DE69934034T2

DE69934034T2 - Verfahren zur Herstellung von Derivaten der Cyanobenzoesäure

Info

Publication number: DE69934034T2
Application number: DE69934034T
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Kawasaki Research Laboratory Yasuda; Haruaki Ito; Showa Denko K.K. Takashi Kawasaki Works Tani; Kimitaka Kawasaki Research Laborator Ohshiro; Showa Denko K.K. Makoto Kawasaki Works Saito; Sumio Soya; Kuniomi Marumo
Original assignee: Showa Denko KK
Current assignee: Resonac Holdings Corp
Priority date: 1998-09-24
Filing date: 1999-09-23
Publication date: 2007-06-21
Anticipated expiration: 2019-09-24
Also published as: EP0989115A3; ATE345325T1; EP1508567A3; EP1508567B1; DE69934033T2; ATE345324T1; DE69934034D1; EP0989115A2; EP1514866B1; EP1508567A2; EP1514866A1; DE69934033D1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Cyanbenzoylchloridverbindung unter Einsatz einer Phthalonitrilverbindung als Ausgangsmaterial.
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.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Herkömmliche Verfahren zum Herstellen einer Cyanbenzoylchloridverbindung werden nachstehend beschrieben.
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.
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.
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.
ZUSAMMENFASSENDE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben Untersuchungen durchgeführt und die vorstehend genannte Aufgabe gelöst.
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.
Vorzugsweise wird die vorstehend beschriebene Reaktion in Anwesenheit einer zu der Cyanbenzoesäureverbindung korrespondierenden Cyanbenzoylchloridverbindung durchgeführt.
Vorzugsweise wird die vorstehend beschriebene Reaktion in Anwesenheit einer tertiären Amidverbindung oder einer tertiären Aminverbindung durchgeführt.
Vorzugsweise ist die Cyanbenzoesäureverbindung der Formel (2) m- oder p-Cyanbenzoesäure, und die Cyanbenzoylchloridverbindung der Formel (7) ist m- oder p-Cyanbenzoylchlorid.
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.
EINGEHENDE BESCHREIBUNG
Verfahren zum Herstellen einer Cyanbenzoylchloridverbindung aus einer Cyanbenzoesäureverbindung als Ausgangsmaterial
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Die Reaktionsdauer ist vorzugsweise 10 Minuten bis 10 Stunden in Abhängigkeit von der Zusammensetzung des eingesetzten Lösungsmittels.
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.
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.
BEISPIELE
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.

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.

Beispiel 1
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.
Beispiel 2
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.
Beispiel 3
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%.
Beispiel 4
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.
Beispiel 5
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.
Beispiel 6
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Cyanobenzoylchloridverbindung der folgenden Formel
wobei -COCl und -X jeweils einen Substituenten des Benzolrings darstellen; die -COCl-Gruppe bezüglich der CN-Gruppe an einer m- oder der p-Position 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, die Mehrzahl der X zueinander identisch oder voneinander verschieden sein kann, wobei das Verfahren umfasst, Umsetzen einer Cyanobenzoesäureverbindung der folgenden Formel:
wobei -X einen Substituenten des Benzolrings mit Phosgen oder einem Vorläufer davon darstellt, wobei der Vorläufer eine mittels Wärme oder mittels Behandlung mit einem Katalysator in Phosgen umwandelbare Substanz ist.
Verfahren zur Herstellung einer Cyanobenzoylchloridverbindung nach Anspruch 1, wobei die Reaktion in Gegenwart einer der Cyanobenzoesäureverbindung entsprechenden Cyanobenzoylchloridverbindung durchgeführt wird.
Verfahren zur Herstellung einer Cyanobenzoylchloridverbindung nach Anspruch 1, wobei die Reaktion in Gegenwart einer tertiären Amidverbindung oder einer tertiären Aminverbindung durchgeführt wird.
Verfahren zur Herstellung einer Cyanobenzoylchloridverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Cyanobenzoesäureverbindung der Formel (2) m- oder p-Cyanobenzoesäure ist, und die Cyanobenzoylchloridverbindung der Formel (7) m- oder p-Cyanobenzoylchlorid ist.
Verfahren zur Herstellung einer Cyanobenzoylchloridverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei Phosgen in einer Menge von 1,1 – 4 Mol pro 1 Mol der Cyanobenzoesäureverbindung verwendet wird.