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GEBIET DER
ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer
Cyanbenzoylchloridverbindung unter Einsatz einer Phthalonitrilverbindung
als Ausgangsmaterial.
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Die
Cyanbenzoylchloridverbindung, die durch das erfindungsgemäße Verfahren
hergestellt wird, ist für eine
Vielzahl von Chemikalien, wie Arzneimittel, Agrochemikalien, Flüssigkristalle
und Monomere für
funktionelle Polymere, ein nützliches
Intermediat.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Herkömmliche
Verfahren zum Herstellen einer Cyanbenzoylchloridverbindung werden
nachstehend beschrieben.
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p-Cyanbenzoylchlorid
wird durch Umsetzen einer p-Cyanbenzoesäure mit einem Chlorierungsmittel synthetisiert.
Beispiele von Chlorierungsmitteln umfassen Thionylchlorid (JP-B-1-31501,
Johan Kamphuis, et al., J. Chem. Soc. Perkin Trans., 2 (1987) 907),
Oxalylchlorid (Robert J. Weikert, et al., J. Med. Chem., 34 (1991)
1630), und Phosphorpentachlorid (Raffaello Fusco, et al., Ann. Chim.
(Rom), 42 (1952) 94). Als Alternative zur Chlorierung zur Herstellung
eines Säurechlorids
offenbart JP-A-63-313761 ein Verfahren, das das Umsetzen von 4-Trichlormethylbenzamid
in Anwesenheit von Eisen(III)-chlorid als Katalysator umfaßt, und JP-A-52-39649 offenbart
ein Verfahren, das eine Reaktion eines Terephthalamatsalzes und
von Phosphoroxychlorid umfaßt.
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Herkömmliche
Verfahren zum Chlorieren einer p-Cyanbenzoesäureverbindung zur Herstellung
des korrespondierenden Säurechlorids
sind auch mit Problemen behaftet. Wenn Thionylchlorid eingesetzt
wird, muß das
erzeugte Schwefeldioxid zur Entgiftung abgetrennt werden, was wirtschaftlich
nicht sinnvoll ist. Wenn Oxalylchlorid eingesetzt wird, muß erzeugtes
hochtoxisches Kohlenmonoxid für
die Entgiftung abgetrennt werden, was nicht wirtschaftlich ist.
Wenn Phosphorsäurepentachlorid
eingesetzt wird, muß eine
durch die Reaktion hergestellte Verbindung abgetrennt werden, um
die Eutrophierung von Seen, Teichen und Flüssen zu verhindern, wobei eine
solche zusätzliche
Stufe zum Schutz der Umwelt den praktischen Nutzen von Phosphorsäurepentachlorid
zerstört.
Terephthalamatsalz und 4-Trichlormethylbenzamid, die als Ausgangsmaterialien für ein Verfahren
dienen, das eine Reaktion zwischen ihnen umfaßt, sind teuer und nicht leicht
erhältlich,
wodurch das Verfahren ökonomisch
und vorteilhaft wird.
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Wie
vorstehend beschrieben wurde, sind herkömmliche Verfahren zum Herstellen
einer p-Cyanbenzoylchloridverbindung mit Problemen behaftet, beispielsweise
mit gefährlichen
Stufen für
die Abtrennung und Entfernung von Nebenprodukten und der geringen
Verfügbarkeit
von Ausgangsmaterialien.
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ZUSAMMENFASSENDE
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Vor
diesem Hintergrund ist es ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung,
ein Verfahren zum Herstellen einer Cyanbenzoylchloridverbindung
mit hoher Selektivität
und Ausbeute auf industriell vorteilhafte Weise bereitzustellen.
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Die
Erfinder der vorliegenden Erfindung haben Untersuchungen durchgeführt und
die vorstehend genannte Aufgabe gelöst.
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In
der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen einer
Cyanbenzoylchloridverbindung der folgenden Formel bereitgestellt:
worin -COCl und -X jeweils
einen Substituenten des Benzolrings darstellen; die -COCl-Gruppe
an der m- oder p-Position, bezogen auf die CN-Gruppe, gebunden ist;
X ein Chloratom oder ein Fluoratom darstellt; n eine ganze Zahl
zwischen 0 und einschließlich
4 ist; und wenn n 2 oder mehr ist, können die Substituenten X gleich oder
verschieden voneinander sein,
wobei das Verfahren das Umsetzen
einer Cyanbenzoesäureverbindung
der folgenden Formel:
worin -X einen Substituenten
des Benzolrings darstellt, mit Phosgen oder reinem Vorläufer davon
umfaßt,
wobei der Vorläufer
eine Substanz ist, die durch Hitze oder eine Behandlung mit einem
Katalysator in Phosgen umgewandelt werden kann.
