DE2614242C3 - Verfahren zur Herstellung von Acylcyaniden - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von AcylcyanidenInfo
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C07—ORGANIC CHEMISTRY
- C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
- C07C253/00—Preparation of carboxylic acid nitriles
- C07C253/14—Preparation of carboxylic acid nitriles by reaction of cyanides with halogen-containing compounds with replacement of halogen atoms by cyano groups
Description
O
R_C_x (II)
R_C_x (II)
R die oben angegebene Bedeutung hat und |
X für Halogen steht,
mit Alkalicyaniden oder wasserfreier Blausäure, gegebenenfalls in Gegenwart eines Verdünnungsmittels,
dadurch gekennzeichnet, daß man stöchiometrische Mengen an Säurehalogenid und Alkalicyanid
oder wasserfreier Blausäure oder das Säurehalogenid im Überschuß einsetzt und die Umsetzung in Gegenwart
katalytischer Mengen von Kupfer(I)-cyanid, Kupfer(II)-cyanid, Zinkcyanid oder deren Komplexverbindungen
mit Alkalicyaniden bei Temperaturen zwischen 100 und 3000C durchführt
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von teilweise bekannten Acylcyaniden,
welche als Ausgangsstoffe zur Synthese von Herbiziden verwendet werden können.
Es ist bereits bekannt, daß sich Acylcyanide durch Umsetzung von Acylhalogeniden mit Metallcyaniden
herstellen lassen (vgl. Angew. Chem. 68. 425—435 [1956]). Dieses Verfahren weist jedoch eine Reihe von
Nachteilen auf. So ist es zum Beispiel aufwendig und technisch nur schwer durchführbar, denn es handelt sich um
eine Zwei-Phasen-Reaktion, bei der ein Feststoff mit einer Flüssigkeit bzw. mit einer in Lösung vorliegenden
Substanz umgesetzt wird. Außerdem liefert die Umsetzung kein einheitliches Reaktionsprodukt, sondern ein
schwierig aufzutrennendes Substanzgemisch, das neben dem jeweiligen Acylcyanid auch eine größere Menge
eines entsprechenden Dimeren enthält. Demgemäß sind die Ausbeuten an Acylcyanid relativ gering. Ein weiterer
Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, daß das bei der Aufarbeitung anfallende Waschwasser vor dem
Ableiten einer gründlichen Reinigung unterzogen werden muß, weil es noch erhebliche Mengen an hochgiftigen
Metallcyaniden enthält, die bei der Umsetzung im Überschuß verwendet werden.
Ferner ist bekannt, daß man Aroylcyanide durch Umsetzung von Arylcarbonsäurechloriden mit Blausäure in
Gegenwart von Pyridin als säurebindendem Mittel in absolutem Äther synthetisieren kann (vgl. Angew. Chem.
68, 425—435 [1956]). Auch dieses Verfahren ist mit mehreren Nachteilen verbunden. So ist es zunächst nicht
allgemein anwendbar. Darüber hinaus ist es technisch recht aufwendig, weil die Arbeiten mit dem stark toxi-
sehen Pyridin und mit dem leicht entflammbaren Äther besonders hohe Sicherheitsvorkehrunger. erfordern. Im
übrigen ist auch hier eine gründliche Reinigung des bei der Aufarbeitung anfallenden Waschwassers wegen des
darin gelösten Pyridins unumgänglich. Nachteilig ist ebenfalls, daß sich während der Reaktion eine beachtliche
Menge an dimerem Aroylcyanid bildet, denn dadurch wird sowohl die Au-rbeute an Aroylcyanid stark herabgesetzt,
als auch dessen Isolierung erschwert.
