DE69911757T2

DE69911757T2 - Verfahren zur herstellung von 3-bromanisol und 3-bromnitrobenzol

Info

Publication number: DE69911757T2
Application number: DE69911757T
Authority: DE
Inventors: Mark Gelmont; Joseph Zilberman
Original assignee: Bromine Compounds Ltd
Current assignee: Bromine Compounds Ltd
Priority date: 1998-04-07
Filing date: 1999-03-22
Publication date: 2004-08-05
Anticipated expiration: 2019-03-23
Also published as: HUP0102301A3; PL343348A1; CZ20003663A3; PL194723B1; ATE251105T1; CN1296467A; WO1999051561A1; DE69911757D1; AU2954899A; EP1070038A1; EP1070038B1; CN1170798C; IL123990A; HUP0102301A2; US6380440B1; CZ301094B6

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von 3-Bromanisol durch Methoxydenitrierung von 3-Bromnitrobenzol in Gegenwart eines Phasentransferkatalysators.
Hintergrund der Erfindung
3-Bromanisol (im folgenden auch als MBA angegeben) ist ein Zwischenprodukt im pharmazeutischen Bereich. Insbesondere wird es zur Herstellung des Analgetikums Tramadol verwendet.
Von den wenigen bekannten Verfahren zur Herstellung von MBA ist das am häufigsten verwendete das auf der Basis der Methylierung von meta-Bromphenol. Siehe beispielsweise Hewett, J. Chem. Soc. 50 (1936) und Natelson, Gottfried, J. Amer. Chem. Soc. 61, 1001 (1939). meta-Bromphenol wird wiederum durch Diazotierung ausgehend von meta-Bromanilin oder meta-Aminophenol hergestellt. Berti et al., Ann. Chem , 49, 1237, 1248 (1959) berichten ein Verfahren zur Herstellung von MBA aus meta-Anisidin über eine Diazotierungsreaktion.
Der Hauptnachteil dieser bekannten Verfahren zur großtechnischen Herstellung von MBA besteht darin, dass sie auf kostenaufwändigen und unzureichend zugänglichen Ausgangsmaterialien beruhen. Ein weiterer Nachteil besteht in den großen Mengen wässriger Abfallflüssigkeiten, die beim Diazotierungsverfahren gebildet werden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines neuen und bequemen Wegs zur Herstellung von MBA, der von 3-Bromnitrobenzol ausgeht und das letztendliche MBA in hoher Ausbeute und mit guter Reinheit ergibt.
3-Bromnitrobenzol (im folgenden auch als BNB bezeichnet) kann auf mehreren bekannten Wegen hergestellt werden. Johnson und Gauerke "Organic Synthesis", Sammelband 1, 123–124 (1956) untersuchten die Bromierung von Nitrobenzol mit Brom in Gegenwart von Eisenpulver bei einer Temperatur von 135-145°C. Die Ausbeute von BNB betrug 60–75%. Mehrere andere Katalysatoren wurden von Tronov et al. (Chem. Abstr. 55: 8347i und 49: 13133d) getestet, die 33% BNB durch Verwendung von Brom, Schwefelsäure, Salpetersäure und Essigsäure bei einer Temperatur von 83°C über einen Zeitraum von 4–5 h, oder mit Brom und Katalysatoren, wie Aluminium, Schwefel und Tellur, erhielten. Derbyshire und Waters, J. Chem. Soc., 573–577 (1950) berichteten, dass Nitrobenzol durch Umsetzung mit hypobromiger Säure bromiert werden kann. Die Bromierung von Nitrobenzol mit Kaliumbromat wurde in US-Patent Nr. 4 418 228 und J. Org. Chem , 46, 2169–2171 berichtet. Sie beanspruchten, dass äquimolare Mengen von Bromat und Nitrobenzol in 65%-iger Schwefelsäure BNB nach 24 h bei 35°C mit einer Ausbeute von 88% ergaben. Der Hauptmangel dieses Verfahrens ist die Notwendigkeit des relativ teuren und technisch schwierig zu verwendenden Alkalimetallbromats.
Daher ist eine weitere Aufgabe dieser Erfindung die Bereitstellung eines neuen und bequemen Wegs zur Herstellung von BNB durch die Bromierung von Nitrobenzol mit Brom in Oleum unter Überwindung der mit der Verwendung von Alkalimetallbromat verbundenen Probleme.
