DE4324368A1 - Verfahren zur Herstellung von Fluorbenzonitrilen - Google Patents
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Description
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein verbessertes Verfahren zur
Herstellung von Fluorbenzonitrilen durch Umsetzung der entsprechenden
Chlorbenzonitrile mit Alkalimetallfluoriden in Gegenwart eines neuen
Katalysatorsystems.
Der Halogenaustausch, bevorzugt der von aktivierten Chlorbenzonitrilen ist eine
übliche Methode, Fluorsubstituenten in ein aromatisches System einzuführen. Im
allgemeinen wird die Reaktion in Gegenwart von aprotisch dipolaren
Lösungsmitteln und Alkalimetallfluoriden als Fluoridquelle durchgeführt (US-PS
4 226 811). Markante Nachteile dieser Verfahren sind die hohen
Reaktionstemperaturen, mäßige Produktausbeuten und lange Reaktionszeiten.
Als Alternative können herkömmliche Phasentransferkatalysatoren verwendet
werden, durch die sich einige der oben beschriebenen Nachteile verbessern
lassen. Andere Probleme, wie beispielsweise eine schlechte Rührbarkeit der
Reaktionssuspension bei lösungsmittelfreien Verfahren bleiben weiter bestehen.
Bislang wurden als Phasentransferkatalysatoren quartäre Alkylammonium- oder
Alkylphosphoniumsalze (US-PS 4,287,374), Pyridiniumsalze (WO 87/04149)
oder Kronenether verwendet, die zum Teil nur geringe Reaktivitäten zeigen oder
unter den benötigten Reaktionstemperaturen nur mäßig stabil sind.
Mehrfache Chlor-Fluor-Austauschreaktionen ohne Lösungsmittel waren bislang
nur bedingt möglich. Der hohe Salzgehalt der Reaktionssuspension führte in der
Regel zu nicht rührbaren Systemen, die selbst unter günstigsten Bedingungen
nur zu geringen Umsätzen und Ausbeuten führen. Bislang gelang ein doppelter
Cl/F-Austausch nur in Gegenwart geeigneter Lösungsmittel, wie beispielsweise
Sulfolan oder Dimethylsulfoxid (US-PS 4 209 457). EP-A-0 049 186 beschreibt
ein Verfahren zur Herstellung von Fluorbenzonitrilen in Gegenwart eines tertiären
Polyetheramins und Sulfolan, wobei jedoch Temperaturen zwischen 180 und
250°C erforderlich sind.
In Anbetracht dieser Einschränkungen und Nachteile bestand ein großes
Bedürfnis nach einem verbesserten Verfahren, durch das die den bekannten
Verfahren innewohnenden Nachteile vermieden und gute bis sehr gute
Ausbeuten, niedrigere Reaktionstemperaturen und verkürzte Reaktionszeiten
ermöglicht und geringere Mengen an polymeren Zersetzungsprodukten erhalten
werden. Insbesondere der Bewältigung von Rührproblemen und
Aufarbeitungsproblemen in lösungsmittelfreien Verfahren und in Verfahren mit
nur sehr geringen Lösungsmittelmengen wurde eine besondere Bedeutung
beigemessen.
