DE60320137T2

DE60320137T2 - Verfahren zur herstellung von 4-aminodiphenylamin-zwischenprodukten

Info

Publication number: DE60320137T2
Application number: DE60320137T
Authority: DE
Inventors: Ralph Dale Wadsworth TRIPLETT II; Roger Keranen Richfield RAINS
Original assignee: Flexsys America LP
Current assignee: Flexsys America LP
Priority date: 2002-12-10
Filing date: 2003-12-04
Publication date: 2009-05-20
Anticipated expiration: 2023-12-05
Also published as: US20070191641A1; WO2004052834A8; US7183439B2; WO2004052834A1; AU2003302301A1; BR0317225A; ES2304547T3; KR101082616B1; MXPA05006307A; EP1575896B1; US7504539B2; ATE391117T1; US20040110986A1; KR20050088306A; DE60320137D1; EP1575896A1; JP4527057B2; TW200512179A; SI1575896T1; TWI313256B

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von 4-Aminodiphenylamin-Zwischenstufen, 4-Aminodiphenylamin und alkylierten 4-Aminodiphenylamin-Derivaten.
4-Aminodiphenylamine werden als Zwischenstufen bei der Herstellung von alkylierten Derivaten mit einem Nutzen als Ozonschutzmittel und Antioxidantien, als Stabilisatoren für Monomere und Polymere und in verschiedenen Spezialanwendungen weithin verwendet. Zum Beispiel ergibt eine reduktive Alkylierung von 4-Aminodiphenylamin (4-ADPA) mit Methylisobutylketon N-(1,3-Dimethylbutyl)-N'-phenyl-p-phenylendiamin, das ein brauchbares Ozonschutzmittel zum Schutz verschiedener Kautschukprodukte ist.
4-Aminodiphenylamin-Derivate können auf verschiedene Arten hergestellt werden. Eine attraktive Synthese ist die Reaktion von gegebenenfalls substituiertem Anilin mit gegebenenfalls substituiertem Nitrobenzol in Gegenwart einer Base, wie beispielsweise in U.S. 5,608,111 (Stern et al.) und U.S. 5,739,403 (Reinartz et al.) offenbart ist. U.S. 5,608,111 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von gegebenenfalls substituiertem 4-ADPA, wobei in einer ersten Stufe gegebenenfalls substituiertes Anilin und gegebenenfalls substituiertes Nitrobenzol in Gegenwart einer Base umgesetzt (gekoppelt) werden. In Arbeitsbeispielen werden Anilin und Nitrobenzol in Gegenwart von Tetramethylammoniumhydroxid als Base umgesetzt, und Wasser und Anilin werden während der Kopplungsreaktion azeotrop entfernt.
Die internationale Veröffentlichung WO 00/35853 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von Zwischenstufen von 4-Aminodiphenylamin durch die Umsetzung von Anilin mit Nitrobenzol in einem flüssigen Medium, wobei das Reaktionssystem aus einer Lösung von Salzen von echten Zwitterionen mit Hydroxiden besteht. Eine Kombination von Kaliumhydroxid und Betainhydrat ist beispielhaft aufgeführt. Die Reaktion kann in Gegenwart von freiem Sauerstoff erfolgen.
Die EP-Veröffentlichung 566 783 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von 4-Nitrodiphenylamin durch die Umsetzung von Nitrobenzol mit Anilin im Medium eines polaren aprotischen Lösungsmittels in einem stark alkalischen Reaktionssystem. Ein Phasentransferkatalysator wie Tetrabutylammoniumhydrogensulfat wird verwendet. Diese Literaturstelle verlangt, dass die Reaktion in einer sauerstofffreien Atmosphäre durchgeführt wird, um durch eine Oxidation bewirkte unerwünschte Nebenreaktionen zu verhindern.
Das U.S.-Patent Nr. 5,117,063 und die internationale Veröffentlichung WO 01/14312 offenbaren Verfahren zur Herstellung von 4-Nitrodiphenylamin und 4-Nitrosodiphenylamin unter Verwendung verschiedener Basen einschließlich Tetraalkylammoniumhydroxiden allein oder einer anorganischen Base mit einem Kronenether als Phasentransferkatalysator. Die Verwendung von aeroben Bedingungen unter Einschluss eines Beispiels ist beschrieben. Bei Reaktionen unter anaeroben Bedingungen mit Anilin als Lösungsmittel oder bei aeroben Bedingungen mit DMSO und anderen ähnlichen Lösungsmitteln als Lösungsmittel ist weniger Azobenzol aufgeführt.
Das U.S.-Patent Nr. 5,612,483 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von nitrosubstituierten Arylaminen einschließlich 4-Nitrodiphenylamin, umfassend die Umsetzung eines Arylamins mit einem Nitroarylamin in Gegenwart von Basen, wobei Sauerstoff in polare Lösungsmittel eingeführt wird. Im Patent ist aufgeführt, dass die Reaktionen bei Verwendung von einfachen Basen, vorzugsweise anorganischen Basen, zu guten Ausbeuten der entsprechenden Amine führen.
Das U.S.-Patent Nr. 6,140,538 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines gegebenenfalls substituierten 4-Aminodiphenylamins, umfassend die Umsetzung eines gegebenenfalls substituierten Anilins und eines gegebenenfalls substituierten Nitrobenzols in Gegenwart von Wasser und einer Base, wobei der Wassergehalt so geregelt wird, dass ein Stoffmengenverhältnis von Wasser zur zugegebenen Base von nicht weniger als etwa 4:1 zu Beginn der Kopplungsreaktion und von nicht weniger als etwa 0,6:1 am Ende der Kopplungsreaktion zur Erzeugung von 4-Nitrodiphenylamin und/oder 4-Nitrosodiphenylamin und/oder Salzen davon gewährleistet ist. Der Kopplungsreaktion folgt eine Hydrierungsreaktion, bei der das Produkt der Kopplungsreaktion in Gegenwart eines Hydrierungskatalysators und zugegebenem Wasser hydriert wird, wodurch ein Stoffmengenverhältnis des gesamten Wassers zur Base von wenigstens etwa 4:1 am Ende der Hydrierung gewährleistet ist. Wässrige und organische Phasen werden erhalten, und das gegebenenfalls substituierte 4-Aminodiphenylamin wird aus der organischen Phase isoliert, und die wässrige, die Base enthaltende Phase wird zurückgeführt.
Das U.S.-Patent Nr. 6,395,933 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung einer oder mehrerer 4-Aminodiphenylamin-Zwischenstufen, umfassend die Schritte des Verbringens von Anilin oder einem Anilinderivat und Nitrobenzol in reaktiven Kontakt und des Umsetzens des Anilins und des Nitrobenzols in einer begrenzten Zone für eine geeignete Zeit und eine geeignete Temperatur in Gegenwart einer Mischung, die eine starke Base, einen geeigneten Phasentransferkatalysator und ein Oxidans umfasst. Bestimmte Phasentransferkatalysatoren wie Tetraalkylammoniumhydroxide können auch als die starke Base fungieren. Es sind Beispiele aufgeführt, die eine erhöhte Selektivität für Reaktionen in Gegenwart von Luft oder Wasserstoffperoxid mit KOH als starker Base und Tetramethylammoniumchlorid als Phasentransferkatalysator zeigen. Das Beispiel mit Wasserstoffperoxid deutet dahingehend nicht auf eine optimale Menge an Peroxid hin, als das Stoffmengenverhältnis H₂O₂/NB = 0 bis 1,0 betrug, wobei die Umwandlung mit steigendem Stoffmengenverhältnis stetig abnahm. Für ein Oxidationsmittel mit einem Phasentransferkatalysator, der auch als starke Base dient, sind keine Beispiele aufgeführt.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines überlegenen Verfahrens zur Herstellung einer oder mehrerer 4-ADPA-Zwischenstufen durch die Umsetzung von Anilin und Nitrobenzol in Gegenwart einer starken organischen Base oder eines Äquivalents davon und eines Wasserstoffperoxid umfassenden Oxidationsmittels.
Kurz zusammengefasst ist die Haupt-Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von 4-Aminodiphenylamin, umfassend die Schritte des:

a) Umsetzens eines Anilins oder eines Derivats davon und Nitrobenzol in einer begrenzten Zone in Gegenwart einer Mischung, die eine Base und ein Wasserstoffperoxid umfassendes Oxidans in einer Menge von 0,01 bis 0,60 mol Wasserstoffperoxid pro Mol Nitrobenzol umfasst, wodurch wenigstens eine 4-Aminodiphenylamin-Zwischenstufe erhalten wird,
b) Reduzierens der Zwischenstufe zu 4-Aminodiphenylamin und
c) gegebenenfalls der reduktiven Alkylierung von 4-Aminodiphenylamin zu einem alkylierten Derivat des 4-Aminodiphenylamins.

