DE60109939T2 - Verfahren zur herstellung von fluorierten & chlorierten benzaldehyden - Google Patents

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Description

  • TECHNISCHES GEBIET:
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von fluorhaltigen aromatischen Aldehyden und insbesondere ein Formylierungsverfahren für fluorierte aromatische Derivate durch die Reaktion von fluorierten Benzolen mit Kohlenstoffmonoxid und Aluminiumchlorid bei einem relativ geringen Druck, einer geringen Temperatur und in Anwesenheit von höchstens einer katalytischen Menge einer Säure (wie z.B. wässriger Salzsäure). Die resultierenden fluorierten Benzaldehyde sind als Vorstufen für die Bildung einer Anzahl unterschiedlicher Verbindungen nützlich, wie z.B. Farbstoffe, Aromamittel, Duftstoffe, herbizide Verbindungen, Nukleierungsmittel, Polymeradditive und dergleichen. Das erfindungsgemässe Verfahren stellt eine sehr kosteneffiziente und sichere Vorgehensweise bei der Herstellung solcher fluorierter Benzaldehyde in sehr hohen Ausbeuten bereit.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG:
  • Aromatische Aldehyde werden durch zwei primäre Syntheseverfahren hergestellt: ein direktes Verfahren, welches aus einer Ankupplung einer CHO-Gruppe an ein aromatisches Derivat besteht, und ein indirektes Verfahren, welches aus einer Oxidation einer Gruppe, die bereits an dem aromatischen Derivat vorliegt, besteht. Es gibt mehrere bekannte Verfahren zur elektrophilen Formylierung von aromatischen Verbindungen, die aktivierende (elektronengebende) Substituenten enthalten, aber diese sind nicht tauglich oder unpraktisch für aromatische Verbindungen, die elektronenziehende Substituenten, wie z.B. Fluor, enthalten. Um dieses Dilemma zu überwinden, werden kontinuierlich neue Syntheseverfahren entwickelt.
  • Ein direktes Formylierungsverfahren ist in US-PS 4 588 844 (Kysela et al.) offenbart, welches eine Reaktion zwischen einer aromatischen Verbindung und Urotropin (Hexamethylentetramin, HMT) in einem Fluorwasserstoffsäuremedium beschreibt. Die für Verbindungen, wie z.B. Fluorbenzol, erhaltenen Ausbeuten sind ziemlich gering (etwa 30 %) und nicht für die industrielle Verwendung geeignet.
  • Ein weiteres direktes Formylierungsverfahren ist in US-PS 5 068 450 (Crochemore et al.) offenbart, welches ein Verfahren offenbart, das aus der Umsetzung von. Methylformiat mit einem aromatischen Derivat in einer flüssigen Fluorwasserstoffsäure in Anwesenheit von Bortrifluorid besteht. Die Ausbeuten des durch Verwendung von Fluorbenzol in diesem Verfahren erhaltenen Fluorbenzaldehyds sind hoch (etwa 85 %) und ergeben gemäss dem Bericht ein einzelnes Isomer (4-Fluorbenzaldehyd).
  • US-PS 5 138 009 (Lang) offenbart auch ein direktes Formylierungsverfahren, bei dem ein fluoriertes aromatisches Derivat (Fluorbenzol, 2-Fluortoluol) mit Dichlormethylmethylether in Methylenchlorid in Anwesenheit von Eisenchlorid umgesetzt wird. Isomere Verunreinigungen werden dann selektiv durch Halogenierung mit Brom entfernt. Obwohl hohe isomere Reinheiten beansprucht werden, macht die Verwendung von toxischen Zwischenstufen, wie z.B. Dichlormethylmethylether, und eines teuren Halogenierungsmittels, wie z.B. Brom, das Verfahren für die industrielle Anwendung ungeeignet.
  • Es sind andere Verfahren zur Herstellung fluorierter Benzaldehyde bekannt, die die Halogenaustausch (HALEX)-Chemie nutzen (Journal of Fluorine Chemistry 46, 529–537 (1990)). Dieses Verfahren umfasst die Reaktion von chlorierten Benzaldehyden mit einem Metallhalogenid, normalerweise Kaliumfluorid, in einem polaren Lösungsmittel, um ein fluoriertes Benzaldehyd zu erhalten. Da nur Halogene "aktivierter" Positionen (solche in ortho- und para-Stellung zu der Formylgruppe) einem Halogenaustausch unterliegen, ist der Umfang dieses Verfahrens etwas eingeschränkt.
  • Seit seiner Entwicklung am Ende des 19. Jahrhunderts ist eine aromatische Formylierung traditionell durch ein Gattermann-Koch-Verfahren, welches die Reaktion des aromatischen Derivats mit Kohlenmonoxid, Chlorwasserstoff und einem geeigneten Katalysator (normalerweise Aluminiumchlorid) umfasst, durchgeführt worden. Diese Standardreaktion erforderte die Umsetzung der Kombination von äquivalenten Mengen an Aluminiumchlorid, Kohlenmonoxid und gasförmigem Chlorwasserstoff in Anwesenheit eines substituierten Benzols. Die Temperatur wurde auf 25 bis 50°C eingestellt, und der Druck wurde bei 1.000 psig gehalten. Eine solche Reaktion ergab etwa 70 % des erwünschten substituierten Benzaldehyds; die Verwendung von gasförmigem HCl und der Bedarf an hohen Reaktionsdrücken war jedoch im Hinblick auf die Sicherheit sehr unerwünscht. Modifizierungen der Gattermann-Koch-Reaktion sind für spezielle Monoalkyl-substituierte Benzaldehyde wie z.B. in US-PS 4 622 429 (Blank et al.) und Di- und Trialkyl-substituierte Benzaldehyde in US-PS 4 195 040 (Renner) entwickelt worden.
