-
1. Gebiet
der Erfindung
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zur Herstellung von 4-Aminodiphenylamin
(4-ADPA) und insbesondere ein Verfahren zur Herstellung von 4-ADPA,
bei dem Anilin und Nitrobenzol in Gegenwart einer Base und unter
Bedingungen umgesetzt wird, bei denen die Menge protischen Materials,
z.B. Wasser so kontrolliert werden, daß eine an 4-Nitrodiphenylaminsalz
reiche und/oder eine an 4-Nitrosodiphenylaminsalz reiche Mischung
erhalten wird. Die 4-Nitrodiphenylaminsalze und/oder die 4-Nitrosodiphenylaminsalze
können abgetrennt
und anschließend
hydriert werden; alternativ kann auch die Reaktionsmischung selbst
hydriert werden, um 4-ADPA in hoher Ausbeute zu erhalten. Die vorliegende
Erfindung betrifft auch Verfahren zur Herstellung von alkylierten
p-Phenylendiaminprodukten, die als Antioxidantien Verwendung finden.
-
2. Stand der
Technik
-
Die
Herstellung von 4-ADPA mittels eines nukleophilen aromatischen Substitutionsmechanismus,
bei dem ein Anilinderivat ein Halogenid ersetzt, ist bekannt. Dieses
Verfahren umfaßt
die Herstellung eines 4-ADPA-Zwischenprodukts,
nämlich
von 4-Nitrodiphenylamin (4-NDPA) und anschließende Reduktion der Nitrogruppe.
Das 4-NDPA wird durch Umsetzung von p-Chloronitrobenzol mit einem
Anilinderivat, wie Formanilid oder einem Alkalisalz davon, in Gegenwart
eines Protonenakzeptors oder Neutralisators, wie Kaliumcarbonat, und
unter wahlweiser Verwendung eines Katalysators hergestellt. Dies
ist z.B. in folgenden Patentanmeldungen beschrieben:
U.S. 4,187,248 ;
U.S. 4,683,332 ;
U.S. 4,155,936 ;
U.S. 4,670,595 ,
U.S. 4,122,118 ;
U.S. 4,614,817 ;
U.S. 4,209,463 ;
U.S. 4,196,146 ;
U.S. 4,187,249 ;
U.S 4,140,716 . Dieses Verfahren weist
insofern Nachteile auf, als das freigesetzte Halogenid korrosiv
gegenüber
dem Reaktor wirkt und im Abwasser erscheint und daher zu beträchtlichen
Kosten entsorgt werden muß.
Darüber
hinaus erfordert die Verwendung eines Anilinderivates wie Formanilid
und die Verwendung von p-Chloronitrobenzol eine zusätzliche
Herstellungsapparatur und die Möglichkeiten
derartige Ausgangsmaterialien aus Anilin bzw. Nitrobenzol zu produzieren.
-
Bekannt
ist auch die Herstellung von 4-ADPA durch Kopf-Schwanz-Verknüpfung von
Anilin. Dies ist z.B. in
G.B.
1,440,767 und
U.S. 4,760,186 beschrieben.
Dieses Verfahren weist insofern Nachteile auf, als die Ausbeute
von 4-ADPA für
einen kommerziellen Prozeß nicht
akzeptabel ist. Auch die Decarboxylierung eines Urethans zur Herstellung
von 4-NDPA ist bekannt (
U.S.
3,847,990 ). Dieses Verfahren ist jedoch kommerziell weder
im Hinblick auf die Kosten noch auf die Ausbeute praktikabel.
-
4-ADPA
kann auch durch Hydrierung von p-Nitrosodiphenylhydroxylamin hergestellt
werden, das durch katalytische Dimerisierung von Nitrosobenzol unter
Verwendung aliphatischer Substanzen, Benzol, Naphthalin oder ungesättigter
Ethylenverbindungen als Reduktionsmittel erhalten werden kann. Dies
ist z.B. in
U.S. 4,178,315 und
4,404,401 beschrieben. p-Nitrosodiphenylamin
kann auch aus Diphenylamin und einem Alkylnitrat in Gegenwart von überschüssigem Chlorwasserstoff
hergestellt werden, wie z.B. in
U.S.
4,518,803 und 4,479,008 beschrieben.
-
Bekannt
ist auch die Herstellung von 4-Nitrosodiphenylamin durch Umsetzung
von Acetanilid und Nitrobenzol in DMSO in Gegenwart von Natriumhydroxid
und Kaliumcarbonat bei 80°C über 5 Stunden
(Ayyangar et al., Tetrahedron Letters, Vol. 31, No. 22, S. 3217–3220 (1990);
Wohl, Chemische Berichte, 36, S. 4135 (1903) und Chemische Berichte,
34, S. 2442 (190)). Die Ausbeute an 4-Nitrosodiphenylamin ist jedoch
niedrig und deshalb kommerziell nicht interessant. Darüber hinaus
erfordert ein derartiges Verfahren die Verwendung eines Anilinderivats,
nämlich
Acetanilid, und erhöht
dadurch die Kosten der Ausgangsmaterialien.
-
Das
Verfahren der vorliegenden Erfindung enthält keine Halogenidquelle, so
daß die
kostenintensive Halogenidentfernung aus dem Abwasser entfällt. Darüber hinaus
ist das Verfahren der vorliegenden Erfindung sehr viel kostengünstiger
im Hinblick sowohl auf die Herstellungskosten als auch auf die Rohmaterialienkosten,
da das vorliegende Verfahren anstelle von Anilin- und Nitrobenzolderivaten
Anilin und Nitrobenzol direkt verwendet.
-
In
J. Org. Chem. 1985, 50, 694–696
ist die Reaktion von Anilin mit Superoxid in Gegenwart von Dimethylsulfoxid
als Lösungsmittel
und Kronenether unter trockenen Bedingungen beschrieben. Diese Publikation beschreibt
auch, daß für die Reaktion
Sauerstoff benötigt
wird, woraus sich eine 4-Nitrodiphenylaminausbeute von weniger als
5 Molprozent bezogen auf das verwendete begrenzende Reagenz ergibt.
-
In
J. Org. Chem. 1983, 48, 1700–1705
ist die Reaktion von Anilin und Nitrobenzol in Benzol als Lösungsmittel
und unter Verwendung von Kalium-t-butyloxid/Kronenether als Base beschrieben.
Die beschriebenen Reaktionen müssen
in Abwesenheit protischer Substanzen durchgeführt werden.
-
ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Produktion von
4-ADPA durch Herstellung
von 4-ADPA-Zwischenprodukten oder substituierten Derivaten dieser
Zwischenprodukte, z.B. 4-Nitrodiphenylamin (4-NDPA) und dessen Salze
und/oder 4-Nitrosodiphenylamin (p-NDPA oder 4-NODPA) und/oder dessen
Salze, wobei Anilin oder substituierte Anilinderivate und Nitrobenzol
in einem geeigneten Lösungsmittelsystem
in reaktiven Kontakt gebracht werden und anschließend in
Gegenwart einer Base und unter Bedingungen, bei denen die Menge
protischen Materials, wie z.B. Wasser, kontrolliert werden kann,
umgesetzt werden. Die so erhaltene Reaktionsmischung ist reich an
4-ADPA-Zwischenprodukten oder an substituierten Derivaten dieser Zwischenprodukte,
einschließlich
von 4-Nitrodiphenylamin-
und oder 4-Nitrosodiphenylaminsalzen. Das Verfahren kann gemäß den Angaben
der vorliegenden Erfindung dazu verwendet werden, eine hohe Ausbeute von
4-Nitrosoprodukt (p-Nitrosodiphenylamin und sein Salz) mit nur wenig
oder gar keinem Nitroprodukt zu erhalten. Um 4-ADPA in hoher Ausbeute
zu erhalten, wird die 4-Nitroso-Reaktionsproduktmischung dann entweder
direkt hydriert oder das 4-Nitrosoprodukt wird abgetrennt und anschließend hydriert.
In ähnlicher
Weise kann das 4-Nitroprodukt (4-Nitrodiphenylamin
und sein Salz) in hoher Ausbeute mit nur wenig oder gar keinem 4-Nitrosoprodukt
hergestellt werden; das 4-Nitroprodukt oder das abgetrennte 4-Nitroprodukt
wird dann hydriert, um 4-ADPA in hoher Ausbeute zu produzieren.
Alternativ werden die 4-Nitro- und 4-Nitrosoprodukte zusammen hergestellt
und nicht voneinander getrennt, sondern die Reaktionsmischung wird
direkt unter Bildung von 4-ADPA hydriert. Das erhaltene 4-ADPA kann
zur Herstellung alkylierter Produkte von p-Phenylendiamin verwendet werden. Diese
Produkte finden als Antioxidantien und Antiozonantien Verwendung.
Als andere Möglichkeit
werden 4-ADPA-Zwischenprodukte
reduziert und wird das reduzierte Material im selben Reaktionskessel
mit einem Keton als Lösungsmittel
alkyliert.
-
Bei
einer Ausführung
der Erfindung wird die Menge des protischen Materials, das während der
Reaktion von Anilin oder substituierten Anilinderivaten und Nitrobenzol
anwesend ist, im Verlauf der Reaktion mittels eines Trocknungsmittels
kontrolliert. Bei einer anderen Ausführung wird die Menge des protischen
Materials, das während
der Reaktion von Anilin oder substituierten Anilinderivaten anwesend
ist, dadurch kontrolliert, daß protisches
Material kontinuierlich durch Destillation entfernt wird.
