DE3710631A1

DE3710631A1 - Trifluormethylbenzoylbromid und dessen umwandlung zu brombenzotrifluorid

Info

Publication number: DE3710631A1
Application number: DE19873710631
Authority: DE
Inventors: Toshikazu Kawai; Hideki Oshio
Original assignee: Central Glass Co Ltd
Current assignee: Central Glass Co Ltd
Priority date: 1986-04-01
Filing date: 1987-03-31
Publication date: 1987-10-15
Also published as: DE3710631C2; US4968852A; IT1202728B; JPS6345230A; JPH0546331B2; GB2190373B; IT8719917A0; FR2601672B1; GB2190373A; FR2601672A1; GB8707443D0

Description

Die Erfindung betrifft neue Verbindungen, nämlich 2-, 3- und 4-Trifluormethylbenzoylbromid sowie ein Verfahren zu ihrer Herstellung und ein Verfahren zur Umwandlung von 2-, 3- oder 4-Trifluormethylbenzoylbromid zu 2-, 3- oder 4-Brombenzotrifluorid.

Brombenzotrifluorid wird als Zwischenmaterial für einige Arzneimittel und Agrikulturchemikalien verwendet.

Eine bekannte Verfahrensweise zur Herstellung von Brombenzotrifluorid ist die Bromierung von Benzotrifluorid, siehe J. Chem. Soc., P. T. 1 (1984), 893. Das nach dieser Verfahrensweise hergestellte Produkt ist jedoch immer eine Mischung der 3 Isomeren, nämlich von 2-, 3- und 4-Brombenzotrifluorid. Eine weitere Verfahrensweise ist die Trifluormethylierung von Brombenzol, siehe J. Fluorine Chem., Vol. 18 (1981), 281, jedoch ist das nach dieser Verfahrensweise erhaltene Produkt eine iMischung von 2- und 4-Brombenzotrifluorid. Noch eine andere Verfahrensweise ist die Fluorierung von Brombenzoesäure mit SF₄, siehe Chem. Abstr., Vol. 83 (1975), 9118r. Nach dieser Verfahrensweise wird ein gewünschtes Produkt, z. B. 2-Brombenzotrifluorid aus 2-Brombenzoesäure ohne Bildung von nicht erwünschten Isomeren erhalten.

Diese Verfahrensweise ist jedoch für die industrielle Anwendung wegen der sehr hohen Toxizität von SF₄ ungeeignet.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines in der industriellen Praxis durchführbaren Verfahrens zur Herstellung von 2-, 3- oder 4-Brombenzotrifluorid ohne Bildung von nicht erwünschten Isomeren sowie die Bereitstellung einer neuen Verbindung, aus welcher Brombenzotrifluorid in einfacher Weise erhalten werden kann, weiterhin ein Verfahren zur Herstellung dieser neuen Verbindung.

Es wurde nun gefunden, daß eine neue Verbindung, nämlich Trifluormethylbenzoylbromid, welches in den drei durch die allgemeine Formel (1) wiedergegebenen Formen vorliegen kann:

durch Bromierung von Trifluormethylbenzoesäure oder durch eine Halogenaustauschreaktion an Trifluormethylbenzoylchlorid mit Brom hergestellt werden kann, und daß 2-, 3- oder 4-Brombenzotrifluorid durch Decarbonylierung von 2-, 3- oder 4-Trifluormethylbenzoylbromid hergestellt werden kann.

Eine Ausführungsform der Erfindung betrifft daher neue Verbindungen, nämlich Trifluormethylbenzoylbromide, wie sie durch die allgemeine Formel (1) wiedergegeben werden. Diese neuen Verbindungen werden hergestellt, indem 2-, 3- oder 4-Trifluormethylbenzoesäure mit einem Bromierungsmittel umgesetzt wird, oder indem 2-, 3- oder 4-Trifluormethylbenzoylchlorid mit Brom in Anwesenheit eines Metallbromids umgesetzt wird.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von 2-, 3- oder 4-Brombenzotrifluorid, wobei dieses das Erhitzen von 2-, 3- oder 4-Trifluormethylbenzoylbromid in Anwesenheit eines Decarbonylisierungskatalysators umfaßt.

Die neuen Verbindungen Thrifluormethylbenzoylbromid sind als Ausgangsmaterial für Zwischenprodukte von einigen Arzneimitteln, Agrikulturchemikalien oder Flüssigkristallen brauchbar.

