DE60103506T2 - Verfahren zur herstellung von 3,5-difluoranilin aus 1,3,5-trichlorbenzol - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zur Herstellung von 3,5-Difluoranilin und 3,5-Difluoranilin enthaltenden Verbindungen. Im einzelnen betrifft die Erfindung die Herstellung von 3,5-Difluoranilin, bei der man von 1,3,5-Trichlorbenzol als Edukt ausgeht, das 1,3,5-Trichlorbenzol zu einer 1,3,5-Trifluorbenzol-Zwischenverbindung fluoriert und dann die Zwischenstufe zum gewünschten 3,5-Difluoranilin aminiert.
• Die Verbindung 3,5-Difluoranilin ist ein bedeutendes Zwischenprodukt bei der Synthese vieler Herbizide gegen zweikeimblättrige Pflanzen und andere Agrochemikalien und pharmazeutische Produkte. Es sind schon zahlreiche Synthesewege zu dieser Verbindung untersucht worden. Viele derartige Synthesen sind jedoch schwierig, ergeben keine ausreichende Ausbeute oder sind schlicht zu teuer. Beispielsweise ist es schwierig, in 3- und 5-Stellung zu einer Amino- oder Mitrofunktionalität zwei Fluorsubstituenten einzuführen. Aus diesem Grund wurden technisch aufwendige und teure Alternativsynthesen versucht. Derartige Synthesen sind jedoch aufgrund von ungünstigen Ausbeuten und einer Vielzahl von störenden Reaktionsnebenprodukten in der Praxis nicht anwendbar. Auf dem Gebiet der Agrochemikalien haben Kostenstudien wiederholt ergeben, daß lediglich kurze Syntheserouten (3 Schritte oder weniger) wirtschaftlich vertretbar sind.
• Beispielsweise sind Synthesen bekannt, bei denen das Chlor in 1,3,5-Trichlorbenzol durch Fluor ersetzt wird. Hierbei waren jedoch die Reaktionszeiten lang und die Ausbeuten unvertretbar niedrig. R. G. Pews hat in J. Fluorine Chem., Band 52, Seite 307 (1991), die Vermutung geäußert, daß man mit einem Autoklaven und anderen Lösungsmitteln höhere Reaktionsgeschwindigkei ten und höhere Ausbeuten erzielen könnte. Bei Durchführung der Reaktion in N-Methylpyrrolidon (NMP) unter Verwendung von CsF und KHF₂ als Katalysatoren waren die Ausbeuten nicht so hoch wie die von Pews angegebenen. Außerdem führte die Verwendung von NMP zu beträchtlicher Halogenreduktion.
• Außerdem beschreiben R. H. Shiley et al. in J. Fluorine Chem. 2, 20 (9172/73) ein Verfahren zur Herstellung von 1,3,5-Trifluorbenzol durch Umsetzung von 1,3,5-Trichlorbenzol mit KF oder einem Gemisch aus KF und CsF in Dimethylsulfon. Hierbei war jedoch die Ausbeute nicht zufriedenstellend.
• In der US-PS 5,294,742 wurden Herstellungsverfahren für 3,5-Difluoranilin beschrieben, bei denen man 2,4,5-Trichlornitrobenzol als Edukt verwendet und mit einem Alkalimetallfluorid umsetzt. Die Synthese ist jedoch wegen der vielen Reaktionsschritte und der anfallenden großen Mengen an Nebenprodukt (20% 2,6-Difluoranilin) kompliziert.
• In der US-PS 5,399,767 wird ein anderes kompliziertes Verfahren beschrieben, bei dem man ein Benzonitril mit einer Mineralsäure umsetzt, zu einer Zwischenstufe decarboxyliert und mit Wasserstoff zu 3,5-Difluoranilin umsetzt.
• Die EP 460 639 lehrt die Herstellung von 3,5-Difluoranilin durch Umsetzung von 1,3,5-Trifluorbenzol mit einem Aminierungsmittel wie Ammoniak in Methanol.
• 3,5-Difluoranilin wurde auch durch Umsetzung von 1,3,5-Trifluorbenzol mit Natriumamid in flüssigem Ammoniak erhalten (A. A. Shtark et al., J. Org. Chem. USSR (Engl. trans.) 23, 2271 (1987)).
• Des weiteren wird in der EP 878 461 ein Verfahren zur Herstellung von 3,5-Difluoranilin beschrieben, bei dem man 3,5-Difluorchlorbenzol in Gegenwart einer Kupferverbindung und eines Metalls mit Ammoniak umsetzt.
• In Anbetracht der bedeutenden kommerziellen Anwendung von 3,5-Difluoranilin sind beträchtliche Forschungsanstrengungen zur Auffindung von kommerziell akzeptablen, sicheren, kostengünstigen und effizienten Verfahren zu seiner Herstellung in geeignet hohen Ausbeuten unternommen worden. Es ist jedoch kein Verfahren zur Herstellung von 3,5-Difluoranilin in hohen Ausbeuten mit wenigen abzutrennenden Nebenprodukten, das zudem sicher und kostengünstig ist, bekannt.
• Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft die Entdeckung, daß 3,5-Difluoranilin in hohen Ausbeuten und hoher Reinheit synthetisiert werden kann, indem man 1,3,5-Trichlorbezol in Gegenwart eines polaren Lösungsmittels zu einer 1,3,5-Trifluorbenzol-Zwischenverbindung fluoriert und dann das 1,3,5-Trifluorbenzol in Gegenwart von waßrigem oder wasserfreiem Ammoniak zu dem gewünschten 3,5-Difluoranilin aminiert.