-
Die
vorliegende Erfindung umfaßt
des weiteren die tetrasubstituierten Ammoniumsalze oder alkylsubstituierten
Diammoniumsalze von 4-Nitrodiphenylamin,
4-Nitrosodiphenylamin und die substituierten Derivate dieser Verbindungen,
wobei jeder Substituent des tetrasubstituierten Ammoniumsalzes unabhängig von
den anderen aus der aus Alkyl-, Aryl- und Arylalkylgruppen bestehenden
Gruppe ausgewählt
wird und jeder Alkylsubstituent des alkylsubstituierten Diammoniumsalzes
unabhängig
ausgewählt
wird.
-
DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
-
Das
vorliegende Verfahren zur Herstellung von 4-ADPA umfaßt folgende
Schritte:
- a) Bringen von Anilin oder substituierten
Anilinderivaten in reaktiven Kontakt mit Nitrobenzol in einem geeigneten
Lösungsmittelsystem;
- b) Umsetzung von Anilin oder substituierten Anilinderivaten
und Nitrobenzol in einer begrenzten Zone, wie einem Reaktor bei
geeigneten Temperaturen und in Gegenwart einer geeigneten Base und
einer kontrollierten Menge protischen Materials, wie Wasser, so
daß 4-Nitrodiphenylamin
oder substituierte Derivate davon und dessen Salze und/oder 4-Nitrosodiphenylamin
oder substiuierte Derivate davon und dessen Salze entstehen;
- c) Reduktion des 4-Nitrosodiphenylamins oder substituierter
Derivate davon und dessen Salze und/oder des 4-Nitrodiphenylamins
oder substituierter Derivate davon und dessen Salze unter Bildung
von 4-ADPA.
-
Zur
Herstellung von alkyliertem p-Phenylendiamin oder substituierter
Derivate davon, umfaßt
das vorliegende Verfahren den folgenden Schrift:
- d)
Reduktive Alkylierung von 4-ADPA oder dessen substituierten Derivaten
aus Schrift c).
-
Der
Begriff "4-ADPA-Zwischenprodukte" bedeutet in dem
hier verwendeten Zusammenhang, 4-Nitrodiphenylamin, 4-Nitrosodiphenylamin
(auch als p-Nitrosodiphenylamin bezeichnet), die substituierten
Derivate dieser Verbindungen und die Salze davon. Die Bezeichnung "ein oder mehrere
4-ADPA-Zwischenprodukte" bezieht sich somit
auf eine oder beide der neutralen Verbindungen, d.h., diejenigen,
die nicht in Form eines Salzes vorliegen, und/oder auf die Salze
einer oder beider Verbindungen. Das Salz entsteht in der Reaktionsmischung
durch Reaktion der 4-Nitro- und/oder 4-Nitroso produkte mit der Base.
Die Reaktionsmischung kann somit eine der Verbindungen oder Salze
oder eine beliebige Kombination davon enthalten, je nachdem, welche Reaktionsbedingungen
ausgewählt
werden. Das Molverhältnis
von Anilin oder substituierten Anilinderivaten zu Nitrobenzol kann
von einem großen Überschuß an Nitrobenzol
bis zu einem großen Überschuß an Anilin
oder substituierten Anilinderivaten variieren. Vorzugsweise wird
die Reaktion mit einem Überschuß an Anilin
oder substituierten Anilinderivaten durchgeführt. Das in der Reaktion erhaltene
Verhältnis
von 4-Nitro zu 4-Nitroso kann durch Variation des Verhältnisses
von Anilin zu Nitrobenzol gesteuert werden. Je höher beispielsweise das Verhältnis von
Anilin zu Nitrobenzol ist, desto höher ist das Verhältnis von
4-Nitroso zu 4-Nitro. Umgekehrt ist das Verhältnis von 4-Nitro zu 4-Nitroso
um so höher,
je höher
das Verhältnis
von Nitrobenzol zu Anilin.
-
Der
Begriff "substituierte
Anilinderivate" bedeutet
in dem hier verwendeten Zusammenhang Anilin, das einen oder mehrere
elektronenziehende(n) oder elektronenschiebende(n) Substituenten
am aromatischen Ring enthält.
Verwendbare Substituenten umfassen, ohne auf diese beschränkt zu sein,
Halogenide, -NO2, -NH2,
Alkylgruppen, Alkoxygruppen, -SO3, -COOH
und Aryl-, Aralkyl- oder Alkarylgruppen, die zumindest eine -NH2-Gruppe enthalten. Die Halogenide können aus
der Gruppe ausgewählt
werden, die Chlorid, Bromid und Fluorid enthält. Die Alkyl- und Alkoxygruppen
enthalten vorzugsweise 1 bis 6 Kohlenstoffatome. Die Aryl-Aralkyl- und Alkarylgruppen
enthalten vorzugsweise 6 bis 18 Kohlenstoffatome. Beispiele substituierter
Anilinderivate umfassen, ohne auf diese beschränkt zu sein, 2-Methoxyanilin,
4-Methoxyanilin, 4-Chloroanilin, p-Toluidin, 4-Nitroanilin, 3-Bromoanilin,
3-Bromo-4-aminotoluol, p-Aminobenzoesäure, 2,4-Diaminotoluol, 2,5-Dichloroanilin, 1,4-Phenylendiamin,
4,4'-Methylendianilin,
1,3,5-Triaminobenzol und Mischungen davon.
-
Anilin
oder die substituierten Anilinderivate können direkt zugegeben werden
oder in situ gebildet werden, indem eine Verbindung zugegeben wird,
die unter den im Reaktionssystem herrschenden Bedingungen Anilin
oder das entsprechende Anilinderivat bildet.
-
In
dieser Reaktion wird außerdem
je nach Reaktionsbedingungen in unterschiedlichen Mengen Azobenzol
gebildet. Die Azobenzolbildung kann unter anderem über das
Verhältnis
von Anilin zu Nitrobenzol gesteuert werden. So nimmt die gebildete
Azobenzolmenge mit zunehmendem Verhältnis Anilin zu Nitrobenzol ab.
Wie weiter unten erläutert
und durch die aufgeführten
Beispiele veranschaulicht wird, beeinflussen auch andere Variablen,
wie Menge an Base und Sauerstoff, die Menge des gebildeten Azobenzols.
Ein Fachmann kann daher die Reaktion so durchführen, daß die Menge des gebildeten
Azobenzols kontrolliert wird.
-
Geeignete
Lösungsmittelsysteme
umfassen, ohne auf diese beschränkt
zu sein, Lösungsmittel
wie z.B. Dimethylsulfoxid, N-Methylpyrrolidon, Dimethylformamid,
Anilin, Pyridin, Nitrobenzol, unpolare Kohlenwasserstoff-Lösungsmittel wie Toluol und
Hexan, Ethylenglykoldimethylether, Diisopropylethylamin etc. und ebenso
Mischungen davon. Anilin oder substituierte Anilinderivate werden
bei der Reaktion, wie oben erwähnt, vorzugsweise
im Überschuß verwendet
und das Anilin oder substituierte Anilinderivat, das gegenüber der
Molmenge von Nitrobenzol im Überschuß vorliegt,
dient als Lösungsmittel.
Es können
auch, wie weiter unten detaillierter beschrieben, Lösungsmittelgemische
verwendet werden, bei denen eines oder mehrere der geeigneten Lösungsmittel
und ein anderes Lösungsmittel
wie eine kontrollierte Menge eines protischen Lösungsmittels, z.B. Methanol
kombiniert werden.
-
Geeignete
Basen umfassen, ohne auf diese beschränkt zu sein, organische und
anorganische Basen, wie z.B. Alkalimetalle, wie Natriummetall, Alkalimetallhydride,
-Hydroxide und -Alkoxide, wie Natriumhydrid, Lithiumhydroxid, Natriumhydroxid,
Cäsiumhydroxid,
Kaliumhydroxid, Kalium-t-butyloxid
etc. einschließlich
von Mischungen dieser Verbindungen. Andere verwendbare Basenmaterialien
umfassen, ohne auf diese beschränkt
zu sein, Phasentransferkatalysatoren in Verbindung mit geeigneten
Basenquellen, wie tetrasubstituierte Ammoniumhydroxide, bei denen
jeder Substituent unabhängig
von den anderen aus Alkyl-, Aryl- oder Arylalkylgruppen ausgewählt wird,
wobei die Alkyl-, Aryl- und Arylalkylgruppen vorzugsweise 1 bis
ca. 18 Kohlenstoffatome aufweisen, einschließlich von Tetraalkylammonium hydroxiden,
z.B. Tetramethylammoniumhydroxid, Aryltrialkylammoniumhydroxiden,
z.B. Phenyltrimethylammoniumhydroxid, Arylalkyltrialkylammoniumhydroxiden,
z.B. Benzyltrimethylammoniumhydroxid, alkylsubstituierten Diammoniumhydroxiden,
z.B. Bis(dibutylethyl)hexamethylendiammoniumhydroxid, und anderen
Kombinationen von Phasentransferkatalysatoren und geeigneten Basen
wie geeigneten Basen in Verbindung mit Arylammoniumsalzen, Kronenethern
etc. und Aminbasen wie Lithiumbis(trimethylsilyl)amid etc., einschließlich von
Mischungen dieser Verbindungen. Tetraalkylammoniumhydroxide wie
Tetramethylammoniumhydroxid werden bevorzugt als Materialien (Basen)
verwendet. Die Base wird vorzugsweise dem Anilin oder substituierten
Anilinderivat zugegeben, so daß eine
Mischung erhalten wird, die dann mit dem Nitrobenzol vereinigt wird.