In einer weiteren Ausführungsform ist die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer 4-Aminodiphenylamin-Zwischenstufe, umfassend den Schritt der Umsetzung eines Anilins oder eines Derivats davon und Nitrobenzol in einer begrenzten Zone in Gegenwart einer Mischung, die eine Base und ein Wasserstoffperoxid umfassendes Oxidans in einer Menge von 0,01 bis 0,60 mol Wasserstoffperoxid pro Mol Nitrobenzol umfasst.
Andere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung schließen Einzelheiten zu Reaktionsmischungen, Verhältnissen von Bestandteilen, besonders starken organischen Basen und Reaktionsbedingungen ein, die alle hiernach in der folgenden Diskussion einer jeden der Facetten der vorliegenden Erfindung offenbart sind.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein oben beschriebenes Verfahren zur Herstellung von Zwischenstufen von 4-ADPA, das eine überlegene Ausbeute und Selektivität für diese Zwischenstufen aufweist. Solche Zwischenstufen umfassen 4-Nitroso- und/oder 4-Nitrodiphenylamine (p-NDPA bzw. 4-NDPA) und Salze davon. Die Zwischenstufen können dann unter Bildung von 4-Aminodiphenylamin hydriert werden.
Obwohl Anilin am effektivsten mit Nitrobenzol koppelt, können statt Anilin bestimmte Anilinderivate verwendet werden, die Amide wie Formanilid, Phenylharnstoff und Carbanilid sowie Thiocarbanilid oder Mischungen umfassen, oder sie können zusammen mit Anilin zur Herstellung von 4-ADPA-Zwischenstufen verwendet werden.
Obwohl die Recktanten des Verfahrens der Erfindung als "Anilin" und "Nitrobenzol" bezeichnet werden, und wenn bei der Herstellung von 4-ADPA die Recktanten tatsächlich Anilin und Nitrobenzol sind, gilt als vereinbart, dass die Recktanten auch substituiertes Anilin und substituiertes Nitrobenzol umfassen können. Typische Beispiele für substituierte Aniline, die gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein, 2-Methoxyanilin, 4-Methoxyanilin, 4-Chloranilin, p-Toluidin, 4-Nitroanilin, 3-Bromanilin, 3-Brom-4-aminotoluol, p-Aminobenzoesäure, 2,4-Diaminotoluol, 2,5-Dichloranilin, 1,4-Phenylendiamin, 4,4'-Methylendianilin, 1,3,5-Triaminobenzol und Mischungen davon. Typische Beispiele für substituierte Nitrobenzole, die gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein, o- und m-Methylnitrobenzol, o- und m-Ethylnitrobenzol, o- und m-Methoxynitrobenzol und Mischungen davon.
Das Stoffmengenverhältnisse von Anilin zu Nitrobenzol im Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung ist nicht besonders wichtig; das Verfahren ist mit einem Überschuss von beiden effektiv.
Beim Verfahren der Erfindung kann das Wasserstoffperoxid als wässrige Lösung zugeführt werden, die 3 Gew.-% bis 50 Gew.-% Wasserstoffperoxid umfasst.
Die Zwischenstufen der Erfindung können reduziert werden, um 4-Aminodiphenylamin herzustellen. Die Reduktion kann mittels eines beliebigen bekannten Verfahrens einschließlich der Verwendung von Wasserstoff durchgeführt werden, die die Verwendung eines Hydrierungskatalysators einschließt. Einzelheiten hinsichtlich der Auswahl des Katalysators und anderer Aspekte der Hydrierungsreaktion, wie die Zugabe von Wasser, können in U.S. 6,140,538 gefunden werden. Hydrierungs-Endpunkte können durch die Reaktionsdauer und/oder das Profil des Wasserstoffstroms und/oder durch eine von verschiedenen instrumentellen Techniken bestimmt werden, die dem Fachmann bekannt sind. Andere Reduktionsmittel, die eine direkte Verwendung von Wasserstoff nicht einschließen und einem Fachmann bekannt sind, können auch zur Reduktion der 4-ADPA-Zwischenstufen oder der substituierten Derivate davon zu 4-ADPA oder substituierten Derivaten davon verwendet werden.
Das erzeugte 4-Aminodiphenylamin kann reduktiv zu einem alkylierten Derivat des 4-Aminodiphenylamins alkyliert werden, das zum Schutz von Kautschukprodukten brauchbar ist, wobei bei diesem Verfahren ein gegebenenfalls substituiertes Anilin und ein gegebenenfalls substituiertes Nitrobenzol gekoppelt und anschließend gemäß dem Verfahren der Erfindung reduziert werden, wonach das so erhaltene 4-Aminodiphenylamin gemäß Verfahren, die dem Fachmann auf diesem technischen Gebiet bekannt sind, reduktiv zu einem alkylierten Derivat des 4-Aminodiphenylamins alkyliert wird. Typischerweise werden das 4-ADPA und ein geeignetes Keton oder Aldehyd in Gegenwart von Wasserstoff und Platin-auf-Kohlenstoff als Katalysator umgesetzt. Hydrierungs-Endpunkte können durch die Reaktionsdauer und/oder das Profil des Wasserstoffstroms und/oder durch eine von verschiedenen instrumentellen Techniken bestimmt werden, die dem Fachmann bekannt sind. Geeignete Ketone umfassen Methylisobutylketon, Aceton, Methylisoamylketon und 2-Octanon. Siehe beispielsweise U.S. 4,463,191 , auf das hier ausdrücklich als Literaturstelle Bezug genommen wird, und Banerjee et al., J. Chem. Soc. Chem. Comm. 18, 1275–1276 (1988). Geeignete Katalysatoren können dieselben wie diejenigen sein, die oben zum Erhalt von 4-ADPA beschrieben wurden, sind aber nicht darauf beschränkt.
Wasserstoffperoxid ist gegenüber Luft ein überlegenes Oxidationsmittel, weil die Menge an Luft, die erforderlich ist, um eine bedeutsame Erhöhung der Selektivität zu erhalten, jedes kommerzielle ökonomische Kühlsystem bei Weitem überlasten würde, was zu hohen Verlusten an organischen Verbindungen durch den Kühler führen würde. Darüber hinaus erzeugt die Verwendung von reinem Sauerstoff eine unsichere Reaktionsumgebung, obwohl reiner Sauerstoff wirksamer als Luft wäre. Darüber hinaus ist für Wasserstoffperoxid kein anderes Lösungsmittel als überschüssiges Anilin erforderlich.
Das Oxidationsmittel kann in die begrenzte Zone eingeführt werden, nachdem mit der Einführung von Nitrobenzol in die begrenzte Zone begonnen wurde, oder die Einführung des Oxidans in die begrenzte Zone kann abgeschlossen sein, bevor die Einführung von Nitrobenzol in die begrenzte Zone abgeschlossen ist, oder beides.
Das Nitrobenzol und das Anilin reagieren unter Bildung eines Meisenheimer-Komplexes, und das Oxidans wird optimal an derjenigen Stelle in die begrenzte Zone eingeführt, an dem die Konzentration des Meisenheimer-Komplexes am höchsten ist. Das Oxidans kann mit einer variablen Geschwindigkeit zugeführt werden, um die Reaktionskinetik zur Bildung und zum Verschwinden des Meisenheimer-Komplexes aus Nitrobenzol und Anilin optimal anzupassen. Die Eintrittsstelle des Oxidans in die begrenzte Zone kann an der Eintrittsstelle für Nitrobenzol oder daneben sein.
Die Kopplung von Anilin mit Nitrobenzol in Gegenwart einer Base erfolgt über einen Meisenheimer-Komplex, der eine intramolekulare Oxidation zum p- NODPA-Salz und eine intermolekulare Oxidation durch Nitrobenzol und durch Verunreinigungen des Verfahrens zum 4-NPDA-Salz erfährt. Peroxid verbessert die Selektivität, indem es den Komplex schneller oxidiert, als Nitrobenzol und die Verunreinigungen dies tun, und indem es den Komplex vorzugsweise unter Oxidation von Anilin oxidiert. Somit beeinflusst jede Verfahrensvariable, welche die Geschwindigkeiten der Bildung des Meisenheimer-Komplexes und die intramolekulare Oxidation beeinflusst, wie Konzentrationen von Verunreinigungen in zurückgeführten Strömen, die Reaktionstemperatur, die Geschwindigkeit der Entfernung von Wasser und die Geschwindigkeit der Zufuhr von Nitrobenzol das optimale Peroxid-Stoffmengenverhältnis und den wirksamen Bereich für Peroxid. Weiterhin kann die Peroxid-Konzentration die örtliche Selektivität für die Umsetzung von Peroxid mit dem Meisenheimer-Komplex im Vergleich zu Anilin beeinflussen. Obwohl beispielsweise für ein bestimmtes Reaktionsverfahren mit zurückgeführter Base ein effektiver Bereich für H₂O₂/NB = 0,01–0,2 und mit frischer Base ein so weiter Bereich wie 0,01–0,46 veranschaulicht sind, ist es daher vorgesehen, Bedingungen zu finden, für die der effektive Bereich so weit wie H₂O₂/NB = 0,01–0,6 ist. Darüber hinaus zeigen die Reaktionsprofile, dass Nitrobenzol zu Beginn, wenn die Basenkonzentration am höchsten ist, schnell reagiert und gegen Ende, wenn die Basenkonzentration am niedrigsten ist, langsamer reagiert. Daher besteht eine alternative Arbeitsweise für Peroxid darin, den Beginn der Zugabe von Peroxid zu verzögern und seine Zugabe früh zu beenden, wobei es mit einer festen oder variablen Geschwindigkeit zugegeben wird, wenn die Nitrobenzol-Reaktionsgeschwindigkeit sich im mittleren Bereich befindet. Eine andere alternative Arbeitsweise besteht in der Zugabe von Peroxid über die gesamte Dauer, aber zu Beginn und am Ende langsamer. Noch ein anderes alternatives Verfahren besteht in der Variation der Peroxid-Zugabegeschwindigkeit über die gesamte Dauer. Beim Verfahren der Erfindung ist die Zugabe von frischer Base, zurückgeführter Base, zurückgeführter Base wie derjenigen, die mittels Elektrolyse, die in WO 2002034372 beschrieben ist, oder mittels eines beliebigen anderen Verfahrens gewonnen wird, und von Mischungen davon vorgesehen.
Um den höchsten Wirkungsgrad für die Verwendung von Wasserstoffperoxid zu erhalten, sollte das Peroxid an derjenigen Stelle in den Reaktor eingeführt werden, an der die Konzentration des Meisenheimer-Komplexes aus Anilin und Nitrobenzol am höchsten ist. Dadurch erhält das Peroxid die maximale Gelegenheit, mit dem Meisenheimer-Komplex statt mit Anilin zu reagieren. Es kann erwartet werden, dass die optimale Stelle für die Einführung des Peroxids in einen kommerziellen Reaktor an der Stelle der Einführung von Nitrobenzol oder in der Nähe davon vorliegt, weil die Konzentration des Meisenheimer-Komplexes dort am höchsten sein sollte. In Abhängigkeit von der Konfiguration und vom Betrieb eines kommerziellen Reaktors kann die optimale Einführungsstelle jedoch etwas variieren, was von einem Fachmann bestimmt werden kann.
Ein größerer Vorteil bei der Verwendung von Peroxid beim Verfahren der Erfindung besteht darin, dass es im Vergleich zu einem Verfahren ohne Peroxid eine außerordentliche Verminderung der Menge an Azobenzol gibt, das zur Zurückführung zu Anilin hydriert werden muss. Bei einer vorhandenen kommerziellen Einrichtung für 4-ADPA führt dies zu einem signifikanten Umfang an überschüssiger Kapazität für den Betrieb einer Rückgewinnung von Anilin (aus Azobenzol). Diese überschüssige Kapazität kann zur Zufuhr von Nitrobenzol zum Azobenzol-Hydrierungsreaktor zur Erzeugung von Anilin verwendet werden, bei dem es sich um einen teureren Rohstoff für das Verfahren der Erfindung handelt. Bei einer neuen Anlage für 4-ADPA führt die außerordentlich verminderte Menge an Azobenzol zu einer signifikanten Kapitalverminderung für das System zur Rückgewinnung von Anilin (aus Azobenzol). Alternativ kann es zu einer geringen Kaplitalinvestition für ein System führen, das sowohl Nitrobenzol als auch Azobenzol zu Anilin zur Zurückführung umwandeln kann.
Basen, die beim Verfahren der vorliegenden Erfindung besonders wirksam sind, umfassen starke organische Basen wie quaternäre Ammoniumsalze, die aus Tetramethylammoniumhydroxid, Tetrabutylammoniumhydroxid, Methyltributylammoniumhydroxid, Benzyltrimethylammoniumhydroxid, Tricapryl methylammoniumhydroxid, Cetyltrimethylmmoniumhydroxid und Cholinhydroxid ausgewählt sind. Statt eines Hydroxids können äquivalente quaternäre Ammoniumsalze wie Alkoxide, Acetate, Carbonate, Hydrogencarbonate, Cyanide, Phenole, Phosphate, Hydrogenphosphate, Hypochlorite, Borste, Hydrogenborate, Dihydrogenborate, Sulfide, Silicate, Hydrogensilicate, Dihydrogensilicate und Trihydrogensilicate verwendet werden. Die am meisten bevorzugte organische Base ist Tetramethylammoniumhydroxid (TMAH).
Die Zwischenstufen können unter Bildung von 4-Aminophenylamin reduziert werden, und die Base kann von den Produkten der Reduktionsreaktion allein oder mit Ergänzungsmengen an frischer Base oder gereinigter zurückgeführter Base oder beidem zur Verwendung bei der Reaktion des Verfahrens der Erfindung zurückgeführt werden. Insbesondere können die Zwischenstufen unter Bildung von 4-Aminodiphenylamin reduziert werden, und die Base in den Produkten der Reduktionsreaktion kann gereinigt werden, um einige der Verunreinigungen an quaternären Ammoniumsalzen, die bei den Reaktionen der Kopplungsreaktion des Verfahrens der Erfindung und der Reduktionsreaktion gebildet werden, zu entfernen. Die gereinigte Base kann als einzige Base oder in Kombination mit ungereinigter Rückführungsbase und/oder zusammen mit Ergänzungsmengen an frischer Base zurückgeführt werden.
Der reaktive Kontakt des Verfahrens der Erfindung erfolgt in Gegenwart eines Oxidans, das Wasserstoffperoxid umfasst. Wenn die organische Base Tetramethylammoniumhydroxid ist, kann das Wasserstoffperoxid als wässrige Lösung zugeführt werden, die etwa 3 Gew.-% bis etwa 50 Gew.-% Wasserstoffperoxid umfasst, oder noch mehr bevorzugt als wässrige Lösung, die von etwa 3 Gew.-% bis etwa 7 Gew.-% Wasserstoffperoxid in einer Menge von etwa 0,01 bis etwa 0,45 mol Wasserstoffperoxid pro Mol Nitrobenzol umfasst. Noch mehr bevorzugt ist, dass das Wasserstoffperoxid als wässrige Lösung zugeführt wird, die etwa 15 Gew.-% bis etwa 25 Gew.-% Wasserstoffperoxid in einer Menge von etwa 0,01 bis etwa 0,45 mol Wasserstoffperoxid pro Mol Nitrobenzol umfasst. Am meisten bevorzugt ist, dass das Wasserstoffperoxid als wässrige Lösung zugeführt wird, die etwa 25 Gew.-% bis etwa 40 Gew.-% Wasserstoffperoxid in einer Menge von etwa 0,01 bis etwa 0,35 mol Wasserstoffperoxid pro Mol Nitrobenzol umfasst.
Die organische Base, insbesondere Tetramethylammoniumhydroxid, kann von den Produkten der Reduktionsreaktion allein oder mit Ergänzungsmengen an frischer Base oder gereinigter zurückgeführter Base oder beiden zur Verwendung bei der Reaktion des Verfahrens zurückgeführt werden. Das Wasserstoffperoxid kann dann als wässrige Lösung zugeführt werden, die etwa 20 Gew.-% bis etwa 40 Gew.-% in einer Menge von etwa 0,01 bis etwa 0,25 mol Wasserstoffperoxid pro Mol Nitrobenzol umfasst, oder indem noch mehr bevorzugt das Wasserstoffperoxid in einer Menge von etwa 0,06 bis etwa 0,21 mol Wasserstoffperoxid pro Mol Nitrobenzol bereitgestellt wird, oder immer noch mehr bevorzugt, indem das Wasserstoffperoxid in einer Menge von etwa 0,08 bis etwa 0,17 mol Wasserstoffperoxid pro Mol Nitrobenzol bereitgestellt wird. Das Wasserstoffperoxid kann als wässrige Lösung zugeführt werden, die etwa 3 Gew.-% bis etwa 7 Gew.-% in einer Menge von etwa 0,01 bis etwa 0,20 mol Wasserstoffperoxid pro Mol Nitrobenzol, vorzugsweise etwa 0,03 bis etwa 0,16 mol Wasserstoffperoxid pro Mol Nitrobenzol umfasst, oder immer noch mehr bevorzugt, indem das Wasserstoffperoxid in einer Menge von etwa 0,06 bis etwa 0,12 mol Wasserstoffperoxid pro Mol Nitrobenzol zugeführt wird. Ähnlich wirksame Bereiche des Stoffmengenverhältnisses können von einem Fachmann für andere Konzentrationen von Wasserstoffperoxid im Bereich von 3 Gew.-% bis 50 Gew.-% definiert werden. Es ist auch möglich, eine äquivalente Selektivität mit weniger Wasserstoffperoxid für eine beliebige, hier eingeschlossene Peroxidkonzentration zu erhalten, indem das Peroxid nur in demjenigen Zeitraum zugeführt wird, in dem Nitrobenzol zugeführt wird, oder indem die Geschwindigkeit, mit der das Peroxid zugeführt wird, oder beide variiert werden.
Gereinigte zurückgeführte Base kann als einzige Base oder mit Ergänzungsmengen an frischer Base verwendet werden, und die Dauer zur Zuführung von Nitrobenzol kann etwa 100 min oder weniger betragen.
Der reaktive Kontakt in der Kopplungsreaktion beim Verfahren der Erfindung kann bei einer Temperatur von etwa 20°C bis etwa 125°C, vorzugsweise von etwa 65°C bis etwa 95°C erfolgen. Andere Bedingungen für den reaktiven Kontakt umfassen Drücke im Bereich von etwa 20 mbar bis etwa zum Atmosphärendruck. Die Reaktionsdauer beträgt typischerweise weniger als etwa 4 h. Es ist vorteilhaft, die Reaktionsmischung während der gesamten Reaktion zu rühren.
Die Erfindung wird durch die folgenden, nicht einschränkenden Beispiele erläutert.
ANALYTIK
Ausbeuten an einzelnen Komponenten wurden mittels einer externen standardmäßigen HPLC aus dem Mittelwert von doppelten Analysen bestimmt. Etwa 0,06 g zu analysierendes Material werden genau in einem 50-ml-Messkolben abgewogen und mit einer Pufferlösung verdünnt, die 39 Vol.-% Wasser, 36 Vol.-% Acetonitril, 24 Vol.-% Methanol und 1 Vol.-% eines Puffers mit einem pH-Wert von 7 enthielt. Die Lösung wird über eine 10-μl-Schleife in eine Reverse-Phase-Zorbax-ODS-HPLC-Säule (250 × 4,6 mm) injiziert, wobei ein Pumpsystem mit binärem Gradienten und der folgende Elutionsgradient mit einer konstanten Fließgeschwindigkeit von 1,5 ml/min eingesetzt wurden:

