DE69707007T2

DE69707007T2 - Nitrierungsverfahren

Info

Publication number: DE69707007T2
Application number: DE69707007T
Authority: DE
Inventors: Heathcote Atherton; Stephen Martin Brown; Martin Lennon; James Peter Muxworthy; Ian Jeffrey Grassham Preistley
Original assignee: Syngenta Ltd
Current assignee: Syngenta Ltd
Priority date: 1996-11-01
Filing date: 1997-10-28
Publication date: 2002-04-18
Anticipated expiration: 2017-10-29
Also published as: HUP0000354A3; AU4718197A; BR9712472A; DK0937015T3; TW426650B; KR100504263B1; HU224866B1; CN1234786A; EP0937015B1; KR20000052967A; JP4047932B2; IL129562A0; IL129562A; HUP0000354A1; ATE206102T1; IN190438B; JP2001504098A; CN1134383C; DE69707007D1; WO1998019978A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Nitrierungsverfahren und insbesondere ein Verfahren zur Nitrierung von aromatischen und heteroaromatischen Verbindungen. Das Verfahren wird insbesondere zur Nitrierung von Diphenylethern verwendet, so dass Verbindungen erhalten werden, die sich als Herbizide oder als Zwischenprodukte bei der Synthese von Herbiziden eignen.
Es sind verschiedene Verfahren zur Nitrierung aromatischer und heteroaromatischer Verbindungen bekannt. Das am häufigsten verwendete System verwendet Schwefelsäure als Lösungsmittel oder Fluidisierungsmittel und Salpetersäure oder ein Allkalimetallnitrat als Nitrierungsmittel. Obwohl in vielen Fällen effizient, entstehen oft große Mengen an Schwefelsäureabfall, und die Wiedergewinnung oder die Entsorgung dieser Säure bereitet Probleme für die Umwelt. Ein schwefelsäurefreies Verfahren ist möglich, siehe bspw. US 2435314 und US 2435544. Alternativ können die Entsorgungsprobleme durch die Verwendung eines organischen Lösungsmittels reduziert und in einigen Fällen die Ausbeuten verbessert werden. Chlorierte Lösungsmittel sind für diesen Zweck als geeignet beschrieben worden, bspw. beschreibt EP-A-0022610 Herbizide der Formel:
wobei X und Y die Bedeutung H, F, Cl, Br, CF&sub3;, OCF&sub2;CHZ&sub2; (Z = Cl, Br, F), OCH&sub3;, CN, CO&sub2;R (R = Niederalkyl), C&sub6;H&sub5;, O-Alkyl, NO&sub2;- oder SO&sub2;-Niederalkyl haben; ein Verfahren zur Herstellung dieser Verbindungen durch Nitrieren einer Verbindung der Formel:
wobei X und Y die vorstehend definierte Bedeutung haben. Vorgeschlagene Nitrierungsmittel für diese Umsetzung umfassen Gemische von Salpeter- und Schwefelsäuren, und das empfohlenen Reaktions-Lösungsmittel ist Dichlormethan. Dem Nitrierungsverfahren wird eine Ausbeute von 75,4% zugeschrieben, jedoch werden keine Einzelheiten bezüglich der Reinheit des Produktes oder der Anwesenheit der anderen nitrierten Isomere gegeben.
US 4,031,131 beschreibt ähnliche Verbindungen wie oben, die auf ähnliche Weise hergestellt werden. Vorgeschlagene Nitrierungsmittel umfassen Kaliumnitrat oder gemischte Salpeter- und Schwefelsäuren, und die Umsetzung erfolgt in Dichlormethan. Für die Nitrierungsreaktion wird eine extrem hohe Ausbeute (> 95%) beansprucht, jedoch werden wiederum keine Einzelheiten bezüglich der Reinheit des Produktes angegeben. Nitrierungsreaktionen, welche gemischte Salpeter- und Schwefelsäuren verwenden, lassen sich auch in Anwesenheit von Essigsäureanhydrid durchführen.
EP-A-0003416 und EP-A-0274194 betreffen jeweils die Synthese von Herbizidverbindungen der Formel:
wobei R¹ ein gegebenenfalls mit einem Fluoratom substituierter Alkylrest oder ein gegebenenfalls substituierter Phenylrest ist;
R³ die Bedeutung H, F, Cl, Br, I Alkyl, Trifluormethyl oder CN hat;
R&sup4; die Bedeutung H, F, Cl, Br, I oder Trifluormethyl hat;
R&sup5; die Bedeutung F, Cl, Br, I oder Trifluormethyl hat; und
R&sup6; die Bedeutung H oder C&sub1;-C&sub4;-Alkyl hat.
In EP-A-0003416 lassen sich diese Verbindungen durch Nitrieren der entsprechenden Carbonsäure oder des entsprechenden Carboxamids und anschließendes Umwandeln zum Sulfonamid, oder durch Nitrieren des Sulphonamids selbst erhalten. Eine Nitrierungsreaktion ist in Beispiel 7 beschrieben, wobei das Lösungsmittel 1,2-Dichlorethan ist und das Nitrierungsmittel ein Gemisch aus Kaliumnitrat und konzentrierter Schwefelsäure ist.
EP-A-0274194 beschreibt ein Verfahren zur Nitrierung der Verbindungen der Formel:
Die Nitrierungsreaktion erfolgt unter Verwendung eines Nitrierungsmittels, wie konzentrierter Salpetersäure oder Natriumnitrat oder deren Gemischen mit Schwefelsäure. Das Reaktions-Lösungsmittel ist gegenüber Nitrierung beständig. Beispiele für diese Lösungsmittel umfassen halogenierte Lösungsmittel, wie Dichlormethan, Dichlorethan, Dichlorpropan, Chlorfluorkohlenwasserstoffe und aromatische Lösungsmittel, wie Nitrobenzol.
Von den vorstehend erwähnten Verfahren lässt sich jedoch keines besonders zufriedenstellend im Industriemaßstab einsetzen, da ihnen das Problem gemeinsam ist, dass die Reaktion ein Gemisch des erforderlichen Produktes und anderer nitrierter Isomere ist. Nitrierte Isomere von Diphenyletherverbindungen lassen sich oft äußerst schwer voneinander trennen, und die Menge des anderen Isomers ist oft zu hoch, so dass das Endprodukt nicht den Anforderungen der zuständigen Behörden für Herbizide genügt. Dieses Problem neigt zur weiteren Verschlechterung, wenn das nitrierte Produkt eher ein Zwischenprodukt bei der Synthese eines Herbizids als das erforderliche Herbizid selbst ist, da das Gemisch nitrierter Verbindungen bedeutet, dass größere Mengen anderer Reagenzien verwendet werden müssen, als nötig wären, wenn die nitrierten Isomere zufriedenstellend getrennt werden könnten. Es muss daher dringend gewährleistet sein, dass das Nitrierungsverfahren ein Produktgemisch erzeugt, das den höchstmöglichen Anteil des gewünschten Isomers enthält.
Das Problem der Gewinnung von Isomerengemischen aus einem solchen Nitrierungsverfahren wurde in GB-A-2103214 erkannt, welches ein Verfahren beschreibt, bei dem eine Verbindung der Formel:
wobei die Reste X&sub1;, X&sub2; und X&sub3; jeweils die Bedeutung H, F, Cl, Br, CF&sub3;, OCF&sub2;CHZ&sub2; (wobei Z die Bedeutung F, Cl oder Br hat), OCF&sub3;, CN, CO&sub2;R (R ist ein Niederalkylrest), Phenyl, Niederalkoxy, NO&sub2; oder SO&sub2;R (R ist ein Niederalkylrest) haben, und mindestens einer der Reste X&sub1;, X&sub2; und X&sub3; eine andere Bedeutung als H hat; und
Y die Bedeutung CO&sub2;R hat (R ist ein Niederalkylrest) oder eine Carboxygruppe ist; nitriert wird, so dass ein Produkt der Formel:
erhalten wird, wobei X&sub1;, X&sub2;, X&sub3; und Y die vorstehend definierten Bedeutungen haben.
Die Nitrierung erfolgt mit einem Gemisch aus Salpeter- und Schwefelsäuren in einem organischen Lösungsmittel, wie Dichlormethan. Es wird betont, dass das Reaktionssystem durch Zugabe von Essigsäureanhydrid wünschenswerterweise wasserfrei gehalten wird, und GB-A-2103214 erläutert, dass sich dadurch die Selektivität bezüglich Acifluorfen (dem gewünschten nitrierten Produkt) verbessern lässt. Das empfohlene Verhältnis von Ausgangsmaterial : Lösungsmittel : Essigsäureanhydrid ist 1 : 2,66 : 1,4. Die Umsetzung erfolgt drei Stunden bei einer Temperatur von 45ºC. Das Reaktionsgemisch wird dann stehen gelassen, so dass sich die organischen und wässrigen Phasen trennen, und das organische Lösungsmittel wird durch Destillation entfernt. WO-A-97/10199 (PCT/GB96/01892) betrifft ein ähnliches Verfahren, bei dem das bevorzugte Lösungsmittel erneut ein halogeniertes Lösungsmittel, und zwar Tetrachlorethylen (TCE), ist.
Die vorstehend beschriebenen Nitrierungsverfahren des Standes der Technik werden somit generell in halogenierten Lösungsmitteln durchgeführt. Dies sind zwar in vieler Hinsicht geeignete Lösungsmittel, jedoch haben sie Nachteile, von denen der schwerwiegendste ist, dass sie eine Bedrohung für die Umwelt darstellen, wenn sie freigesetzt werden. Umweltschädigende Verfahren werden immer weniger akzeptabel, und es wäre daher von großem Vorteil, wenn sich alternative Lösungsmittel finden ließen, jedoch wurden nichtchlorierte Lösungsmittel bei industriellen Nitrierungen trotz ihrer potentiellen Vorteile für die Umwelt selten verwendet.
Schofield, "Aromatic Nitration", Cambridge University Press, 1981, beschreibt die Verwendung von Essigsäure, Nitromethan, Sulfolan, Acetonitril und Ethern als Lösungsmittel. US 4,306,900 offenbart Essigsäure als Lösungsmittel für die Nitrierung von Diphenylethern. In sämtlichen Fällen lassen sich die Lösungsmittel jedoch schwierig handhaben und sind mit Wasser mischbar, was die Wiedergewinnung und Wiederverwendung erschwert.
