DE69730111T2 - Verfahren zur Herstellung von 3-(N,N-Dimethylamino)-benzoesäure - Google Patents

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von 3-(N,N-Dimethylamino)-benzoesäure.
  • 3-(N,N-Dimethylamino)-benzoesäure ist ein Schlüsselintermediat für die Herstellung von 3,3-Bis[4-(N,N-dimethylamino)phenyl]-6-N,N-dimethylaminophthalid, einem Farbstoff, welcher bei druck- oder wärmeempfindlichen Aufzeichnungssystemen verwendet wird.
  • Die Wichtigkeit von 3,3-(N,N-Dimethylamino)-benzoesäure bei der Herstellung von 3,3-Bis[4-(N,N-dimethylamino)phenyl]-6-N,N-dimethylaminophthalid, ebenso bekannt als Kristallviolett-Lacton, hat zu einer großen Anzahl von Herstellungsverfahren geführt.
  • Ein Weg zur Herstellung von 3-(N,N-Dimethylamino)-benzoesäure besteht in der Alkylierung von 3-Aminobenzoesäure mit einem Alkylierungsmittel, wie Methylhalogenid oder Dimethylsulfat. Ein Nachteil dieser Methode ist die toxische Natur der Alkylierungsmittel.
  • Von besonderer Wichtigkeit in den letzten Jahren ist das Verfahren der reduktiven Alkylierung, durchgeführt durch Umsetzen von 3-Aminobenzoesäure mit Formaldehyd in Gegenwart von Wasserstoff und einem Edelmetallkatalysator. Die 3-Aminobenzoesäure kann in situ durch katalytische Hydrierung von 3-Nitrobenzoesäure erzeugt werden.
  • Zur Veranschaulichung der reduktiven Alkylierungsroute zu 3-(N,N-Dimethylamino)-benzoesäure können erwähnt werden
    • a) katalytische Hydrierung von 3-Nitrobenzoesäure in Methanol in Gegenwart eines Pd-Fe-Katalysators mit darauffolgender Methylierung mit Formaldehyd, wie offenbart in Xiangtan Daxue Ziran Kexue Xuebao (1992) 14(4) 52–4, Chemical Abstract, Band 120, 133965 und in Huaxue Shiji (1993) 15(5) 316, Chemical Abstract, Band 120, 106485
    • b) katalytische Hydrierung von 3-Nitrobenzoesäure in Ethanol in Gegenwart von 5% Pd-C bei 90–95°C, 40 Minuten danach gefolgt von der reduktiven Methylierung unter Verwendung einer 37%igen wässrigen Lösung von Formaldehyd, wobei 3-(N,N-Dimethylamino)-benzoesäure in 93% Ausbeute erhalten wird, wie beschrieben in JP 57081444, Chemical Abstracts, Band 97, 181976.
    • c) katalytische Hydrierung von 3-Nitrobenzoesäure in Methanol, enthaltend Pd-C und Essigsäure, mit darauffolgender reduktiver Methylierung der resultierenden 3-Aminobenzoesäure, wie beschrieben in DE 29 30 616 .
    • d) katalytische Hydrierung von 3-Nitrobenzoesäure in Wasser, gefolgt durch reduktive Methylierung unter Verwendung einer 37%igen wässrigen Lösung von Formaldehyd, die in 3 Portionen in Abständen von 45 Minuten zugegeben wird, um 3-(N,N-Dimethylamino)-benzoesäure in 98% Ausbeute zu erhalten, wie beschrieben in JP52071424, Chemical Abstracts, Band 87, 151861.
  • Die dokumentierten Verfahren sind jedoch für die industrielle Herstellung in einigen Teilen ihrer Handhabung nachteilig, nämlich hinsichtlich der Verwendung relativ großer Mengen an Lösungsmittel oder der Verwendung von weniger üblichen Katalysatoren, wie eines gemischten Metallkatalysators, welche bei der Metallabtrennung und Rückgewinnung problematischer sind. Zusätzlich haben die beschriebenen Verfahren, bei denen die Umsetzung in einem im Wesentlichen wässrigen Medium durchgeführt wird, keine Regulierung über den pH des Reaktionsmediums, was zu unerwünschten Nebenreaktionen und der Bildung von Nebenprodukten führt.