Zeit, min % Eluent A % Eluent B

0 100 0

25 25 75

35 0 100

37,5 0 100

38 100 0

40 100 0
Bei Eluent A handelt es sich um 75 Vol.-% Wasser, 15 Vol.-% Acetonitril und 10 Vol.-% Methanol.
Bei Eluent B handelt es sich um 60 Vol.-% Acetonitril und 40 Vol.-% Methanol. Der Nachweis erfolgt mittels UV bei 254 nm.
EXPERIMENTELLES
Experimentelle Verfahren werden bei jedem der Beispiele beschrieben. Bei Experimenten mit zurückgeführter Base wurden typische Basen aus einer kommerziellen Anlage verwendet, die ohne die Zugabe von Peroxid betrieben wurde, wobei der TMAH-Assay (24,4 Gew.-% und 26,8 Gew.-%) mittels Titration bestimmt wurde. Die zurückgeführte Base enthielt verschiedene Tetramethylammoniumsalze plus Anilin und niedrige Konzentrationen an anderen organischen Verunreinigungen. Bei einem der Salze handelt es sich um (TMA)₂CO₃, das zum Assay für die zurückgeführte Base beiträgt, weil es das erste Äquivalent ist, das mit TMAH titriert wird.
Der Umsatz in den Beispielen wurde auf der Grundlage der Menge des nicht umgesetzten Nitrobenzols berechnet, das in der Masse der ersten Kopplungsreaktion verblieb. Ein Umsatz von 100% wurde angenommen, wenn kein Nitrobenzol nachgewiesen wurde. Die Selektivität wird mittels des folgenden Stoffmengenverhältnisses definiert: (p-NDPA + 4-NDPA)/(p-NDPA + 4-NDPA + Azobenzol + Phenazin). 4-NDPA ist 4-Nitrodiphenylamin, und p-NDPA ist 4- Nitrosodiphenylamin. In den Beispielen ist "NB" Nitrobenzol, ist "t-Azo" trans-Azobenzol, ist "Phen" Phenazin und bezieht "Andere" sich auf Nebenprodukte der Kopplung von Anilin und Nitrobenzol, hauptsächlich 4-Phenylazodiphenylamin und andere unbekannte Stoffe.
BEISPIEL 1
Dieses Beispiel macht Bezugsinformationen zur Diskussion der Auswirkung einer Verwendung von Wasserstoffperoxid bei der Kopplungsreaktion in den anderen Beispielen verfügbar. Das Verfahren für die Durchgänge 1–3 ist demjenigen für Beispiel 2 ähnlich, außer, dass in der Anlage zurückgeführtes TMAH (26,8 Gew.-%) und in der Anlage zurückgeführtes Anilin verwendet werden, wobei die Konzentrierung der Base und das Trocknen bei 62 Torr und die Reaktion bei 60 Torr erfolgen. Das Verfahren für die Durchgänge 4–6 besteht darin, 145,28 g frisches Anilin (1,56 mol) und 87,36 g wässrige, vorkonzentrierte, frische TMAH-Lösung (36,0 Gew.-%, 0,345 mol TMAH) in einen 500-ml-Rundkolben zu geben, der mit einem Thermoelement, einem Heizmantel, Zuführungs-Tauchrohren für Nitrobenzol und Peroxid oder Wasser und einem Rührer mit Teflonschaufeln ausgestattet war. Unter einem Druck von 70 Torr wird die Mischung erwärmt, um zusammen mit Anilin 18 ml Wasser zu entfernen (etwa 30 min), und dann wird mit der Zufuhr von Nitrobenzol (36,93 g, 0,30 mol) begonnen. Während der Reaktionsdauer erhöht sich die Temperatur von etwa 66–67°C auf 80°C, wobei Wasser und Anilin abdestillieren. In Tabelle 1 sind die Zeiten für die Nitrobenzol-Zufuhr und das Halten der Reaktion für alle sechs Durchläufe aufgeführt. Während des Haltens werden Wasser und Anilin abdestilliert. Die Chargen für die Läufe 4–6 werden nach der Haltedauer mit 20 ml Wasser gequencht. Die Wasserstoffperoxid-Charge beträgt 20,40 g (0,03 mol) einer wässrigen Lösung mit 5 Gew.-%, die gleichzeitig mit Nitrobenzol zugegeben wird. Weil Wasser selektiv einwirken kann, indem es TMAH vor dem Zerfall schützt und das Reaktionsgleichgewicht verschiebt, wird zum direkten Vergleich mit Peroxid Wasser gleichzeitig mit Nitrobenzol zugeführt.