Es wurde gefunden, daß man Fluorbenzonitrile und Chlorfluorbenzonitrile in
vorteilhafter Weise herstellen kann, indem man die entsprechenden
Chlorbenzonitrile mit Alkalimetallfluoriden in Gegenwart einer quartären
Ammoniumverbindung, die mindestens einen Alkoxypolyoxyalkyl-Rest enthält,
umsetzt.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von
Fluorbenzonitrilen durch Umsetzung einer Verbindung der Formel (4)
worin
a eine ganze Zahl von 1 bis 5 und
b eine Zahl von 0 bis 3 ist,
mit einem Alkalimetallfluorid in Gegenwart eines Katalysators, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator im wesentlichen aus
a eine ganze Zahl von 1 bis 5 und
b eine Zahl von 0 bis 3 ist,
mit einem Alkalimetallfluorid in Gegenwart eines Katalysators, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator im wesentlichen aus
- a) einer oder mehreren quartären Ammoniumverbindung(en) der Formel (1)
worin
R¹, R² und R³ gleich oder verschieden sind und einen linearen oder verzweigten Alkoxypolyoxyalkyl-Rest der Formel -(CmH2mO)pR⁵ bedeuten, worin R⁵ für Wasserstoff oder einen linearen oder verzweigten Alkylrest mit 1 bis 16, vorzugsweise 1 bis 8, Kohlenstoffatomen steht, m eine ganze Zahl von 1 bis 10, vorzugsweise 1 bis 5, und p eine Zahl von 1 bis 15, vorzugsweise 2 bis 10, bedeuten; oder
einen linearen oder verzweigten Alkylrest mit 1 bis 30, vorzugsweise 1 bis 1 8, Kohlenstoffatomen; oder einen unsubstituierten Phenyl- oder Naphthylrest; oder einen substituierten Phenyl- oder Naphthylrest, wobei die Substituenten die Bedeutung Halogen, C₁-C₄-Alkyl, C₁-C₄-Alkoxy, Nitro oder Cyano haben;
R⁴ einen linearen oder verzweigten Alkoxypolyoxyalkyl-Rest der Formel -(CmH2mO)pR⁵ bedeutet; und
X⊖ ein anorganisches Anion, vorzugsweise Fluorid, Chlorid, Bromid, SO₄2-/2 oder Hydrogensulfat ist;
oder aus einer Mischung der Komponente a) und - b) einem oder mehreren quartären Ammoniumsalz(en) oder Phosphoniumsalz(en)
der Formel (2)
worin
R⁶, R⁷, R⁸ und R⁹ gleich oder verschieden sind und einen linearen oder verzweigten Alkylrest mit 1 bis 22, vorzugsweise 1 bis 16, Kohlenstoffatomen; oder einen unsubstituierten oder substituierten Arylrest oder einen C₁-C₄-Alkyl-arylrest, wobei Aryl die Bedeutung Phenyl oder Naphtyl hat und die besagten Substituenten Halogen, C₁-C₄-Alkyl, C₁-C₄-Alkoxy, Nitro oder Cyano bedeuten; und
Y die Bedeutung N oder P hat;
oder aus einer Mischung der Komponente a) und c) einem oder mehreren Polyether(n) der Formel (3)R¹⁰-(O-CxH2x)r-OR¹¹ (3),worin
R¹⁰ und R¹¹ gleich oder verschieden sind und Wasserstoff oder einen linearen oder verzweigten Alkylrest mit 1 bis 16, vorzugsweise 1 bis 8, Kohlenstoffatomen bedeuten,
x eine ganze Zahl von 2 bis 6, vorzugsweise 2 bis 3, und
r eine Zahl von 0 bis 20, vorzugsweise 4 bis 14, ist;
oder einem Kronenether;
oder aus einer Mischung der Komponenten a), b) und c) besteht.
Der Katalysator besteht vorzugsweise nur aus Komponente a), es kann jedoch
zweckmäßig sein, eine Mischung aus den Komponenten a) und b) oder aus den
Komponenten a) und c) oder aus den Komponenten a), b) und c) einzusetzen. Im
Falle eines einfachen Chlor-Fluoraustausches, das heißt, wenn nur ein Chloratom
durch ein Fluoratom substituiert werden soll, ist es oft vorteilhaft, eine
Mischung aus Komponente a) und b) einzusetzen. Im Falle eines mehrfachen
Chlor-Fluoraustausches, das heißt, wenn zwei oder mehrere Chloratome durch
Fluoratome ersetzt werden sollen, ist es oft vorteilhaft, eine Mischung aus
Komponente a) und c) oder aus a), b) und c) einzusetzen.
Die Mischungsverhältnisse der Komponenten a) und b), a) und c) sowie a), b)
und c) können in einem weiten Bereich schwanken, mit der Maßgabe, daß die
Komponente a) mindestens 5 Gew.-%, vorzugsweise 20 bis 80 Gew.-%, des
gesamten Katalysators ausmacht.
In dem in der Verbindung der Formel (1) enthaltenen linearen oder verzweigten
Alkoxypolyoxyalkyl-Rest der Formel (CmH2mO)pR⁵ können gleiche oder
unterschiedliche Alkoxy-Einheiten miteinander verknüpft sein.
Die Anzahl der in der Verbindung der Formel (1) enthaltenen linearen oder
verzweigten Alkoxypolyoxyalkyl-Reste beträgt vorzugsweise 1 oder 2.