  • Obwohl die Gattermann-Koch-Chemie extrem gut für die Herstellung von Benzaldehyd, Monoalkyl- und Polyalkylbenzaldehyden funktioniert, ist ihre Verwendung bei der Herstellung von fluorierten Benzaldehyden praktisch nicht untersucht worden. Es ist nur ein Beispiel bekannt, bei dem ein fluorierter Benzaldehyd unter Gattermann-artigen Bedingungen erhalten wurde (Journal of Practical Chemistry 135, 101–127 (1932), C.A. 27,713). In diesem Beispiel wurde 3-Fluor-4-ethoxybenzaldehyd in einer Ausbeute von 40 % durch die Reaktion von 1-Fluor-2-ethoxybenzol mit Zinkcyanid, Chlorwasserstoff und Aluminiumchlorid erhalten.
  • DE 28 12 12 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von aromatischen Aldehyden, umfassend den Schritt der Umsetzung von aromatischem Kohlenwasserstoff mit Kohlenoxid unter Druck in Anwesenheit von Aluminiumchlorid.
  • US 6 080 892 und US 6 087 537 beschreiben ein Verfahren zur Herstellung spezifischer Benzaldehyde durch Umsetzen eines substituierten Benzols mit Kohlenmonoxid in Anwesenheit eines Metallhalogenids in Säure und Mischungen hiervon.
  • Selbst mit diesen Verfahren besteht in der Technik immer noch ein Bedarf an Verfahren zur Synthese von fluorierten Benzaldehyden in hoher isomerer Reinheit und in einer kommerziell nützlichen Weise, die keine hochtoxischen, korrosiven und teuren Reagenzien verwenden.
  • ERFINDUNGSGEMÄSSE ZIELE:
  • Es ist daher ein erfindungsgemässes Ziel, ein Verfahren zur Herstellung hoher Ausbeuten von fluorierten und chlorierten Benzaldehyden herzustellen. Ein weiteres erfindungsgemässes Ziel ist die Bereitstellung einer sehr kosteneffizienten Weise zur Herstellung solcher Benzaldehyde, die bislang nicht in hohen Ausbeuten hergestellt werden konnten, ohne dass sie potentielle Probleme im Hinblick auf die Sicherheit, insbesondere in grossem Massstab, mit sich bringen. Zudem ist es ein erfindungsgemässes Ziel, ein Verfahren zur Herstellung spezieller fluorierter und chlorierter Benzaldehyde bereitzustellen, das, wenn überhaupt, nur eine sehr geringe Menge an HCl (wässrig, trocken oder gasförmig) erfordert, um den erforderlichen Formylierungsschritt zu bewirken.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG:
  • Demgemäss umfasst diese Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Benzaldehyds der Formel (I):
    Figure 00050001
    wobei R1, R2, R3, R4 und R5 ausgewählt werden aus Wasserstoff, Niederalkylgruppen mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen, Cycloalkyl- oder Cycloalkylen-Ringsystemen, Fluor, Chlor; unter der Massgabe, dass nur ein Vertreter von R1, R2, R3, R4 und R5 Fluor oder Chlor ist; umfassend das In-Kontakt-Bringen eines substituierten Benzols der Formel (II):
    Figure 00060001
    wobei R1, R2, R3, R4 und R5 ausgewählt werden aus Wasserstoff, Niederalkylgruppen mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen, Cycloalkyl- oder Cycloalkylen-Ringsystemen, Fluor, Chlor; unter der Massgabe, dass nur ein Vertreter von R1, R2, R3, R4 und R5 Fluor oder Chlor ist; in einer Kohlenmonoxidatmosphäre mit einem Druck von 1.400 bis 5.600 kPa (200 bis 800 psig) in Anwesenheit eines Metallhalogenids, einer Säure, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus HCl, HBr, HF, HI, und Mischungen hiervon, wobei die Säure in einer katalytischen Menge von 0,005 bis 0,01 mol pro Mol des Metallhalogenids vorliegt; und in Anwesenheit eines Anisolderivats, und wobei die Reaktionstemperatur 30 bis 100°C beträgt.
  • Der Benzaldehyd kann in einem Lösungsmittel oder Verdünnungsmittel bereitgestellt werden. Solche Lösungsmittel umfassen Wasser, Alkohole, Ester, Ether und dergleichen; solche Verdünnungsmittel umfassen Tenside, einschliesslich, ohne Beschränkung, kationische Tenside, amphotere Tenside und anionische Tenside und dergleichen. Die von der Erfindung in Betracht gezogenen Arten von Zusammensetzungen umfassen, ohne Beschränkung, solche, die duftende Verbindungen, wie z.B. Parfüms, Duftmittel, Lufterfrischer und dergleichen, nutzen. Aufgrund des durch das obige Verfahren hergestellten, generierten angenehmen Aromas sind solche Verbindungen förderlich bei der Verwendung als aromaherstellende oder -bereitstellende Komponenten in solchen Zusammensetzungen.
  • Jedwedes monohalogenierte Benzol kann bei dem erfindungsgemässen Verfahren verwendet werden. Spezifische Verbindungen umfassen Fluorbenzol, 2-Fluortoluol, 2-Chlortoluol, 2-Fluor-m-xylol, 3-Fluor-o-xylol, 2-Chlor-m-xylol, 3-Chlor-o-xylol, 1-Fluor-2,3,6-trimethylbenzol und 1-Chlor-2,3,6-trimethylbenzol.
