DE3922036A1 - Verfahren zur herstellung von 4,5-dichlor-2-nitro-anilin - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von 4,5-Dichlor-2-nitro-anilin durch Umsetzung von 2,4,5-Trichlor-nitrobenzol mit Ammoniak in einem gegenüber Ammoniak inerten Lösungsmittel. Das 4,5-Dichlor-2-nitro-anilin stellt ein wichtiges Zwischenprodukt bei der Herstellung von Pflanzenschutz- und Arzneimitteln dar.

Es ist bekannt, das 4,5-Dichlor-2-nitro-anilin durch Umsetzung von 2,4,5-Trichlor-nitro-benzol in alkoholischem Ammoniak bei 200°C, wobei es mit Wasser gefällt und aus Schwefelkohlenstoff und Benzol mehrfach umgelöst wird, herzustellen (Annalen, 196 (1879), 214 ff.).

Aus der genannten Literaturstelle ist ferner die Herstellung des 4,5-Dichlor-2-nitro-anilins durch Acylierung von 3,4-Dichlor-anilin zum Acetyl-3,4-dichloranilid, dessen Nitrierung mit rauchender Salpetersäure und anschließende Ausfällung des Produkts mit Wasser und nachfolgende mehrfache Umlösung des Acetyl-3,4-dichlor-6-nitro-anilids im Gemisch mit anderen Nitrierungsprodukten in Ethanol bekannt. Die reine Aminoverbindung wird erst durch Erhitzen mit konzentrierter Schwefelsäure erhalten, wobei das Rohprodukt bei dieser Abspaltung der Schutzgruppe letztlich noch aus Essigsäure umgelöst werden muß, um zum reinen 4,5-Dichlor- 2-nitro-anilin zu gelangen. Nach der Beschreibung ist keiner der beiden Synthesewege frei von unerwünschten Nebenprodukten. So entsteht beim erstgenannten bekannten Verfahren unerwünschtes 2,5-Dichlor-4-nitro-anilin durch Austausch des zur Nitro-Gruppe 4-ständigen Chlors neben wenig 1,3-Diamino-4-chlor-6-nitro-benzol durch doppelten Austausch sowohl des 2- als auch des 4-ständigen Chlors.

Beim letztgenannten Syntheseweg entsteht neben einem sehr hoch belasteten Abwasser bei der Entacetylierung des Acetyl-3,4-dichlor-6-nitroanilids auch als Nebenprodukt bei der Nitrierung das Acetyl-3,4-dichlor-2-nitro-anilid und unter den geschilderten drastischen Nitrierbedingungen mit großer Wahrscheinlichkeit auch das Acetyl-3,4-dichlor-2,6- dinitro-anilid, dessen thermische Labilität die technische Durchführbarkeit der Nitrierung aus Sicherheitsgründen unmöglich macht.

Eine zum letztgenannten Syntheseweg analoge Herstellungsweise wird in der Literaturstelle Arzneimittel-Forschung, 34(5), 531-542 (1984) von Wollweber, Koelling et al. vorgeschlagen. Hierbei wird das Acetyl-3,4-dichlor-anilid in Dichlormethan mit überschüssiger rauchender Salpetersäure unter Rückfluß nitriert. Die entstandene Lösung wird anschließend in vorgelegte überschüssige Natronlauge eingetropft, wobei durch die Neutralisationswärme Dichlormethan abdestilliert. Die Abspaltung der Acetylgruppe wird durch Kochen am Rückfluß vervollständigt und das Produkt anschließend durch Kaltrühren aus der Mutterlauge isoliert. Neben der Schwierigkeit der technischen Handhabung des toxischen und leichtflüchtigen Dichlormethans birgt diese Verfahrensweise auch die Notwendigkeit der Entsorgung eines organisch hochbelasteten, alkalischen Abwassers.

Schließlich wird in der Literatur die Herstellung des 4,5-Dichlor-2-nitro-anilins in 39%iger Ausbeute durch Umsetzung von 2,4,5-Trichlor-nitrobenzol mit 2100 Mol-% 28%igem wäßrigem Ammoniak bei 150 bis 155°C beschrieben. Nach Acylierung des Rohprodukts der Umsetzung und fraktionierter Kristallisation aus Benzol erhält man daneben 24% 1,3-Diamino-4-chlor-6-nitro-anilin und 9% 2,5-Dichlor-4-nitro-anilin (Goi und Konishi, Osaka Furitsu Kogyo-Shoreikan Hokoku 24,61-3 (1960)). Neben der äußerst aufwendigen Aufarbeitung und der geringen Ausbeute beinhaltet dieses Verfahren den Zwangsanfall zweier unerwünschter Nebenprodukte und die Notwendigkeit zu deren Entsorgung, was eine technische Durchführung letztlich verbietet.

