DE3743606C2

DE3743606C2 - Verfahren zur herstellung von 4-trifluormethyl-2-nitrobenzoesaeure und 4-trifluormethyl-3-nitrobenzoesaeure

Info

Publication number: DE3743606C2
Application number: DE3743606A
Authority: DE
Inventors: Yasunobu Nishimura; Yoshihiko Gotoh; Toshikazu Kawai
Original assignee: Central Glass Co Ltd
Current assignee: Central Glass Co Ltd
Priority date: 1986-12-23
Filing date: 1987-12-22
Publication date: 1988-12-08
Also published as: GB2199035A; JPS63159353A; IT1233422B; GB2199035B; JPH0768185B2; GB8728748D0; FR2609287B1; DE3743606A1; US4845279A; IT8722960A0; FR2609287A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von 4-Trifluormethyl-2-nitrobenzoesäure und eines neuen Isomeren, nämlich von 4-Trifluormethyl-3-nitrobenzoesäure.

4-Trifluormethyl-2-nitrobenzoesäure, im folgenden abgekürzt als 4-TFM-2-NBA, ist eine als Zwischenprodukt für einige Arzneimittel, Agrikulturchemikalien und Flüssigkristalle brauchbare Verbindung, und das neue Isomere, 4-Trifluormethyl-3-nitrobenzoesäure ist für ähnliche Zwecke ebenfalls brauchbar.

Es ist bekannt, das 4-TFM-2-NBA nach einer Verfahrensweise wie den Stufen der Umwandlung von 4-Trifluormethyl- 2-nitroanilin in 4-Trifluormethyl-2-nitrobenzonitril nach der Sandmeyer-Reaktion und anschließende Hydrolyse des Nitrils erhalten werden kann, siehe Chem. Abstr. 49, (1955) 3897b. Das Produkt dieser Verfahrensweise weist eine ziemlich hohe Reinheit auf, was durch den angegebenen Schmelzpunkt von 140-140,5°C gezeigt wird. Diese Verfahrensweise ist jedoch nicht für die industrielle Praxis geeignet, da sie Probleme wie die Schwierigkeit der industriellen Herstellung des Ausgangsmaterials, 4-Trifluormethyl-2-nitroanilin, die Verwendung eines sehr toxischen Cyanids bei der erforderlichen Sandmeyer-Reaktion und die Kompliziertheit der Verfahrensschritte mit sich bringt.

Eine weitere bekannte Verfahrensweise zur Herstellung von 4-TFM-2-NBA ist die Nitrierung von 4-Trifluormethylbenzoesäure, siehe Chem. Abstr. 64 (1966) 3487f. Das Produkt dieser Verfahrensweise muß jedoch eine geringe Reinheit besitzen, da der angegebene Schmelzpunkt des Reaktionsproduktes von 109-111°C sich beträchtlich von dem Schmelzpunkt des Produkts der ersten Verfahrensweise unterscheidet.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines vorteilhaften und in der industriellen Praxis durchführbaren Verfahren zur Herstellung von 4-TFM-2-NBA sowie ein Verfahren zur Herstellung eines neuen Isomeren von 4-TFM-2-NBA.

Zur Lösung dieser Aufgabe dient das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von 4-TFM-2-NBA, das durch folgende Stufen gekennzeichnet ist:

(a) Nitrieren eines Benzotrifluoridderivates der allgemeinen Formel (1) worin Z den Rest COY oder CY₃ bedeutet und Y ein Halogenatom darstellt,
mit einem Salpetersäure umfassenden Nitrierungsmittel und gleichzeitige Hydrolyse des Restes Z des Benzotrifluoridderivates zur Herstellung eines 4-Trifluormethyl- 2-nitrobenzoesäure und 4-Trifluormethyl-3- nitrobenzoesäure (4-TFM-3-NBA) umfassenden Gemisches,
(b) Behandeln des Gemisches mit einem basischen Neutralisationsmittel zur Gewinnung einer 4-TFM-2-NBA enthaltenden Lösung und eines 4-TFM-3-NBA enthaltenden Niederschlages, und
(c) Isolieren des 4-TFM-2-NBA aus der Lösung und des 4-TFM- 3-NBA aus dem Niederschlag.