  • Das Metallhalogenid ist vorzugsweise Aluminiumchlorid, obwohl andere Halogenide verwendet werden können, wie z.B. Aluminiumbromid, Eisen(III)chlorid, Kupfer(II)chlorid, Zinkchlorid, Zirkoniumchlorid, Zirkoniumbromid und dergleichen. Zudem können teilweise hydratisierte Metallhalogenide verwendet werden, da diese Säure (wie z.B. Chlorwasserstoff) bei der Dissoziierung im Reaktionsgefäss herstellen, wodurch die notwendige wässrige Säurekomponente bereitgestellt wird (z.B. AlCl3·XH2O, wobei X höchstens 1, vorzugsweise weniger als 0,5 und am bevorzugtesten zwischen 0,01 und 0,1 beträgt). Diese Dissoziation führt zu der erforderlichen geringen, katalytischen Menge an wässriger Salzsäure, ohne potentiell gefährliche wässrige Salzsäure in die Reaktion einführen zu müssen (obwohl eine Addition von aussen auch eine erhältliche und bevorzugte Alternative darstellt). In den vergangenen Variationen des Gattermann-Koch-Verfahrens wurde die Theorie beschrieben, dass das mit dem Chlorwasserstoff und dem Kohlenmonoxid umgesetzte Metallhalogenid (alle in äquivalenten Mengen) einen Formylkationenkomplex herstellte, der die Fähigkeit aufwies, das aromatische System elektrophil anzugreifen. Nach Waschen mit Wasser wurde das Metallhalogenid entfernt, und das formylierte Benzolderivat blieb übrig. Erfindungsgemäss wird Chlorwasserstoff, wenn überhaupt, in geringsten Mengen hinzugefügt (etwa 0,005 bis etwa 0,01 mol pro Mol Metallhalogenid). Das Metallhalogenid liegt vorzugsweise in einem stöchiometrischen molaren Verhältnis im Vergleich zu dem substituierten Benzol von etwa 1:0,75 bis etwa 1:6, vorzugsweise von etwa 1:0,95 bis etwa 1:3, und am bevorzugtesten in einem Verhältnis von etwa 1:1 vor. Ohne dass beabsichtigt ist, an eine spezielle wissenschaftliche Theorie gebunden zu werden, führt eine solche geringe katalytische Menge an Säure (wie z.B. ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus HCl, HBr, HI, HF und Mischungen hiervon), verbunden mit dem Metallhalogenid, vermutlich zu einer bestimmten Antriebsmenge des Formylkationenkomplexes. Diese Antriebsmenge scheint so die Bildungsgeschwindigkeit möglicher Nebenprodukte zu unterdrücken (wie z.B. die Dimerisierung oder Polymerisierung, lediglich als Beispiele), die bei Verwendung von Standard- oder viel grösseren Mengen an HCl (insbesondere gasförmig) in vergangenen Methoden gefunden wurden. So ist bestimmt worden, dass diese katalytische Menge an HCl die notwendige Reaktion bereitstellt, die letztlich zu sehr reinen, hohen Ausbeuten der beabsichtigten fluorierten und/oder chlorierten Benzaldehyde führt.
  • Weiterhin ist die Verwendung von sehr geringen stöchiometrischen Mengen an Chlorwasserstoff überraschenderweise hochkritisch bei der letztlichen Bildung der erwünschten substituierten Benzaldehyde. Wie oben erwähnt, war gemutmasst worden, dass grössere stöchiometrische Mengen an gasförmigem Chlorwasserstoff notwendig sind, um den elektrophil angreifenden Formylkationenkomplex mit dem Metallhalogenid und dem Kohlenmonoxid als den eigentlichen Reaktanden zu bilden. Es ist nun gefunden worden, dass gasförmiges HCl nicht notwendig ist, um das gewünschte Benzaldehyd herzustellen (obwohl die gasförmige Form in dem erfindungsgemässen Verfahren noch möglich ist). Es ist auch entdeckt worden, dass nur sehr geringe katalytische Mengen (wie oben definiert) von (vorzugsweise) wässriger Salzsäure unerwarteterweise erforderlich sind, um den vorteilhaften Formylkationenkomplexreaktanden zu bilden, um die erwünschten, im wesentlichen reinen fluorierten oder chlorierten Benzaldehyde in hohen Ausbeuten herzustellen (obwohl gasförmige und trockene Formen von HCl ebenfalls funktionieren). Im Hinblick auf die Sicherheit und Handhabbarkeit ist die wässrige Salzsäure für das erfindungsgemässe Verfahren bevorzugt. Gasförmiges HCl stellt eine potentielle Gesundheitsgefährdung dar, da die Kontrolle eines solchen gasförmigen Zustands manchmal ziemlich schwierig ist. Weiterhin ist trockene Chlorwasserstoffsäure schwieriger zu handhaben als die flüssige Form. Die Chlorwasserstoffsäure kann jedoch in jeder Form hinzugefügt werden, die wässrige Lösung ist lediglich bevorzugt.