Es wurde nun gefunden, daß man die teilweise bekannten Acylcyanide der Formel
Ii
R-C-CN (1)
in welcher
R für einen gegebenenfalls substituierten geradkettigen oder verzweigten Alkylrest mit 4 bis 8 Kohlenstoffatomen,
einen gegebenenfalls substituierten Cycloalkylrest mit 3 bis 12 Kohlenstoffatomen, einen gegebenenfalls
substituierten Arylrest oder einen gegebenenfalls substituierten 5- oder 6gliedrigen heterocyclischen Rest mit I
bis 3 Heteroatomen steht, wobei jeweils die Substituenten Alkoxy- oder Carbalkoxygruppen mit 1 bis 4 «,
Kohlenstoffatomen im Alkoxyrest, Nitro, Nitril und/oder Halogen und außer beim substituierten Alkylrest auch I
einen Alkylrest mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen bedeuten können, "
durch Umsetzung von entsprechenden Säurehalogeniden der Formel
Il
R — C — X (Π)
in welcher
R die oben angegebene Bedeutung hat und
X für Halogen steht,
X für Halogen steht,
mit Alkalicyaniden oder wasserfreier Blausäure, gegebenenfalls in Gegenwart eines Verdünnungsmittels, erhält,
wenn man stöchiometrische Mengen an Säurehalogenid und Alkalicyanid oder wasserfreier Blausäure oder das
Säurehalogenid im Oberschuß einsetzt und die Umsetzung in Gegenwart katalytischer Mengen von Kupfer(I)-cyanid,
Kupfer(II)-cyanid, Zinkcyanid oder deren Komplexverbindungen mit Alkalicyaniden bei Temperaturen
zwischen 100 und 300° C durchführt
Es ist als ausgesprochen überraschend zu bezeichnen, daß Acylcyanide der Formel I nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren in hoher Ausbeute und ausgezeichnete- Reinheit zugänglich sind, denn im Hinblick auf den
bekannten Stand der Technik war zu erwarten, daß bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die gleichen Schwierigkeiten
auftreten würden wie bei der analogen Umsetzung von Acylhalogeniden mit Alkali- bzw. Schwermetallcyaniden
im Zweiphasensystem.
Insbesondere war keineswegs vorauszusehen, daß sich die Bildung von unerwünschten dimeren Acylcyaniden
bei Verweruäuig von Alkalicyaniden oder Blausäure in Gegenwart von katalytischen Mengen von Kupfer(I)-cyanid,
Kupfer(i!}-cyanid, Zinkcyanid oder deren Komplexverbindungen mit Alkalicyanide.", völlig unterdrücken
läßt
Das erfindungsgemäße Verfahren besitzt eine Reihe von Vorteilen. So ist es nicht auf die Synthese weniger
bestimmter Verbindungen beschränkt, sondern es läßt sich sehr breit anwenden. Ganz abgesehen davon ist es
auch im technischen Maßstab in relativ einfacher Weise durchführbar. Die Acylcyanide fallen bei dem erfindungsgemäßen
Verfahren — wie bereits erwähnt — in hoher Ausbeute und ausgezeichneter Reinheit frei von
störenden Nebenprodukten an. Ein zusätzlicher entscheidender Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens
besteht darin, daß die Aufarbeitung keine Probleme bietet
Die im Verlauf der Reaktion entstehenden Alkalihalogenide werden durch Filtration von dem Acylcyanid
abgetrennt, und das Filtrat wird einer einfachen fraktionierten Destillation unterworfen. Die entstehenden
Alkalihalogenide sind umweltfreundliche Substanzen und bedeuten deshalb keine Belastung für die Umwelt.
Wird bei der Umsetzung von Acylhalogeniden Blausäure in Gegenwart der genannten Metallcyanide verwendet,
so können die entstehenden Halogenwasserstoffsäuren gewonnen und anderweitig verwendet werden. Das
erfindungsgemäße Verfahren stell* somit eine wertvolle Bereicherung der Technik dar.