Es wurde nun überraschenderweise gefunden, daß man das 4,5-Dichlor-2-nitro-anilin in vorteilhafter Weise unter Vermeidung der den bekannten Verfahren anhaftenden Mängel in guten bis sehr guten Ausbeuten und in hoher Reinheit herstellen kann, in dem man 2,4,5-Trichlor-nitrobenzol mit etwa 200 bis etwa 3000 Molprozent, vorzugsweise etwa 200 bis etwa 1000 Molprozent, besonders bevorzugt von etwa 200 bis etwa 500 Molprozent, Ammoniak in einem gegenüber Ammoniak inerten Lösungsmittel bei Temperaturen von etwa 150 bis etwa 220°C, vorzugsweise von etwa 160 bis etwa 195°C und besonders bevorzugt von etwa 170 bis etwa 190°C, umsetzt.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren werden die mit den weiter oben genannten bekannten Verfahren verbundenen Schwierigkeiten, wie das Auftreten von Nebenprodukten bei der Ammonolyse des 2,4,5-Trichlor-nitrobenzols bzw. die verfahrenstechnische und ökologische Komplexität des dreistufigen Verfahrens über das 3,4-Dichloranilin beseitigt, wodurch mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eine im technischen Maßstab durchführbare Herstellungsweise für das 4,5-Dichlor-2-nitro-anilin zur Verfügung steht.

Geeignete, d. h. gegenüber Ammoniak indifferente Lösungsmittel sind beispielsweise Benzol, Toluol, Xylol, Chlorbenzol, o-Dichlorbenzol, m-Dichlorbenzol, p-Dichlorbenzol, Ethylbenzol oder tert. Butanol.

Verfahrensgemäß wird das 2,4,5-Trichlor-nitrobenzol mit überschüssigem, gasförmigem, trockenem Ammoniak unter Druck im Autoklav in einem geeigneten Lösungsmittel bei den weiter oben genannten Temperaturen umgesetzt, wobei sich der Druck aus der jeweils angewandten Temperatur ergibt. Nachdem das Reaktionsgemisch abgekühlt und das Ammoniak durch Entspannen zurückgewonnen wurde, kann das Reaktionsprodukt vorteilhafterweise durch Druckfiltration - neben entstehendem Ammonchlorid - aus der Reaktionslösung isoliert werden. Die Mutterlauge der Reaktion, die noch nicht umgesetztes Ausgangsprodukt enthält, kann bis zu dreimal in die Reaktion zurückgeführt werden, bevor man destillativ das Lösungsmittel zurückgewinnt und den geringen Destillationsrückstand entsorgt.

Durch diese Verfahrensweise ist die Herstellung des 4,5-Dichlor-2-nitro-anilins aus dem 2,4,5-Trichlor-nitrobenzol in einer Verfahrensstufe möglich, was gegenüber der aus Annalen, 196 (1879), 214 ff. bekannten und weiter oben skizzierten zweiten Verfahrensweise einen deutlichen Vorteil bietet. Hinzukommt, daß durch die Wahl des Reaktionsmediums und das erfindungsgemäße Verfahren selbst die weiter oben geschilderten Nachteile der ersten aus Annalen, 196 (1879), 214 ff. bekannten Verfahrensweise, insbesondere die Bildung der unerwünschten Nebenprodukte nicht auftreten. Die Löslichkeitsverhältnisse in der Mutterlauge ermöglichen darüber hinaus die definierte Abtrennung des gewünschten 4,5-Dichlor-2-nitro-anilins von geringen Mengen nicht umgesetzter Ausgangsverbindung (2,4,5-Trichlor-nitrobenzol) ohne die mit den genannten bekannten Herstellungsmethoden verbundene Notwendigkeit, aufwendige Reinigungsoperationen nachschalten zu müssen.

Neben der diskontinuierlichen Verfahrensweise ist auch eine kontinuierliche Verfahrensdurchführung möglich.

Die nachstehenden Beispiele sollen das erfindungsgemäße Verfahren näher erläutern, ohne es darauf zu beschränken.

Beispiel 1

In einem 2-l-Edelstahlautoklav mit Magnethubrührung, Steigrohr und Gaszuleitung werden 453 g (2,0 mol) 2,4,5-Trichlor-nitrobenzol und 1000 g Chlorbenzol vorgelegt. Anschließend wird die Apparatur verschlossen und durch Aufdrücken von zweimal 20 bar Stickstoff von Sauerstoff befreit. Durch das Steigrohr werden dann unter Rühren bei Raumtemperatur 102 g Ammoniak (6 mol) (flüssig) aus einem Druckbehälter zudosiert. Das Reaktionsgemisch wird anschließend 16 Stunden lang auf 190°C unter Rühren erhitzt. Nach beendeter Reaktion wird auf Raumtemperatur unter Rühren abgekühlt und das überschüssige Ammoniak durch Entspannen des Druckapparates zurückgewonnen.

