DE69420275T2

DE69420275T2 - Verfahren zur herstellung von p-nitroaromatischen-amiden

Info

Publication number: DE69420275T2
Application number: DE69420275T
Authority: DE
Inventors: Brian Cheng; Michael Stern
Original assignee: Solutia Inc
Current assignee: Solutia Inc
Priority date: 1993-07-30
Filing date: 1994-07-12
Publication date: 2000-03-23
Anticipated expiration: 2014-07-13
Also published as: US5380946A; EP0711273B1; US5436371A; DE69420275D1; JPH09501157A; AU7324894A; TW363956B; WO1995004029A1; EP0711273A1; JP3679411B2; ATE183735T1; MX9405815A

Description

Diese Erfindung betrifft die Herstellung von p-nitroaromatischen Amiden. Gemäß einem Aspekt betrifft diese Erfindung die Herstellung von p-aminoaromatischen Amiden. Gemäß einem anderen Aspekt betrifft diese Erfindung die Herstellung von p-nitroaromatischen Aminen. Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft diese Erfindung die Herstellung von p-aminoaromatischen Aminen. Gemäß noch einem weiteren Aspekt betrifft diese Erfindung die Herstellung von alkylierten p-aminoaromatischen Aminen.
Aromatische Amidbindungen werden derzeit durch die Umsetzung eines Amins mit einem Säurechlorid gebildet. Insbesondere ist es bekannt, p-nitroaromatische Amide durch die Umsetzung eines nitroaromatischen Amins mit einem Säurechlorid herzustellen. Dieses Verfahren ist insoferne nachteilig, als das Halogenid, welches verdrängt wird, für die Reaktoren korrosiv ist und im Abwasser aufscheint und daher unter beträchtlichen Kosten entfernt werden muß. Weiters wird das nitroaromatische Amin durch die Umsetzung von Halogen-nitroaromatischen Substanzen, z. B. Chlornitrobenzol, und Ammoniak hergestellt und führt zur selben Verdrängung des Halogenids, was zusätzliche Korrosions- und Abfallbeseitigungsprobleme verursacht. Daher würde ein Weg ohne Halogenid zu substituierten aromatischen Amiden und insbesondere nitroaromatischen Amiden und deren Produkten wesentliche Vorteile gegenüber der derzeitigen Technologie bringen und zu einem effizienteren und wirtschaftlichen kommerziellen Verfahren führen.
Das Verfahren der Erfindung ist ein derartiger Weg ohne Halogen zu nitroaromatischen Amiden und deren Produkten und eliminiert daher die teure Halogenid-Entfernung aus dem Abwasser sowie die durch das Halogenid verursachten Korrosionsprobleme.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist ein Ziel der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung von p-nitroaromatischen Amiden zur Verwendung bei der Herstellung von p-nitroaromatischen Aminen, p-aminoaromatischen Aminen, p-aminoaromatischen Amiden und alkylierten p-aminoaromatischen Aminen vorzusehen. Es ist ein weiteres Ziel der Erfindung, ein effizientes und wirtschaftliches Verfahren zur Herstellung von p-nitroaromatischen Amiden und deren Produkten, das wirtschaftlich entwicklungsfähig ist, vorzusehen. Es ist ein weiteres Ziel der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung von p-aminoaroma tischen Aminen zur Verwendung als Monomeren bei der Herstellung von Polyamiden oder anderen Polymer-Verwendungen vorzusehen. Es ist noch ein weiteres Ziel der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung von alkylierten p-aminoaromatischen Aminen zur Verwendung als Antioxidantien oder gegen Ozonbildung wirksame Mittel vorzusehen. Es ist noch ein weiteres Ziel der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung von p-nitroaromatischen Aminen zur Verwendung als Zwischenprodukte für Antioxidantien vorzusehen.
Erfindungsgemäß ist ein Verfahren zur Herstellung von p- nitroaromatischen Amiden vorgesehen, welches das In-Kontakt- Bringen von Nitril, Nitrobenzol, einer geeigneten Base und Wasser in Anwesenheit eines geeigneten Lösungsmittelsystems zur Bildung einer Mischung, und die Umsetzung der Mischung bei einer geeigneten Temperatur in einer begrenzten Reaktionszone in Anwesenheit einer gesteuerten Menge von protischem Material umfaßt.
Weiters ist erfindungsgemäß ein Verfahren zur Herstellung p- aminoaromatischer Amide vorgesehen, welches die Reduktion der erfindungsgemäß hergestellten p-nitroaromatischen Amide umfaßt. Bei einer Ausführungsform wird das p-aminoaromatische Amid mit Ammoniak weiter umgesetzt unter Bedingungen, die das entsprechende p-aminoaromatische Amin und das Amid entsprechend dem Nitril-Ausgangsmaterial erzeugen. Bei einer anderen Ausführungsform wird das p-aminoaromatische Amid mit Wasser in Anwesenheit eines geeigneten basischen oder sauren Katalysators unter Bedingungen weiter umgesetzt, die das entsprechende p-aminoaromatische Amin und die Säure oder das Salz davon entsprechend dem Nitril-Ausgangsmaterial erzeugen. Bei einer weiteren Ausführungsform wird das p-aminoaromatische Amin reduktiv alkyliert, um alkyliertes p-aminoaromatisches Amin zu erzeugen.