Verwendet man Benzoylchloriu und wasserfreie Blausäure als Ausgangsstoffe und Kupfer(I)-cyanid als Kata-Iysator,
so kann der Reaktionsverlauf durch das folgende Formelschema wiedergegeben werden:
COCl
* * ^^ » ■ III VV ^rm% m
Bei Anwendung von Benzoylchlorid und Natriumcyanid in Gegenwart katalytischer Mengen von Zink(II)-cyanid
kann der Reaktionsverlauf durch das folgende Schema wiedergegeben werden:
45 COCl COCN
+ NaCN Il I + NaCl
ψ \y [Zn(CN)2]
M
Die als Ausgangsstoffe verwendeten Säurehalogenide sind durch die Formel II allgemein definiert. In dieser
Formel steht R für geradkettiges oder verzeigtes Alkyl rrit 4 bis 8 Kohlenstoffatomen, wobei jeder dieser
Alkylreste substituiert sein kann durch Alkoxy mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen, Carbalkoxy mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen
in der Alkoxygruppe, Nitro, Nitril und/oder Halogen, z. B. Fluor, Chlor, Brom oder Jod. Ferner steht
R für gegebenenfalls durch Alkyl, Alkoxy oder Carbalkoxy mit jeweils 1 bis 4 Kohlenstoffatomen, Nitro, Nitril
und/oder Halogen, z.B. Fluor, Chlor oder Brom, substituiertes Cycloalkyl mit 3 bis 12 Kohlenstoffatomen,
vorzugsweise mit 5 oder 6 Kohlenstoffatomen im Ringsystem. Weiterhin steht R für gegebenenfalls durch Alkyl,
Alkoxy oder Carbalkoxy mit jeweils 1 bis 4 Kohlenstoffatomen, Nitro und/oder Halogen, z. B. Fluor, Chlor oder
Brom, substituiertes Aryl, insbesondere Phenyl oder Naphthyl. Schließlich steht R vorzugsweise für gegebenenfalls
durch Alkyl, Alkoxy oder Carbalkoxy mit jeweils 1 bis 4 Kohlenstoffatomen, Nitro, Nitril und/oder Halogen,
z. B. Fluor, Chlor oder Brom, substituierte 5- oder 6gliedrige heterocyclische Reste, die 1 bis 3 Heteroatome, wie
Sauerstoff, Schwefel und/oder Stickstoff, im Ring enthalten können. Als Beispiele für insbesondere in Frage
kommende heterocyclische Reste seien genannt:
Morpholyl, Imidazoyl, Pyrazolyl, Pyrrolyl, Isoxazolyl, Piperidyl, Oxazolyl, 1,2,4-TriazoI-l-yl, l,2,4-Triazol-4-yl1
1,2,3-Triazolyl, 1,2,4-Thiadiazol-2-yl, Benzimidazolyl und Furyl.
X steht in der Formel II vorzugsweise für Fluor, Chlor oder Brom.
Die als Ausgangsstoffe zu verwendenden Säurehalogenide der Formel II sind bekannt oder lassen sich nach
prinzipiell bekannten Methoden herstellen. Als bevorzugte Beispiele für Säurehalogenide der Formel II seien im
einzelnen genannt: Cyclohexancarbonsäurechlorid(-bromid), Cyclopentancarbonsäurechlorid(-bromid), Benzoylfluorid,
Benzoylbromid, Benzoylchlorid, m-Chlor-benzoylchlorid, 3,5-Dichlorbenzoylchlorid, Naphthalin-1-carbonsäurechlorid,
l-Phenyl-S-pyrazolon-S-carbonsäurechlorid, Terephthalsäuredichlorid und Isophthalsäuredichlorid.
Als besonders bevorzugtes Säurechlorid sei das Benzoylchlorid genannt.
Als besonders bevorzugtes Säurechlorid sei das Benzoylchlorid genannt.
Als Schwermetallcyanide, die in katalytischen Mengen verwendet werden, dienen Kupfer(I)-cyanid, Kupfer(II)-cyanid
und Zinkcyanid sowie deren Komplexverbindungen mit Alkalycyaniden, wie sie z. B. bei der
Umsetzung von Natriumcyanid mit Kupfer(I)-cyanid entstehen:
ίο 3 NaCN + CuCN — Na3Cu(CN)4
Als Verdünnungsmittel, die bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingesetzt werden
können, kommen alle inerten organischen Lösungsmittel, die weder mit den Säurechloriden noch mit den
Metallcyaniden oder Blausäure eine chemische Reaktion eingehen, in Betracht Prinzipiell ist es auch möglich,
die erfindungsgemäße Umsetzung ohne Lösungsmittel durchzuführen.