Sowohl Trifluormethylbenzoesäure als auch Trifluormethylbenzoylchlorid, welche alternativ als Ausgangsmaterial gemäß der Erfindung eingesetzt werden, sind leicht erhältliche, industrielle Materialien, und die gemäß der Erfindung eingesetzten Bromierungsmittel sind ebenfalls industriell zugängliche und handelsübliche Materialien. Die Relationen, welche bei der Erfindung angewandt werden, laufen unter relativ milden Bedingungen ab.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil der Erfindung liegt darin, daß beliebig 2-, 3- oder 4-Brombenzotrifluorid mit guter Ausbeute und ohne gleichzeitigem Vorliegen von Isomeren erhalten werden kann.

Die Erfindung wird im folgenden näher erläutert.

Zur Bromierung von 2-, 3- oder 4-Trifluormethylbenzoesäure wird gemäß der Erfindung ein anorganisches oder organisches Bromid als Bromierungsmittel eingesetzt. Vorteilhafterweise wird Phosphortribromid, Phosphorpentabromid, Thionylbromid, Sulfurylbromid, Oxalylbromid oder Triphenylphosphindibromid verwendet. Die Menge des Bromierungsmittels sollte etwas im Überschuß zu der stöchiometrischen Menge sein. Die Temperatur der Bromierungsreaktion ist in Abhängigkeit von der Art des Bromierungsmittels variabel, und im allgemeinen reicht sie von Zimmertemperatur bis etwa 200°C. Die Reaktion ist in 1 bis 10 Stunden abgeschlossen.

Im Fall der Durchführung der Halogenaustauschreaktion mit Brom an Trifluormethylbenzoylchlorid in Anwesenheit eines Metallbromids ist es vorteilhaft, das Bromid unter Alkalimetallbromiden, beispielsweise Natriumbromid und Kaliumbromid, oder unter Erdalkalibromiden auszuwählen. In diesem Fall ist das hauptsächliche Bromierungsmittel Brom. Daher wird wenigstens eine stöchiometrische Menge an Brom eingesetzt. Die Menge des Metallbromids ist variabel und reicht von katalytischen Mengen bis zu einer annähernd äquivalenten Menge des Hauptbromierungsmittels. Die Reaktionstemperatur reicht von Zimmertemperatur bis etwa 100°C, und die Reaktionsdauer beträgt 2 bis 20 Stunden.

Die Decarbonylierung von 2-, 3- oder 4-Trifluormethylbenzoylbromid zur Herstellung von 2-, 3- oder 4-Brombenzotrifluorid wird unter Verwendung eines Decarbonylisierungskatalysators durchgeführt. Wirksame Katalysatoren finden sich unter Rhodiumverbindungen, Palladiumverbindungen und Rutheniumverbindungen. Vorzugsweise wird Rhodium, Palladium oder Ruthenium in Form eines Metallkomplexes, beispielsweise als Tristriphenylphosphinrhodiumchlorid, Tris-triphenylphosphinrhodiumbromid oder Bis-triphenylphosphinpalladiumdichlorid eingesetzt. Die Menge an Darbonylisierungskatalysator beträgt wenigstens 0,01 mol-% und vorzugsweise nicht weniger als 0,1 mol-%, bezogen auf das zu decarbonylierende Trifluormethylbenzoylbromid. Vorteilhafterweise wird die Decarbonylierungsreaktion bei einer Temperatur im Bereich von etwa 150°C bis etwa 250°C durchgeführt.

Die Erfindung wird anhand der folgenden Beispiele näher erläutert.

Beispiel 1

In einem 300 ml Glasreaktionsgefäß wurden 190 g 2-Trifluormethylbenzoesäure mit 160 g Phosphortribromid bei 170°C während 2 h umgesetzt. Danach wurde die Reaktionsflüssigkeit destilliert, um zunächst nichtumgesetztes Phosphortribromid zu entfernen und dann um 2-Trifluormethylbenzoylbromid mit einem Siedepunkt von 210,8°C zu erhalten. Dieses Reaktionsprodukt wog 186 g, dies bedeutet eine Ausbeute von 74%.