Besonders bevorzugte Verbindungen der Formel (1) im Sinne der vorliegenden
Erfindung sind Dimethyl-di(ethoxypolyoxypropyl)-ammoniumchlorid, Dimethyl-
di(ethoxypolyoxypropylmethylether)-ammoniumchlorid, Dimethyl-
(ethoxypolyoxypropyl)-(ethoxypolyoxypropylmethylether)-ammoniumchlor-id,
Dimethyl-di(ethoxypolyoxyethyl)-ammoniumchlorid, Dimethyl-
di(ethoxypolyoxyethylmethylether)-ammoniumchlorid, Dimethyl-
(ethoxypolyoxyethyl)-(ethoxypolyoxyethylmethylether)-ammoniumchlorid-,
jeweils mit einer mittleren Kettenlänge p von 3, weiterhin Trimethyl-
(ethoxypolyoxypropyl)-ammoniumchlorid und Trimethyl-
(ethoxypolyoxypropylmethylether)-ammoniumchlorid, jeweils mit einer mittleren
Kettenlänge p von 8, oder ein Gemisch der genannten Verbindungen.
Die beschriebenen Verbindungen der Formel (1) lassen sich auf bekannte Weise
(US-PS 3,123,641; US-PS 3,141,905) aus den entsprechenden Ethanolaminen
herstellen, die nach Umsetzung mit Alkylenoxiden und anschließender
Quaternisierung mit oder ohne gleichzeitiger Veretherung in guten Ausbeuten die
gewünschten Verbindungen liefern.
Bevorzugte Verbindungen der Formel (2) im Sinne der vorliegenden Erfindung
sind Octadecyltrimethylammoniumchlorid, Distearyldimethylammoniumchlorid,
Tetramethylammoniumchlorid, Tetramethylammoniumbromid,
Hexadecyltrimethylammoniumchlorid, Benzyltrimethylammoniumchlorid,
Hexadecyltributylphosphoniumbromid, Stearyltributylphosphoniumbromid,
Tetrabutylphosphoniumchlorid, Tetrabutylphosphoniumbromid und
Tetraoctylphosphoniumbromid.
Bevorzugte Polyether der Formel (3) im Sinne der vorliegenden Erfindung
besitzen eine mittlere Molmasse zwischen 300 und 800. Besonders bevorzugt
ist ein Gemisch von Polyethylenglykoldimethylethern der Kettenlängen r von 6
bis 17 und einer mittleren Molmasse von 500. Anstelle von oder in Kombination
mit Polyethern der Formel (3) können auch übliche Kronenether, beispielsweise
18-Krone-6, eingesetzt werden.
Als Ausgangsverbindungen der Formel (4) für das erfindungsgemäße Verfahren
kommen in Betracht:
Monochlorbenzonitrile, wie beispielsweise 2-Chlorbenzonitril und 4-Chlorbenzonitril; Dichlorbenzonitrile, wie beispielsweise 2,3-Dichlorbenzonitril, 3,4-Dichlorbenzonitril, 2,5-Dichlorbenzonitril, 4-Chlor-3-fluorbenzonitril, 2-Chlor- 5-fluorbenzonitril, 2,4-Dichlorbenzonitril, 2,6-Dichlorbenzonitril, 2,4-Dichlor-3- fluorbenzonitril und 2,4-Dichlor-5-fluorbenzonitril; Trichlorbenzonitrile, wie beispielsweise 2,4,5-Trichlorbenzonitril, 2,3,4-Trichlorbenzonitril, 2,3,4-Trichlor- 5-fluorbenzonitril und 2,4,5-Trichlor-3-fluorbenzonitril.
