DE68919254T2 - Verfahren zur Bromierung von Alkylarenen. - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Bromierung von Alkylsubstituenten von Arenen und insbesondere auf ein Verfahren zur selektiven Monobromierung von solchen substituierten Arenen und besonders von denjenigen, die zusätzlich einen desaktivierenden Substituenten enthalten.
• Die Erfinder haben erkannt, daß es möglich ist, einen Alkylsubstituenten, und insbesondere Nethyl, eines Arens am alpha-Kohlenstoffatom zu bromieren, indem das Substrat mit Brom in Berührung gebracht wird, während das Gemisch einer Bestrahlung ausgesetzt wird, die freie Bromradikale erzeugen kann.
• Desweiteren haben sie erkannt, daß am Alkylsubstituenten eine Bromsubstitution stattfinden kann, obwohl um den Arenkern verschiedene andere Substituenten vorliegen, wie z. B. Nitrogruppen, welche das Substrat hinsichtlich verschiedener Substitutionsreaktionen desaktivieren können, so daß demgemäß erwartet werden könnte, daß strengere Bedingungen erforderlich sein würden. Zum Beispiel lehrt die französische Patentanmeldung Nr. 2 370 017 das Bestrahlen von molekularem Brom in Gegenwart einer starken Base, und die britische Patentanmeldung Nr. 2 004 887 lehrt das Bestrahlen von Chlor und einem Metallbromid in Gegenwart eines Alkali. Die Verwendung solch strenger Bedingungen bedeutet, daß das Risiko, daß eine Mehrzahl von Bromsubstitutionen in einem wesentlichen Ausmaß auftreten können, trotz der Gegenwart eines desaktivierenden Substituenten bestehen bleibt, und natürlich kann auch in Abwesenheit eines desaktivierenden Substituenten ein ähnliches Risiko der mehrfachen Bromierung verbleiben.
• Bei der Bestimmung, welche Bedingungen dazu geeignet sind, ausprobiert zu werden, um die monobromierte Verbindung selektiv zu erhalten, muß ein weiterer Faktor in Betracht gezogen werden, und dieser Faktor ist die Konkurrenz, die von ionischen Reaktionen erwartet werden könnte. Diese Reaktionen würden die Substitution von Arenwasserstoffatomen bewirken und es wäre von ihnen zu erwarten, daß sie mit der Erhöhung der Bromkonzentration an Bedeutung gewinnen. Wenn strengere Bedingungen für eine Reaktion benötigt werden, ist die Erhöhung der Konzentration von Reagenzien natürlich eine Technik, die augenscheinlich ist.
• Es hat im DD-Patent 130 416 vom VEB Arzneimittelwerk Dresden eine Offenbarung gegeben, daß die Bromierung von o-Nitrotoluol durchgeführt werden kann, indem zunächst das Substrat (0,8 Mol) mit Brom (0,36 Mol) in Berührung gebracht wird, das Gemisch mit einer Infrarotlampe, die Wärme und Licht liefert, bestrahlt wird und, wenn das gesamte Brom aufgebraucht worden ist, durch allmähliche Zuspeisung von Wasserstoffperoxid (0,36 Mol) weiteres Brom in situ erzeugt wird, um das Bromierungsverfahren fortzuführen. Theoretisch könnte ein solches Verfahren in Abwesenheit von irgendwelchen Konkurrenzreaktionen zur Bildung von 0,72 Mol monobromiertem Substrat führen. Die Reaktionen wurden in einer Lösung in Kohlenstofftetrachlorid bei einer Rückflußtemperatur von etwa 80ºC durchgeführt. Die Ausbeute an Bromierungserzeugnis betrug 67%, basierend auf dem verwendeten Brom und berechnet als das Monobromerzeugnis, was etwa 0,48 Mol entspricht. Es kann demgemäß gefolgert werden, daß die Selektivität der Reaktion nicht sehr gut war, was annehmen läßt, daß andere und konkurrierende Reaktionen in einem sehr erheblichen Ausmaß auftraten, was zum Beispiel zur Erzeugung des entsprechenden dibromierten Erzeugnisses führte.