Das Beispiel veranschaulicht, dass sowohl eine kürzere Nitrobenzol-Zufuhrdauer als auch die Zugabe von Wasser die Selektivität erhöhen können, obwohl Wasser für die längere Zufuhrdauer nicht wirksam ist. Peroxid ergab jedoch die höchste Selektivität, 1,9% mehr als die Zugabe von Wasser. Noch wichtiger für ein kommerzielles Verfahren, das Rückführungen und eine Entsorgung von Abfall einschließt, vermindert wässriges Peroxid die Konzentrationen von zwei Schlüssel-Nebenprodukten im Vergleich zu Wasser allein, d. h. Azobenzol (um 39%) und Phenazin (um 36%). Wiederholte Grundlinien-Durchgänge mittels eines leicht verschiedenen Verfahrens ergaben Selektivitäten von 92,7% und 92,6%, was darauf hindeutet, dass die hier aufgeführten experimentellen Ergebnisse sehr reproduzierbar sind. Darüber hinaus deuten die Wiederholungen darauf hin, dass die kleinen Selektivitätsunterschiede, wie 1,9% mehr für Peroxid im Vergleich zu Wasser, tatsächlich signifikant sind. Tabelle 1: Hintergrunddaten für den Wasserstoffperoxid-Vergleich

Additiv	Zeit (min)		Umsatz (%)	Selekt. (%)	Zusammensetzung der Chargenprodukte (Gew.-%)
Additiv	Zufuhr	Halten	Umsatz (%)	Selekt. (%)	p-NDPA	4-NDPA	t-Azo	Phen
1. Keines	110	20	~99	91,5	25,36	2,30	2,01	0,32
2. Wasser¹	110	20	~99	91,9	26,24	2,30	2,01	0,29
3. Wasser²	110	20	~98	91,5	25,91	2,45	2,14	0,25
4. Keines	80	40	100,0	94,0	26,61	2,32	1,31	0,37
5. Wasser³	80	40	100,0	95,3	30,11	2,02	1,04	0,39
6. Peroxid⁴	80	40	100,0	97,2	31,42	2,42	0,63	0,25

¹ H₂O/NB = 0,56-molar; ² H₂O/NB = 1,9-molar; Mittelwert von zwei Chargen; ³ Gewicht der Wassercharge gleich 5 Gew.-% des Gewichts der Peroxid-Charge, H₂O/NB = 3,8-molar; ⁴ 5,0 Gew.-% wässrige Hydrogenperoxid-Lösung bei H₂O₂/NB = 0,10

BEISPIEL 2
Einige der Läufe in den folgenden Beispielen hatten relativ niedrige Umsätze, weil beim Verfahren eine feste Nitrobenzol-Zufuhrdauer und eine feste Haltezeit verwendet wurden, statt die Chargen bis zur Vervollständigung der Reaktion zu halten. Dieses Beispiel veranschaulicht die Auswirkung einer ausgedehnten Halteperiode auf die Selektivität.
Das Verfahren besteht darin, 432,85 g einer Anlagen-Rückführungsbase (24,4 Gew.-% TMAH, 1,16 mol) in einen 1-l-Wasser/Glycol-Mantelreaktor zu geben. Es wird mit einem Rühren mit 150 U./min begonnen, und 92 ml Wasser werden bei einem konstanten Druck von 65 Torr abdestilliert, wobei die Temperatur des Wasserbades bei 72°C beginnt und pro 10 ml entferntem Wasser um 1°C erhöht wird. Dann werden 301,50 g (3,24 mol) frisches Anilin durch Ansaugen zugegeben. Mit der Entfernung von Wasser und Anilin wird bei 65 Torr fortgefahren, wobei die Badtemperatur um 1°C pro 9 ml entferntem Wasser erhöht wird, wobei 120 ml Anilin aus einem belüfteten Seitenarm-Tropftrichter kontinuierlich zugegeben werden. Als 72 ml Wasser entfernt worden waren (insgesamt 164 ml), begann die gleichzeitige Zufuhr von 123,11 g Nitrobenzol (1,00 mol) und 27,20 g Wasserstoffperoxid (10 Gew.-% wässrige Lösung, 0,08 mol) unterhalb der Oberfläche mittels Schlauchpumpen in einem Zeitraum von 80 min. Im selben Reaktionsschritt werden 60 ml Anilin kontinuierlich zugebeben, wobei der Druck auf 65 Torr gehalten wird und Wasser plus Anilin abdestilliert werden. Die Badtemperatur wird allmählich in 0,5-°C-Inkrementen erhöht, wodurch am Ende der Reaktionsstufe 91°C im Bad und 80–82°C im Reaktor erreicht werden. Die Halteperiode wird initiiert, indem der Druck auf 60 Torr vermindert wird und die Bad- und die Reaktortemperatur um weitere 1°C erhöht werden. Die Entfernung von Wasser plus Anilin wird für einen längeren Zeitraum fortgesetzt.

Dieses Beispiel zeigt, dass das Halten einer Charge mit einem niedrigen Umsatz bis zu einem im Wesentlichen vollständigen Umsatz nur eine minimale Auswirkung auf die Selektivität hatte. In den nachfolgenden Beispielen reichte der Umsatz von 73,4% bis 100%. Diese Ergebnisse zeigen, dass eine Erhöhung des Umsatzes von 89,3% auf 99,8% die Selektivität nur um 0,5% verminderte, und der Übergang des Umsatzes von 96% zu 99,8% verminderte die Selektivität nur um 0,2%. Daher beeinflusst der Umsatz einiger Durchgänge in den folgenden Beispielen die Schlussfolgerung nicht. Tabelle 2: Profil der Peroxid-Charge eines ausgedehnten Haltens

Haltezeit (min)	Umsatz (%)	Selekt. (%)	Zusammensetzung der Chargenprodukte (Gew.-%)
Haltezeit (min)	Umsatz (%)	Selekt. (%)	p-NDPA	4-NDPA	t-Azo	Phen
0	89,3	97,5	22,78	1,50	0,36	0,20
10	93,9	97,2	24,37	1,72	0,49	0,21
20	95,9	97,2	25,00	1,82	0,49	0,20
30	97,1	97,1	25,05	1,86	0,51	0,22
40	97,9	97,1	25,45	1,91	0,53	0,21
50	98,5	97,1	25,70	1,95	0,53	0,21
60	98,9	97,1	26,07	2,00	0,55	0,22
70	99,2	97,1	26,22	2,01	0,56	0,22
80	99,5	97,1	26,48	2,04	0,57	0,22
90	99,7	97,0	26,59	2,06	0,58	0,22
100	99,8	97,0	26,83	2,09	0,61	0,22

BEISPIEL 3
Eine Versuchsplanung (DOE) mit 3 Faktoren und 8 Durchgängen mit dem Druck, der Nitrobenzol-Zufuhrgeschwindigkeit und Peroxid als Variablen wurde durchgeführt. Die Konzentration von Peroxid (wässrige Lösung mit 5 Gew.-%) und H₂O₂/NB (Stoffmengenverhältnis 0,1) wurden für die vier Durchgänge unter Verwendung von Peroxid willkürlich ausgewählt. In einen 500-ml-Rundkolben, der mit einem Heizmantel, einem Thermoelement, Zufuhr-Tauchrohren für Nitrobenzol und Peroxid und einem Rührer mit Teflonschaufeln ausgestattet war, wurden 130,02 g zurückgeführte Base (24,4 Gew.-%) gegeben, die dann auf 31 Gew.-% konzentriert wurde, indem 28 ml Wasser bei dem in Tabelle 3 aufgeführten Druck abdestilliert wurden. Dann wurden 145,28 g Anilin zugegeben, und weitere 16 ml Wasser wurden zusammen mit Anilin entfernt (insgesamt 44 ml Wasser). Dann wurde mit der Nitrobenzol-Zufuhr von 36,93 g begonnen, wobei Wasser und Anilin weiterhin abdestilliert wurden. Wenn Peroxid verwendet wurde, wurden 20,40 g einer Lösung mit 5 Gew.-% Peroxid zusammen mit Nitrobenzol mit einer zweckmäßigen Zufuhrgeschwindigkeit so zugegeben, dass mit Nitrobenzol aufgehört wurde. Chargen wurden wie unten beschrieben gehalten, dann mit 20 ml gequencht. Reaktionen wurden bei 80°C und entweder bei 65 oder 95 Torr (bei der Planung spezifiziert) in einem Maßstab von 0,3 mol durchgeführt. Haltezeiten wurden bei der Nitrobenzol-Zufuhr von 110 min auf 20 min und bei der Nitrobenzol-Zufuhr von 70 min auf 45 min festgelegt, wobei jeweils Wasser und Anilin kontinuierlich abdestilliert wurden.

Die Ergebnisse in Tabelle 3 zeigen, dass die Selektivität konsistent höher ist, wenn Peroxid mit einer niedrigen Konzentration verwendet wird, und der Bereich für Schwankungen des Reaktionsdrucks und der Nitrobenzol-Zufuhrgeschwindigkeit viel kleiner ist (96,1 bis 96,6% mit im Vergleich zu 89,8 bis 94,8% ohne). Mit Peroxid wurde auch mehr 4-NDPA in Bezug auf Azobenzol erhalten als ohne, wobei fast äquimolare Mengen erzeugt wurden. Weniger 4-NDPA (um 30–40%) wurde mit Peroxid bei der längeren Nitrobenzol-Zufuhrdauer erhalten, und in allen Durchgängen wurde mit Peroxid viel weniger Azobenzol und Phenazin erhalten. Beispiel 1 zeigte, dass die Nitrobenzol-Zufuhrgeschwindigkeit die Selektivität ohne Peroxid beeinflussen kann, und dieses Beispiel zeigt, dass Peroxid die Auswirkung sowohl der Nitrobenzol-Zufuhrgeschwindigkeit als auch des Reaktionsdrucks vermindert, was unerwartet ist. Tabelle 3: Versuchsplanung mit drei Faktoren für Peroxid

Durchgang Nr.	1	2	3	4	5	6	7	8
Geplante Ziele
NB-Zufuhrgeschwindigkeit (min)	75	75	110	110	75	75	110	110
Druck (Torr)	95	65	95	65	95	65	95	65
Peroxid	Ja	Ja	Ja	Ja	Nein	Nein	Nein	Nein
Tatsächliche NB-Zufuhr (min)	74	76	113	111	73	74	115	112
Ergebnisse
Umsatz (%)	98,1	99,8	89,6	96,8	99,7	100,0	98,9	100,
Selektivität (%)	96,1	96,4	96,6	96,5	94,8	92,8	94,5	89,8
Zusammensetzung der Chargenprodukte (Gew.-%)
p-NDPA	24,05	26,06	22,76	24,31	24,31	24,23	23,78	22,3
4-NDPA	1,78	2,13	1,20	1,83	1,66	2,21	1,71	2,98
t-Azobenzol	0,85	0,77	0,62	0,68	1,09	1,58	1,11	2,28
Phenazin	0,12	0,18	0,14	0,20	0,21	0,30	0,25	0,34