Das neue Isomere besitzt folgende Formel:

Nach diesem Verfahren erhaltenes 4-TFM-3-NBA ist eine neue Verbindung. In 4-TFM-2-NBA und 4-TFM-3-NBA sind sowohl die Nitrogruppe als auch die Carboxylgruppe funktionelle Gruppen mit hoher Reaktivität. Daher dienen sowohl 4-TFM-2-NBA und 4-TFM-3-NBA als Zwischenprodukte zur Synthese verschiedener fluorhaltiger aromatischer Verbindungen, einschließlich solcher Verbindung, die als Arzneimittel, Agrikulturchemikalien oder Flüssigkristalle brauchbar sind.

Das Ausgangsmaterial für das erfindungsgemäße Verfahren, nämlich die Benzotrifluoridderivate der allgemeinen Formel (1), sind als industrielle Materialien leicht erhältlich. Durch Nitrieren der Ausgangsverbindung mit Salpetersäure oder einer Mischsäure aus Salpetersäure und Schwefelsäure wird der Rest Z der Ausgangsverbindung gleichzeitig zur Carboxylgruppe hydrolysiert. Dies bedeutet, daß die gewünschten Nitroverbindungen sehr leicht gebildet werden. Die Nitrierungs- und Hydrolysereaktion ergibt ein Isomerengemisch von 4-TFM-2-NBA zu 4-TFM- 3-NBA, in welchem das Verhältnis von 4-TFM-2-NBA zu 4-TFM-3-NBA etwa 2 : 1 beträgt, und jedes dieser beiden Isomeren kann in einfacher Weise durch eine partielle Neutralisierungsbehandlung des Gemisches isoliert werden. Daher ist das erfindungsgemäße Verfahren für eine industrielle Anwendung sehr geeignet und vorteilhaft.

Die Erfindung wird im folgenden näher ins Einzelne gehend erläutert.

Bei der Durchführung der Erfindung besteht das Nitrierungsmittel aus konzentrierter Salpetersäure oder rauchender Salpetersäure oder aus einer Mischsäure aus konzentrierter oder rauchender Salpetersäure und konzentrierter Schwefelsäure oder rauchender Schwefelsäure. Vorteilhafterweise werden 0,9 bid 5,0 mol und bevorzugt 0,9 bis 2,5 mol an Salpetersäure pro mol der durch die allgemeine Formel (1) wiedergegebenen Ausgangsverbindung eingesetzt. Die Reaktion zur Nitrierung der Ausgangsverbindung und zur Hydrolyse ihres Restes Z wird vorteilhafterweise bei einer Temperatur im Bereich von Zimmertemperatur bis etwa 150°C und bevorzugt bei einer Temperatur im Bereich von 40°C bis 100°C durchgeführt. Die Reaktionsdauer beträgt von etwa 1 Stunde bis zu mehreren Stunden.

Nach dem Ablauf der zuvor beschriebenen Reaktion wird die Reaktionsflüssigkeit mit Wasser verdünnt, um auf diese Weise das Reaktionsprodukt, welches sowohl 4-TFM-2-NBA als auch 4-TFM-3-NBA enthält, auszufällen, und der Niederschlag wird teilweise unter Verwendung einer basischen Verbindung als Neutralisationsmittel neutralisiert. In der Praxis wird das Neutralisationsmittel aus Hydroxiden, Carbonaten und Hydrogencarbonaten von Alkalimetallen oder Erdalkalimetallen ausgewählt. Typische Beispiele sind NaOH, KOH, Ca(OH)₂, Na₂CO₃, K₂CO₃, NaHCO₃ und KHCO₃. Es ist möglich, das 4-TFM-2-NBA selektiv durch Verwendung einer geeigneten Menge eines solchen Neutralisationsmittels, welches in nicht größerer als äquimolarer Menge zu dem in dem behandelten Niederschlag vorliegenden 4-TFM-2- NBA angewandt wird, aufzulösen. Nach der Abtrennung des 4-TFM-3-NBA, welches in fester Phase vorliegt, wird die Mutterflüssigkeit stark sauer gemacht, um auf diese Weise 4-TFM-2-NBA auszufällen.