Dieses Reaktionsprodukt wurde mittels NMR-Spektroskopie und Massenspektrometrie (MASS) untersucht, wobei folgende Werte erhalten wurden:
¹⁹F-NMR (Standard: CF₃CO₂H) in CCl₄:
-17,1 ppm (3F, s)
¹H-NMR (Standard: TMS) in CCl₄:
7,6-8,0 ppm (4H, m)
MASS, m/e-Werte: 173 (M⁺ - Br), 145 (M⁺ - COBr)

Als nächstes wurde die Decarbonylierung von 2-Trifluormethylbenzoylbromid durchgeführt. Zunächst wurden 2 g Tris-triphenylphosphinrhodiumchlorid als Decarbonylisierungskatalysator in einen 30 ml Claisen-Kolben eingefüllt und auf 210°C erhitzt, und unter Aufrechterhaltung dieser Temperatur wurden 169 g 2-Trifluormethylbenzoylbromid langsam in den Kolben eingegeben, während gleichzeitig das Destillat aufgefangen wurde. In diesem Fall betrug die Katalysatormenge 0,32 mol-% des Bromids. Die Gesamtmenge an aufgefangenem Destillat betrug 132 g. Durch Destillation dieser Flüssigkeit wurden 110 g 2-Brombenzotrifluorid mit einer Reinheit von 99,8% erhalten. Die Ausbeute bei dieser Reaktion betrug 77%.

Beispiel 2

In einem verschlossenen Rohr wurde 1 g 2-Trifluormethylbenzoylbromid, die in Beispiel 1 hergestellt worden waren, auf 240° während 1,5 h zusammen mit 0,02 g (0,55 mol-%) an Tris-triphenylphosphinrhodiumchlorid erhitzt. Danach wurde die Reaktionsflüssigkeit durch Gaschromatographie analysiert. Die Analyse zeigte, daß die Umwandlung von 2-Trifluormethylbenzoylbromid 98,0% erreichte, und daß die Selektivität für 2-Brombenzotrifluorid 99,0% betrug, und daß kein Isomeres in nachweisbarer Menge vorlag.

Beispiel 3

In ein 50 ml Glasreaktionsgefäß wurden 30 g 4-Trifluormethylbenzoesäure und 14,5 g Phosphortribromid bei 155°C während 3 h umgesetzt. Danach wurde die Reaktionsflüssigkeit unter vermindertem Druck destilliert, wobei 23 g 4-Trifluormethylbenzoylbromid mit einem Siedepunkt von 88-89°C bei 2394 Pa (18 mmHg) erhalten wurden. Die Ausbeute bei dieser Reaktion war 58%.

Die NMR- und MASS-Analyse dieses Reaktionsproduktes ergab folgende Werte:
¹⁹F-NMR (Standard: CF₃CO₂H) in CCL₄:
-14,0 ppm (3F, s)
¹H-NMR (Standard: TMS) in CCl₄:
8,0 ppm (2H, d), 7,6 ppm (2H, d)
MASS, m/e Werte: 173 (M⁺ - Br), 145 (m⁺ - COBr)

Zur Durchführung der Decarbonylierungsreaktion wurden 1 g 4-Trifluormethylbenzoylbromid in einem verschlossenen Rohr zusammen mit 0,01 g (0,27 mol-%) Tris-triphenylphosphinrhodiumchlorid auf 250°C während 1,5 h erhitzt. Die anschließend durchgeführte gaschromatographische Analyse der Reaktionsflüssigkeit zeigte, daß die Umwandlung des Ausgangsbromides 98,9% erreicht hatte, und daß die Selektivität für 4-Brombenzotrifluorid 99,3% betrug.

Beispiel 4

Die Bromierung von 3-Trifluormethylbenzoesäure wurde im wesentlichen nach derselben Arbeitsweise wie in Beispiel 3 durchgeführt. Als Ergebnis wurde 21 g 3-Trifluormethylbenzoylbromid aus 30 g des Ausgangsmaterials erhalten. Die Ausbeute betrug 53%.

