DE3740566C2 - - Google Patents
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- DE3740566C2 DE3740566C2 DE3740566A DE3740566A DE3740566C2 DE 3740566 C2 DE3740566 C2 DE 3740566C2 DE 3740566 A DE3740566 A DE 3740566A DE 3740566 A DE3740566 A DE 3740566A DE 3740566 C2 DE3740566 C2 DE 3740566C2
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C07—ORGANIC CHEMISTRY
- C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
- C07C255/00—Carboxylic acid nitriles
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von
Trifluormethylbenzonitril, im folgenden abgekürzt als TFMBN,
durch Umsetzung von Trifluormethylbenzaldehyd mit Hydroxylamin bei erhöhter
Temperatur.
TFMBN ist als Zwischenprodukt für einige Arzneimittel einschließlich
Tranquilizern und Agrikulturchemikalien brauchbar,
ferner als Zwischenprodukt eines bestimmten Typs von
Flüssigkristall.
In der US-PS 42 11 721 wird die Herstellung von TFMBN durch
Cyanierung von Chlorbenzotrifluorid beschrieben, diese Verfahrensweise
ist jedoch für eine industrielle Anwendung als
Folge des Einsatzes eines hochtoxischen Cyanids nicht geeignet.
In der DE-A-22 14 061 ist die Herstellung von TFMBN
durch Fluorierung von α,α,α-Trichlortolunitril beschrieben,
diese Fluorierungsreaktion ist jedoch schwierig zum Abschluß
zu bringen, so daß das Reaktionsprodukt Difluorverbindungen
enthält. In der DE-A-25 50 262 ist die Herstellung von TFMBN
durch Reaktion von Trichlormethylbenzotrifluorid mit Ammoniak
gezeigt, jedoch ist die Ausbeute an dem gewünschten Produkt
niedrig, z. B. weniger als 15% im Fall der Herstellung von
4-Trifluormethylbenzonitril. Außerdem sind bei jeder dieser
Verfahrensweise komplizierte Arbeitsvorgänge für die Behandlung
nach der Reaktion erforderlich.
Wie in J. Chem. Soc. (1965) 1564, beschrieben ist, können im
allgemeinen Nitrile direkt aus Aldehyden mit ziemlich guter
Ausbeute durch Rückflußkochen einer Lösung eines Aldehyds
in Ameisensäure mit Hydroxylamin hergestellt werden. Diese
Verfahrensweise weist jedoch schwerwiegende Probleme unter
praktischen Gesichtspunkten auf: zunächst ist die Wiedergewinnung
von Ameisensäure mühsam, da die Säure mit dem als
Nebenprodukt gebildeten Wasser verdünnt ist; weiterhin wird
in dieser Literaturstelle angegeben, daß die Nitrile durch
Verdünnen der Reaktionsflüssigkeit mit Wasser isoliert wurden.
Falls die verdünnte Ameisensäure bei der Reaktion des nächsten
Ansatzes erneut eingesetzt wird, wird die Reaktionsgeschwindigkeit
sehr niedrig. Wenn diese Verfahrensweise zur
Herstellung von TFMBN aus Trifluormethylbenzaldehyd, im folgenden
abgekürzt als TFMBA, angewandt wird, tritt noch ein
weiteres Problem auf, nämlich die Isolierung des gebildeten
TFMBN wird schwierig, weil TFMBN und Ameisensäure ein
Azeotrop bilden. Außerdem hydrolysiert TFMBN relativ leicht,
wenn es mit Wasser in Kontakt kommt, und zwar zu Trifluormethylbenzamid
als Folge des Elektroneneffektes seiner Trifluormethylgruppe.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung
eines im industriellen Maßstab anwendbaren Verfahrens der eingangs
genannten Art mit hoher Leistungsfähigkeit.
Ausgehend von dem eingangs genannten Verfahren wird die Aufgabe
dadurch gelöst, daß man die Reaktion in wenigstens
30 Gew.-Teilen pro 100 Gew.-Teile Trifluormethylbenzaldehyd
eines organischen Lösungsmittels, das mit Wasser nicht mischbar
ist und einen höheren Siedepunkt als den Siedepunkt des
zu bildenden Trifluormethylbenzonitrils besitzt, und ggf.
in Anwesenheit von Ameisensäure, Essigsäure oder Essigsäureanhydrid
durchführt, wobei das Reaktionssystem in der Anfangsstufe
der Reaktion auf annähernd 100°C erhitzt gehalten,
dann die Temperatur allmählich entsprechend dem abgegebenen
Wasser bis zur Maximaltemperatur von etwa 200°C
erhöht wird, und man das bei der Reaktion gebildete Wasser
fortlaufend aus dem Reaktionssystem abdestilliert.