Andere Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden im Laufe der Beschreibung deutlicher.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Erfindung stellt ein Verfahren zur Herstellung von 3-Bromanisol nach Anspruch 1 bereit.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Methoxydenitrierungsreagens ein Alkalimetallmethoxid. Vorzugsweise ist das Alkalimetallmethoxid aus Natriummethoxid und Kaliummethoxid ausgewählt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung beträgt die Menge des verwendeten Methoxid 1–1,5 mol pro mol 3-Bromnitrobenzol. Das Alkalimetallmethoxid kann ein zuvor hergestellter Feststoff sein oder es kann in situ durch Umsetzung des entsprechenden Alkalihydroxids mit Methanol hergestellt werden. Typischerweise beträgt für den Fall, dass zuvor hergestelltes festes Methoxid verwendet wird, die effektive Menge von Alkalihydroxid zwischen 1,2 und 1,7 mol pro mol 3-Bromnitrobenzol. Typische Reaktionstemperaturen liegen zwischen etwa 40 und 80°C. Bevorzugte Reaktionstemperaturen liegen zwischen 50 und 55°C.
Für den Fall, dass das Methoxid in situ hergestellt wird, beträgt die effektive Menge von Alkalihydroxid zwischen 2,2 und 2,4 mol pro mol 3-Bromnitrobenzol. Typische Reaktionstemperaturen liegen zwischen etwa 50 und 80°C. Bevorzugte Reaktionstemperaturen liegen zwischen etwa 55 und 65°C.
Die Konzentration des Phasentransferkatalysators kann ohne weiteres durch den erfahrenen Chemiker für spezielle Reaktionsbedingungen gewählt werden. Beispiele, die jedoch nicht beschränkend sind, für Konzentrationen des Phasentransferkatalysators liegen im Bereich von 20 bis 30 Gew.%, bezogen auf das BNB am Anfang. Beispiele für geeignete Phasentransferkatalysatoren umfassen Tributylmethylammoniumchlorid, Tetrabutylammoniumchlorid, Tetrabutylammoniumhydroxid, Tetrabutylammoniumhydrogensulfat oder Tetrabutylammoniumbromid. Andere geeignete PTCs sind einem Fachmann ohne weiteres klar.
In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von 3-Bromnitrobenzol, das die Umsetzung von Nitrobenzol mit Brom in Oleum als Reaktionsmedium umfasst. Optional kann die Umsetzung in Gegenwart von Iod durchgeführt werden. Kleine Iodmengen, beispielsweise Mengen von bis zu 5 Gew.-%, bezogen auf Nitrobenzol, sind üblicherweise ausreichend. Zweckmäßige (jedoch nicht beschränkende) Iodgehalte liegen im Bereich von 0–5 Gew.-%, bezogen auf Nitrobenzol, vorzugsweise etwa 0,2–0,5 Gew.-%. Iod wirkt bei diesem Verfahren als Katalysator und daher sind geringe Iodmengen ausreichend.
Das Oleum enthält freies SO₃. Der Gehalt des freien SO₃ im Oleum beträgt typischerweise etwa 1–65%. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung enthält das Oleum jedoch etwa 15–30% freies SO₃.
Typische Reaktionstemperaturen liegen zwischen etwa 0 und 100°. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung liegt die Reaktionstemperatur zwischen etwa 20 und 40 °C.
Das Gewichtsverhältnis Oleum/Nitrobenzol kann variieren, und es liegt typischerweise zwischen etwa 1,5 und 10.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung liegt das Molverhältnis Br₂/Nitrobenzol im Bereich von 0,3 bis 1, vorzugsweise im Bereich von 0,4 bis 0,5.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das Bromgemisch nach einem der folgenden Verfahren weiterbehandelt:
Verfahren A:

a) Verdünnen mit Wasser; und
b) Phasentrennung bei einer Temperatur über 50°C.

Verfahren B:

a) Verdünnen mit Wasser; und
b) Abkühlen und Abfiltrieren des kristallisierten 3-Bromnitrobenzol.

Verfahren C:

a) Verdünnen mit Wasser;
b) Extrahieren des 3-Bromnitrobenzol mit einem organischen Lösemittel; und
c) Phasentrennung. Verschiedene unterschiedliche Lösemittel können bei der erfindungsgemäßen Umsetzung verwendet werden, was einem Fachmann ohne weiteres klar ist. Beispiele für geeignete Lösemittel umfassen Dichlorethan, Dichlormethan, Toluol, Xylol oder Cyclohexan.

In einem weiteren Aspekt umfasst die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von 3-Bromanisol, das die Stufen:

a) Herstellen von 3-Bromnitrobenzol durch Umsetzung von Nitrobenzol mit Brom in Oleum als Reaktionsmedium,
b) Herstellen von 3-Bromanisol aus dem 3-Bromnitrobenzol durch Methoxydenitrierung von 3-Bromnitrobenzol in Gegenwart eines Phasentransferkatalysators (PTC), umfasst.

Alle obigen und sonstigen Merkmale und Vorteile der Erfindung werden durch die folgende erläuternde und nichtbeschränkende detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen derselben verständlicher.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Herstellung von 3-Bromnitrobenzol
BNB wird durch ein neues Verfahren, das die Umsetzung von Nitrobenzol mit Brom in Oleum, optional in Gegenwart von Iod umfasst.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung enthält das Oleum etwa 1–65% freies SO₃. Vorzugsweise, jedoch in nicht-beschränkender Weise, enthält das Oleum etwa 15–30 % freies SO₃.
Obwohl ein breiter Bereich von Iodgehalten zulässig ist, ist Iod gemäß einer bevorzugten Ausführungsform in einer Menge von etwa 0–5 Gew.-%, bezogen auf Nitrobenzol, vorzugsweise, jedoch nicht in beschränkender Weise, 0,2–0,5 Gew.-%, bezogen auf das Nitrobenzol, vorhanden.
Wie einem Fachmann klar ist, kann das Verfahren der Erfindung in einem sehr breiten Bereich von Temperaturen erfolgen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Reaktionstemperatur jedoch zwischen etwa 0 und 100 °C und vorzugsweise 20 und 40°C gehalten.
Das Gewichtsverhältnis Oleum/Nitrobenzol kann in einem breiten Bereich variieren. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung beträgt das Gewichtsverhältnis Oleum/Nitrobenzol jedoch zwischen etwa 1,5 und 10.
Das Molverhältnis Br₂/Nitrobenzol ist auch in einem breiten Bereich, typischerweise im Bereich von 0,3–1,0 variabel. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung liegt das Molverhältnis Br₂/Nitrobenzol im Bereich von 0,4–0,5.
Die Aufarbeitung des Bromierungsgemischs kann nach mehreren Verfahren durchgeführt werden:

a) Verdünnen mit Wasser und anschließende Phasentrennung bei einer Temperatur über 50°C.
b) Verdünnen mit Wasser, Abkühlen und Abfiltrieren des kristallisierten rohen BNB.
c) Verdünnen mit Wasser, anschließendes Extrahieren des rohen BNB mit einem organischen Lösemittel (Dichlorethan, Dichlormethan, Toluol, Xylol, Cyclohexan und dgl.) und Phasentrennung. Eine Variation hiervon kann eine Extraktion ohne vorherige Verdünnung sein. In diesem Fall kann ein Teil des verwendeten Oleum zur nächsten Bromierung nach dem Auffüllen mit Oleum, Oleum mit 65% freiem SO₃, rückgeführt werden.