• Die bromierten Reaktionsprodukte sind oft nicht das Endprodukt sondern Zwischenprodukte bei der Herstellung von den entsprechenden Alkoholen oder möglicherweise Aldehyden oder Carbonsäuren. Es wäre sehr wünschenswert, das monosubstituierte Erzeugnis noch selektiver zu erzeugen, um nachfolgende Verfahrensschritte zu erleichtern und alternativ oder zusätzlich den teuren Verbrauch von Reagenzien durch jedwede nicht gewünschte Nebenreaktionen zu verringern. Es wird erkannt werden, daß dieser letzte Punkt von erhebLicher Bedeutung ist, wenn der entsprechende Alkohol das Endprodukt ist, da seine direkte Herstellung nur von einem monobromierten und nicht von einem dibromierten Zwischenprodukt aus zweckmäßig ist.
• Im Laufe der Untersuchungen, die schließlich zur vorliegenden Erfindung führten, ist gefunden worden, daß eine Umwandlung von etwa 75% des desaktivierten Substrats erreicht werden konnte, wobei Molverhältnisse von Substrat in einem organischen Lösungsmittel zu Wasserstoffbromid bzw. zu Wasserstoffperoxid von 1:1:1,1 unter photolytischen Bedingungen verwendet wurden, und dies ergab fast 70% monobromiertes Erzeugnis. Das Ausmaß der Umwandlung des Substrats konnte erhöht werden, indem das Molverhältnis von entweder Bromid oder Wasserstoffperoxid oder beiden zu dem Substrat erhöht wurde; dies führte jedoch in jedem untersuchten Fall zu einer wesentlichen Beeinträchtigung der Selektivität der Reaktion in Bezug auf das monobromierte Erzeugnis. Ein Verständnis der Beschränkungen des Verfahrens wurde desweiteren durch die Ergebnisse eines Versuchs unter Verwendung eines molaren Überschusses an Bromid und eines 10%igen molaren Überschusses an Wasserstoffperoxid unter ansonsten den gleichen Verfahrensbedingungen, außer daß kein Lösungsmittel verwendet wurde, erschwert. In diesem Versuch fiel das Ausmaß der Umwandlung sehr stark auf unter 20% des Substrats ab, wenn auch eine etwa 90%ige Selektivität zu der monobromierten Verbindung vorhanden war. Zum Vergleich dazu wurde in Gegenwart eines Lösungsmittels eine über 90%ige Umwandlung des Substrats erreicht, jedoch nur eine Selektivität unter 80%. Daraus kann gefolgert werden, daß eine Beeinträchtigung der Selektivität das Ergebnis von Variationen ist, die die Umwandlung des Substrats verbessern, und daß eine Beeinträchtigung der Umwandlung in Variationen auftreten kann, in denen die Selektivität hoch bleibt.
• Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Verfahrensbedingungen zu definieren, in denen einem der vorgenannten Probleme begegnet wird, das heißt, daß entweder das Problem der Beeinträchtigung der Selektivität bei Erhöhung der Umwandlung des Substrats oder jeines der Beeinträchtigung der Umwandlung, wenn kein Verdünnungs-/Lösungsmittel eingesetzt wird, angegangen wird, und in manchen Ausführungsformen ist es eine weitere Aufgabe der Erfindung, beide dieser Probleme zu meistern.
• Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Bromierung eines Alkylarensubstrats vorgesehen, bei dem ein Zwei-Phasen-Reaktionsgemisch, umfassend eine wässrige Phase und eine organische Phase, eingesetzt wird, in welchem Verfahren das Substrat die organische Phase bildet, die gegebenenfalls auch ein im wesentlichen nicht reaktives organisches Lösungsmittel enthält, und die wässrige Phase Wasserstoffbromid enthält, wobei in das Reaktionsgemisch über einen Zeitraum von mindestens 10 Minuten Wasserstoffperoxid eingespeist wird und das Molverhältnis von Wasserstoffperoxid zu dem Substrat im Bereich von 0,1:1 bis 0,4:1 ausgewählt wird, während das Molverhältnis von Wasserstoffperoxid zu Wasserstoffbromid im Bereich von 1:1,2 bis 1:2 ausgewählt wird, wobei das Reaktionsgemisch auf einer Temperatur von 20 bis 80ºC gehalten und mit einem Licht bestrahlt wird, dessen Frequenz ausreichend hoch ist, damit das Brom über einen Reaktionszeitraum von mindestens 1 Stunde in freie Radikale dissoziieren kann.