  • Es ist daher ein Ziel der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung von 3-(N,N-Dimethylamino)-benzoesäure mit hoher Reinheit und in hoher Ausbeute durch die reduktive Methylierung eines Alkalimetallsalzes oder Ammoniumsalzes von 3-Aminobenzoesäure vorzusehen. Die reduktive Methylierung wird innerhalb eines sorgfältig regulierten Temperaturbereichs und in einem wässrigen oder wässrigen/methalonischen Medium durch kontinuierliche regulierte Zugabe von Formaldehyd, entweder als Wasser- oder Methanollösung, durchgeführt. Die Hydrierung wird in Gegenwart eines Puffermittels durchgeführt, sodass der pH der Reaktionsmasse reguliert wird, wodurch die Bildung unerwünschter Nebenprodukte begrenzt wird.
  • Die Erfindung sieht somit eine Verbesserung bei einem Verfahren zur Herstellung von 3-(N,N-Dimethylamino)-benzoesäure vor, wobei die Verbesserung die Verwendung eines Puffermittels ist, um den pH der Reaktionsmasse zu regulieren, und die kontinuierliche und geregelte Zugabe von Formaldehyd, während die Reaktionstemperatur innerhalb eines definierten Temperaturbereichs erhöht wird.
  • Demzufolge sieht die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von 3-(N,N-Dimethylamino)-benzoesäure vor, umfassend das Unterziehen einer wässrigen Lösung eines Alkalimetallsalzes oder Ammoniumsalzes von 3-Aminobenzoesäure der reduktiven Methylierung in Gegenwart eines geträgerten Übergangsmetallkatalysators, durch die geregelte und kontinuierliche Zugabe einer Lösung von Formaldehyd über einen Zeitraum von 0,5 bis 20 Stunden bei einem Wasserstoffdruck zwischen 25 und 40 Bar und unter gradueller Erhöhung der Temperatur der Reaktionsmasse während der Reduktion, wobei die Umsetzung innerhalb des Temperaturbereichs von 20°C bis 120°C durchgeführt wird, und wobei ein Puffermittel zugegeben wird, sodass der pH der Reaktionsmasse nach der reduktiven Methylierung 6,5 bis 9,5 beträgt.
  • Als Alkalimetallsalze können Lithium, Natrium und Kalium erwähnt werden, von denen das Natriumsalz der 3-Aminobenzoesäure bevorzugt ist.
  • Als Übergangsmetallkatalysatoren können Palladium und Platin erwähnt werden, ohne darauf beschränkt zu sein. Der Katalysator kann oder kann nicht weiter behandelt sein, um die Aktivität des Katalysators zu beeinflussen, und kann oder kann nicht vermischt sein mit anderen Metallen. Unter der Auswahl verfügbarer Katalysatoren ist Palladium bevorzugt.
  • Der Träger für den Katalysator ist ein beitragender Faktor bei der letztendlichen Leistungsfähigkeit des Katalysators. Es hat sich gezeigt, dass Kohlenstoff ein geeigneter Träger ist, obwohl dies nicht notwendigerweise ein beschränkender Faktor ist.
  • Der Temperaturbereich, bei dem der reduktive Methylierungsschritt durchgeführt wird, kann von 20°C bis 120°C, vorzugsweise von 20°C bis 50°C reichen. Obwohl die reduktive Methylierung bei einer bestimmten Temperatur durchgeführt werden kann, hat sich gezeigt, dass es vorteilhaft ist, wenn die Temperatur beim Beginn der reduktiven Methylierung 20°C bis 35°C beträgt, und dass während der Zugabe des Formaldehyds die Temperatur erhöht wird, sodass zum Ende der Formaldehydzugabe die Temperatur 40 bis 60°C beträgt, vorzugsweise 50°C.