• Nach einer weiteren Ausführungsform betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von 3,5-Difluoranilin aus 1,3,5-Trichlorbenzol in zwei Schritten. Erstens wird eine Menge von 1,3,5-Trichlorbenzol mit einer fluoridhaltigen Verbindung zu 1,3,5-Trifluorbenzol umgesetzt. Zweitens wird das 1,3,5-Trifluorbenzol mit wäßrigem Ammoniak und einem Metalloxid oder Metallhydroxid zum 3,5-Difluoranilin-Produkt umgesetzt.
• Nach noch einer weiteren Ausführungsform sieht die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von 3,5-Difluoranilin aus 1,3,5-Trichlorbenzol in zwei Schritten vor. Erstens wird eine Menge von 1,3,5-Trichlorbenzol mit einer Menge einer fluoridhaltigen Verbindung zu 1,3,5-Trifluorbenzol umgesetzt. Zweitens wird das 1,3,5-Trifluorbenzol in einem polaren Lösungsmittel mit einer Menge von wasserfreiem Ammoniak zu 3,5-Difluoranilin umgesetzt.
• 1 ist ein Blockfließbild der Umsetzung von 1,3,5-Trifluorbenzol mit wäßrigem Ammoniak, das die direkte Rezyklierung von Ammoniak zeigt.
• 2 ist ein Blockfließbild der Umsetzung von 1,3,5-Trifluorbenzol, wobei Ammoniak wiederverarbeitet oder verworfen wird.
• 3 ist ein Blockfließbild der 3,5-Difluoranilin-Synthese, das die Verwendung von wasserfreiem Ammoniak in einem Lösungsmittel im Verbund mit einer extraktiven Isolierung zeigt.
• 4 ist ein Blockfließbild der 3,5-Difluoranilin-Synthese, das die Verwendung von wasserfreiem Ammoniak in einem Lösungsmittel gefolgt von destillativer Isolierung zeigt.
• Die 5a und 5b sind Blockfließbilder der 3,5-Difluoranilin-Synthese, die die extraktive Isolierung bzw. Rückgewinnung von 3,5-Difluoranilin und Lösungsmittel zeigen.
• Die vorliegende Erfindung wird nun mit Hilfe von bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung näher beschrieben.
• Die 3,5-Difluoranilinverbindung der Formel (I) ist durch Fluorierung des Edukts 1,3,5-Trichlorbenzol der Formel (II) über eine Halex-Reaktion (Halogenaustauschreaktion) zur Zwischenverbindung 1,3,5-Trifluorbenzol der Formel (III) erhältlich.
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• Der erste Schritt des bevorzugten Reaktionsschemas ist nachstehend dargestellt:
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• In diesem ersten Schritt, der als Halex-Reaktion bezeichnet wird, behandelt man das Edukt 1,3,5-Trichlorbenzol (II) in einem Lösungsmittel mit Kaliumfluorid. Dabei fallen neben der gewüschten Zwischenverbindung 1,3,5-Trifluorbenzol (III) kleine Mengen an Nebenprodukten einschließlich 3,5-Difluorchlorbenzol (IV) und große Mengen an Kaliumchlorid an.
• Als Lösungsmittel für die zur Fluorierung des 1,3,5-Trichlorbenzols angewandte Halex-Reaktion verwendet man vorzugsweise polare Lösungsmittel. Beispiele für bevorzugte polare Lösungsmittel sind Dimethylimidazolidinon (DMI), N-Methylpyrrolidinon (NMP), Dimethylpropylenharnstoff (DMPU) und Tetramethylharnstoff (TMU), wobei DMI besonders bevorzugt ist.
• Der zweite Schritt des bevorzugten Reaktionsschemas ist nachstehend dargestellt:
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• Im zweiten Schritt wird 1,3,5-Trifluorbenzol mit Ammoniak umgesetzt (Aminierung), was das gewünschte Produkt 3,5-Difluoranilin sowie Ammoniumfluorid ergibt. Die Aminierung erfolgt vorzugsweise in einem polaren organischen Lösungsmittel, wie Dimethylsulfoxid, N-Methylpyrrolidon, Propylenglykol, Formamid, Diethylenglykol, Dimethylformamid, Dimethylacetamid, Tetramethylensulfon, Dimethylsulfon, Diphenylsulfon oder N,N'-Dimethylimidazolinon, wobei Diethylenglykol besonders bevorzugt ist.
• Zur Aminierung des 1,3,5-Trifluorbenzols kann man wäßriges oder wasserfreies Ammoniak verwendet. Für die Aminierung mit wäßrigem Ammoniak sind hohe Drücke und Temperaturen erforderlich. Unter diesen Bedingungen ist das anfallende Ammoniumfluorid sehr korrosiv. Dieser Korrosivität kann durch Zusatz von Basen als Puffer, wie z. B. Metallhydroxide und Metalloxide einschließlich Natriumhydroxid, Calciumhydroxid, Bariumhydroxid, Kaliumhydroxid, Magnesiumhydroxid, Magnesiumoxid, Calciumoxid und Bariumoxid, entgegengewirkt werden, wobei Magnesiumoxid und Magnesiumhydroxid besonders bevorzugt sind. Durch Reaktion des Magnesiumoxids oder Magnesiumhydroxids wird das Fluorid in Form von MgF₂, einem unlöslichen Feststoff, gehalten. Dadurch kann das Fluorid leicht abgetrennt werden. Außerdem fallen im Vergleich mit den anderen Metalloxiden und -hydroxiden weniger Phenole und andere Nebenprodukte an.