  • Wie zuvor diskutiert, ist es wichtig zu beachten, das diese Säurekomponente (wie z.B. wässriges HCl) entweder zu der Gesamtreaktion hinzugegeben werden oder einfach durch Dissoziation des Metallhalogenids in hydrierter Form generiert werden kann. Die Chlorwasserstoffsäure kann in jeder Molarität verwendet werden, vorzugsweise beträgt die Molarität etwa 0,01 bis etwa 12, bevorzugter etwa 10 bis 12, am bevorzugtesten etwa 10 (konzentriert), sofern die katalytische Menge (in Mol) im Vergleich zu dem Metallhalogenid gegeben ist und Sorgfalt bei der Handhabung eines solchen, potentiell korrosiven Materials walten gelassen wird. Ohne die Anwesenheit von Chlorwasserstoffsäure (entweder wässrig, gasförmig oder trocken) wird die Ausbeute des fluorierten oder chlorierten Benzaldehyds vermindert; wenn zuviel Chlorwasserstoffsäure vorliegt, führt die Reaktion entweder zu verschiedenen Isomeren, Dimeren und/oder Polymeren des Benzaldehyds (und vermindert somit die Ausbeute und vermindert schädlich die Reinheit des Endreaktionsprodukts) oder führt zu einer Reaktion, die einen schlammartigen Feststoff herstellt. Ein weiterer Vorzug bei der Verwendung von wässrigem HCl mit dem Metallhalogenid (insbesondere Aluminiumchlorid) ist, dass bei Beendigung der Formylierungsreaktion das verbleibende Aluminiumchlorid einen relativ neutralen pH zeigt. Ein solches Produkt kann wieder in diesem Verfahren verwendet werden; ein solches neutralisiertes Aluminiumchlorid kann jedoch auch für andere Zwecke wiederverkauft werden (wie z.B. als Flockungsmittel, Antischweisskomponenten usw.). Ein solches Recycling und eine solche Wiederverwendung der Verbindungen stellt somit ein umweltfreundliches Verfahren bereit, das die von dem Herstellungsort zu entfernenden und zu lagernden Abfallmengen vermindert.
  • Das Kohlenmonoxid wird bei einem Druck von etwa 100 bis 800 psig, vorzugsweise von etwa 1.400 bis 5.600 KPa (etwa 200 bis etwa 600 psig) und am bevorzugtesten bei einem Druck von etwa 1.400 KPa (etwa 200 psig) für monofluorierte Benzolverbindungen, und 3.850 KPa (550 psig) für chlorierte Benzolverbindungen eingeführt. Die früheren US-Patente 6 060 892 und 6 087 537 (beide Scrivens et al.), die diese Methode nutzten, haben Kohlenmonoxiddrücke von 350 bis 770 KPa (50 bis 110 psig) verwendet, um die Formylierung von Dialkyl-substituierten Benzaldehyden, wie o-Xylol und Tetralin, zu erzielen. Mit dem Anbringen von elektronenziehenden Gruppen, wie z.B. Fluor und Chlor, wird der Benzolring für den Angriff durch den Formylkationenkomplex deaktiviert, und somit werden CO-Drücke von mehr als 770 KPa (110 psig) erforderlich, um die Formylierung des halogenierten Aromaten zu bewirken.
  • Wie durch die Beispiele 2, 3 und 5 nachstehend veranschaulicht, verbessert die Zugabe eines Anisolderivats die Formylierung von deaktivierten Aromaten, wie 2-Chlortoluol und Fluorbenzol, dramatisch. Selbst in weniger deaktivierten Systemen, wie z.B. 2-Fluortoluol, werden die Ausbeuten um etwa 20 verbessert. Ohne dass beabsichtigt ist, an eine spezielle wissenschaftliche Theorie gebunden zu werden, wird vermutet, dass der Anisol-Aluminiumchlorid-Komplex eine Stabilisierung der Bildung des Formylkationenkomplexes bewirkt und einen neuen, elektrophileren Formylkationenkomplex bereitstellt. Geeignete Anisolderivate umfassen Anisol, 2-Methylanisol, 3-Methylanisol, 4-Methylanisol, 1,2-Dimethoxybenzol, 1,3-Dimethoxybenzol, 1,4-Dimethoxybenzol, 2,3-Dimethylanisol, 2,4-Dimethylanisol, 2,5-Dimethylanisol, 2,6-Dimethylanisol, 3,4-Dimethylanisol, 3,5-Dimethylanisol, 2-Fluoranisol und dergleichen für diesen Zweck.
  • Es ist auch gefunden worden, dass die Ausbeute der chlorierten Benzaldehyde bei Verwendung von HCl (vorzugsweise wässriger Salzsäure) in katalytischen Mengen maximal ist, wenn die Reaktionstemperatur etwa 30°C beträgt, und für fluorierte Benzaldehyde ist die Reaktionstemperatur etwa 60°C. Die Kombination solcher höheren Temperaturen mit den erforderlichen geringen stöchiometrischen Mengen an Chlorwasserstoffsäure ist in der Vergangenheit nicht vorgenommen worden, um solche halogenierten Benzaldehyde herzustellen.