  • Der Formaldehyd kann als eine wässrige Lösung oder als eine methalonische Lösung verwendet werden. Es ist vorteilhaft, dass die Formaldehydlösung in einer regulierten und kontinuierlicher Weise in einem Zeitraum von 0,5–20 Stunden, vorzugsweise 1–4 Stunden, unter den oben beschriebenen Temperaturbedingungen zugegeben wird.
  • Der Wasserstoffdruck, bei dem der reduktive Methylierungsschritt durchgeführt wird, kann 25 Bar bis 40 Bar, vorzugsweise 25 Bar bis 35 Bar betragen, welcher eine etwas bessere Qualität vorsieht.
  • Als Puffermittel können, ohne darauf beschränkt zu sein, wasserlösliche Carbonsäuren genannt werden, wie Ameisensäure, Essigsäure, Weinsäure, Zitronensäure und Ascorbinsäure. Die erforderliche Menge hängt von der verwendeten Säure ab, ist jedoch so, dass zum Ende des reduktiven Methylierungsschritts der pH der Reaktionsmasse innerhalb des Bereichs von 6,5 bis 9,5 und vorzugsweise innerhalb des Bereichs von 7,5 bis 8,5 liegt.
  • Das 3-Aminobenzoesäuresalz kann in situ durch die katalytische Hydrierung eines Salzes von 3-Nitrobenzoesäure hergestellt werden. Dies kann durchgeführt werden unter Verwendung eines geträgerten Übergangsmetalls als Katalysator bei einer Temperatur von 20°C bis 120°C und einem Wasserstoffdruck von 25 Bar bis 40 Bar.
  • Das für die reduktive Methylierung erforderliche Puffermittel kann, falls erwünscht, vor der Reduktion der 3-Nitrobenzoesäure zugegeben werden.
  • Der Temperaturbereich, bei dem die Reduktion der Nitrogruppe zu der Aminogruppe durchgeführt wird, kann 20°C bis 120°C, und der Wasserstoffdruck 1 Bar bis 40 Bar, vorzugsweise 80°C bis 100°C, vorzugsweise 25 Bar bis 35 Bar, betragen. Dieser Reduktionsschritt ist stark exotherm, und die gewählten Bedingungen können durch den Typ der verwendeten Ausrüstung und die mit der Ausrüstung verbundene Kühleffizienz diktiert werden. Es hat sich gezeigt, dass Be dingungen von etwa 90°C und 30 Bar Wasserstoffdruck gut geeignet sind.
  • Nach der Reduktion der 3-Nitrobenzoesäure zu 3-Aminobenzoesäure kann die Reaktionsmasse auf eine Temperatur < 50°C und vorzugsweise auf eine Temperatur von 20°C bis 35°C, gekühlt werden.
  • Die Erfindung wird nunmehr anhand von Beispielen beschrieben, sie sollte jedoch nicht als auf die hier angegebenen Beispiele beschränkt angesehen werden.
  • Beispiel 1
  • Wasser (55,0 g), 3-Nitrobenzoesäure (146,4 g; 0,876 Mol) und Natriumhydroxid (34,9 g; 0,872 Mol) als 47%ige wässrige Lösung werden in einen geeigneten Labordruckreaktor eingebracht. Der pH wird auf 6,5 eingestellt und die Reaktionsmassentemperatur auf 90°C. Das Volumen wird auf 310 ml mit Wasser bei 90°C eingestellt. Es werden dann Zitronensäure (2,0 g) und 5% Pd/C (2,24 g) zugegeben und die Reaktionsmasse bei 30 Bar Wasserstoffdruck bei einer Temperatur von 90°C hydriert.