Weiters ist erfindungsgemäß das Verfahren zur Herstellung von p-nitroaromatischen Aminen vorgesehen, welches die Umsetzung des erfindungsgemäß hergestellten p-nitroaromatischen Amids mit Ammoniak unter Bedingungen, die das entsprechende p-nitroaromatische Amin und das Amid entsprechend dem Nitril-Ausgangsmaterial erzeugen, oder mit Wasser in Anwesenheit eines geeigneten basischen oder sauren Katalysators unter Bedingungen, die das entsprechende p-nitroaromatische Amin und die Säure oder das Salz davon entsprechend dem Nitril-Ausgangsmaterial erzeugen, umfaßt. Bei einer Ausführungsform wird das p-nitroaromatische Amin reduziert, um p-aminoaromatisches Amin zu erzeugen. Bei einer anderen Ausführungsform wird das p-nitroaromatische Amin reduktiv alkyliert, um alkyliertes p-aminoaromatisches Amin zu erzeugen. Bei einer anderen Ausführungsform wird das p-aminoaromatische Amin reduktiv alkyliert, um alkyliertes p-aminoaromatisches Amin zu erzeugen.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von p- nitroaromatischen Amiden, umfassend:
(a) In-Kontakt-Bringen von Nitril, Nitrobenzol, einer organischen oder anorganischen Base und Wasser in Anwesenheit eines polaren aprotischen Lösungsmittels zur Bildung einer Mischung, und
(b) Umsetzung dieser Mischung bei einer Temperatur von 5ºC bis 150ºC in einer begrenzten Reaktionszone in Anwesenheit eines protischen Materials, wobei das Molverhältnis von protischem Material zur Base weniger als 5 : 1 ist.
Zur Herstellung von p-aminoaromatischen Amiden umfaßt das Verfahren der Erfindung weiters:
(c) Reduktion des Reaktionsprodukts von (b) unter Bedingungen, die p-aminoaromatische Amide erzeugen.
Zur Herstellung von p-aminoaromatischen Aminen aus p-aminoaromatischen Amiden umfaßt das Verfahren der Erfindung weiters:
(d) Umsetzung des p-aminoaromatischen Amids mit Ammoniak unter Bedingungen, die das korrespondierende p-aminoaromatische Amin und Amid entsprechend dem Nitril von (a) erzeugen.
Alternativ umfaßt das Verfahren der Erfindung zur Herstellung von p-aminoaromatischen Aminen aus p-aminoaromatischen Amiden weiters:
(d) Umsetzung des p-aminoaromatischen Amids mit Wasser in Anwesenheit eines geeigneten basischen oder sauren Katalysators unter Bedingungen, die das entsprechende p-aminoaromatische Amin und die Säure oder das Salz davon, entsprechend dem Nitril von (a), erzeugen.
Zur Herstellung des alkylierten p-aminoaromatischen Amins umfaßt das Verfahren der Erfindung weiters:
(e) reduktive Alkylierung des p-aminoaromatischen Amins. Zur Herstellung von p-nitroaromatischem Amin umfaßt das Verfahren der Erfindung weiters:
(c') Umsetzung des Reaktionsprodukts von (b) mit (i) Ammoniak oder (ii) Wasser in Anwesenheit eines geeigneten basischen oder sauren Katalysators unter Bedingungen, die das entsprechende p-nitroaromatische Amin und das Amid entsprechend dem Nitril von (a) oder die Säure oder das Salz davon entsprechend dem Nitril von (a) erzeugen.
Zur Herstellung von alkyliertem p-aminoaromatischen Amin umfaßt das Verfahren der Erfindung weiters:
(d') reduktive Alkylierung des p-nitroaromatischen Amins.
Zur Herstellung von p-aminoaromatischem Amin umfaßt das Verfahren der Erfindung weiters:
(d") Reduktion des p-nitroaromatischen Amins unter Bedingungen, die das entsprechende p-aminoaromatische Amin erzeugen. Zur Herstellung von alkyliertem p-aminoaromatischen Amin umfaßt das Verfahren der Erfindung weiters:
(e") reduktive Alkylierung des p-aminoaromatischen Amins.
Das mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellte p- nitroaromatische Amid kann in Form der neutralen Verbindung, d. h., nicht in Form eines Salzes, und/oder in Form des Salzes eines solchen p-nitroaromatischen Amids vorliegen. Das Salz wird in der Reaktionsmischung aus der Umsetzung des p-nitroaromatischen Amids mit der Base erzeugt. Somit kann die beim erfindungsgemäßen Verfahren erzeugte Reaktionsmischung die p-nitroaromatische Amid-Verbindung oder Salze oder Mischungen davon, je nach den speziellen ausgewählten Reaktionsbedingungen, beinhalten.
Das Molverhältnis von Nitril zu Nitrobenzol kann von einem großen Überschuß an Nitril bis zu einem großen Überschuß an Nitrobenzol variieren. Wenn Nitrobenzol äls geeignetes Lösungsmittel für die Umsetzung verwendet wird, ist Nitrobenzol vorzugsweise in einem großen Überschuß in Bezug auf das Nitril vorhanden. Wenn das Nitril als das geeignete Lösungsmittel für die Umsetzung verwendet wird, ist vorzugsweise Nitril in einem großen Überschuß in Bezug auf das Nitrobenzol vorhanden. Wenn Nitrobenzol oder Nitril nicht als Lösungsmittel für die Umsetzung verwendet wird, kann das Molverhältnis von Nitril zu Nitrobenzol innerhalb eines weiten Bereiches variieren, ist aber vorzugsweise etwa 1 : 1.