Der Reaktionsablauf bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
ist folgender (ausgezogene Pfeile):
Wie in diesen Reaktionsformeln angegeben ist, wird bei der
Reaktion zwischen TFMBA und Hydroxylamin Trifluormethylbenzaldoxim
als Zwischenprodukt gebildet, und die Dehydratation
dieses Aldoxims ergibt TFMBN. Es wurde nun gefunden,
daß die beiden Stufen der Reaktion glatt und rasch ablaufen,
wenn durch die Reaktion in einem organischen Lösungsmittel
durchgeführt wird, welches mit Wasser nicht mischbar ist
und einen ausreichend hohen Siedepunkt besitzt, z. B. in
Nitrotoluol, wobei als Nebenprodukt gebildetes und aus dem
Reaktionssystem verdampftes Wasser fortwährend abgeführt
wird. Die Abführung des Wassers ist auch für eine Unterdrückung
der Hydrolyse von TFMBN zu Trifluormethylbenzamid
wirksam, die in dem zuvor angegebenen Reaktionsschema durch
den Pfeil in gebrochener Linie angezeigt ist. Weiterhin ist
bei dem erfindungsgemäßen Verfahren der Vorteil gegeben,
daß TFMBN als Reaktionsprodukt in einfacher Weise durch
Destillation isoliert werden kann. Außerdem wird der größte
Teil des Lösungsmittels mit hohem Siedepunkt als Rückstand
der Destillation wiedergewonnen, und in der wiedergewonnenen
Form kann dieser für die Reaktion eines weiteren Ansatzes
erneut eingesetzt werden. Daher ist das erfindungsgemäße
Verfahren für eine industrielle Herstellung von TFMBN sehr
vorteilhaft.
Die Erfindung wird anhand bevorzugter Ausführungsformen
näher erläutert.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es wesentlich, als
als flüssiges Medium für die Reaktion ein organisches Lösungsmittel
zu verwenden, welches mit Wasser nicht mischbar ist
und einen weit höheren Siedepunkt als 100°C und höher als
der Siedepunkt des zu bildenden TFMBN besitzt. Gute Beispiele
für solche Lösungsmittel sind Nitrobenzol, Nitrotoluol,
Chlornitrobenzol und Diphenylether. Die Menge des
organischen Lösungsmittels mit hohem Siedepunkt beträgt
wenigstens 30 Gew.-Teile und bevorzugt
100-400 Gew.-Teile, jeweils auf 100 Gew.-Teile des der
Reaktion unterzogenen TFMBA.
In der Anfangsstufe der Reaktion zur Bildung von TFMBN
wird das Reaktionssystem auf annähernd 100°C gehalten,
und die Temperatur wird allmählich
angehoben, um den Dampf des als Nebenprodukt gebildeten
Wassers fortlaufend aus dem Reaktionssystem abzuführen.
Abschließend kann das Reaktionssystem bis auf
etwa 200°C erhitzt werden, jedoch ist es bevorzugt, die
abschließende Temperatur in dem Bereich von etwa 140°C bis
etwa 160°C zu halten. Wenn die Temperatur des Reaktionssystems
über 100°C durch die Entfernung von Wasser angehoben
wird, wird die Dehydratisierungsreaktion von als
Zwischenprodukt gebildetem Trifluormethylbenzaldoxim zur
Bildung von TFMBN noch weiter gefördert.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren reicht es aus, 1,0-1,2 Mol
Hydroxylamin pro Mol TFMBA einzusetzen, jedoch treten keine
Probleme bei Verwendung einer größeren Hydroxylaminmenge auf.
In der industriellen Praxis ist es üblich, Hydroxylamin in
Form eines Säuresalzes wie als Hydrochlorid oder Sulfat einzusetzen.
Daher besteht die Notwendigkeit der Verwendung
einer Base als Hilfsstoff für die Neutralisation. Üblicherweise
wird ein Salz einer organischen Säure, z. B. Natriumformiat
oder Natriumacetat als Base eingesetzt, obwohl es
ebenfalls möglich ist, eine anorganische Base wie Natriumhydroxid
oder Kaliumhydroxid anzuwenden.
Zur weiteren Förderung der Dehydratisierungsreaktion von
als Zwischenprodukt gebildetem Trifluormethylbenzaldoxim
kann gegebenenfalls, was ziemlich vorteilhaft ist, eine
geeignete organische Säure wie Ameisensäure, Essigsäure
oder Essigsäureanhydrid zu den Ausgangsmaterialien zugesetzt
werden. Die Menge einer solchen organischen Säure
ist nicht streng begrenzt, und sie kann in Mol annähernd
äquivalent der Menge von TFMBA sein.