Die Reinigung des rohen BNB kann durch Destillation oder durch Kristallisation aus Methanol, Ethanol, Isopropanol und dgl. durchgeführt werden.
BNB wurde mit einer Ausbeute von ~80%, bezogen auf umgesetztes Nitrobenzol, und einer Reinheit von 98–99% nach der Destillation erhalten.
Herstellung von 3-Bromanisol
3-Bromanisol wird durch nukleophile Substitution der Nitratgruppe in BNB hergestellt. Die Methoxydenitrierung von BNB wird durch dessen Umsetzung mit einem Alkalimetallmethoxid, wie Natriummethoxid oder Kaliummethoxid, unter Verwendung einer wirksamen Menge eines Phasentransferkatalysators (PTC) in einem Medium eines mit Wasser nicht mischbaren unpolaren aprotischen Lösemittels, wie Cyclohexan, Hexan, Heptan, Octan, Nonan, Xylolen und vorzugs weise Toluol, durchgeführt.
Eine wirksame Menge des PTC wird in einem Bereich von 20 bis 30% (Gew/Gew), bezogen auf das BNB am Anfang, verwendet. Der PCT wird aus quaternären Ammoniumsalzen ausgewählt. Besonders geeignete Phasentransferkatalysatoren sind Tributylmethylammoniumchlorid, Tetrabutylammoniumchlorid, Tetrabutylammoniumhydroxid, Tetrabutylammoniumhydrogensulfat und insbesondere Tetrabutylammoniumbromid.
Zwei unterschiedliche Verfahren der Verwendung des Alkalimethoxids werden vorgeschlagen. Das erste Verfahren besteht aus der Verwendung von zuvor hergestelltem festem Alkalimethoxid. Die Umsetzung wird unter Verwendung von Natriumoder Kaliummethoxid, wobei Natriummethoxid bevorzugt ist, in Gegenwart einer wirksamen Menge von Kaliumhydroxid durchgeführt. Die Menge des verwendeten Methoxid beträgt 1,1–1,2 mol, bezogen auf 1 mol BNB. Eine wirksame Menge von Kaliumhydroxid besteht aus 1,2–1,7 mol und vorzugsweise 1,4–1,7 mol, bezogen auf 1 mol BNB. Die Umsetzung wird bei einer Temperatur von zwischen 40 und 80°C und vorzugsweise zwischen 50 und 55°C durchgeführt.
Das zweite Verfahren der Durchführung der Methoxydenitrierung verwendet Kaliummethoxid, das in situ im Laufe der Reaktion aus Methanol und Kaliumhydroxid hergestellt wird. Die Menge des verwendeten Methanol beträgt 1,1–1,2 mol, bezogen auf 1 mol BNB. Die Kaliumhydroxidmenge liegt zwischen 2 und 2,4 mol und vorzugsweise zwischen 2,2 und 2,4 mol, bezogen auf 1 mol BNB. Die Umsetzung wird bei einer Temperatur zwischen 50 und 80°C und vorzugsweise zwischen 55 und 65°C durchgeführt.
Die Umsetzung kann auch mit Natriummethoxid, das in situ aus Methanol und Natriumhydroxid hergestellt wird, durchge führt werden. Jedoch ist ein derart hergestelltes Natriummethoxid beträchtlich weniger reaktiv als Kaliummethoxid.
Bei beiden Verfahren kann etwas Wasser optional zu dem Ausgangsreaktionsgemisch gegeben werden, um das feste Kaliumhydroxid partiell zu lösen und dadurch das Rühren des heterogenen Gemischs zu erleichtern.
Die Umsetzung sollte unter aeroben Bedingungen durchgeführt werden, um die radikalischen Prozesse, die zur Bildung von Produkten einer Nitroreduktion führen, hauptsächlich eine Hydrodebromierung zu Nitrobenzol und eine Nitroreduktion zu 3,3'-Dibromazoxybenzol und 3,3'-Dibromazobenzol zu unterdrücken.
Das auf diese Weise erhaltene rohe MBA wird mittels fraktionierter Destillation gereinigt. Die fraktionierte Destillation kann in Gegenwart eines Alkalis, wie Natriumhydroxid oder Kaliumhydroxid, wie im folgenden beschrieben durchgeführt werden.
Die Verfahren gemäß der Erfindung ergeben 3-Bromnitrobenzol und 3-Bromanisol in guten Ausbeuten und mit hoher Reinheit.
Eine Zahl von erläuternden und nicht-beschränkenden Ausführungsformen der Erfindung wird nun unter Bezug auf die folgenden Beispiele beschrieben.
Beispiel 1
Herstellung von BNB durch die Bromierung von Nitrobenzol in Oleum
In einen mit einem mechanischen Rührer, einem Kühler, einem Thermometer und einem Tropftrichter ausgestatteten 1-l-Kol ben werden bei Raumtemperatur 1,24 g Iod und 427 g H₂SO₄ (97 %) und unter Rühren und Kühlen 316 g Oleum (65% freies SO₃) eingeführt. 246 g (2 mol) Nitrobenzol werden tropfenweise während 1 h bei einer Temperatur im Bereich von 10–12 °C zugegeben, und dann werden 128 g (0,8 mol) Brom tropfenweise während 2,5 h bei einer Temperatur von 20°C zugegeben. Das Rühren wird weitere 2,5 h bei 30°C fortgesetzt. Proben werden während der Bromierung entfernt, um die Reaktionsumwandlung durch GC-Analyse zu überprüfen. Nach der Durchführung der Reaktion wird das Reaktionsgemisch sorgfältig zu 540 g Wasser bei 70–80°C während 0,5 h gegeben. 350 g rohes BNB wird nach einer Phasentrennung bei 60°C erhalten und bei 100–130°C bei einem Druck von ~20 mm Hg destilliert, wobei 230 g BNB mit einer Reinheit von 98–99% (GC, Fläche) erhalten werden. Etwa 75 g Nitrobenzol destillieren als erste Fraktion, und dies wird im nächsten Experiment verwendet. Die Ausbeute beträgt ~81%, bezogen auf das umgesetzte Nitrobenzol.
Die Ergebnisse dieses speziellen Beispiels sind in der folgenden Tabelle detailliert angegeben (Experiment 1).
Mehrere ähnliche Experimente wurden durchgeführt. Die Reaktionsbedingungen und die Ergebnisse der Experimente sind in der Tabelle angegeben. Die durchgängig in dieser Tabelle verwendeten Abkürzungen sind die folgenden:

NB: Nitrobenzol
4BNB: 4-Bromnitrobenzol
DBDB: Dibromnitrobenzol
o. n.: – über Nacht

Tabelle I Bromierung von Nitrobenzol in Oleum
Beispiel 17
Herstellung von MBA unter Verwendung von zuvor hergestelltem festem Natriummethoxid
Ein mit einem mechanischen Rührer und einem Rückflusskühler ausgestatteter 1-l-Reaktor wird mit 60 ml Toluol, BNB (60,6 g, 0,3 mol), Natriummethoxidpulver (19,4 g, 0,36 mol), festem KOH-Pulver (33,6 g, 0,51 mol) und Tetrabutylammonium bromid (18,2 g, 0,056 mol) beschickt. Die Umsetzung wird unter zwangsweisem Durchleiten von Luft durch die Reaktionslösung durchgeführt, um unerwünschte radikalische Prozesse zu quenchen. Das heterogene Gemisch wird bei 50°C 1-2 h kräftig gerührt (eine GC-Analyse zeigt eine Umwandlung von > 99% von BNB). Das Gemisch wird dann gekühlt und mit Wasser gewaschen, um anorganische Verbindungen zu entfernen, und anschließend erfolgt Phasentrennung. Die organische Phase wird mit einer wässrigen HCl-Lösung gewaschen, um den PTC und die Produkte von dessen Zersetzung, die nach dem Waschen mit Wasser verbleiben, zu entfernen. Eine Gaschromatographie der organischen Phase, die nach der Trennung erhalten wurde, zeigt, dass der MBA-Gehalt 97% (Flächen-%) beträgt; wobei weniger als 0,2% Reduktionsprodukte gebildet werden.
Alternativ können statt dem Waschen mit Wasser alle anorganischen Stoffe abfiltriert werden und anschließend die organische Phase mit wässriger HCl behandelt werden. Die organische Phase wird abdestilliert, wobei letztendlich reines MBA erhalten wird (siehe Beispiel 27).
Beispiel 18
Das in Beispiel 17 beschriebene Verfahren wird verfolgt, wobei jedoch Natriummethoxid durch festes Kaliummethoxid ersetzt wird. Nach 1 h wird die Reaktionsmasse mittels Gaschromatographie analysiert. Die Analyse zeigt, dass der MBA-Gehalt 95% (Flächen-%) beträgt.
Beispiel 19
Das in Beispiel 17 beschriebene Verfahren wird verfolgt, wobei jedoch kein Kaliumhydroxid verwendet wird. Nach 4 h wird das Reaktionsgemisch mittels Gaschromatographie analy siert. Die Analyse zeigt, dass der MBA-Gehalt 52% (GC-Fläche) beträgt. Die Reaktion wurde weitere 2 h fortschreiten gelassen. Gemäß Gaschromatographie änderte sich jedoch der Gehalt an MBA im Reaktionsgemisch nicht.
Es ist klar, dass die Reaktion ohne Kaliumhydroxid nicht vollständig durchgeführt wird.
Beispiel 20
Das in Beispiel 17 beschriebene Verfahren wird verfolgt, wobei jedoch die verwendete Kaliumhydroxidmenge 1 mol pro mol BNB beträgt. Nach 5 h wird das Reaktionsgemisch mittels Gaschromatographie analysiert. Die Analyse zeigt, dass der MBA-Gehalt 85% (GC-Fläche) beträgt. Etwa 9% Nebenprodukte, hauptsächlich Reduktionsprodukte, werden gebildet. Es ist klar, dass die in diesem Beispiel verwendete Menge von KOH für eine ausreichend selektive Methoxydenitrierung unzureichend ist.
Beispiel 21
Das in Beispiel 17 beschriebene Verfahren wird verfolgt, wobei jedoch die verwendete Kaliumhydroxidmenge 1,2 mol pro mol BNB beträgt. Nach 1,5 h wird das Reaktionsgemisch mittels Gaschromatographie analysiert. Die Analyse zeigt, dass der MBA-Gehalt 89% (GC-Fläche) beträgt. Etwa 6% Reduktionsprodukte werden gebildet.
Beispiel 22
