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Gebiet der
Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft
ein Verfahren zur Herstellung von 3-Bromanisol durch Methoxydenitrierung
von 3-Bromnitrobenzol
in Gegenwart eines Phasentransferkatalysators.
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Hintergrund
der Erfindung
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3-Bromanisol (im folgenden auch als
MBA angegeben) ist ein Zwischenprodukt im pharmazeutischen Bereich.
Insbesondere wird es zur Herstellung des Analgetikums Tramadol verwendet.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Andere Aufgaben und Vorteile der
Erfindung werden im Laufe der Beschreibung deutlicher.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Die Erfindung stellt ein Verfahren
zur Herstellung von 3-Bromanisol
nach Anspruch 1 bereit.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist das Methoxydenitrierungsreagens ein Alkalimetallmethoxid.
Vorzugsweise ist das Alkalimetallmethoxid aus Natriummethoxid und
Kaliummethoxid ausgewählt.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Typische Reaktionstemperaturen liegen
zwischen etwa 0 und 100°.
Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung liegt die Reaktionstemperatur zwischen etwa 20 und
40 °C.
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Das Gewichtsverhältnis Oleum/Nitrobenzol kann
variieren, und es liegt typischerweise zwischen etwa 1,5 und 10.
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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.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung wird das Bromgemisch nach einem der folgenden Verfahren
weiterbehandelt:
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Verfahren A:
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- a) Verdünnen
mit Wasser; und
- b) Phasentrennung bei einer Temperatur über 50°C.
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Verfahren B:
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- a) Verdünnen
mit Wasser; und
- b) Abkühlen
und Abfiltrieren des kristallisierten 3-Bromnitrobenzol.
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Verfahren C:
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- 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.
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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.
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Alle obigen und sonstigen Merkmale
und Vorteile der Erfindung werden durch die folgende erläuternde und
nichtbeschränkende
detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen derselben verständlicher.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Herstellung von 3-Bromnitrobenzol
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BNB wird durch ein neues Verfahren,
das die Umsetzung von Nitrobenzol mit Brom in Oleum, optional in
Gegenwart von Iod umfasst.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Die Reinigung des rohen BNB kann
durch Destillation oder durch Kristallisation aus Methanol, Ethanol, Isopropanol
und dgl. durchgeführt
werden.
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BNB wurde mit einer Ausbeute von
~80%, bezogen auf umgesetztes Nitrobenzol, und einer Reinheit von
98–99%
nach der Destillation erhalten.
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Herstellung von 3-Bromanisol
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Die Verfahren gemäß der Erfindung ergeben 3-Bromnitrobenzol
und 3-Bromanisol in guten Ausbeuten und mit hoher Reinheit.
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Eine Zahl von erläuternden und nicht-beschränkenden
Ausführungsformen
der Erfindung wird nun unter Bezug auf die folgenden Beispiele beschrieben.
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Beispiel 1
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Herstellung
von BNB durch die Bromierung von Nitrobenzol in Oleum
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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.
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Die Ergebnisse dieses speziellen
Beispiels sind in der folgenden Tabelle detailliert angegeben (Experiment
1).
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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
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Tabelle
I
Bromierung von Nitrobenzol in Oleum
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Beispiel 17
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Herstellung von MBA unter
Verwendung von zuvor hergestelltem festem Natriummethoxid
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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.
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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).
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Beispiel 18
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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.
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Beispiel 19
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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.
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Es ist klar, dass die Reaktion ohne
Kaliumhydroxid nicht vollständig
durchgeführt
wird.
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Beispiel 20
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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.
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Beispiel 21
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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.
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Beispiel 22
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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.
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Beispiel 23
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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.
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Vergleichsbeispiel 24
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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.
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Beispiel 25
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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.
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Es ist klar, dass die in diesem Beispiel
verwendete Menge an PTC für
eine ausreichend selektive Methoxydenitrierung unzureichend ist.
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Beispiel 26
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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.
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Beispiel 27
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Herstellung von MBA unter
Verwendung von in situ hergestelltem Kaliummethoxid
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Destillation
von MBA
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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.
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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.
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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.
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Beispiele 28–31
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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.
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Beispiel 32
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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.
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Es ist klar, dass die in diesem Beispiel
verwendete Menge an PTC für
eine ausreichend selektive Reaktion unzureichend ist.
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Beispiel 33
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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.
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Beispiel 34
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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.
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Beispiel 35
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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.
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Beispiel 36
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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.
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Es ist klar, dass im Laufe der Reaktion
in situ hergestelltes Natriummethoxid signifikant weniger reaktiv als
auf eine ähnliche
Weise erhaltenes Kaliummethoxid ist.