• Durch die Verwendung von Reaktionsbedingungen gemäß der vorliegenden Erfindung wird in einem gewissen Ausmaß in dem Verfahren ein verbessertes Gleichgewicht zwischen den sich widersprechenden Anforderungen heftiger Reaktionsbedingungen mit der Absicht, ein gutes oder besseres Ausmaß an Reaktion, d. h. Umwandlung, zu erhalten, und der ständigen Notwendigkeit, in einem annehmbaren Ausmaß eine hohe Selektivität zum monobromierten Substrat zu erhalten, erreicht.
• Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere geeignet für die Bromierung am alpha-Kohlenstoffatom eines Alkylsubstituenten von Benzol, welches auch durch mindestens einen desaktivierenden Substituenten, wie z. B. Cyano-, Sulpho- und insbesondere Nitrosubstituenten, substituiert ist, oder welches durch eine Fluor-, Chlor-, Brom- oder Iodgruppe substituiert ist. Der Substituent, der nicht Alkyl ist, kann sich in irgendeiner Position um den Benzolkern relativ zum Alkylsubstituenten angeordnet befinden, einschließlich insbesondere der ortho-Position. Als Alkylsubstituent ist insbesondere Methyl geeignet. Somit wird die vorliegende Erfindung hier unter besonderer Bezugnahme auf die Bromierung von ortho-Nitrotoluol beschrieben, aber die Bedingungen können, nötigenfalls mit geeigneten Abänderungen, bei den entsprechenden Reaktionen eingesetzt werden, in denen die anderen substituierten Substrate verwendet werden.
• Eines der wichtigen charakteristischen Merkmale des vorliegenden erfindungsgemäßen Verfahrens besteht in den Molverhältnissen der eingesetzten Reaktionsteilnehmer. Die Erfinder fanden im Verlaufe der Forschung bei dieser Klasse von Reaktionen, daß das erhaltene Ausmaß an Bromierung eine Funktion der Menge an Brom ist, die in situ erzeugt wird. Sie erkannten, daß die Gesamtmenge an Brom, die erzeugt werden kann, von demjenigen der beiden Reaktionsteilnehmer Waserstoffperoxid und -bromid bestimmt wird, der in der geringeren molaren Menge vorliegt. Obwohl das stöchiometrische Verhältnis von H&sub2;O&sub2;:HBr für die Erzeugung von Brom 1:2 ist, setzt die anschließende Bromierung des Substrats ein Mod Bromid pro Mol bromiertem Substrat frei, welches mit jeglichem restlichen Wasserstoffperoxid zur Reaktion gebracht werden kann, um ein halbes Mol Brom zu regenerieren. Dieser Zyklus der Bromerzeugung, des Bromverbrauchs und der Regenerierung von Brom kann fortgesetzt werden, bis das gesamte Wasserstoffperoxid aufgebraucht worden ist oder bis das gesamte Bromid durch Substitution in das Substrat eingebaut worden ist, jenachdem, was zuerst eintritt. Somit haben sie erkannt, daß das Verhältnis von Bromid zu Wasserstoffperoxid innerhalb ziemlich weiter Grenzen variiert werden kann, während immer noch die gleiche molare Menge an Brom in situ erzeugt wird. Desweiteren haben sie erkannt, daß es dadurch ermöglicht wurde, daß das Molverhältnis von Brom zum Substrat bis zu einem gewissen Grad variiert werden kann, unabhängig vom Verhältnis der Reaktionsteilnehmer, die das Brom erzeugten.
• Es wurde gefunden, daß es bei der vorliegenden Erfindung vorzuziehen ist, in dem Reaktionsgemisch relativ zu dem Wasserstoffperoxid einen Minderbetrag an Bromid, d. h. ein Molverhältnis von Bromid zu Wasserstoffperoxid von unter 2:1 einzusetzen, der Minderbetrag darf jedoch nicht zu groß sein, wie etwa ein Verhältnis von mehr als 1,2:1, der angemessene Bereich liegt oft bei etwa 1,35:1 bis etwa 1,8:1. Durch Einsetzen eines solchen Molverhältnisses in Verbindung mit einem wesentlichen Überschuß an Substrat ist es möglich, ein verbessertes Ausmaß an Reaktion zu Monobromid mit einem hohen Grad an Selektivität zu erreichen.