Das in Beispiel 17 beschriebene Verfahren wird verfolgt, wobei jedoch die verwendete Kaliumhydroxidmenge 1,4 mol pro mol BNB beträgt. Nach 2 h wird das Reaktionsgemisch mittels Gaschromatographie analysiert. Die Analyse zeigt, dass der MBA-Gehalt 94% (GC-Fläche) beträgt. Etwa 4% Reduktionsprodukte werden gebildet.
Beispiel 23
Das in Beispiel 17 beschriebene Verfahren wird verfolgt, wobei jedoch die verwendete Kaliumhydroxidmenge 1,5 mol pro mol BNB beträgt. Nach 2 h wird das Reaktionsgemisch mittels Gaschromatographie analysiert. Die Analyse zeigt, dass der MBA-Gehalt 95% (GC-Fläche) beträgt.
Vergleichsbeispiel 24
Das in Beispiel 17 beschriebene Verfahren wird verfolgt, wobei kein Phasentransferkatalysator verwendet wird. Nach 3 h zeigt die gaschromatographische Analyse der Reaktionsmasse kein MBA. Es ist klar, dass die Methoxydenitrierung ohne den Phasentransferkatalysator nicht erfolgt.
Beispiel 25
Das in Beispiel 17 beschriebene Verfahren wird verfolgt, wobei jedoch die Menge von Tetrabutylammoniumbromid 15 (Gew/Gew), bezogen auf das BNB am Anfang beträgt. Nach 5 h wird die Reaktionsmasse mittels Gaschromatographie analysiert. Die Analyse zeigt, dass der MBA-Gehalt 84% (Flächen-%) beträgt. Etwa 14% Nebenprodukte, in großem Umfang Reduktionsprodukte, werden gebildet.
Es ist klar, dass die in diesem Beispiel verwendete Menge an PTC für eine ausreichend selektive Methoxydenitrierung unzureichend ist.
Beispiel 26
Das in Beispiel 17 beschriebene Verfahren wird verfolgt, wobei jedoch die Menge von Tetrabutylammoniumbromid 20 (Gew/Gew), bezogen auf das BNB am Anfang beträgt. Nach 2 h wird die Reaktionsmasse mittels Gaschromatographie analysiert. Die Analyse zeigt, dass der MBA-Gehalt 92% (Flächen–%) beträgt. Etwa 6% Reduktionsprodukte werden gebildet.
Beispiel 27
Herstellung von MBA unter Verwendung von in situ hergestelltem Kaliummethoxid
Destillation von MBA
Ein mit einem mechanischen Rührer und einem Rückflusskühler ausgestatteter 1-l-Reaktor wird mit Toluol (175 g), Methanol (38,4 g, 1,2 mol), festen KOH-Pellets (158,1 g, 2,4 mol) und Tetrabutylammoniumbromid (50,5 g, 0,157 mol) beschickt. Das heterogene Gemisch wird bei 55–60°C während etwa 15 min kräftig gerührt. Währenddessen werden 3-Bromnitrobenzol (202 g, 1 mol) und Toluol (90 g) in einem getrennten Gefäß auf 50°C erhitzt und die auf diese Weise hergestellte klare Lösung während 0,5 h tropfenweise zugegeben. Die Reaktion wird unter zwangsweisem Durchleiten von Luft durch die Reaktionslösung, um unerwünschte radikalische Prozesse zu quenchen, durchgeführt. Das heterogene Reaktionsgemisch wird bei 55–60°C 2 h gerührt (eine GC-Analyse zeigt eine Umwandlung von > 99% von BNB). Das Gemisch wird dann gekühlt und mit Wasser gewaschen, um anorganische Verbindungen zu entfernen, und anschließend erfolgt Phasentrennung. Die organische Phase wird mit einer wässrigen HCl-Lösung gewaschen, um Phasentransferkatalysator und Produkte von dessen Zersetzung, die nach dem Waschen mit Wasser verbleiben, zu entfernen. Eine Gaschromatographie der organischen Phase, die nach der Trennung erhalten wurde, zeigt, dass der MBA-Gehalt 97% (Flächen-%) beträgt; weniger als 0,2% Reduktionsprodukte werden gebildet.