Die Base kann aber auch nach Mischung des Anilins oder substituierten
Anilins mit dem Nitrobenzol zugegeben werden. Die Zugabe von Materialien kann
oberhalb oder unterhalb der Oberfläche erfalgen. Die im vorliegenden
Verfahren verwendete Basenmenge kann über einen großen Bereich
variieren. Die Reaktion kann beispielsweise so durchgeführt werden,
daß die
Base den begrenzenden Faktor darstellt oder in der Weise, daß das Nitrobenzol
oder das Anilin oder das substituierte Anilinderivat den begrenzenden
Faktor darstellt. Dies hängt
u.a. davon ab, wie groß der
Minimierungsgrad für
Azobenzol sein soll.
-
Die
Reaktion wird bei einer geeigneten Temperatur durchgeführt, die über einen
großen
Bereich variieren kann. Die Temperatur kann beispielsweise innerhalb
eines Bereiches von ca. –10°C bis ca.
150°C liegen, wie
von ca. 0°C
bis ca. 100°C,
vorzugsweise von ca. 10°C
bis ca. 90°C.
Besonders bevorzugt zur Durchführung
der Reaktion ist eine Temperatur zwischen ca. 60°C und ca. 80°C, wie 75°C. Wenn unter aeroben Bedingungen
Anilin als Lösungsmittel
verwendet wird, steigt mit zunehmender Reaktionstemperatur die Menge
an gebildetem Azobenzol. Wird die Reaktion in Anilin jedoch unter
anaeroben Bedingungen durchgeführt,
nimmt die Menge an Azobenzol nicht unbedingt bei höheren Temperaturen
zu. Wenn die Bildung von Azobenzol kein Problem darstellt, sind
höhere
Temperaturen geeignet. Wenn die Menge an Azobenzol jedoch verringert
werden soll, sind niedrigere Temperaturen oder anaerobe Reaktionsbedingungen
günstiger.
Bei Durchführung
der Reaktion bei höheren
Temperaturen kann die Menge an Azobenzol auch dadurch verringert
werden, daß ein anderes
Lösungsmittel
als Anilin verwendet wird und das Verhältnis von Anilin oder substituiertem
Anilinderivat zu Nitrobenzol kontrolliert wird.
-
Die
Kontrolle der Menge des bei der Reaktion anwesenden protischen Materials
ist wichtig. Bei Durchführung
der Reaktion in Anilin unterbindet Wasser, wenn es bei der Reaktion
in einer Menge größer als
ca. 4% des Volumens der Reaktionsmischung anwesend ist, im allgemeinen
die Umsetzung des Anilins mit Nitrobenzol in einem solchen Maße, daß keine
signifikante Reaktion mehr stattfindet. Eine Reduzierung der Wassermenge
auf ein Niveau unterhalb 4% ermöglicht
den Ablauf der Reaktion in einer akzeptablen Weise. Wenn Tetramethylammoniumhydroxid
als Base mit Anilin als Lösungsmittel
verwendet wird, führt
eine weitere Reduzierung der Wassermenge, z.B. bis auf 0,5% des
Volumens der Reaktionsmischung, zu einer Steigerung der Gesamtmenge
von 4-Nitrodiphenylamin und 4-Nitrosodiphenylamin
und/oder deren Salze, wobei ein gewisser Selektivitätsverslust
auftritt, so daß zwar
mehr 2-Nitrodiphenylamin gebildet wird, jedoch immer noch in geringen
Mengen. Die vorliegende Reaktion kann daher unter wasserfreien Bedingungen
durchgeführt
werden. Eine "kontrollierte
Menge" eines protischen
Materials ist eine Menge kleiner als die Menge, die eine Umsetzung
von Anilin und Nitrobenzol verhindert, z.B. bis zu ca. 4% H2O bezogen auf das Volumen der Reaktionsmischung,
wenn Anilin als Lösungsmittel
verwendet wird. Die Obergrenze für
die Menge des bei der Reaktion anwesenden protischen Materials hängt vom
Lösungsmittel
ab. Wenn z.B. DMSO als Lösungsmittel
und Tetramethylammoniumhydroxid als Base verwendet wird, liegt die
Obergrenze der Menge des bei der Reaktion anwesenden protischen
Materials bei ca. 8% H2O bezogen auf das
Volumen der Reaktionsmischung. Bei Verwendung von Anilin als Lösungsmittel
mit derselben Base beträgt
die Obergrenze 4% H2O bezogen auf das Volumen
der Reaktionsmischung. Darüber
hinaus variiert die Menge des tolerierten protischen Materials mit dem
Basentyp, der Basenmenge und dem Basenkation, die in den verschiedenen
Lösungsmittelsystemen
verwendet wer den. Ein Fachmann kann jedoch unter Verwendung der
Angaben der vorliegenden Erfindung die Obergrenze für das protische
Material für
ein bestimmtes Lösungsmittel,
einen Basentyp, eine Basenmenge, ein Basenkation etc. bestimmen.
Die zur Beibehaltung der Selektivität der gewünschten Produkte erforderliche Mindestmenge
des protischen Materials hängt
ebenfalls vom verwendeten Lösungsmittel,
Typ und Menge der Base, Basenkation etc. ab und kann ebenfalls von
einem Fachmann bestimmt werden.
-
Da
die Menge des bei der Reaktion anwesenden protischen Materials wichtig
ist, kann, wenn Anilin als Lösungsmittel
verwendet wird, die Menge des vorhandenen protischen Materials möglichst
weitgehend verringert und anschließend in der gewünschten
Menge, z.B. 0,5% wieder hinzugegeben werden. Protische Materialien,
die der Reaktion wieder zugegeben werden können, sind den Fachleuten bekannt
und umfassen, ohne auf diese beschränkt zu sein, Wasser, Methanol
etc. Verfahren zur Messung der Menge des protischen Materials und
zur möglichst
weitgehenden Verringerung dieser Menge sind bekannt. Die in bestimmten
Reagenzien vorhandene Wassermenge kann beispielsweise mit einer
Karl-Fischer-Apparatur ermittelt werden und die Wassermenge kann
durch Destillation und/oder Trocknung unter vermindertem Druck,
durch Trocknung in Gegenwart von P2O5 und anderen Stoffen, durch azeotrope Destillation
unter Verwendung von z.B. Anilin etc. und durch Kombination dieser
Verfahren reduziert werden.
-
In
einer Ausführung
der Erfindung wird zur Kontrolle der Menge des protischen Materials
während
der Reaktion von Anilin oder substituierten Anilinderivaten und
Nitrobenzol ein Trocknungsmittel zugegeben, das während der
Reaktion von Anilin oder substituierten Anilinderivaten und Nitrobenzol
anwesend ist. Wenn das protische Material beispielsweise Wasser
ist, entfernt das Trocknungsmittel das bei der Reaktion von Anilin oder
substituierten Anilinderivaten und Nitrobenzol anwesende Wasser
und führt
zu einer vermehrten Umsetzung von Nitrobenzol sowie höheren Ausbeuten
von 4-Nitrodiphenylamin und 4-Nitrosodiphenylamin oder substituierter
Derivate davon. Das Trocknungsmittel ist hierbei eine Verbindung,
die bei der Reaktion von Anilin oder substituierten Anilinderivaten
und Nitrobenzol zusätzlich
zu der verwendeten geeigneten Base anwesend ist. Beispiele geeigneter
Trocknungsmittel umfassen, ohne auf diese beschränkt zu sein, wasserfreies Natriumsulfat,
Molekularsiebe wie die Typen 4A, 5A und 13X (erhältlich von der Union Carbide
Corporation), Calciumchlorid, Tetramethylammoniumhydroxid-Dihydrat, wasserfreie
Basen wie KOH und NAOH und aktiviertes Aluminiumoxid.
-
In
einer anderen Ausführung
der Erfindung wird zur Kontrolle der Menge des protischen Materials
während
der Reaktion von Anilin oder substituierten Anilinderivaten und
Nitrobenzol das protische Material kontinuierlich durch Destillation
aus der Reaktionsmischung entfernt. Wenn das protische Material
Wasser ist, beinhaltet das bevorzugte Verfahren die kontinuierliche
azeotrope Abdestillation von Wasser unter Verwendung des Wasser/Anilin-Azeotrops.
Die kontinuierliche Abdestillation des protischen Materials ist
das momentan bevorzugte Verfahren zur Kontrolle der Menge des während der
Reaktion von Anilin oder substituierten Anilinderivaten und Nitrobenzol
anwesenden protischen Materials. Die kontinuierliche Entfernung
des protischen Materials ermöglicht
die Verwendung kleinerer Basenmengen bei der Reaktion von Anilin
oder substituierten Anilinderivaten und Nitrobenzol, wobei gleichzeitig
eine hohe Umsetzung des Nitrobenzols und ausgezeichnete Ausbeuten
von 4-Nitrodiphenylamin
und 4-Nitrosodiphenylamin und/oder deren Salzen oder deren substituierten
Derivaten erreicht werden.