Nitrile, die erfindungsgemäß verwendet werden können, umfassen aromatische Nitrile, aliphatische Nitrile, substituierte aromatische Nitril-Derivate, substituierte aliphatische Nitril-Derivate und Dinitrile mit der Formel:
N C - R&sub1; - A - R&sub2; - C N,
worin R&sub1; und R&sub2; unabhängig voneinander ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus aromatischen Gruppen, aliphatischen Gruppen und einer direkten Bindung, und A ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus
, -SO&sub2;-, -O-, -S- und einer direkten Bindung.
Die aliphatischen Nitrile und substituierten aliphatischen Nitril-Derivate, die erfindungsgemäß verwendet werden können, sind dargestellt durch die Formel:
X -(-R&sub3;-)-n- C N,
worin n Null oder 1 ist, R&sub3; ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Alkyl-, Arylalkyl-, Alkenyl-, Arylalkenyl-, Cycloalkyl- und Cycloalkenylgruppen, und X ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Wasserstoff, -NO&sub2;, -NH&sub2;, Arylgruppen, Alkoxygruppen, Sulfonatgruppen, -SO&sub3;H, -OH, -COH, -COOH und Alkyl-, Aryl-, Arylalkyl- oder Alkylarylgruppen, die mindestens eine -NH&sub2;-Gruppe enthalten. Sulfonatgruppen wie hierin verwendet sind Ester von Sulfonsäuren. Beispiele für Sulfonate schließen Alkylsulfonate, Aralkylsulfonate, Arylsulfonate u. dgl. ein, sind jedoch nicht auf diese beschränkt. Die bevorzugten Alkyl- und Alkoxygruppen enthalten 1 bis 6 Kohlenstoffatome. Die bevorzugten Aryl-, Arylalkyl- und Alkylarylgruppen enthalten etwa 6 bis 18 Kohlenstoffatome.
Beispiele für aliphatische Nitrile und substituierte aliphatische Nitril-Derivate schließen Acetonitril, n-Valeronitril, Butyronitril, Isobutyronitril, Cyanamid und Mischungen davon ein, sind jedoch nicht auf diese beschränkt.
Wie hierin verwendet, bedeutet der Ausdruck "substituierte aromatische Nitril-Derivate" aromatische Nitrile enthaltend ein oder mehrere Elektronen-entziehende oder Elektronen-freisetzende Substituenten am aromatischen Ring. Anwendbare Substituenten schließen Halogenide, -NO&sub2;, -NH&sub2;, Alkylgruppen, Alkoxygruppen, Sulfonatgruppen, -SO&sub3;H, -OH, -COH, -COOH und Alkyl-, Aryl-, Arylalkyl- oder Alkylarylgruppen, die mindestens eine -NH&sub2;- Gruppe enthalten, ein, sind jedoch nicht auf diese beschränkt. Die Halogenide sind ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Chlorid, Bromid und Fluorid. Die bevorzugten Alkyl- und Alkoxygruppen enthalten 1 bis 6 Kohlenstoffatome. Die bevorzugten Aryl-, Arylalkyl- und Alkylarylgruppen enthalten 6 bis 18 Kohlenstoffatome.
Beispiele für aromatische Nitrile und substituierte aromatische Nitril-Derivate schließen Benzonitril, 4-Methoxybenzonitril, 4-Chlorbenzonitril, 4-Nitrobenzonitril, 4-Aminobenzonitril, o-Tolunitril, p-Tolunitril und Mischungen davon ein, sind jedoch nicht auf diese beschränkt.
Dinitrile, die gemäß dem Verfahren der Erfindung verwendet werden können, schließen 1,4-Dicyanobenzol, 1,4-Dicyanobutan, 1,6-Dicyanohexan, 2,6-Dicyanotoluol, 1,2-Dicyanocyclobutan, 1,2-Dicyano-3,4,5,6-tetrafluorbenzol, 4,4'-Dicyanobiphenyl und Mischungen davon ein, sind jedoch nicht auf diese beschränkt.
Die Umsetzung zur Bildung des p-nitroaromatischen Amids wird in einem polaren aprotischen Lösungsmittel durchgeführt.
Polare aprotische Lösungsmittel schließen Lösungsmittel, wie z. B. Nitrobenzol, Dimethylsulfoxid, Dimethylformamid, N-Methyl- 2-pyrrolidon, Pyridin, N-Methylanilin, Chlorbenzol, Tetrahydrofuran, 1,4-Dioxan, Tetraalkylammoniumhydroxide oder Nitrile mit einem unter der Reaktionstemperatur liegenden Schmelzpunkt, z. B. geschmolzenes Tetramethylammoniumhydroxid und Benzonitril, und Mischungen davon ein, sind jedoch nicht auf diese beschränkt. Die derzeit bevorzugten Lösungsmittel sind Nitrobenzol, Dimethylsulfoxid, Dimethylformamid und N-Methyl-2-pyrrolidon. Am meisten bevorzugt wird Nitrobenzol im Überschuß bei der Umsetzung, wie oben angeführt, verwendet, und das Nitrobenzol im Überschuß gegenüber der Molmenge des Nitrils dient als Lösungsmittel. Wie nachstehend genauer beschrieben, können Lösungsmittelmischungen verwendet werden, worin ein oder mehrere der polaren aprotischen Lösungsmittel und ein anderes Lösungsmittel, wie eine gesteuerte Menge eines protischen Lösungsmittels, kombiniert werden. Beispiele für protische Lösungsmittel schließen Methanol, Wasser und Mischungen davon ein, sind jedoch nicht auf diese beschränkt.