Nach dem Abdampfen des Toluols unter vermindertem Druck wurde das gelbbraune rohe MBA einer fraktionierten Destillation unter Vakuum mittels einer mit einem Destillationskopf ausgestatteten Destillationskolonne mit 5 theoretischen Böden unterzogen. Die erste Fraktion der Kopftemperatur bis zu 123°C (49 mm HG) besteht größtenteils aus dem verbliebenen Toluol und wenig MBA (1–2%, GC). Die Zielfraktion (155 g) der Kopftemperatur 123, –124°C war MBA von mehr als 99,5% Reinheit nach Gaschromatographie. Die Hauptverunreinigungen in dem Produkt sind Toluol und Nitrobenzol. Die Ausbeute des reinen MBA war 83%, bezogen auf BNB.
Festes NaOH oder KOH (~2% (Gew/Gew), bezogen auf das rohe MBA) kann zur Destillationsblase gegeben werden, um eine Verfärbung des destillierten MBA zu verhindern, das sonst als leicht gelbe Flüssigkeit erhalten wird.
Beispiele 28–31
Die Verfahren sind die gleichen wie bei Beispiel 27, wobei jedoch Tetrabutylammoniumchlorid, Tetrabutylammoniumhydroxid, Tetrabutylammoniumhydrogensulfat und Tributylmethylammoniumchlorid als Phasentransferkatalysatoren anstelle des Tetrabutylammoniumbromid verwendet werden. Nach 2 h wird die Reaktionsmasse durch Gaschromatographie analysiert. Die Analyse zeigt, dass der MBA-Gehalt 96–97% (Flächen-%) für jeden PTC ist.
Beispiel 32
Das in Beispiel 27 beschriebene Verfahren wird verfolgt, wobei jedoch die Menge von Tetrabutylammoniumbromid 15% (Gew/Gew), bezogen auf das Ausgangsmaterial BNB beträgt. Nach 3,5 h wird die Reaktionsmasse durch Gaschromatographie analysiert. Die Analyse zeigt, dass der MBA-Gehalt 72% (Flächen-%) beträgt. Etwa 22% Nebenprodukte, größtenteils Reduktionsprodukte, werden gebildet.
Es ist klar, dass die in diesem Beispiel verwendete Menge an PTC für eine ausreichend selektive Reaktion unzureichend ist.
Beispiel 33
Das in Beispiel 27 beschriebene Verfahren wird verfolgt, wobei jedoch die Menge von Tetrabutylammoniumbromid 20% (Gew/Gew), bezogen auf das Ausgangsmaterial BNB beträgt. Nach 2 h wird die Reaktionsmasse durch Gaschromatographie analysiert. Die Analyse zeigt, dass der MBA-Gehalt 92% (Flächen-%) beträgt. Etwa 5% Reduktionsprodukte werden gebildet.
Beispiel 34
Das in Beispiel 27 beschriebene Verfahren wird verfolgt, wobei jedoch die verwendete Kaliumhydroxidmenge 2 mol pro mol BNB beträgt. Nach 2,5 h wird die Reaktionsmasse mittels Gaschromatographie analysiert. Die Analyse zeigt, dass der MBA-Gehalt 91% (GC-Fläche) beträgt. Etwa 8% Reduktionsprodukte werden gebildet.
Beispiel 35
Das in Beispiel 27 beschriebene Verfahren wird verfolgt, wobei jedoch die verwendete Kaliumhydroxidmenge 2,2 mol pro mol BNB beträgt. Nach 2,5 h wird die Reaktionsmasse mittels Gaschromatographie analysiert. Die Analyse zeigt, dass der MBA-Gehalt 95% (GC-Fläche) beträgt.
Beispiel 36
Das in Beispiel 27 beschriebene Verfahren wird verfolgt, wobei jedoch Kaliumhydroxid durch Natriumhydroxid ersetzt wird. Nach 6 h wird die Reaktionsmasse mittels Gaschromatographie analysiert. Die Analyse zeigt, dass der MBA-Gehalt 71% (Flächen-%) beträgt.
Es ist klar, dass im Laufe der Reaktion in situ hergestelltes Natriummethoxid signifikant weniger reaktiv als auf eine ähnliche Weise erhaltenes Kaliummethoxid ist.

