DE3928329A1 - Verfahren zur herstellung von chlorsubstituierten aromatischen aminen - Google Patents

Verfahren zur herstellung von chlorsubstituierten aromatischen aminen

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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein verbessertes Ver­ fahren zur Herstellung von chlorsubstituierten aromati­ schen Aminen.
Es ist bekannt, chlorsubstituierte aromatische Amine durch Hydrierung der entsprechenden Nitroverbindungen in Gegenwart von Edelmetallkatalysatoren herzustellen (siehe Ullmann, Band 7, 4. Aufl., Seite 570 (1973)). Es ist ferner bekannt, daß die bei dieser Hydrierung uner­ wünschten Dehydrohalogenierungen durch die Verwendung selektiv wirkender Edelmetall-Katalysatorsysteme, z. B. Platin und Ruthenium auf Trägermaterialien (siehe EP-OS 00 73 105 und US-PS 47 60 187) oder durch Zusätze von basischen Verbindungen, z. B. Ammoniak oder Morpholin (siehe DE-OS 27 43 610, US-PS 31 45 231, US-PS 33 61 819 und US-PS 32 91 832) oder durch partielle Katalysator­ vergiftungen (siehe US-PS 40 59 627) weitgehend unter­ drückt werden können.
Ferner ist bekannt, daß die Aktivität und Selektivität von Edelmetall-Katalysatoren durch Zusätze beeinflußt werden kann. So wird gemäß der US-PS 32 53 039 die Akti­ vität von Platin-Katalysatoren durch Zusatz von Silber verbessert, wogegen Chrom und Nickel auf den Katalysator vergiftend wirken.
Gemäß der US-PS 28 23 235 führen Nickel-Katalysatoren bei der Nitrobenzol-Hydrierung zur Bildung von Azo-, Azoxy- und Hydroazobenzolen und verstärken gemäß der US- PS 35 46 231 die Dehydrohalogenierung. In der US-PS 35 46 297 wird beschrieben, daß nur eine Kombination von Cr3+- und Ni2+-Verbindungen als Zusätze zu Platin-Kata­ lysatoren eine Erhöhung der Katalysatoraktivität ohne gleichzeitige Erhöhung der Dehydrohalogenierungsrate be­ wirkt, während jeweils Cr3+- oder Ni2+-Verbindungen alleine uneffektiv sind. Gemäß der EP-OS 00 73 105 und der US-PS 47 60 187 wird bei der Verwendung von Platin- Katalysatoren, die Zusätze von Cr3+- und Ni2+-Verbindun­ gen enthalten, bei der Hydrierung von 3,4-Dichlor-nitro­ benzol die Bildung des unerwünschten Nebenproduktes 3,3′,4,4′-Tetrachlorazobenzol (TCAB) deutlich geför­ dert.
Bei Verwendung von Dehydrohalogenierungs-Inhibitoren, z. B. Morpholin, muß gemäß US-PS 32 91 032 in der Regel ebenfalls ein erhöhter TCAB-Gehalt in durch Hydrierung von 3,4-Dichlor-nitrobenzol hergestelltem 3,4-Dichlor­ anilin in Kauf genommen werden. Da TCAB und 3,3′,4,4′- Tetrachlorazoxybenzol (TCAOB) bekannterweise dioxin­ ähnliche Eigenschaften besitzen (Pergamon Series on Environmental Science, Vol. 5, S. 534-544; J. Soc. Occup. Med. (1981) 31, S. 158-163 und Science, Vol. 194, S. 627-630 (1976)), ist es erwünscht, die Bildung von TCAB und TCAOB soweit wie möglich zu vermeiden.
Es wurde nun ein Verfahren zur Herstellung von chlorier­ ten aromatischen Aminen durch Umsetzung von chlorierten aromatischen Nitroverbindungen der Formel
in der
R1 und R2 gleich oder verschieden sind und jeweils Was­ serstoff, Methyl oder Chlor bedeuten,
mit Wasserstoff in Gegenwart eines Hydrierkatalysators unter Druck, bei erhöhter Temperatur und in Gegenwart eines Lösungsmittels und geringer Mengen einer basischen Verbindung gefunden, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man die Umsetzung in Gegenwart von Platin und Nickel und/oder Kobalt auf einem Aktivkohle-Träger durchführt.