• Das als Edukt verwendete 1,3,5-Trichlorbenzol (TCB) ist im Handel in annehmbaren Reinheitsgraden erhältlich. Im ersten Schritt der erfindungsgemäßen Zweischritt synthese wird das TCB vorzugsweise in einem Autoklaven, der vorzugsweise mit einer Fraktioniersäule ausgestattet ist, mit Dimethylimidazolidinon (DMI) und Kaliumfluorid bei etwa 275 bis etwa 325°C, vorzugsweise etwa 300 bis etwa 315°C, zu 1,3,5-Trifluorbenzol umgesetzt, wobei Chlordifluorbenzol als Verunreinigung in einer Menge von < 5% Nebenproduktgewicht anfällt.
• Die Ausbeute des Zwischenprodukts 1,3,5-Trifluorbenzol (TFB) kann durch Veränderung von Variablen einschließlich Reaktionstemperatur und Wassergehalt gezielt eingestellt werden. So wurde beispielsweise ermittelt, daß bei Destillieren des bevorzugten Lösungsmittels DMI auf ungefähr 90% seines Volumens die Reaktionsgeschwindigkeit zunahm und die Ausbeute auf etwa 83% anstieg. Daher ist es wünschenswert, die verwendeten Reagentien einschließlich DMI und KF zu entwässern. Hierzu kann man etwa 10% des Lösungsmittels abdestillieren oder ein Lösungsmittel wie Xylol zum Abfangen von Wasser, wie durch azeotrope Destillation, zusetzen.
• Die zur Herstellung des TFB-Zwischenprodukts angewandten bevorzugte Halex-Reaktion kann in Gegenwart eines KF-Überschusses gefahren werden. Es wurde jedoch ermittelt, daß KF-Moläquivalente im Bereich von etwa 3,2 bis etwa 6,0 die Geschwindigkeit der TFB-Bildungsreaktion nicht wesentlich beeinflußten.
• Die Ausbeute an TFB-Zwischenprodukt kann vorzugsweise auch optimiert werden, indem man TFB gleich nach seiner Bildung aus dem Reaktionsgefäß entfernt, um die Bildung von Nebenprodukten zu verringern. Die bevorzugte Druckdestillation kann verbessert werden, wenn eine Fraktioniersäule erhitzt wird, wie z. B. durch Anlegen eines Heizbands an die Säule oder anderweitige Isolierung der Säule.
• Wenngleich das erfindungsgemäße Verfahren nicht von der genauen Stöchiometrie der Reagentien und der Instrumentierung abhängt, ist ein Verhältnis von ungefähr 1,5 mol 1,3,5-Trichlorbenzol pro Liter DMI-Lösungsmittel besonders bevorzugt. Kaliumfluorid wird vorzugsweise in einem konstanten Verhältnis von ungefähr 330 g/kg DMI in das Reaktionsgefäß eingetragen. Gegebenenfalls können verschiedene Reaktanten zurückgewonnen und wiederverwendet werden. So kann man beispielsweise verhältnismäßig teure Lösungsmittel wie DMI durch Abfiltrieren des KCl/KF-Salzniederschlags während der Halex-Reaktion zurückgewinnen. Der Niederschlag wird dann mit einem billigen, leichtsiedenden Lösungsmittel, z. B. MTBE (oder Methylenchlorid) gewaschen, um das in den Salzen enthaltene DMI zurückzugewinnen. Für optimale Ausbeuten bei der Halex-Reaktion ist die Destillation des rezyklierten Lösungsmittels zu empfehlen. Als alternative Lösungsmittel zu DMI kommen für die erfindungsgemäße Halex-Reaktion u. a. Tetramethylharn-, stoff (TMU), Dimethylsulfon (DMSO₂) und Dimethylpropylenharnstoff (DMPU) in Betracht. NMP ist mit Erfolg verwendet worden, erfordert aber den Zusatz von 1,3-Dinitrobenzol oder ähnlichen Radikalfängern zur Verringerung von durch Hydrodehalogenierung gebildeten Nebenprodukten.
• Im zweiten Schritt der erfindungsgemäßen Synthese wird das TFB durch Zugabe von Ammoniak mit oder ohne ein zweites Lösungsmittel aminiert. Man kann entweder wäßriges Ammoniak oder wasserfreies Ammoniak verwenden. Im zweiten Schritt setzt man gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren 1,3,5-Trifluorbenzol (TFB) in Gegenwart von Wasser oder einem polaren Lösungsmittel wie NMP, Propylenglykol, Glykolethern oder ganz besonders bevorzugt Diethylenglykol (DEG) mit Ammoniak um. Bessere Ausbeuten des Produkts 3,5-Difluoranilin wurden jedoch bei Umsetzung des wasserfreien Ammoniaks mit dem TFB in bestimmen polaren Lösungsmitteln erhalten.
• Da die Reaktoren bei Verwendung von Wasser in erheblichem Maße korrodieren können, empfiehlt es sich, eine derartige Korrosion durch Pufferung mit Metalloxiden oder -hydroxiden, wie Natriumhydroxid, Calciumoxid, Magnesiumhydroxid und vorzugsweise Magnesiumoxid, zu verhindern. Die Verwendung von Puffern, die unlösliche Fluoride wie Magnesiumfluorid (MgF₂) bilden, erlaubt die einfache Isolierung und Entfernung von Fluoridionen aus der Reaktionsmischung durch Filtration. Die Verwendung von Magnesiumoxid oder Magnesiumhydroxid ist bevorzugt, da sowohl überschüssiger Puffer als auch MgF₂ durch Filtration zusammen entfernt werden können. Außerdem verhindert ihre geringe Löslichkeit die Bildung von Hydroxylionen, die mit TFB zu phenolischen Nebenprodukten reagieren. Temperaturen von etwa 180 bis etwa 250°C sind bevorzugt, wobei Temperaturen von etwa 210 bis etwa 23°C ganz besonders bevorzugt sind. Die Leistungsfähigkeit des Magnesiumoxids und Magnesiumhydroxids war unerwartet, da sie viel leistungsfähiger waren als ihre Calcium-Pendants.
