DE3620678A1 - Verfahren zur herstellung von arylnitronen - Google Patents

Description

Diese Erfindung betrifft die Herstellung von Arylnitronen durch Reaktion von Arylhydroxylaminen und Arylaldehyden. Insbesondere ist die Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung von Arylnitronen in höheren Ausbeuten aus den oben beschriebenen Reaktionsteilnehmern abgestellt.

Es wurde gefunden, daß bestimmte Diarylnitrone für die Erhöhung des Kontrastes in der Photolithographie brauchbar sind. Eine besondere Beschreibung derartiger Diarylnitrone, Verfahren zu ihrer Herstellung und deren Verwendung ist in den US- Ser. Nos. 7 35 016, 6 75 915, 6 76 918 und der EP 85 115 858 zu finden.

Arylnitrone werden typischerweise durch Umsetzung von Arylhydroxylamin mit einem Aldehyd, vorzugsweise einem Arylaldehyd gemäß der nachfolgenden Gleichung erhalten, in welcher Ar und Ar′ aromatische Reste mit 6 bis 30 Kohlenstoffatomen sind. Diese Kondensationsreaktion ist typischerweise eine Gleichgewichtsreaktion. In vielen Fällen, so beispielsweise wenn man Phenylhydroxylamin umsetzt, begünstigt das Gleichgewicht das Nitron. In einem solchen Fall können Ausbeuten bis zu 98% durch einfaches Verdampfen des Lösungsmittels und Umkristallisieren des Rohprodukts isoliert werden. In anderen Fällen, wo beispielsweise Arylhydroxylamine mit Elektronen abziehenden Substituenten angewandt werden, liegt das Gleichgewicht weiter auf der linken Seite. Die Lösung dieses Problems besteht darin, das Gleichgewicht zur Bildung von Nitron durch die Entfernung des als Nebenprodukt gebildeten Wassers zu verschieben. Dies wird typischerweise durch Erhitzen der Lösung der Reaktionsteilnehmer am Rückfluß durch eine Wasserfalle zur azeotropen Entfernung des Wassers, so wie es gebildet wird, bewerkstelligt. Die Verschiebung des Gleichgewichts zum Nitron hin ist auf diese Weise insofern unerwünscht, als Nebenreaktionen unter Einbeziehung des Arylhydroxylamins auftreten können, insbesondere dann, wenn die Ausgangsmaterialien nicht absolut rein sind.

Andererseits ist es möglich, Trocknungsmittel, wie Molekularsiebe, zu Entfernung des Kondensationswassers einzusetzen. Es wurde jedoch beobachtet, daß die Zersetzung der Arylhydroxylamine durch die zum Abfangen des Wassers verwendeten Trocknungsmittel (Zeolithe) beschleunigt werden kann. Demzufolge ist ein Reaktionsschema erwünscht, welches die Bildung von Arylnitronen begünstigt, ohne daß eine Nebenreaktion mit Arylhydroxylamin bewirkt wird.

Überraschenderweise wurde gefunden, daß die Zugabe von großen Mengen eines Nichtlösungsmittels, wie Wasser, zu der durch die obige Gleichung wiedergegebenen Reaktion das Gleichgewicht in Richtung der Bildung des Arylnitrons hin verschiebt, was im Gegensatz zu den oben beschriebenen Verfahren steht. Das Nichtlösungsmittel dient zur Ausfällung des Arylnitrons während der Reaktion. Obwohl Wasser zur Ausfällung von nichtpolaren Arylnitronen aus Lösung durch Splitter und Calvin, J. Org. Chem., Vol. 20 (1955), Seiten 1111-1115 eingesetzt wurde, ist die Reaktion zwischen dem Arylhydroxylamin und Arylaldehyd zu diesem Zeitpunkt zu 98% vollendet und das Wasser dient lediglich zur Isolierung des Nitrons, das sich bereits gebildet hat.

Diese Erfindung schafft ein Verfahren zur Herstellung von Arylnitronen, welches das Umsetzen von Arylhydroxylamin mit Arylaldehyd unter Bildung von Arylnitron in Gegenwart eines sauren Katalysators, eines Nichtlösungsmittels für Arylnitron und eines organischen Lösungsmittels für das Arylhydroxylamin und Arylaldehyd umfaßt, wobei die Menge des organischen Lösungsmittels ausreichend groß ist, um sowohl das Arylhydroxylamin als auch den Arylaldehyd löslich zu machen, und die Menge des Nichtlösungsmittels ausreichend groß ist, um das gebildete Arylnitron auszufällen.

Die Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung von hohen Ausbeuten an Arylnitron zu schaffen.

Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung von hohen Ausbeuten an Arylnitron zu schaffen, mit geringen oder keinen Nebenreaktionen des eingesetzten Arylhydroxylamins.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Produktionsrate von Arylnitron aus Reaktionen von Arylhydroxylamin und Arylaldehyd ohne signifikante Beeinträchtigung der Ausbeute zu steigern. Andere Aufgaben ergeben sich offensichlich aus den in dieser Beschreibung gegebenen Erläuterungen.