• Die Reaktion kann entweder in Gegenwart eines organischen Lösungsmittels durchgeführt werden, welches nicht in einem bedeutenden Ausmaß weder mit Wasserstoffperoxid noch mit Brom reagiert, wie z. B. chlorierte Kohlenwasserstoffe, einschließlich insbesondere Kohlenstofftetrachlorid, Chloroform, Methylendichlorid, Ethylendichlorid, Tetrachlorethylen und Tetrachlorethan. Eine geeignete Menge solcher Lösungsmittel umfaßt bis zur dreifachen Menge des Substratvolumens, d. h. v/v, obwohl höhere Mengen an Lösungsmittel bei verringerter Raum-Zeit-Ausbeute verwendbar sind. Trotzdem kann die Reaktion zweckmäßigerweise in Abwesenheit irgendwelcher anderer Lösungsmittel durchgeführt werden. Bei dieser Vorgehensweise ist es möglich, eine verhältnismäßig hohe Ausbeute an bromiertem Erzeugnis zu erhalten. Es wird bevorzugt ein Molverhältnis von etwa 3:1 bis 5:1 von Substrat zu Wasserstoffperoxid einzusetzen. Dies bedeutet, daß am Ende der Reaktion ein bedeutender Überschuß von nicht zur Reaktion gebrachtem Substrat verbleibt, welches für die Verwendung in einer anschließenden Reaktion entweder nach der Abtrennung vom Reaktionserzeugnis als solches oder nachdem das letztere zu einem Derivat umgewandelt wurde, wie z. B. dem entsprechenden Alkohol, verfügbar ist.
• Die Temperatur ist in der Reaktion ein Faktor von ziemlicher Bedeutung. Es ist gefunden worden, daß bei einer Erhöhung der Temperatur die Geschwindigkeit und das Ausmaß der Umwandlung des Substrats dazu neigen, anzusteigen, sie führt jedoch auch zu einer bedeutend höheren Erzeugung von unerwünschten Nebenprodukten. Somit verringert eine Erhöhung der Temperatur die Selektivität der Reaktion, so daß nicht das gewünschte monobromierte Erzeugnis erhalten wird. Es ist gefunden worden, daß es durch Einsetzen der anderen Reaktionsbedingungen und insbesondere durch Kombinieren eines hohen Verhältnisses von Substrat zu Wasserstoffperoxid und eines niedrigen Verhältnisses von Bromid zu Wasserstoffperoxid möglich ist, den unerwünschten Effekt der erhöhten Temperatur zu verbessern oder zu mindern und dadurch eine hohe Selektivität zum monobromierten Erzeugnis zu ermöglichen, die sogar bei Temperaturen erreicht werden kann, die an der oberen Grenze des Bereichs der möglichen Temperaturen liegen, d. h. bei 50ºC oder mehr. Der am ehesten geeignete Temperaturbereich reicht von etwa 60 bis etwa 70ºC.
• Die Bestrahlung der Reaktion mit Licht hat die Dissoziierung von Brom in Bromradikale zur Aufgabe. Somit hat die effektive Strahlung eine Wellenlänge von nicht mehr als 600 nm. Ein bedeutender Teil nützlicher Strahlung ist von Lampen erhältlich, deren Hauptausstrahlungen im Bereich von 600 bis 250 nm liegen. Lampen, welche als Tageslichtlampen bezeichnet werden, wurden für die vorliegende Erfindung als besonders nützlich befunden, da der größere Teil ihrer Strahlung innerhalb des bevorzugten Wellenlängenbereichs ausgestrahlt wird. Geeignete Lampen werden oft als Hochdrucknatriumdampflampen (SON), Quecksilberröhrenlampen (MBF) und Wolfram- oder Wolframhalogenlampen bezeichnet. UV-Licht wird vorzugsweise ausgefiltert. Es wird erkannt werden, daß es eine Beziehung gibt zwischen effektiver Strahlungsintensität und der Reaktionsgeschwindigkeit und folglich auch der Reaktionszeit, je intensiver die Strahlung, desto höher ist die Geschwindigkeit und desto kürzer ist die Reaktionszeit, die nötig ist, um die gewünschte Erzeugung und Nutzung des Bromreaktionsteilnehmers zu erreichen.