Als Beispiele für chlorierte aromatische Nitroverbindun­ gen der Formel (I) seien genannt: o-Nitrochlorbenzol, m-Nitrochlorbenzol, p-Nitrochlorbenzol, 2,4-Dichlor- nitrobenzol, 2,5-Dichlor-nitrobenzol, 3,4-Dichlor-nitro­ benzol, 2,3,5-Trichlor-nitrobenzol, 2,4,6-Trichlor- nitrobenzol und 2-Chlor-4-nitrotoluol.
Es können auch beliebige Gemische von chlorierten aroma­ tischen Nitroverbindungen der Formel (I) in das erfin­ dungsgemäße Verfahren eingesetzt werden.
Vorzugsweise wird 3,4-Dichlor-nitrobenzol eingesetzt.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann beispielsweise bei Temperaturen im Bereich 120 bis 160°C, vorzugsweise 130 bis 150°C, und Drücken im Bereich 50 bis 250 bar, vor­ zugsweise 80 bis 130 bar, durchgeführt werden.
Als Lösungsmittel kommen beispielsweise in Frage: ali­ phatische Alkohole mit 1 bis 8 C-Atomen, wie Methanol, Ethanol, Propanol, Isopropanol, Butanol, Isobutanol, Pentanol, Isopentanol, Hexanol und Isohexanol (bevorzugt Isopropanol) und aromatische Kohlenwasserstoffe mit 6 bis 10 C-Atomen, wie Benzol, Toluol und Xylol (bevorzugt Toluol).
Als basische Verbindung wird im erfindungsgemäßen Ver­ fahren vorzugsweise Ammoniak eingesetzt. Das Ammoniak kann gasförmig oder als Lösung eingesetzt werden. Als Ammoniaklösungen kommen z. B. wäßrige Lösungen oder Lö­ sungen in einem der vorgenannten Lösungsmittel in Fra­ ge.
Das Ammoniak kann beispielsweise in einer Menge von 0,2 bis 5 Gew.-%, bevorzugt 0,3 bis 3 Gew.-%, besonders be­ vorzugt 0,7 bis 1,5 Gew.-%, bezogen auf die eingesetzte chlorierte aromatische Nitroverbindung, im Reaktionsge­ misch vorliegen und ist bei kontinuierlicher Fahrweise gegebenenfalls entsprechend zu ergänzen.
Als Hydrierkatalysator wird in das erfindungsgemäße Ver­ fahren ein Katalysator auf Aktivkohle als Trägermaterial eingesetzt. Der Katalysator enthält Platin, z. B. in einer Menge von 0,3 bis 7 Gew.-%, bevorzugt 0,5 bis 2 Gew.-%, und Nickel und/oder Kobalt, z. B. jeweils in Mengen von 1 bis 100 Gew.-%, bevorzugt 10 bis 30 Gew.-%, bezogen auf das Platin. Besonders bevorzugt sind Kata­ lysatoren, die Platin und Nickel enthalten.
Der Aktivkohle-Träger für den Katalysator kann aus einem beliebigen porösen oder nichtporösen Material bestehen. Vorzugsweise werden handelsübliche, hochoberflächige und poröse Aktivkohlen pflanzlichen oder tierischen Ur­ sprungs verwendet, wie sie z. B. von den Firmen Norit, Darco oder Degussa erhältlich sind.