BEISPIEL 4

Eine Verfeinerungs-DOE wurde vervollständigt, um sowohl 1) die Menge an Peroxid als auch 2) die Peroxid-Konzentration für die Kopplungsreaktion zu untersuchen. Das Verfahren war dasselbe wie für Beispiel 3 mit Ausnahme der Stoffmengenverhältnisse und der Peroxid-Konzentrationen, die in Tabelle 4 aufgeführt sind, und einer Nitrobenzol-Zufuhrdauer von etwa 70 min mit einem Halten von 30 min. Tabelle 4 zeigt, dass die Selektivität bei einer schnellen Nitrobenzol-Zufuhrgeschwindigkeit insbesondere beim niedrigeren Stoffmengenverhältnis von der Peroxid-Konzentration relativ unabhängig ist. Dies ist überraschend, weil Beispiel 1 zeigte, dass die Zugabe von Wasser die Selektivität erhöhen kann, und die Durchgänge mit 5 Gew.-% Peroxid wiesen das 6,33-fache der Wassermenge wie bei 25 Gew.-% Peroxid auf. Die Ergebnisse zeigen auch, dass die Selektivität durch die Menge des Oxidans beeinflusst werden kann. Ein Vergleich von Durchgängen mit gleicher Peroxid-Konzentration in Tabelle 4 zeigt, dass das höhere Stoffmengenverhältnis in jedem Fall eine niedrigere Selektivität ergab. Dies ist wiederum überraschend, weil beim höheren Stoffmengenverhältnis die doppelte Wassermenge zugegeben wurde. Somit sind die Vorteile von Wasser und Peroxid nicht additiv, weil die Auswirkung von Peroxid überwiegt. Tabelle 4: Verfeinerte Versuchsplanung

Durchgang Nr.	1	2	3	4
Geplante Ziele
H₂O₂:NB, molar	0,10	0,10	0,20	0,20
Peroxid-Konzentration	5 Gew.-%	25 Gew.-%	5 Gew.-%	25 Gew.-%
NB-Zufuhrdauer (min)	68	72	70	70
Relative Wassercharge	6,33	1,0	12,7	2,0
Ergebnisse
Umsatz (%)	98,1	98,3	98,6	97,8
Selektivität (%)	96,4	96,0	92,8	93,8
Zusammensetzung der Chargenprodukte (Gew.-%)
p-NDPA	25,62	24,41	27,86	25,40
4-NDPA	2,06	2,08	2,84	2,45
t-Azobenzol	0,80	0,79	2,05	1,53
Phenazin	0,14	0,21	0,13	0,16

BEISPIEL 5
Dieses Beispiel veranschaulicht weiter die Auswirkung des Drucks auf die Selektivität, wenn Peroxid verwendet wird. Die Chargen wurden mittels eines Verfahrens hergestellt, das demjenigen von Beispiel 2 ähnlich ist, mit einer Nitrobenzol-Zufuhrdauer von 110 min, einer Haltezeit von 20 min, einer anderen Probe einer aus einer Anlage zurückgeführten Base (26,8 Gew.-%) und aus einer Anlage zurückgeführtem Anilin statt frischem. Die Ergebnisse in Tabelle 5 zeigen, dass genau wie bei Beispiel 3 mit 5 Gew.-% Peroxid der Druck keine Auswirkung auf die Selektivität hat, wenn 30 Gew.-% Peroxid verwendet werden. Dies ist ein zusätzlicher Beweis dafür, dass Peroxid die Auswirkung anderer Reaktionsvariablen abschwächt. Tabelle 5: Auswirkung des Reaktionsdrucks mit Peroxid

Druck, mbar 80 160

Selektivität (%) 95,56 95,52
BEISPIEL 6
Beispiel 1 zeigte, dass eine kürzere Nitrobenzol-Zufuhrdauer (80 min) allein oder mit Wasser oder mit wässrigem Peroxid die Selektivität erhöhen kann. Beispiel 3 zeigte, dass für eine feste Peroxid-Konzentration und ein festes Stoffmengenverhältnis die Nitrobenzol-Zufuhrdauer (etwa 75 min im Vergleich zu etwa 110 min) eine geringe Auswirkung auf die Selektivität hatte. Beispiel 4 zeigte, dass die Selektivität bei einer kurzen Nitrobenzol-Zufuhrdauer (etwa 70 min) insbesondere beim niedrigen Stoffmengenverhältnis relativ unabhängig von der Peroxid-Konzentration ist.

In diesem Beispiel wird die Auswirkung der Peroxid-Konzentration auf die Selektivität bei einer längeren Nitrobenzol-Zufuhrdauer untersucht. Eine Reihe von Chargen wurde mittels eines Verfahrens hergestellt, dass demjenigen von Beispiel 5 ähnlich ist. Darüber hinaus erfolgte die Peroxid-Zufuhr für die Durchgänge mit einem Stoffmengenverhältnis von 0,064 mittels einer Kolbenpumpe (siehe Beispiel 14). Die Peroxid-Konzentration wurde von 5 Gew.-% bis 35 Gew.-% variiert, wobei H₂O₂/NB = 0,1 und 0,064 war. Die Ergebnisse in Tabelle 6 zeigen, dass auch bei einer längeren Nitrobenzol-Zufuhrdauer die Selektivität von der Peroxid-Konzentration im Wesentlichen unabhängig ist. Darüber hinaus erhöht sich die Phenazin-Konzentration nur leicht, weil signifikant weniger Wasser mit dem Peroxid zugegeben wird, was mit Beispiel 4 konsistent ist. Bei einer längeren Nitrobenzol-Zufuhrdauer ist die Geschwindigkeit der Entfernung von Wasser in Bezug auf die Geschwindigkeit der Nitrobenzol-Zugabe größer als bei einer kürzeren Nitrobenzol-Zufuhrdauer. Wenn daher weniger Wasser mit dem Peroxid zugegeben wird, werden die Chargen sogar noch trockener. Jedoch weist sogar die niedrigste Wasserzugabe in Tabelle 6 eine signifikant höhere Selektivität als Wasser allein bei einer Nitrobenzolzufuhr von 110 min in Tabelle 1 auf. Dies veranschaulicht, dass, obwohl Wasser und Peroxid beide eine Rolle bei der Erhöhung der Selektivität spielen können, die Auswirkung von Peroxid wichtiger ist. Weil Wasser die Geschwindigkeit der Bildung des Meisenheimer-Komplexes und die Geschwindigkeit von dessen Oxidation durch Nitrobenzol beeinflussen kann, sollte es weiterhin möglich sein, die Selektivität mit Peroxid zu verbessern, indem H₂O₂/NB so optimiert wird, dass es auf die Konzentration des Meisenheimer-Komplexes in der Charge abgestimmt ist. Tabelle 6: Auswirkung der Peroxid-Konzentration

Peroxid Gew.-%	H₂O₂/NB, molar	H₂O/NB molar	Selekt. (%)	Zusammensetzung der Chargenprodukte (Gew.-%)
Peroxid Gew.-%	H₂O₂/NB, molar	H₂O/NB molar	Selekt. (%)	p-NDPA	4-NDPA	t-Azo	Phen
0	0	0	91,5	25,36	2,30	2,01	0,32
5	0,10	3,59	96,1	27,56	2,99	0,98	0,16
10	0,10	1,70	96,0	26,82	3,24	0,96	0,17
20	0,10	0,76	95,1	27,22	2,75	1,22	0,18
20	0,10	0,76	95,3	26,53	3,02	1,16	0,19
24,3	0,064	0,38	95,8	26,63	2,53	0,92	0,24
24,3	0,064	0,38	96,1	26,38	2,55	0,86	0,21
30	0,10	0,44	95,7	26,95	2,59	1,00	0,22
30	0,10	0,44	95,1	26,72	3,07	1,21	0,20
35	0,064	0,22	96,1	26,41	2,63	0,87	0,21
35	0,064	0,22	96,4	26,42	2,64	0,79	0,20

BEISPIEL 7
Eine Reihe von Kopplungsreaktionen mit einer festen Peroxid-Konzentration von 5 Gew.-% wurde durchgeführt, um die Auswirkung der Temperatur auf die Selektivität zu bestimmen. Das Verfahren war wie folgt: 130,02 g zurückgeführte Base (24,4 Gew.-% TMAH) werden in einen Kopplungsreaktor mit Waage gefüllt, und 28 ml Wasser werden abdestilliert. 145,28 g Anilin werden zugegeben, und weitere 16 ml Wasser werden zusammen mit Anilin entfernt (insgesamt 44 ml Wasser). 36,93 g Nitrobenzol werden gleichzeitig mit einer wässrigen Lösung mit 5 Gew.-% Peroxid mit H₂O₂/NB = 0,08 molar, beide unterhalb der Oberfläche, zugeführt, während Wasser und Anilin abdestilliert werden. Die gleichzeitige Zuführung wird in 100–110 min bei den in Tabelle 7 angegebenen Temperaturen und bei einem konstanten Druck von 65 Torr abgeschlossen, wobei Wasser und Anilin abdestilliert werden, und dann wird mit 20 ml Wasser gequencht.
Die Ergebnisse in Tabelle 7 veranschaulichen die Wirkung, welche die Geschwindigkeiten der Bildung und der intramolekularen Oxidation des Meisenheimer-Komplexes auf die Selektivität mit Peroxid haben. Bei steigender Temperatur erreicht die Selektivität bei etwa 80°C ein Maximum. Bei niedrigeren Temperaturen ist die Geschwindigkeit der Bildung des Meisenheimer-Komplexes für die Geschwindigkeit der Peroxid-Addition zu niedrig, so dass eine Oxidation mittels Peroxid von Anilin zu Azobenzol zunimmt. Bei höheren Temperaturen vermindert die höhere Geschwindigkeit der intramolekularen Oxidation des Meisenheimer-Komplexes zu p-NDPA die Menge des Meisenheimer-Komplexes, die für die Reaktion mit Peroxid zur Verfügung steht, so dass wiederum eine Oxidation mittels Peroxid von Anilin zu Azobenzol zunimmt. Bei 70°C ist die Selektivität auch höher als diejenige, die ohne Peroxid bei ansonsten vergleichbaren Reaktionsbedingungen erhalten wird. Daher kann der wirksame Bereich für dieses Beispiel nach unten auf etwa 65°C erweitert werden.