Tetrahedron 45(9) (1989) 2719-2730 beschreibt eine Untersuchung der Selektivität aromatischer Nitrierungen mittels Bu&sub4;NNO&sub3; und (CF&sub3;CO)&sub2;O bei einer Anzahl organischer Lösungsmittel einschließlich Ethylacetat und halogenierter Lösungsmittel, wie Dichlormethan.
Tetrahedron 52(31) (1996) 10427-10440 beschreibt die Nitrierung von 3- Phenylisochinolin-1-(2H)onen mittels Salpetersäure in Essigsäure, die etwa 20% (Vol./Vol.) Ethylacetat enthält, so dass 3-Phenyl-4-nitro-isochinolin-1-(2H)-one und Spuren anderer uncharakterisierter nitrierter Derivate erhalten werden.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zur Nitrierung einer aromatischen oder heteroaromatischen Verbindung mit einem Nitrierungsmittel, das ein Gemisch aus Salpeter- und Schwefelsäuren umfasst, bereit, dadurch gekennzeichnet, dass die Nitrierung in einem Lösungsmittel, das mindestens 50% (Vol./Vol.) eines C&sub1;-C&sub6;-Alkylesters einer C&sub1;- C&sub4;-Carbonsäure umfasst, erfolgt.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein Kohlenstoffatom des aromatischen Ringes der aromatischen oder heteroaromatischen Verbindung nitriert. Die aromatische oder heteroaromatische Verbindung wird vorzugsweise mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens selektiv mononitriert.
Die im erfindungsgemäßen Verfahren als Lösungsmittel eingesetzten Ester sind nicht-toxisch, leicht wiedergewinnbar und stellen - falls sie zufällig freigesetzt werden - keine Bedrohung für die Umwelt dar. Es ließe sich erwarten, dass die Effizienz des Verfahrens in gewisser Weise leidet, wenn ein nichthalogeniertes Lösungsmittel zur Erzielung des Vorteils für die Umwelt eingesetzt wird. Dies ist jedoch überraschenderweise nicht der Fall, wenn die Nitrierung in einem Lösungsmittel, umfassend mindestens 50% (Vol./Vol.) eines C&sub1;-C&sub6;-Alkylesters einer C&sub1;-C&sub4;-Carbonsäure, durchgeführt wird.
Erfindungsgemäß steht der Begriff "aromatische Verbindung" für eine Verbindung, welche ein mono-, bi- oder tricyclisches aromatisches Ringsystem umfasst. Beispiele für solche Ringsysteme sind u.a. Phenyl-, Naphthalinyl-, Anthracenyl- und Phenanthrenyl- Gruppen.
Der Begriff "heteroaromatische Verbindung" steht für eine Verbindung, welche ein aromatisches Ringsystem mit mindestens einem Heteroatom umfasst, das mono-, bi- oder tricyclisch sein kann. Einfache Ringe enthalten vorzugsweise bis zu vier, und bicyclische Systeme bis zu fünf Heteroatome, die vorzugsweise aus Stickstoff-, Sauerstoff und Schwefelatomen ausgewählt sind. Stickstoffatome im Ring können quaternisiert oder oxidiert sein. Beispiele für solche Ringsysteme umfassen Furyl-, Thienyl-, Pyrrolyl-, Pyrazolyl-, Imidazolyl-, 1,2,3-Triazolyl-, 1,2,4-Triazolyl-, Tetrazolyl-, Oxazolyl-, Isoxazolyl-, Thiazolyl-, Isothiazolyl-, 1,2,3-Oxadiazolyl-, 1,2,4-Oxadiazolyl-, 1,3,4-Oxadiazolyl-, 1,2,5-Oxadiazolyl-, 1,2,3-Thiadiazolyl-, 1,2,4-Thiadiazolyl-, 1,3,4-Thiadiazolyl-, 1,2,5-Thiadiazolyl-, 1,2,3,4- Oxatriazolyl-, 1,2,3,5-Oxatriazolyl-, 1,2,3,4-Thiatriazolyl-, 1,2,3,5-Thiatriazolyl-, Pyridyl-, Pyrimidinyl-, Pyridazinyl-, Pyrazinyl-, 1,2,3-Triazinyl-, 1,2,4-Triazinyl-, 1,3,5-Triazinyl-, 1,2,4,5- Tetrazinyl-, Benzofuryl-, Benzisofuryl-, Benzothienyl-, Benzisothienyl-, Indolyl-, Isoinolyl-, Indazolyl-, Benzothiazolyl-, Benzisothiazolyl-, Benzoxazolyl-, Benzisoxazolyl-, Benzimidazolyl-, Chinolinyl-, Isochinolinyl-, Cinnolinyl-, Phthalazinyl-, Chinazolinyl-, Chinoxalinyl-, Naphthyridinyl-, Benzotriazinyl-, Purinyl-, Pteridinyl-, und Indolizinyl-Gruppen.