Der Siedepunkt des erhaltenen Bromid lag bei 86-88°C bei 2261-2394 Pa (17-18 mmHg). Die NMR- und MASS-Analyse dieses Bromids ergab folgende Werte:
¹⁹F-NMR (Standard: CF₃CO₂H) in CCl₄:
-13,6 ppm (3F, s)
¹H-NMR (Standard: TMS) in CCl₄:
7,5-8,3 ppm (4H, m)
MASS, m/e-Werte: 173 (M⁺ - Br), 145 (M⁺ - COBr)

Als nächstes wurden 1 g 3-Trifluormethylbenzoylbromid der Decarbonylierungsreaktion in derselben Weise wie in Beispiel 3 unterzogen. In diesem Fall erreichte die Umwandlung des Ausgangsbromids 100% innerhalb 1,5 h, und die Selektivität für 3-Brombenzotrifluorid betrug 99,6%.

Beispiel 5

In einem 20 ml Glasreaktionsgefäß wurden 10,4 g 2-Trifluormethylbenzoylchlorid, 3,0 g Natriumbromid und 8,0 g Brom bei 50°C während 10 h umgesetzt. Danach wurde nichtumgesetztes Brom aus dem Reaktionsgefäß mittels Stickstoffgas ausgespült, und die Feststoffe wurden aus dem Reaktionssystem durch Filtration entfernt. Die gaschromatographische Analyse der Reaktionsflüssigkeit zeigte, daß 52% 2-Trifluormethylbenzoylchlorid in 2-Trifluormethylbenzoylbromid umgewandelt worden waren. Durch fraktionelle Destillation der Reaktionsflüssigkeit wurden 5,9 g 2-Trifluormethylbenzoylbromid mit einem Siedepunkt von 210,8°C erhalten. Die NMR- und MASS-Analyse dieses Bromids ergab folgende Werte:
¹⁹F-NMR (Standard: CF₃CO₂H) in CCl₄:
-17,1 ppm (3F, s)
¹H-NMR (Standard:TMS) in CCl₄: 7,6-8,0 ppm (4H, m)
MASS, m/e-Werte: 173 (M⁺ - Br), 145 (M⁺ - COBr)

Zur Durchführung der Decarbonylierungsreaktion wurden 5,9 g 2-Trifluormethylbenzoylbromid in einem verschlossenen Rohr zusammen mit 0,06 g Tris-triphenylphosphinrhodiumbromid auf 220°C während 2,5 h erhitzt. Die anschließend durchgeführte gaschromatographische Analyse der Reaktionsflüssigkeit zeigte, daß die Umwandlung des 2-Trifluormethylbenzoylbromids 100% erreichte, und daß die Selektivität für 2-Brombenzotrifluorid 100% betrug.

Claims

1. Trifluormethylbenzoylbromid der allgemeinen Formel (1)

2. Verfahren zur Herstellung von Trifluormethylbenzoylbromid, dadurch gekennzeichnet, daß es die Stufe der Umsetzung von Trifluormethylbenzoesäure mit einem Bromierungsmittel umfaßt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Bromierungsmittel Phosphortribromid, Phosphorpentabromid, Thionylbromid oder Sulfurylbromid verwendet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Bromierungsmittel ein organisches Bromid in Form von Oxalylbromid oder Triphenylphosphindibromid verwendet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktion bei einer Temperatur im Bereich von Zimmertemperatur bis etwa 200°C durchgeführt wird.

6. Verfahren zur Herstellung von Trifluormethylbenzoylbromid, dadurch gekennzeichnet, daß es die Stufe der Umsetzung von Trifluormethylbenzoylchlorid mit Brom in Anwesenheit eines Metallbromids umfaßt.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Metallbromid ein Alkalimetallbromid oder Erdalkalibromid verwendet wird.

8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktion bei einer Temperatur im Bereich von Zimmertemperatur bis etwa 100°C durchgeführt wird.

9. Verfahren zur Herstellung von Brombenzotrifluorid, dadurch gekennzeichnet, daß es die Stufe des Erhitzens von Trifluormethylbenzoylbromid in Anwesenheit eines Decarbonylierungskatalysators umfaßt.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Decarbonylierungskatalysator ein Edelmetall aus der Gruppe von Rhodium, Palladium oder Ruthenium umfaßt.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß als Decarbonylierungskatalysator ein Metallkomplex eingesetzt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß als Decarbonylierungskatalysator ein Metallkomplex in Form von:
Tris-triphenylphosphinrhodiumchlorid,
Tris-triphenylphosphinrhodiumbromid, oder
Bis-triphenylphosphinpalladiumchlorid
verwendet wird.

13. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Erhitzen bei einer Temperatur im Bereich von etwa 150°C bis etwa 250°C durchgeführt wird.