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Verfahren zur Herstellung von p-Nitrobenzolsulfonsäurechlorid Die
Erfindung bezieht sich auf ein verbessertes Verfahren zur Gewinnung von p-Nitrobenzolsulfonsäurechlorid
aus Di-(p-nitrophenyl)-disulfid.
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p-Nitrobenzolsulfonsäurechlorid ist ein wichtiges Zwischenglied bei
der Herstellung von Abkömmlingen der Sulfanilamidreihen, die in den letzten Jahren
in der Therapie große Bedeutung erlangt haben.
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Es ist bereits bekannt, p-Nitrobenzolsulfonsäurechlorid aus Di-(p-nitrophenyl)-disulfid
zu gewinnen. Das letztere Zwischenprodukt kann hergestellt werden aus p-Nitrochlorbenzol
durch Reaktion mit Natriumsulfid und Schwefel in einer wäßrigen alkoholischen Lösung
(s. Journal o# the Chemical Society London 1928, S.2776). Bisher wurde p-Nitrobenzolsulfonsäurechlorid
hergestellt durch Oxydieren von Di-(p-nitrophenvi)-disiilfid, beispielsweise mit
rauchender Salpetersäure, Neutralisierung des Reaktionsgemisches mit Ammoniumhydroxyd
(nach Abfiltrieren des Ungelösten) und Umsetzung des entstandenen Ammoniumsalzes
in Kristallform mittels Chlorsulfonsäure. Dieses Verfahren ist jedoch verhältnismäßig
unwirtschaftlich wegen der Zwischenstufe der Bildung der Sulfonsäure und ihres Ammoniumsalzes
in fester Form sowie wegen der erforderlichen verhältnismäßig hohen Menge von Chlorsulfonsäure.
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Ferner ist es bekannt, p-Nitrobenzolsulfonsäurechlorid zu gewinnen
durch Behandlung von in Eisessig suspendiertem Di-(p-nitrophenyl)-disulfid mit Chlorwasser.
Die hierbei gewonnenen Ausbeuten sind jedoch gering.
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Schließlich ist es bekannt, o-Nitrobenzolsulfonsäurechlorid herzustellen
durch Reaktion einer Säuresuspension
des entsprechenden Di-(o-nitrophenyl)-disulfids
mit Chlor. Dabei wird, wenn gasförmiges Chlor in eine Suspension von Di-(o-nitrophenyl)-disulfid
in einem Gemisch von konzentriertet- Salz-und Salpetersäure eingebracht wird, o-Nitrobenzolsulfonsäurechlorid
von dem Reaktionsgemisch getrennt, und zwar in einer Ausbeute von 8o°/, des theoretisch
bei Umkristallisieren aus Eisessig Möglichen. Dieses Verfahren zeitigt aber bei
Anwendung auf Di-(p-nitrophenyl)-disulfid keine entsprechenden Resultate; die Ausbeute
des nach diesem Verfahren erzielbaren p-Isomeren beträgt bis weniger als 4o°4 des
theoretisch Möglichen.
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Es wurde gefunden, daß man p-Nitrobenzolsulfonsäurechlorid wirtschaftlich
in hohen Ausbeuten direkt aus Di-(p-nitrophenyl)-disulfid in einem einfachen Verfahren
unter Umgehung der p-Nitrobenzolsulfonsäurestufe dadurch gewinnen kann, daß man
Di-(p-nitrophenyl)-disulfid mit Chlor in Reaktion bringt, welches in einem Reaktionsgemisch
suspendiert ist, das Salpetersäure und Salzsäure, beide zweckmäßig in konzentrierter
Form, sowie eine aromatische Verbindung enthält, die flüssig, zweckmäßig inert und
mit der Säuremischung unter den- Reaktionsbedingungen im wesentlichen unvermischbar
ist und die ferner ein Lösungsmittel für p-Nitrobenzolsulfonsäurcchlorid darstellt.