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Vorzugsweise
wird die vorstehend beschriebene Reaktion in Anwesenheit einer zu
der Cyanbenzoesäureverbindung
korrespondierenden Cyanbenzoylchloridverbindung durchgeführt.
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Vorzugsweise
wird die vorstehend beschriebene Reaktion in Anwesenheit einer tertiären Amidverbindung
oder einer tertiären
Aminverbindung durchgeführt.
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Vorzugsweise
ist die Cyanbenzoesäureverbindung
der Formel (2) m- oder p-Cyanbenzoesäure, und die Cyanbenzoylchloridverbindung
der Formel (7) ist m- oder p-Cyanbenzoylchlorid.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
wird das erfindungsgemäße Verfahren
unter Einsatz von Phosgen in einer Menge von 1,1 bis 4 Mol pro 1
Mol der Cyanbenzoesäureverbindung
durchgeführt.
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EINGEHENDE
BESCHREIBUNG
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Verfahren zum Herstellen
einer Cyanbenzoylchloridverbindung aus einer Cyanbenzoesäureverbindung
als Ausgangsmaterial
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Dieses
Verfahren umfaßt
das Umsetzen einer Cyanbenzoesäureverbindung
mit Phosphen oder einem Vorläufer
davon und das Rühren
des Reaktionsgemisches bei einer vorbestimmten Temperatur während eines vorbestimmten
Zeitraumes. Um die Reaktion zu fördern
kann ein Additiv, wie eine zu der Cyanbenzoesäureverbindung korrespondierende
Cyanbenzoylverbindung, eine tertiäre Aminverbindung oder eine
tertiäre Amidverbindung
oder eine tertiäre
Aminverbindung, in das Reaktionssystem in Anwesenheit eines organischen
Lösungsmittels
gegeben werden.
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Die
in dem Verfahren eingesetzte Cyanbenzoesäureverbindung wird im folgenden
beschrieben. Beispiele von unsubstituierten Cyanbenzoesäureverbindungen
umfassen p-Cyanbenzoesäure
und m- Cyanbenzoesäure. Diese
Verbindungen können
durch ein bekanntes Verfahren oder ein erfindungsgemäßes Verfahren synthetisiert
werden.
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Die
Halogen-substituierte Cyanbenzoesäureverbindung wird im folgenden
beschrieben. Chlorierte Cyanbenzoesäureverbindungen, wie 4-Cyan-2,3,5,6-tetrachlorbenzoesäure und
3-Cyan-2,4,5,6-tetrachlorbenzoesäure können aus
der chlorierten Terephthalonitrilverbindung, die Tetrachlorterephthalonitril,
oder einer chlorierten Isophthalonitrilverbindung, wie Tetrachlorisophthalonitril
durch ein bekanntes Verfahren oder das erfindungsgemäße Verfahren
synthetisiert werden.
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Fluorierte
Cyanbenzoesäureverbindungen,
wie 4-Cyan-2,3,5,6-tetrafluorbenzoesäure und
3-Cyan-2,4,5,6-tetrafluorbenzoesäure
können
durch ein bekanntes Verfahren oder das erfindungsgemäße Verfahren
unter Einsatz einer fluorierten Terephthalonitrilverbindung, wie
Tetrafluorterephthalonitril, oder einer fluorierten Isophthalonitrilverbindung,
wie Tetrafluorisophthalonitril, das durch Fluorierung der korrespondierenden chlorierten
Verbindung erhalten wird, synthetisiert werden.
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Phosgen
oder ein Vorläufer
davon, der in dem Verfahren eingesetzt wird, wird im folgenden beschrieben.
Phosgen kann in das Reaktionssystem in der Form eines Gases oder
einer Flüssigkeit,
hergestellt durch Druckausübung
oder Kühlen,
zugegeben werden.
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Das
Phosgengas wird in einer Menge von mindestens äquimolar, bezogen auf die Cyanbenzoesäureverbindung,
vorzugsweise in einer Menge von 1,1-4 Mol, bezogen auf 1 Mol der
Cyanbenzoesäureverbindung, stärker bevorzugt
1,1-1,5 Mol, eingesetzt, wobei nicht umgesetztes Phosgengas recycliert
wird.
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Die
Reaktion zwischen Phosgen und einer Cyanbenzoesäureverbindung wird im folgenden
eingehend beschrieben. Wenn ein Phosgenmonomer eingesetzt wird,
wird das Monomer mit einer Cyanbenzoesäureverbindung direkt umgesetzt.