• Die bevorzugte Synthesebedingungen der erfindungsgemäßen Erfindung gemäß den folgenden Beispielen ergeben 3,5-Difluoranilin mit einem Minimum an begleitenden Nebenprodukten. Im einzelnen fallen im Aminierungsschritt (Schritt 2) 3,5-Difluorphenol und Bis(3,5-difluorphenyl)ether an, insbesondere wenn eine Base zugegen ist. Andere Tetrahalogenether fallen in sehr geringen Mengen an. Es kann auch Diaminofluorbenzol in einer Menge von etwa 3% bis etwa 5% anfallen. Es wurde festgestellt, daß durch die Durchführung der Synthese gemäß Schritt 2 bei "niedrigeren" Temperaturen, vorzugsweise bei etwa 180 bis etwa 250°C und besonders bevorzugt 235°C die Bildung von Nebenprodukten im allgemeinen verringert wurde.
• 1 zeigt ein Blockfließbild der bevorzugten Einrichtungen für die Umsetzung von TFB mit Ammoniak, wobei das Ammoniak rezykliert wird. In den Druckreaktor 12 werden wäßriges Ammoniak, TFB und MgO eingetragen. Das rohe 3,5-Difluoranilin (DFA) wird aus dem Reaktor ausgetragen und weiter destilliert 14, was TFB und DFA-Endprodukt 16 ergibt. Das TFB wird einem TFB-Speichertank 18 zugeführt und als Edukt zum Auffüllen des Druckreaktors 12 verwendet. Wäßriges Ammoniak und Salze werden aus dem Druckreaktor 12 ausgetragen und der Zentrifuge 20 zugeführt, in der die Salze mit Wasser gewaschen werden. Magnesiumfluoridsalze werden aus der Zentrifuge ausgetragen, während die wäßrige Schicht dem Extraktionstank 22 zugeführt wird. Dem Tank 22 wird zur Extraktion von jeglichem in dem wäßrigen Material gelösten DFA zusätzliches TFB zugesetzt. DFA/TFB-Extrakte werden aus dem Tank 22 ausgetragen und der Destillationsapparatur 14 zugeführt. Wäßriges Ammoniak tritt aus dem Extraktionstank 22 aus, wobei etwa 10% abgelassen werden (zur Verhinderung des Aufbaus von Abfallstoffen aus dem MgO, HF und Wasser) und die restlichen 90% wieder mit wasserfreiem Ammoniak ergänzt und in den Reaktor zurückgeführt werden. Zur Bekämpfung der Korrosion können zusätzliche Puffer, wie Magnesiumhydroxid, Bariumhydroxid und Calciumoxid, verwendet werden, so lange dadurch nicht die Phenolbildung verstärkt wird.
• Das Produkt 3,5-Difluoranilin (DFA) bildet sich in der Ölphase des Reaktorinhalts, wobei bis zu etwa 10% auch in der wäßrigen Schicht gehalten werden. Nach Abtrennung der DFA, Wasser (5–10%) und Ammoniak enthaltenden Ölschicht von der Wasser, Ammoniak und Magnesiumsalz enthaltenden Phase wird die wäßrige Schicht mit TCB extrahiert. Durch anschließende Destillation wurden mit dem erfindungsgemäßen Verfahren DFA-Ausbeuten von mehr als 85 Gew.-% erhalten.
• 2 zeigt eine Umsetzung von TFB mit Ammoniak in Blockbildform, bei der das Ammoniak verworfen wird. In den Druckreaktor 30 werden wäßriges Ammoniak, TFB und MgO eingetragen. Das anfallende rohe DFA wird aus dem Reaktor 30 ausgetragen und in der Destillationsapparatur 32 destilliert, was DFA-Feinprodukt 34 ergibt. Die wäßrige Schicht aus der Umsetzung wird in den Tank 38 überführt und dort zur Rückgewinnung von zusätzlichem DFA mit MTBE extrahiert. Dieses wird ebenfalls der Destillationsapparatur 32 zugeführt, in der das Lösungsmittel MTBE herausdestilliert und zur Rezyklierung gesammelt wird und das DFA gereinigt wird. Wird dem Reaktor MgO als Katalysator zugesetzt, so werden wäßriges Ammoniak und Salze aus dem Reaktor 30 der Zentrifuge 36 zugeführt. Nach Eintragen von Wasser werden MgF₂-Salze als Abfall aus der Zentrifuge 36 entfernt. Die wäßrige Schicht wird dann dem Extraktionstank 38 zugeführt, in den MTBE geleitet wird. Wird bei der Umsetzung kein MgO verwendet, so entfällt der Zentrifugenschritt. Wäßriger Abfall wird aus dem Extraktionstank 38 abgelassen und weiterbehandelt oder verworfen.
• Alternativ dazu kann die Umsetzung von TFB mit wasserfreiem Amoniak in Gegenwart eines polaren Lösungsmittels, wie NMP, Sulfolan, Glykolethern, Propylenglykol und ganz besonders bevorzugt Diethylenglykol, durchgeführt werden. Die Verwendung polarer Lösungsmittel führt zu etwas höheren Produktausbeuten als das wäßrige System. Außerdem verringert sich der erforderliche Reaktionsdruck beträchtlich. Das Korrosionspotential verringert sich ebenfalls, da die Umsetzung bei niedrigeren Temperaturen durchgeführt werden kann. Die bevorzugten Reaktionstemperaturen sind für wäßrige und wasserfreie Reaktionssysteme vergleichbar.