Die aromatische Verbindung ist vorzugsweise ein flüssiger aromatischer Kohlenwasserstoff,
beispielsweise Benzol, Toluol oder Xylol; sie wird vorzugsweise mindestens in einer
Menge verwendet, die ausreicht, um das gesamte, gebildete p-Nitrobenzolsulfonsäurechlorid
zu lösen.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, bei welcher eines
der vorzugsweise empfohlenen, aromatischen. Kohlenwasserstofflösungsmittel Verwendung
findet, wird p-Nitrobenzolsulfonsäurechlorid gewonnen durch Trennung der nicht wäßrigen,
flüssigen Phase von der wäßrigen Säurephase der Reaktionsmischung und durch Verdünnung
der nicht wäßrigen Phase mit einem flüssigen Paraffinkohlenwasserstoff (im besonderen
einer verhältnismäßig flüchtigen, flüssigen Kohlenwasserstoffmischung, wie einer
Petroleumfraktion mit einem Siedepunkt in den Grenzen von 4o bis 21o°), wobei das
p-Nitrobenzolsulfonsäurechlorid ausgefällt wird. Das Produkt kann in kristalliner
Form gewonnen werden durch Kühlung der verdünnten Mischung und Abfiltrieren des
Kristallproduktes; es kann gereinigt werden durch Umkristallisierendes Filterkuchens
aus einer zusätzlichen Menge Paraffinkohlenwasserstoff.
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Man kann aber auch die nicht wäßrige flüssige Phase der Reaktionsmischung
durch Verdampfung eines Teiles des aromatischen Lösungsmittels konzentrieren,@bevor
die Verdünnung mit dem Paraffinkohlenwasserstoff stattfindet. Das Kristallprodukt
wird nach Verdünnung der konzentrierten Lösung mit einem Paraffinkohlenwasserstoff
durch Kühlung und Abfiltrieren erhalten; der Krista lfilterkuchen kann durch Extraktion
desselben mit einem Paraffinkohlenwasserstoff gereinigt werden bei einer Temperatur,
die ausreicht, um das p-Nitrobenzolsulfonsäurechlorid in geschmolzenem Zustand zu
erhalten. Dies geschieht in einem für die Extraktion des Lösungsmittels von Flüssigkeiten
geeigneten Apparat. Durch Kühlung des Extraktes wird p-Nifrobenzolsulfonsäurechlorid
in kristallisierter Form ausgefällt und durch Filtration als Filterkuchen gewonnen.
Dieses Produkt ist frei von irgendwelchen durch die Verdünnung der konzentrierten,
nicht wäßrigen flüssigen Phase der Reaktionsmischung ausgefällten Verunreinigungen,
die in dem Paraffinkohlenwasserstoff unlöslich sind.
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Bei einer weiteren Ausführungsform wird die nicht wäßrzge flüssige
Phase des Reaktionsgemisches durch Verdampfung von der gesamten inerten aromatischen
Verbindung befreit; man erhält rohes p-Nitrobenzolsulfonsäurechlorid in Form eines
festen Rückstandes. Dieser kann aus einem flüssigen Paraffinkohlenwasserstoff der
oben angegebenen Art umkristallisiert werden; er kann der Extrakfion mit einem Paraffinkohlenwasserstoff
in der gleichen Weise unterworfen werden, wie das Produkt, das durch Konzentration
der nicht wäßrigen flüssigen Phase des Reaktionsgemisches und durch Verdünnung des
Konzentrates mit einem Paraffinkohlenwasserstoff erhalten wird, wie oben beschrieben.
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Es wurde gefunden., daß die Anwesenheit einer aromatischen Verbindung
der angegebenen Art in der Reaktionsmischung die Gewinnung von im wesentlichen reinem
p-Nitrobenzolsulfonsäurechlorid ermöglicht, und zwar in Ausbeuten, welche im allgemeinen
mehr als zweimal größer sind als die Ausbeuten, die man ohne Verwendung derartiger
aromatischer Verbindungen gewinnt.