Geeignete Basen sind organische und anorganische Basen, wie Alkalimetalle, wie Natriummetall, Alkalimetallhydride, -hydroxide, und -alkoxide, wie Natriumhydrid, Lithiumhydroxid, Natriumhydroxid, Cäsiumhydroxid, Kaliumhydroxid, Kalium-t-butoxid u. dgl., einschließlich Mischungen davon. Andere akzeptable Basen- Materialien schließen Phasentransferkatalysatoren in Verbindung mit einer geeigneten basischen Quelle, wie tetra-substituierte Ammoniumhydroxide oder Halogenide ein, sind jedoch nicht auf diese beschränkt, worin jeder Substituent unabhängig voneinander ausgewählt ist aus Alkyl-, Aryl- oder Arylalkylgruppen, worin die Alkyl-, Aryl- und Arylalkylgruppen vorzugsweise 1 bis etwa 18 Kohlenstoffatome aufweisen, einschließlich Tetraalkylammoniumhydroxide, z. B. Tetramethylammoniumhydroxid, Tetraalkylammoniumhalogenide, z. B. Tetrabutylammoniumchlorid, Aryl, Trialkylammoniumhydroxide, z. B. Phenyltrimethylammoniumhydroxid, Arylalkyl, Trialkylammoniumhydroxide, z. B. Benzyltrimethylammoniumhydroxid, Alkyl-substituierte Diammoniumhydroxide, z. B. Bis-Dibutylethylhexamethylen-diammoniumhydroxid, und andere Kombinationen von Phasentransferkatalysatoren und geeigneten Basen, wie geeignete Basen in Verbindung mit Arylammoniumsalzen, Kronenethern u. dgl., und Aminbasen, wie Lithium, Bis-(trimethylsilyl)-amid u. dgl., einschließlich Mischungen davon, ein, sind jedoch nicht auf diese beschränkt. Bevorzugte Materialien zur Verwendung als Basen sind Tetraalkylammoniumhydroxide, wie Tetramethylammoniumhydroxid oder Tetrabutylammoniumhydroxid.
Vorzugsweise werden die Base und Wasser zum Nitril zugegeben, um eine Mischung herzustellen, die dann mit den Nitrobenzol vereinigt wird. Alternativ können die Base und Wasser zugegeben werden, nachdem das Nitril und das Nitrobenzol vereinigt worden sind. Die Zugabe der Materialien kann eine Zugabe über oder unter der Oberfläche sein.
Die Menge der erfindungsgemäß verwendeten Base kann zweckmäßigerweise als Verhältnis der Äquivalente der geeigneten Base zu Äquivalenten des Nitrils ausgedrückt werden. Im großen und ganzen wird das Verhältnis der Äquivalente der Base zu den Äquivalenten des Nitrils etwa 1 : 1 bis etwa 10 : 1, vorzugsweise etwa 1 : 1 bis etwa 4 : 1, und am meisten bevorzugt etwa 1 : 1 bis etwa 2 : 1 sein.
Die Umsetzung erfolgt bei einer Temperatur von 5ºC bis 150ºC, vorzugsweise von etwa 15ºC bis etwa 100ºC, mehr bevorzugt von etwa 25ºC bis etwa 90ºC. Die am meisten bevorzugte Temperatur für die Durchführung der Umsetzung der Erfindung ist von etwa 60ºC bis etwa 80ºC.
Die Steuerung der Menge des bei der Umsetzung vorhandenen protischen Materials ist wichtig. Die Menge des erfindungsgemäß verwendeten protischen Materials kann zweckmäßigerweise als molares Verhältnis bezogen auf die Menge der zu Beginn der Umsetzung vorhandenen Base, die zur Bildung des p-nitroaromatischen Amids führt, ausgedrückt werden. Das molare Verhältnis von protischem Material zur Base ist weniger als 5 : 1, vorzugsweise weniger als etwa 3 : 1, mehr bevorzugt weniger als etwa 2 : 1, und am meisten bevorzugt weniger als etwa 1 : 1. Somit könnte die vorliegende Reaktion unter wasserfreien Bedingungen durchgeführt werden. Wie hierin verwendet, bedeutet der Ausdruck "gesteuerte Menge" an protischem Material eine Menge bis zu jener, die die Bildung von p-nitroaromatischem Amid hemmt. Die Obergrenze für die Menge des bei der Umsetzung vorhandenen protischen Materials ist je nach dem Lösungsmittel verschieden. Außerdem ist die Menge des protischen Materials, das vertragen wird, je nach der Art der Base, der Menge an Base und Basen-Kation, welche in den verschiedenen Lösungsmittelsystemen verwendet werden, verschieden. Es liegt jedoch im Können des Fachmanns unter Ausnützung der Lehre der vorliegenden Erfindung die spezifische Obergrenze der Menge an protischem Material für ein bestimmtes Lösungsmittel, Art und Menge an Base, Basen-Kation u. dgl., zu bestimmen. Die Mindestmenge an protischem Material, die notwendig ist, um die Selektivität der gewünschten Produkte beizubehalten, hängt auch vom Lösungsmittel, Art und Menge an Base, Basen-Kation u. dgl. ab, die verwendet werden, und kann ebenso vom Fachmann bestimmt werden.
Da die Menge des bei der Umsetzung anwesenden protischen Materials wichtig ist, ist es möglich, die Menge des anwesenden protischen Materials soweit wie möglich zu reduzieren und dann zur Reaktion die gewünschte Menge wieder zuzugeben. Protische Materialien, die verwendet werden können, um der Reaktion wieder zugesetzt zu werden, sind jene, die dem Fachmann bekannt sind und schließen Wasser, Methanol u. dgl. und Mischungen davon ein, sind jedoch nicht auf diese beschränkt. Verfahren, um die Menge des protischen Materials zu messen und die Menge des protischen Materials so weit wie möglich zu reduzieren, sind auf diesem Gebiet wohlbekannt. Beispielsweise kann die Menge an Wasser, die in bestimmten Reagentien vorhanden ist, durch Verwendung einer Karl-Fischer-Vorrichtung bestimmt werden, und die Menge an Wasser kann durch Destillation und/oder Trocknen unter reduziertem Druck, Trocknen in Anwesenheit von P&sub2;O&sub5; und andere Mittel, azeotrope Destillation unter Verwendung von beispielsweise Xylol, u. dgl., einschließlich Kombinationen davon, reduziert werden.