Die durch das erfindungsgemäße Verfahren zu nitrierende aromatische oder heteroaromatische Verbindung kann gegebenenfalls mit einem oder mehreren Substituenten substituiert sein. Beispiele für Substituenten umfassen C&sub1;-C&sub6;-Alkyl-, C&sub2;-C&sub6;-Alkenyl- oder C&sub2;-C&sub6;-Alkinyl-Reste, die jeweils mit einem oder mehreren Substituenten, die bspw. aus Halogenatomen und Hydroxygruppen ausgewählt sind, substituiert sind; Halogenatome, bspw. Fluor, Chlor Brom oder Iod; C&sub1;-C&sub6;-Alkoxy-Reste, die gegebenenfalls durch ein Halogenatom, bspw. Methoxy-, Ethoxy-, n-Propoxy-, Isopropoxy-, Difluormethoxy-, Trifluormethoxy- oder Tetrafluorethoxy-Gruppen substituiert sind; Aryl-Reste, bspw. gegebenenfalls substituierte Phenylgruppen; Aryloxy-Reste, bspw gegebenenfalls substituierte Phenyloxy-Gruppen; Cyano-; Nitro-; Amino-Gruppen; Mono- oder Di-C&sub1;-C&sub6;- Alkylamino-Reste; Hydroxylamino, Acyl-Reste, bspw Acetyl- oder Trifluoracetyl-Gruppen; S(O)nC&sub1;-C&sub6;-Alkyl-Reste oder S(O)nC&sub1;-C&sub6;-Halogenalkyl-Reste, wobei n die Bedeutung 0, 1 oder 2 hat, bspw Methylthio-, Methylsulfinyl-, Methylsulfonyl-, Trifluormethylthio-, Trifluormethylsulfinyl- oder Trifluormethylsulfonyl-Gruppen; SCH; SF&sub3;; COOR&sup4;; COR&sup6;; CONR&sup4;R&sup5; oder CONHSO&sub2;R&sup4;; wobei R&sup4; und R&sup5; jeweils unabhängig voneinander ein Wasserstoffatom oder ein C&sub1;-C&sub6;-Alkyl-Rest sind, die gegebenenfalls mit einem oder mehreren Halogenatomen substituiert sind und R&sup6; ein Halogenatom oder ein Rest R&sup4; ist.
Bei mehr als einem Substituenten können die Substituenten gleich oder verschieden sein.
Die gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zu nitrierende aromatische oder heteroaromatische Verbindung umfasst vorzugsweise einen substituierten Phenylring.
Die gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zu nitrierende aromatische oder heteroaromatische Verbindung umfasst stärker bevorzugt einen Diphenylether, dessen Phenylringe gegebenenfalls unabhängig mit einem oder mehreren Resten, die aus der aus C&sub1;- C&sub6;-Alkyl-, C&sub2;-C&sub6;-Alkenyl- oder C&sub2;-C&sub6;-Alkinyl-Resten bestehenden Gruppe ausgewählt sind, substituiert sind, von denen jeder gegebenenfalls mit einem oder mehreren, aus Halogen und Hydroxy; Halogen; COOR&sup4;; COR&sup6;; CONR&sup4;R&sup5; oder CONHSO&sub2;R&sup4; ausgewählten Substituenten, wobei R&sup4; und R&sup5; jeweils unabhängig voneinander ein Wasserstoffatom oder ein C&sub1;-C&sub6;-Alkylrest, der gegebenenfalls mit einem oder mehreren Halogenatomen substituiert ist; und R&sup6; ein Halogenatom oder ein Rest R&sup4; ist, substituiert ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist für die Nitrierung von Diphenyletherverbindungen, die sich als Zwischenprodukte bei der Synthese von Herbiziden eignen, besonders geeignet.
Gemäß eine weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung einer Verbindung der Formel I:
bereit gestellt, wobei R¹ ein Wasserstoffatom oder ein C&sub1;-C&sub6;-Alkyl-, C&sub2;-C&sub6;-Alkenyl- oder C&sub2;-C&sub6;-Alkinylrest (die jeweils gegebenenfalls mit einem oder mehreren aus einem Halogenatom und einer Hydroxygruppe ausgewählten Substituenten substituiert sein können) oder ein Rest COOR&sup4;, COR&sup6;, CONR&sup4;R&sup5; oder CONHSO&sub2;R&sup4; ist;
R² ein Wasserstoff oder Halogenatom ist;
R³ ein C&sub1;-C&sub4;-Alkyl-, C&sub2;-C&sub4;-Alkenyl- oder C&sub2;-C&sub4;-Alkinylrest (die jeweils gegebenenfalls mit einem oder mehreren Halogenatomen substituiert sein können) oder ein Halogenatom ist;
R&sup4; und R&sup5; unabhängig voneinander ein Wasserstoffatom oder einen C&sub1;-C&sub4;-Alkylrest, der gegebenenfalls mit einem oder mehreren Halogenatom substituiert ist, darstellen; und
R&sup6; ein Halogenatom oder ein Rest R&sup4; ist;
wobei das Verfahren das Umsetzen einer Verbindung der Formel II:
wobei R¹, R² und R³ die für Formel I definierte Bedeutung haben;
mit einem Nitrierungsmittel, umfassend ein Gemisch aus Salpeter- und Schwefelsäuren, umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Nitrierung in einem Lösungsmittel, das mindestens 50% (Vol./Vol.) eines C&sub1;-C&sub6;-Alkylesters einer C&sub1;-C&sub4;- Carbonsäure umfasst, erfolgt.
Der Begriff "C&sub1;-C&sub6;-Alkyl" betrifft eine gesättigte gerade oder verzweigte Kohlenwasserstoffkette mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen. Beispiele umfassen Methyl-, Ethyl-, n-Propyl-, tert.-Butyl-, n-Pentyl und n-Hexylgruppen. Der Begriff "C&sub1;-C&sub4;-Alkyl" ist eine Teilmenge von C&sub1;-C&sub6;-Alkyl und betrifft einen Alkylrest mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen.