Die vorliegende Erfindung basiert auf dem Befund, daß
(1) das Gleichgewicht für die Reaktion der oben angegebenen Gleichung zur Bildung von Arylnitron durch Zugabe eines Nichtlösungsmittels, wie beispielsweise Wasser, gelenkt werden kann, und
(2) Reaktionen unter Einbeziehung von Arylhydroxylaminen und Arylaldehyden mit geringer Reaktivität durch Einführen eines sauren Katalysators zur Verringerung der nachteiligen Einflüsse von großen Volumina an Nichtlösungsmittel beschleunigt werden kann.

Die Arylnitrone, die durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellt werden können, schließen solche Verbindungen ein, die durch die nachfolgende Formel I wiedergegeben werden, in welcher
Z (R³) _a -Q-R⁴- oder R⁵- bedeutet,
Q ein einwertiger, zweiwertiger oder dreiwertiger Substituent oder eine verbindende Gruppe ist,
jeder der Reste R, R¹, R² und R³, unabhängig, Wasserstoff, ein Alkyl- oder substituierter Alkylrest mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen oder ein aromatischer Rest mit 6 bis 13 Kohlenstoffatomen ist,
R⁴ einen aromatischen Rest mit 6 bis 13 Kohlenstoffatomen bedeutet,
R⁵ ein 6 bis 20 Kohlenstoffatome enthaltender aromatischer heterocyclischer Rest ist, in welchem zumindest ein Heteroatom aus der Gruppe Sauerstoff, Stickstoff und Schwefel vorhanden ist,
R⁶ einen aromatischen Kohlenwasserstoffrest mit 6 bis 20 Kohlenstoffatomen bedeutet,
X Halogen, Cyanogruppen, aliphatische Acylreste mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen, Alkyl- oder substituierte Alkylreste mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen, Aryl- oder substituierte Arylreste mit 6 bis 13 Kohlenstoffatomen oder Alkoxycarbonylreste mit 2 bis 8 Kohlenstoffatomen bedeutet,
a einen Wert von 0 bis 2,
b einen Wert von 0 bis 3 und
n einen Wert von 0 bis 4
aufweist.

Wie aus der vorstehenden allgemeinen Formel I zu ersehen ist, können die Nitrone entweder α-Aryl-N-arylnitrone oder konjugierte Analoga derselben sein, in welcher die Konjugation zwischen der Arylgruppe und dem α-Kohlenstoffatom liegt. Die α-Arylgruppe ist häufig substituiert, besonders häufig mit einer Dialkylaminogruppe, in welcher die Alkylgruppen 1 bis 4 Kohlenstoffatome enthalten. Der Rest R² ist typischerweise Wasserstoff und R⁶ üblicherweise Phenyl.

Die Identität des Q-Wertes ist nicht entscheidend und geeignete Werte werden dem Fachmann geläufig sein. Q wird einwertig, zweiwertig oder dreiwertig sein, wenn der Wert von a 0, 1 oder 2 ist. Beispiele von einwertigen Werten für Q sind Fluor, Chlor, Brom, Jod, Alkylreste mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen und Arylreste von 6 bis 13 Kohlenstoffatomen. Beispiele von zweiwertigen Werten für Q sind Sauerstoff, Schwefel, Carbonyl, Alkylen und Arylen. Ein Beispiel eines dreiwertigen Wertes für Q ist Stickstoff. Bevorzugterweise ist Q Fluor, Chlor, Brom, Jod, Sauerstoff, Schwefel oder Stickstoff.

Die folgenden Nitrone dienen zur Erläuterung für diejenigen, welche durch das Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellt werden können:
α-(4-Diäthylaminophenyl)-N-phenylnitron,
α-(4-Diäthylaminophenyl)-N-(4-chlorphenyl)-nitron,
α-(4-Diäthylaminophenyl)-N-(3,4-dichlorphenyl)-nitron,
α-(4-Diäthylaminophenyl)-N-(4-carbäthoxyphenyl)-nitron,
α-(4-Diäthylaminophenyl)-N-(4-carbbutoxyphenyl)-nitron,
α-(4-Diäthylaminophenyl)-N-(4-acetylphenyl)-nitron,
α-(4-Dimethylaminophenyl)-N-(4-cyanophenyl)-nitron,
α-(4-Methoxyphenyl-N-(4-cyanophenyl)-nitron,
α-(9-Juloidinyl)-N-phenylnitron,
α-(9-Julolidinyl)-N-(4-chlorphenyl)-nitron,
α-[2-(1,1-Diphenyläthenyl)]-N-phenylnitron und
α-[2-(1-Phenylpropenyl)]-N-phenylnitron

Ein besonders bevorzugtes Arylnitron ist α-(4-Diäthylamino- phenyl)-N-phenylnitron.