• Es wird auch verstanden werden, daß der tatsächliche Aufbau des eingesetzten Gerätes erheblich zur Effektivität des Einsatzes der Strahlung beiträgt, wobei externe Faktoren mit eingeschlossen sind, wie z B. das Verhältnis vom Reaktionsvolumen zur beleuchteten Oberflächenausdehnung. Bestrahlungslampen können zum Beispiel über der Oberfläche des Reaktionsgemischs positioniert werden und/oder in das Gemisch eingetaucht werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Gefäßwand mit lichtdurchlässigen Fenstern versehen sein, durch die die Bestrahlung in das Reaktionsgemisch scheinen kann. Reflektoren können verwendet werden, um die Strahlungsverluste zu minimieren. Wir haben, nur zur Orientierung, im Labormaßstab gefunden, daß mit einer Tageslichtspektrumlampe mit einem Nennlichtstrom von 8500 Lumen, die in einem Abstand von etwa 20/25cm von dem Reaktionsgefäß entfernt aufgestellt wird, die Reaktion innerhalb eines Zeitraums von normalerweise etwa 2 bis etwa 3 Stunden nach Einspeisung des Wasserstoffperoxids vollständig abgeschlossen sein kann.
• Es ist von praktischer Bedeutung, interne Faktoren in Betracht zu ziehen, welche den Wirkungsgrad der Nutzung der eingesetzten Strahlung betreffen, wenn geeignetere Reaktionsgefäße für diese Reaktion entworfen werden. Diese Faktoren schließen das Verhältnis des Reaktionsvolumens zur beleuchteten Oberflächenausdehnung und die maximale effektive Pfadlänge der Strahlung im Reaktionsgemisch mit ein, welche selber in Wechselbeziehung mit den Konzentrationen der lichtabsorbierenden Substanzen im Gemisch steht. Die Wechselbeziehung zwischen den beiden Faktoren bestimmt den Teil des Reaktionsvolumens, welcher zu jeder Zeit effektiv beleuchtet ist. Wenn der Teil nicht mehr 100% des Volumens ausmacht, neigt die Reaktionszeit dazu, sich zu verlängern. Die tatsächliche Ausgestaltung des Reaktionsgefässes unterliegt der Kontrolle der Person, die das Verfahren durchführt, und vorzugsweise wird das Gerät so ausgewählt oder abgeändert, daß die Volumina des Reaktionsgemischs, die nicht direkt von der Bestrahlung durchdrungen werden, minimiert oder eliminiert werden, oder es wird vorzugsweise eine ergiebige Durchmischung des Reaktionsgemischs eingesetzt, damit die Wahrscheinlichkeit, daß das gesamte Reaktionsgemisch, welches Brom und Substrat enthält, häufig eine beleuchtete Zone des Reaktionsgefässes passiert, erhöht wird.
• Die gesamte Reaktionszeit für die Reaktion umfaßt für gewöhnlich zwei Teile, nämlich den Zeitraum der Einspeisung des Wasserstoffperoxids und zweitens den Zeitraum nach der Einspeisung. Das Verhältnis zwischen den beiden Teilen kann innerhalb eines weiten Bereichs variiert werden, es ist jedoch angemessen, eine Einspeisungszeit im Bereich von 10 bis 120 Minuten einzusetzen, während welcher Zeit Peroxid kontinuierlich oder sehr regelmäßig in geringen Mengen zugespeist wird, obwohl ein längerer Zeitraum der Einspeisung gewünschtenfalls verwendet werden kann, in welchem Fall der Zeitraum nach der Einspeisung für gewöhnlich entsprechend kürzer wäre. Die Kontrolle des Grades der Bromerzeugung, welche als ein direktes Ergebnis der progressiven Zuspeisung des Wasserstoffperoxids stattfindet, bedeutet, daß eine Kontrolle der Konzentration des Broms im Reaktionsgemisch bis zu Niveaus stattfindet, die wesentlich geringer sind als in dem Fall, in dem das ganze Brom als solches zugespeist würde. Folglich ist das erfindungsgemäße Verfahren in der Lage, ein beträchtliches Ausmaß der physikalischen Bromverluste zu vermeiden, welche ansonsten durch eine verlängerte Reaktionszeit bei erhöhten Temperaturen entstehen könnten, und außerdem eine übermäßige Verzögerung der Reaktion zu umgehen, die durch die Gegenwart der äquimolaren Menge an Brom pro Mol des Substrats im Reaktionsgemisch verursacht werden könnte, welche nötig wäre, um die Monobromverbindung zu erhalten. Die Reaktion wird normalerweise fortgesetzt bis das gesamte in situ erzeugte Brom verbraucht ist, was durch einen Farbverlust oder eine Änderung der Farbe des Reaktionsgemischs angezeigt wird. In vielen Fällen dauert die gesamte Reaktionszeit von 2 bis 8 Stunden, abhängig zumindest zum Teil von der eingesetzten Temperatur.