-
Die
Reaktion kann unter aeroben oder anaeroben Bedingungen durchgeführt werden.
Unter aeroben Bedingungen wird die Reaktion im wesentlichen wie
oben beschrieben in einer Reaktionszone durchgeführt, die Sauerstoff ausgesetzt
ist, normalerweise indem sie Luft ausgesetzt wird. Unter aeroben
Bedingungen kann der Druck, bei dem die Reaktion durchgeführt wird,
variieren und der optimale Druck, sowie die optimale Kombination
von Druck und Temperatur/Druck-Bedingungen kann von Fachleuten einfach
ermittelt werden. Die Reaktion kann beispielsweise bei Raumtemperatur
und einem Druck aus einem Bereich von ca. 10 psig (69 kPa) bis ca.
250 psig (1725 kPa), wie von ca. 14 psig (96 kPa) bis ca. 150 psig
(1035 kPa), durchgeführt
werden. Unter anaeroben Bedingungen kann die Reaktion bei Atmosphärendruck
oder verminderten oder erhöhten
Drücken
in Gegenwart eines Neutralgases, wie z.B. Stickstoff oder Argon,
durchgeführt
werden. Die optimalen Bedingungen für einen bestimmten Satz an
Reaktionsparametern wie Temperatur, Base, Lösungsmittel etc. können von
Fachleuten mit den Angaben der vorliegenden Erfindung leicht ermittelt
werden. Beobachtungen zufolge wird weniger Azobenzol gebildet, wenn
die Reaktion unter anaeroben Bedingungen mit Anilin als Lösungsmittel
durchgeführt
wird. Außerdem
wurde beobachtet, daß weniger
Azobenzol gebildet wird, wenn die Reaktion unter aeroben Bedingungen
mit DMSO und anderen ähnlichen
Lösungsmitteln
als Lösungsmittel durchgeführt wird.
-
4-Nitrodiphenylamin
oder dessen substituierte Derivate und/oder 4-Nitrosodiphenylamin und dessen substituierte
Derivate und/oder deren Salze werden zu 4-ADPA oder substituierten
Derivaten davon reduziert. Die neutralen Verbindungen können unter
Verwendung von Wasser und/oder Säuren
aus den Salzen erzeugt werden (siehe z.B. Beispiel 1D). Die Salze
können
auch wie in Beispiel 1A gezeigt reduziert werden. Diese Reduktion
kann mit einem beliebigen der vielen bekannten Reduktionsprozesse
durchgeführt
werden, wie unter Verwendung einer Hydridquelle, z.B. Natriumborhydrid
in Verbindung mit einem Palladium- oder Platin-auf-Kohle-Katalysator.
Diese Reduktion wird vorzugsweise durch eine katalytische Reduktion
durchgeführt, wobei
die Hydrierung unter Wasserstoffdruck in Gegenwart von Palladium-
oder Platin-auf-Kohle,
Nickel etc. durchgeführt
wird. Dieser Hydrierungsprozeß wird
detailliert in "Catalytic
Hydrogenation in Organic Synthesis", P.N. Rylander, Academic Press, N.Y.,
299 (1979) beschrieben, das hierbei durch Verweis einbezogen wird.
Die Hydrierung kann in einer Vielzahl von Lösungsmitteln durchgeführt werden,
die folgende umfassen, ohne auf diese beschränkt zu sein: Toluol, Xylol,
Anilin, 4-ADPA, Wasser und Mischungen davon. Die Hydrierung wird vorzugsweise
unter Verwendung eines Platin-auf-Kohle- oder eines Palladium-auf-Kohle-Katalysators
in einem geeigneten Lösungsmittel,
wie z.B. entweder Toluol, 4-ADPA, Xylol oder Anilin, Mischungen
davon, oder Mischungen, die Wasser als Lösungsmittel enthalten und einem Wasserstoffdruck
von 100 psig (690 kPa) H2 bis 340 psig (2346
kPa) H2 bei einer Temperatur von ca. 80°C durchgeführt.
-
Die
reduktive Alkylierung von 4-ADPA zur Herstellung von Antiozonantien
kann mit einem beliebigen der bekannten Verfahren durchgeführt werden
(siehe z.B.
U.S. 4,900,868 ).
-
Vorzugsweise
werden 4-ADPA und ein geeignetes Keton oder ein geeigneter Aldehyd
in Gegenwart von Wasserstoff und Platin-auf-Kohle als Katalysator
umgesetzt. Geeignete Ketone umfassen Methylisobutylketon (MIBK),
Aceton, Methylisoamylketon und 2-Octanon. Es wird darauf hingewiesen,
daß die
Reduktion der 4-ADPA-Zwischenprodukte und die Alkylierung der reduzierten
Substanzen im selben Reaktionsgefäß unter Verwendung des Ketons
als Lösungsmittel
durchgeführt
werden kann (siehe z.B.
U.S.
4,463,191 und Banerjee et al., J. Chem. Soc. Chem. Comm.
18, 1275–76
(1988)).
-
Hier
mit eingeschlossene, den im vorhergehenden Text aufgeführten Reaktionspartner
und Reagenzien äquivalente
Verbindungen, sind Reaktionspartner und Reagenzien, die diesen sonst
entsprechen und dieselben allgemeinen Eigenschaften aufweisen und
bei denen lediglich eine oder mehrere der verschiedenen Gruppen,
z.B. NO2, verändert ist. Darüber hinaus
ist bei Verbindungen, bei denen ein Substituent als Wasserstoff
gekennzeichnet ist oder Wasserstoff sein kann, die genaue chemische
Natur eines an dieser Stelle befindlichen, von Wasserstoff verschiedenen
Substituenten so lange nicht kritisch, so lange er die gesamte Aktivität und/oder
den Syntheseablauf nicht beeinflußt.
-
Die
oben beschriebenen chemischen Reaktionen sind im allgemeinen hinsichtlich
ihrer breitesten Anwendung auf das Verfahren dieser Erfindung beschrieben.
Gelegentlich kann es vorkommen, daß die Reaktionsbedingungen,
wie sie für
jeden speziellen Reaktionspartner und jedes spezielle Reagenz in
der Beschreibung enthalten sind, nicht anwendbar sind. Bestimmte
geeignete Basen können
beispielsweise in manchen Lösungsmitteln
nicht so gut löslich
sein wie in anderen Lösungsmitteln.
Die Reaktionspartner und Reagenzien, die davon betroffen sind, werden
von Fachleuten schnell erkannt. In all diesen Fällen, können die Reaktionen durch konventionelle Modifikationen,
die den Fachleuten bekannt sind, z.B. durch geeignete Anpassung
von Temperatur, Druck etc., durch Wechseln zu alternativen konventionellen
Reagenzien wie anderen Lösungsmitteln
oder Basen, durch routinemäßige Modifikationen
der Reaktionsbedingungen etc. erfolgreich durchgeführt werden;
es können
aber auch andere hier beschriebene oder herkömmliche Reaktionen auf das
Verfahren dieser Erfindung angewendet werden. Bei allen präparativen
Verfahren sind alle Ausgangsmaterialien bekannt oder einfach aus
bekannten Ausgangsmaterialien herzustellen.
-
Es
wird davon ausgegangen, daß ein
Fachmann mit der folgenden Beschreibung ohne weitere Ausarbeitung
die vorliegende Erfindung in vollem Umfang nutzen kann. Die folgenden
bevorzugten speziellen Ausführungen
dienen deshalb lediglich zur Veranschaulichung und stellen in keinerlei
Hinsicht eine Einschränkung der übrigen Offenbarung
dar.
-
Alle
Reagenzien wurden wie erhalten verwendet bis auf die Basen und Lösungsmittel,
die wie weiter unten beschrieben, getrocknet wurden. Sofern nichts
anderes angegeben ist, wurden alle Ausbeuten mittels HPLC nach folgender
Methode ermittelt.
-
Methoden
und Materialien Anilin oder substituierte Anilinderivate und Nitrobenzol
waren analysenrein und wurden ohne weitere Reinigung verwendet.
Die Lösungsmittel
wurden von Aldrich Chemical bezogen und waren wasserfrei. Das Tetramethylammoniumhydroxid
wurde als Pentahydrat bezogen. Der Feststoff wurde vor Verwendung
mehrere Tage im Exsiccator über
P2O5 unter Vakuum
getrocknet. Eine Titration des so erhaltenen Feststoffes zeigte,
daß es
sich bei dem getrockneten Material um das Dihydrat handelte.
-
HPLC-Bestimmung:
Die Reaktionsmischungen wurden mit Umkehrphasen-HPLC analysiert.
Es wurde eine 5 μm
Beckman/Altex Utrasphere-ODS-Säule
(4,6 × 150
mm) und ein ternäres
Gradienten-Pumpsystem
verwendet.
-
-
Beispiel 1
-
A)
Dieses Beispiel zeigt eine reine Reaktion von Anilin und Nitrobenzol
unter aeroben Bedingungen bei Raumtemperatur zur Bildung von 4-NDPA-
und p-Nitrosodiphenylamin(p-NDPA)-Produkten. Die Reaktionsmischung
wurde anschließend
direkt hydriert, 50 daß sich
4-ADPA bildete.