• Durch die Gegenwart eines mit wäßrigem Ammoniak verwendeten Puffers wird die Korrosionswirkung des erhitzten Ammoniaks verringert. Daher sieht das erfindungsgemäße Verfahren die Verwendung von Reaktionsbehältern wie Hastelloy, das strengen Reaktionsbedingungen widerstehen kann, wenn keine Puffer verwendet werden, vor. Wenn jedoch Puffer, vorzugsweise die Metalloxide und -hydroxide, wie Magnesiumoxid und Magnesiumhydroxid, in dem wäßrigen Ammoniak vorhanden sind, ist der Inhalt weniger korrosiv, so daß Reaktionsbehälter aus unlegiertem Stahl und rostfreiem Stahl verwendet werden können.
• Geeignete Lösungsmittel, in die das TFB und das Ammoniak eingetragen werden können, sind u. a. N-Methylpyrrolidon (NMP), DMI, Sulfolan, Dimethylsulfoxid, Propylenglykol, Formamid und Diethylenglykol. Bei Verwendung von wasserfreiem Ammoniak in NMP erhöhten sich die Reaktionsausbeuten bei Versuchen in kleinem Maßstab (2 Gallonen) auf > 95%. Bei Verwendung von wasserfreiem. Ammoniak sind Additive erwünscht, wozu u. a. Ethanol, Isopropanol, Propylenglykol usw. gehören können.
• 3 zeigt eine alternative Ausführungsform des Verfahrens für den zweiten Schritt (TFB-Aminierung), bei dem Diethylenglykol (DEG) rezykliert und zusammen mit Ammoniak, 50%iger Natriumhydroxidlösung (NaOH) und TFB in die Reaktionskammer 40 gegeben wird. Die Mischung wird umgesetzt und einem Verdünnungsbehälter 42 zugeführt, in den Wasser gegeben wird, vorzugsweise mit DFA/H₂O zur DEG-Rückgewinnung. Die behandelte hydratisierte Mischung gelangt in einen DFA-Extraktor 44, in dem MTBE und Wasser zugesetzt werden. Eine MTBE/DFA-Lösung wird der in 5A gezeigten destillativen Reinigung zugeführt. Ein DEG/H₂O/NaF-Gemisch wird der destillativen Rückgewinnung 5B zugeführt. Überschüssiges Ammoniak wird aus der Startreaktionskammer über einen NH₃-Ablaß 50 einer Füllkörperkolonne zugeführt, in der es durch Absorption in DEG zurückgewonnen wird. Die Teile 50 und 52 bilden die DEG/NH₃-Absorbereinheit.
• 4 zeigt ein Blockbild für die bevorzugte Verarbeitung von TFB zu 3,5-DFA durch ein Verfahren mit wasserfreiem Ammoniak und destillativer Isolierung. Mengen von 50%iger NaOH, TFB und NH₃ werden in den DFA-Druckreaktor 53 gegeben. Das Produkt gelangt in die DFA/DEG-Destillationseinheit 54, wobei DEG/NaF-Abfall aus dem System ausgeschleust wird. Das rohe DFA geht durch die Säule 54 in den DFA-Empfänger 56. Vom Empfänger wird DFA-Produkt aufgefangen, wobei zurückgewonnenes DEG vom DEG-Empfänger der DEG-NH₃-Absorbereinheit 58 zugeführt wird, deren Abgas der Säule 60 zugeführt wird. H₂O/DFA wird aus dem Empfänger 56 heraus einer Carbonatreaktions zugeführt.
• Die 5A und 5B sind schematische Darstellungen einer bevorzugten extraktiven 3,5-DFA-Isolierung zur Rückgewinnung von DFA. In 5A wird MTBE/DFA-Extrakt, beispielsweise aus dem Verfahren gemäß 3, aufgefangen, im Speicher 62 gesammelt und der MTBE/DFA-Destillationseinheit 64 zugeführt. Das MTBE/DFA wird dein MTBE/DFA-Empfänger 66 unter Vakuum zugeführt, in welchem. DFA-Endprodukt und MTBE dann separat zurückgewonnen werden.
• Bei Verwendung von DEG als Lösungsmittel, wie in 5B gezeigt, wird DEG/H₂O aus einem Extraktionsschritt direkt dem Speicher 70 zugeführt, aus dem NaF, etwas DEG im Gemisch mit Teeren und Rückstand als Abfall entfernt werden. DEG wird in der DEG-Rückgewinnungseinheit 72 weiter verarbeitet und dann dem H₂O- und DEG-Empfänger 74 zugeführt. H₂O/DFA wird dann der weiteren Extraktion zugeführt, und das zurückgewonnene DEG steht zur Entfernung oder Rezyklierung bereit.
• Die vorliegende Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die folgenden Beispiele näher erläutert, soll aber nicht darauf beschränkt sein.