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Nachstehend wird die Erfindung an Beispielen erläutert; die Angaben
von Teilen und Prozenten darin beziehen sich, wenn nichts anderes erwähnt ist, auf
das Gewicht. Ein Volumteil ist eine Menge, die dasselbe Volumen besitzt, wie ein
Gewichtsteil Wasser. Beispiel 1 TeilA. Herstellungvonp-Nitrobenzolsulforisäurechlorid
Rohes Di-(p-nitrophenyl)-disulfid (3o8 Teile) mit ungefähr 244 Teilen reinem Di-(p-nitrophenyl)-disulfid,
hergestellt durch Kochen von p-Nitrochlorbenzol mit Natriumsulfid und Schwefel in
wäßrigem Alkohol, Kühlung und Filtrierung der Reaktionsmischung, Waschen des Filterkuchens
mit Wasser bis zur Befreiung von wasserlöslichen Salzen und anschließende Trocknung,
wird in eine in Bewegung gehaltene Mischung von Zoo Teilen 67°/oiger Salpetersäure,
13oo Teilen von 31,450;'oiger Salzsäure (20° Bd) und 40o Teilen Benzol in einen
Reaktionskessel gegeben, der mit einem Rückflußkühler ausgerüstet ist; die Reaktionsmischung
enthält ungefähr 2,7 Mol HNO3 und ungefähr 14,1 Mol HCl pro Mol des D'-(p-nitrophenyl)-disulfids.
Die Temperatur des Reaktionsgemisches steigt spontan auf ungefähr So bis 55°. Hierauf
wird Chlorgas rasch unter kontinuierlichem Rühren in die Mischung eingeleitet, und
zwar in einer Menge, die genügt, um einen leichten Rückfluß kondensierter Dämpfe
zu verursachen. Die Temperatur der Reaktionsmischung wird bei So bis 55' während
einer Zeitdauer von ' :z Stunde gehalten und sodann auf 62 bis 65' erhöht. Das Durchleiten
von Chlor durch die Mischung wird bei
der letzteren Temperatur fortgesetzt,
bis alle suspendierten Teile aufgelöst sind. Zweckmäßig wird die Reaktion dann zusätzlich
i Stunde lang weiter fortgesetzt, um ihre Vollendung sicherzustellen. Die Menge
des für die Reaktion aufgewendeten Chlors beträgt ungefähr 35o Teile. Schließlich
läßt man das Gemisch sich in zwei Schichten trennen; die obere Schicht, welche p-Nitrobenzolsulfonsäurechlorid
in Lösung in Benzol enthält, wird von der unteren Schicht der wäßrigen Säure getrennt.
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Teil B. Aufarbeitung der p-Nitrobenzolsulfonsäurechloridlösung Die
nach dem unter A beschriebenen Verfahren gewonnene Benzollösung wird mit ungefähr
dem Doppelten ihres Volumens einer paraffinbasischen Petroleumfraktion (A.P.I.-Dichte
74,4 bei 15r/2°, Siedepunkt bei ungefähr 6o bis 71°), im wesentlichen also mit normalem
Hexan verdünnt. Die Mischung wird auf o bis 5" gekühlt und auf dieser Temperatur
ungefähr i Stunde gehalten. Kristallisiertes p-Nitrobenzolsulfonsäurechlorid, welches
sich aus der Lösung abscheidet, wird abfiltriert und aus einem niedrigsiedenden
Petroleumdestillat (Hexanfraktion) umkristallisiert. Die Ausbeute beträgt rund 65
Gewichtsprozent, bezogen auf das ursprünglich verwendete 1)i-(p-nitrophenyl)-disulfid.
Beispiel 2 Die nach Beispiel i gewonnene Benzollösung wird auf die Hälfte des Benzols,
das sind ungefähr 200 Volumteile, eingedampft. Die konzentrierte Lösung wird sodann
mit 5oo Teilen des niedrigsiedenden Petroleumdestillates (Hexanfraktion) verdünnt.