Somit ist 80°C ein offensichtliches Optimum, das vom Reaktionsverfahren abhängt. Eine beliebige Änderung des Verfahrens, die die Geschwindigkeit der Bildung des Meisenheimer-Komplexes ändert, wie eine Änderung der Geschwindigkeit der Entfernung von Wasser, wird selektiv durch Peroxid beeinflusst. Dadurch könnte die optimale Selektivität zu einer anderen Temperatur verschoben werden. Darüber hinaus kann die Selektivität bei niedrigeren und höheren Temperaturen einfach dadurch erhöht werden, dass das Stoffmengenverhältnis von H₂O₂/NB so eingestellt wird, dass es auf die Bildungsgeschwindigkeit oder die Geschwindigkeit der intramolekularen Oxidation des Meisenheimer-Komplexes abgestimmt ist. Somit ist die Selektivität für dieses spezielle Reaktionsverfahren mit H₂O₂/NB = 0,08 molar bei 80°C am höchsten. Die optimale Temperatur variiert jedoch mit anderen Variablen wie der Wasserkonzentration im Reaktor und dem Stoffmengenverhältnis von H₂O₂/NB. Weiterhin erfordert eine variierende Temperatur ein anderes Stoffmengenverhältnis von H₂O₂/NB für eine maximale Selektivität. Daher sind die effektiven Bereiche, die in anderen Beispielen aufgeführt sind, nicht absolut. Tabelle 7: Auswirkung der Reaktionstemperatur mit Peroxid

Temp. ⁽ ^°C ⁾	Umsatz (%)	Selekt. (%)	Zusammensetzung der Chargenprodukte (Gew.-%)
Temp. ⁽ ^°C ⁾	Umsatz (%)	Selekt. (%)	p-NDPA	4-NDPA	t-Azo	Phen	Andere
70	73,4	94,2	16,93	1,64	0,94	0,11	0,13
75	93,8	96,6	24,60	1,78	0,67	0,18	0,22
80	97,4	97,0	26,35	1,94	0,61	0,18	0,29
85	99,8	95,8	26,68	2,80	0,92	0,27	0,27
90	100,0	89,8	25,11	4,16	2,74	0,27	0,67

BEISPIEL 8
Zwei Sätze von Kopplungsreaktionen wurde bei festen Peroxid-Konzentrationen durchgeführt, um den effektiven Bereich von Stoffmengen verhältnissen zu bestimmen, der eine erhöhte Selektivität ergibt. Das Verfahren für 5 Gew.-% Peroxid war im Wesentlichen dasselbe wie für Beispiel 3. Peroxid und Nitrobenzol wurden in 105–110 min mit einem Haltezeitraum von 20 min bei der Reaktion bei 80°C und 65 Torr zugeführt. Das Verfahren für 30 Gew.-% war Beispiel 5 ähnlich.
1 und Tabelle 8 zeigen, dass der effektive Bereich für 5 Gew.-% Peroxid etwa H₂O₂/NB = 0,01–0,20 beträgt, wobei der bevorzugte Bereich etwa H₂O₂/NB = 0,03–0,16 und der am meisten bevorzugte Bereich etwa H₂O₂/NB = 0,06–0,12 beträgt. Das optimale Stoffmengenverhältnis für dieses Verfahren mit 5 Gew.-% Peroxid betrug H₂O₂/NB = 0,07–0,09, was etwa dasselbe wie die Mol-% 4-NDPA ist, die aus Nitrobenzol erzeugt wurden. Somit reagiert Peroxid mit einer hohen Selektivität unter Bildung von 4-NDPA bei einer minimalen Bildung von Azobenzol. Dies ist aufgrund des sehr großen molaren Überschusses von Anilin, der zur Oxidation zu Azobenzol zur Verfügung steht, ein überraschendes Ergebnis.

Das effektive Stoffmengenverhältnis für 30 Gew.-% Peroxid beträgt etwa 0,01–0,25. Ein Optimum kann aus den Daten nicht abgeleitet werden, scheint aber innerhalb von 0,06–0,21 zu liegen, was zu höheren Werten als bei 5 Gew.-% Peroxid verschoben ist. Ein noch mehr bevorzugter Bereich scheint innerhalb von 0,08–0,17 zu liegen. Somit wird erwartet, dass das effektive Stoffmengenverhältnis, der bevorzugte Bereich und der am meisten bevorzugte Bereich für Peroxid mit einigen Verfahrensvariablen wie der Peroxid-Konzentration, Konzentrationen von Verunreinigungen in zurückgeführten Strömen, der Reaktionstemperatur, der Geschwindigkeit des Entfernens von Wasser und der Nitrobenzol-Zufuhrgeschwindigkeit variieren. Daher sind diese Bereiche für Peroxid nicht absolut, sondern eher repräsentativ. Es wird für möglich gehalten, dass der effektive Bereich sich mit zurückgeführter Base auf H₂O₂/NB = 0,01–0,4 oder sogar noch etwas mehr erstrecken könnte. Fig. 1: Optimierung der molaren Zufuhr von H₂O₂ für zurückgeführte Base

Tabelle 8: Optimierung der molaren Zufuhr an Peroxid mit zurückgeführter Base

Gew.-% H₂O₂	Stoffmengenverhältnis H₂O₂/NB	Umsatz (%)	Selekt. (%)	Zusammensetzung der Chargenprodukte (Gew.-%)
Gew.-% H₂O₂	Stoffmengenverhältnis H₂O₂/NB	Umsatz (%)	Selekt. (%)	p-NDPA	4-NDPA	t-Azo	Phen
5	0,00	100,0	91,7	23,78	2,76	1,84	0,35
	0,04	99,2	93,7	24,16	2,39	1,31	0,33
	0,06	98,9	96,0	25,14	2,36	0,75	0,29
	0,07	98,0	96,9	25,22	1,95	0,55	0,24
	0,08	98,3	96,9	25,66	2,04	0,57	0,23
	0,09	97,6	96,9	25,46	1,94	0,59	0,20
	0,10	97,6	96,7	25,80	1,97	0,68	0,19
	0,12	98,3	96,0	26,02	2,15	0,91	0,17
	016	97,5	93,9	25,05	2,11	1,42	0,20
	0,20	97,0	92,2	25,19	2,27	1,97	0,16
30	0,00	~99,0	91,5	25,36	2,30	2,01	0,32
	0,05	~98,5	92,1	26,00	3,08	2,04	0,23
	0,10	~96,5	95,7	26,95	2,59	1,00	0,22
	0,10	~97,0	95,1	26,72	3,07	1,21	0,20
	0,20	~94,5	92,7	25,94	3,04	1,92	0,16

Beispiel 9
Eine Optimierungsuntersuchung wurde für frische Base mit Peroxid durchgeführt, um die Auswirkung der Basenqualität zu untersuchen. Das Verfahren war Beispiel 3 für 5 und 20 Gew.-% mit einer Zufuhr an Base mit 25 Gew.-% von 126,89 g und Beispiel 10 für 35 Gew.-% ähnlich. Wie aus 2 und Tabelle 9 hervorgeht, ergab frische Base im Vergleich zu zurückgeführter Base flachere und breitere Optimierungskurven. Darüber hinaus variierten das optimale Stoffmengenverhältnis und der effektive Bereich mit der Konzentration, die maximale Selektivität war im Vergleich zu zurückgeführter Base niedriger, und die Selektivität nahm zu, nachdem das anfängliche Optimum durchlaufen war. Der Anstieg ist auf die höhere Wasserzufuhr mit einem steigenden Stoffmengenverhältnis zurückzuführen, der mit 35 Gew.-% Peroxid nicht auftrat, bei dem am wenigsten Wasser zugegeben wurde. Die Selektivität stieg an, weil Wasser die Oxidation des Meisenheimer-Komplexes durch Nitrobenzol hemmt, so dass mehr durch Peroxid oxidiert wird.

Die Ergebnisse zeigen, dass bei den Bedingungen, die in den Beispielen 8 und 9 angewandt wurden, Peroxid mit zurückgeführter Base effektiver ist. Darüber hinaus müssen die Salze in der zurückgeführten Base die Auswirkung von Wasser abschwächen, weil der Anstieg der Selektivität damit nicht erfolgte. Sogar so ist die Selektivitätserhöhung mit frischer Base wesentlich. Der wirksame Bereich für 35 Gew.-% Peroxid beträgt etwa 0,01–0,33, und wenn bei 20 Gew.-% Peroxid Wasser schneller entfernt wurde, lässt sich mittels der Kurve ein wirksamer Bereich von etwa 0,01–0,46 finden. Weil die Nitrobenzol-Zufuhrgeschwindigkeit sich bei einem kommerziellen Verfahren durchaus über 110 min erstrecken kann, könnte der effektive Bereich sich gut über 0,01–0,5 oder sogar noch etwas mehr erstrecken. Wie oben diskutiert ist, ergibt eine Erhöhung der Nitrobenzol-Zufuhrgeschwindigkeit mit frischer Base bessere Chargen, wodurch die Selektivität sich erhöht, und sie sollte schärfere Optimierungskurven ergeben. Somit variiert der effektive Bereich mit Variablen wie der Nitrobenzol-Zufuhrgeschwindigkeit und der Geschwindigkeit der Entfernung von Wasser, wobei ein effektiver Bereich von etwa 0,01–0,6 aber alle Möglichkeiten abdecken sollte. Die Ergebnisse mit frischer Base sollten auch auf zurückgeführte Base anwendbar sein, die mittels Elektrolyse, wie in WO 2002 034372 beschrieben ist, oder durch ein beliebiges anderes Verfahren zurückgewonnen wurde. Fig. 2: Optimierung der molaren Zufuhr von H₂O₂ für frische Base

Tabelle 9: Optimierung der molaren Zufuhr von Peroxid mit frischer Base

Peroxid-Stärke	Stoffmengenverhältnis H₂O₂/NB	Umsatz %	Selekt. %	Zusammensetzung der Charge (Gew.-%)
Peroxid-Stärke	Stoffmengenverhältnis H₂O₂/NB	Umsatz %	Selekt. %	An	NB	4-NO	4-N	t-Azo	Phen
5 Gew.-%	0,00	100,0	91,6	44,7	0,00	25,1	2,10	1,85	0,42
	0,04	100,0	93,4	43,2	0,01	26,6	2,08	1,45	0,41
	0,08	100,0	94,2	41,4	0,00	26,7	1,92	1,27	0,35
	0,12	100,0	94,3	41,8	0,00	27,0	2,11	1,24	0,36
	0,16	100,0	94,4	39,7	0,00	27,6	2,37	1,28	0,35
	0,20	100,0	95,2	38,3	0,00	28,4	2,29	1,21	0,20
	0,30	99,9	96,2	37,6	0,00	27,1	2,63	0,88	0,19
20 Gew.-%	0,00	100,0	92,2	46,8	0,00	25,4	1,88	1,69	0,40
	0,10	100,0	95,1	45,7	0,00	25,6	2,10	0,94	0,36
	0,15	100,0	95,9	45,6	0,00	26,6	2,20	0,85	0,28
	0,20	99,9	96,0	44,2	0,02	27,0	2,13	0,84	0,27
	0,25	100,0	95,6	42,6	0,00	27,5	2,55	1,05	0,22
	0,30	100,0	95,0	43,2	0,00	27,1	2,62	1,20	0,22
	0,40	98,9	95,2	43,0	0,20	26,1	2,56	1,11	0,20
35 Gew.-%	0,00	100,0	92,8	46,7	0,00	25,5	1,73	1,55	0,38
	0,00	100,0	92,7	46,5	0,00	25,4	1,95	1,56	0,41
	0,10	100,0	94,8	45,6	0,00	25,8	2,02	1,05	0,35
	0,15	100,0	95,3	45,4	0,00	26,6	1,95	1,00	0,28
	0,20	99,9	95,0	44,9	0,02	26,4	2,07	1,11	0,26
	0,30	100,0	93,4	43,9	0,00	26,4	2,43	1,63	0,23
	0,40	99,6	92,4	43,2	0,08	26,0	2,56	1,95	0,20
	0,50	98,8	91,4	41,8	0,21	25,8	2,67	1,28	0,17

BEISPIEL 10
Dieses Beispiel veranschaulicht weiter die Auswirkung der Nitrobenzol-Zufuhrdauer und der Basenqualität auf die Selektivität. Das Verfahren war Beispiel 3 ähnlich, außer, dass frische Base, 87,36 g vorkonzentrierte Base (36 Gew.-%) verwendet wurde und nur 18 ml Wasser nach der Zugabe von Anilin entfernt wurden. Alle Chargen wiesen ein Stoffmengenverhältnis H₂O₂/NB = 0,1 auf. Die Ergebnisse in Tabelle 10 zeigen, dass frische Base ohne Peroxid unabhängig von der Nitrobenzol-Zufuhrdauer eine höhere Selektivität als zurückgeführte Base ergab. Die Situation änderte sich jedoch signifikant, wenn Peroxid verwendet wurde. Mit Peroxid ergab zurückgeführte Base bei der längeren Nitrobenzol-Zufuhrdauer eine höhere Selektivität als frische Base, bei der kürzeren Zufuhrdauer jedoch eine äquivalente Selektivität.