Der Begriff "C&sub2;-C&sub6;-Alkenyl" betrifft eine gerade oder verzweigte Kohlenwasserstoffkette mit 2 bis 6 Kohlenstoffatomen und mindestens einer Doppelbindung. Beispiele sind u.a. Ethenyl-, Allyl-, Propenyl- und Hexenyl-Gruppen. Der Begriff "C&sub2;-C&sub4;-Alkenyl" ist eine Teilmenge von C&sub2;-C&sub6;-Alkenyl und betrifft einen Alkenylrest mit 2 bis 4 Kohlenstoffatomen.
Der Begriff "C&sub2;-C&sub6;-Alkinyl" betrifft eine gerade oder verzweigte Kohlenwasserstoffkette mit 2 bis 6 Kohlenstoffatomen und mindestens einer Dreifachbindung. Beispiele sind u.a. Ethinyl-, Propinyl- und Hexinyl-Gruppen. Der Begriff "C&sub2;-C&sub4;-Alkinyl" ist eine Teilmenge von C&sub2;-C&sub6;-Alkinyl und betrifft einen Alkinylrest mit 2 bis 4 Kohlenstoffatomen.
Der Begriff "Halogenatom" steht für Fluor, Chlor, Brom, Iod, und der entsprechende Begriff "Halogen-" steht Fluor-, Chlor-, Brom- oder Iod-.
Im Zusammenhang der vorliegenden Erfindung werden Verbindungen der allgemeinen Formel I als 4-Nitro-Isomere bezeichnet. In der Nitrierungsreaktion können neben dem erforderlichen 4-Nitro-Isomer verschiedene Isomere erzeugt werden, und diese umfassen die nachstehenden Mono-Nitro-Isomere: das 2-Nitro-Isomer: und das 6-Nitro-Isomer:
Es können zudem mindestens drei verschiedene Dinitro-Isomere gebildet werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist besonders geeignet, da es zu einem sehr niedrigen Ausmaß an Dinitrierung führt. Der Anteil an dinitrierten Isomeren ist wirklich viel niedriger als bei der Durchführung der Umsetzung in TCE, das in PCT/GB96/01892 als besonders geeignetes Lösungsmittel beschrieben ist. Die Mengen an Dinitro-Isomeren sind ebenfalls niedriger als mit anderen halogenierten Lösungsmitteln, wie Ethylendichlorid (EDC).
Bei der Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind nicht nur die Mengen an dinitrierten Isomeren niedriger als bei vergleichbaren Verfahren, die in halogenierten Lösungsmitteln durchgeführt werden, sondern auch die Anteile an 2- und 6-Nitro-Isomeren sind erheblich niedriger als mit vielen halogenierten Lösungsmitteln. In PCT/GB96/01892 ist TCE das Lösungsmittel der Wahl, da sein Gebrauch zu extrem niedrigen Anteilen der 2- und 6-Nitro-Isomeren im Produktgemisch führt. Es hat sich unerwarteterweise herausgestellt, dass die Mengen der 2- und 6-Nitro-Isomere bei der Verwendung von mindestens 50% (Vol./Vol.) eines C&sub1;-C&sub6;-Alkylesters einer C&sub1;-C&sub4;-Carbonsäure als Lösungsmittel mit den Mengen bei der Durchführung der Umsetzung in TCE vergleichbar und viel niedriger als bei der Durchführung der Umsetzung in anderen halogenierten Lösungsmitteln, wie EDC, sind.
Die Reaktanten und Produkte lassen sich durch die Verwendung von mindestens 50% (Vol./Vol.) eines C&sub1;-C&sub6;-Alkylesters einer C&sub1;-C&sub4;-Carbonsäure vor allem viel besser löslich machen als mit Hilfe halogenierter Lösungsmittel. Dies steigert wiederum die Effizienz der Umsetzung.
Die Vorteile der vorliegenden Erfindung ließen sich sicherlich nicht vom Stand der Technik her voraussagen, da alle vorherigen ähnlichen Nitrierungen in halogenierten Lösungsmitteln durchgeführt wurden.
Obwohl jeder C&sub1;-C&sub6;-Alkylester einer C&sub1;-C&sub4;-Carbonsäure oder eines Gemischs davon verwendet werden kann, sind Alkylreste mit kürzeren Ketten bevorzugt. Die für die vorliegende Erfindung bevorzugten Lösungsmittel sind C&sub1;-C&sub4;-Alkylester, bspw. Ethyl-, Propyl-, oder n-Butylester von C&sub1;-C&sub4;-Carbonsäuren. Der Grund hierfür ist, dass man zum Lösen von Ausgangsmaterial und Produkt ein hinreichend polares Lösungsmittel einsetzen muss, und die kürzeren Esterketten sind polarer als die mit längerer Kette. Entsprechend eignen sich die Ester von Essigsäure und Propionsäure eher als Ester von Buttersäure.
Bevorzugte Lösungsmittel umfassen Ethylacetat und n-Butylacetat, insbesondere n- Butylacetat.
Das beim erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzte Lösungsmittel umfasst vorzugsweise mindestens 75% (Vol./Vol.) eines C&sub1;-C&sub6;-Alkylesters einer C&sub1;-C&sub4;-Carbonsäure und stärker bevorzugt mindestens 90% (Vol./Vol.) eines C&sub1;-C&sub6;-Alkylesters einer C&sub1;-C&sub4;- Carbonsäure.
Es hat sich ebenfalls herausgestellt, dass das erfindungsgemäße Verfahren vorteilhafterweise in Gegenwart von Essigsäureanhydrid durchgeführt wird. Das Molverhältnis von Essigsäureanhydrid zu Ausgangsmaterial, bspw. der Verbindung der Formel II, reicht vorzugsweise von etwa 1 : 1 bis etwa 3 : 1.