Die Herstellung solcher Katalysatoren kann auf an sich bekannte Weise erfolgen, z. B. indem man einen Aktivkoh­ le-Träger mit einer wäßrigen Platinsalzlösung, z. B. H2PtCl6-Lösung, imprägniert und gegebenenfalls mit einem Reduktionsmittel, z. B. Formaldehyd oder Hydrazin in al­ kalischer Lösung, zum Metall reduziert. Die Nickel- und/ oder Kobalt-Verbindungen können in unterschiedlicher Weise auf den Aktivkohle-Träger aufgebracht werden. So kann der Platin enthaltende Aktivkohle-Träger mit einer wäßrigen Nickel- und/oder Kobalt-Salzlösung (z. B. Chlo­ ride, Nitrate oder Sulfate) versetzt werden, wobei unter alkalischen Bedingungen Nickel- und/oder Kobalt-Verbin­ dungen praktisch quantitativ auf dem Aktivkohle-Träger abgeschieden werden. Alternativ können die Nickel- und/ oder Kobalt-Verbindungen auch gemeinsam mit der Platin- Verbindung auf den Aktivkohle-Träger aufgebracht werden. Schließlich können auch geeignete Mischungen von auf Aktivkohle/Platin-, Aktivkohle/Nickel- und/oder Aktiv­ kohle/Kobalt-Katalysatoren verwendet werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann diskontinuierlich oder kontinuierlich betrieben werden.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren werden chlorierte aromatische Aminoverbindungen der Formel (II) erhalten
in der
R1 und R2 die bei Formel (I) angegebene Bedeutung haben.
Beispielsweise können so o-Chloranilin, m-Chloranilin, p-Chloranilin, 2,4-Dichloranilin, 2,5-Dichloranilin, 3,4-Dichloranilin, 2,3,5-Trichloranilin, 2,4,6-Trichlor­ anilin und 2,4-Chlortoluidin hergestellt werden.
Solche chlorierten aromatischen Amine werden als Zwi­ schenprodukte für die Herstellung von Pflanzenschutz­ mitteln und Farbstoffen benötigt.
Entscheidender Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, daß die Hydrierung sehr selektiv verläuft. Dehydro­ halogenierungen finden nur in sehr geringem Umfang statt und gleichzeitig ist auch die Bildung von Nebenprodukten des Azobenzol-Typs deutlich geringer als bei Verfahren des Standes der Technik. Im Hinblick auf den eingangs geschilderten Stand der Technik ist dies besonders über­ raschend.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren ist es besonders vor­ teilhaft, daß speziell bei der Hydrierung von 3,4-Di­ chlor-nitrobenzol die Bildung von TCAB als Nebenprodukt um ca. eine Zehnerpotenz niedriger ist als gegenüber dem in der DE-AS 27 43 610 beschriebenen Verfahren.
Somit kann auf eine aufwendige Nachreinigung erfindungs­ gemäß hergestellter chlorierter aromatischer Amine ver­ zichtet werden, die aufgrund der gestiegenen Qualitäts­ anforderungen, insbesondere im Hinblick auf Gehalte an Nebenprodukten vom Azobenzol-Typ (z. B. TCAB), sonst not­ wendig gewesen wäre.
In den folgenden Beispielen sind Prozentangaben, soweit nichts anderes vermerkt ist, Gewichtsprozente.
Beispiel 1
Die Zahlenhinweise beziehen sich auf die Zeichnung.
Die verwendete Hydrierapparatur bestand aus mehreren hintereinander geschalteten rohrförmigen Reaktoren (9), (10) und (11), die zur Abführung der Reaktionswärme mit Kühlrohren versehen waren, dem Produktkühler (12), den Abscheidern (13) und (14) und der Gasumlaufpumpe (15), mit deren Hilfe ein Wasserstoffkreislauf hergestellt und aufrechterhalten wurde.
In kontinuierlicher Arbeitsweise wurden über die Zu­ führungen (1) bis (4) der zu hydrierende Nitroaromat (1), das Lösungsmittel (2), frisch zugefügter Kataly­ sator (3) und gegebenenfalls Ammoniak (4) in den Kessel (7) gegeben und mit in einem Reaktionsprodukt/Wasser/ Lösungsmittel-Gemisch rückgeführten Katalysator (5) ver­ mischt.
