DE3307164A1

DE3307164A1 - Verfahren zur herstellung von nitrophenetolen

Info

Publication number: DE3307164A1
Application number: DE19833307164
Authority: DE
Inventors: Yoel Dr. Sasson; Shmuel. Dr. Jerusalem Zbaida
Original assignee: Gadot Petrochemical Industries Ltd
Current assignee: Gadot Petrochemical Industries Ltd
Priority date: 1982-03-03
Filing date: 1983-03-01
Publication date: 1983-09-08
Also published as: US4479015A; GB2118173B; IL65154A0; GB8304857D0; IL65154A; GB2118173A; FR2522652B1; CA1200821A; ZA83189B; FR2522652A1

Description

Die Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren zur Ethoxylierung substituierter Benzolverbindungen, insbesondere die Ethoxylierung von ortho- oder para-Chlornitrobenzol unter Bildung von ortho- oder para-Nitrophenetol in praktisch reiner Form.

¹^ p-Nitrophenetol ist ein wichtiges Ausgangsmaterial für verschiedene organische Synthesen. Einer der Hauptanwendungszwecke von p-Nitrophenetol in industriellem Maßstab ist dessen Einsatz zur Herstellung von p-Phenetidin, das ein wichtiges Zwischenprodukt bei der Her-

¹^ . stellung von Phenacetin, Phenocoll, p-Phenetylharnstoff und verschiedenen Farbstoff-Zwischenprodukten darstellt. p-Nitrophenetol dient auch als Ausgangsmaterial bei der Herstellung von Ethoxyquin, das ein

wertvolles Antioxidationsmittel ist. 20

Nach dem bekannten Herstellungsverfahren wird p-Nitrophenetol durch Ethoxilierung von p-Nitrochlorbenzol in Gegenwärt von Ethanol und Alkalien gemäß folgendem

Reaktionsschema I gewonnen:
25

^r-^ C₉Hj-OH

Cl-/ V-NO, -=-2- >

^=/ OH

Einer der Hauptnachteile dieses Verfahrens ist das Auftreten von Nebenreaktionen und insbesondere die

Bildung von Azoxyverbindungen gemäß folgendem Reaktionsschema II: 0

Cl-TV-K,. _— -R-TVs^-TV-X _ττ

* r\u Y=/ V=/

OH
worin X = Cl, OH oder OR bedeutet.

In der Literatur ist eine Vielzahl verschiedener Methoden zur Unterdrückung der Nebenreaktion II beschrieben. Diese Methoden können in zwei Hauptgruppen unterteilt werden, nämlich (a) die Durchführung der Umsetzung in Gegenwart von Luft oder anderen Oxidationsmitteln, wie dies zum Beispiel in den US-PS 3,085,113 und 3,132,180, in J.Org.Chem. 45, 2265, 1980 und in CA. 52, 16294 g beschrieben ist, und (b) die Durchführung der Umsetzung in Gegenwart von Metalloxiden und anderen Metallverbindungen wie MnO₂; Cu₂O; CuCl; CuSO., Co₃O₄ und dergleichen, wie dies in Pharmazie 24, 419, 1969 und CA. 75, 63297 w beschrieben ist. Die Ausbeuten, über die bei Durchführung dieser Methoden unter Verwendung der angegebenen Zusatzstoffe berichtet wird, liegen im Bereich von 80 bis 90 % . Der Zusatz der Metalloxide erfordert selbstverständlich einen zusätzlichen Verfahrensschritt zur Entfernung derselben aus dem Reaktions- produkt. Ein Hauptnachteil ist ferner darin zu sehen, daß kleine Mengen der Nebenprodukte gemäß obigem Reaktionsschema II nach wie vor gebildet werden, was eine Umkristallisations- oder Destillations- Verfahrensstufe

erfordert, um das reine Nitrophenetol zu erhalten. 25

Es ergibt sich somit, daß auf diesem Spezialgebiet der Technik ein Bedürfnis nach einem einfachen Verfahren zur Herstellung von reinem o- oder p-Nitrophenetol besteht, bei dem sich die Notwendigkeit zur Entfernung ^ von Zusatzstoffen wie Metalloxid- Katalysatoren aus dem Reaktionssystem erübrigt, das zu hohen Ausbeuten führt, und das einen weiteren Reinigungsschritt überflüssig macht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das im Hauptanspruch angegebene Verfahren gelöst. Es zeigte sich,