Die Arylhydroxylamine, welche in dem erfindungsgemäßen Verfahren umgesetzt werden, haben die nachfolgende allgemeine Formel II worin R⁶, X und b die gleiche Bedeutung wie oben besitzen. Diese Arylhydroxylamine werden typischerweise durch Reduktion von nitroaromatischen Verbindungen mit Zinkpulver oder durch katalytische Hydrierung erhalten. Die Reduktionsreaktion mit Wasserstoff findet typischerweise in Gegenwart eines Edelmetall-Hydrierungskatalysators, wie beispielsweise Platin, Rhenium, Rhodium, Palladium und Nickel, statt. Gemäßigte Reduktionsreaktionen werden in der US-PS 36 94 509 und in der US-Serial No. 762 358 beschrieben.

Die vorliegende Erfindung ist besonders für die Herstellung von Arylnitronen aus Arylhydroxylaminen mit Elektronen abziehenden Gruppen brauchbar. Die Elektronen abziehenden Gruppen dieser Arylhydroxylamine sind an dem aromatischen Kern lokalisiert, d. h. sie sind diejenigen Arylhydroxylamine der allgemeinen Formel II, in welcher der Index b nicht 0 ist und X die gleiche Bedeutung wie oben besitzt. Reaktion mit polaren Arylhydroxylaminen liefert typischerweise weniger als eine 90%ige Ausbeute an Nitron, und oftmals unterhalb einer 75%igen Ausbeute, sofern im Gleichgewicht. Es ist hocherwünscht, das Gleichgewicht für derartige Arylhydroxylamine auf die Bildung von Arylnitron hin zu lenken.

Die in der vorliegenden Erfindung eingesetzten Aldehyde haben die nachfolgende allgemeine Formel III in welcher Z, R, R¹ und der Index n die gleiche Bedeutung wie oben besitzen und R² Wasserstoff bedeutet. Diese Arylaldehyde können mittels irgendeines der dem Fachmann bekannten Verfahren hergestellt werden. Ein übliches Verfahren zur Herstellung von Arylaldehyden ist die Addition von Formaldehyd an eine aromatische Verbindung mit olefinischen Resten. Eine derartige aromatische Verbindung wird typischerweise mit Kohlenmonoxid und Wasserstoff unter Erhitzen und Druck in Gegenwart eines geeigneten Katalysators umgesetzt. Dieses Verfahren eines geeigneten Katalysators umgesetzt. Dieses Verfahren und andere werden mehr im Detail in Encyclopedia of Chemical Technology, 3. Auflage, Vol. 1, Seiten 794 bis 796 (1978) beschrieben.

Andere Verfahren zur Herstellung von Arylaldehyden schließen die Reaktion von Kohlenonoxid mit aromatischen Kohlenwasserstoffen oder Arylhalogeniden und die Reduktion von aromatischen Carbonsäuren ein, wie dies in Encyclopedia of Chemical Technology, 3. Auflage, Vol. 4, Seite 781 und Vol. 11, Seite 238 (1978) beschrieben wird. Es ist ersichtlich, daß auch andere Verfahren zur Herstellung der in dieser Erfindung eingesetzten Arylhydroxylamine und Arylaldehyde geeignet sind.

Das Arylhydroxylamin und der Arylaldehyd werden in Gegenwart eines sauren Katalysators innerhalb eines Reaktionsmediums eines Arylnitron-Nichtlösungsmittels und eines organischen Lösungsmittels umgesetzt. Das Arylnitron-Nichtlösungsmittel dient zur Ausfällung des Arylnitrons. Typische Nichtlösungsmittel schließen Wasser, aliphatische Kohlenwasserstoffe mit 3 bis 8 Kohlenstoffatomen und aromatische und substituierte aromatische Kohlenwasserstoffe mit 6 bis 10 Kohlenstoffatomen ein. Besondere organische Nichtlösungsmittel umfassen Hexan, Heptan, Butan, Propan, Benzol, Toluol, Octan und Xylol. Das bevorzugte Nichtlösungsmittel ist Wasser.

Das organische Lösungsmittel solubilisiert einen wesentlichen Teil des Arylhydroxylamins und des Arylaldehyds. Geeignete Lösungsmittel schließen niedere aliphatische Alkohole, Äther und Ketone ein. Nichtoxygenierte, polare Lösungsmittel sind ebenfalls geeignet. Geeignete niedere aliphatische Alkohole umfassen Methanol, Äthanol, Isopropanol, Propanol, n-Butanol und tert.-Butanol. Geeignete nichtoxygenierte Lösungsmittel schließen Acetonitril, Pyridin, und dergleichen, ein. Die bevorzugten Lösungsmittel sind Äthanol, Methanol, Diäthyläther, Essigsäure, Dimethoxyäthan, Dioxan, Diglyme, Aceton und Acetonitril, wobei alkoholische Lösungsmittel besonders bevorzugt werden. Das zur Solubilisierung des Arylhydroxylamins und des Arylaldehyds eingesetzte Lösungsmittel kann auch als Nichtlösungsmittel für das Arylnitron dienen. Beispielsweise werden Äther mit 2 bis 8 Kohlenstoffatomen die Reaktionsteilnehmer in diesem Verfahren solubilisieren und das Arylnitron ausfällen.