Als TFMBA können 2-Trifluormethylbenzaldehyd, 3-Trifluormethylbenzaldehyd und
4-Trifluormethylbenzaldehyd eingesetzt werden.
Die Erfindung wird anhand der folgenden Beispiele näher
erläutert.
Ein Reaktionsgefäß mit einem Fassungsvermögen von 100 l
wurde mit 50,0 kg 2-Nitrotoluol beschickt, und in diesem
Lösungsmittel wurden 25,0 kg 4-Trifluormethylbenzaldehyd,
14,2 kg Hydroxylaminsulfat, 11,7 kg Natriumformiat und
7,8 kg 80%ige Ameisensäure der Reaktion unterworfen.
Zu Beginn wurde das Reaktionssystem auf 100°C erhitzt,
und durch die Reaktion gebildetes Wasser wurde fortlaufend
aus dem Reaktionsgefäß abdestilliert. Die Temperatur
des Reaktionssystems wurde allmählich auf 140°C angehoben,
und bei dieser Temperatur wurde das Rühren während
3 h fortgeführt. Durch diese Behandlung erreichte die Umwandlung
von 4-TFMBA 99,6%, und die Selektivität für
4-Trifluormethylbenzonitril betrug 90,5%. Das aus dem
Reaktionsgefäß während des zuvor beschriebenen Arbeitsvorganges
abgegebene Wasser belief sich auf 9,8 kg, und
das Reaktionsprodukt schloß 8,4% 4-Trifluormethylbenzamid
ein.
Dann wurde die Gesamtmenge der Reaktionsflüssigkeit zur Gewinnung
organischer Bestandteile destilliert. Nach dem
Waschen mit Wasser wurden die organischen Bestandteile
zur Isolierung von 4-TFMBN als Destillat destilliert. Als
Ergebnis wurden 20,0 kg (Ausbeute=81,6%) an 4-TFMBN erhalten.
Aus dem Rückstand der Destillation wurden 47,8 kg
2-Nitrotoluol gewonnen, dies bedeutet eine Wiedergewinnung
von 95,6%. Das wiedergewonnene Lösungsmittel wurde bei der
Wiederholung der Reaktion zur Bildung von 4-TFMBN erneut
eingesetzt, und es traten keine Schwierigkeiten beim Ablauf
der Reaktion auf.
Ein Reaktionsgefäß mit einem Fassungsvermögen von 1 l wurde
mit 500 g 4-Chlornitrobenzol beschickt, und in diesem Lösungsmittel
wurden 250 g 2-Trifluormethylbenzaldehyd, 120 g Hydroxylaminhydrochlorid,
172 g einer 40%igen wäßrigen Lösung
von Natriumhydroxid und 104 g Essigsäure der Reaktion unterworfen.
Zu Beginn wurde das Reaktionssystem auf 100°C erhitzt,
und das durch die Reaktion gebildete Wasser wurde fortlaufend
aus dem Reaktionsgefäß abdestilliert. Die Temperatur des Reaktionssystems
wurde allmählich auf 140°C gesteigert, und bei
dieser Temperatur wurde das Rühren während 4 h fortgeführt.
Als Folge dieser Behandlung erreichte die Umwandlung von
2-TFMBA 97,3%, und die Selektivität für 2-Trifluormethylbenzonitril
betrug 89,6%. Die aus dem Reaktionsgefäß während
dieser Behandlung abgegebene Wassermenge belief sich
auf 202 g, und das Reaktionsprodukt enthielt 7,7% 2-Trifluormethylbenzamid.
Dann wurde die Reaktionsflüssigkeit zur Entfernung von festen
Salzen filtriert, und die aus dem Reaktionsgefäß während der zuvor
beschriebenen Behandlung destillierte Flüssigkeit wurde dem
Filtrat zugesetzt. Die Mischflüssigkeit wurde mit Wasser gewaschen
und destilliert, um 2-TFMBN als Destillat zu isolieren.
Als Ergebnis wurden 203,8 g (Ausbeute=83,0%)
an 2-TFMBN erhalten. Aus dem Rückstand der Destillation
wurden 482,5 g 4-Chlornitrobenzol wiedergewonnen, dies
bedeutet eine Wiedergewinnung von 96,5%. Das wiedergewonnene
Lösungsmittel wurde bei der Wiederholung der
Reaktion zur Bildung von 2-TFMBN erneut eingesetzt, wobei
keine Schwierigkeiten auftraten.