Die Reaktionstemperatur spielt eine Rolle bei der Bestimmung der Verhältnisse der verschiedenen mononitrierten Isomere, wobei ein größerer Anteil des erforderlichen Isomers erzeugt wird, wenn die Reaktionstemperatur gesenkt wird. Die Reaktionstemperatur ist somit ein Kompromiß, da sich die Umsetzung wegen des Ausmaßes der erforderlichen Kühlung eindeutig ökonomisch nicht durchführen lässt, wenn die Temperaturen unter einem bestimmten Wert liegen. Der bevorzugte Temperaturenbereich für das erfindungsgemäße Verfahren reicht von etwa -15ºC bis zu etwa 15ºC, vorzugsweise -10º bis 10ºC, und stärker bevorzugt ist sie < 0ºC.
Es hat sich auch als vorteilhaft herausgestellt, dass das Gewichtsverhältnis von Lösungsmittel zu Ausgangsmaterial, bspw. der Verbindung der Formel II (einschließlich aller vorhandenen Isomere) nicht größer als 8,5 : 1 ist, und es reicht vorzugsweise von 1,5 : 1 bis 4 : 1.
Das im Verfahren eingesetzte Nitrierungsmittel ist, wie erwähnt, ein Gemisch von Salpeter- und Schwefelsäuren. Ein Gemisch von Salpeter- und Schwefelsäuren (gemischte Säure) kann bspw. etwa 30 bis 45% reine Salpetersäure, üblicherweise etwa 30 bis 35% reine Salpetersäure, enthalten.
Das gemischte saure Nitrierungsmittel kann üblicherweise über einen Zeitraum von etwa 30 min bis zu etwa 15 Std. zum Reaktionsgemisch gegeben werden. Die Zugaberate variiert jedoch je nach dem gewählten Reaktions-Lösungsmittel, wobei eine Zugabe über etwa 1 bis 6 Std. oder vorzugsweise 2 bis 4 Std. für viele Lösungsmittel angemessen ist.
Der Grad an Übernitrierung kann durch nacheinander erfolgende Zugabe dieser Säuren zum Reaktionsgemisch weiter verringert werden. Es hat sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, die Schwefelsäure zu einem Gemisch aus Ausgangsmaterial, bspw. einer Verbindung der Formel II, und Essigsäureanhydrid in dem gewählten Lösungsmittel zu geben und anschließend Salpetersäure dazuzugeben. Werden Schwefel- und Salpetersäuren nacheinander zugegeben, ist die Salpetersäure vorzugsweise ≥90%ig, bspw. 90-97%ig. Die Verwendung von 90%iger Salpetersäure hat den Vorteil, dass eine kürzere Umsetzungsdauer als bei vergleichbaren Umsetzungen, die bspw. 70%ige Salpetersäure verwenden, nötig ist. Das Molverhältnis von in der Umsetzung eingesetzter Schwefelsäure : Ausgangsmaterial reicht gewöhnlich bis zu 1,5 : 1, jedoch ist ein Verhältnis von Schwefelsäure : Ausgangsmaterial von 0,1 : 1 bis 0,3 : 1 bevorzugt.
Wird das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer Verbindung der Formel I verwendet, ist der Rest R² besonders bevorzugt Chlor- und R³ ist eine Trifluormethyl-Gruppe. Bei besonders bevorzugten Verbindungen der Formel I hat der Rest R¹ die Bedeutung COOH oder CONHSO&sub2;CH&sub2;. Diese Verbindungen sind 5-(2-Chlor-α,α,α-trifluor-4-tolyloxy)-2- nitrobenzoesäure (Acifluorfen) und 5-(2-Chlor-α,α,α-trifluor-4-tolyloxy)-N-methansulfonyl-2- nitrobenzamid (Fomesafen), welche jeweils leistungsfähige Herbizide sind.
Acifluorfen kann selbst nicht nur als Herbizid sondern auch als Zwischenprodukt bei der Herstellung von Fomesafen dienen. Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren, wie vorstehend beschrieben, bereit gestellt, wobei die Verbindung der Formel I Acifluorfen ist, und wobei das Verfahren weiterhin die Schritte Umwandeln von Acifluorfen in Fomesafen umfasst. Acifluorfen kann in sein Säurechlorid umgewandelt werden, welches dann mit Methansulfonamid umgesetzt wird, so dass Fomesafen erhalten wird, wobei beide Schritte durch herkömmliche Verfahren, wie bspw. in EP-A-0003416 beschrieben, durchgeführt werden können.
Die Erfindung wird nun anhand der nachstehenden Beispiele veranschaulicht, wobei die folgenden Abkürzungen verwendet werden.
pph - Teile auf hundert = Gew.-Teile des Nebenproduktes · 100/Teile des gewünschten Produktes
"gemischte Säure" - ein Gemisch, das 33,4% Salpetersäure und 66,6% Schwefelsäure enthält.
Die Ergebnisse für Ausbeute und Qualität sind in der Tabelle 1 angegeben. Die verbesserten Lösungseigenschaften des Ester-Lösungsmittelsystems sind in der Tabelle 2 veranschaulicht.