• BEISPIEL 1
• Herstellung von 1,3,5-Trifluorbenzol
• Ein Druckrührreaktor aus nichtrostendem Stahl mit einem Fassungsvermögen von 2 Gallonen (7,8 Liter) (Parr Instrument Co., Moline, IL) wurde mit einer mit Metallextrudatfüllung ProPak gefüllten 1'' × 10''-Destillationssäule aus nichtrostendem Stahl ausgerüstet. Der Kopf der Säule wurde mit einem Rücklaufkühler und Nadelventilen zum Ablassen von Gasen und Abziehen von Produkt verehen. Unmittelbar oberhalb der Säulenpackung wurde ein Thermoelement angebracht. Die Säule wurde mit Heizband und Isolierung zur Minimierung des Wärmeverlusts umwickelt. Der Reaktor wurde mit 33,4 mol trockenem N,N-Dimethylimidazolidinon (DMI) (3800 g), 6,15 mol 1,3,5-Trichlorbenzol (TCB) (1118 g) und 22,2 mol Kaliumfluorid (KF) (1286 g) beschickt und danach veraschlossen. Dann wurde zur Entfernung von Luft zweimal Stickstoff eingepreßt (200 psi Überdruck) und dann wieder. abgelassen. Dann wurde der Reaktor unter kräftigem Rühren (760 U/min) auf etwa 310°C bis etwa 315°C erhitzt. Nach Erreichen von 310°C wurde über das Ventil am Kopf des Kühlers Stickstoff aus dem Reaktor abgelassen. Nach etwa 2 bis etwa 2,5 Stunden Erhitzen wurde dasangefallene TFB durch das Entnahmeventil am Kopf des Kühlers mit etwa 100 ml/h langsam abdestilliert. Das TFB wurde über einen Zeitraum von etwa 6 bis etwa 7 Stunden abgezogen. Dann wurde der Reaktor abgekühlt, und die Salze wurden von dem DMI abfiltriert. Die Salze wurden mit Methylenchlorid gewaschen, um das gesamte DMI zurückzugewinnen. Alternativ dazu könnte man auch andere Lösungsmittel, wie Methyl-t-butylether (MTBE), verwenden. Das Filtrat und die Lösungsmittelwasch flotten wurden vereinigt und zur Rückgewinnung des Waschlösungsmittels und des DMI destilliert. Die Destillation von MTBE erfolgte bei Normaldruck, wohingegen DMI durch Destillation bei vermindertem Druck bei etwa 118°C/28 mm Hg zurückgewonnen wurde. Für eine hohe Reinheit muß das TFB erneut destilliert werden.
• BEISPIEL 2
• Herstellung von 3,5-Difluoranilin
• Es wurde ein 600-ml-Hastelloy-Druckreaktor (Parr Instrument Co., Moline, IL) mit Rührer, Temperaturmeßstutzen und Ventilen in Standardausführung verwendet. Der Reaktor wurden mit 0,833 mol 1,3,5-Trifluorbenzol (110 g), 4,6 mol 29%igem Ammoniak in Wasser (270 g) und 0,44 mol Magnesiumoxid (17,8 g) beschickt. Der Reaktor wurde mit Argon gespült und auf 225°C erhitzt, bis der Maximaldruck (etwa 1400 psi Überdruck) erreicht war. Mit fortschreitender Reaktion fiel der Druck über einen Zeitraum von 6 Stunden mit einer Rate von etwa 20 lb/Stunde ab. Dann wurde der Reaktor abgekühlt und der Inhalt absetzen gelassen. Die Öle wurden am Reaktorboden abgelassen, bis Salze/Wasser beobachtet werden. Die Salze schwimmen auf den Ölen und setzen sich in dem wäßrigen Ammoniak langsam ab. Die wäßrigen Salze wurden 2- oder 3 mal mit MTBE extrahiert. Das MTBE wurde mit den Ölen vereinigt und in eine mit einer Füllung aus rostfreiem Stahl (ProPak) gefüllte Destillationssäule gefüllt. Die Salze wurden zentrifugiert, mit Wasser gewaschen und verworfen. Das Produkt wurde durch Destillieren von MTBE bei Normaldruck und anschließendes Destillieren von DFA bei 20 bis 50 mm isoliert.
• BEISPIEL 3
• 1,3,5-Trifluorbenzol in DEG
• Eine Menge von 1,3,5-Trifluorbenzol (TFB) wurde zunächst bei 200°C in Diethylenglykol (DEG) mit wasserfreiem NH₃ umgesetzt. Die Umsetzung verlief unannehmbar langsam und lieferte in drei Stunden einen ungefähren Umsatz von 17% zum Produkt. Danach wurde die Umsetzung bei 230°C durchgeführt. Der Maximaldruck betrug 960 psi Überdruck. Nach 10 Stunden betrug der Umsatz von TFB zu 3,5-Difluoranilin (DFA) 95%. Die Wiederfindung betrug gemäß qunatitativer gaschromatographischer Analyse 97%.
• BEISPIEL 4
• Rückgewinnung von 3,5-Difluoranilin durch Destillation
• Ein 300-ml-316SS-Parr-Autoklav wurde mit 50,9 g (0,385 Äqu.) 1,3,5-Trifluorbenzol (TFB) und 150 ml (167 g) Diethylenglykol (DEG) beschickt. Der verschlossene Autoklav wurde darin mit 26, 6 g wasserfreiem NH₃ aus einer Druckflasche beschickt. Das Verhältnis belief sich auf 4 Äquivalente NH₃ pro Äquivalent TFB. Dann wurde der Autoklav unter Rühren auf 230°C erhitzt und 10,5 Stunden bei dieser Temperatur gehalten. Der maximale Anfangsdruck betrug 960 psi. Überdruck. Eine Analyse nach 7 Stunden ergab 84% Umsatz von TFB, zum Produkt 3,5-Difluoranilin (DFA), und der Druck war auf 440 psi Überdruck gefallen. Nach 10,5 Stunden war der Druck auf 415 psi Überdruck gefallen. Eine quantitative Analyse des Reaktors ergab 94% Umsatz des TFB zu DFA. Die Analyse zeigte auch das Vorliegen von 43,6 g DFA (0,338 Äqu.), 3,2 g TFB (0,24 Äqu.) und 0,2 g (0,002 Äqu.) Diaminofluorbenzol-Nebenprodukt. Aus diesen Ergebnissen ergibt sich eine Wiederfindung von 95% und eine Selektivität von TBA zu DFA von 94%. Dann wurde der Autoklav auf 100°C abgekühlt und das überschüssige NH₃ in einen DEG-Absorber mit 150 ml DEG abgelassen. Die DEG/NH₃-Lösung wurde als Lösungsmittel in eine nachfolgende Umsetzung zurückgeführt.