Die Produktsuspension wird in einem 3-l-Glaskolben mit 1000 ml Wasser gemischt und das Lösemittel Chlorbenzol durch Erhitzen beim Siedepunkt des Azeotrops mit Wasser abdestilliert. Als Produkt erhält man 422 g feuchtes rotbraunes Granulat, welches getrocknet 408 g 4,5-Dichlor-2- nitro-anilin, entsprechend einer Ausbeute von 98,5% der Theorie, mit einem Schmelzpunkt von 178°C und einer Reinheit von 93,8% nach HPLC ergibt.
(HPLC bedeutet High Performance Liquid Chromatography).

Beispiel 2

In einem 2-1-Edelstahlautoklav mit Gaszuleitung und Steigrohr werden 453 g 2,4,5-Trichlor-nitro-benzol und 900 g Xylol vorgelegt. Der Apparat wird verschlossen und zur Entfernung von Sauerstoff zweimal mit jeweils 20 bar Stickstoff gespült. Dann werden aus einem Druckbehälter 90 g (5,3 mol) Ammoniak (flüssig) zugegeben. Es werden nach Zugabe noch 10 bar Stickstoff aufgedrückt und dann unter Rühren auf 170 bis 175°C aufgeheizt. Der Apparat wird 20 Stunden bei dieser Temperatur gehalten, wobei sich aufgrund des Inertgases und des Dampfdrucks der Komponenten ein Druck von 22 bis 23 bar aufbaut.

Nach beendeter Reaktion wird der Ansatz unter Rühren auf 20°C abgekühlt, der Druck zur Wiedergewinnung des überschüssigen Ammoniaks abgelassen und der (drucklose) Apparat geöffnet und entleert.

Darauf wird der Autoklavinhalt abgesaugt. Hierbei werden 386 g feuchtes Rohprodukt isoliert, das in 500 ml Wasser zur Entfernung des Xylols andestilliert und anschließend erneut abgesaugt und getrocknet wird. Man erhält 269 g 4,5-Dichlor- 2-nitro-anilin mit einem Schmelzpunkt von 178 bis 179°C und einer Reinheit von 97,1% nach HPLC, entsprechend einer Ausbeute von 65,6% der Theorie, bezogen auf 2,4,5-Trichlor- nitrobenzol.

Die xylolische Mutterlauge enthält nach HPLC ca. 20% des gewünschten Produkts neben ca. 80% nichtumgesetztem 2,4,5-Trichlor-nitrobenzol, weshalb sie ohne weitere Aufarbeitung in den Folgeansatz eingesetzt wird, wobei lediglich Ammoniak und 2,4,5-Trichlor-nitrobenzol zugesetzt werden. Man erhält im Folgeansatz bei gleicher Arbeitsweise eine Ausbeute von 92% der Theorie in 94%iger Reinheit. Bei der zweiten Rückführung der xylolischen Mutterlauge werden 98% Ausbeute der Theorie in ca. 92%iger Reinheit erhalten.

Claims (8)

1. Verfahren zur Herstellung von 4,5-Dichlor-2-nitro- anilin, dadurch gekennzeichnet, daß man 2,4,5-Trichlornitrobenzol mit etwa 200 bis etwa 3000 Molprozent Ammoniak in einem gegenüber Ammoniak inerten Lösungsmittel bei Temperaturen von etwa 150°C bis etwa 220°C umsetzt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man bei Temperaturen von etwa 160°C bis etwa 195°C umsetzt.

3. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man bei Temperaturen von etwa 170°C bis etwa 190°C umsetzt.

4. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man mit etwa 200 bis etwa 1000 Molprozent Ammoniak umsetzt.

5. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man mit etwa 200 bis etwa 500 Molprozent Ammoniak umsetzt.

6. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man in Benzol, Toluol, Xylol, Chlorbenzol, o-Dichlorbenzol, m-Dichlorbenzol, p-Dichlorbenzol oder Ethylbenzol umsetzt.

7. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die angefallene Mutterlauge der Umsetzung nach Abtrennung des 4,5-Dichlor-2-nitro- anilins in den Folgeansatz eingesetzt wird.

8. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Umsetzung diskontinuierlich oder kontinuierlich durchgeführt wird.