Bei einer Ausführungsform zur Steuerung der Menge des protischen Materials während der Umsetzung zur Bildung des p- nitroaromatischen Amids wird ein Desikkans zugegeben, so daß es während der Umsetzung vorhanden ist. Wenn z. B. das protische Material Wasser ist, so entfernt das Desikkans das während der Umsetzung vorhandene Wasser und führt zu einer größeren Umwandlung von Nitrobenzol und Ausbeuten von p-nitroaromatischem Amid. Wie hierin verwendet, ist ein Desikkans eine während der Umsetzung zusätzlich zur verwendeten geeigneten Base vorhandene Verbindung. Beispiele für geeignete Desikkantien schließen wasserfreies Natriumsulfat, Molekularsiebe wie die Typen 4A, 5A und 13X, erhältlich von Union Carbide Corporation, Calciumchlorid, Tetramethylammoniumhydroxid-dihydrat, wasserfreie Basen, wie KOH und NaOH, und aktivierte Tonerde mit ein, sind jedoch nicht auf diese beschränkt. Wenn das Nitril im Überschuß im Verhältnis zum Nitrobenzol verwendet wird, wie z. B. wenn das Nitril als das geeignete Lösungsmittel dient, kann das Nitril als Desikkans dienen.
Bei einer anderen Ausführungsform zur Steuerung der Menge des protischen Materials, während der Umsetzung zur Bildung des p-nitroaromatischen Amids, wird das protische Material kontinuierlich aus der Reaktionsmischung durch Destillation entfernt. Wenn das vorhandene protische Material ein Azeotrop mit einer der Verbindungen in der Reaktionsmischung bildet, kann das protische Material durch kontinuierliche azeotrope Destillation von protischem Material unter Verwendung des Azeotrops entfernt werden.
Die Umsetzung kann unter aeroben oder anaeroben Bedingungen durchgeführt werden. Unter aeroben Bedingungen wird die Um setzung im wesentlichen wie oben beschrieben in der Reaktionszone durchgeführt, auf welche Sauerstoff einwirkt, üblicherweise durch Einwirken von Luft. Unter aeroben Bedingungen kann der Druck, bei welchem die Umsetzung durchgeführt wird, variieren, und der optimale Druck sowie die optimale Kombination von Druck und Temperatur sind vom Fachmann leicht bestimmbar. Beispielsweise kann die Umsetzung bei Raumtemperatur und bei einem Druck im Bereich von etwa 0 psig (0 kg/cm²) bis etwa 250 psig (17,6 kg/cm²), wie von etwa 14 psig (1 kg/cm²) bis etwa 150 psig (10,5 kg/cm²) durchgeführt werden. Unter anaeroben Bedingungen kann die Umsetzung bei Atmosphärendruck oder reduziertem oder erhöhtem Druck in Anwesenheit eines Inertgases, wie beispielsweise Stickstoff oder Argon, durchgeführt werden. Optimale Bedingungen für einen bestimmten Satz Reaktionsparameter, wie Temperatur, Base, Lösungsmittel u. dgl., sind vom Fachmann unter Verwendung der Lehre der vorliegenden Erfindung leicht bestimmbar. Es ist derzeit bevorzugt, die Umsetzung unter aeroben Bedingungen durchzuführen, weil die Bildung des Nebenprodukts, Azoxybenzol, ausgeschaltet werden kann.
Die p-nitroaromatischen Amide und/oder ihre Salze können zu p-aminoaromatischen Amiden reduziert werden. Die neutralen Verbindungen können aus den Salzen unter Verwendung von Wasser und/oder einer Säure generiert werden. Alternativ können die Salze reduziert werden. Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann p-nitroaromatisches Amin zu p-aminoaromatischem Amin reduziert werden. Diese Reduktionen können mit jedem von vielen bekannten reduktiven Prozessen durchgeführt werden, wie unter Verwendung einer Hydridquelle, z. B. Natriumborhydrid in Verbindung mit Palladium- oder Platin-auf-Kohle-Katalysatoren. Vorzugsweise wird diese Reduktion durch katalytische Reduktion durchgeführt, wobei die Hydrierung unter Wasserstoffdruck in Anwesenheit von Platin- oder Palladium-auf-Kohle, Nickel u. dgl., bewirkt wird. Dieser Hydrierungsvorgang ist im Detail in "Catalytic Hydrogenation in Organic Synthesis", P. N. Rylander, Academic Press, N. Y., Seite 299 (1979) beschrieben, das durch Bezugnahme hierin miteingeschlossen ist. Die Hydrierung kann in einer Vielfalt von Lösungsmitteln durchgeführt werden, die Toluol, Xylol, Anilin, Ethanol, Dimethylsulfoxid, Wasser und Mischungen davon einschließen, jedoch nicht auf diese beschränkt sind. Vorzugsweise wird die Hydrierung unter Verwendung eines Platin-auf-Kohle- oder Palladium-auf-Kohle-Katalysators in einem geeigneten Lösungsmittel, wie beispielsweise entweder Ethanolanilin oder Dimethylsulfoxid, Mischungen davon, oder Mischungen, die Wasser als Lösungsmittel inkludieren, und bei einem Wasserstoffdruck von 100 psig (7 kg/cm²) H&sub2; bis etwa 340 psig (23,9 kg/cm²) H&sub2; bei einer Temperatur von etwa 80ºC durchgeführt.