• Das Erzeugnis kann anschließend von dem überschüssigen Ausgangsmaterial und den Nebenprodukten abgetrennt werden, z. B. durch Entfernen des Lösungsmittels, wenn vorhanden, und zwar unter Vakuum, und durch Kristallisierungs- und/oder Umkristallisierungsverfahren. Als Alternative, wenigstens für einige Erzeugnisse, kann das monobromierte Erzeugnis weiter zur Reaktion gebracht werden, wie z. B. durch Hydrolyse zum entsprechenden Alkohol, bevor die Abtrennung und/oder die Reinigung des Erzeugnisses durchgeführt wird.
• Nachdem die Erfindung in allgemeinen Begriffen beschrieben worden ist, werden spezifische Ausführungsformen davon nun lediglich in Form von Beispielen genauer beschrieben.
Vergleiche CA bis CE und Beispiele 1 bis 4
• In diesen Vergleichen und Beispielen wurden das gleiche Gerät und das gleiche experimentelle Verfahren im gleichen Maßstab verwendet, wobei 1 Einheit der Reagenzien in der Tabelle 0,2 Mol darstellen und wobei die Hauptvariationen zwischen den Versuchsläufen die Verhältnisse der eingesetzten Reaktionsteilnehmer und die Anwesenheit oder die Abwesenheit eines nicht reaktiven organischen Verdünnungsmittels in dem Reaktionsmedium betreffen. Die relevanten Bedingungen für jede Variation werden in der Tabelle unten zusammengefaßt.
• Das Gerät umfaßte einen mehrhalsigen, 500ml fassenden Glaskolben, ausgerüstet mit Rührer, Thermometer, Rückflußkondensator und Einlaßöffnung für die Zuspeisung von Reagenzien, gehalten in einem Wasserbad, um die Temperaturkontrolle zu bewirken. Der Kolben wurde mit einer Tageslichtspektrumlampe erleuchtet, spezifisch eine Thorn Al/258 Lampe mit 24 Volt und 250 Watt und mit einem Nennlichtstrom von 8500 Lumen, die in einem Abstand von etwa 20cm von dem Kolben entfernt aufgestellt wurde.
• Das experimentelle Verfahren umfaßte das Einspeisen des gesamten ortho-Nitrotoluols, in der Tabelle als ONT bezeichnet, und des gesamten nicht reaktiven Verdünnungsmittels, 100ml Chloroform, falls es eingesetzt wurde, in den Kolben, das Einspeisen des gesamten Wasserstoffbromids als eine 62 gew%ige Lösung in Wasser, das Erhitzen des Gemischs auf die gewünschte Reaktionstemperatur von 60ºC und danach das allmähliche Einspeisen von wässrigem Wasserstoffperoxid in Form einer 65 gew%igen Lösung über einen Zeitraum von etwa 1 Stunde. Das Reaktionsgemisch wurde auf der Reaktionstemperatur gehalten und gut gerührt, bis die rote Farbe vom Brom, welches in situ durch die Reaktion zwischen dem Wasserstoffbromid und dem Wasserstoffperoxid erzeugt wurde, verschwand. Die gesamte Reaktionszeit betrug für gewöhnlich 2 bis 5 Stunden. Das Reaktionsgemisch wurde dann abgekühlt und die Beleuchtung abgeschaltet, um die Reaktion und die Nebenreaktionen zu stoppen, und eventuell vorliegende feste Erzeugnisse wurden abgetrennt.
