-3-nitroanilin mit Anilin wurde auch unter Verwendung von Dimethylformamid als Reaktionsmedium untei°sucht. Es wurde jedoch dabei weder eine merkliche Ausbeuteerhöhung noch eine Erhöhung der Reaktionsgeschwindigkeit gefunden, was bisweilen durch die Verwendung dieses aprotischen Lösungsmittels fest-

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gestellt werden kann.
Beispiel 1

93,6 g (O,6 Mol) 4-Fluor-3-nitroanilin und 279 g (3,0 Mol) Anilin wurden zusammen auf 140 C während 21ty2 Stunden erhitzt. Hierauf wurde nicht umgesetztes Anilin mittels Dampfdestillation weitgehend entfernt. Es wurden 4,900 Liter Destillat erhalten, wovon 120 ml Anilin. Das im Destillierkolben verbleibende Gemisch (ca. 120 ml) wurde mit Wasser auf ein Volumen von 3,000 ml gebracht und dazu 160 ml konzentrierte Chlorwasserstoffsäure gegeben und die Lösung hierauf auf 90⁰C erhitzt. Nachdem das Gemisch während 15 Minuten auf dieser Temperatur gehalten wurde, wurde heiss filtriert.

Auf dem Filter blieb ein beinahe schwarzer Rückstand (28,9 g nach Trocknung), welcher etwas Produkt enthielt und zusätzlich eine dunkelblaue Verbindung, weiche in Alkohol unlöslich war.

Das Filtrat wurde auf 8°C unter Rühren abgekühlt, wodurch ein gelber Brei entstand, der abfiltriert und zehnmal mit je 50 ml kaltem Wasser gewaschen, um den Fluornitroanilin-Ausgangsstoff zu entfernen, d.h. bis das Wasser nur noch schwach sauer reagierte. Dann wurde der gelbe Kuchen zuerst bei 45 C an der Luft und hierauf in einem Exciccator über Schwefelsäure bis zu konstantem Gewicht getrocknet.

Die Ausbeute betrug. 90,6 g an 2-Nitro-4-aminQ-N-phenylanilin-Hydrochlorid entsprechend der Bruttoformel C₁₂H₁₁N₃O₃-HCl (N theoretisch = 15,8%, gefunden = 16,4) entsprechend 5S_y9% der Theorie. Das Produkt erwies sich als chromatographisch rein.

Beispiel 2

187,2 g (1,2 Mol) 4-Fluor-3-nitroanilin und 558 g (6 Mol) Anilin wurden zusammen*auf 140⁰C während 24 bis 26 Stunden erhitzt.

Hierauf wurde das nicht reagierte Anilin mittels Destillation

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gründlich entfernt und der Rückstand im Destillationskolben auf 6,6 Liter mit Wasser verdünnt. Hierauf wurden 320 ml konzentrierte Chlorwasserstoffsäure zugesetzt und das Gemisch auf 90⁰C erhitzt. Das Gemisch wurde während einer halben Stunde auf dieser Temperatur belassen, dann heiss filtriert und das Filtrat auf 50⁰C abgekühlt. Es wurden 50 ml konzentrierte Schwefelsäure zugesetzt und die Reaktionsmischung bis auf 5 C abgekühlt. Es entstand ein hellgelber Brei, welcher abfiltriert wurde, worauf der Filterkuchen wie in Beispiel 1 angegeben, gründlich gewaschen wurde, bis alles nicht umgesetzte Fluornitroanilin entfernt und das Waschwasser nur noch schwach sauer reagierte. Nach Vortrocknung des Produktes bei 45 C an der Luft wurde es im Vakuum zwischen 60 und 80⁰C fertig getrocknet. Die Ausbeute betrug 191 bis 216 g an gelben kleinen Kristallen, welche einen Schmelzpunkt von ca. 230 C aufwiesen, und das Hyärochlorid und einer geringen Menge an Sulfat des gewünschten 2-Nitro-4-amino-N-phenyianilins darstellte. Das Produkt war chromatographisch rein. Berechnet auf die freie Base betrug die Ausbeute 58 bis 63% der Theorie.