  • Die Reaktionsmasse wird auf 35°C gekühlt, nachdem die Wasserstoffaufnahme beendet war. Dann wird eine 50%ige methanolische Lösung von Formaldehyd (111,5 g; 1,858 Mol) in geregelter und kontinuierlicher Weise während eines Zeitraums von 2 Stunden zugegeben, während die Temperatur von 35°C auf 50°C erhöht wird. Nach vollständiger Zugabe wird die Reaktionsmasse bei 50°C gehalten, bis die Wasserstoffaufnahme beendet ist. Die Reaktionsmasse wird filtriert, um den Katalysator zurückzugewinnen. Der pH der Reaktionsmasse betrug 8,1 und die Analyse zeigte eine Umwandlung von 3-Nitrobenzoesäure zu 3-(N,N-Dimethylamino)-benzoesäure von 99% der Theorie.
  • Beispiel 2
  • Die Umsetzung wird gemäß einem ähnlichen Verfahren wie in Beispiel 1 durchgeführt, mit der Ausnahme, dass die Zitronensäure durch Essigsäure ersetzt wird und die Temperatur von 25°C auf 50°C während des reduktiven Methylierungsschritts erhöht wurde. Die Ausbeute und Qualität der 3-(N,N-Dimethylamino)-benzoesäure ist vergleichbar mit Beispiel 1.
  • Vergleichsbeispiel
  • Die Umsetzung wird durch ein ähnliches Verfahren wie in Beispiel 2 durchgeführt, mit der Ausnahme, dass die reduktive Methylierung bei 9 Bar Wasserstoffdruck durchgeführt wird. Die resultierende 3-(N,N-Dimethylamino)-benzoesäure enthält einen höheren Anteil an Verunreinigungen, eignet sich jedoch für die Umwandlung zu 3,3-Bis[4-(N,N-dimethylamino)-phenyl]-6-N,N-dimethylaminophthalid.

Claims (9)

  1. Verfahren zur Herstellung von 3-(N,N-Dimethylamino)-benzoesäure, umfassend das Unterziehen einer wässrigen Lösung eines Alkalimetallsalzes oder Ammoniumsalzes von 3-Aminobenzoesäure der reduktiven Methylierung in Gegenwart eines geträgerten Übergangsmetallkatalysators, durch die geregelte und kontinuierliche Zugabe einer Lösung von Formaldehyd über einen Zeitraum von 0,5 bis 20 Stunden bei einem Wasserstoffdruck zwischen 25 und 40 Bar und unter gradueller Erhöhung der Temperatur der Reaktionsmasse während der Reduktion, wobei die Umsetzung innerhalb des Temperaturbereichs von 20°C bis 120°C durchgeführt wird, und wobei ein Puffermittel zugegeben wird, sodass der pH der Reaktionsmasse nach der reduktiven Methylierung 6,5 bis 9,5 beträgt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Alkalimetallsalz von 3-Aminobenzoesäure das Lithiumsalz, Natriumsalz oder Kaliumsalz ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Übergangsmetallkatalysator geträgertes Palladium oder Platin ist.
  4. Verfahren nach mindestens einem vorangehenden Anspruch, das bei 20°C bis 50°C durchgeführt wird.
  5. Verfahren nach mindestens einem vorangehenden Anspruch, wobei der Formaldehyd als eine wässrige Lösung oder methanolische Lösung verwendet wird.
  6. Verfahren nach mindestens einem vorangehenden Anspruch, wobei der Wasserstoffdruck, bei welchem der reduktive Methylierungsschritt durchgeführt wird, 25 Bar bis 35 Bar Wasserstoffdruck beträgt.
  7. Verfahren nach mindestens einem vorangehenden Anspruch, wobei das Puffermittel so gewählt wird, dass der pH der endgültigen Reaktionsmasse 7,5 bis 8,5 beträgt.
  8. Verfahren nach mindestens einem vorangehenden Anspruch, wobei das 3-Aminobenzoesäuresalz in situ hergestellt wird durch die katalytische Hydrierung eines Salzes von 3-Nitrobenzoesäure.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei das für die reduktive Methylierung erforderliche Puffermittel vor der Reduktion von 3-Nitrobenzoesäure zugegeben wird.
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