Die Erfindung wird anhand der folgenden Beispiele näher erläutert.

Beispiel 1

Ein mit einem Kunstharz ausgekleideter Reaktor mit einem Fassungsvermögen von 200 l wurde mit 100 kg konzentrierter Schwefelsäure und 12,5 kg 98%iger rauchender Salpetersäure gefüllt, und es wurden 10 kg 4-Trifluormethylbenzoylchlorid allmählich in die Mischsäure unter Halten der Temperatur der Flüssigkeit auf 40-60°C eingegeben. Dann wurde die Nitrierungsreaktion während 3 h bei 60°C durchgeführt.

Nach dieser Reaktion wurde die Reaktionsflüssigkeit in 120 l mit Eis versetztem Wasser eingegossen, um das Reaktionsprodukt auszufällen. Der Niederschlag wurde durch Filtration abgetrennt und in 18 l Wasser, welche 1,05 kg Na₂CO₃ enthielten, überführt, und es wurde während 30 min gerührt. Danach wurde der nicht aufgelöste Anteil des Niederschlages durch Filtration abgetrennt und getrocknet, wobei 2,3 kg 4-TFM-3-NBA erhalten wurden. Die Mutterflüssigkeit wurde durch Zugabe von 8 kg konzentrierter Salzsäure sauer gemacht, und der erhaltene Niederschlag wurde durch Filtration abgetrennt und durch Umkristallisation unter Einsatz von 20 kg Chloroform gereinigt. Als Ergebnis wurden 6,3 kg 4-TFM-2-NBA mit einer Reinheit von 99,9%, F = 140,5°C erhalten. Die Gesamtbeute an 4-TFM-2-NBA und 4-TFM-3-NBA betrug 76,3%.

Die Analyse des hergestellten 4-TFM-3-NBA ergab folgende Werte:

F = 169°C.
¹⁹F-NMR (Standardsubstanz = CF₃CO₂H, in CDCl₃): -15,5 ppm (3F, s).
¹H-NMR (Standardsubstanz = TMS, in CDCl₃): 8,1-8,5 δ (3H, m); 9,9 w (1H, s).
IR(KBr-Pastille):
2510-3130 cm^-1, 921 cm^-1 (OH); 1730 cm^-1 (νC=0); 1562 cm^-1, 1375 cm^-1 (ν NO₂).

Beispiel 2

Ein Glasreaktionsgefäß von 100 ml wurde mit 128 g 30%iger rauchender Schwefelsäure und 9,0 g 4-Trifluormethylbenzotrichlorid beschickt, und es wurden 12,8 g konzentrierte Salpetersäure (65-68%ig) in das Reaktionsgefäß eingetropft, während die Temperatur auf etwa 50°C gehalten wurde. Dann wurde die Nitrierungsreaktion während 2 h bei 60°C durchgeführt. Danach wurde die Reaktionsflüssigkeit in 100 ml mit Eis versetztem Wasser eingegossen, um das Reaktionsprodukt auszufällen. Der Niederschlag wurde durch Filtration abgetrennt und in 200 ml Wasser, welche 0,3 g NaOH enthielten, eingegossen, und es wurde während 30 min gerührt. Danach wurde der nicht aufgelöste Anteil des Niederschlages durch Filtration abgetrennt und getrocknet, wobei 2,1 g 4-TFM-3-NBa erhalten wurden. Die Mutterflüssigkeit wurde durch Zugabe von 1,8 g Schwefelsäure sauer eingestellt, und der erhaltene Niederschlag wurde durch Filtration abgetrennt und durch Umkristallisation unter Einsatz von 12 g Chloroform umkristallisiert. Als Ergebnis wurden 4,0 g 4-TFM-2- NBA erhalten. Die Gesamtausbeute an 4-TFM-2-NBA und 4-TFM-3-NBA betrug 75,9%. Die Analyse des in diesem Beispiel erhaltenen 4-TFM-3-NBA ergab dieselben Ergebnisse wie bei der Substanz von Beispiel 1.