Monochlorbenzonitrile, wie beispielsweise 2-Chlorbenzonitril und 4-Chlorbenzonitril; Dichlorbenzonitrile, wie beispielsweise 2,3-Dichlorbenzonitril, 3,4-Dichlorbenzonitril, 2,5-Dichlorbenzonitril, 4-Chlor-3-fluorbenzonitril, 2-Chlor- 5-fluorbenzonitril, 2,4-Dichlorbenzonitril, 2,6-Dichlorbenzonitril, 2,4-Dichlor-3- fluorbenzonitril und 2,4-Dichlor-5-fluorbenzonitril; Trichlorbenzonitrile, wie beispielsweise 2,4,5-Trichlorbenzonitril, 2,3,4-Trichlorbenzonitril, 2,3,4-Trichlor- 5-fluorbenzonitril und 2,4,5-Trichlor-3-fluorbenzonitril.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren können in den genannten
Ausgangsverbindungen ein, zwei oder drei, vorzugsweise ein oder zwei,
Chloratome durch Fluoratome ausgetauscht werden, so daß als Endprodukte
beispielsweise erhalten werden:
Monofluorbenzonitrile, wie beispielsweise 2-Fluorbenzonitril und 4-Fluorbenzonitril; Chlorfluorbenzonitrile, wie beispielsweise 3-Chlor-2- fluorbenzonitril, 3-Chlor-4-fluorbenzonitril und 5-Chlor-2-fluorbenzonitril; Difluorbenzonitrile, wie beispielsweise 3,4-Difluorbenzonitril, 2,5-Difluorbenzonitril, 2,4-Difluorbenzonitril, 2,6-Difluorbenzonitril, 5-Chlor-2,4-difluorbenzonitril und 3-Chlor-2,4-difluorbenzonitril; Trifluorbenzonitrile, wie beispielsweise 2,3,4-Trifluorbenzonitril, 2,4,5-Trifluorbenzonitril, 3-Chlor-2,4,5-trifluorbenzonitril und 5-Chlor-2,3,4- trifluorbenzonitril.
Monofluorbenzonitrile, wie beispielsweise 2-Fluorbenzonitril und 4-Fluorbenzonitril; Chlorfluorbenzonitrile, wie beispielsweise 3-Chlor-2- fluorbenzonitril, 3-Chlor-4-fluorbenzonitril und 5-Chlor-2-fluorbenzonitril; Difluorbenzonitrile, wie beispielsweise 3,4-Difluorbenzonitril, 2,5-Difluorbenzonitril, 2,4-Difluorbenzonitril, 2,6-Difluorbenzonitril, 5-Chlor-2,4-difluorbenzonitril und 3-Chlor-2,4-difluorbenzonitril; Trifluorbenzonitrile, wie beispielsweise 2,3,4-Trifluorbenzonitril, 2,4,5-Trifluorbenzonitril, 3-Chlor-2,4,5-trifluorbenzonitril und 5-Chlor-2,3,4- trifluorbenzonitril.
Als Alkalimetallfluoride werden vorzugsweise Kaliumfluorid, Rubidiumfluorid
oder Cäsiumfluorid oder Kombinationen aus diesen verwendet, insbesondere
Kaliumfluorid. Vorteilhaft bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist, daß
Alkalimetallfluoride eingesetzt werden können, deren Wassergehalt bis zu 3%
betragen kann. Dadurch ist es beispielsweise möglich, technisches Kaliumfluorid
ohne Vorbehandlung zu verwenden.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der Katalysator zweckmäßigerweise
in Mengen von 1 bis 35 Gew.-%, vorzugsweise von 10 bis 25 Gew.-%,
bezogen auf die aromatische Ausgangsverbindung, eingesetzt. Das molare
Verhältnis von Katalysator zur Ausgangsverbindung ist dabei gleich oder kleiner
als 1 : 8, bevorzugt 1 : 10 bis 1 : 50.
Was das Mengenverhältnis des Alkalimetallfluorids zur Ausgangsverbindung
anbelangt, so werden zweckmäßigerweise 60 bis 200 Mol-%, vorzugsweise
100 bis 140 Mol-%, bezogen auf jedes auszutauschende Chloratom,
Alkalimetallfluorid eingesetzt.
Zwei- oder mehrfache Chlor-Fluor-Austauschreaktionen zur Herstellung von
Fluorbenzonitrilen waren bislang nur in Gegenwart von Lösungsmitteln möglich.
Der hohe Salzgehalt der Reaktionssuspension führte in der Regel zu nicht
rührbaren Systemen, die selbst unter günstigsten Bedingungen nur zu geringen
Umsätzen und Ausbeuten führten. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
kommt es nunmehr selbst bei sehr hohen Salzgehalten in der
Reaktionssuspension zu keinen Rührproblemen, so daß auch zwei- oder
mehrfache Austausch-Reaktionen meist problemlos ohne Lösungsmittel
durchgeführt werden. Die gleichzeitig deutlich niedrigeren
Reaktionstemperaturen im Vergleich zum Stand der Technik führen zusammen
mit der guten Rührbarkeit der Reaktionssuspension letztendlich zu einer
deutlichen Steigerung der Ausbeute und einer Verminderung von
Nebenreaktionen.