Im Laufe der Reaktion werden Kohlendioxid und Chlorwasserstoffsäure während der
Bildung der korrespondierenden Cyanbenzoylchloridverbindung gebildet.
Phosgen wird typischerweise in das Reaktionssystem eingeführt, bis
das Phosgen nicht weiter verbraucht wird und die Bildung von Kohlendioxid
und Chlorwasserstoffsäure
vollständig
abgelaufen ist. Ein Vorläufer
von Phosgen wird durch Hitze oder eine Behandlung mit einem Katalysator
leicht in Phosgen umgewandelt. Aktivkohle kann als Katalysator eingesetzt
werden. Beispiele von Vorläufern
umfassen ein Dimer und ein Trimer von Phosgen. Das Phosgendimer kann
direkt in den Reaktor gegeben werden. Alternativ dazu kann das Dimer
zu dem Phosgengas in einem anderen Reaktor gegeben werden, und das
gebildete Gas kann in den Reaktor gegeben werden. Das Phosgentrimer,
das bei Raumtemperatur fest ist, kann in den Reaktor in einer erforderlichen
Menge auf einmal gegeben werden, oder es kann in der Form einer
Lösung
nach Auflösung
in einem inerten Lösungsmittel
in den Reaktor gegeben werden.
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Ein
Verfahren zum Isolieren des gebildeten Cyanbenzoylchlorids wird
im folgenden beschrieben. Bei Bedarf werden überflüssiges Phosgen und Chlorwasserstoffsäure, die
in dem Reaktionsgemisch verbleiben, durch ein Verfahren, wie Erhitzen
oder Einblasen eines Inertgases, wie Stickstoff, entfernt. Wenn
ein Lösungsmittel
eingesetzt wird, wird das Lösungsmittel
durch Destillation entfernt. Die gebildete Cyanbenzoylchloridverbindung
kann aus dem Reaktionsgemisch mit einem üblichen Verfahren, wie Destillation
oder Kristallisation, isoliert werden.
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Im
allgemeinen hat eine Cyanbenzoesäureverbindung
geringe Löslichkeit
in einem organischen Lösungsmittel.
Deshalb wird eine der Cyanbenzoesäureverbindung korrespondierende
Cyanbenzoylchloridverbindung während
der Reaktion zugegeben, oder wird als ein Lösungsmittel eingesetzt, um
die Reaktionseffizienz zu verbessern. In diesem Fall können die
Cyanbenzoylchloridverbindung und die Cyanbenzoesäureverbindung direkt miteinander
vermischt werden, oder sie können
mit einem inerten Lösungsmittel
vermischt werden, wenn das Rühren
schwierig ist. Die Cyanbenzoylchloridverbindung fördert die
Reaktion.
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Das
Verfahren verwendet ein aprotisches organisches Lösungsmittel.
Beispiele solcher organischen Lösungsmittel
umfassen Nitrile, wie Acetonitril; tertiäre Formamide, wie Dimethylformamid
und Diethyformamid; Schwefel enthaltende Verbindungen, wie Sulfolan;
Imidazolidone, wie 1,3-Dimethyl-2-imidazolidon; Ether, wie Dioxan,
1,2-Dimethoxyethan und Diglycolether; Halogenkohlenwasserstoffe,
wie Dichlormethan, Chloroform und 1,2-Dichlorethan; und aromatische
Kohlenwasserstoffe, wie Benzol, Toluol und o-, m- und p-Xylol, und gemischtes Xylol.
Die organischen Lösungsmittel können allein
oder in Kombination von zwei oder mehr eingesetzt werden.
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Die
Reaktionsdauer ist vorzugsweise 10 Minuten bis 10 Stunden in Abhängigkeit
von der Zusammensetzung des eingesetzten Lösungsmittels.
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Das
Verfahren kann Additive umfassen, welche die Reaktion fördern. Beispiele
solcher Additive umfassen tertiäre
Formamide, wie Dimethylformamid, Diethylformamid, Dimethylpropionamid
und Dibutylformamid. Wenn es eingesetzt wird, ist die Menge des
tertiären
Formamids mindestens 0,01 Moläquivalente,
bezogen auf die Carbonsäure.