Die Menge an eingesetztem organischen Lösungsmittel muß ausreichend groß sein, um das Arylhydroxylamin und den Arylaldehyd zu solubilisieren. Typischerweise sind 0,25 bis 2,0 Liter organische Lösungsmittel pro Mol Arylhydroxylamin und Arylaldehyd geeignet, in Abhängigkeit von ihrer Löslichkeit in dem organischen Lösungsmittel. Die Menge an eingesetztem Lösungsmittel umfaßt typischerweise etwa 10 bis 75 Gewichtsprozent des Reaktionsmediums.

Die Menge an eingesetztem Nichtlösungsmittel sollte ausreichend groß sein, um das innerhalb des Reaktionsmediums gebildete Arylnitron auszufällen. Diese Menge wird mit dem verwendeten Nichtlösungsmittel und dem gebildeten Arylnitron variieren. Typischerweise sind 0,25 bis 2 Liter pro Mol Arylnitron zur Ausfällung des Arylnitrons geeignet. Werte innerhalb des niedrigeren Bereichs werden bevorzugt, wo sie geeignet sind. Das Volumverhältnis von Nichtlösungsmittel zu organischem Lösungsmittel innerhalb des Reaktionsmediums liegt typischerweise innerhalb des Bereiches von etwa 0,25 bis 2, wenn derartige Mengen verwendet werden.

Im wesentlichen wird irgendeine protonische Säure eine Katalyse für die Reaktion von Arylhydroxylamin und dem Arylaldehyd sicherstellen. Der Ausdruck "protonische Säure", wie er hier verwendet wird, soll Verbindungen beschreiben, welche in Wasser dissoziieren und ein freies Proton unter Bildung von H₃O⁺ liefern. Diese Verbindungen schließen sowohl Mineralsäuren als auch organische Säuren ein. Es kann festgestellt werden, daß gewisse Säuren insofern unerwünscht sind, als sie Nebenreaktionen mit den Ausgangsmaterialien bewirken. Geeignete Säuren sind die starken Mineralsäuren, wie Halogenwasserstoffe und die Oxosäuren von Schwefel, Phosphor und Stickstoff. Halogenwasserstoffe, wie Chlorwasserstoff, Bromwasserstoff und Fluorwasserstoff werden alle die Reaktionsrate erhöhen. Geeignete Phosphoroxidsäuren schließen Phosphorige Säure, Phosphorsäure, und dergleichen, ein. Geeignete Schwefeloxidsäuren umfassen Schweflige Säure (H₂SO₃), Schwefelsäure (H₂SO₄), und dergleichen. Andere geeignete Mineralsäuren sind Salpetersäure (HNO₃) und Perchlorsäure.

Ebenso geeignet sind die starken Carbonsäuren und Sulfonsäuren. Der Ausdruck "starke Carbonsäure", wie er hier verwendet wird, soll Carbonsäuren mit Werten der Dissoziationskonstante einschließen, die sich diejenigen der Essigsäure nähern oder diesen überschreiten. Besondere Beispiele von geeigneten Carbonsäuren umfassen Essigsäure, Ameisensäure, Propionsäure, Buttersäure, 2-Methylpropionsäure, Valeriansäure, Capronsäure, Önanthsäure, Chloressigsäure, Trichloressigsäure, Trifluoressigsäure, Phenylessigsäure, 2-Chlorbuttersäure, 3-Chlorbuttersäure, Dichloressigsäure, 4-Chlorbuttersäure, und dergleichen. Die Sulfonsäuren werden bevorzugt und schließen Methansulfonsäure, Äthylsulfonsäure, Phenylsulfonsäure, Butylsulfonsäure, und dergleichen, ein.

Ebenfalls innerhalb der geeigneten Säuren liegen die säurefunktionalisierten Polymerharze, wie beispielsweise diejenigen die unter dem Handelsnamen Amberlyst XN-1005 von der Firma Rohm und Haas Co. hergestellt werden.

Diese Säuren sind insofern geeignet, als sie als Feststoff zurückbleiben und leicht aus der Reaktionsmischung entfernt werden können. Diese Harze sind typischerweise mit Carbonsäure- oder Sulfonsäuregruppen funktionalisiert.

Die Menge an eingesetzter Säure braucht lediglich ausreichend groß zu sein, um eine Katalyse der Reaktion von Arylhydroxylamin und Arylaldehyd sicherzustellen. Mengen innerhalb des Bereiches von etwa 0,1 bis 10 Gewichtsprozent des gesamten Reaktionsmediums, einschließlich organisches Lösungsmittel und das Nitron-Nichtlösungsmittel, sind geeignet. Größere Mengen sind ebenfalls geeignet, insbesondere wenn eine organische Säure als organisches Lösungsmittel eingesetzt wird. Eine derartige Katalyse überwindet die durch die Anwesenheit von großen Volumina an Arylnitron-Nichtlösungsmittel verursachten schädlichen Effekte. Die Reaktion kann bei Temperaturen im Bereich von etwa 0° bis etwa 150°C, und vorzugsweise im Bereich von 15° bis 30°C ablaufen.