Mittels Hochdruckpumpen (8) wurde das Gemisch an­ schließend in die Reaktoren (9) und (10) eingespeist und dort mit Wasserstoff (6), der in Reaktor (9) zusammen mit rückgeführtem Wasserstoff eingebracht wurde, umge­ setzt. Die Reaktionswärme wurde mit Kühlwasser abge­ führt. Das die Reaktoren verlassende Produkt wurde im Kühler (12) gekühlt und in den Abscheidern (13) und (14) von der Gasphase abgetrennt. Die Gasphase wurde mittels der Umlaufpumpe (15) wieder dem Reaktor (9) zugeführt. Die aus dem Hochdruckraum über Regelventile ausge­ schleuste Aminlösung wurde im Kessel (16) entgast und anschließend im Filter (17) vom Katalysator befreit. Die Aminlösung gelangte zur Aufarbeitung (18). Der Katalysa­ tor wurde suspendiert in einem Reaktionsprodukt/Wasser/ Lösungsmittel-Gemisch wieder über Leitung (5) dem nächsten Hydrieransatz im Kessel (7) zugeführt. Ein Teil dieser Suspension wurde bei (19) entsprechend der Zugabe von frischem Katalysator aus dem Kreislauf heraus­ genommen.
In die Reaktoren der vorbeschriebenen technischen Hy­ drierapparatur wurden pro Stunde kontinuierlich 3000 kg 3,4-Dichlor-nitrobenzol, 4200 kg Isopropanol/Wasser- Gemisch, enthaltend 15 Gew.-% Wasser und 0,35 Gew.-% NH3, 0,1 kg frischer Katalysator (1 Gew.-% Platin und 0,2 Gew.-% Nickel auf Aktivkohle) und 2000 kg 5 Gew.-% gebrauchten Katalysator enthaltende Fertigproduktlösung als Mischung eingepumpt. Im Kreislauf befanden sich somit ständig 1 bis 2% Katalysator und 0,1 bis 0,2% Ammoniak.
Der Wasserstoffdruck wurde auf 100 bar gehalten und die Reaktionstemperatur auf 140 bis 150°C eingeregelt. Das die Reaktoren verlassende Produkt war frei von 3,4-Di­ chlor-nitrobenzol.
Der pH-Wert der hergestellten Lösung von 3,4-Dichlor­ anilin (= DCA) lag zwischen 9 und 12. Durch Destillation wurde das als Lösungsmittel verwendete Isopropanol/ Wasser-Gemisch 85 : 15 abgetrennt und ohne weitere Auf­ bereitung wieder eingesetzt. Es enthielt Ammoniak. Ver­ brauchtes Ammoniak wurde durch Zugabe von gasförmigem Ammoniak auf einen Gehalt von 0,35 Gew.-% ergänzt. Das nach weitgehender Abtrennung des Reaktionswassers in einer Scheideflasche abgetrennte rohe Dichloranilin enthielt
über 99 Gew.-% 3,4-Dichloranilin,
unter 50 ppm 3,3′,4,4′-Tetrachlorazobenzol (TCAB)
jeweils unter 0,3 Gew.-% Monochloraniline und Anilin,
unter 0,1 ppm 3,3′,4,4′-Tetrachlorazoxibenzol (TCAOB)
und hatte einen Schmelzpunkt von 71,5 bis 71,6°C.
Beispiele 2-12
Die Ausprüfung der katalytischen Aktivität von verschie­ denen Katalysatoren wurde nach einer standardisierten Methode der Hydrierung von 3,4-Dichlor-nitrobenzol in Gegenwart eines Isopropanol/Wasser-Gemisches und Ammo­ niak unter Druck in einem heizbaren Rührautoklaven aus Edelstahl (Werkstoff-Nr. 14 580) durchgeführt.
Zur Austestung wurden 4 g Katalysator zur Hydrierung von 100 g 3,4-Dichlor-nitrobenzol in 300 g Isopro­ panol/Wasser-Gemisch, enthaltend 15 Gew.-% Wasser, und 10 ml wäßrige Ammoniaklösung, enthaltend 25 Gew.-% Ammoniak, eingesetzt.
Der Autoklav wurde mit Wasser gespült und bei Raum­ temperatur auf einen Wasserstoffdruck von 100 bar ein­ gestellt.
Nach Prüfung auf Dichtigkeit wurden gleichzeitig der Rührer (450 U/min) und die Heizung eingeschaltet.
Die Absorption von Wasserstoff begann sofort unter schnellem Absinken des Wasserstoffdruckes und unter Anstieg der Reaktionstemperatur.