• Dann wurde der Autoklav auf Umgebungstemperatur abgekühlt und die Reaktionsaufschlämmung (einschließlich des festen NH₄F) in ein Vakuumdestillationssystem überführt. Das Destillationssystem bestand aus einer mit 1/4''-Keramiksätteln gefüllten 2' × 1''-Säule. Der pH-Wert der Aufschlämmung betrug 10,0. Zur Neutralisation des NH₄F und zur Erzeugung von freiem NH₃ wurde eine Menge von 30,1 Gramm (0,367 Äqu.) 50%igem NaOH zugegeben. Der pH-Wert betrug 12,7, und es bildete sich eine Aufschlämmung von sehr feinkristallinem NaF. Die Aufschlämmung wurde dann langsam auf 100°C erhitzt, und im Ammoniak-Absorber wurden weitere 4,6 g NH₃ aufgefangen. Es wurden insgesamt 16,0 g NH₃ zurückgewonnen (81% Rückgewinnung). Das restliche (noch in der Reaktionsaufschlämmung gelöste) NH₃ ging in der anschließenden Vakuumdestillation verloren Die kleine Menge von nicht umgesetztem TFB in der Reaktionsaufschlämmung wird ebenfalls beim Ablassen des NH₃ in dem Absorber aufgefangen und würde in eine nachfolgende Umsetzung zurückgeführt werden.
• Die erhaltene Aufschlämmung wurde dann einer Vakuumdestillation bei einem Druck von 50 um Hg und einem Rücklaufverhältnis von 3 : 1 unterworfen. Bei einer Kopftemperatur von 37,5 bis 105,0°C und einer Sumpftemperatur von 60,8 bis 162,8°C wurde zunächst eine Zweiphasenfraktion aus H₂O und reinem DFA (> 99% unter Ausschluß von H₂O) erhalten. Es wurden insgesamt 19,8 g wäßrige Phase mit 0,4 g DFA und 35,8 g DFA-Phase mit 2,2% H₂O aufgefangen. Bei einer Kopftemperatur von 105,0 bis 161,0°C und einer Sumpftemperatur von 162,8 bis 166,7°C wurde eine zweite Fraktion von DEG entnommen. Es wurden insgesamt 13,8 g aufgefangen, die 8,7 g DFA enthielten. Durch die Destillation wurden insgesamt 44,1 g DFA wiedergefunden. Es wurde kein DFA-Verlust festgestellt. Die Rückgewinnung repräsentiert eine Selektivität von TBA zu DFA von etwa 89%. Es wurden insgesamt 55,7 g halbfester Sumpfrückstand erhalten. Die DEG-Rückgewinnung für die Rezyklierung betrug 75%. Der größte Teil des restlichen DEG wurde zur Fluidisierung des NAF und der Teere im Sumpfrückstand belassen.
• BEISPIEL 5
• Rückgewinnung von 3,5-Difluoranilin durch Extraktion mit MTBE
• Es wurde eine ähnliche Reaktion wie in Beispiel 4 angesetzt. Es wurden 50,0 g (0,379 Äqu.) TFB, 25,8 g (1,52 Äqu.) NH₃ und 150 ml (167,0 g) DEG eingesetzt. Nach 10,5 Stunden bei 230°C betrug der TFB-Umsatz laut quantitativer Analyse 94%. Die Analyse zeigte auch das Vorliegen von 42,5 g (0,329 Äqu.) DFA, 3,2 g (0,025 Äqu.) TFB und 0,4 g (0,003 Äqv.) 3,5-Diaminofluorbenzol. Dies zeigt eine TFB-Widerfindung von 94% und eine Selektivität von 93% wie oben beschrieben. Im DEG-Absorber wurden insgesamt 15,7 g NH₃ für die Rezyklierung zurückgewonnen (80%). Das restliche freie NH₃ bleibt in der Reaktionsaufschlämmung gelöst.
• Dann wurde die Reaktionsaufschlämmung mit dein gleichen Gewicht an H₂O verdünnt. Dies dient zur Auflösung des vorhandenen NaF und liefert eine Lösung, die dann mit MTBE extrahiert werden kann. Die DEF/DFA-Reaktionslösung alleine ist in MTBE löslich und liefert keine zweite Phase für die DFA-Extraktion. Die wäßrige DEG-Lösung wurde dann zweimal mit MTBE extrahiert, das erste Mal mit ungefähr 0,4 kg MTBE pro kg Lösung und das zweite Mal mit ungefähr 0,1 kg MTBE pro kg Lösung.