• Das Gemisch wurde durch GLC analysiert, um das Ausmaß des Verbrauchs von ONT in Mol zu bestimmen, in der Tabelle als Verbr. ONT bezeichnet, und auch die Erzeugnisse wurden durch GLC analysiert, um die Ausbeute an dem gewünschten Erzeugnis ortho-Nitrobenzylbromid, in der Tabelle als Ausbeute Mono ausgedrückt, und die Nebenprodukte zu bestimmen. Wenn nur eine Einheit ONT vorlag, wie in den Vergleichen CA bis CD, ist die in der Selektivitätsspalte der Tabelle angegebene Ziffer das Verhältnis der zwei vorhergehenden Spalten, ausgedrückt als Prozentsatz. Im anschließenden Vergleich CE und den Beispielen, stellte das Substrat mindestens einen wesentlichen Teil der organischen Phase des Reaktionsmediums dar, und demgemäß riß die Abtrennung der festen Erzeugnisse physikalisch eine meßbare Menge an Substrat mit sich, welches nicht chemisch umgesetzt worden war und anschließend daraus gewonnen und abgetrennt werden konnte. Die angegebene numerische Zahl für den Verbrauch ist daher bedeutend größei als die Menge, die umgewandelt wurde. Demgemäß und um einen irreführenden schlechten Eindruck von diesen Verfahren zu vermeiden, steht vor den Ziffern für die Selektivität ein * und sie sind als das Verhältnis von monobromiertem Erzeugnis zu dem dibromierten Nebenerzeugnis ausgedrückt. Die Tabelle Molverhältnis Reakt.teiln. Lösungsmittel Verbr. ONT mol Ausbeute Mono Selekt. nicht bestimmt
• Aus der Tabelle ist ersichtlich, daß die Ausbeute an monobromiertem Erzeugnis in allen Vergleichen von CA bis CE stets bei etwa 0,14 Mol blieb, wenn nicht-reaktives Verdünnungsmittel, Chloroform, vorhanden war. Dies war der Fall, wenn etwa stöchiometrische Mengen an HBr, H&sub2;O&sub2; und ortho-Nitrotoluol verwendet wurden, oder wenn ein Überschuß an HBr oder an H&sub2;O&sub2; eingesetzt wurde, oder wenn ein ähnlicher Überschuß an ortho-Nitrotoluol eingesetzt wurde. Wenn das im Vergleich CD in Abwesenheit von Lösungsmittel erhaltene Ergebnis betrachtet wird, ist ersichtlich, daß das Ausmaß der Umwandlung des ortho-Nitrotoluols extrem schlecht war, verglichen mit dem Ergebnis in dem ähnlichen Vergleich CC, bei dem jedoch Lösungsmittel eingesetzt wurde. Daraus kann gefolgert werden, daß es von Nachteil ist, das Lösungsmittel wegzulassen. Die zweite Schlußfolgerung, die logischerweise gezogen werden kann, ist die, daß, wenn das organische Verdünnungsmittel vorhanden war, die beobachteten Wirkungen durch das Verändern der Verhältnisse der drei Reagenzien dazu neigen, sich selber aufzuheben. Somit führt z. B. die Erhöhung des Verhältnisses von Wasserstoffperoxid zu den anderen beiden Reagenzien zu einer Erhöhung der Umwandlung des ortho- Nitrotoluols, sie führt jedoch gleichzeitig zu einer Verringerung der gewünschten Selektivität der Reaktion, und eine Kombination dieser beiden Wirkungen ergab nahezu die gleiche Menge an erhaltenem monobromiertem Erzeugnis. Eine ähnliche Analyse kann für die Variationen vorgenommen werden, in denen die Verhältnisse von Bromid bzw. ortho-Nitrotoluol zu den anderen Reagenzien jeweils erhöht wurden. Selbstverständlich zeigen diese Vergleichsverfahren keinen Weg zu einer verbesserten Selektivität und/oder Ausbeute bei der Herstellung des monobromierten Erzeugnisses.