In vielen Fällen wird die Reaktionsmischung nach der Bildung von Arylnitron gekühlt, um eine Ausfällung des Arylnitrons zu bewirken. Die Reaktionsmischung kann abgekühlt werden, nachdem das Gleichgewicht erreicht worden ist oder wenn sich die Reaktion dem Gleichgewicht nähert. Die Temperatur, bei welcher die Ausfällung von Arylnitron erfolgt, hängt von dem Arylnitron, der Menge an Arylnitron-Nichtlösungsmittel in dem Reaktionsmedium und der Menge an in dem Medium vorhandenen organischen Lösungsmittel ab. Die Ausfällung kann vor dem Abkühlen der Reaktionsmischung in solchen Fällen erfolgen, bei denen das Nitron in der Reaktionsmischung ausreichend unlöslich ist. Um die Ausfällung des Arylnitrons innerhalb der Lösung zu vervollständigen, wird ein Kühlen bis auf Temperaturen innerhalb des Bereiches von etwa 0° bis 10°C bevorzugt. Höhere Temperaturen können dort bevorzugt sein, wo das Arylnitron kontinuierlich, so wie es gebildet wird, ausgefällt wird.

In einer Ausführungsform dieser Erfindung wird das Reaktionsmedium vor der Reaktion von Arylhydroxylamin und Arylaldehyd gekühlt. Dies erfolgt dort, wo es der Reaktion von Arylhydroxylamin und Arylaldehyd ermöglicht wird, bis zum Gleichgewicht in Abwesenheit von Arylnitron-Nichtlösungsmittel abzulaufen. Arylnitron-Nichtlösungsmittel wird zu dem Reaktionsmedium zugegeben, um das vorher gebildete Arylnitron auszufällen. Das innerhalb der im Gleichgewicht befindlichen Mischung zurückbleibende Arylhydroxylamin und der Arylaldehyd werden dann in Gegewart von Nichtlösungsmittel und saurem Katalysator gemäß dem Verfahren dieser Erfindung zur Bildung von weiterem Arylnitron umgesetzt. Dieses weitere Arylnitron fällt typischerweise unmittelbar nach seiner Bildung aus. In einer derartigen Ausführungsform braucht die anfängliche Reaktion von Arylhydroxylamin nicht in Gegenwart eines sauren Katalysators stattzufinden. Der saure Katalysator kann zu dem Reaktionsmedium mit der Menge des Nichtlösungsmittels zugesetzt werden.

In einer anderen Ausführungsform dieser Erfindung wird das Arylhydroxylamin in situ durch Reduktion einer nitroaromatischen Verbindung hergestellt. Diese Reduktion kann mit Wasserstoff gemäß den in der US-PS 36 94 509 und der US-Serial No. 762 358 beschriebenen Verfahren durchgeführt werden. Die Reduktion findet typischerweise in Gegenwart eines Edelmetallkatalysators, vorzugsweise Platin auf Kohlenstoff, bei einer Temperatur im Bereich von 0° bis 100°C, statt.

Ein Reaktionsmoderator kann ebenfalls eingesetzt werden, um die Überreduktionen zu Arylaminen zu verhindern. Reaktionsmoderatoren werden insbesondere in der vorstehend genannten US- Patentschrift und in der US-Serial No. 762 358 beschrieben. Beispiele von geeigneten Moderatoren umfassen Dimethylsulfid, Triphenylphosphin, Triäthylphosphin, und dergleichen. Typische nitroaromatische Verbindungen schließen Nitrobenzol, p-Äthoxynitrobenzol, p-Nitroäthylbenzoat, p-Nitroacetophenon, etc., ein.

Die Reaktion mit Arylhydroxylamin und Arylaldehyd kann in einer herkömmlichen Einrichtung entweder ansatzweise oder kontinuierlich durchgeführt werden. In einem typischen Reaktionsschema werden das Arylhydroxylamin und der Arylaldehyd in die Reaktion mit dem organischen Lösungsmittel eingeführt. Der saure Katalysator wird anschließend unter allmählicher Zugabe der gewünschten Menge an Nichtlösungsmittel zugesetzt. Nach der Fällung des Arylnitrons kann dieses durch herkömmliche Arbeitsweisen, wie beispielsweise durch Zentrifugieren oder Filtration, gewonnen werden.

Die nachfolgenden Beispiele dienen der weiteren Erläuterung der Erfindung, sollen diese jedoch nicht beschränken.