  • Ein weiterer Vorzug des erfindungsgemässen Verfahrens beruht in der Möglichkeit des Weglassens aller Lösungsmittel mit Ausnahme der Ausgangsmaterialien selbst. Somit ist bei Reaktion von 2-Fluortoluol (lediglich als Beispiel) das einzige vorliegende Lösungsmittel das 2-Fluortoluolisomer selbst. Keine potentiell gefährlichen halogenierten Lösungsmittel oder andere organische Flüssigkeiten sind erforderlich, um eine solche Reaktion durchzuführen. Als Ergebnis ist das Endprodukt im allgemeinen eine im wesentlichen reine Flüssigkeit, enthaltend dieselbe Verbindung. Es besteht kein Bedarf, zeitintensive und teure Destillationsschritte zu unternehmen, um die resultierenden, durch dieses bevorzugte erfindungsgemässe Verfahren hergestellte Verbindungen zu reinigen. Der Ausdruck "saubere Vorgehensweise" ist hier beabsichtigt und gemäss diesem Aspekt definiert. Daher sind die einzigen Lösungsmittel, die bei der "sauberen Vorgehensweise" verwendet werden, solche, die selbst Ausgangsmaterialien im erfindungsgemässen Verfahren sind. Lösungsmittel können jedoch im erfindungsgemässen Verfahren verwendet werden, unter der Massgabe, dass sie deaktivierter gegenüber den elektrophilen Formylierungen als das Ausgangssubstrat sind. Bevorzugte Lösungsmittel (obwohl nicht die einzigen für das erfindungsgemässe Verfahren nützlichen Lösungsmittel) sind halogenierte aromatische Lösungsmittel, wie z.B. Chlortoluol, Dichlorbenzol und dergleichen, und, wie oben erwähnt, Anisol und seine Derivate. Solche Lösungsmittel können in Mengen von nur 0,1 % der Gesamtzusammensetzung und bis zu 99 % vorliegen (jeweils auf das Gewicht bezogen). Vorzugsweise wird das Lösungsmittel in einer Menge von etwa 5 bis etwa 50 Gew.% des Gesamtgewichts der Reaktanden, bevorzugter etwa 10 bis 40 %, und am bevorzugtesten etwa 15 bis etwa 25 %, zugefügt. Ein solches Lösungsmittel hat sich als vorteilhaft zum Erleichtern des Rührens während der Reaktion und zum Abmildern der Reaktivität des theoretischen kationischen Formylkatalysators in dem erfindungsgemässen Verfahren gezeigt. Natürlich müssen bei Verwendung solcher Lösungsmittel eine anschliessende Destillation oder azeotrope Destillation durchgeführt werden, um das restliche Lösungsmittel von dem Ziel-Benzaldehyd abzutrennen. Somit wird die Verwendung von nur einem Lösungsmittel im erfindungsgemässen Verfahren stark bevorzugt, um die Kosten und die für die Herstellung des erwünschten fluorierten oder chlorierten Benzaldehyds erforderliche Zeit zu vermindern.
  • BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG:
  • Beispiele von besonders bevorzugten erfindungsgemässen Verfahren werden im folgenden beschrieben.
  • BEISPIEL 1 – REFERENZBEISPIEL
  • 102,13 g Aluminiumchlorid (Molekulargewicht 133,34; 765,9 mmol) und etwa 497,04 g 2-Fluortoluol (Molekulargewicht 110,13; 4.513 mmol) wurden in ein 2 l-Reaktionsgefäss aus rostfreiem Stahl der Marke Parr® 4522 eingebracht. Zu dieser Mischung wurden 5 Tropfen konzentrierter HCl zugefügt. Das Gefäss wurde geschlossen, auf 60°C erhitzt und dreimal mit Kohlenmonoxid gespült, wobei der Druck des Gefässes mit jedem Spülen auf 1.400 KPa (200 psig) erhöht wurde. Nach dem dritten Spülen wurde das Gefäss belüftet, und eine letzte Zufuhr von CO wurde bei einem Druck von etwa 1.400 KPa (200 psig) vorgenommen, der Druck, bei dem die Reaktion über die gesamte Reaktionszeit von etwa 20 Stunden gehalten wurde (die Reaktionstemperatur wurde während der Dauer bei 60°C gehalten). Nach Beendigung der Reaktion wurde die resultierende Mischung (die eine dunkelorange Farbe zeigte) in etwa 500 ml Eiswasser gegossen (wodurch die Lösung eine gelbliche Farbe annahm), zu dem 500 ml Cyclohexan hinzugefügt wurden. Die obere organische Schicht wurde entfernt und dreimal mit Wasser unter Verwendung eines Trenntrichters gewaschen und über Magnesiumsulfat getrocknet. Die restliche organische Phase wurde dann unter Vakuum destilliert, um überschüssiges Cyclohexan, 2-Fluortoluol, zu entfernen, und ergab etwa 71,35 g 4-Fluor-3-methylbenzaldehyd-Produkt (Molekulargewicht 138,14; 516,5 mmol; Ausbeute etwa 67,4 %). Das 4-Fluor-3-methylbenzaldehyd-Produkt entwickelte ein sehr angenehmes Aroma. Ein solches Produkt wurde dann mit Wasser verdünnt (ein 1:10-Verhältnis des Produkts zu Wasser) zur Verwendung als flüssige Duftzusammensetzung.
  • BEISPIEL 2
  • 216,00 g Aluminiumchlorid (Molekulargewicht 133,34; 1.619,9 mmol), 109,09 g 4-Methylanisol (Molekulargewicht 122,17; 892,9 mmol) und etwa 522,35 g 2-Chlortoluol (Molekulargewicht 126,59; 4.126,3 mmol) wurden in ein 2 l-Reaktionsgefäss aus rostfreiem Stahl der Marke Parr© 4522 eingebracht. Zu dieser Mischung wurden 5 Tropfen konzentrierter HCl zugefügt. Das Gefäss wurde geschlossen, auf 30°C erhitzt und dreimal mit Kohlenmonoxid gespült, wobei der Druck des Gefässes mit jedem Spülen auf 1.400 KPa (200 psig) erhöht wurde. Nach dem dritten Spülen wurde das Gefäss belüftet, und eine letzte Zufuhr von CO wurde bei einem Druck von etwa 3.850 KPa (550 psig) vorgenommen, der Druck, bei dem die Reaktion über die gesamte Reaktionszeit von etwa 66 Stunden gehalten wurde (die Reaktionstemperatur wurde während der Dauer bei 30°C gehalten). Nach Beendigung der Reaktion wurde die resultierende Mischung (die eine dunkelorange Farbe zeigte) in etwa 500 ml Eiswasser gegossen (wodurch die Lösung eine gelbliche Farbe annahm), zu dem 500 ml Cyclohexan hinzugefügt wurden. Die obere organische Schicht wurde entfernt und dreimal mit Wasser unter Verwendung eines Trenntrichters gewaschen und über Magnesiumsulfat getrocknet. Die restliche organische Phase wurde dann unter Vakuum destilliert, um überschüssiges Cyclohexan, 2-Chlorfoluol, zu entfernen, und ergab etwa 76,01 g 4-Chlor-3-methylbenzaldehyd-Produkt (76,5 %) und 3-Chlor-4-methylbenzaldehyd (23,5 %) (Molekulargewicht 154,59; 491,7 mmol; Ausbeute etwa 67,6 %).