Claims

Verfahren zur Herstellung von 3-Bromanisol, umfassend die Stufen: a) Umsetzen von Nitrobenzol mit Brom in rauchender Schwefelsäure als Reaktionsmedium unter Bildung von 3-Bromnitrobenzol; und b) Methoxydenitrieren des gebildeten 3-Brom-nitrobenzols in einem mit Wasser nicht mischbaren unpolaren aprotischen Lösemittel in Gegenwart eines Phasentransferkatalysators (PTC).
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Methoxydenitrierungsreagens ein Alkalimetallmethoxid ist.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Alkalimetallmethoxid aus Natriummethoxid und Kaliummethoxid ausgewählt ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Methoxydenitrierung von 3-Bromnitrobenzol durch Umsetzung mit einem Alkalimetallmethoxid in Gegenwart einer wirksamen Menge eines quaternären Ammoniumsalzes als Phasentransferkatalysator durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Methoxydenitrierung unter Verwendung eines zuvor hergestellten festen Alkalimetallmethoxids und in Gegenwart von Kaliumhydroxid durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Menge des Alkalimetallmethoxids 1,0–1,5 mol, bezogen auf 1 mol Brom nitrobenzol, beträgt.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Alkalimetallmethoxid aus Natriummethoxid und Kaliummethoxid ausgewählt ist.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Molverhältnis von Kaliumhydroxid zu 3-Bromnitrobenzol 1,2–1,7 beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem das Alkalimetallmethoxid in situ durch die Umsetzung des entsprechenden Hydroxids und von Methanol hergestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Methoxydenitrierung unter Verwendung von Kaliummethoxid, das in situ aus Methanol und Kaliumhydroxid hergestellt wurde, durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Molverhältnis von Methanol zu 3-Bromnitrobenzol 1,1–1,2 beträgt.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Molverhältnis von Kaliumhydroxid zu 3-Bromnitrobenzol 2,2–2,4 beträgt.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Reaktionstemperatur zwischen etwa 40 und 80°C beträgt.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Reaktionstemperatur zwischen etwa 50 und 80°C beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei die Konzentration des Phasentransferkatalysators im Bereich von 20 bis 30 Gew.-%, bezogen auf 3-Bromnitro benzol, liegt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Phasentransferkatalysator aus Tributylammoniumchlorid, Tetrabutylammoniumchlorid, Tetrabutylammoniumhydroxid, Tetrabutylammoniumhydrogensulfat oder Tetrabutylammoniumbromid ausgewählt ist.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei der Phasentransferkatalysator Tetrabutylammoniumbromid ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei Iod in Stufe (a) vorhanden ist.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei Iod in einer Menge von bis zu 5 Gew.-%, bezogen auf Nitrobenzol, vorhanden ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 19, wobei die rauchende Schwefelsäure etwa 1–65% freies SO₃ enthält.
Verfahren nach Anspruch 20, wobei die rauchende Schwefelsäure etwa 15–30% freies SO₃ enthält.
Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 21, wobei Iod in einer Menge von 0–5 Gew.-%, bezogen auf das Nitrobenzol, vorhanden ist.
Verfahren nach Anspruch 22, wobei Iod in einer Menge von 0,2–0,5 Gew.-%, bezogen auf das Nitrobenzol vorhanden ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 23, wobei die Reaktionstemperatur zwischen etwa 0 und 100°C be trägt.
Verfahren nach Anspruch 24, wobei die Reaktionstemperatur zwischen etwa 20 und 40°C beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 25, wobei das Gewichtsverhältnis rauchende Schwefelsäure/Nitrobenzol zwischen etwa 1,5 und 10 beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 26, wobei das Molverhältnis Br₂/Nitrobenzol im Bereich von 0,3 bis 1,0 liegt.
Verfahren nach Anspruch 27, wobei das Molverhältnis Br₂/Nitrobenzol im Bereich von 0,4 bis 0,5 liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 28, wobei das Bromierungsgemisch durch die Stufen: (a) Verdünnen mit Wasser; und (b) Phasentrennung bei einer Temperatur über 50°C weiterverarbeitet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 28, wobei das Bromierungsgemisch durch die Stufen: (a) Verdünnen mit Wasser; und (b) Kühlen und Abfiltrieren des kristallisierten 3-Bromnitrobenzols weiterverarbeitet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 28, wobei das Bromierungsgemisch durch die Stufen: (a) Verdünnen mit Wasser; (b) Extrahieren des 3-Bromnitrobenzols mit einem organischen Lösemittel; und (c) Phasentrennung weiterverarbeitet wird.
Verfahren nach Anspruch 31, wobei das organische Lösemittel aus Dichlorethan, Dichlormethan, Toluol, Xylol oder Cyclohexan ausgewählt ist.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Methoxydenitrierung unter Verwendung von Cyclohexan, Hexan, Heptan, Octan, Nonan, Toluol oder Xylolen als organisches Lösemittel durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 33, wobei die Methoxydenitrierung unter Verwendung von Toluol als organisches Lösemittel durchgeführt wird.