Beispiel 1

In ein 50 ml Gefäß werden 1,81 g (10 mMol) p-(Äthoxycarbonyl)- phenylhydroxylamin, 1,77 g (10 mMol) p-Diäthylaminobenzaldehyd und 20 ml 50%iges wässeriges Äthanol eingebracht. Methansulfonsäure (30 mg) wurde dann zugegeben und das Nitronprodukt begann sich unmittelbar als Niederschlag auszuscheiden. Die Reaktionsmischung wurde auf etwa 0°C abgekühlt und 2 Stunden lang zur Ausfällung von im wesentlichen dem gesamten gebildeten Nitron gerührt. Das Produkt wurde abfiltriert, mit 50%igem wässerigen Äthanol gewaschen und bei 55°C im Vakuum über Nacht getrocknet. Das gebildete Arylnitron α-(4-Diäthylaminophenyl)- N-(4-carbäthoxyphenyl)-nitron (3,01 g, 89%ige Ausbeute) hatte eine Reinheit von 98%.

Beispiel 2

In eine bei Atmosphärendruck betriebene Hydriervorrichtung wurden 1,23 g (10 mMol) Nitrobenzol, 1,77 g (10 mMol) p-Diäthylaminobenzaldehyd, 20 mg Triphenylphosphin, 60 Mikroliter (1 mMol) Essigsäure, 10 ml absolutes Äthanol und 50 mg eines Katalysators mit 5% Platin auf Kohle eingebracht. Das System wurde mit Wasserstoff aufgefüllt und bei Raumtemperatur gerührt, bis 20 mMol Wasserstoff umgesetzt worden waren. Die Reaktionsmischung wurde abfiltriert und der Platin-auf-Kohlenstoff- Katalysator mit 5 ml Äthanol gewaschen. Die Mutterlauge wurde auf 0°C abgekühlt und anschließend mit 20 ml Wasser unter Rühren behandelt. Das Nitron wurde ausgefällt und abfiltriert. Insgesamt wurden drei Portionen Kristalle erhalten, die eine Ausbeute von 2,44 g (91%) an α-(4-Diäthylaminophenyl)- N-phenylnitron in 94%iger Reinheit lieferten.

Beispiel 3

Eine Lösung von 500 g (2,6 Mol) Äthyl-p-nitrobenzoat in 1,5 Liter Äthanol wurde unter Verwendung von 12 g eines Katalysators von 5% Platin auf Kohle und 106 ml Dimethylsulfoxid als Moderator hydriert. Sobald die Nitroverbindung vollständig verbraucht war, wurde das Reaktionsgemisch filtriert und das Filtrat mit 386 g (2,2 Mol, 0,85 Äquivalente) p-Diäthylaminobenzaldehyd und 69 ml Essigsäure vereinigt. Nach 3stündigem Rühren bei Raumtemperatur zeigte eine NMR-Analyse, daß die Reaktion einen Gleichgewichtszustand erreicht hatte mit einer 73%igen Umwandlung von Aldehyd zu dem α-(4-Diäthylaminophenyl)- N-phenylnitron. Die Lösung wurde auf etwa 4°C abgekühlt und allmählich mit 1,25 Liter Wasser unter heftigem Rühren behandelt. Das Nitron wurde als gelbes Pulver ausgefällt, das nach 1 Stunde durch Filtration gesammelt wurde. Das Rohprodukt wurde erneut in 1,2 kg Methanol gelöst, gekühlt und mit 550 ml Wasser ausgefällt. Das ausgefällte Nitron wurde gesammelt und in einem Vakuumofen bei 55°C getrocknet. Man erhielt 613 g (1,8 Mol, 82%ige Ausbeute) an α-(4-Diäthylaminophenyl)- N-(4-carbäthoxyphenyl)-nitron, das mit Hilfe der Hochdruck- Flüssigkeitschromatographie als Produkt mit 95%iger Reinheit bestimmt wurde. Dies erläutert die durch den Zusatz von Wasser erzielte verbesserte Ausbeute.

Beispiel 4

In einen 10 ml-Einhalskolben wurden 0,88 g (5 mMol) 4-Diäthylaminobenzaldehyd, 0,90 g (5 mMol) p-(Äthoxycarbonyl)-phenyl- hydroxylamin, 2,0 g Tetrahydrofuran und 10 Mikroliter Methansulfonsäure eingebracht. Nach 1stündigem Rühren wurde der Gleichgewichtswert von 45% Nitron erreicht und anschließend 4,0 g Cyclohexan zugegeben. nach 72stündigem Rühren wurde der gebildete Nitron-Niederschlag abfiltriert und lieferte 0,76 g Produkt. Die Reaktionsmischung wurde zur Erzielung einer zweiten Kristallfraktion abgekühlt, die 0,20 g wog. Das Produkt wurde mit 50%igem wässerigen Äthanol gewaschen und getrocknet, wodurch man eine Gesamtausbeute von 0,96 g (57%) an α-(4Diäthylaminophenyl)- N-(4-carbäthoxyphenyl)-nitron mit 98%iger Reinheit erhielt.