Die Reaktionstemperatur kann in einem größeren Bereich variiert v/erden. Man arbeitet bei Temperaturen
zwischen 100 und 3000C, vorzugsweise zwischen 150 und 2500C.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird im allgemeinen unter Normaldruck durchgeführt. Bei der Umsetzung
niedrigsiedender Säurechloride empfiehlt sich zur Erhöhung des Umsatzes die Anwendung von Druck.
Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens setzt man im allgemeinen stöchiometrische Mengen an Säurechlorid mit einem Alkalicyanid oder wasserfreier Blausäure in Gegenwart kp'alytischer Mengen der genannten Schwermetallcyanide um. Das Säurechlorid kann jedoch auch im Übersehet, vorteilhaft dann sogar als Lösungsmittel verwendet werden.
Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens setzt man im allgemeinen stöchiometrische Mengen an Säurechlorid mit einem Alkalicyanid oder wasserfreier Blausäure in Gegenwart kp'alytischer Mengen der genannten Schwermetallcyanide um. Das Säurechlorid kann jedoch auch im Übersehet, vorteilhaft dann sogar als Lösungsmittel verwendet werden.
Die Aufarbeitung erfolgt nach beendeter Umsetzung üblicherweise durch Destillation oder Umkristallisation.
In einer besonderen Verfahrensvariante läßt sich die erfindungsgemäße Umsetzung auch kontinuierlich gestalten.
Auch in der Gasphase kann das Gemisch aus Säurechlond und Blaussäure in Gegenwart katalytischer
Mengen der genannten Schwermeiallcyanide erfindungsgemäß umgesetzt werden.
Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren herstellbaren Acylcyanide der Formel I sind wertvolle Ausgangsstoffe
z. B. zur Synthese von l,2,4-Triazin-5-onen, welche hervorragende herbizide Eigenschaften besitzen
(vgl. DE-OS 22 24 161).
Das erfindungsgemäße Verfahren wird durch die nachfolgenden Herstellungsbeispiele veranschaulicht.
COCN
Verfahrensva iante A
In einem mit Rührer, Thermometer, Rückflußkühler und Tropftrichter bestückten 10-Liter-Vhrhalskolben
werden 703 g Benzoylchlorid (5 Mol) und 10 g Kupfer(I)-cyanid vorgelegt und auf 190°C erhitzt Innerhalb von 5
Stunden werden 200 ml wasserfreie Blausäure (5 Mol) zugetropft. Die Innentemperatur steigi innerhalb der 5
Stunden auf 2!5°C an. Die entstehende Salzsäure wird durch den Rückflußkühler entfernt, die Blausäure durch
Kühlung wieder in das Reaktionsgefäß zurückgeführt Nach beendeter Umsetzung wird fraktioniert destilliert.
Ausbeute: 624 g (95% der Theorie) Benzoylcyanid vom Schmelzpunkt 31°C.
Als Nebenprodukt entsteht in ca. 4—5% Ausbeute Benzoesäureanhydnd, das durch Destillation abgetrennt
werden kann.
Verfahrensvariante B
In einem 2-Liter-Dreihalskolben werden 703 g Benzoylchlorid (5 MoI), 220,5 g Natriurr.cyanid (95%ig)
(4,28 Mol) und 44,8 g Kupfer(I)-cyanid (0,5 Mol; a 16,9 Gew.-%) gemischt. Es tritt eine geringe Wärmetönung
auf. Unter Rühren wird die Suspension durch ein Ölbad auf eine Außentemperatur von 220—240°C gebracht.