• Mit diesem Extraktionsverfahren will man erreichen, daß das DFA in dem Lösungsmittel für die nachfolgende Verarbeitung verwendet werden kann. Gemäß quantitativer Analyse waren 42,6 g DFA in dem MTBE zurückgewonnen worden (24,9%ige Lösung), und nur 0,7 g verblieben in der DEG/H₂O-Phase. Die Rückgewinnung repräsentiert eine Selektivität von TFB zu DFA von 94%. Die Rückgewinnung von DFA aus der Reaktionslösung in das MTBE betrug 98,4%. Die extraktive Rückgewinnung des DFA war sehr effizient. Das MTBE-Extrakt enthielt außerdem ungefähr 1,0% DEG und wäre daher für die direkte Verwendung ungeeignet. Durch eine einzige Wasserwäsche mit etwa 0,3 kg H₂O pro kg MTBE-Extrakt wurde praktisch das gesamte DEG aus der MTBE/DFA-Lösung entfernt. Nach Extraktion hatte das DFA in dem MTBE eine Reinheit von 96–97% (GC-Flächenprozent). Das DEG wurde durch Vakuumdestillation der aus der Extraktion zurückgewonnenen DEG/H₂O-Lösung (400,5 g) isoliert. Zunächst wurde bei einem Druck von 100 mm Hg und einem Rücklaufverhältnis von 1,5 : 1 das Wasser entfernt. Die Kopftemperatur betrug 57,4 bis 58,5°C und die Sumpftemperatur 64 bis 85°C. Das DEG wurde bei 50 mm Hg zurückgewonnen. Die Kopftemperatur betrug 160,8 bis 161,2°C und die Sumpftemperatur 168 bis 171°C. Insgesamt wurden 132, 6 g DEG (79%) zur Fluidisierung des NAF und der teerigen Reaktionsrückstände im Destillationsrückstand belassen.

Claims (19)

1. Verfahren zur Bereitstellung von 3,5-Difluoranilin aus 1,3,5-Trichlorbenzol, bei dem man: a) in einem Reaktor eine Menge von 1,3,5-Trichlorbenzol bereitstellt; b) das 1,3,5-Trichlorbenzol zu einer 1,3,5-Trifluorbenzol-Zwischenverbindung fluoriert und c) das 1,3,5-Trifluorbenzol zu 3,5-Difluoranilin aminiert, indem man I) eine Menge von wäßrigem Ammoniak und einem Puffer aus der Gruppe bestehend aus einem Metalloxid und einem Metallhydroxid bereitstellt, wobei es sich bei dem Metalloxid um Magnesiumoxid, Calciumoxid oder Bariumoxid und bei dem Metallhydroxid um Natriumhydroxid Calciumhydroxid, Bariumhydroxid, Kaliumhydroxid oder Magnesiumhydroxid handelt oder II) eine Menge von wasserfreiem Ammoniak und einem polaren organischen Lösungsmittel aus der Gruppe bestehend aus Dimethylsulfoxid, N-Methylpyrrolidon, Propylenglykol, Formamid, Diethylenglykol, Dimethylformamid, Dimethylacetamid, Tetramethylensulfon, Dimethylsulfon, Diphenylsulfon, Tetramethylharnstoff, N,N'-Dimethylpropylenharnstoff, Hexamethylphosphorsäuretriamid und N,N'-Dimethylimidazolidinon bereitstellt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem man bei der Fluorierung des 1,3,5-Trichlorbenzols ein Lithium-, Natrium-, Kalium-, Rubidium- oder Cäsiumfluorid oder ein Gemisch davon bereitstellt.
3. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem man bei der Fluorierung des 1,3,5-Trichlorbenzols eine Menge von Kaliumfluorid bereitstellt.
4. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem man bei der Fluorierung des 1,3,5-Trichlorbenzols eine Temperatur von 150°C bis 400°C beibehält.
5. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem man bei der Fluorierung des 1,3,5-Trichlorbenzols eine Temperatur von 250°C bis 350°C beibehält.
6. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem man bei der Fluorierung des 1,3,5-Trichlorbenzols eine Temperatur von 290°C bis 320°C beibehält.
7. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem man ferner das 1,3,5-Trifluorbenzol gleich nach seiner Bildung unter Druck aus dem Reaktor abdestilliert.
8. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem man bei der Fluorierung des 1,3,5-Trichlorbenzols ein polares Lösungsmittel bereitstellt.
9. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem man ferner das polare Lösungsmittel vor der Bereitstellung des 1,3,5-Trichlorbenzols entwässert.
10. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem man bei der Fluorierung des 1,3,5-Trichlorbenzols Kaliumfluorid bereitstellt und das Kaliumfluorid entwässert.
11. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem man ferner eine Menge von 1,3-Dinitrobenzol in einer Menge von bis zu 10 Mol-% bereitstellt.
12. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem man das polare Lösungsmittel aus der Gruppe bestehend aus Dimethylsulfon, Hexamethylphosphorsäuretriamid, Sulfolan, N,N-Dimethylpropylenharnstoff, Tetramethylharnstoff und N,N''Dimethylimidazolidinon auswählt.
13. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem man bei der Aminierung eine Menge von wäßrigem Ammoniak und einem Puffer aus der Gruppe bestehend aus einem Metalloxid und einem Metallhydroxid bereitstellt.
14. Verfahren nach Anspruch 13, bei dem die Ammoniakkonzentration 20 bis 50% beträgt.
15. Verfahren nach Anspruch 13, bei dem es sich bei dem Puffer um ein Metalloxid handelt.
16. Verfahren nach Anspruch 13, bei dem es sich bei dem Puffer um ein Metallhydroxid handelt.
17. Verfahren nach Anspruch 15, bei dem es sich bei dem Metalloxid um Magnesiumoxid handelt.
18. Verfahren nach Anspruch 16, bei dem es sich bei dem Metallhydroxid um Magnesiumhydroxid handelt.
19. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem man bei der Aminierung des 1,3,5-Trifluorbenzols zu 3,5-Difluoranilin eine Menge von wasserfreiem Ammoniak und einem polaren Lösungsmittel aus der Gruppe bestehend aus Dimethylsulfoxid, N-Methylpyrrolidon, Propylenglykol, Formamid, Diethylenglykol, Dimethylformamid, Dimethylacetamid, Tetramethylensulfon, Dimethylsulfon, Diphenylsulfon, Tetramethylharnstoff, N,N'-Dimethylpropylenharnstoff, Hexamethylphosphorsäuretriamid und N,N'-Dimethylimidazolidinon bereitstellt.