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Eine
tertiäre
Aminverbindung kann als Reaktionsförderer eingesetzt werden. Die
tertiäre
Aminverbindung funktioniert als Katalysator für die Aktivierung von Phosgen
oder als Fänger
von Chlorwasserstoffsäure, die
während
der Transformation einer Cyanbenzoesäure zu ihrem Säurechlorid
gebildet wird. Bevorzugte Beispiele der tertiären Aminverbindung umfassen
aliphatische tertiäre
Amine, wie Trimethylamin, Triethylamin und Tribenzylamin; aromatische
tertiäre
Amine, wie Triphenylamin und Tri-p-toluylamin; und heterocyclische
Verbindungen, wie Imidazol, Pyridin, p-Dimethylaminopyridin, n-Methylmorpholin,
Chinolin, Isochinolin, Pyrimidin und Piperazin. Wenn sie als Katalysator
für die
Aktivierung von Phosgen eingesetzt wird, wird die tertiäre Aminverbindung
in einer Menge von mindestens 0,01 Moläquivalenten, bezogen auf die
Carbonsäure,
eingesetzt. Wenn die Aminverbindung für die Aktivierung von Phosgen
und als Fänger
von Chlorwasserstoffsäure
eingesetzt wird, muß die
Aminverbindung in einer Menge von mindestens äquimolar zu dem in der Reaktion
eingesetzten Phosgen verwendet werden.
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BEISPIELE
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Die
vorliegende Erfindung wird anhand der Beispiele eingehender beschrieben,
die jedoch die Erfindung nicht einschränken sollen. Wenn nichts anderes
angegeben ist, sind alle Angaben zu Teilen, Prozenten, Verhältnissen
und dergleichen Massenangaben.
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In
den Beispielen 1 bis 6 wurde die chromatographische Analyse unter
den folgenden Bedingungen durchgeführt. GC
Analysebedingungen
Säule: | DB1
(J & W)
(30
m Kapillarsäule,
0,32 mm Innendurchmesser) |
Träger: | Helium
3 cm3/min. |
Aufspaltungsverhältnis: | 40 |
Detektor: | FID |
Analysebedingungen: | Injektion
bei 300°C
100°C (10 Minuten) → 15°C/Minute
(Erhöhung)→ 280°C (8 Minuten)
Nachweis
bei 300°C. |
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Beispiel 1
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Ein
Gemisch, enthaltend p-Cyanbenzoylchlorid (16,6 g), p-Cyanbenzoesäure (14,7
g) und Dimethylformamid (0,15 g) wurde bei 120°C heftig gerührt, und Phosgengas (20 g)
wurde während
90 Minuten in das Gemisch eingeleitet. Nachdem trockenes Stickstoffgas
in das Reaktionsgemisch während
einer Stunde eingeleitet worden war, wurde das Gemisch unter vermindertem
Druck destilliert, wodurch 32,5 g p-Cyanbenzoylchlorid (98% Ausbeute,
bezogen auf p-Cyanbenzoesäure; Siedepunkt
110°C/2
mmHg) erhalten wurden. Die gaschromatographische Analyse zeigte,
daß das
erhaltene p-Cyanbenzoylchlorid eine Reinheit von 99% oder höher hatte.
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Beispiel 2
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Ein
Gemisch, enthaltend p-Cyanbenzoylchlorid (16,6 g), p-Cyanbenzoesäure (14,7
g), Imidazol (0,2 g) und Xylol (150 ml) wurde bei 140°C heftig
gerührt,
und Phosgengas (20 g) wurde über
2 Stunden zu dem Gemisch gegeben. Nachdem trockenes Stickstoffgas
in das Reaktionsgemisch während
einer Stunde eingeleitet worden war, wurde das Gemisch unter vermindertem
Druck destilliert, wodurch 31,8 g p-Cyanbenzoylchlorid (96% Ausbeute,
bezogen auf p- Cyanbenzoesäure) erhalten
wurden. Das p-Cyanbenzoylchlorid hatte eine Reinheit von 99% oder
höher.
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Beispiel 3
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p-Cyanbenzoesäure (14,7
g) und Acetonitril (300 ml) wurden Gemisch und heftig gerührt, während das Lösungsmittel
unter Rückfluß erhitzt
wurde, und Phosgengas (30 g) wurde über 4 Stunden in das Gemisch eingeleitet.
Nachdem trockenes Stickstoffgas über
eine Stunde in das Reaktionsgemisch eingeleitet worden war, wurde
Acetonitril unter Umgebungsdruck entfernt und wurde außerdem unter
vermindertem Druck durch Destillation entfernt, wodurch 16,2 g p-Cyanbenzoylchlorid
(98% Ausbeute, bezogen auf p-Cyanbenzoesäure) erhalten wurden. Das erhaltene
p-Cyanbenzoylchlorid hatte eine Reinheit von 99%.