• Es ist jedoch auch aus der Tabelle ersichtlich, daß wenn das Verhältnis von ortho-Nitrotoluol zu den anderen Reagenzien wesentlich auf 3:1 oder mehr erhöht wurde, es möglich war, eine bedeutende Verbesserung der Ausbeute von monobromiertem Erzeugnis von ,14 Mol auf ,18 Mol zu erhalten, was einem Gewinn von nahezu 30% der Basisausbeute gleichkommt, während noch ein hoher Grad an Selektivität beibehalten wird, was ersichtlich ist, wenn das molare Verhältnis von mono- und dibromierten Erzeugnissen verglichen wird. Es ist außerdem offensichtlich, daß bei solch hohen Überschüssen an ortho-Nitrotoluol dieses als sein eigenes Reaktionsmedium wirken kann, ohne eine übermäßige Beeinträchtigung der Umwandlung des ortho-Nitrotoluols zum Erzeugnis. Als das Beispiel 3 wiederholt wurde, und zwar unter ansonsten gleichen Bedingungen, betrug die Ausbeute an dem gewünschten monobromierten Erzeugnis, 183 Mol und die Selektivität betrug 95:5 für das Verhältnis der monobromierten zu den dibromierten Erzeugnissen. Aus einem Vergleich zwischen Beispielen 3 und 4 ist ersichtlich, daß die Ausbeute an monombromiertem Erzeugnis bei dem niedrigeren Molverhältnis von HBr:H&sub2;O&sub2;, nämlich 1,5:1,1, besser war als bei dem etwas höheren Verhältnis von 2:1,1, daß jedoch die beste Selektivität, ausgedrückt als Verhältnis von Mono- : Di-Erzeugnissen, bei diesem höheren Verhältnis des Reaktionsteilnehmers zu Wasserstoffperoxid von 2:1,1 erzielt wurde. Diese letztere Beobachtung ist selbst etwas überraschend, weil der Fachmann erwarten könnte, daß eine solche Erhöhung der Menge an Wasserstoffbromid dem stärker bromierten Erzeugnis zugute kommen würde, und bestätigt demgemäß die unerwartete Natur der Erfindung.

Claims (13)

1. Ein Verfahren zur Bromierung eines Alkylarensubstrats unter Verwendung eines Zwei-Phasen-Reaktionsgemischs, umfassend eine wäßrige Phase und eine organische Phase, in welchem Verfahren das Substrat die organische Phase bildet, welche gegebenenfalls auch ein im wesentlichen nicht reaktives organisches Lösungsmittel enthält, wobei die wäßrige Phase Wasserstoffbromid enthält, und in welches Reaktionsgemisch Wasserstoffperoxid eingespeist wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasserstoffperoxid über einen Zeitraum von mindestens 10 Minuten eingespeist wird, das Molverhältnis von Wasserstoffperoxid zum Substrat im Bereich von 0,1:1 bis 0,4:1 gewählt wird, und das Molverhältnis von Wasserstoffperoxid zu Wasserstoffbromid im Bereich von 1:1,2 bis 1:2 gewählt wird, das Reaktionsgemisch auf einer Temperatur von 20 bis 80ºC gehalten und mit Licht bestrahlt wird, dessen Frequenz ausreichend ist, damit das Brom über einen Reaktionszeitraum von mindestens 1 Stunde in freie Radikale dissoziieren kann.

2. Ein Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Arenteil eine Benzolgruppe ist, gegebenenfalls durch eine desaktivierende Gruppe substitutiert.

3. Ein Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Arenteil durch eine desaktivierende Gruppe substituiert ist, die aus Cyano-, Sulpho- oder Nitrogruppen ausgewählt ist.

4. Ein Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die desaktivierende Gruppe eine Nitrogruppe ist.

5. Ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Alkylteil eine Methylgruppe ist.

6. Ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Molverhältnis von Substrat zu Wasserstoffperoxid im Bereich von 3:1 bis 5:1 gewählt wird.

7. Ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Molverhältnis von Bromid zu Wasserstoffperoxid im Bereich von 1,3:1 bis 1,8:1 gewählt wird.

8. Ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Reaktionsgemisch auf einer Temperatur im Bereich von 50 bis 70ºC, und vorzugsweise von 60 bis 70ºC gehalten wird.

9. Ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Reaktionsgemisch mit Licht bestrahlt wird, welches eine Hauptemission im Wellenlängenbereich von 250 bis 600 nm aufweist.

10. Ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Reaktionsmedium entweder kein inertes Lösungsmittel oder bis zu 3 Volumina Lösungsmittel pro Volumen Substrat enthält.

11. Ein Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Lösungsmittel aus chlorierten Kohlenwasserstoffen ausgewählt wird.

12. Ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasserstoffperoxid über einen Zeitraum von 10 bis 120 Minuten in das Reaktionsgemisch eingespeist wird, welches das Bromid und Substrat enthält.

13. Ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die gesamte Reaktionszeit von 2 bis 8 Stunden dauert.