Die vorstehenden Beispiele erläutern die besonderen Ausführungsformen dieser Erfindung. Variationen dieser Ausführungsformen sind für den Fachmann ohne weiteres ersichlich und liegen daher im Rahmen dieser Erfindung.

Auf alle in der vorliegenden Beschreibung angeführten Patentschriften und Veröffentlichungen wird ausdrücklich Bezug genommen und der Offenbarungsgehalt aller dieser Veröffentlichungen durch diese Bezugnahme in vollem Umfang in die vorliegende Anmeldung integriert.

Claims (25)

1. Verfahren zur Herstellung von Arylnitronen, dadurch gekennzeichnet, daß man Arylhydroxylamin mit Arylaldehyd unter Bildung von Arylnitron in Gegenwart eines sauren Katalysators, eines Nichtlösungsmittels für Arylnitron und eines organischen Lösungsmittels für das Arylhydroxylamin und das Arylaldehyd umsetzt, wobei die Menge des organischen Lösungsmittels ausreichend groß ist, um sowohl das Arylhydroxylamin als auch den Arylaldehyd löslich zu machen, und die Menge des Nichtlösungsmittels ausreichend groß ist, um einen wesentlichen Teil des gebildeten Arylnitrons auszufällen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Nichtlösungsmittel für Arylnitron Wasser ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Nichtlösungsmittel für Arylnitron aus der Gruppe bestehend aus aliphatischen Kohlenwasserstoffen mit 3 bis 8 Kohlenstoffatomen plus aromatischen und alkylaromatischen Kohlenwasserstoffen mit 6 bis 10 Kohlenstoffatomen ausgewählt ist.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Nichtlösungsmittel aus der Gruppe bestehend aus Benzol, Toluol, Heptan, Cyclohexan, Octan und Xylol ausgewählt ist.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es die zusätzliche Stufe des Abkühlens der Reaktionsmischung bis auf eine, zur Ausfällung von weiterem Arylnitron ausreichend niedrige Temperatur umfaßt.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionsmischung bis auf eine Temperatur innerhalb des Bereichs von etwa 0°C bis 10°C abgekühlt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das gebildete Diarylnitron die nachstehende Formel besitzt, in welcher
Z (R³) _a -Q-R⁴- oder R⁵- bedeutet,
Q ein einwertiger, zweiwertiger oder dreiwertiger Substituent oder eine verbindende Gruppe ist,
jeder der Reste R, R¹, R² und R³, unabhängig, aus der Gruppe bestehend aus Wasserstoff, sowohl Alkyl- und substituierten Alkylresten mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen und aromatischen Resten mit 6 bis 13 Kohlenstoffatomen ausgewählt ist,
R⁴ einen aromatischen Rest mit 6 bis 13 Kohlenstoffatomen bedeutet,
R⁵ ein 6 bis 20 Kohlenstoffatome enthaltender aromatischer heterocyclischer Rest ist, in welchem die Heteroatome aus der Gruppe bestehend aus Sauerstoff, Stickstoff und Schwefel ausgewählt sind,
R⁶ einen aromatischen Kohlenwasserstoffrest mit 6 bis 20 Kohlenstoffatomen bedeutet,
X aus der Gruppe bestehend aus Halogen, Cyanogruppen, aliphatischen Acylresten mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen, Alkyl- und substituierten Alkylresten mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen, Aryl- und substituierten Arylresten mit 6 bis 13 Kohlenstoffatomen und Alkoxycarbonylresten mit 2 bis 8 Kohlenstoffatomen ausgewählt ist,
a einen Wert von 0 bis 2,
b einen Wert von 0 bis 3 und
n einen Wert von 0 bis 4
aufweist.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Arylhydroxylamin die nachfolgende Formel besitzt, in welcher R⁶ Phenyl bedeutet, X wie in Anspruch 2 definiert ist und der Index b einen Wert von 1 bis 2 aufweist.

9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Arylaldehyd die nachfolgende Formel besitzt, in welcher R² Wasserstoff bedeutet, der Index n den Wert 0 besitzt und Z die gleiche Bedeutung wie in Anspruch 7 aufweist.

10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Arylaldehyd aus der Gruppe bestehend aus
4-Diäthylaminobenzaldehyd,
4-Dimethylaminobenzaldehyd,
4-Methoxy-benzaldehyd,
9-Julolidinyl-aldehyd,
2-Aldehyd-(1,1-diphenyl)-äthylen und
2-Aldehyd-(1-phenyl)-propylen
und das Arylhydroxylamin aus der Gruppe bestehend aus Phenylhydroxylamin,
4-Chlorphenylhydroxylamin,
3,4-Dichlorphenylhydroxylamin,
4-Äthoxycarbonylphenylhydroxylamin,
4-Acetylphenylhydroxylamin und
4-Cyanophenylhydroxylamin
ausgewählt ist.