Beispiel 3

Der gemäss Beispiel 2 erhaltene sorgfältig gewaschene Filterkuchen aus dem Gemisch des Hydrochlorids und Sulfates wurde in 1700 ml Wasser bei Raumtemperatur fein aufgeschlemmt. Hierauf wurden 55 ml konzentriertes Ammoniak zugesetzt, bis die Aufschlemmung dauernd alkalisch reagierte. Man erhielt einen rotbraunen Brei, der abfiltriert und mit Wasser bis zur neutralen Reaktion gewaschen und hierauf bei 70 bis 80⁰C im Vakuum getrocknet wurde. In fünf Versuchen wurden zusammen eine Ausbeute von 159 bis 174 g (= 58 bis 63% der Theorie) an rot-braunem mikrokristallinem Pulver der freien Base erhalten, welche einen Schmelzpunkt von 102 bis 103 C (korrigiert) aufwies.

Beispiel 4

187,2 (1,2 Mol) 4-Fluor-3-nitroanilin und 558 g (6 Mol) Anilin

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und 66 g (0,66 Mol) Kaliumcarbonat in Form eines feinen Pulvers wurden zusammen auf 140⁰C während 26 Stunden erhitzt» Die Aufarbeitung des Produktes erfolgte gemäss Beispiel 3.

Das Endprodukt, d.h. die freie Base, mit einem Schmelzpunkt von 101 bis 103⁰C (korr.) enthielt als Verunreinigung etwas Kalziumsulfat. Ein reines Produkt kann durch Extraktion mit einem geeigneten Lösungsmittel erhalten werden, z.B. mit Alkohol, Aceton, Aethylacetat etc.

Während der ganzen Reaktionszeit wurde nur eine minimale Azidität in der Dampfphase beobachtet (pH ca. 6,5 bis 6,8), währenddem ohne CaCO₃~Zusatz der pH 4,5 bis 5 betrug.

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Claims

- 1 ο -Patentanwälte

Dr. Ing. H. Necendank

Did. Ing. H. Haudc - Dipi. Ρηγβ. W. Schmitz

Dipl.Ing.E.Graalfs-Dipl. Ing. W. Wehnert

8 München 2, MozartstraBe 25

„ . , „ Telefon 5380586

Bristol-Myers Company

Park Avenue 17. Oktober 197 3

New York, N.Y. Ioo22, USA Anwaltsakte M-2822

Patentansprüche

1.} Verfahren zur Herstellung von 2-Nitro-4-amino-N-phenylanilin,

dadurch qekennzeichnet, daß man 4-Fluor-3-nitroanilin mit Anilin bei einer Temperatur von mindestens etwa I4o C und bei einem molaren Verhältnis von Anilin zu 4-Fluor-3-nitroanilin von mindestens 5:1 umsetzt.

.2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Umsetzung in Gegenwart eines anorganischen Salzes durchführt, welches befähigt ist, sich unter Bildung eines in verdünnter Mineralsäure unlöslichen Fluorides mit der aus der Umsetzung entstehenden Fluorwasserstoffsäure zu reagieren.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man aus dem Reaktionsgemisch mittels Chlorwasserstoffs^ure nicht umgesetztes Anilin entfernt, das dabei aebildete 2-Nitro-4-ainino-N-nhenvlanilin-hvdrochlorid auflöst bzw. extrahiert und aus diesem Extrakt das 2-Nitro-4-amino-N-phenvlanilin in Form des Hvdrochlorids gewinnt.

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4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch qekennzeichnet, daß man dem Extrakt Schwefelsäure zusetzt und das gebildete 2-Nitro-4- ^; ar'ino-N-phenvlanilin in Form eines Hydrochlorid-Sulfat-Heirniiscnes gewinnt. . " ;

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis H-, dadurch gekennzeichnet, daß pan die Umsetzung bei einer Temperatur im Bereich von etwa 14o und 15o C und bei einem Molverhpltnis von Anilin zu 4-Fluor-3-nitroanilin von etwa 5:1 bis 6:1 durchführt.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch aekennzeichemt_# daß man das erhaltene Hvdrochlorid-Sulfat-Gemisch mit einer Base behandelt und das 2-Nitro-4-amino-N-r>henylanili3i in Form der freien Base crewinnt...

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ORJGiNÄL INSPECTED