  • BEISPIEL 3
  • 229,30 g Aluminiumchlorid (Molekulargewicht 133,34; 1.719,7 mmol), 110,0 g 4-Methylanisol (Molekulargewicht 122,17; 900,4 mmol) und etwa 500 g 2-Fluortoluol (Molekulargewicht 110,13; 4.540,1 mmol) wurden in ein 2 l-Reaktionsgefäss aus rostfreiem Stahl der Marke Parr® 4522 eingebracht. Zu dieser Mischung wurden 5 Tropfen konzentrierter HCl zugefügt. Das Gefäss wurde geschlossen, auf 30°C erhitzt und dreimal mit Kohlenmonoxid gespült, wobei der Druck des Gefässes mit jedem Spülen auf 700 KPa (100 psig) erhöht wurde. Nach dem dritten Spülen wurde das Gefäss belüftet, und eine letzte Zufuhr von CO wurde bei einem Druck von etwa 3.850 KPa (550 psig) vorgenommen, der Druck, bei dem die Reaktion über die gesamte Reaktionszeit von etwa 66 Stunden gehalten wurde (die Reaktionstemperatur wurde während der Dauer bei 30°C gehalten). Nach Beendigung der Reaktion wurde die resultierende Mischung (die eine grünlich-braune Farbe zeigte) in etwa 500 ml Eiswasser gegossen (wodurch die Lösung eine gelbliche Farbe annahm), zu dem 500 ml Cyclohexan hinzugefügt wurden. Die obere organische Schicht wurde entfernt und dreimal mit Wasser unter Verwendung eines Trenntrichters gewaschen und über Magnesiumsulfat getrocknet. Die restliche organische Phase wurde dann unter Vakuum destilliert, um überschüssiges Cyclohexan, 2-Fluortoluol, zu entfernen, und ergab etwa 98,015 g 4-Fluor-3-methylbenzaldehyd-Produkt (Molekulargewicht 138,14; 709,5 mmol; Ausbeute etwa 86,7 %). Das 4-Fluor-3-methylbenzaldehyd-Produkt kann dann leicht von restlichem 4-Methylanisol durch Überführen in ein entsprechendes Bisulfit-Addukt, Filtrieren und Zersetzen des Bisulfit-Addukts unter sauren oder basischen Bedingungen abgetrennt werden.
  • BEISPIEL 4 – REFERENZBEISPIEL
  • 102,17 g Aluminiumchlorid (Molekulargewicht 133,34; 766,2 mmol) und etwa 504,36 g Fluorbenzol (Molekulargewicht 96,10; 5.248,3 mmol) wurden in ein 2 l-Reaktionsgefäss aus rostfreiem Stahl der Marke Parr© 4522 eingebracht. Zu dieser Mischung wurden 5 Tropfen konzentrierter HCl zugefügt. Das Gefäss wurde geschlossen, auf 60°C erhitzt und dreimal mit Kohlenmonoxid gespült, wobei der Druck des Gefässes mit jedem Spülen auf 1.400 KPa (200 psig) erhöht wurde. Nach dem dritten Spülen wurde das Gefäss belüftet, und eine letzte Zufuhr von CO wurde bei einem Druck von etwa 1.400 KPa (200 psig) vorgenommen, der Druck, bei dem die Reaktion über die gesamte Reaktionszeit von etwa 18 Stunden gehalten wurde (die Reaktionstemperatur wurde während der Dauer bei 60°C gehalten). Nach Beendigung der Reaktion wurde die resultierende Mischung (die eine dunkelorange Farbe zeigte) in etwa 500 ml Eiswasser gegossen (wodurch die Lösung eine gelbliche Farbe annahm), zu dem 500 ml Cyclohexan hinzugefügt wurden. Die obere organische Schicht wurde entfernt und dreimal mit Wasser unter Verwendung eines Trenntrichters gewaschen und über Magnesiumsulfat getrocknet. Die restliche organische Phase wurde dann unter Vakuum destilliert, um überschüssiges Cyclohexan, Fluorbenzol, zu entfernen, und ergab etwa 22,97 g 4-Fluorbenzaldehyd-Produkt (Molekulargewicht 124,11; 185,1 mmol; Ausbeute etwa 24,1 %).