-
Ein
500 ml-Dreihalsrundkolben wurde mit einem Magnetrührstab ausgestattet.
Das Reaktionsgefäß wurde
mit 196 ml Anilin und Nitrobenzol (4,3 ml, 42 mmol) befüllt. Zu
der gerührten
Reaktionsmischung wurde Tetramethylammoniumhydroxid-Dihydrat (17,7
g, 140 mmol) als Feststoff gegeben. Nach zwei Stunden war, wie gezeigt
werden konnte, nahezu das gesamte Nitrobenzol verbraucht, die Reaktionsmischung
wurde jedoch noch 18 Stunden weitergerührt. Nach Ablauf dieser Zeit
waren >99% des Nitrobenzols
verbraucht. Die HPLC-Analyse der Reaktionsmischung ergab folgende
Ausbeuten in bezug auf Nitrobenzol: 4-NDPA (6,4 mmol, 1,37 g, 15%),
p-NDPA (30,6 mmol, 6,1 g, 73%), 2-NDPA (0,3 mmol, 0,064 g, 0,7%),
Azobenzol (3,6 mmol, 0,65 g, 8,5%), Phenazin (0,8 mmol, 0,14 g,
1,9%), Phenazin-N-oxid (0,3 mmol, 0,05 g, 0,7%).
-
Zu
der Mischung wurde Wasser (16 ml) gegeben und die gesamte Reaktionsmischung
wurde dann zur Hydrierung in einen Autoklaven mit einem Fassungsvermögen von
300 cm3 eingefüllt. Ein 1%-Pt/Kohle-Katalysator
(0,5 g Trockengewicht) wurde in den Autoklaven gegeben. Die Reaktionsmischung
wurde unter einem Wasserstoffdruck von 150 psig auf 80°C erhitzt.
Die Wasserstoffaufnahme war nach 30 Minuten beendet. Die HPLC-Analyse
ergab, daß 35,9
mmol 4-ADPA gebildet worden war; dies entspricht einer Ausbeute
von 97% in bezug auf die Molmengen von 4-NDPA und p-NDPA.
-
B)
Dies ist ein Beispiel für
die Reaktion von Anilin und Nitrobenzol bei Raumtemperatur in Dimethylsulfoxid
unter anaeroben Bedingungen.
-
Ein
25 ml-Rundkolben wurde unter Argon mit 4 ml DMSO, Anilin (200 μl, 1,9 mmol)
und Tetramethylammoniumhydroxid-Dihydrat (330 mg, 2,5 mmol) befüllt. Die
Reaktion wurde 4 Stunden bei Raumtemperatur durchgeführt. Die
Umsetzung des Nitrobenzols erfolgte zu 68%. Die HPLC-Analyse ergab
folgende Ausbeuten in bezug auf Nitrobenzol: 4-NDPA (30,5%), p-NDPA
(33,6%), Azobenzol (2,6%), Azoxybenzol (Spuren).
-
C)
Dies ist ein Beispiel für
eine reine Reaktion zwischen Anilin und Nitrobenzol bei Raumtemperatur unter
anaeroben Bedingungen.
-
Ein
25 ml-Rundkolben wurde in einer mit Argon gefüllten Glovebox, die über eine
kontrollierte Atmosphäre
verfügte,
mit Anilin (1,8 ml) und Nitrobenzol (0,02 ml, 0,19 mmol) befüllt. Zu
dieser Lösung
wurde Tetramethylammoniumhydroxid-Dihydrat (330 mg, 2,5 mmol) gegeben.
Nach einigen Stunden war das gesamte Nitrobenzol verbraucht. Die
HPLC-Analyse ergab folgende Ausbeuten in bezug auf Nitrobenzol:
4-NDPA 10%, p-NDPA 76%, Azobenzol 7% und Phenazin 5%:
D) Dies
ist ein Beispiel für
die Reaktion zwischen Anilin und Nitrobenzol bei Raumtemperatur
in DMSO unter aeroben Bedingungen. Dieses Beispiel zeigt außerdem die
Bildung von 4-NDPA und p-NDPA aus ihren Salzen unter Verwendung
von Wasser und Säure.
-
Die
Reaktionsmischung enthielt Anilin (200 μl, 2,1 mmol) und Nitrobenzol
(200 μl,
1,9 mmol) in 4 ml DMSO. Tetramethylammoniumhydroxid-Dihydrat (330
mg, 2,5 mmol) wurde auf einmal zugegeben. Die Reaktionsmischung
wurde 18 Stunden gerührt;
nach Ablauf dieser Zeit waren 80% des Nitrobenzols verbraucht. Die Reaktionsmischung
wurde in 200 ml Wasser gegossen, wodurch es zur sofortigen Ausfällung von
4-NDPA kam. Die Lösung
wurde mehrere Stunden auf Eis gekühlt und das Produkt wurde abfiltriert
und bei 100°C
getrocknet. Das Filtrat wurde bis zum neutralen pH-Wert mit Eisessig
behandelt, wodurch p-NDPA ausfiel. Der Niederschlag wurde abfiltriert
und bei 100°C
getrocknet. Die getrennten Ausbeuten in bezug auf verbrauchtes Nitrobenzol
lauten: 4-NDPA (66%), p-NDPA (29%).
-
E)
Dies ist ein Beispiel für
die Reaktion von Anilin und Nitrobenzol in DMSO bei 80°C unter aeroben Bedingungen.
-
Ein
250 ml-Rundkolben wurde mit Anilin (0,05 mol, 4,6 g), Nitrobenzol
(0,05 mol, 6,1 g) und 75 ml DMSO befüllt. Zu dieser Lösung wurde
Tetramethylammoniumhydroxid-Dihydrat (0,2 mol, 25,44 g) auf einmal zugegeben.
Die Reaktionsmischung wurde in einem Ölbad auf 80°C erhitzt und 5 Stunden bei
dieser Temperatur gehalten. Die Reaktion wurde mittels HPLC analysiert.
Die Ausbeuten in bezug auf Nitrobenzol waren: 4-NDPA (35%), p-NDPA (51%), Azobenzol
(3,1%).
-
F)
Dies ist ein Beispiel der Reaktion von Anilin und Nitrobenzol in
DMF unter aeroben Bedingungen.
-
Anilin
(200 μl,
2,1 mmol) und Nitrobenzol (200 μl,
1,9 mmol) wurden in 5 ml DMF gelöst.
Der Reaktionsmischung wurde Tetramethylammoniumhydroxid-Dihydrat (1,0 g,
7,8 mmol) zugegeben. Die Reaktion wurde 2 Stunden gerührt; während dieser
Zeit wurden 39% des Nitrobenzols verbraucht. Die Ausbeuten in bezug auf
verbrauchtes Nitrobenzol waren: 4-NDPA 99%, p-NDPA in Spuren.
-
Beispiel 2
-
Dieses
Beispiel zeigt, daß erfindungsgemäß die Reaktion
innerhalb einer Spanne von Temperaturen durchgeführt werden kann. Vier identische
Reaktionen wurden in der folgenden Weise vorbereitet und an Luft bei
0, 23, 50 und 80°C
durchgeführt.
Ein 50 ml-Rundkolben wurde mit 49 ml Anilin und Nitrobenzol (1,0
ml, 9,5 mmol) befüllt.
Tetramethylammoniumhydroxid-Dihydrat (4,40 g, 34,6 mmol) wurden
zugegeben und die Reaktion wurde 5 Stunden durchgeführt. Die
Produktausbeuten wurden mittels HPLC-Analyse ermittelt und beziehen
sich auf die verbrauchte Molmenge an Nitrobenzol. Die Selektivität ist das
Verhältnis
der Mole des gebildeten Produkts und der Mole des verbrauchten Nitrobenzols.
Die Ausbeute ist der Umsatz mal Selektivität.
-
-
- * Der Hauptanteil des Azobenzols wird vermutlich während der
oxidativen Kopplung von Anilin gebildet Siehe Publikation D.T. Sawyer.
-
Beispiel 3
-
Dieses
Beispiel zeigt, daß die
Kontrolle der bei der Reaktion anwesenden Menge des protischen Materials
wichtig ist. Vier bis auf die zur Mischung zugegebene Wassermenge
identische Reaktionen wurden durchgeführt; die Wassermenge wurde
so variiert, daß sie
0, 10, 50 und 100 μl
umfaßte.
Dazu wurden Anilin (2 ml) und Nitrobenzol (2 ml) in einen 25 ml-Rundkolben gefüllt und
verschiedene Mengen an Wasser zugegeben. Tetramethylammoniumhydroxid-Dihydrat
(330 mg, 2,5 mmol) wurde auf einmal zugegeben. Die Reaktionen wurden
an Luft bei Raumtemperatur durchgeführt und nach 16 Stunden wurden
Proben genommen. Außerdem
wurde ein identischer Satz von Reaktionen durchgeführt, bei
denen statt Wasser Methanol zugegeben wurde.
-
-
- * % Wasser und Methanol in Volumenprozent. In dem Fall,
in dem kein Wasser zugegeben wurde, wurde das Wasser durch das Tetramethylammoniumhydroxid-Dihydrat
in die Reaktion eingeführt.