Während bislang Temperaturen von 200°C bis über 300°C für Chlor-
Fluoraustauschreaktionen erforderlich waren, liegen die Reaktionstemperaturen
des erfindungsgemäßen Verfahrens bei 80 bis 220°C, vorzugsweise bei 90 bis
180°C, insbesondere bei 120 bis 170°C.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann in Gegenwart oder Abwesenheit von
Lösungsmitteln durchgeführt werden. Werden Lösungsmittel verwendet, so sind
sowohl aprotische und dipolar aprotische als auch protische Lösungsmittel
geeignet. Geeignete dipolar aprotische Lösungsmittel sind beispielsweise
Dimethylsulfoxid, Dimethylsulfon, Sulfolan, Dimethylformamid,
Dimethylacetamid, 1,3-Dimethylimidazolin-2-on, Acetonitril und Benzonitril.
Geeignete aprotische Lösungsmittel ohne ausgeprägten dipolaren Charakter sind
beispielsweise Benzol, Toluol, Xylol, Chlortoluole, Chlorbenzol und
Dichlorbenzole. Die Verwendung von protischen Lösungsmitteln, wie
beispielsweise Alkoholen, ist ebenfalls möglich. Als protische Lösungsmittel
werden Methanol, Ethanol, Propanol, Butanol, i-Propanol oder Polyalkylenglykole
mit Ethylen-, Propylen- oder Butyleneinheiten verwendet.
Das aprotische oder dipolar aprotische Lösungsmittel kann in beliebigen Mengen
verwendet werden, bevorzugt werden allerdings geringe Mengen im Bereich von
5 bis 30 Gew.-%, bezogen auf den eingesetzten Aromaten. Bei der Verwendung
von protischen Lösungsmitteln liegen die eingesetzten Mengen im Bereich von
0,1 bis 5 Gew.-%, bevorzugt 0,1 bis 2 Gew.-%, bezogen auf den eingesetzten
Aromaten.
Der erfindungsgemäße Katalysator kann sowohl bei Atmosphärendruck als auch
bei Überdruck- oder Unterdruck verwendet werden. Diese Eigenschaften wird
beispielsweise genutzt, indem geringe Mengen eines leichtsiedenden aprotischen
Lösungsmittels, das mit Wasser ein Azeotrop bildet, wie beispielsweise Benzol,
Xylol, Mesitylen oder Toluol, vor Beginn der Reaktion in die Reaktionssuspension
gegeben werden. Anschließend wird ein Teil des Lösungsmittels durch Anlegen
eines Unterdrucks zusammen mit Wasser aus der Reaktionssuspension wieder
entfernt. Durch diese Verfahrensweise lassen sich die Reaktionsgeschwindigkeit
und die Ausbeute steigern und die Bildung von Nebenprodukten minimieren.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann in Anwesenheit oder Abwesenheit von
Luftsauerstoff durchgeführt werden, bevorzugt wird das Arbeiten unter
Schutzgas, wie beispielsweise Argon oder Stickstoff. Bei dem
erfindungsgemäßen Verfahren ist zu gewährleisten, daß während der gesamten
Reaktion das Reaktionsgemisch gut durchmischt wird.
Fluorbenzonitrile spielen eine bedeutende Rolle als Zwischenprodukte im Bereich
des Pflanzenschutzes und als Synthesebausteine für Pharmazeutika und
Farbstoffe.
Die folgenden Beispiele dienen zur Erläuterung des erfindungsgemäßen
Verfahrens, ohne sich darauf zu beschränken. Unter
"Polyethylenglykoldimethylether 500" wird besagter Polyether mit einer
mittleren Molmasse von etwa 500 verstanden. Das in den Beispielen
verwendete Trimethyl-(ethoxypolyoxypropyl)-ammoniumchlorid hat eine mittlere
Kettenlänge p von 8 und wurde als 84 bis 89 gew-%-iges Produkt eingesetzt. In
diesem Produkt sind noch 10 bis 13 Gew.-% freies Polypropylenglykol und bis
zu 2 Gew.-% Wasser enthalten. Das eingesetzte Dimethyl
di(ethoxypolyoxypropyl)-ammoniumchlorid hat eine mittlere Kettenlänge p von 3
und ist ein 90 bis 95 gew.-%iges Produkt, das noch 5 bis 10 Gew.-%
Polypropylenglykol und etwa 0,2 Gew.-% Wasser enthält.