Nach jedem Abfallen des Wasserstoffdruckes auf 50 bar wurde wieder mit Wasserstoff auf 100 bar aufgedrückt. Die Absorption von Wasserstoff war nach einer Reak­ tionszeit von 5 bis 6 Minuten und einer Wasserstoff­ aufnahme von 160 bar beendet. Um eine vollständige Reduktion des 3,4-Dichlor-nitrobenzols sicherzustellen, wurde das auf 100°C erhitzte Reaktionsgemisch noch 20 Minuten bei 100°C und einem Wasserstoffdruck von 100 bar nachgerührt.
Danach wurde unter Rühren bis auf 30°C abgekühlt und die erhaltene Aminlösung vom Katalysator abfiltriert.
Der abfiltrierte Katalysator kann zurückgeführt und für weitere Hydrierungen von 3,4-Dichlor-nitrobenzol nach oben beschriebener Arbeitsweise wieder eingesetzt werden. In der folgenden Tabelle bedeutet "Rückführungen 0", daß frischer Katalysator eingesetzt wurde und "Rückführungen 1 bis 3", daß bereits ein einmal, zweimal bzw. dreimal in der gleichen Reaktion eingesetzter und rückgeführter Katalysator verwendet wurde. Die filtrierte Aminlösung wurde nach HPLC-Methoden hinsichtlich der Bildung von unerwünschten Nebenprodukten untersucht.
Entsprechend der oben beschriebenen Arbeitsweise wurde eine Serie von Reaktionen in Gegenwart verschiedener Hydrierkatalysatoren durchgeführt, die erfindungsgemäß Platin und Nickel und/oder Kobalt und zum Vergleich nur Platin, jeweils auf Aktivkohle-Träger enthielten.
Die unter gleichen Bedingungen und in der gleichen Apparatur erhältlichen Hydrierergebnisse sind reprodu­ zierbar und können zur Beurteilung der katalytischen Aktivität und Selektivität der eingesetzten Kataly­ satoren untereinander verwendet werden.
Die bei der Laborausprüfung erhaltenen Ergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle zusammengefaßt:
Tabelle

Claims (8)

1. Verfahren zur Herstellung von chlorierten aromati­ schen Aminen durch Umsetzung von chlorierten aroma­ tischen Nitroverbindungen der Formel in der
R1 und R2 gleich oder verschieden sind und jeweils Wasserstoff, Methyl oder Chlor bedeuten,
mit Wasserstoff in Gegenwart eines Hydrierkatalysa­ tors unter Druck, bei erhöhter Temperatur und in Gegenwart eines Lösungsmittels und geringer Mengen einer basischen Verbindung, dadurch gekennzeichnet, daß man die Umsetzung in Gegenwart von Platin und Nickel und/oder Kobalt auf einem Aktivkohle-Träger durchführt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man o-Nitrochlorbenzol, m-Nitrochlorbenzol, p- Nitrochlorbenzol, 2,4-Dichlor-nitrobenzol, 2,5-Di­ chlor-nitrobenzol, 3,4-Dichlor-nitrobenzol, 2,3,5- Trichlor-nitrobenzol, 2,4,6-Trichlor-nitrobenzol oder 2-Chlor-4-nitrotoluol einsetzt.
3. Verfahren nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß man es bei Temperaturen im Bereich 120 bis 160°C und Drücken im Bereich 50 bis 250 bar durchführt.
4. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß man als Lösungsmittel aliphatische Alkohole mit 1 bis 8 C-Atomen oder aromatische Kohlenwasserstoffe mit 6 bis 10 C-Atomen verwen­ det.
5. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß als basische Verbindung Ammoniak in Mengen von 0,2 bis 5 Gew.-%, bezogen auf die ein­ gesetzte chlorierte aromatische Nitroverbindung, vorliegt.
6. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Katalysator 0,3 bis 7 Gew.-% Platin und 1 bis 100 Gew.-% Nickel und/oder Kobalt, bezogen auf Platin, enthält.
7. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Katalysator Platin und Nickel enthält.
8. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Aktivkohle-Träger eine hochober­ flächige, poröse Aktivkohle pflanzlichen oder tierischen Ursprungs ist.
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