-
Beispiel 4
-
Dieses
Beispiel zeigt, daß die
Erfindung zur Herstellung von 4-NDPA- und/oder p-NDPA-Produkten mit verschiedenen
Lösungsmitteln
ausgeführt
werden kann. Die in Tabelle 3 aufgeführten Reaktionen wurden analog
Beispiel 1 durchgeführt,
bis auf die Tatsache, daß das
Lösungsmittel
aus Beispiel 1 gegen das in der Tabelle aufgeführte ausgetauscht wurde.
-
-
Beispiel 5
-
Dieses
Beispiel zeigt verschiedene Basen, die gemäß der vorliegenden Erfindung
zur Herstellung von 4-NDPA- und/oder p-NDPA-Produkten verwendet
werden können.
Die in Tabelle 4 aufgeführten
Reaktionen wurden analog Beispiel 1 durchgeführt, bis auf die Tatsache,
daß die
Base aus Beispiel 1 gegen die in der Tabelle aufgeführte ausgetauscht
wurde.
-
-
Beispiel 6 (Vergleichsbeispiel)
-
Dieses
Beispiel zeigt die unerwartete Zunahme der Selektivität und des
Nitrobenzolumsatzes bei Verwendung der vorliegenden Erfindung im
Vergleich zu dem von Ayyangar et al. veröffentlichten Verfahren.
-
Die
Reaktion von Acetanilid, Nitrobenzol, NaOH und K2CO3 in DMSO wurde gemäß dem von Ayyangar et al, Tetrahedron
Letters, Vol. 31, No. 22, 3217–3220
(1990) beschriebenen Verfahren durchgeführt. Die Analyse dieser Reaktion
mittels HPLC ergab, daß 37%
des Nitrobenzols umgesetzt worden war und die folgenden Ausbeuten
in bezug auf Nitrobenzol erreicht wurden: 4-NDPA (6%), p-NDPA (4,5%), Azobenzol
(0,7%).
-
Im
Vergleich dazu sind, wenn die Reaktion gemäß den Angaben der vorliegenden
Erfindung durchgeführt
wurde, der Umsatz von Nitrobenzol und die Selektivitäten der
erwünschten
Produkte stark erhöht.
Bei Durchführung
der Reaktion beispielsweise wie in Beispiel 1D beschrieben wurden
Anilin (0,05 mol), Nitrobenzol (0,05 mol) und Tetramethylammoniumhydroxid-Dihydrat
(0,2 mol) in 75 ml DMSO gemischt. Die Reaktion wurde 5 Stunden bei
Raumtemperatur gerührt;
nach Ablauf dieser Zeitspanne wurde die Reaktion mittels HPLC-Chromatographie
analysiert, wobei folgende Ergebnisse erhalten wurden: Der Nitrobenzol-Umsatz
betrug 85%, Die Ausbeuten in bezug auf Nitrobenzol waren: 4-NDPA
(18%), p-NDPA (51%), Azobenzol (3%).
-
Die
Reaktion von Acetanilid und Nitrobenzol wurde auch bei Raumtemperatur
durchgeführt.
Dazu wurden Acetanilid (0,05 mol), Nitrobenzol (0,05 mol) und NaOH
(0,2 mol) und K2CO3 in
75 ml DMSO gelöst.
Die Reaktion wurde 5 Stunden bei Raumtemperatur (23°C) gerührt. Die
Analyse der Reaktion zeigte keine Umsetzung von Nitrobenzol und
keine detektierten Produkte.
-
Beispiel 7
-
Dieses
Beispiel zeigt, wie das Verhältnis
von p-NDPA/4-NDPA durch das Verhältnis
Anilin/Nitrobenzol gesteuert werden kann. Anilin und Nitrobenzol
wurden in verschiedenen Verhältnissen
miteinander umgesetzt, wobei das Gesamtreaktionsvolumen und die
Menge von Tetramethylammoniumhydroxid-Dihydrat konstant gehalten wurde. Dazu
wurden in einer typischen Reaktion mit einem Volumenverhältnis Anilin/Nitrobenzol
von 1 Anilin (2 ml) und Nitrobenzol (2 ml) in einen 25 ml-Rundkolben
eingefüllt.
Tetramethylammoniumhydroxid-Dihydrat
(330 mg, 2,5 mmol) wurden zugegeben und die Reaktion wurde 14 Stunden
bei Raumtemperatur an Luft durchgeführt. Die Reaktionen wurden
anschließend
mittels HPLC analysiert.
-
-
Beispiel 8
-
Dieses
Beispiel zeigt den Effekt, den eine zunehmende Menge von Base auf
die Ausbeuten von 4-NDPA und p-NDPA unter Bedingungen hat, bei denen
die Menge des der Reaktion zugegebenen protischen Materials konstant
gehalten wird.
-
Drei
Reaktionen wurden durchgeführt,
die identisch waren bis auf die Tatsache, daß die Menge von Tetramethylammoniumhydroxid-Dihydrat
variiert wurde. In einer typischen Reaktion wurden Anilin (2 ml),
Nitrobenzol (2 ml), Wasser (100 μl)
und Tetramethylammoniumhydroxid-Dihydrat (330 mg, 2,5 mmol) gemischt und
für 24
Stunden bei Raumtemperatur an Luft stehen gelassen. In den Fällen, bei
denen die Lösung
große Mengen
von Niederschlägen
aufwiesen, wurden zusätzliche
10 ml Anilin zugegeben, um die Reaktion vor der Probennahme aufzulösen. Alle
Reaktionen wurden mittels HPLC analysiert.
-
-
Beispiel 9
-
Dieses
Beispiel zeigt die Reaktion von Anilin, Nitrobenzol und Tetramethylammoniumhydroxid-Dihydrat
unter anaeroben Bedingungen bei 50°C.
-
Ein
500 ml-Vierhalsrundkolben, der mit einem mechanischen Rührer, einen
Zugabetrichter, einem Thermometer und einem Stickstoffeinlaß ausgestattet
war, wurde mit 90 ml Anilin befüllt.
Das Anilin wurde mit Stickstoff gespült und Tetramethylammoniumhydroxid-Dihydrat
(54 g, 0,42 mol) wurden auf einmal zugegeben. Die Reaktionsmischung
wurde unter Rühren
und unter einem Stickstoffpolster auf 50°C erhitzt. Nachdem die Temperatur
im Reaktionsgefäß 50°C erreicht
halle, wurde Nitrobenzol (10 ml, 95 mmol) tropfenweise zu der heftig
gerührten
Mischung aus Anilin und Base zugegeben. Das Nitrobenzol wurde mit
solcher Geschwindigkeit zugegeben, daß die Zugabe nach 30 Minuten
beendet war. Die Temperatur der Mischung stieg während der Nitrobenzol-Zugabe
auf 65°C.
Die Reaktion wurde weitere 90 Minuten gerührt und anschließend mittels HPLC
analysiert. Nitrobenzolumsatz = 100%. Die Ausbeuten in bezug auf
Nitrobenzol waren: p-NDPA (88,5%), 4-NDPA (4,3%), Phenazin (3,6%), Azobenzol
(3,6%).
-
Beispiel 10
-
Dieses
Beispiel zeigt, daß die
Tetramethylammoniumsalze von 4-NDPA und p-NDPA gemäß der vorliegenden
Erfindung gebildet werden können.
-
Anilin
(3,0 ml) wurde mit Tetramethylammoniumhydroxid-Dihydrat (330 mg,
2,5 mmol) unter Argon in einer Glovebox mit kontrollierter Atmosphäre gerührt. Die
Anilin-Basen-Mischung wurde so filtriert, daß das Anilin direkt in 1 ml
Nitrobenzol geleitet wurde. Bei Zugabe der Anilin-Basen-Lösung färbte sich
die Reaktion sofort rot und es bildete sich ein Niederschlag. Die
Mischung wurde 5 Minuten gerührt
und anschließend
filtriert. Der rote Niederschlag wurde mit mehreren Volumina trockenen
Ethers gewaschen und getrocknet. Ein Teil des Niederschlags wurde
mit 1H-NMR-Spektroskopie analysiert: (DMSO)
3,1(s), 6,1(d,1), 6,5(t,1), 6,6(d,1), 6,76(d,1), 6,8(t,1), 7,04(t,1),
7,5(d,1). Ein Tropfen Essigsäure-d4 wurde in das NMR-Röhrchen gegeben, wodurch sich
die Farbe von rot nach gelb änderte
und die Probe wurde erneut mit 1H-NMR-Spektroskopie untersucht.
Das so erhaltene Spektrum war mit authentischem 4-NDPA identisch. Ein
Teil des roten Niederschlags wurde in feuchtem Acetonitril gelöst und mittels
HPLC untersucht. Dies ergab, daß die
Hauptkomponente 4-NDPA
ist.
-
Beispiel 11
-
Dieses
Beispiel zeigt die Umsetzung von 4-ADPA zu N-(1,3-Dimethylbutyl)-N'-phenyl-p-phenylendiamin,
einem gebräuchlichen
Antiozonisierungsmittel für
den Schutz von Gummiprodukten.