Diese Ergebnisse können teilweise durch den Effekt der Nitrobenzol-Zufuhrdauer und der Basenqualität auf die Wasserkonzentration in der Charge erklärt werden. Beispielsweise erhöhen die Salze, die in der zurückgeführten Base gelöst sind, den Siedepunkt, so dass bei einer konstanten Reaktionstemperatur und einem konstanten Druck Chargen mit zurückgeführter Base nasser als Chargen mit frischer Base sind. Frische Base hat jedoch eine höhere Konzentration an TMAH, die mittels Titration bestimmt ist, als zurückgeführte Base. Zurückgeführte Base enthält TMA₂CO₃ als stärkste Verunreinigung, und das erste Äquivalent von TMA₂CO₃ wird als TMAH titriert. Beispielsweise enthalten 25 Gew.-% einer zurückgeführten Base mit 10 Gew.-% TMA₂CO₃ tatsächlich nur 20,6 Gew.-% TMAH. Weil TMA₂CO₃ eine weniger wirksame Base für die Kopplungsreaktion als TMAH ist, ergab die frische Base eine bessere Reaktivität. Ohne Peroxid erläutert die bessere Reaktivität die höhere Selektivität mit frischer Base statt der trockeneren Bedingungen. Somit ist ohne Peroxid die äquivalente bis höhere Selektivität für zurückgeführte Base überraschend, insbesondere, weil die tatsächlich verwendete zurückgeführte Base nur 24,4 Gew.-% enthielt, wie mittels Titration bestimmt wurde. Peroxid kann die Unwirksamkeit aufgrund einer niedrigen TMAH-Konzentration und in zurückgeführter Base gelösten Salzen beseitigen. Tabelle 10: Auswirkung von Peroxid bei schwankender Basenqualität

Druck, Torr	95	65–70	65	65–70	65–70
Zielwert der NB-Zufuhrdauer (min)	75–80	75–80	105–110	75–80	110–130
Peroxid (5 Gew.-%)	Ja	Ja	Ja	Nein	Nein
Basenqualität	Selektivität (%)
Zurückgeführte	96,1	96,4	96,5	92,8	89,8
Frische	96,4	97,2	94,2*	94,0	91,8
Druck, Torr	95	65–70	65	65–70	65–70

* Mittelwert der Stoffmengenverhältnisse 0,08 und 0,12 aus Tabelle 9; Beginn mit 25 Gew.-% TMAH

BEISPIEL 11
In U.S. 5,117,063 und verwandten Patenten ist berichtet worden, dass die Menge an Wasser, die während der Kopplungsreaktion vorhanden ist, eine nachhaltige Auswirkung auf das Stoffmengenverhältnis (p-NDPA + 4-NDPA)/(2-NDPA + Phenazin) hat. Die Daten in Beispiel 4 deuteten darauf hin, dass mit Peroxid zugegebenes Wasser eine geringere Auswirkung auf die erzeugte Phenazinmenge hat (wobei die Bildung von 2-NDPA überhaupt nicht beobachtet wurde). Dies ist in den 3 und 4 weiter veranschaulicht. Die Daten in 3 (aus Beispiel 6) zeigen, dass die Phenazin-Konzentration bei einer Erhöhung der Peroxid-Konzentration um das Siebenfache trotz einer 16-fachen Abnahme der Wassermenge des mit dem Peroxid zugegebenen Wassers nur leicht anstieg. Die Daten in 4 (aus Beispiel 8) zeigen, dass die Phenazin-Konzentration signifikant abnahm, wenn das H₂O₂/NB-Stoffmengenverhältnis erhöht wurde. Die Phenazin-Konzentration war jedoch trotz einer um das achtfache höheren Wassermenge, die mit 5 Gew.-% im Vergleich zu 30 Gew.-% Peroxid zugegeben wurde, im Wesentlichen von der Peroxid-Konzentration unabhängig. Die Tatsache, dass zugegebenes Wasser eine geringe Auswirkung auf eine konstante Zugabe von Peroxid hatte, deutet darauf hin, dass eine Peroxid-Zugabe einen größeren Einfluss als eine Wasserzugabe hat. Dies ist ein zusätzlicher Beleg dafür, dass Peroxid das System der Kupplungsreaktion dahingehend modifiziert hat, dass Nebenreaktionen minimiert werden. Fig. 3: Auswirkung der Peroxid-Konzentration auf die Phenazin-Konzentration
Fig. 4: Auswirkung von Peroxid auf die Phenazin-Konzentration
BEISPIEL 12
Dieses Beispiel veranschaulicht, dass eine partielle Zufuhr von Peroxid die Effizienz des Peroxids erhöhen kann. Die Vorrichtung ist dieselbe wie für Beispiel 2, und das Grundverfahren ist dasselbe. 432,85 g einer zurückgeführten Base mit 24,4 Gew.-% werden zugegeben, es wird mit Rühren bei 150 U./min begonnen, und dann wird erwärmt, um 92 ml Wasser bei 65 Torr abzudestillieren. 301,50 g Anilin werden zugegeben, und Wasser und Anilin werden bei 65 Torr abdestilliert, während die Zugabe von weiterem Anilin fortgesetzt wird. Wenn 164 ml Wasser plus Anilin entfernt sind, wird mit der Zugabe von 123,11 g Nitrobenzol in dem in Tabelle 11 aufgeführten Zeitraum begonnen, wobei die Zugabe von weiterem Anilin und das Abdestillieren von Wasser und Anilin fortgesetzt werden. Die zugegebene Anilinmenge während des Trocknens und der Reaktion beträgt 180,90 g. Wässrige Peroxid-Lösung wird gleichzeitig mit Nitrobenzol in den in Tabelle 11 aufgeführten Zeiträumen zugegeben. Die Reaktionsbedingungen sind 80°C und 65 Torr. Nach Abschluss der Zugabe von Nitrobenzol wird 30 min lang bei 60 Torr gehalten und dann mit 50 ml Wasser gequencht.

Die Läufe 1 und 2 in Tabelle 11 zeigen, dass es möglich ist, eine etwas höhere Selektivität zu erhalten, wenn Peroxid nur teilweise während der Nitrobenzol-Zufuhrdauer zugegeben wird. Die Vorteile daraus könnten entweder in einer erhöhten Selektivität oder einer verminderten Peroxid-Zugabemenge (und somit geringeren Kosten) für dieselbe Selektivität bestehen. Zum Beispiel zeigen die Durchgänge 3 und 4 nur einen kleinen Abfall der Selektivität (0,37%) bei einer Verminderung der zugegebenen Peroxid-Menge von 25% durch die Verwendung einer partiellen Zugabe. Tabelle 11: Vergleich einer vollständigen und einer partiellen Peroxid-Zugabe

Durchgang Nr.	1	2	3	4
Profil der H₂O₂-Zugabe	Vollständig	Partial	Partial	Vollständig
H₂O₂-Zugabe, % der NB-Zufuhrdauer	99	61	78	100
H₂O₂-Konzentration, Gew.-%	15,0	15,0	22,5	22,5*
Stoffmengenverhältnis H₂O₂/NB, insgesamt	0,04	0,04	0,06	0,08
Stoffmengenverhältnis H₂O₂/NB, während der Zugabe	0,04	0,066	0,077	0,08
NB-Zufuhrdauern, min	107	109	110	107
Beginn der H₂O₂-Zugabe, min	0	21	11	0
Ende der H₂O₂-Zugabe, min	106	87	97	107
Umsatz, %	99,12	98,71	97,80	97,55
Selektivität, %	94,12	94,74	96,33	96,70

* Mittelwert von praktisch identischen Ergebnissen für 15% und 30% Peroxid; dies ist mit Beispiel 5 konsistent, wie das gleiche Ergebniss für 20 bis 30% Peroxid zeigt.

BEISPIEL 13
Dieses Beispiel vergleicht die Auswirkung der Basenqualität mit einer partiellen Zugabe des Peroxids. Die Vorrichtung ist dieselbe wie in Beispiel 2, und das Grundverfahren ist ähnlich. Der Hauptunterschied besteht darin, dass der Beginn der Peroxid-Zugabe um etwa 5 min verzögert wurde und sie etwa 10 min vor der Nitrobenzol-Zufuhr endete, die einen Zielwert von 105 min hatte. Peroxid wurde als wässrige Lösung mit 24,3 Gew.-% zugegeben, wobei H₂O₂/NB = 0,064-molar war. Die Ergebnisse in Tabelle 12 deuten darauf hin, dass unter den Bedingungen des Experiments aus der Anlage zurückgeführte Base, frische Base und Base, die mittels Elektrolyse aus zurückgeführter Base aus der Anlage gewonnen wurde, äquivalente Ergebnisse ergaben. Dies zeigt, dass zurückgewonnene Base entweder allein oder in Kombination mit zurückgeführter und/oder frischer Base zur Verwendung mit Peroxid geeignet ist. Es zeigt weiterhin, dass Peroxid den Vorteil ausgleicht, der sich durch die Verwendung von frischer Base ohne Peroxid ergibt. Tabelle 12: Vergleich von Basentypen

Basentyp Untersuchung der Base (Gew.-%) Selektivität (%)