11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der saure Katalysator aus der Klasse bestehend aus starken Carbonsäuren, Sulfonsäuren, Halogenwasserstoffen und den Oxosäuren von Phosphor, Stickstoff und Schwefel, ausgewählt ist.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Säure aus der Gruppe bestehend aus Chlorwasserstoff, Bromwasserstoff, Fluorwasserstoff, Perchlorsäure, Essigsäure, Ameisensäure, Propionsäure, Buttersäure, Valeriansäure, Capronsäure, Önanthsäure, 2-Methylpropionsäure, Chloressigsäuren, Trichloressigsäure, Trifluoressigsäure, Phenylessigsäure, Phosphorsäure, Phosphorige Säure, Schweflige Säure, Schwefelsäure und Salpetersäure, ausgewählt ist.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge an eingesetzem sauren Katalysator innerhalb des Bereichs von etwa 0,1 bis 10 Gewichtsprozent des organischen Lösungsmittels und Wasser innerhalb der Reaktionsmischung liegt.

14. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das gebildete Arylnitron aus der Gruppe bestehend aus
α-(4-Diäthylaminophenyl)-N-phenylnitron,
α-(4-Diäthylaminophenyl)-N-(4-chlorphenyl)-nitron,
α-(4-Diäthylaminophenyl)-N-(3,4-dichlorphenyl)-nitron,
α-(4-Diäthylaminophenyl)-N-(4-carbäthoxyphenyl)-nitron,
α-(4-Diäthylaminophenyl)-N-(4-carbbutoxyphenyl)-nitron,
α-(4-Diäthylaminophenyl)-N-(4-acetylphenyl)-nitron,
α-(4-Dimethylaminophenyl)-N-(4-cyanophenyl)-nitron,
α-(4-Methoxyphenyl)-N-(4-cyanophenyl)-nitron,
α-(9-Julolidinyl)-N-phenylnitron,
α-(9-Julolidinyl)-N-(4-chlorphenyl)-nitron,
α-[2-(1,1-Diphenyläthenyl)]-N-phenylnitron und
α-[2-(1-Phenylpropenyl)]-N-phenylnitron
ausgewählt ist.

15. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das organische Lösungsmittel aus der Klasse bestehend aus niederen aliphatischen Alkoholen mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen, aliphatischen Nitrilen mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen, niederen Alkylestern mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen und niederen Alkylketonen mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen, die bei Umgebungstemperatur flüssig sind, ausgewählt ist.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Lösungsmittel aus der Gruppe bestehend aus Methanol, Äthanol, Isopropanol, Propanol, n-Butanol, tert.-Butanol, Xylol, Diäthyläther, Essigsäure, Dimethoxyäthan, Dioxan, Diglyme, Aceton und Acetonitril, ausgewählt ist.

17. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge an verwendetem Nichtlösungsmittel für Arylnitron innerhalb des Bereiches von etwa 0,25 bis 2 Liter pro Mol hergestelltem Arylnitron liegt.

18. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumverhältnis von Nichtlösungsmittel für Arylnitron zu organischem Lösungsmittel innerhalb des Bereiches von 0,25 bis 2,0 liegt.

19. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Nichtlösungsmittel für Arylnitron und das organische Lösungsmittel ein und dasselbe sind.

20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß das organische Lösungsmittel und das Nichtlösungsmittel für Arylnitron ein Äther mit 2 bis 8 Kohlenstoffatomen ist.

21. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die verwendete Menge an organischem Lösungsmittel innerhalb des Bereiches von etwa 0,5 bis 2 Liter pro Mol Arylhydroxylamin und Arylaldehyd liegt.

22. Verfahren zur Herstellung von Arylnitron, dadurch gekennzeichnet, daß man
(a) Arylhydroxylamin und Arylaldehyd in Gegenwart eines organischen Lösungsmittels und eines sauren Katalysators zur Herstellung einer im Gleichgewicht befindlichen Mischung von Arylnitron, Arylaldehyd und Arylhydroxylamin umsetzt, wobei die Säuremenge ausreichend groß ist, um die Reaktion zu katalysieren,
(b) unter Rühren ein Nichtlösungsmittel für Arylnitron in einer Menge zugibt, die ausreichend groß ist, um das Arylnitron auszufällen und
(c) das Arylhydroxylamin und den Arylaldehyd innerhalb der im Gleichgewicht befindlichen Mischung unter Bildung von Arylnitron umsetzt.

23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß das Nichtlösungsmittel Wasser ist.

24. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die im Gleichgewicht befindliche Mischung auf eine Temperatur abgekühlt wird, die ausreichend niedrig ist, um einen wesentlichen Anteil an Arylnitron in Lösung auszufällen.

25. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß der saure Katalysator aus der Gruppe bestehend aus Essigsäure, Methansulfonsäure, Ameisensäure, Propansäure, Buttersäure, Valeriansäure, Capronsäure, Önanthsäure, 2-Methylpropionsäure, Chloressigsäuren, Trichloressigsäure, Trifluoressigsäure, Phenylessigsäure, Phosphorsäure, Phosphorige Säure, Schweflige Säure, Schwefelsäure und Salpetersäure, ausgewählt ist.