-
52
g 4-NDPA, das durch die Reaktion von Anilin und Nitrobenzol (nach
Verfahren von Beispiel 1D) hergestellt wurde, 100 g Methylisobutylketon
(MIBK) und 0,3 g Platin-auf-Kohle-Katalysator 3% wurden in einen Parr-Autoklaven
mit einem Volumen von 1 Liter eingefüllt. Nachdem mit Wasserstoff
gespült
wurde, wurde die Reaktionsmischung auf 170–175°C erhitzt und 800 psig (5520
kPa) Wasserstoff aufgebracht. Die Mischung wurde 95 Minuten umgesetzt
und es wurde eine Probe gezogen. Die GC-Analyse ergab, daß noch 0,4%
nicht umgesetztes 4-ADPA vorhanden war. Die Reaktionsmischung wurde
abgekühlt
und filtriert, um den Katalysator zu entfernen und ausgedampft,
um Wasser und überschüssiges MIBK
zu entfernen. Das Produkt, 71 g, kristallisierte beim Abkühlen als
purpurfarbener Feststoff aus. Die Gehaltsbestimmung durch ein GC-Verfahren
mit internem Standard ergab eine Reinheit von 95,9%.
-
Ähnliche
Reaktionen mit ähnlichen
Ergebnissen wurden bei Verwendung von Methylisoamylketon und Aceton
erhalten.
-
In
den folgenden Beispielen wurde eine verbesserte HPLC-Analysenmethode verwendet.
Für die
HLPC-Analyse der Reaktionsprodukte der Kopplung wurde die externe
Standardmethode verwendet. Für
die Überwachung
aller Reaktionen wurde eine mit einer Säule des Typs Vydac 201HS54
(4,6 × 250
mm) ausgestattete HPLC von Waters (Serie 600) verwendet; UV-Detektion
erfolgte bei 254 nm.
-
-
Externe
Standards wurden durch Lösen
von N-Methylanilin (5,7 mg), Nitrobenzol (13,0 mg), Phenazin (4,5
mg), 4-Nitrosodiphenylamin (68,1 mg); 4-Nitrodiphenylamin (7,2 mg), Azobenzol
(4,7 mg) und 25%iger wäßriger Lösung von
Tetramethylammoniumhydroxid (130 l) in 50 ml Acetonitril hergestellt.
In den Fällen,
in denen Anilinderivate benutz werden, wurden ähnliche Standardlösungen hergestellt.
-
Beispiel 12
-
Dieses
Beispiel zeigt die kontinuierliche Entfernung von Wasser aus der
Reaktion von Anilin, Nitrobenzol und Tetramethylammoniumhydroxid
(TMA(H)) mittels einer Vakuumdestillation des Anilin/Wasser-Azeotrops.
-
Ein
22 Liter-Rundkolben, der mit einem mechanischen Rührer, einem
Dean-Stark-Kühler,
einem Thermoelement, einer Zuführungsleitung
für Nitrobenzol
und einer Teflonsperre ausgestattet ist, wurde mit 6,87 kg einer
25%igen wäßrigen TMA(H)-Lösung (6,70
l, 18,8 mol TMA(H)) befüllt.
Das Wasser wurde durch Vakuumdestillation (55 Torr) bis zu einer
Basenkonzentration von 35% entfernt. Bei diesem Schritt stieg die
Reaktionstemperatur kontinuierlich auf einen Wert von 50–55°C an. Anilin
(10,1 kg, 9,88 l, 108 mol) wurde in den Reaktor eingefüllt und
die Vakuumdestillation wurde bei 55 Torr fortgesetzt. Wasser und
Anilin wurden kontinuierlich als Azeotrop entfernt, bis das Molverhältnis von
Wasser zu TMA(H) 4:1 betrug. Bei diesem Vorgang stieg die Reaktionstemperatur
auf 75°C
an. Nachdem das geeignete Molverhältnis von Wasser zu Base erreicht
war, wurde Nitrobenzol (2,195 kg, 1,79 l, 17,82 mol) kontinuierlich über eine
Zeitspanne von drei Stunden zugegeben. Während dieser Zugabe wurden
Wasser und Anilin kontinuierlich durch Vakuumdestillation bei 55
Torr aus der Reaktion entfernt. Die Geschwindigkeit für die Entfernung
von Wasser/Anilin wird als günstig
angesehen, wenn das Gewicht des entfernten Kondensats dem Gewicht
des in der gesamten Zugabezeit zugegebenen Nitrobenzols entspricht.
Der Endpunkt der Reaktion kann mittels HPLC-Analyse durch Überwachung
der Umsetzung von Nitrobenzol bestimmt werden. Typische mittels
HPLC-Analyse bestimmte Ausbeuten bei 100-%iger Umsetzung von Nitrobenzol:
4-Nitrosodiphenylamin 92,1%, 4-Nitrodiphenylamin 3,4%, Azobenzol
3,4% und Phenazin 0,9%.
-
Beispiel 13
-
Dieses
Beispiel zeigt die Verwendung verschiedener Lösungsmittel bei der Reaktion
von Anilin, Nitrobenzol und einer Base zur Erzeugung von 4-ADPA-Zwischenprodukten.
-
0,65
g (5,3 mmol) Nitrobenzol wurden unter Stickstoff mittels einer Spritze
zu einer Lösung
von 0,5 g (5,3 mmol) Anilin und 0,95 g (6,5 mmol) Tetramethylammoniumhydroxid-Dihydrat
in 8 ml Lösungsmittel
bei 70°C
gegeben. Nachdem die Lösung
12 Stunden unter Stickstoff bei 70°C gerührt wurde, wurde die Reaktion mittels
HPLC analysiert. Die Ergebnisse sind in Tabelle 7 zusammengefaßt.
-
-
Beispiel 14
-
Dieses
Beispiel zeigt, wie eine Vielzahl von Phasentransferkatalysatoren
in der Reaktion von Anilin, Nitrobenzol und einer Base zur Erzeugung
von 4-ADPA-Zwischenprodukten
eingesetzt werden kann.
-
In
einer typischen Reaktion wird ein mit einem Dean-Stark-Kühler ausgestatteter
Dreihalsrundkolben mit 59 g (0,091 mol Base) wäßrigem Tetrabutylammoniumhydroxid
und 55 g (0,59 mol) Anilin befüllt.
Das Wasser wurde durch azeotrope Destillation mit 35 ml Anilin bei
20 mmHg und 70°C
entfernt.
-
11,2
g Nitrobenzol (0,091 mol) wurden bei 70°C in einer Zeitspanne von 5
Minuten über
einen Tropftrichter zugegeben. Die Reaktion wurde bei 20 mmHg/70°C 4 Stunden
gerührt.
Die Reaktion wurde mittels HPLC analysiert. Die Ergebnisse sind
in Tabelle 8 zusammengefaßt.
-
Bei
Verwendung von Bis(dibutylethyl)hexamethylendiammoniumhydroxid als
Base waren die Reaktionsbedingungen leicht verändert. Hier wurden 50 ml der
wäßrigen Lösung des
quartären
Ammoniumhydroxids (0,0575 mmol Hydroxid) mit 200 ml Anilin gemischt.
Das Wasser wurde durch Vakuumdestillation bei 67°C solange entfernt, bis 28 ml
Wasser abdestilliert waren. Nitrobenzol (23,2 mmol, 2,85 g) wurden
der Reaktion tropfenweise bei 50°C
unter Stickstoffatmosphäre
zugegeben. Die Reaktion wurde 2 Stunden gerührt, anschließend wurde
eine Probe zur Analyse entnommen.
-
-
Beispiel 15
-
Dieses
Beispiel zeigt, wie die Zugabe eines externen Trocknungsmittels
in dieser Reaktion zur Absorption von Wasser an Stelle der in Beispiel
12 beschriebenen azeotropen Destillation verwendet werden.
-
Ein
500 ml-Dreihalsrundkolben, der mit einem mechanischen Rührer und
einem Dean-Stark-Kühler ausgestattet
ist, wird mit 59,01 g (0,162 mol Base) einer 25%igen wäßrigen Lösung von
Tetramethylammoniumhydroxid befüllt.
Wasser (17 ml) wurde durch Vakuumdestillation bei 20 Torr entfernt.
Anilin (88,05 g) wurde zugegeben und 18 ml Wasser wurden unter Vakuum
entfernt, wodurch sich ein Molverhältnis Wasser/Base- von 3:1
einstellte. Die Destillation wurde beendet und ein geeignetes Trocknungsmittel
wurde zugegeben. Anschließend
wurde über
eine Zeitspanne von einer Stunde unter einem Stickstoffpolster Nitrobenzol
(19,18 g, 0,155 mol) zugegeben. Während der Zugabe wurde die
Reaktionstemperatur bei 70°C
gehalten. Nach Beendigung der Nitrobenzolzugabe wurde die Reaktion
eine Stunde fortgeführt.
Die Ergebnisse dieser Versuche sind in Tabelle 9 zusammengefaßt.
-
-
Beispiel 16
-
Dieses
Beispiel zeigt, wie die Menge des in dieser Reaktion gebildeten
Phenazins verringert werden kann, wenn die sterische Raumerfüllung des
als Phasentransferkatalysator verwendeten Tetraalkylammoniumions
zunimmt. Das verwendete experimentelle Verfahren entspricht genau
dem in Beispiel 14 beschriebenen. Die Ergebnisse sind in Tabelle
10 zusammengefaßt.
-
-
Beispiel 17
-
Dieses
Beispiel zeigt, wie verschiedene substituierte Anilinderivate in
dieser Reaktion eingesetzt werden können. Die Reaktionen wurden
mittels HPLC analysiert und die Ergebnisse sind in Tabelle 11 zusammengefaßt.
-
A) 3-Bromoanilin:
-
Eine
Lösung
von 10 ml (0,09 mol) 3-Bromoanilin und 1,5 g (0,01 mol) Tetramethylammoniumhydroxid-Dihydrat
wurde bei 70°C
unter Stickstoff gerührt.
Nitrobenzol (8,78 mmol) wurden tropfenweise über eine Spritze zugegeben
und die Lösung
wurde 12 Stunden bei 70°C
unter Stickstoff gerührt.
-
B) 4-Nitroanilin:
-
Eine
Lösung
von 1,38 g (0,01 mol) 4-Nitroanilin und 1,81 g (0,012 mol) Tetramethylammoniumhydroxid-Dihydrat
in 3 ml DMSO wurde bei 70°C
unter Stickstoff gerührt.
1 ml Nitrobenzol (0,01 mol) wurden tropfenweise über eine Spritze zugegeben
und die Lösung
wurde 12 Stunden bei 70°C
unter Stickstoff gerührt.
-
C) p-Toluidin:
-
Eine
Lösung
von 3 g (28 mmol) p-Toluidin und 0,9 g (6 mmol) Tetramethylammoniumhydroxid-Dihydrat wurde
bei 70°C
unter Stickstoff gerührt.
0,5 ml Nitrobenzol (5 mmol) wurden tropfenweise über eine Spritze zugegeben
und die Lösung
wurde 12 Stunden bei 70°C
unter Stickstoff gerührt.
-
D) 4-Chloroanilin:
-
Eine
Lösung
von 4,8 g (0,03 mol) 4-Chloroanilin und 0,9 g (6 mmol) Tetramethylammoniumhydroxid-Dihydrat
in 2 ml Dimethylsulfoxid wurde bei 70°C unter Stickstoff gerührt. 0,71
g Nitrobenzol (5,6 mmol) wurden tropfenweise über eine Spritze zugegeben
und die Lösung
wurde 12 Stunden bei 70°C
unter Stickstoff gerührt.
-
E) 4-Methoxyanilin:
-
Eine
Lösung
von 3 g (0,03 mol) 4-Methoxyanilin und 0,95 g (6 mmol) Tetramethylammoniumhydroxid-Dihydrat
in 2 ml Dimethylsulfoxid wurde bei 70°C unter Stickstoff gerührt. 0,6
g Nitrobenzol (5 mmol) wurden tropfenweise über eine Spritze zugegeben
und die Lösung
wurde 12 Stunden bei 70°C
unter Stickstoff gerührt.
-
F) 2-Methoxyanilin:
-
Eine
Lösung
von 4,9 g (0,03 mol) 2-Methoxyanilin und 1,1 g (7,58 mmol) Tetramethylammoniumhydroxid-Dihydrat
wurde bei 70°C
unter Stickstoff gerührt.
0,75 g Nitrobenzol (6,09 mmol) wurden tropfenweise über eine
Spritze zugegeben und die Lösung
wurde 12 Stunden bei 70°C
unter Stickstoff gerührt.
-
-
Beispiel 18
-
Dieses
Beispiel zeigt, wie eine Vielzahl von Diaminonukleophilen an die
para-Position von Nitrobenzol koppeln.
-
Zu
einer gerührten
Lösung,
die 1,08 g (0,01 mol) 1,4-Phenylendiamin und 3,6 g (0,02 mol) Tetramethylammoniumhydroxid-Pentahydrat
in 2 ml Dimethylsulfoxid enthält,
wurden unter Stickstoff bei 70°C über eine
Spritze 2 ml Nitrobenzol (0,02 mol) zugegeben. Die Lösung wurde
bei diesen Bedingungen 4 Stunden gerührt. Je ein Anteil wurde für LC, MS
und LC-MS-Analysen
entnommen. Es wurden N,N'-(4-Nitrosophenyl)-1,4-phenylendiamin,
N-(4-Nitrophenyl)-N'-(4-nitrosophenyl)-1,4-phenylendiamin
und N,N'-(4-Nitrophenyl)-1,4-phenylendiamin
erhalten.
-
Andere
Diamino-Nukleophile wie 4,4'-Methylendianilin
und 2,4-Diaminotoluol
ergeben unter denselben Reaktionsbedingungen ebenfalls ähnliche
Ergebnisse.
-
Beispiel 19
-
Dieses
Beispiel zeigt die Hydrierung von 4-NODPA/Tetramethylammonium(TMA)-Salz
und 4-NDPA/TMA-Salz zu 4-ADPA in verschiedenen Lösungsmitteln. Die Hydrierungsreaktionen
wurden in einem rostfreien Stahlautoklaven mit einem Fassungsvermögen von
300 cm3 durchgeführt, der mit einem mechanischen Rührer und
einer Temperaturkontrolle ausgestattet war.
- A)
4-NODPA/TMA-Salz (12,4 g, 0,0464 mmol) wurden mit 150 ml Toluol
in den Autoklaven eingefüllt.
Ein 1%-Pt/Kohle-Kataylsator (300 mg Trockengewicht) wurde in den
Autoklaven gegeben. Der Reaktor wurde mit Stickstoff gespült und anschließend unter
einen Wasserstoffdruck von 200 psig (1380 kPa) gesetzt, der während der
gesamten Hydrierung konstant gehalten wurde. Die Reaktionen wurden
mit 1500 Upm gerührt und
ein Temperaturanstieg bis 80°C
wurde zugelassen. Bei Beendigung der Wasserstoffaufnahme wurde die Reaktion
als beendet angesehen. Das Material wurde entnommen und filtriert,
um den Katalysator zu entfernen. Die organische Schicht wurde gesammelt
und mittels Umkehrphasen-HPLC analysiert, wobei sich ein Substratumsatz
von 100% und eine Ausbeute an 4-ADPA von 97% ergab.
- B) Eine Mischung aus 4-NODPA/TMA-Salz (71 g, 262 mmol) und 4-NDPA/TMA-Salz (7
g, 24 mmol) wurden mit 150 g Anilin in den Autoklaven eingefüllt. Ein
1%-Pt/Kohle-Kataylsator (300 mg Trockengewicht) wurde in den Autoklaven
gegeben. Der Reaktor wurde mit Stickstoffgespült und anschließend unter
einen Wasserstoffdruck von 200 psig (1380 kPa) gesetzt, der während der
gesamten Hydrierung konstant gehalten wurde. Die Reaktionen wurden
mit 1500 Upm gerührt
und ein Temperaturanstieg bis 80°C
wurde zugelassen. Bei Beendigung der Wasserstoffaufnahme wurde die
Reaktion als beendet angesehen. Das Material wurde entnommen und
filtriert, um den Katalysator zu entfernen. Die organische Schicht
wurde gesammelt und mittels Umkehrphasen-HPLC analysiert, wobei
sich ein Substratumsatz von 100% und eine Ausbeute an 4-ADPA von
98% ergab.
- C) Eine Mischung aus 4-NODPA/TMA-Salz (36,5 g, 135 mmol) und
4-NDPA/TMA-Salz
(3,4 g, 12 mmol) wurden mit 51 g 4-ADPA in den Autoklaven eingefüllt. Ein
1%-Pt/Kohle-Kataylsator (300 mg Trockengewicht) wurde in den Autoklaven
gegeben. Der Reaktor wurde mit Stickstoff gespült und anschließend unter einen
Wasserstoffdruck von 200 psig (1380 kPa) gesetzt, der während der
gesamten Hydrierung konstant gehalten wurde. Die Reaktionen wurden
mit 1500 Upm gerührt
und ein Temperaturanstieg bis 80°C
wurde zugelassen. Bei Beendigung der Wasserstoffaufnahme wurde die
Reaktion als beendet angesehen. Das Material wurde entnommen und
filtriert, um den Katalysator zu entfernen. Die organische Schicht
wurde gesammelt und mittels Umkehrphasen-HPLC analysiert, wobei
sich ein Substratumsatz von 100% ergab und 4-ADPA das einzige detektierte
Hauptprodukt darstellte.
-
Beispiel 20
-
Dieses
Beispiel zeigt die Hydrierung von 4-NODPA zu 4-ADPA in Anilin unter
Verwendung eines Nickelkatalysators auf einem Träger.
-
50
g 4-NODPA, 200 g Anilin und 2,0 g Nickel auf einem Siliciumdioxid-Aluminiumdioxidträger wurden in
einen Autoklaven mit einem Fassungsvermögen von einem Liter eingefüllt. Nachdem
zum Ausschluß von Sauerstoff
gespült
worden war, wurde die Mischung auf 80°C erhitzt und Wasserstoff wurde
mit 200 ml/min zugeführt.
Die Zufuhr wurde begrenzt, so daß der maximale Druck 280 psig
(1932 kPa betrug). Nach 120 Minuten zeigte der Wasserstoffstrom
das Ende der Reaktion an. Es wurde eine Probe gezogen und die Analyse ergab
0,1% noch verbliebenes 4-NODPA, das nicht reagiert hatte. Das Produkt
war 4-ADPA.
-
Die
vorhergehenden Beispiele können
mit ähnlichem
Erfolg wiederholt werden, indem man die allgemein bzw. speziell
beschriebenen Lösungsmittel,
Basen etc. und/oder die Verahrensbedingungen wie z. B. andere Temperaturen
und Drücke
anstelle derjenigen in den Beispielen verwendet.