Wurden die beiden Katalysatoren als veretherte Verbindungen verwendet, so
lagen die Polypropylenglykole ebenfalls in veretherter Form vor. Der
Veretherungsgrad lag im Falle von Dimethoxy
di(ethoxypolyoxypropylmethylether)-ammoniumchlorid bei 86%.
Der zeitliche Reaktionsverlauf wurde durch gaschromatographische Analyse
(GC) verfolgt und die jeweils in der Reaktionsmischung vorhandene Menge des
gewünschten Produktes in Form von GC-Flächenprozenten angegeben.
In einen 100 ml Planschliffkolben mit Destillationsbrücke und Ankerrührer
wurden bei 100°C in die Schmelze von 95,0 g (0,5 mol) 2,4-Dichlor-5-
fluorbenzonitril 58,1 g (1 mol) Kaliumfluorid, 9,5 g (0,017 mol) Dimethyl.
di(ethoxypolyoxypropylmethylether)-ammoniumchlorid und 12,4 g (0,025 mol)
Polyethylenglykoldimethylether 500 eingetragen. Anschließend wurden 20 g
(0,18 mol) Xylol zugegeben und die Reaktionssuspension durch Anlegen eines
Vakuums von 20 mbar und Erhitzen auf 120°C azeotrop getrocknet. Nachdem
das Xylol abdestilliert war, wurde die Reaktionssuspension auf 150°C erhitzt
und 21 Stunden bei dieser Temperatur gerührt. Entstandene Menge an 2,4,5-
Trifluorbenzonitril:
nach 4 Stunden: 5 GC-Flächen-%
nach 21 Stunden: 15 GC-Flächen-%.
nach 4 Stunden: 5 GC-Flächen-%
nach 21 Stunden: 15 GC-Flächen-%.
Daneben waren nach 2 Stunden 52 GC-Flächen-% und nach 4 Stunden
70 GC-Flächen-% an 2-Chlor-4,5-difluorbenzonitril entstanden.
In einen 100 ml Planschliffkolben mit Destillationsbrücke und Ankerrührer
wurden bei 100°C in die Schmelze von 47,5 g (0,25 mol) 2,4-Dichlor-5-
fluorbenzonitril 14,5 g (0,25 mol) Kaliumfluorid, 4,8 g (0,007 mol) Trimethyl-
(ethoxypolyoxypropyl)-ammoniumchlorid, 6,2 g (0,012 mol)
Polyethylenglykoldimethylether 500 und 2,4 g (0,007 mol)
Tetrabutylphosphoniumbromid eingetragen. Anschließend wurden 10 g (0,09 mol)
Xylol zugegeben und die Reaktionssuspension durch Anlegen eines
Vakuums von 20 mbar und Erhitzen auf 130°C azeotrop getrocknet. Nachdem
das Xylol abdestilliert war, wurde die Reaktionssuspension auf 140°C erhitzt
und 8 Stunden bei dieser Temperatur gerührt. Entstandene Menge an
2-Chlor-4,5-difluorbenzonitril:
nach 2 Stunden: 50 GC-Flächen-%
nach 8 Stunden: 70 GC-Flächen-%.
nach 2 Stunden: 50 GC-Flächen-%
nach 8 Stunden: 70 GC-Flächen-%.
In einen 500 ml Planschliffkolben mit Destillationsbrücke und Ankerrührer
wurden bei 100°C in die Schmelze von 172,0 g (1,0 mol) 2,6-Dichlorbenzonitril
127,8 g (2,2 mol) Kaliumfluorid und 50,3 g (0,07 mol) Trimethyl-
(ethoxypolyoxypropyl)-ammoniumchlorid eingetragen. Anschließend wurden
60 g (0,57 mol) Xylol zugegeben und die Reaktionssuspension durch Anlegen
eines Vakuums von 20 mbar und Erhitzen auf 130°C azeotrop getrocknet. Die
Reaktionssuspension wurde auf 180°C erhitzt und 16 Stunden bei dieser
Temperatur gerührt. Entstandene Menge an 2,6-Difluorbenzonitril:
nach 10 Stunden: 52 GC-Flächen-%
nach 16 Stunden: 69 GC-Flächen-%.
nach 10 Stunden: 52 GC-Flächen-%
nach 16 Stunden: 69 GC-Flächen-%.
Daneben waren nach 2 Stunden 46 GC-Flächen-% und nach 10 Stunden 29
GC-Flächen-% an 2-Chlor-6-fluorbenzonitril entstanden.