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Beispiel 4
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Ein
Gemisch, enthaltend m-Cyanbenzoylchlorid (16,6 g) und m-Cyanbenzoesäure (14,7
g) wurde bei 130°C
heftig gerührt,
und Phosgengas (20 g) wurde über
2 Stunden zu dem Gemisch gegeben. Nachdem trockenes Stickstoffgas über eine
Stunde in das Reaktionsgemisch eingeleitet worden war, wurde das
Gemisch unter vermindertem Druck destilliert, wodurch 31,8 g m-Cyanbenzoylchlorid
(96% Ausbeute, bezogen auf m-Cyanbenzoesäure) erhalten wurden. Das erhaltene
m-Cyanbenzoylchlorid hatte eine Reinheit von 99% oder höher.
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Beispiel 5
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Ein
Gemisch, enthaltend Pyridin (8,7 g) und Dichlormethan (150 ml),
wurde bei Raumtemperatur heftig gerührt. Ein Lösungsmittel, worin Phosgen
(10,4 g) in Dichlormethan (150 ml) gelöst war, wurde zu dem Gemisch
gegeben und gerührt.
p-Cyanbenzoesäure
(14,7 g) wurde zu dem Reaktionsgemisch gegeben und eine Stunde bei
Raumtemperatur heftig gerührt.
Die gaschromatographische Analyse zeigte, daß das erhaltene p-Cyanbenzoylchlorid
in einer Aus beute von 98% hergestellt wurde und eine Reinheit von
9 % oder höher
hatte.
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Beispiel 6
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Ein
Gemisch, enthaltend m-Cyanbenzoesäure (14,7 g), ein Phosgentrimer
(14,8 g), Pyridin (11,9 g) und 1,2-Dichlorethan (300 ml), wurde
eine Stunde bei 90°C
heftig gerührt.
Das Reaktionsgemisch wurde gekühlt,
und die gaschromatographische Analyse zeigte, daß das erhaltene m-Cyanbenzoylchlorid
in einer Ausbeute von 99 %, bezogen auf m-Cyanbenzoesäure, hergestellt
worden war und eine Reinheit von 99 % oder mehr hatte.
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Wie
vorstehend beschrieben wurde, stellt die vorliegende Erfindung ein
Verfahren zum Herstellen einer Cyanbenzamidverbindung mit hoher
Selektivität
und Ausbeute bereit, wobei das Verfahren die Hydrolyse einer Nitrilgruppe
einer leicht erhältlichen
Phthalonitrilverbindung umfaßt.
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Die
vorliegende Erfindung stellt auch ein Verfahren zum Herstellen einer
Cyanbenzoesäureverbindung und
einer Cyanbenzoatesterverbindung ohne Beeinträchtigung der Cyangruppe des
Benzolrings bereit, wobei das Verfahren das Transformieren der so
hergestellten Cyanbenzoamidverbindung unter sauren Bedingungen in
die Zielverbindung umfaßt.
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Die
Erfindung stellt auch ein Verfahren zum Produzieren einer Alkylcyanbenzoatverbindung
mit hoher Selektivität
und Ausbeute bereit, wobei das Verfahren das Umsetzen einer Phthalonitrilverbindung,
die als Ausgangsmaterial dient, mit einem aliphatischen Alkohol
in Anwesenheit einer Säure
umfaßt,
wodurch eine Nitrilgruppe selektiv in eine Iminoethergruppe überführt wird.
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Die
Erfindung stellt auch ein Verfahren zum Herstellen einer Cyanbenzoesäureverbindung
ohne Beeinträchtigung
der Cyangruppe des Benzolrings bereit, wobei das Verfahren das Oxidieren
einer Cyanbenzylaminverbindung als Ausgangsmaterial umfaßt.
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Die
Erfindung stellt auch ein Verfahren zum Herstellen einer Cyanbenzoesäureverbindung
mit hoher Selektivität
und Ausbeute ohne Beeinträchtigung
der Cyangruppe des Benzolrings bereit, wobei das Verfahren das Hydrolysieren
einer Alkylcyanbenzoatverbindung umfaßt.
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Die
Erfindung stellt auch ein Verfahren zum Herstellen einer Cyanbenzoesäurechloridverbindung
ohne Beeinträchtigung
der Cyangruppe des Benzolrings bereit, wobei das Verfahren das Chlorieren
einer Cyanbenzoesäureverbindung
als Ausgangsmaterial umfaßt.
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Die
Cyanbenzoesäureverbindung,
die Cyanbenzamidverbindung, die Alkylcyanbenzoatverbindung und die
Cyanbenzoylchloridverbindung, die durch das erfindungsgemäße Verfahren
hergestellt werden, sind nützliche
Intermediate für
eine Vielzahl von Chemikalien, wie Arzneimittel, Agrochemikalien,
Flüssigkristalle und
Monomere für
funktionelle Polymere.