Eine Aminolyse von p-nitroaromatischem Amid und p-aminoaromatischem Amid kann durchgeführt werden durch Umsetzung von p- nitroaromatischem Amid oder p-aminoaromatischem Amid mit Ammoniak zur Herstellung des entsprechenden p-nitroaromatischen Amins bzw. p-aminoaromatischen Amins und des Amids entsprechend dem Nitril-Ausgangsmaterial. Vgl. beispielsweise Jencks, W. P., J. Am. Chem. Soc., Bd. 92, S. 3201-3202 (1970). Der Ammoniak kann bei der Aminolyse-Reaktion entweder als Ammoniak oder als Mischung von Ammoniak und Ammoniumhydroxid verwendet werden. Wenn Ammoniumhydroxid vorhanden ist, führt die Umsetzung zur Säure entsprechend dem Nitril-Ausgangsmaterial zusätzlich zum Amid entsprechend dem Nitril-Ausgangsmaterial. Vorzugsweise wird p-nitroaromatisches Amid oder p-aminoaromatisches Amid mit Ammoniak in Anwesenheit eines Lösungsmittels, z. B. Methanol, umgesetzt.
Die Hydrolyse von p-nitroaromatischem Amid und p-aminoaromatischem Amid kann durch Umsetzung von p-nitroaromatischem Amid oder p-aminoaromatischem Amid mit Wasser in Anwesenheit eines geeigneten basischen oder sauren Katalysators durchgeführt werden, um das entsprechende p-nitroaromatische Amin bzw. p-aminoaromatische Amin und die Säure oder das Salz davon entsprechend dem Nitril-Ausgangsmaterial zu erzeugen. Beispiele für geeignete basische Katalysatoren schließen Alkalimetallhydroxide, Erdalkalimetallhydroxide, Alkalimetallalkoxide, Tetraalkylammoniumhydroxide, Ammoniumhydroxid u. dgl. und Mischungen davon ein, sind jedoch nicht auf diese beschränkt. Beispiele für geeignete saure Katalysatoren schließen Schwefelsäure, Salzsäure, Salpetersäure, Phosphorsäure u. dgl. und Mischungen davon ein, sind jedoch nicht auf diese beschränkt. Derzeit ist es bevorzugt, einen basischen Katalysator zu verwenden, da ausgewählte geeignete Basen, die bei der Herstellung von p-nitroaroma tischen Amiden verwendet werden, auch als basische Katalysatoren bei der Hydrolyse-Reaktion verwendet werden können. Die Temperatur der Hydrolyse-Reaktion ist im allgemeinen im Bereich von etwa 60ºC bis etwa 120ºC.
Die reduktive Alkylierung von p-aminoaromatischem Amin zur Herstellung von Antioxidantien oder gegen Ozonbildung wirksamen Mitteln kann mittels jedes von mehreren gutbekannten Verfahren durchgeführt werden. Vgl. beispielsweise US 4 900 868. Vorzugsweise werden p-aminoaromatisches Amin und ein geeignetes Keton oder ein Aldehyd in Anwesenheit von Wasserstoff und Platin-auf- Kohle als Katalysatoren umgesetzt. Geeignete Ketone schließen Methylisobutylketon (MIBK), Aceton, Methylisoamylketon und 2- Octanon ein, sind jedoch nicht auf diese beschränkt. Es sei bemerkt, daß die Reduktion von p-nitroaromatischen Aminen und die Alkylierung des reduzierten Materials im selben Reaktionsgefäß durchgeführt werden können, wobei das Keton als Lösungsmittel verwendet wird. Vgl. beispielsweise US 3 414 616, US 4 463 191 und Bannerjee et al., J. Chem. Soc. Chem. Comm., 18, S. 1275-76 (1988).
In Erwägung gezogene Äquivalente der Reaktanten und Reagentien, die oben angeführt sind, sind Reaktanten und Reagentien, die ansonsten diesen entsprechen und dieselben allgemeinen Eigenschaften aufweisen, wobei eine oder mehrere der verschiedenen Gruppen, z. B. -NO&sub2;, einfache Variationen darstellen. Außerdem ist, soferne ein Substituent als Wasserstoff angegeben ist oder sein kann, die exakte chemische Natur eines Substituenten, der nicht Wasserstoff ist, an dieser Position nicht kritisch, solange er die gesamte Aktivität und/oder den Synthesevorgang nicht beeinträchtigt.
Die oben beschriebenen chemischen Reaktionen sind im allgemeinen im Hinblick auf ihren breitesten Anwendungsbereich auf das Verfahren dieser Erfindung beschrieben. Gelegentlich können die Reaktionsbedingungen nicht anwendbar sein, wie genau für jeden Reaktanten und jedes Reagens im geoffenbarten Umfang beschrieben. Beispielsweise kann es sein, daß bestimmte geeignete Basen in einem Lösungsmittel nicht so löslich sind wie in anderen Lösungsmitteln. Die Reaktanten und Reagentien, für die dies zutrifft, sind für den Fachmann leicht erkennbar. In all diesen Fällen können entweder die Umsetzungen erfolgreich mittels herkömmlicher Modifikationen, die dem Fachmann bekannt sind, beispielsweise durch geeignete Veränderungen von Temperatur, Druck u. dgl., durch Übergehen zu alternativen herkömmlichen Reagentien, wie anderen Lösungsmitteln oder Basen, durch Routinemodifikation der Reaktionsbedingungen u. dgl. erfolgreich durchgeführt werden, oder es sind andere Reaktionen, die hierin geoffenbart oder ansonsten herkömmlich sind, auf das Verfahren dieser Erfindung anwendbar. Bei allen Herstellungsverfahren sind alle Ausgangsmaterialien bekannt oder aus bekannten Ausgangsmaterialien leicht herstellbar.