Beispiel 3

Ein Glasreaktionsgefäß mit einem Fassungsvermögen von 100 ml wurde mit 98 g konzentrierter Schwefelsäure und 10,0 g 98%iger rauchender Salpetersäure beschickt, und es wurden 12,0 g 4-Trifluormethylbenzoylbromid in das Reaktionsgefäß eingetropft, wobei die Temperatur der Flüssigkeit auf etwa 50°C gehalten wurde. Dann wurde die Nitrierungsreaktion während 2 h bei 70°C durchgeführt. Danach wurde die Reaktionsflüssigkeit in 100 ml mit Eis versetztem Wasser eingegossen, um das Reaktionsprodukt auszufällen. Der Niederschlag wurde durch Filtration abgetrennt und in 40 ml Wasser, welche 2,0 g K₂CO₃ enthielten, eingegeben, und es wurde während 30 min gerührt. Danach wurde der nicht aufgelöste Anteil des Niederschlages durch Filtration abgetrennt und getrocknet, wobei 2,6 g 4-TFM-3-NBA erhalten wurden. Die Mutterflüssigkeit wurde durch Zugabe von 10 g Salzsäure sauer eingestellt, und der erhaltene Niederschlag wurde durch Filtration gesammelt und durch Umkristallisation unter Einsatz von 200 ml Wasser umkristallisiert. Als Ergebnis wurden 5,4 g 4-TFM-2-NBA erhalten. Die Gesamtausbeute an 4-TFM-2-NBA und 4-TFM-3-NBA betrug 70,4%. Die Analyse des in diesem Beispiel erhaltenen 4-TFM-3- NBA ergab dieselben Ergebnisse wie bei der Substanz des Beispiels 1.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von 4-Trifluormethyl-2-nitrobenzoesäure und 4-Trifluormethyl-3-nitrobenzoesäure, dadurch gekennzeichnet, daß es folgende Stufen umfaßt:

(a) Nitrieren eines Benzotrifluoridderivates der allgemeinen Formel (1) worin Z=COY oder CY₃ ist, und Y ein Halogenatom bedeutet,
mit einem Salpetersäure umfassenden Nitrierungsmittel und gleichzeitige Hydrolyse des Restes Z des Benzotrifluoridderivates zur Herstellung eines 4-Trifluormethyl-2-nitrobenzoesäure und 4-Trifluormethyl- 3-nitrobenzoesäure umfassenden Gemisches;
(b) Behandeln dieses Gemisches mit einem basischen, neutralisierenden Mittel zur Gewinnung einer 4-Trifluormethyl-2-nitrobenzoesäure enthaltenden Lösung und eines 4-Trifluormethyl-3-nitrobenzoesäure enthaltenden Niederschlages; und
(c) Isolieren der 4-Trifluormethyl-2-nitrobenzoesäure aus der Lösung und der 4-Trifluormethyl-3-nitrobenzoesäure aus dem Niederschlag.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktion des Benzotrifluoridderivates mit dem Nitrierungsmittel bei einer Temperatur im Bereich von Zimmertemperatur bis etwa 150°C durchgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur im Bereich von 40 bis 100°C gehalten wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Nitrierungsmittel verwendet wird, das außerdem Schwefelsäure enthält.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Benzotrifluoridderivat der in Anspruch 1 angegebenen allgemeinen Formel verwendet wird, in welchem der Rest Z die Bedeutung -COCl, -COBr oder -CCl₃ besitzt.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als neutralisierendes Mittel ein anorganisches Salz eines Alkalimetalls verwendet wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als neutralisierendes Mittel ein anorganisches Salz eines Erdalkalimetalls verwendet wird.

8. 4-Trifluormethyl-3-nitrobenzoesäure.