Innerhalb von 5 Stunden steigt die Innentemperatur von 196 auf 2160C da Die schwarze, dünnflüssige Reaktionsmischung
wird kalt abgesaugt der Salzrückstand mit 250 m! Essigsäureäthylester oder o-Dichlorbenzol
gewaschen und verworfen. Das Filtrat wird, nach dem Abdestillieren des Essigsäureäthylesters, fraktioniert
Ausbeute: 604 g (92% der Theorie) Benzoylcyanid vom Schmelzpunkt 310C.
Als Nebenprodukte werden Benzoesäureanhydrid und nicht umgesetztes Henzoyichlorid erhalten.
Verfahrensvariante C (Vollständige Umsetzung von Benzoylchlorid)
703 g (5 Mol) Benzoylchlorid werden mit 245 g (4,75 Mol) Natriumcyanid (95%ig) und 22,4 g (0,25 Mol) Kupfer(I)-cyanid
(ä8,4 Gew.-°/o) gemischt.
Es wird 4 Stunden bei 220—2400C Außentemperatur gerührt, wobei die Innentemperatur von 196 auf 216°C
angestiegen ist.
Zur Umsetzung der restlichen 5% Benzoylchlorid wird weitere 2 Stunden bei 2400C Außentemperatur
gerührt, die Innentemperatur steigt von 216 auf 218°C an. Die Reaktionsmischung wird abgesaugt und mit ca.
250 ml Essigsäureäthylester oder Dichlorbenzol gewaschen. Das Filtrat wird fraktioniert.
Ausbeute: 537 g (82% der Theorie) Benzoylcyanid vom Schmelzpunkt 3 Γ C.
Als Destillationsrückstand wurde Benzoesäureanhydrid erhalten.
Verfahrensvariante D
In einem 3-Liter-Autoklav werden 241g Natriumcyanid (98%ig) (4,8 Mol) und 13,5 g Kupfer(I)-cyanid
(0,15 Mol) mit einem Liter o-Dichlorbenzol versetzt. Durch Abdestillieren von ca. 300 ml o-Dichlorbenzol wird
die Mischung entwässert. Nach Zugabe von 703 g Benzoyichiorid (5 rvioi) wird 3 Stunden auf 2ürC erhitzt. Es
stellt sich ein Druck von 2—3 bar ein. Nach dem Erkalten wird die Mischung abgesaugt. Das Filtrat wird über
eine 30-cm-Silbermantelkolonne fraktioniert.
Ausbeute: 757 g Benzoylcyanid (88% der Theorie).
Der Destillationsrückstand enthält Benzoesäureanhydrid.
175 g 3-Chlorbenzoylchlorid (1 Mol), 48,5 g Natriumcyanid (0,97 Mol) und 2,7 g Kupfer(I)-cyanid werden in
einem Dreihalskolben gemischt und unter Rühren innerhalb von 90 Minuten auf 2200C erwärmt. Durch Anlegen
von Vakuum wurde das Reaktionsprodukt von Natriumchlorid entfernt. Die fraktionierte Destillation ergab
155 g 3-ChlorbenzoyIcyanid (94% der Theorie);
Sdp.:li2-115°Cbeil2Torr.
Sdp.:li2-115°Cbeil2Torr.
Beispie! 3
175 g 4-Chlorbenzoylchlorid (1 Mol), 48,5 g Natriumcyanid (0,97 Mol) und 2,7 g Kupfer(I)-cyanid werden in
einem Dreihalskoiben gemischt und wie in Beispiel 2 behandelt. Nach der fraktionierten Destillation erhält man
158 g4-Chlorbenzoylcyanid(96% der Theorie);
Sdp.:114-116°Cbeil3Torr.
Sdp.:114-116°Cbeil3Torr.
B e i s ρ i e 1 4
In einem Dreihaiskolben mit Rührer, Rückflußkühler und Thermometer werden 203 g Isophthalsäuredichlorid
(1 Mol), 97 g Natriumcyanid (1,94 Mol) und 5,4 g Kupfer(I)-cyanid (0,06 Mol) gemischt und eine Stunde auf 230°C
erhitzt Die Reaktion ist exotherm. Nach dem Erkalten wird mit 300 ml Essigsäureäthylester versetzt und das
Natriumchlorid abfiltriert Durch fraktionierte Destillation erhält man 125 g Isophthalsäuredicyanid (68% der
Theorie);
Sdp.: 145- 15O0C bei 0,2 Torr.
Sdp.: 145- 15O0C bei 0,2 Torr.
In einem Reaktionsgefäß werden 203 g Terephthalsäuredichlorid (1 MoI), 97 g Natriumcyanid (1,94 Mol) und
5,4 g Kupfer(I)-cyanid unter Rühren gemischt und langsam auf 2200C erhitzt Es tritt eine deutlich exotherme
Reaktion auf. Nach 90 Minuten bei 276° C läßt man erkalten und versetzt mit 400 ml Aceton. Der Rückstand wird
durch Filtration abgetrennt und aus dem Filtrat durch fraktionierte Destülation das Terephthalsäuredicyanid
erhalten.
Ausbeute: 116 g Terephthalsäuredicyanid (63% der Theorie);
Sdp.: 82-900C bei 0,2 Torr;
Fp.: 134-l36°C(aus Waschbenzin).
65 Bci5pici6
Wie vorstehend beschrieben, werden 170 g p-Methoxybenzoylchlorid (1 Mol), 643 g Kaliumcyanid (0,99 Mol)
und 1,17 g Zinkcyanid (0,1 Mol) unter Rühren gemischt und eine Stunde auf 2100C erhitzt. Danach wird eine $
Destillationsbrücke angeschlossen und das Reaktionsprodukt direkt vom Rückstand getrennt. Durch anschlie- "®
ßende Fraktionierung erhält man 138 g p-Methoxybenzoylcyanid (86% der Theorie) vom Schmelzpunkt 63° C.
5 Beispiel
Wie vorstehend beschrieben, werden 184 g (1 Mol) p-Äthoxybenzoylchlorid, 62,5 g (0,96 Mol) Kaliumcyanid
und 3,6 g (0,04 Mol) K.upfer(I)-cyanid bei 215°C miteinander umgesetzt. Nach der Aufarbeitung erhält man 159 g
jf'Äthoxybenzoylcyanid (91 "/oder Theorie);
10 Schmelzpunkt 43° C.
175 g m-Chlorbenzoylchlorid (1 Mol) werden in einer Dreihalsapparatur, bestückt mit Rührer, Rückflußkühler
15 und Tropftrichter, nach Zugabe von 9 g Kupfer(I)-cyanid (0,1 Mol) auf 215°C erhitzt und durch Zutropfen von
27 g wasserfreier Blausäure (1 Mol) innerhalb von 3 Stunden zu m-Chlorbenzoylcyanid umgesetzt.
Nach der fraktionierten Destillation erhält man 144 g m-Chlorbenzoylcyanid (87% der Theorie);
Sdp.:112-114°Cbeil2Torr.
.1 45 *
Claims (1)
- Patentanspruch:Verfahren zur Herstellung von Acylcyaniden der Formel
OR--C —CN (I)in welcherίο R für einen gegebenenfalls substituierten geradkettigen oder verzweigten Alkylrest mit 4 bis 8 Kohlenstoffatomen, einen gegebenenfalls substituierten Cycloalkylrest mit 3 bis 12 Kohlenstoffatomen, einen gegebenenfalls substituierten Arylrest oder einen gegebenenfalls substituierten 5- oder 6gliedrigen heterocyclischen Rest mit 1 bis 3 Heteroatomen steht, wobei jeweils die Substituenten Alkoxy- oder Carbalkoxygruppen mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen im Alkoxyrest, Nitro, Nitril und/oder Halogen und außer beim substituierten Alkylrest auch einen Alkylrest mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen bedeuten können,
durch Umsetzung von entsprechenden Säurehakjgeniden der Formel
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