Ein Reaktionsgefäß mit einem Fassungsvermögen von 100 ml
wurde mit 50,0 g 2-Nitrotoluol gefüllt, und in diesem
Lösungsmittel wurden 25,0 g 3-Trifluormethylbenzaldehyd,
14,2 g Hydroxylaminsulfat, 11,7 g Natriumformiat und 7,8 g
80%ige Ameisensäure der Reaktion unterworfen. Zu Beginn
wurde das Reaktionssystem auf 100°C erhitzt, und das bei
der Reaktion gebildete Wasser wurde fortwährend aus dem
Reaktionsgefäß abdestilliert. Die Temperatur des Reaktionssystems
wurde allmählich auf 140°C angehoben, und
bei dieser Temperatur wurde das Rühren während 4 h fortgeführt.
Durch diese Behandlung erreichte die Umwandlung
von 3-TFMBA 99,5%, und die Selektivität für 3-Trifluormethylbenzonitril
betrug 92,1%. Die aus dem Reaktionsgefäß
während dieser Behandlung abgegebene Wassermenge
belief sich auf 10,3 g, und das Reaktionsprodukt schloß
6,8% 3-Trifluormethylbenzamid ein.
Dann wurde die Reaktionsflüssigkeit zur Entfernung fester
Salze filtriert, und die aus dem Reaktionsgefäß während
der zuvor beschriebenen Behandlung abdestillierte Flüssigkeit
wurde dem Filtrat zugesetzt. Die vermischten Flüssigkeiten
wurden mit Wasser gewaschen und destilliert, um
3-TFMBN als Destillat zu isolieren. Als Ergebnis wurden
21,5 g (Ausbeute=87,5%) an 3-TFMBN erhalten. Aus dem
Rückstand der Destillation wurden 47,7 g 2-Nitrotoluol
wiedergewonnen, dies bedeutet eine Wiedergewinnung von
95,4%. Das wiedergewonnene Lösungsmittel wurde bei der
Wiederholung der Reaktion zur Bildung von 3-TFMBN eingesetzt,
wobei keine Probleme auftraten.
In einem Reaktionsgefäß mit einem Fassungsvermögen von 1 l
wurde eine Mischung von 500 g 2-Nitrotoluol, 250 g 4-TFMBA
142 g Hydroxylaminsulfat, 117 g Natriumformiat und 78 g
80%iger Ameisensäure der Reaktion durch Rückflußkochen
bei 107°C ohne Entfernung des bei der Reaktion gebildeten
Wassers unterworfen. Nach Fortführung des Rückflußkochens
während 5 h wurde die Reaktionsfähigkeit analysiert. Die
Umwandlung von 4-TFMBA erreichte 96,9%, jedoch betrug die
Selektivität für 4-TFMBN nur 56,8%. Das Reaktionsprodukt
enthielt 16,8% 4-Trifluormethylbenzaldoxim, und 23,6%
4-Trifluormethylbenzamid.
Der Vergleich dieser Ergebnisse mit dem in Beispiel 1 erzielten
Ergebnis zeigt, daß die Entfernung des als Nebenprodukt
gebildeten Wassers aus dem Reaktionssystem sehr
effektiv zur Förderung der Umwandlung des als Zwischenprodukt
gebildeten Aldoxims in das Nitril und ebenso für
die Unterdrückung der Hydrolyse des Nitrils ist.
Claims (4)
1. Verfahren zur Herstellung von Trifluormethylbenzonitril
durch Umsetzung von Trifluormethylbenzaldehyd mit
Hydroxylamin bei erhöhter Temperatur, dadurch
gekennzeichnet, daß man die Reaktion in
wenigstens 30 Gew.-Teilen pro 100 Gew.-Teile Trifluormethylbenzaldehyd
eines organischen Lösungsmittels, das
mit Wasser nicht mischbar ist und einen höheren Siedepunkt
als den Siedepunkt des zu bildenden Trifluormethylbenzonitrils
besitzt, und ggf. in Anwesenheit
von Ameisensäure, Essigsäure oder Essigsäureanhydrid
durchführt, wobei das Reaktionssystem in der Anfangsstufe
der Reaktion auf annähernd 100°C erhitzt gehalten,
dann die Temperatur allmählich entsprechend dem abgegebenen
Wasser bis zur Maximaltemperatur von etwa 200°C
erhöht wird, und man das bei der Reaktion gebildete
Wasser fortlaufend aus dem Reaktionssystem abdestilliert.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß man als organisches Lösungsmittel Nitrobenzol,
Nitrotoluol, Chlornitrobenzol oder Diphenylether einsetzt.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß man 100 bis 400 Gew.-Teile des organischen
Lösungsmittels auf 100 Gew.-Teile des Trifluormethylbenzaldehyds
einsetzt.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß man die Maximaltemperatur des Reaktionssystems
im Bereich von etwa 140°C bis etwa 160°C hält.
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