In einen 500 ml Planschliffkolben mit Destillationsbrücke und Ankerrührer
wurden bei 100°C in die Schmelze von 172,0 g (1,0 mol) 2,6-Dichlorbenzonitril
127,8 g (2,2 mol) Kaliumfluorid und 25,0 g (0,05 mol) Dimethyl-di-
(ethoxypolyoxypropyl)-ammoniumchlorid eingetragen. Anschließend wurden
60 g (0,57 mol) Xylol zugegeben und die Reaktionssuspension durch Anlegen
eines Vakuums von 20 mbar und Erhitzen auf 130°C azeotrop getrocknet. Die
Reaktionssuspension wurde auf 180°C erhitzt und 44 Stunden bei dieser
Temperatur gerührt. Entstandene Menge an 2,6-Difluorbenzonitril:
nach 20 Stunden: 39 GC-Flächen-%
nach 44 Stunden: 83 GC-Flächen-%.
nach 20 Stunden: 39 GC-Flächen-%
nach 44 Stunden: 83 GC-Flächen-%.
Die isolierte Ausbeute an 2,6-Difluorbenzonitril betrug 80% d.Th.
Claims (10)
1. Verfahren zur Herstellung von Fluorbenzonitrilen durch Umsetzung einer
Verbindung der Formel (4)
worin
a eine ganze Zahl von 1 bis 5 und
b eine Zahl von 0 bis 3 ist,
mit einem Alkalimetallfluorid in Gegenwart eines Katalysators, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator im wesentlichen aus
a eine ganze Zahl von 1 bis 5 und
b eine Zahl von 0 bis 3 ist,
mit einem Alkalimetallfluorid in Gegenwart eines Katalysators, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator im wesentlichen aus
- a) einer oder mehreren quartären Ammoniumverbindung(en) der Formel
(1)
worin
R¹, R² und R³ gleich oder verschieden sind und einen linearen oder verzweigten Alkoxypolyoxyalkyl-Rest der Formel -(CmH2mO)pR⁵ bedeuten, worin R⁵ für Wasserstoff oder einen linearen oder verzweigten Alkylrest mit 1 bis 16 Kohlenstoffatomen steht, m eine ganze Zahl von 1 bis 10 und p eine Zahl von 1 bis 1 5; bedeuten,
oder einen linearen oder verzweigten Alkylrest mit 1 bis 30 Kohlenstoffatomen; oder einen unsubstituierten Phenyl- oder Naphthylrest; oder einen substituierten Phenyl- oder Naphthylrest, wobei die Substituenten die Bedeutung Halogen, C₁-C₄-Alkyl, C₁-C₄-Alkoxy, Nitro oder Cyano haben;
R⁴ einen linearen oder verzweigten Alkoxypolyoxyalkyl-Rest der Formel -(CmH2mO)pR⁵ bedeuten; und
X⊖ ein anorganisches Anion ist;
oder aus einer Mischung der Komponente a) und - b) einem oder mehreren quartären Ammoniumsalz(en) oder
Phosphoniumsalz(en) der Formel (2)
worin
R⁶, R⁷, R⁸ und R⁹ gleich oder verschieden sind und einen linearen oder verzweigten Alkylrest mit 1 bis 22 Kohlenstoffatomen; oder einen unsubstituierten oder substituierten Arylrest oder einen C₁-C₄-Alkyl-arylrest, wobei Aryl die Bedeutung Phenyl oder Naphthyl hat und die besagten Substituenten Halogen, C₁-C₄-Alkyl, C₁-C₄-Alkoxy, Nitro oder Cyano bedeuten; und
Y die Bedeutung N oder P hat;
oder aus einer Mischung der Komponente a) und - c) einem oder mehreren Polyether(n) der Formel (3)
R¹⁰-(O-CxH2x)r-OR¹¹ (3),worin
R¹⁰ und R¹¹ gleich oder verschieden sind und Wasserstoff oder einen linearen oder verzweigten Alkylrest mit 1 bis 16 Kohlenstoffatomen bedeuten,
x eine ganze Zahl von 2 bis 6 und
r eine Zahl von 0 bis 20 ist;
oder einem Kronenether;
oder aus einer Mischung der Komponenten a), b) und c) besteht.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator
im wesentlichen aus
- a) einer oder mehreren quartären Ammoniumverbindung(en) der Formel (1)
worin