/ I

daß bei Durchführung der Umsetzung von Nitrochlorbenzol, Ethanol und Alkalihydroxid im angegebenen katalytischem Zweiphasensystem praktisch reines o- bzw. p-Nitrophenetol-Verfahrensprodukt erhalten werden kann, das vollständig frei von irgendwelchen Nebenprodukten des Azoxy-Typs ist. Auf diese Weise kann daher das entsprechende Nitrophenetolprodukt in einer nachfolgenden Verfahrensstufe, zum Beispiel einer Hydrierung bei der Herstellung von o- oder p-Phenetidin, ohne jede Reinigungsstufe direkt weiterverarbeitet werden. Offensichtlich wird bei der Durchführung des organische und anorganische Komponenten erfordernden erfindungsgemäßen Verfahrens durch die Verwendung eines katalytischen Zweiphasensystems ein inniger Kontakt zwischen den Reaktionspartnem erzielt, so' daß das gewünschte Verfahrensprodukt in sehr hohen Ausbeuten und vollständig frei von Nebenreaktionsprodukten erhalten ^wird·

Ein ähnlicher Fortschritt wurde auch in der Vergangenheit schon angestrebt durch Verwendung eines polaren aprotischen Lösungsmittels wie Dimethylformamid als

2g ■ Reaktionsmedium. Die Wirkung eines derartigen Lösungsmittels wurde damit erklärt, daß es die Phasenschranken entfernt aufgrund seiner Lösungskraft gegenüber den ionischen und organischen Reaktanten. In der Regel sind für diese aprotischen Lösungsmittel ihre hohen Siede-

3Q punkte typisch und aufgrund ihres hohen Lösungsvermögens für die organische Komponente ist es äußerst schwierig, sie vom Verfahrensprodukt durch Destillation oder Aus-, waschen zu entfernen. Eine elegante Lösung für diese Reaktionstypen wurde vor etwa 10 Jahren bekannt (J.

Am.Chem. Soc. 1971, 93, 195), als der Einsatz der sogenannten Phasenübertragungskatalysatoren eingeführt wurde. Beispiele für derartige Phasenübertragungs-

katalysatoren sind Tetrabutylammoniumbromid; Trioxtylmethylammoniumbromid; Tetrabutylammoniumsulfat; Cetyltrimethylammoniunbromid; Methyltricaprylammoniumbronid und dergleichen. Als eines der charakteristischen Erfordernisse für diese Typen von Katalysatoren wird angegeben, daß sie eine ausreichende lipophile Eigenschaft besitzen, um dazu befähigt zu sein, die Anionen in die organische Phase zu ziehen.

Ein umfassendes Verfahren über Phasenübertragungskatalyse bei heterogenen Reaktionen ist aus der US-PS 3,992,432 bekannt. Danach wird die Umsetzung zwischen der organischen Phase und der wäßrigen Phase in Gegenwart eines Phasenübertragungskatalysators, auf der

Basis eines organischen quaternären Salzes durchgeführt, von dem angegeben ist, daß er ein funktionelles

ο-

Reaktantenion oder eine funktionelle Reaktantengruppe aus einer Phase in die andere Phase überträgt. Das quaternäre Salz ist durch die allgemeine Formel (R, R„, R₃, R. M) X definiert, worin bedeuten M Stickstoff, Arsen, Phosphor, Atimon oder Wismut,

X ein Halogenid-oder Hydroxylion und R, R?'¹S ^un^ ^R4 monovalente Kohlenstoffwasserreste mit einer Gesamtsumme von 18 bis 70 Kohlenstoffatomen. 25

Basierend auf dem gleichen Prinzip von Phasenübertragungskatalyse ist ein generelles Verfahren zur Herstellung von aromatischen Äthern in der GB-PS

1,539,183 beschrieben. Gemäß dieser PS wird e'ine 30

mit Wasser nicht mischbare aktivierte aromatische Verbindung mit einer organischen Hydroxyverbindung in Gegenwart von wäßrigem Alkali und einem Phasenübertragungskatalysator umgesetzt. Die bevorzugten Phasenübertragungskatalysatoren werden als quaternäre Ammoniumverbindungen mit einer Gesamtzahl von Kohlenstoffatomen über 10 und besonders bevorzugt mit einer

GOU/ I 0 H

Gesamtzahl von Kohlenstoffatomen zwischen 16 und 40 definiert. Die Umsetzung zwischen p-Chloronitrobenzol mit Ethanol und Natriumhydroxid unter Verwendung von Cetyltrimethylammoniumbromid wird im Beispiel 6 dieser PS erläutert. Wie dort angegeben, beträgt jedoch die Ausbeute an p-Nitrophenetol nur 90 % und 10 % des Produktes bestehen aus Dichloroazoxybenzol. Das Vorliegen so großer Mengen an Nebenprodukten erfordert selbstverständlich eine zusätzliche Kristallisations-Verfahrensstufe, um reines p-Nitrophenetol zu erhalten. Es erhebt sich daher die Frage, ob die Verwendung des Phasenübertragungskatalysators, der zu einem hohen Prozenzsatz an Nebenprodukt führt, überhaupt gerecht-