Beispiel 1

Allgemeines Verfahren zur Nitrierung von N-Methansulfonyl-3-(2-chlor-α,α,α-trifluor-4- tolyloxy)benzamid in Acetatester-Lösungsmitteln.

N-Methansulfonyl-3-(2-chlor-α,α,α-trifluor-4-tolyloxy)benzamid (86%ig, 10 g) wurde im Acetatester-Lösungsmittel (Tabelle 1) gelöst. Diese Lösung wurde mit Essigsäureanhydrid (Tabelle 1) und Schwefelsäure (0,1 g) versetzt. Die Reaktionsmasse wurde auf 0-5ºC abgekühlt, und gemischte Säure (7,2 g) wurde unter effizientem Rühren 2 Std. bei dieser Temperatur dazu gegeben. Zudem wurden kleine Portionen der gemischten Säure, falls notwendig, hinzugefügt, bis das Verhältnis von Produkt zu Ausgangsmaterial 100 : 1 oder kleiner war. Wasser (10 g) wurde zum endgültigen Reaktionsgemisch gegeben, und die erhaltene wässrige Säurephase wurde abgetrennt. Die Lösungsmittel-Schicht wurde mit Wasser (50 g) gewaschen, getrocknet (MgSO&sub4;) und eingedampft, so dass N- Methansulfonyl-3-(2-chlor-α,α,α-trifluor-4-tolyloxy)benzamid (Tabelle 1) erhalten wurde.

Beispiel 2

Allgemeines Verfahren zur Nitrierung von 3-(2-Chlor-α,α,α-trifluor-4-tolyloxy)benzoesäure zur Erzeugung von 2-Nitro-5-(2-chlor-α,α,α-trifluor-4-tolyloxy)benzoesäure (Acifluorfen)

3-(2-Chlor-α,α,α-trifluor-4-tolyloxy)benzoesäure (86%ig, 10 g) wurde in einem Gemisch aus Acetatester-Lösungsmittel und Essigsäureanhydrid (Tabelle 1) nötigenfalls durch leichtes Aufwärmen gelöst. Schwefelsäure (0,1 g) wurde zugegeben, und das Gemisch auf 0-5ºC abgekühlt. Das Säuregemisch (6,3 g) wurde über 2 Std. bei dieser Temperatur unter effizientem Schütteln dazu gegeben. Nach einem weiteren Zeitraum von 0-5ºC zur Beendigung der Umsetzung wurde eine kleine Menge Wasser dazu gegeben, und die erhaltene wässrige Phase wurde abgetrennt. Die Lösungsmittel-Schicht wurde mit Wasser (14 g) gewaschen, getrocknet (MgSO&sub4;) und eingedampft, so dass 2-Nitro-5-(2-chlor-α,α,αtrifluor-4-tolyloxy)benzoesäure (Tabelle 1) erhalten wurde.

Beispiel 3

Nitrierung von 3-(2-Chlor-α,α,α-trifluor-4-tolyloxy)benzoesäure zur Erzeugung von 2- Nitro-5-(2-chlor-α,α,α-trifluor-4-tolyloxy)benzoesäure (Acifluorfen) unter Einsatz einer getrennten Salpetersäure-/Schwefelsäure-Zugabe

Essigsäureanhydrid (37,7 g) wurde bei 35ºC zu 3-(2-Chlor-α,α,α-trifluor-4- tolyloxy)benzoesäure (86%ig, 45 g) in n-Butylacetat (85,8 g) gegeben. Schwefelsäure (98%, 12,2 g) wurde langsam dazu gegeben, und das Gemisch auf 0ºC abgekühlt. Salpetersäure (90%ig, 10,4 g) wurde dann langsam über etwa 3 Std. dazu gegeben, so dass die Temperatur bei -5 bis 0ºC gehalten wurde. Bei Beendigung der Salpetersäure-Zugabe wurde die Umsetzung mit Wasser (60 g) bei 0ºC gequencht. Das Gemisch wurde auf 50-60ºC erwärmt, und die wässrige Schicht wurde entfernt. Die Lösungsmittel-Schicht wurde mit Wasser (2 · 100 g) bei 60ºC gewaschen, und die wässrige Schicht entfernt. Das Lösungsmittel und die Essigsäure wurden durch Destillation entfernt, so dass 2-Nitro-5-(2-chlor-α,α,α-trifluor-4- tolyloxy)benzoesäure (85%), 2'-Nitro-Isomer (7,5 bis 8,5 pph), Gesamt-Dinitro- Verbindungen (~0,5 pph) erhalten wurden.