Beispiele

Materialien und Methoden.

Nitrile und Nitrobenzol waren von Reagens-Qualität und wurden ohne weitere Reinigung verwendet. Die Lösungsmittel wurden von Aldrich Chemical gekauft und waren von wasserfreier Qualität. Das Tetramethylammoniumhydroxid wurde als Pentahydrat gekauft und in einem Exsikkator über P&sub2;O&sub5; unter Vakuum mehrere Tage lang vor der Verwendung getrocknet. Titrieren des resultierenden Feststoffs zeigte, daß das getrocknete Material das Dihydrat war. Soferne nicht anders angegeben, wurden alle Ausbeuten mittels HPLC gemäß dem folgenden Verfahren bestimmt.
HPLC-Analyse-Methode:
Eine Waters-600-Serien-HPLC, ausgerüstet mit einer Vydac 201HS54 (4,6 · 250 mm)-Säule und UV-Detektion bei 254 nm wurde zur Überwachung aller Reaktionen verwendet. Das Verfahren mit externem Standard wurde bei allen Analysen verwendet. Authentische Proben von Produkten, die als Standards zu verwenden waren, wurden mittels aus der Literatur bekannter Methoden hergestellt. Elutions-Gradient

Beispiel 1

Dieses Beispiel veranschaulicht die Herstellung von N-(4- Nitrophenyl)-benzamid durch Umsetzung von Benzonitril und Nitrobenzol in Anwesenheit von Luft.
Eine Lösung enthaltend 10 g Nitrobenzol, 1,27 g Tetramethylammoniumhydroxid-dihydrat und 1 g Benzonitril wurde bei 60ºC 1 h lang gerührt, wobei Luft über eine Spritzennadel in die Lösung eingesprudelt wurde. Eine Analyse einer Probe des Reaktionsprodukts mittels HPLC zeigte, daß N-(4-Nitrophenyl)-benzamid in 45% Ausbeute, bezogen auf das Tetramethylammoniumhydroxid, erzeugt worden war. Im Reaktionsprodukt wurde kein Azoxybenzol nachgewiesen.

Beispiel 2

Dieses Beispiel veranschaulicht die Herstellung von N-(4- Nitrophenyl)-benzamid durch Umsetzung von Benzonitril und Nitrobenzol unter anaeroben Bedingungen.
Eins Lösung enthaltend 10 g Nitrobenzol, 1,27 g Tetramethylammoniumhydroxid-dihydrat und 1 g Benzonitril wurde bei 60ºC 1 h lang gerührt, wobei Stickstoff über eine Spritzennadel iri die Lösung eingesprudelt wurde. Eine Analyse einer Probe des Reaktionsprodukts mittels HPLC zeigte, daß N-(4-Nitrophenyl)-benzamid in 45% Ausbeute erzeugt und Azoxybenzol in 22% Ausbeute generiert worden war, bezogen auf Tetramethylammoniumhydroxid.

Beispiel 3

Dieses Beispiel veranschaulicht die Wirkung von Wasser auf die Herstellung von N-(4-Nitrophenyl)-benzamid bei der Umsetzung von Benzonitril und Nitrobenzol.
A) Eine Lösung von 1,27 g Tetramethylammoniumhydroxid-dihydrat, 156 mg Biphenyl (als innerer Standard) und 10 ml Nitro benzol wurde in einem 100 ml-Dreihalskolben mit rundem Boden, der mit einem Trockenrohr ausgestattet war, gerührt. Benzonitril (1 ml) wurde zugegeben und in Luft bei 60ºC gerührt. Nachdem die Lösung 3 h lang gerührt worden war, wurde ein Aliquot als Probe für RP-HPLC-Analyse genommen. Die Ausbeute an N-(4-Nitrophenyl)- benzamid betrug 17%, bezogen auf das chargierte Tetramethylammoniumhydroxid.
B) Eine Lösung von 1,8 g Tetramethylammoniumhydroxid-pentahydrat, 160 mg Biphenyl (als innerer Standard) und 10 ml Nitrobenzol wurde in einem 100 ml-Dreihalskolben mit rundem Boden, der mit einem Trockenrohr ausgestattet war, gerührt. Benzonitril (1 ml) wurde zugegeben und in Luft bei 60ºC gerührt. Nachdem die Lösung 3 h lang gerührt worden war, wurde ein Aliquot als Probe für RP-HPLC-Analyse genommen. Es wurde errechnet, daß die Ausbeute an N-(4-Nitrophenyl)-benzamid 0,91% betrug, bezogen auf das chargierte Tetramethylammoniumhydroxid.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von p-nitroaromatischen Amiden, umfassend:

(a) In-Kontakt-Bringen von Nitril, Nitrobenzol, einer organischen oder anorganischen Base und Wasser in Anwesenheit eines polaren aprotischen Lösungsmittels zur Bildung einer Mischung, und

(b) Umsetzung dieser Mischung bei einer Temperatur von 5ºC bis 150ºC in einer begrenzten Reaktionszone in Anwesenheit eines protischen Materials, wobei das Molverhältnis von protischem Material zur Base weniger als 5 : 1 ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Nitril ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus aromatischen Nitrilen, aliphatischen Nitrilen, substituierten aromatischen Nitril-Derivaten, substituierten aliphatischen Nitril-Derivaten und Dinitrilen mit der Formel:

N C - R&sub1; - A - R&sub2; - C N,

worin R&sub1; und R&sub2; unabhängig voneinander ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus aromatischen Gruppen, aliphatischen Gruppen und einer direkten Bindung, und A ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus

, -SO&sub2;-, -O-, -S- und einer direkten Bindung.

3. Verfahren nach Anspruch 2, worin die aliphatischen Nitrile und die substituierten aliphatischen Nitril-Derivate dargestellt sind durch die Formel:

X-(-R&sub3;-)-C N,

worin n Null oder 1 ist, R&sub3; ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Alkyl-, Arylalkyl-, Alkenyl-, Arylalkenyl-, Cycloalkyl- und Cycloalkenylgruppen, und X ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Wasserstoff, -NO&sub2;, -NH&sub2;, Arylgruppen, Alkoxygruppen, Sulfonatgruppen, -SO&sub3;H, -OH, -COH, -COOH und Alkyl-, Aryl-, Arylalkyl- oder Alkylarylgruppen, die mindestens eine -NH&sub2;-Gruppe enthalten.