R¹, R² und R³ gleich oder verschieden sind und einen linearen oder verzweigten Alkoxypolyoxyalkyl-Rest der Formel -(CmH2mO)pR⁵ bedeuten, worin R⁵ für Wasserstoff oder einen linearen oder verzweigten Alkylrest mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen steht, m eine ganze Zahl von 1 bis 5, und p eine Zahl von 2 bis 10 bedeuten; oder einen linearen oder verzweigten Alkylrest mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen; oder einen unsubstituierten Phenyl- oder Naphthylrest; oder einen substituierten Phenyl- oder Naphthylrest, wobei die Substituenten die Bedeutung Halogen, C₁-C₄-Alkyl, C₁-C₄-Alkoxy, Nitro oder Cyano haben;
R⁴ einen linearen oder verzweigten Alkoxypolyoxyalkyl-Rest der Formel -(CmH2mO)pR⁵ bedeutet; und
X⊖ Fluorid, Chlorid, Bromid, SO₄2-/2 oder Hydrogensulfat ist; oder aus einer Mischung der Komponente a) und - b) einem oder mehreren quartären Ammoniumsalz(en) oder Phosphoniumsalz(en)
der Formel (2)
worin
R⁶, R⁷, R⁸ und R⁹ gleich oder verschieden sind und einen linearen oder verzweigten Alkylrest mit 1 bis 16 Kohlenstoffatomen; oder einen unsubstituierten oder substituierten Arylrest oder einen C₁-C₄-Alkyl-arylrest, wobei Aryl die Bedeutung Phenyl oder Naphthyl hat und die besagten Substituenten Halogen, C₁-C₄-Alkyl, C₁-C₄-Alkoxy, Nitro oder Cyano bedeuten; und
Y die Bedeutung N oder P hat;
oder aus einer Mischung der Komponente a) und - c) einem oder mehreren Polyether(n) der Formel (3)
R¹⁰-(O-CxH2x)r-OR¹¹ (3),worin
R¹⁰ und R¹ gleich oder verschieden sind und Wasserstoff oder einen linearen oder verzweigten Alkylrest mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen bedeuten,
x eine ganze Zahl von 2 bis 3 und
r eine Zahl von 4 bis 14 ist;
oder einem Kronenether;
oder aus einer Mischung der Komponenten a), b) und c) besteht.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die
Komponente a) mindestens 5 Gew.-%, vorzugsweise 20 bis 80 Gew.-%,
des gesamten Katalysators ausmacht.
4. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß in der Verbindung der Formel (1) ein oder zwei
Alkoxypolyoxyalkyl-Reste enthalten sind.
5. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß in der Verbindung der Formel (4) ein, zwei oder drei,
vorzugsweise ein oder zwei, Chloratome durch Fluoratome ausgetauscht
werden.
6. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß das Alkalimetallfluorid Kaliumfluorid,
Rubidiumfluorid, Cäsiumfluorid oder eine Kombination dieser Fluoride,
insbesondere Kaliumfluorid, ist.
7. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß das molare Verhältnis von Katalysator zur
Verbindung der Formel (4) gleich oder kleiner als 1 : 8, vorzugsweise 1 : 10
bis 1 : 50, ist.
8. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, daß die Umsetzung in Abwesenheit eines Lösungsmittels
durchgeführt wird.
9. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch
gekennzeichnet, daß die Reaktionstemperatur bei 80 bis 220°C,
vorzugsweise bei 90 bis 180°C, insbesondere bei 120 bis 170°C, liegt.
10. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch
gekennzeichnet, daß die Verbindung der Formel (4) 2-Chlorbenzonitril,
4-Chlorbenzonitril, 2,3-Dichlorbenzonitril, 3,4-Dichlorbenzonitril, 2,5-
Dichlorbenzonitril, 4-Chlor-3-fluorbenzonitril, 2-Chlor-5-fluorbenzonitril,
2,4-Dichlorbenzonitril, 2,6-Dichlorbenzonitril, 2,4-Dichlor-3-
fluorbenzonitril, 2,4-Dichlor-5-fluorbenzonitril, 2,4,5-Trichlorbenzonitril,
2,3,4-Trichlorbenzonitril, 2,3,4-Trichlor-5-fluorbenzonitril oder
2,4,5-Trichlor-3-fluorbenzonitril ist.
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8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |