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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur
Reinigung von Acifluorfen zur Erzielung größerer
Reinheit und Ausbeute. Die Erfindung betrifft auch das
so hergestellte Produkt.
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Acifluorfen ist ein gut bekanntes Herbizid, das in der
Landwirtschaft in vielfältiger Weise Anwendung findet.
Sein chemischer Name lautet
5-(2-Chlor-4-(trifluormethyl)phenoxy)-2-nitrobenzoesäure; es ist derzeit im
Handel unter dem Warenzeichen Blazer von BASF
Corporation erhältlich. Die US-Patentschriften 4,350,522, RE
31,455 und RE 31,731 betreffen allesamt die Herstellung
von Acifluorfen und dessen Salzen.
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Acifluorfen wird nach dem folgenden Syntheseweg
hergestellt. Bei der Synthese setzt man zunächst in
Gegenwart von Kaliumhydroxid (KOH) und Dimethylsulfoxid
(DMSO) 3-Hydroxybenzoesäure (mHBA) mit
3,4-Dichlorbenzyltrifluorid (3,4-DCBTF) um, wobei 3-(2-Chlor-4-
(trifluormethyl)phenoxy)benzoesäure und eine geringe
Menge 3-(2-Chlor-5-(trifluormethyl)phenoxy)benzoesäure
entstehen. Dann wird das Produkt in einem Gemisch aus
HNO&sub3;, H&sub2;SO&sub4;, Essigsäure und Essigsäureanhydrid nitriert,
durch Zugabe von Wasser ausgefällt und filtriert, wobei
man rohes Acifluorfen erhält:
Acifluorfen
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Leider enthält synthetisch hergestelltes Acifluorfen
sehr oft einen ziemlich hohen Anteil an isomeren
Verunreinigungen. Da Acifluorfen möglicherweise als
Zwischenprodukt bei der Synthese von anderen
Verbindungen eingesetzt werden kann, ist es aus chemischer Sicht
wichtig, über ein sehr reines
Acifluorfen-Ausgangsprodukt zu verfügen, damit man hohe Endausbeuten anderer
chemischer Produkte erhält.
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Aus dem produzierten Acifluorfen-Produkt sollten
insbesondere drei Verbindungen entfernt werden. Bei der
Nitrierung von
3-(2-Chlor-4-(trifluormethyl)phenoxy)benzoesäure (unnitriertes Zwischenprodukt) entsteht
nebenacifluorfen
3-(2-Chlor-4-(trifluormethyl)phenoxy)2-nitrobenzoesäure (im folgenden als 2'-NO&sub2;-Isomer
bezeichnet). Bei dieser Synthese entsteht außerdem auch
noch
3-(2-Chlor-4-(trifluormethyl)phenoxy)-4-nitrobenzoesäure (im folgenden als 6'-NO&sub2;-Isomer bezeichnet).
Bei der Nitrierung der als Nebenprodukt des Synthesewegs
vorliegenden 3-
(2-Chlor-5-(trifluormethyl)phenoxy)benzoesäure entsteht
5-(2-Chlor-5-(trifluormethyl)phenoxy)-2-nitrobenzoesäure (im folgenden als 5-CF&sub3;-
Isomer bezeichnet):
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Das Roh-Acifluorfen enthält in der Regel etwa 80-85%
Acifluorfen, 9-10% des 2'-NO&sub2;-Isomers, 3-4% des 6'-NO&sub2;-
Isomers und 4-5% des 5-CF&sub3;-Isomers sowie unter 1%
unnitriertes Zwischenprodukt, bezogen auf Trockenbasis.
Diese Prozentanteile können natürlich je nach den vom
Fachmann gewählten speziellen Reaktionskomponenten und
-parametern variieren. In jedem Fall bleibt jedoch das
Problem bestehen, daß das produzierte Acifluorfen eine
beträchtliche Zahl der obengenannten Verunreinigungen
enthält.
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Bei vielen chemischen Reinigungsverfahren löst man die
bevorzugte Verbindung zusammen mit ihren
Verunreinigungen in einem Lösungsmittel auf und kristallisiert dann
die gewünschte Verbindung wieder aus. Dabei ist die
Endausbeute an der gewünschten Verbindung in der Regel
geringer. Daher muß man darauf achten, daß man nicht um
der Reinheit willen Ausbeuteverluste in Kauf nehmen muß.
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In der US-PS 4,594,440 wird ein Verfahren beschrieben,
bei dem man ein Phenoxybenzoesäure-Derivat mit einem
inerten Lösungsmittel in Berührung bringt und es danach
von der Lösung von unerwünschtem isomerem Nebenprodukt
abtrennt.
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In der Technik besteht gegenwärtig ein Bedarf an der
Reinigung von Acifluorfen zur Entfernung unerwünschter
Isomere. Gleichzeitig besteht auch ein Bedarf daran, im
wesentlichen hohe Endausbeuten des gereinigten
Acifluorfen-Produkts beizubehalten.
AUFGABEN DER ERFINDUNG
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher in
der Bereitstellung eines Verfahrens zur Reinigung von
Acifluorfen.
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Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine
hohe Ausbeute an gereinigtem Acifluorfen zu erhalten.
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Eine weitere Aufgabe besteht in der Bereitstellung von
gereinigtem Acifluorfen, das sich zur Anwendung in
verschiedensten Bereichen der Landwirtschaft und der
Chemie eignet.
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Eine weitere Aufgabe besteht in der Bereitstellung von
hochgereinigtem Acifluorfen, das wiederum bei der
chemischen Synthese anderer Endanwendungsprodukte
eingesetzt werden kann.
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Eine weitere Aufgabe besteht in der Bereitstellung von
Acifluorfen, das die Registrierungsstandards der US-
Umweltschutzbehörde (Environmental Protection Agency,
EPA) erfüllt.
KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Diese und andere Aufgaben der Erfindung werden erfüllt
durch die Bereitstellung eines Verfahrens zur Reinigung
von Acifluorfen auf eine Reinheit von über etwa 85
Gewichtsprozent. Dieses Verfahren zur Reinigung von
Acifluorfen, bei dem man ein Lösungsmittel aus der
Gruppe bestehend aus 1,2-Dichlorbenzol, Monochlorbenzol,
o-Xylol und p-Xylol einsetzt und eine Lösung eines
nassen Acifluorfen-Rohkuchens und des Lösungsmittels bis
zur Auflösung erhitzt, ist dadurch gekennzeichnet, daß
die Lösung 10 bis 30 Gewichtsprozent nassen Acifluorfen-
Rohkuchen enthält, man die Lösung nach der Auflösung
abkühlt, bis sich Acifluorfen-Kristalle bilden, und die
Kristalle bei einer Temperatur im Bereich von 0 bis 30ºC
abfiltriert. Nach dem Filtrieren werden die Kristalle
aus gereinigtem Acifluorfen dann isoliert.
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Unter dem Begriff "nasser Acifluorfen-Rohkuchen" ist
hier eine Masse aus ungereinigtem, synthetisch
hergestelltem Acifluorfen mit ungefähr etwa 60 Teilen
Acifluorfen, insgesamt etwa 20 Teilen der Isomere 2'-
NO&sub2;, 6'-NO&sub2; und 5-CF&sub3; und etwa 20 Teilen Wasser zu
verstehen. Auf Trockenbasis übertragen ergibt dies etwa
80-85% Acifluorfen, 9-10% des 2'-NO&sub2;-Isomers, 3-4% des
6'-NO&sub2;-Isomers
und 4-5% des 5-CF&sub3;-Isomers. Für den
Fachmann ist es offensichtlich, daß sich auch andere
nasse Kuchen von ungereinigtem Acifluorfen formulieren
lassen, in denen die relativen Gewichtsanteile von
Acifluorfen, Isomeren und Wasser von den obengenannten
Bereichen abweichen. In den Schutzbereich der Erfindung
fällt auch, daß das ungereinigte Acifluorfen vor der
Reinigung nicht in Form eines festen nassen Kuchens
vorzuliegen braucht. Also ist vorgesehen, daß das
erfindungsgemäße Reinigungsverfahren auf fast jedes
ungereinigte Acifluorfen anwendbar ist, das mehr als die
Mindestmengen der unerwünschten Isomere enthält.
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Nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung reinigt
man Acifluorfen unter Verwendung von 1,2-Dichlorbenzol
als Lösungsmittel, wobei man eine Reinheit von
mindestens etwa 92% und eine Ausbeute von mindestens etwa 80%
erhält. Außerdem beträgt das
Trockengewichts-Endverhältnis von Acifluorfen zum 2'-NO&sub2;-Isomer mindestens etwa
23:1. Bei diesem Verfahren verwendet man als
Lösungsmittel, in dem ein nasser Rohacifluorfen-Kuchen
aufgelöst wird, 1,2-Dichlorbenzol. Der nasse Rohkuchen
enthält etwa 10 bis etwa 25 Gewichtsprozent der Lösung.
Man erhitzt die Lösung bis zur Auflösung und kühlt sie
dann ab. Die sich danach bildenden gereinigten Kristalle
aus Acifluorfen werden bei einer Temperatur von etwa 10
bis etwa 20ºC abfiltriert und isoliert.
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Gegenstand der Erfindung ist auch nach einem oder
mehreren der hier aufgeführten Verfahrensausgestaltungen
gereinigtes Acifluorfen.
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Alle in Prozent angegebenen Mengenangaben sind
Gewichtsprozente, soweit nicht anders vermerkt.
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Nach den hier aufgeführten Verfahrensweisen kann man
Acifluorfen auf über etwa 85%, bezogen auf Trockenbasis,
besonders bevorzugt auf über etwa 87%, noch weiter
bevorzugt auf über etwa 90%, 92%, 94%, 96% oder sogar
98% reinigen. Nach bestimmten Ausführungsformen ergibt
das erfindungsgemäße Verfahren auch Acifluorfen-
Endausbeuten von über etwa 80 oder 82 Gewichtsprozent,
insbesondere über etwa 84 Gewichtsprozent oder mehr.
Eine hohe Endausbeute und Reinheit von Acifluorfen sind
besonders wünschenswert. Das Verhältnis von gereinigtem
Acifluorfen zum 2'-NO&sub2;-Isomer liegt bevorzugt über etwa
23 zu 1. Gleichzeitig ist es auch besonders
wünschenswert, nur die Mindestmengen der anderen unerwünschten
Isomere zu erhalten.
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Zur Reinigung von Acifluorfen wird zunächst ein nasser
Rohkuchen hergestellt oder bezogen. Die Herstellung des
nassen Rohkuchens kann nach der oben für die bekannte
Acifluorfen-Herstellung angegebenen Verfahrensweise
erfolgen. Kurz gesagt, setzt man nach der Nitrierung des
Rohprodukts in dem Essigsäuregemisch Wasser zu, wodurch
das Produkt ausfällt. Bei der beim Filtrieren dieses
Produkts erhaltenen Masse handelt es sich um den nassen
Rohkuchen.
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Zwar kann das Gewicht des nassen Rohkuchens je nach den
Anforderungen des Anwenders variieren, jedoch kann ein
typischer, im Labormaßstab zu reinigender nasser
Acifluorfen-Kuchen etwa 25 Gramm bis 1.000 Gramm, bevorzugt
etwa 100 Gramm bis etwa 500 Gramm und besonders
bevorzugt von etwa 100 Gramm bis etwa 300 Gramm wiegen.
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Zwar können die Prozentanteile der einzelnen Komponenten
variieren, jedoch steht in der Regel zu erwarten, daß
die Gewichtsprozentanteile von Acifluorfen im nassen
Rohkuchen im Bereich von etwa 55 bis etwa 65%, bevorzugt
von etwa 60 bis etwa 65% und besonders bevorzugt von
etwa 62 bis etwa 65% liegen. (Es ist wünschenswert, wenn
im nassen Rohkuchen so viel Acifluorfen wie möglich
vorliegt.) Das 2'-NO&sub2;-Isomer liegt in Bereichen von etwa
5 bis etwa 7%, bevorzugt von etwa 5 bis etwa 6% und
besonders bevorzugt von etwa 5 bis etwa 5,5% vor. Das
6'-NO&sub2;-Isomer liegt in der Regel im Bereich von etwa 3
bis etwa 5%, bevorzugt von etwa 3 bis etwa 4% und
besonders bevorzugt von etwa 3 bis etwa 3,5%, bezogen
auf die Gesamtzusammensetzung des nassen Rohkuchens,
vor. Die Gewichtsanteile des 5-CF&sub3;-Isomers liegen in den
folgenden Bereichen: von etwa 2 bis etwa 3,5%, bevorzugt
von etwa 2 bis etwa 3% und besonders bevörzugt von etwa
2 bis etwa 2,5%. In jedem Fall besteht der Rest des
nassen Rohkuchens aus Wasser. Wasser macht in der Regel
etwa 15 bis etwa 25% des nassen Rohkuchens aus.
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Dann bringt man den nassen Rohkuchen mit mindestens
einem Lösungsmittel aus der Gruppe bestehend aus 1,2-
Dichlorbenzol, Monochlorbenzol, ortho-Xylol und para-
Xylol in Lösung. Von diesen Lösungsmitteln sind
Monochlorbenzol und 1,2-Dichlorbenzol bevorzugt. Besonders
bevorzugt ist 1,2-Dichlorbenzol.
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Der nasse Rohkuchen macht etwa 10 bis etwa 30
Gewichtsprozent der Lösung aus. Beispielsweise enthielte eine
30%ige Lösung von nassem Rohkuchen 30 Gramm nassen
Rohkuchen und 70 Gramm Lösungsmittel. Bei einem
bevorzugten Modus enthält die Lösung etwa 15 bis etwa 25
Gewichtsprozent nassen Rohkuchen, besonders bevorzugt
etwa 15 bis etwa 21 Gewichtsprozent. Nach einigen
Ausführungsformen kann man mit 1,2-Dichlorbenzol als
Lösungsmittel etwa 10 bis etwa 25 Gewichtsprozent,
besonders bevorzugt etwa 10 bis etwa 20 Gewichtsprozent
und ganz besonders bevorzugt etwa 15 bis etwa 21
Gewichtsprozent nassen Rohkuchen in Lösung einsetzen.
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Zur Auflösung des nassen Rohkuchens und des
Lösungsmittels im Labormaßstab verwendet man bevorzugt einen
Erlenmeyerkolben mit Magnetrührer. Der Kolben kann mit
einem Claisen-Aufsatz, einer Dean-Stark-Falle, einem
Kaltwasser-Rückflußkühler sowie anderen Laborgeräten
versehen sein.
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Dann wird die Lösung bis zur Auflösung erhitzt und
danach über einen Zeitraum von vorzugsweise etwa 10 bis
etwa 50 Minuten, besonders bevorzugt etwa 20 bis etwa 40
Minuten und noch weiter bevorzugt etwa 30 Minuten bei
dieser Temperatur gehalten. Der Fachmann wird
möglicherweise feststellen, daß die Heizzeit von den
obengenannten Werten abweicht. Während der Auflösung wird
vorzugsweise das Wasser aus dem nassen Rohkuchen entfernt, wozu
eine Dean-Stark-Falle besonders wünschenswert ist. In
den Schutzbereich der Erfindung fällt aber auch, daß das
Wasser während der Auflösung nicht entfernt zu werden
braucht.
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Danach kühlt man die Lösung mit einer Rate im Bereich
von etwa 20 bis etwa 25ºC pro Stunde ab. Für den
Fachmann ist es offensichtlich, daß die genannte
Abkühlungsrate die Kristallisation erleichtern sollte, jedoch
scheint sie nicht kritisch zu sein und kann nach Wunsch
variiert werden. Wenn die Temperatur der Lösung ungefähr
60ºC erreicht, kann der Fachmann die Lösung
gegebenenfalls mit Kristallen aus "reinem" Acifluorfen
"beimpfen". Diese Kristalle kann man aus bekannten Quellen
erhalten, beispielsweise durch zweimaliges
Unkristallisieren von nassem Rohkuchen aus Toluol. Nach dem
Beimpfen beginnt die Bildung von Kristallen aus reinem
Acifluorfen.
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Nach dem Abkühlen auf die gewünschte Temperatur wie hier
ausgeführt kristallisiert gereinigtes Acifluorfen weiter
aus. Für die Filtration sollte man die Lösung auf eine
Temperatur im Bereich von etwa 0 bis etwa 30ºC abkühlen.
Die Filtrationstemperatur sollte bevorzugt im Bereich
von etwa 10 bis etwa 30ºC und besonders bevorzugt von
etwa 15 bis etwa 30ºC liegen. Bei Verwendung von 1,2-
Dichlorbenzol als Lösungsmittel stellt der Fachmann
möglicherweise fest, daß ein Temperaturbereich von etwa
10 bis etwa 20ºC hinsichtlich Endreinheit und Ausbeute
hervorragende Ergebnisse liefert. Die Filtration kann
mit bekannten Labor- und Industriegeräten erfolgen.
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Nach ihrer Bildung werden die erhaltenen Kristalle
vorzugsweise bei Temperaturen innerhalb der eben
aufgeführten Bereiche abfiltriert. Gewünschtenfalls kann
man die Kristalle auch mit kaltem ( 5ºC) frischem
Lösungsmittel waschen.
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Anschließend kann man die abfiltrierten Kristalle
mittels Hochdruck-Flüssigkeitschromatographie
analysieren, um sowohl die verbleibenden Mengen an
Verunreinigungen als auch die Acifluorfen-Endausbeute zu
bestimmen. Zur quantitativen Bestimmung wendet man in der
Regel die Methode des externen Standards an.
Beispielsweise wurde ein Arbeitsstandard erhalten, der die
folgende Zusammensetzung, bezogen auf das Trockengewicht
der Säureform, aufwies: 81,3% Acifluorfen, 8,21% des 2'-
NO&sub2;-Isomers, 3,66% des 6'-NO&sub2;-Isomers und 4,38% des 5-
CF&sub3;-Isomers. Die Nachweisgrenze für die verschiedenen
Verbindungen betrug etwa 0,1%.
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Die folgenden Beispiele dienen der weiteren Erläuterung
und sind in keiner Weise als Einschränkung des
Schutzbereichs der Erfindung anzusehen.
BEISPIEL 1
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Beispiel 1 dient zum Vergleich, um zu zeigen, daß für
das Verfahren nach den verschiedenen Ausführungsformen
der Erfindung nicht alle Lösungsmittel in Betracht
kommen.
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Für diesen Versuch wurde von BASF Corp. ein 200 g
schwerer nasser Acifluorfen-Rohkuchen bezogen. Dieses
Material hatte die folgende Zusammensetzung (in
Gewichtsprozent, bezogen auf die Säure):
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Für jeden Versuch wurde ein 500-mL-Erlenmeyerkolben mit
Claisen-Aufsatz, Dean-Stark-Falle und
Kaltwasser-Rückflußkühler verwendet. Die Filtrationen erfolgten mit
einem Büchner-Trichter und Filterpapier Whatman 50.
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Eine 15%ige Lösung von nassem Acifluorfen-Rohkuchen und
Lösungsmittel wurde unter Magnetrührung zum Rückfluß
erhitzt und 30 Minuten am Rückfluß gehalten. Das Wasser
aus dem nassen Rohkuchen wurde über die Dean-Stark-Falle
entfernt. Dann wurde die Lösung mit einer Rate von 20-
25ºC/Stunde auf 60ºC abgekühlt. Zu diesen Zeitpunkt
wurde die Lösung mit Kristallen aus "reinem" Acifluorfen
beimpft. Das "reine" Acifluorfen wurde durch zweimaliges
Umkristallisieren des nassen Rohkuchens aus Toluol
erhalten. Nach weiterem Abkühlen auf 30ºC (mit der oben
angegebenen Rate) wurde die Mischung futriert. Die
Feststoffe wurden mit 10 mL frischem Lösungsmittel bei
Raumtemperatur gewaschen und mittels HPLC analysiert.
Die Ergebnisse für das jeweils verwendete Lösungsmittel
sind in der nachstehenden TABELLE 1 aufgeführt:
TABELLE 1
TABELLE 1: 15% Nasser Rohkuchen
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NN = Nicht nachweisbar
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*** = Kein 2'-NO2-Isomer nachweisbar
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Die Versuche gemäß Beispiel 1 dienten dazu, durch
Prüfung von 18 verschiedenen Lösungsmitteln so schnell
wie möglich anfängliche Screening-Ergebnisse zu
erhalten. Davon wurden sieben Lösungsmittel, die nicht
in TABELLE 1 aufgeführt sind (N-Methylpyrrolidon,
Acetonitril, Ethylenglykoldimethylether,
Ethylenglykoldiethylether, Methylethylketon, Methylamylketon und 2-
Methoxyethylether), als geeignete Lösungsmittel sofort
verworfen, da der nasse Acifluorfen-Rohkuchen in ihnen
selbst bei einem Gehalt von 30% bei Raumtemperatur
vollständig löslich war und sich daher bei der
Umkristallisation
nur eine unannehmbar geringe
Acifluorfen-Rückgewinnung ergeben würde.
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Aus den Ergebnissen ist auch ersichtlich, daß alle
Lösungsmittel mit Ausnahme von o-xylol, p-Xylol,
Monochlorbenzol und 1,2-Dichlorbenzol zu unannehmbar
geringen Reinheits- oder Ausbeuteniveaus führten oder
ein kleines oder sehr kleines Verhältnis von Acifluorfen
zu 2'-NO&sub2;-Isomer aufwiesen (weit unter dem besonders
wünschenswerten Verhältnis von etwa 23:1).
BEISPIEL 2
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Die Versuche gemäß Beispiel 2 waren so ausgelegt, daß
für jedes der vier ausgewählten Lösungsmittel o-Xylol,
p-Xylol, Monochlorbenzol und 1,2-Dichlorbenzol Lösungen
von 15, 22,5 und 30% nassem Acifluorfen-Rohkuchen bei 0,
15 und 30ºC filtriert wurden. Dabei wurde analog
Beispiel 1 vorgegangen, jedoch mit der Abwandlung, daß
die abfiltrierten Feststoffe mit 10 mL frischem kaltem
Lösungsmittel gewaschen wurden und die Feststoffe vor
der Analyse bei 60ºC unter Vakuum getrocknet wurden. Die
Ergebnisse sind in TABELLE 2 aufgeführt:
TABELLE 2
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Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung kann man bei Verwendung von 1,2-Dichlorbenzol
als Lösungsmittel eine Acifluorfen-Reinheit von weit
über 95% und Ausbeuten über etwa 80% bis etwa 89%
erzielen. Wünschenswert ist ein Endverhältnis von
gereinigtem Acifluorfen zu 2'-NO&sub2; von mindestens etwa 23
zu 1. Ausführungsformen, bei denen kein 2'-NO&sub2;
analytisch nachgewiesen werden kann, sind besonders
wünschenswert. Bei bestimmten Ausführungsformen kann der
Trockengewichtsanteil für das 6'-NO&sub2;- und das 5-CF&sub3;-
Isomer jeweils kleiner gleich etwa 2%, vorzugsweise
kleiner gleich etwa 1%, betragen. Für diese Isomere kann
man auch jeweils Konzentrationen unterhalb der
analytischen Nachweisgrenzen erzielen.
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Diese Ergebnisse sind für Lösungen mit variierenden
Anteilen an nassem Rohkuchen sowie den
Filtriertemperaturen in der nachstehenden TABELLE 3 aufgeführt. Analog
Beispiel 2 wurden die in TABELLE 3 angegebenen
Ergebnisse erhalten:
TABELLE 3
UMKRISTALLISATION VON ACIFLUORFEN AUS ODCB
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Statistisch signifikant bei Ausbeuteunterschieden
> 0,5%.
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Das nach den verschiedenen Ausführungsformen der
Erfindung gereinigte Acifluorfen sollte leicht auf
verschiedenen Gebieten der Landwirtschaft Anwendung
finden. Acifluorfen kann nach bereits bekannten
Verfahren als Herbizid verwendet werden. Das gereinigte
Acifluorfen-Produkt kann möglicherweise auch in anderen
chemischen Verfahren eingesetzt werden, beispielsweise
als potentielles Zwischenprodukt bei der Herstellung
anderer chemischer Produkte.
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Außerdem ist anzumerken, daß das Verfahren gemäß den
verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung leicht auf
die Reinigung vön Roh-Acifluorfen mit einer
Anfangsreinheit über oder unter 80-85% abgeändert werden
kann.