¹^ fertigt erscheint, insbesondere in Anbetracht der hohen Kosten des bei diesem Verfahren in relativ hohen Mengen zum Einsatz gelangenden Katalysators. '

Tetramethylammoniumsalze gehöhren zwar ebenfalls zur Gruppe der quaternären Ammoniumverbindungen, sie sind jedoch von den als Phasenübertragungskatalysator dienenden Verbindungen ausdrücklich ausgeschlossen im Hinblick auf ihre ungenügende lipophile Eigenschaft, die ein absolutes Erfordernis für diese

²^ Phasenübertragungskatalysatorverbindungen ist (vergl. Chemtech. Mai 1981, Seite 318). überraschenderweise wurde jedoch gefunden, daß bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in Gegenwart von Tetramethy!ammoniumsalzen wie Tetramethylamraoniumbromid,-

^OVJ Chlorid, oder.-bisulfat reines Nitrophenetol erhalten wird, ohne irgendwelche Azoxy-Nebenprodukte. Es muß hier auf den Versuch einer theoretischen Erklärung verzichtet werden, warum die Umsetzung in Gegenwart eines Phasenübertragungskatalysators, wie er in der GB-PS 1,539,183 beschrieben ist, zu etwa 10 % Azoxyverbindungen führt, wohingegen in Gegenwart von

Tetramethylammoniumsalzen keine derartige Nebenprodukte gebildet werden.

Von den Tetramethylammoniumsalzen werden zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahren vorzugsweise Tetramethylammoniumchlorid- und- bromidsalze eingesetzt, die im Handel massenhaft zur Verfügung stehen. Es kann auch die.Verwendung anderer Salze von Tetramethylammonium .,Q in Betracht gezogen werden, z.B. Verbindungen der Formel (CH_).NOR, worin R Methyl, Propyl, Butyl, Phenyl, Benzyl und dergleichen bedeuten kann. In diesem Falle enthält jedoch das erhaltene Phenetolprodukt kleine Mengen an dem betreffenden Nitrophenetylsalz.

Beim wäßrigen Alkalihydroxid kann es sich um Natriumoder Kaliumhydroxid oder Gemische derselben handeln. In der Regel werden Natriumhydroxidlösungen bevorzugt, hauptsächlich im Hinblick auf deren geringere Kosten.

Die angewandte Konzentration kann in einem weiten Bereich zwischen 25 bis 100 Gew.-% variieren, doch sind konzentrierte Lösungen im Bereich von 40 bis 80 Gew.-% am meisten bevorzugt.

Das gesamte Verfahren ist sehr einfach durchzuführen, wobei eine Temperatur im Bereich von 40 bis 80 ⁰C gewählt wird. Bei Temperaturen über 80 ⁰C beginnen sich einige Azoxyverbindungen zu bilden, weshalb es äußerst zweckmäßig ist, diese obere Temperaturgrenze nicht zu überschreiten. Die Menge an Katalysator liegt im Bereich von 1 bis 4 Gew.-%, bezogen auf die Reaktanten. In der Regel liegen der Alkohol und die Alkalihydroxidlösungen, die in die Reaktion eingebracht werden, im Überschuß über die stöchiometrischen Mengen vor, sie gehen aber im Laufe des Prozesses nicht verloren und werden nach der Entfernung des Verfahrensproduktes rezyklisiert. Der Überschuß an eingesetzten Reagentien kann auch als vorteilhaftes

Medium für die Reaktion dienen. Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausführungsform ist es möglich, ein inertes polares Lösungsmittel wie Dioxan für die Umsetzung zu verwenden. In diesem Falle wird der Überschuß an Reaktanten oder das inerte Lösungsmittel abdestilliert und in den Verfahrensprozess rezyklisiert.

Der Alkohol und die Alkalilösung können entweder gänzlich * zu Beginn der Reaktion zugesetzt werden oder portionsweise während des Reaktionsablaufs. Die letztgenannte Ausführungsform wird bevorzugt, da auf diese Weise die Umsetzung gemäßigter abläuft und eine bessere Steuerung erfolgen kann, um einen Anstieg der Temperatur auf über ¹^ 80 ⁰C zu vermeiden und dadurch das Risiko des Auftretens von Nebenreaktionen zu begrenzen.