In der Tabelle verwendete Abkürzungen:

Benzamid - N-Methansulfonyl-3-(2-chlor-α,α,α-trifluor-4-tolyloxy)benzamid
Benzoesäure - 3-(2-Chlor-α,α,α-trifluor-4-tolyloxy)benzoesäure
EtAc - Ethylacetat
n-BuAc - n-Butylacetat
DCM - Dichlormethan
EDC - 1,2-Dichlorethan
TCE - Tetrachlorethen

TABELLE 1

EMI-TB]
*während der Verarbeitung zusätzlich zugegebenes Lösungsmittel TABELLE 2
*während der Verarbeitung zusätzlich zugegebenes Lösungsmittel

Claims

1. Verfahren zur Nitrierung einer aromatischen oder heteroaromatischen Verbindung mit einem Nitrierungsmittel, umfassend ein Gemisch aus Salpeter- und Schwefelsäuren, dadurch gekennzeichnet, dass die Nitrierung in einem Lösungsmittel, das mindestens 50% (Vol/Vol.) eines C&sub1;-C&sub6;-Alkylesters einer C&sub1;-C&sub4;-Carbonsäure umfasst, erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die aromatische oder heteroaromatische Verbindung ein substituierter Phenylring ist.

3. Verfahren zur Herstellung einer Verbindung der Formel I:

wobei R¹ ein Wasserstoffatom, oder ein C&sub1;-C&sub6;-Alkyl-, C&sub2;-C&sub6;-Alkenyl- oder C&sub2;-C&sub6;- Alkinylrest (die jeweils gegebenenfalls mit einem oder mehreren aus einem Halogenatom und einer Hydroxygruppe ausgewählten Substituenten substituiert sein können), oder ein Rest COOR&sup4;, COR&sup6;, CONR&sup4;R&sup5; oder CONHSO&sub2;R&sup4; ist.

R² ein Wasserstoff- oder Halogenatom ist;

R³ ein C&sub1;-C&sub4;-Alkyl-, C&sub2;-C&sub4;-Alkenyl- oder C&sub2;-C&sub4;-Alkinylrest (die jeweils gegebenenfalls mit einem oder mehreren Halogenatomen substituiert sein können) oder ein Halogenatom ist;

R&sup4; und R&sup5; unabhängig voneinander ein Wasserstoffatom oder einen C&sub1;-C&sub4;-Alkylrest, der gegebenenfalls mit einem oder mehreren Halogenatom substituiert ist, darstellen; und

R&sup6; ein Halogenatom oder ein Rest R&sup4; ist;

wobei das Verfahren das Umsetzen einer Verbindung der Formel II:

wobei R¹, R² und R³ die für Formel I definierte Bedeutung haben;

mit einem Nitrierungsmittel, umfassend ein Gemisch aus Salpeter- und Schwefelsäuren, umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Nitrierung in einem Lösungsmittel, das mindestens 50% (Vol/Vol.) eines C&sub1;-C&sub6;-Alkylesters einer C&sub1;-C&sub4;- Carbonsäure umfasst, erfolgt.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Lösungsmittel ein Ethyl-, Propyl- oder n-Butylester ist:

5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Lösungsmittel n-Butylacetat ist.

6. Verfähren nach einem der vorhergehenden. Ansprüche, wobei das Lösungsmittel mindesten 75% (Vol./Vol.) eines C&sub1;-C&sub6;-Alkylesters einer C&sub1;-C&sub4;-Carbonsäure umfasst.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Nitrierung in Gegenwart von Essigsäureanhydrid erfolgt.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Schwefel- und Salpetersäuren nacheinander zum Reaktionsgemisch gefügt werden.

9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Salpetersäure 90%ig ist.

10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, wobei das Verhältnis von Schwefelsäure Ausgangsmaterial von 0,1 : 1 zu 0,3 : 1 reicht.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Umsetzung bei einer Temperatur von -15ºC bis 15ºC erfolgt.

12. Verfahren nach Anspruch 3, wobei R² ein Chloratom ist, und R³ eine Trifluormethylgruppe ist.

13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Verbindung der Formel I 5-(2-Chlor-α,α,α- trifluor-4-tolyloxy)-2-nitrobenzoesäure (Acifluorfen) oder 5-(2-Chlor-α,α,α-trifluor-4- tolyloxy)-N-methansulfonyl-2-nitrobenzamid (Fomesafen) ist.

14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei die Verbindung der Formel I Acifluorfen ist und das Verfahren weiterhin die Schritte Umwandeln von Acifluorfen in Fomesafen umfasst.

15. Verfahren nach Anspruch 14, umfassend die Schritte Umwandeln von Acifluorfen in dessen Säurechlorid und Behandeln des Säurechlorids mit Methansulfonamid, so dass Fomesafen erhalten wird.