Aus der Anlage zurückgeführt 24,4 96,04

Frisch 25,0 96,20

Mittels Elektrolyse zurückgewonnen 20,2 96,16
BEISPIEL 14

Dieses Beispiel veranschaulicht, dass ein guter Kontakt von Peroxid mit dem Meisenheimer-Komplex für eine optimale Selektivität wesentlich ist. In Tabelle 13 wird die Zufuhr von Peroxid im Labor mittels einer Schlauchpumpe im Vergleich zu einer Kolbenpumpe, die Peroxid in Inkrementen von 20 μl fördert, verglichen. Das Verfahren war demjenigen von Beispiel 2 ähnlich, außer, dass bei den Durchgängen mit einem niedrigeren Stoffmengenverhältnis die Peroxid-Zufuhr 5 min später begonnen und 10 min früher als diejenige von Nitrobenzol beendet wurde. Die Daten in Tabelle 13 zeigen, dass die Schlauchpumpe eine unregelmäßigere und niedrigere Selektivität als die Kolbenpumpe ergab. Beispiel 12 zeigt, dass der Vergleich der beiden Stoffmengenverhältnisse mit einer partiellen im Vergleich zu einer vollständigen Zufuhr gültig ist. Die kleinen volumetrischen Zuflüsse der Kolbenpumpe stellen sicher, dass das Peroxid für einen innigen Kontakt mit dem Meisenheimer-Komplex schnell verteilt wird. Die größeren Portionen der Peroxid-Zufuhr aus der Schlauchpumpe ergaben eine schlechtere Verteilung, welche die Wirksamkeit der Peroxid-Wechselwirkung verminderte, was zu einer niedrigeren Selektivität führte. Eine gute Dispersion ist bei höheren Peroxid- Konzentrationen aufgrund eines örtlichen höheren Stoffmengenverhältnisses des Peroxids (in einem Peroxidtropfen) zur Reaktionsmasse besonders wichtig. Dies stützt die Notwendigkeit, Peroxid an der Stelle der höchsten Konzentration des Meisenheimer-Komplexes einzuführen. Tabelle 13: Vergleich von Peroxidpumpen zur Dispersion

H₂O₂-Pumpe	Anzahl der Durchgänge	H₂O₂-Konzentration (Gew.-%)	H₂O₂/NB, molar	Selektivität (%)
Schlauch	1	24,3	0,064	96,05
Kolben	2	24,3	0,064	95,82–96,09
Schlauch	3	35,0	0,10	93,61–94,36
Kolben	2	35,0	0,064	96,07–96,39

BEISPIEL 15
Dieses Beispiel veranschaulicht die Eignung einer wässrigen Lösung mit 50 Gew.-% Wasserstoffperoxid zum Koppeln von Anilin mit Nitrobenzol in Gegenwart einer starken organischen Base. Es wurde das Verfahren von Beispiel 13 befolgt, außer, dass eine wässrige Lösung mit 50 Gew.-% Wasserstoffperoxid verwendet wurde. Die Peroxid-Lösung wurde sorgfältig unter Handsteuerung der Schlauchpumpe unterhalb der Oberfläche in den Reaktor eingeführt, um eine möglichst konstante Zugabe zu erhalten, wobei die kleine zuzuführende Materialmenge (4,35 g) berücksichtigt wurde. Es wurde eine Selektivität von 95,56% erhalten, was nur wenig niedriger als die Selektivitäten bei niedrigeren Peroxid-Konzentrationen ist. Die Ergebnisse von Beispiel 14 zeigen, dass, wenn eine kleine Kolbenpumpe für die Experimente verfügbar gewesen wäre, 50 Gew.-% Peroxid am wahrscheinlichsten eine Selektivität ergeben hätten, die mit denjenigen der niedrigeren Konzentrationen identisch war. Die Schlussfolgerung besteht in jedem Fall darin, dass 50 Gew.-% eine geeignete Konzentration für Wasserstoffperoxid sind.
Vergleichsbeispiel 1

Dieses Beispiel veranschaulicht, dass Wasserstoffperoxid gegenüber Luft als Oxidans zum Koppeln von Anilin mit Nitrobenzol in Gegenwart einer starken organischen Base überlegen ist. Mehrere Kopplungschargen wurden mit einem Verfahren hergestellt, das demjenigen von Beispiel 1 ähnlich ist, wobei Luft bei verschiedenen Strömungsgeschwindigkeiten als Oxidans verwendet wurde. Die Ergebnisse in Tabelle 14 zeigen, dass Luft als Oxidans unpraktisch ist, weil die Strömungsgeschwindigkeiten, die für eine signifikante Erhöhung der Selektivität erforderlich wären, einen typischen Anlagenkühler überlasten würden. Darüber hinaus ist die höchste erhaltene Selektivität deutlich niedriger als die Selektivitäten, die mit Peroxid über einen Bereich von Bedingungen erhalten wurden. Tabelle 14: Auswirkung von Luft auf die Selektivität

Luftstrom, bezogen auf eine Gesamtmasse von 700 g in einer Laborcharge im 1-l-Maßstab			Selektivität (%)
Lufteinlass	Labor-Luftstrom (ml/min)	Anlagenäquivalent (Nm³/h)	Selektivität (%)
Ohne Luft (3 Chargen)	0,0	0,0	93,0–93,1
Unterhalb der Oberfläche	2,6	20	93,1
Unterhalb der Oberfläche	14,2	110	93,5
Kopfraum	14,2	110	93,9
Unterhalb der Oberfläche	58,4	450	94,0
Typische Strömungsgeschwindigkeit für die Kühlerkonstruktion:		18

VERGLEICHSBEISPIEL 2
In diesem Beispiel wird die Auswirkung von Peroxid mit einer starken anorganischen Base und einem Phasentransferkatalysator (PTC) mittels des folgenden Verfahrens untersucht. Anilin (99%, 22,58 g, 240 mmol), Nitrobenzol (99%, 4,97 g, 40 mmol), Wasserstoffperoxid (50 Gew.-%, wässrig, Angabe der Stoffmenge unten in 5), Wasser (Wasser wird so zugegeben, dass das gesamte Wasser konstant auf 2,16 g gehalten wird), Kaliumhydroxid (86%iges gemahlenes Pulver, 7,83 g, 120 mmol) und Tetramethylammoniumchlorid (97%, 4,52 g, 40 mmol) wurden in einen 50-ml-Rundkolben gegeben, der mit einem Magnetrührer ausgestattet war. Peroxid wurde zur Reaktionsmischung gegeben, bevor KOH und TMACI zugegeben wurden. Dann wurde der Kolben schnell verschlossen, und die Reaktion wurde 1 h lang bei 60°C ablaufen gelassen. In diesem Beispiel wurden Azoxybenzol und 2-NDPA als Nebenprodukte der Reaktion erhalten, die mit TMAH nicht erhalten wurden. Daher sind diese Nebenprodukte bei der Berechnung der Selektivität eingeschlossen. Fig. 5: Wirkung von Peroxid mit einer anorganischen Base
5 zeigt, dass die Selektivität bei einer starken anorganischen Base und einem Phasentransferkatalysator stetig ansteigt, wenn das Stoffmengenverhältnis von Peroxid/NB von null bis eins erhöht wird. Mit einer starken organischen Base, d. h. TMAH, wurden optimale Stoffmengenverhältnisse sowohl mit frischer als auch mit zurückgeführter Base erhalten. Es ist unerwartet, dass ein optimales Stoffmengenverhältnis mit einer starken organischen Base, aber nicht mit einer starken anorganischen Base und einem Phasentransferkatalysator erhalten wird, der dieselbe starke Base in situ erzeugt. Darüber hinaus ergab das anorganische System Konzentrationen von 2-NDPA + Azoxybenzol von 1,1% bis 2,4%, während diese Stoffe mit TMAH nicht gebildet wurden. Wiederum ist es überraschend, dass diese Nebenprodukte mit einer starken anorganischen Base, aber nicht mit einer starken organischen Base gebildet werden.

Claims

Verfahren zur Herstellung von 4-Aminodiphenylamin, umfassend die Schritte des: a) Umsetzens eines Anilins oder eines Derivats davon und Nitrobenzol in einer begrenzten Zone in Gegenwart einer Mischung, die eine Base und ein Wasserstoffperoxid umfassendes Oxidans in einer Menge von 0,01 bis 0,60 mol Wasserstoffperoxid pro Mol Nitrobenzol umfasst, wodurch wenigstens eine 4-Aminodiphenylamin-Zwischenstufe erhalten wird, wobei das Oxidans und Nitrobenzol gleichzeitig in die begrenzte Zone eingeführt und Wasser und Anilin abgekocht werden, und b) Reduzierens der Zwischenstufe zu 4-Aminodiphenylamin und c) gegebenenfalls der reduktiven Alkylierung von 4-Aminodiphenylamin zu einem alkylierten Derivat des 4-Aminodiphenylamins.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Base von den Produkten von Schritt b) abgetrennt und entweder allein oder in Kombination mit frischer Base zu Schritt a) zurückgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Base ein quaternäres Ammoniumsalz ist, das von den Produkten von Schritt b) getrennt und gereinigt wird, um wenigstens einen Teil der Verunreinigungen des quaternären Ammoniumsalzes, die in diesem Schritt gebildet werden, zu entfernen, und zu Schritt a) zurückgeführt wird, zur Verwendung als einzige Base oder in Kombination mit ungereinigter Rücklaufbase und/oder um Mengen an frischer Base zu ergänzen.
Verfahren zur Herstellung einer 4-Aminodiphenylamin-Zwischenstufe, umfassend den Schritt der Umsetzung eines Anilins oder eines Derivats davon und Nitrobenzol in einer begrenzten Zone in Gegenwart einer Mischung, die eine Base und ein Wasserstoffperoxid umfassendes Oxidans in einer Menge von 0,01 bis 0,60 mol Wasserstoffperoxid pro Mol Nitrobenzol umfasst.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei die zurückgeführte Base von Anspruch 2 als einzige Base oder als Base in Kombination mit Ergänzungsmengen an frischer Base verwendet wird oder wobei die zurückgeführte Base von Anspruch 3 als einzige Base oder als Base in Kombination mit ungereinigter Rücklaufbase und/oder Ergänzungsmengen an frischer Base verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Base ein quaternäres Ammoniumsalz ist, das aus dem Hydroxid, Alkoxid, Acetat, Carbonat, Hydrogencarbonat, Cyanid, Phenolat, Phosphat, Hydrogenphosphat, Hypochlorit, Borat, Hydrogenborat, Dihydrogenborat, Sulfid, Silicat, Hydrogensilicat, Dihydrogensilicat oder Trihydrogensilicat wenigstens einer der Verbindungen Tetramethylammonium, Tetrabutylammonium, Methyltributylammonium, Benzyltrimethylammonium, Tricaprylmethylammonium, Cetyltrimethylammonium und Cholin ausgewählt ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Hydrogenperoxid als wässrige Lösung zugeführt wird, die 3 Gew.-% bis 50 Gew.-% Wasserstoffperoxid, vorzugsweise 3 Gew.-% bis 7 Gew.-% in einer – Menge von 0,01 bis 0,5 mol, 15 Gew.-% bis 25 Gew.-% Wasserstoffperoxid in einer Menge von 0,01 bis 0,45 mol oder 25 Gew.-% bis 40 Gew.-% in einer Menge von 0,01 bis 0,35 mol Wasserstoffperoxid pro Mol Nitrobenzol umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Reaktionstemperatur 20°C bis 125°C, vorzugsweise 65°C bis 95°C beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Einführung des Oxidans in die begrenzte Zone nach dem Beginn der Einführung von Nitrobenzol in die begrenzte Zone beginnt und/oder während der Einführung von Nitrobenzol die Einführung des Oxidans abgeschlossen ist, bevor die Einführung von Nitrobenzol abgeschlossen ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der Einlasspunkt des Oxidans in die begrenzte Zone sich am Einlasspunkt für Nitrobenzol oder nahe daran befindet.