  • BEISPIEL 5
  • 220,67 g Aluminiumchlorid (Molekulargewicht 133,34; 1.654,9 mmol), 109,00 g 4-Methylanisol (Molekulargewicht 122,17; 892,2 mmol) und etwa 500 g Fluorbenzol (Molekulargewicht 96,10; 5.202,9 mmol) wurden in ein 2 l-Reaktionsgefäss aus rostfreiem Stahl der Marke Parr® 4522 eingebracht. Zu dieser Mischung wurden 5 Tropfen konzentrierter HCl zugefügt. Das Gefäss wurde geschlossen, auf 30°C erhitzt und dreimal mit Kohlenmonoxid gespült, wobei der Druck des Gefässes mit jedem Spülen auf 700 KPa (100 psig) erhöht wurde. Nach dem dritten Spülen wurde das Gefäss belüftet, und eine letzte Zufuhr von CO wurde bei einem Druck von etwa 3.850 KPa (550 psig) vorgenommen, der Druck, bei dem die Reaktion über die gesamte Reaktionszeit von etwa 89 Stunden gehalten wurde (die Reaktionstemperatur wurde während der Dauer bei 30°C gehalten). Nach Beendigung der Reaktion wurde die resultierende Mischung (die eine orange-braune Farbe zeigte) in etwa 500 ml Eiswasser gegossen (wodurch die Lösung eine gelbliche Farbe annahm), zu dem 500 ml Cyclohexan hinzugefügt wurden. Die obere organische Schicht wurde entfernt und dreimal mit Wasser unter Verwendung eines Trenntrichters gewaschen und über Magnesiumsulfat getrocknet. Die restliche organische Phase wurde dann unter Vakuum destilliert, um überschüssiges Cyclohexan, Fluorbenzol, zu entfernen, und ergab etwa 60,90 g 4-Fluorbenzaldehyd-Produkt (Molekulargewicht 124,11; 490,7 mmol; Ausbeute etwa 64,3 %). Das 4-Fluorbenzaldehyd-Produkt kann dann leicht von restlichem 4-Methylanisol durch Überführen in ein entsprechendes Bisulfit-Addukt, Filtrieren und Zersetzen des Bisulfit-Addukts unter sauren oder basischen Bedingungen abgetrennt werden.
  • BEISPIEL 6 – REFERENZBEISPIEL
  • 100,89 g Aluminiumchlorid (Molekulargewicht 133,34; 756,6 mmol) und etwa 503,54 g 3-Fluortoluol (Molekulargewicht 110,13; 4.572 mmol) wurden in ein 2 l-Reaktionsgefäss aus rostfreiem Stahl der Marke Parr® 4522 eingebracht. Zu dieser Mischung wurden 5 Tropfen konzentrierter HCl zugefügt. Das Gefäss wurde geschlossen, auf 60°C erhitzt und dreimal mit Kohlenmonoxid gespült, wobei der Druck des Gefässes mit jedem Spülen auf 1.400 KPa (200 psig) erhöht wurde. Nach dem dritten Spülen wurde das Gefäss belüftet, und eine letzte Zufuhr von CO wurde bei einem Druck von etwa 1.400 KPa (200 psig) vorgenommen, der Druck, bei dem die Reaktion über die gesamte Reaktionszeit von etwa 17 Stunden gehalten wurde (die Reaktionstemperatur wurde während der Dauer bei 60°C gehalten). Nach Beendigung der Reaktion wurde die resultierende Mischung (die eine dunkelorange Farbe zeigte) in etwa 500 ml Eiswasser gegossen (wodurch die Lösung eine gelbliche Farbe annahm), zu dem 500 ml Cyclohexan hinzugefügt wurden. Die obere organische Schicht wurde entfernt und dreimal mit Wasser unter Verwendung eines Trenntrichters gewaschen und über Magnesiumsulfat getrocknet. Die restliche organische Phase wurde dann unter Vakuum destilliert, um überschüssiges Cyclohexan, 3-Fluortoluol, zu entfernen, und ergab etwa 79,65 g einer Benzaldehydmischung, bestehend aus 4-Fluor-2-methylbenzaldehyd-Produkt (88,4 %) und 2-Fluor-4-methylbenzaldehyd (11,6 %) (Molekulargewicht 138,14; 576,7 mmol; Ausbeute etwa 76,2 %).
  • BEISPIEL 1 – REFERENZBEISPIEL
  • 62,4 g Aluminiumchlorid (Molekulargewicht 133,34; 468,0 mmol), 450,0 g 1,2-Dichlorbenzol (Molekulargewicht 147,00; 3.061 mmol) und etwa 48,00 g 2-Fluor-m-xylol (Molekulargewicht 124,16; 386,6 mmol) wurden in ein 2 l-Reaktionsgefäss aus rostfreiem Stahl der Marke Parr® 4522 eingebracht. Zu dieser Mischung wurden 5 Tropfen konzentrierter HCl zugefügt. Das Gefäss wurde geschlossen, auf 50°C erhitzt und dreimal mit Kohlenmonoxid gespült, wobei der Druck des Gefässes mit jedem Spülen auf 700 KPa (100 psig) erhöht wurde. Nach dem dritten Spülen wurde das Gefäss belüftet, und eine letzte Zufuhr von CO wurde bei einem Druck von etwa 1.400 KPa (200 psig) vorgenommen, der Druck, bei dem die Reaktion über die gesamte Reaktionszeit von etwa 16 Stunden gehalten wurde (die Reaktionstemperatur wurde während der Dauer bei 50°C gehalten). Nach Beendigung der Reaktion wurde die resultierende Mischung (die eine dunkelorange Farbe zeigte) in etwa 500 ml Eiswasser gegossen (wodurch die Lösung eine gelbliche Farbe annahm), zu dem 500 ml Cyclohexan hinzugefügt wurden. Die obere organische Schicht wurde entfernt und dreimal mit Wasser unter Verwendung eines Trenntrichters gewaschen und über Magnesiumsulfat getrocknet. Die restliche organische Phase wurde dann unter Vakuum destilliert, um überschüssiges Cyclohexan, 2-Fluor-m-xylol, 1,2-Dichlorbenzol zu entfernen, und ergab etwa 40,39 g einer Benzaldehydmischung, bestehend aus 4-Fluor-3,5-dimethylbenzaldehyd (73,8 %) und 3-Fluor-2,4-dimethylbenzaldehyd (26,2 %) (Molekulargewicht 152,17; 265,4 mmol; Ausbeute etwa 68,6 %).