4. Verfahren nach Anspruch 2, worin der Substituent der substituierten aromatischen Nitril-Derivate ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Halogeniden, -NO&sub2;, -NH&sub2;, Alkylgruppen, Alkoxygruppen, Sulfonatgruppen, -SO&sub3;H, -OH, -COOH, -COH und Alkyl-, Aryl-, Arylalkyl- oder Alkylarylgruppen, die mindestens eine -NH&sub2; -Gruppe enthalten, wobei die Halogenide ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Chlorid, Bromid und Fluorid.

5. Verfahren nach Anspruch 1, worin das polare aprotische Lösungsmittel ein Lösungsmittel ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Nitrobenzol, Dimethylsulfoxid, Dimethylformamid, N-Methyl-2-pyrrolidon, Pyridin, N-Methylanilin, Chlorbenzol, Tetrahydrofuran, 1,4-Dioxan, Tetraalkylammoniumhydroxid oder Nitrilen mit einem unter der Reaktionstemperatur liegenden Schmelzpunkt und Mischungen davon inkludiert.

6. Verfahren nach Anspruch 5, welches weiters ein protisches Lösungsmittel inkludiert.

7. Verfahren nach Anspruch 1, worin das Verhältnis der Äquivalente der Base zu Äquivalenten des Nitrils 1 : 1 bis 10 : 1 ist.

8. Verfahren nach Anspruch 1, worin die organischen und anorganischen Basen ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Alkalimetallen, Alkalimetallhydriden, Alkalimetallhydroxiden, Alkalimetallalkoxiden, einem Phasentransferkatalysator in Verbindung mit einer basischen Quelle, Aminen, Kronenäthern in Verbindung mit einer basischen Quelle, Alkylmagnesiumhalogeniden und Mischungen davon.

9. Verfahren nach Ansprüch 1, worin die Base ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus einem Arylammonium-, Alkylammonium-, Aryl/Alkylammonium- und Alkyldiammoniumsalz in Verbindung mit einer basischen Quelle.

10. Verfahren nach Anspruch 1, worin die Umsetzung von Schritt (b) unter aeroben Bedingungen durchgeführt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 1, worin die Umsetzung von Schritt (b) unter anaeroben Bedingungen durchgeführt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 1, worin ein Desikkans während Schritt (b) anwesend ist, um die Menge des während der Umsetzung vorhandenen protischen Materials zu steuern.

13. Verfahren nach Anspruch 1, worin die Menge an protischem Material von Schritt (b) durch die fortlaufende Destillation des protischen Materials gesteuert wird.

14. Verfahren nach Anspruch 1, welches weiters umfaßt:

(c) Reduktion des Reaktionsprodukts von (b) unter Bedingungen, die p-aminoaromatische Amide erzeugen.

15. Verfahren nach Anspruch 14, welches weiters umfaßt:

(d) Umsetzung des p-aminoaromatischen Amids mit Ammoniak unter Bedingungen, die das korrespondierende p-aminoaromatische Amin und Amid entsprechend dem Nitril von (a) erzeugen.

16. Verfahren nach Anspruch 15, welches weiters umfaßt:

(e) reduktive Alkylierung des p-aminoaromatischen Amins zur Erzeugung von alkyliertem p-aminoaromatischem Amin.

17. Verfahren nach Anspruch 16, worin das p-aminoaromatische Amin unter Verwendung einer Verbindung ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Ketonen und Aldehyden reduktiv alkyliert wird.

18. Verfahren nach Anspruch 14, welches weiters umfaßt:

(d) Umsetzung des p-aminoaromatischen Amids mit Wasser in Anwesenheit eines geeigneten basischen oder sauren Katalysators unter Bedingungen, die das entsprechende p-aminoaromatische Amin und die Säure oder das Salz davon, entsprechend dem Nitril von (a), erzeugen.

19. Verfahren nach Anspruch 18, welches weiters umfaßt:

20. Verfahren nach Anspruch 19, worin das p-aminoaromatische Amin unter Verwendung einer Verbindung ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Ketonen und Aldehyden reduktiv alkyliert wird.

21. Verfahren nach Anspruch 1, welches weiters umfaßt:

(c) Umsetzung des Reaktionsprodukts von (b) mit (i) Ammoniak oder (ii) Wasser in Anwesenheit eines geeigneten basischen oder sauren Katalysators unter Bedingungen, die das entsprechende p- nitroaromatische Amin und das Amid entsprechend dem Nitril von (a) oder die Säure oder das Salz davon entsprechend dem Nitril von (a) erzeugen.

22. Verfahren nach Anspruch 21, welches weiters umfaßt:

(d) Reduktion des p-nitroaromatischen Amins unter Bedingungen, die das entsprechende p-aminoaromatische Amin erzeugen.

23. Verfahren nach Anspruch 22, welches weiters umfaßt:

(e) reduktive Alkylierung des p-aminoaromatischen Amins zur Herstellung von alkyliertem, p-aminoaromatischem Amin.

24. Verfahren nach Anspruch 23, worin das p-aminoaromatische Amin unter Verwendung einer Verbindung ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Ketonen und Aldehyden reduktiv alkyliert wird.

25. Verfahren nach Anspruch 21, welches weiters umfaßt:

(d) reduktive Alkylierung des p-nitroaromatischen Amins zur Erzeugung von alkyliertem, p-aminoaromatischem Amin.

26. Verfahren nach Anspruch 25, wobei das p-nitroaromatische Amin unter Verwendung einer Verbindung ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Ketonen und Aldehyden reduktiv alkyliert wird.