Die Umsetzung wird in der Regel bei Atmosphärendruck durchgeführt, obwohl auch Vakuum angewandt werden kann, in

welchem Falle sich der eindeutige Vorteil ergibt, die Umsetzung unter Rückfluß bei niedrigen Temperaturen im Bereich von 60 bis 70 ⁰C durchführen zu können, was wiederrum die Bildung von Azoxyverbindungen verhindert.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens sind die sehr hohen Ausbeuten an Verfahrensprodukt, die über 97 % und sogar über 98 %, bezogen auf das eingesetzte Chlornitrobenzol, liegen. Die einzige, im Phenetolprodukt vorliegende Verunreinigung ist das als Ausgangs-

material dienende Chlornitrobenzol, das aber bei der nachfolgenden Hydrierung in Anilin umgewandelt wird, das vom gebildeten Phenetidin leicht abgetrennt werden kann. Dies bedeutet natürlich einen weiteren eindeutigen Vorteil, da sich bei den bekannten Verfahren Azoxyverbindungen bilden und Schwierigkeiten bei deren Abtrennung vom Verfahrensprodukt auftreten.

Die folgenden Beispiele sollen ebenso wie die vorstehende Beschreibung spezielle Ausführungsformen dar Erfindung lediglich erläutern, ohne sie zu beschränken, da sich dem Fachmann zahlreiche Modifikationen, die im Rahmen der Erfindung liegen, anbieten.

Beispiel 1

In ein mit einem Rührer und Heizelementen ausgestattetes Stahlgefäß wurden 157 g 4-Nitrochlorbenzol zusammen mit 4 g Tetramethylammoniumchlorid und 46 g Ethanol einebracht und bei einer Temperatur von etwa 68 ⁰C kräftig vermischt. Zu dem. Gemisch wurde eine Lösung von 320 g Natriumhydroxid (Konzentration 50 Gew.- %) innerhalb von 8 h zugegeben, während das kräftige Rühren fortgesetzt wurde. Nach etwa 3 h ab Zugabe des Natriumhydroxids startete die Reaktion und eine zusätzliche Menge von 23 g Ethanol wurde zugesetzt. Das Vermischen wurde während weiterer etwa 4 h nach dem Zusatz der Natriumhydroxidlösung fortgesetzt. Die organische Phase wurde abgetrennt und der Überschuß an Ethanol wurde abgedampft.

Das erhaltene Rohprodukt machte 163 g aus und seine durch Gaschromatographie bestimmte Reinheit betrug 98 % 4-Nitrophenetol und 2 % nicht umgesetztes 4-Nitrochlorbenzol.

Beispiel 2

In diesem Beispiel wurde die Umsetzung mit den gleichen Reagentien wie in Beispiel 1 und unter Verwendung der gleichen Mengen an Reaktanten durchgeführt, doch wurde ein Vakuum von 500 mm Hg angelegt, so daß die Rückflußtemperatur des Reaktionsgemisches nur 70 ⁰C betrug. Die Ausbeute an Produkt betrug ebenfalls 163 g und die Reinheit des Produktes war die gleiche wie in

Beispiel 1 . Beispiel 3

Die-in Baispiel 1 beschriebene Verfahrensweise wurde wiederholt, jedoch mit der Ausnahme, daß anstelle von 4-Nitrochlorbenzol 157 g 2-Nitrochlorbenzol verwendet wurden. Die Reaktionsbedingungen und die übrigen Reaktanten waren die gleichen wie in Beispiel 1 und das erhaltene Produkt bestand aus 160 g 2-Nitrophenetol mit einer Reinheit von 97 % (bestimmt durch Gaschromatographie) und 3 % nicht umgesetztem 2-Chlornitrobenzol.

Beispiel 4

Die in Beispiel 1 beschriebene Verfahrensweise wurde wiederholt, jedoch mit der Ausnahme, daß Dioxan in einer

Menge von 100 ml als Lösungsmittel diente, das bei Beendi-20

gung des Verfahrens abgedampft wurde. Das Rohprodukt machte 160 g aus und enthielt 96 % 4-Nitrophenetol und 4 % 4-Nitrochlorbenzol.

In ein mit einem Rührer und Heizelementen ausgestattetes Stahlgefäß wurden 314 g 4-Nitrochlorbenzol zusammen mit 10g Tetramethylammoniumbromid und 92 g Ethanol eingebracht und bei einer Temperatur von etwa 68 ⁰C kräftig

QQ vermischt. Zum erhaltenen Gemisch wurde eine Lösung von 640 g Natriumhydroxid (Konzentration 50 Gew.-%) innerhalb von etwa 8 h zugegeben, während das kräftige Rühren forgesetzt wurde. Nach etwa 3 h ab der Natrium hydroxidzugabe wurde eine neue Portion von 46 g Ethanol zugesetzt und das Mischen wurde weitere 4 h lang nach dem Natriumhydroxidzusatz forgesetzt. Die organische Phase wurde abgetrennt und der Überschuß an Ethanol wurde abgedampft. Das erhaltene Rohprodukt wog 320 g

und dessen durch Gaschromatographie bestimmte Reinheit betrug 97 % 4-Nitrophenetol und 3 % nicht umgesetztes

4-Nitrochlorbenzol.
5

Beispie! 6

Das in Beispiel 1 beschriebene Verfahren wurde wiederholt, doch wurden 240 g Natriumhydroxid (Konzentration IQ 50 Gew.-%) anstelle der in Beispiel 1 verwendeten 320 g eingesetzt. Das in einer Menge von 163 g erhaltene Verfahrensprodukt hatte die gleiche Reinheit wie das in Beispiel 1 erhaltene Produkt.

Beispiel 7-

In der gleichen Umsetzung, wie sie in Beispiel 1 beschrieben ist, wurden die folgenden Reagentien eingesetzt: 157 g 4-Nitrochlorbenzol, 4 g Tetramethylammoniumchlorid und 69 g Ethanol. Es wurde kräftig gerührt und die Temperatür bei 60 ⁰C gehalten. Das erhaltene Gemisch wurde mit 70 g festem Natriumhydroxid versetzt, das in Portionen von etwa 5 g alle 30 min zugegeben wurde. Nach der Zugabe des gesamten Natriumhydroxids wurde das Gemisch weitere 4 h lang bei 60 ⁰C weiter gerührt. Das erhaltene Gemisch

²^ wurde mit 200 ml Toluol versetzt und die beiden klar unterscheidbaren Phasen wurden voneinander getrennt. Die obere Phase enthielt·163,5 g 4-Nitrophenetol mit einer Reinheit von 98 %, bestimmt durch Gaschromatographie.

Claims

Patentanwälte · European Patent Attorneys Dr. W. Müller-Bore t

Dr. Paul Deufel

Dipl.-Chem., Dipl.-Wirtscii.-Ing.

Dr. Alfred Schön

Dipl.-Chem.

Dr. Müller-BorA und Partner- POB 880720 - D-8000 München ββ

Werner Hertel

Dipl.-Phys.

Dietrich Lewald

Dipl.-Ing.

Dr.-Ing. Dieter Otto

DipL-Ing.

D/R/Op - G 3236

GADOT, Petrochemical Industries Ltd.
Haifa-Bay, P.O. Box 1780, Haifa, Israel

Verfahren zur Herstellung von Nitrophenetolen

Patentansprüche

.]Verfahren zur Herstellung von praktisch reinem ortho- oder para-Nitrophenetol aus dem entsprechenden Nitrochlorbenzol, Ethanol und Alkalihydroxid, dadurch gekennzeichnet, daß man die Umsetzung zwischen den Reaktanten in einem zweiphasigen katalytischen Reaktionssystem durchführt, das ein Tetramethylammoniumsalz der Formel

(CH₃J₄NX,

worin X die Bedeutung Cl , Br , HSO. oder OC₂H₅ hat, und eine wäßrige Phase aufweist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man Ethanol und Alkalihydroxid im Überschuß über die stöchiometrisch erforderliche Menge,bezogen auf Nitrochlorbenzol einsetzt.
3. Verfahren nach Ansprücheni und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man Ethanol und Alkalihydroxid portionsweise bei

fortschreitender Reaktion zugibt. 10
4. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man als Alkalihydroxid Natriumhydroxid, Kaliumhydroxid oder Gemische derselben einsetzt.
¹^ 5, Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß man konzentrierte Lösungen von Alkalihydroxid einsetzt.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, ²^ daß die angewandte Konzentration an Alkalihydroxid im Bereich von 40 bis 80 Gew.-% liegt.
7. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß man ein inertes polares Lösungsmittel während der

²^ Reaktion einsetzt.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß man als Lösungsmittel Dioxan einsetzt.
9. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß man die Umsetzung bei atmosphärischem Druck durchführt.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß man die Umsetzung bei einer Temperatur im Bereich von 60 bis 80 ⁰C durchführt.
11. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß man die Umsetzung unter Vakuum durchführt.
12. Ortho- oder para-Nitrophenetol, hergestellt nach Ansprüchen 1 bis