  • BEISPIEL 8 – REFERENZBEISPIEL
  • 67,60 g Aluminiumchlorid (Molekulargewicht 133,34; 507,6 mmol), 450,0 g 1,2-Dichlorbenzol (Molekulargewicht 147,00; 3.061 mmol) und etwa 503,54 g 3-Fluor-o-xylol (Molekulargewicht 124,16; 789,3 mmol) wurden in ein 2 l-Reaktionsgefäss aus rostfreiem Stahl der Marke Parr® 4522 eingebracht. Zu dieser Mischung wurden 5 Tropfen konzentrierter HCl zugefügt. Das Gefäss wurde geschlossen, auf 50°C erhitzt und dreimal mit Kohlenmonoxid gespült, wobei der Druck des Gefässes mit jedem Spülen auf 700 KPa (100 psig) erhöht wurde. Nach dem dritten Spülen wurde das Gefäss belüftet, und eine letzte Zufuhr von CO wurde bei einem Druck von etwa 1.400 KPa (200 psig) vorgenommen, der Druck, bei dem die Reaktion über die gesamte Reaktionszeit von etwa 28 Stunden gehalten wurde (die Reaktionstemperatur wurde während der Dauer bei 50°C gehalten). Nach Beendigung der Reaktion wurde die resultierende Mischung (die eine dunkelorange Farbe zeigte) in etwa 500 ml Eiswasser gegossen (wodurch die Lösung eine gelbliche Farbe annahm), zu dem 500 ml Cyclohexan hinzugefügt wurden. Die obere organische Schicht wurde entfernt und dreimal mit Wasser unter Verwendung eines Trenntrichters gewaschen und über Magnesiumsulfat getrocknet. Die restliche organische Phase wurde dann unter Vakuum destilliert, um überschüssiges Cyclohexan, 3-Fluor-o-xylol, 1,2-Dichlorbenzol zu entfernen, und ergab etwa 94,98 g einer Benzaldehydmischung, bestehend aus 4-Fluor-2,3- dimethylbenzaldehyd (89,1 %) und 2-Fluor-3,4-dimethylbenzaldehyd (10,9 %) (Molekulargewicht 152,17; 624,2 mmol; Ausbeute etwa 77,1 %).

Claims (8)

  1. Verfahren zur Herstellung eines Benzaldehyds der Formel (I)
    Figure 00220001
    wobei R1, R2, R3, R4 und R5 ausgewählt werden aus Wasserstoff, Niederalkylgruppen mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen, Cycloalkyl- oder Cycloalkylen-Ringsystemen, Fluor, Chlor; unter der Massgabe, dass nur ein Vertreter von R1, R2, R3, R4 und R5 Fluor oder Chlor ist; umfassend das In-Kontakt-Bringen eines substituierten Benzols der Formel (II):
    Figure 00220002
    wobei R1, R2, R3, R4 und R5 ausgewählt werden aus Wasserstoff, Niederalkylgruppen mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen, Cycloalkyl- oder Cycloalkylen-Ringsystemen, Fluor, Chlor; unter der Massgabe, dass nur ein Vertreter von R1, R2, R3, R4 und R5 Fluor oder Chlor ist; in einer Kohlenmonoxidatmosphäre mit einem Druck von 1.400 bis 5.600 kPa (200 bis 800 psig) in Anwesenheit eines Metallhalogenids, einer Säure, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus HCl, HBr, HF, HI, und Mischungen hiervon, wobei die Säure in einer katalytischen Menge von 0,005 bis 0,01 mol pro Mol des Metallhalogenids vorliegt; und in Anwesenheit eines Anisolderivats, und wobei die Reaktionstemperatur 30 bis 100°C beträgt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Säure Chlorwasserstoffsäure ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Chlorwasserstoffsäure in wässriger Lösung vorliegt.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Metallhalogenid ausgewählt wird aus der Gruppe bestehend aus Aluminiumchlorid, Aluminiumbromid, Zirkoniumchlorid und jeder Mischung hiervon.
  5. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Temperatur 30 bis 100°C beträgt und die Chlorwasserstoffsäure zu der Reaktion hinzugefügt wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Chlorwasserstoffsäure in der Reaktion entsteht.
  7. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das substituierte Benzol der Formel (II) ausgewählt wird aus der Gruppe bestehend aus Fluorbenzol, 2-Fluortoluol, 3-Fluortoluol, 2-Fluor-m-xylol, 3-Fluor-o-xylol, 2-Chlortoluol, 3-Chlortoluol, 2-Chlor-m-xylol und 3-Chlor-o-xylol.
  8. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Anisolderivate ausgewählt werden aus Anisol, 2-Methylanisol, 3-Methylanisol, 4-Methylanisol, 1,2-Dimethoxybenzol, 1,3-Dimethoxybenzol, 1,4-Dimethoxybenzol, 2,3-Dimethylanisol, 2,4-Dimethylanisol, 2,5-Dimethylanisol, 2,6-Dimethylanisol, 3,4-Dimethylanisol, 3,5-Dimethylanisol, 2-Fluoranisol und dergleichen.
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