Die Mischung wird auf o bis 5" gekühlt, bei dieser Temperatur ungefähr i Stunde
lang gerührt und sodann filtriert, um einen Filterkuchen von rohem p-Nitrobenzolsulfonsäurechlorid
zu erhalten. Der Filterkuchen wird zusammen mit 6ooTeilen Leichtpetroleumdestillat
in den Extraktionskessel eines Apparates für kontinuierliche Extraktion von Flüssigkeiten,
die schwerer sind als das Extraktionsmittel, gebracht; eine derartige Apparatur
besteht im wesentlichen aus einem Extraktionskessel, der mit einem Überlauf zu einem
Auffanggefäß versehen ist und in welchem der Extrakt bis zur Siedetemperatur erhitzt
werden kann. Das Auffanggefäß ist an einen Rückflußkühler angeschlossen, der (las
Kondensat in den Extraktionskessel abgibt. Dieser ist mit Vorrichtungen versehen,
welche die Zirkulation des Extraktionslösungsmittels über der Oberfläche der am
Boden des Extraktionskessels eine Schicht bildenden, zu extrahierenden Flüssigkeit
aufrechterhält. Das p-Nitrobenzolsulfonsäurechlorid in (lern Extraktionskessel wird
so weit erhitzt, daß es in geschmolzenem Zustand erhalten wird und eine flüssige
Schicht am Boden des Kessels bildet. 7oo Teile Leichtpetroleumdestillat (Hexanfraktion)
werden in das Auffanggefäß gebracht und auf Siedetemperatur erhitzt, so daß die
Dämpfe in den Extraktionskessel strömen, das p-Nitrobenzolsirlfonsäurechlori(1 allmählich
auflösen und durch den Überlauf in das Auffanggefäß ausströmen. Sobald eine Probe
der Überlaufflüssigkeit bei Kühlung auf 3o bis 35° keine Kristalle mehr liefert,
wird die EX-traktion unterbrochen. Der Extrakt aus dem Auffanggefäß wird auf o bis
5° gekühlt und bei dieser Temperatur für ungefähr 2 Stunden gehalten. Das kristallisierte
p-Nitrobenzolsulfonsäurechlorid wird filtriert und der Filterkuchen getrocknet.
Nach diesem Verfahren gewonnenes p-Nitrobenzolsulfonsäurechlorid hat einen Schmelzpunkt
von 78 bis 8o°; die Ausbeute beträgt ungefähr 70°/o des theoretisch Möglichen, bezogen
auf das ursprünglich verwendete Di-(p-nitrophenyl)-disulfid. Beispiel 3 Teil A.
Herstellung von p-Nitrobenzolsulfonsäurechlorid Rohes Di-(p-nitrophenyl)-disulfid
(335 Teile), enthaltend ungefähr 268 Teile Di-(p-nitrophenyl)-disulfid, werden mit
21o Teilen 67°/oiger Salpetersäure, 1392 Teilen Salzsäure von 20° B6 und 44o Teilen
Benzol gemischt; die Reaktionsmischung enthält ungefähr 2,55 Mol HNO3 und ungefähr
13,8 Mol HCl pro Mol Di-(p-nitrophenyl)-disulfid. In die Mischung wird unter ständigem
Umrühren 6 Stunden bei 62 bis 64° Chlor eingeleitet; die Menge des absorbierten
Chlors beträgt ungefähr 24o Gewichtsteile. Das Gemisch läßt man sich in zwei Schichten
trennen, eine obere Benzolschicht und eine untere wäßrige Säureschicht.
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Teil B. Aufarbeitung der p-Nitrobenzolsulfonsäurcchloridlösung Die
Benzollösung, welche die obere Schicht der Reaktionsmischung gemäß Teil A bildet,
wird verdampft bis ungefähr 230 Volumteile des Benzols entfernt sind. Die
erhaltene konzentrierte Lösung von p-Nitrobenzolsulfonsäurechlorid wird mit 8o Volumteilen
einer Hexanfraktion verdünnt, auf 5° gekühlt und bei dieser Temperatur 3 Stunden
lang in Bewegung ,gehalten.
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Das Reaktionsgemisch wird filtriert; der Filterkuchen, ungefähr 353
Gewichtsteile betragend, wird in geschmolzenem Zustand mit einer Hexanfraktion auf
die in Beispiel 2 beschriebene Art extrahiert. Das p-Nitrobenzolsulfonsäurechlorid
wird aus dem Extrakt, wie in Beispiel 2 beschrieben, gewonnen, in einer Ausbeute,
die ungefähr 78°/a des theoretisch Möglichen entspricht.
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In den Beispielen können ohne Abweichung von dem Grundgedanken der
Erfindung Änderungen vorgenommen werden. So können andere aromatische Verbindungen
Verwendung finden, die flüssig und im wesentlichen inert gegenüber den Komponenten
der Reaktionsmischung sind und sich bei den während der Reaktion vorherrschenden
Temperaturen mit dem Gemisch aus konzentrierter Salpeter- und Salzsäure nicht vermischen
und p-Nitrobenzolsulfonsäurechlorid lösen, z. B. flüssige aromatische Kohlenwasserstoffe,
wie Toluol oder Xylol, und substituierte aromatische Kohlenwasserstoffe, wie Mono-
oder Dichlorbenzol oder Nitrobenzol, oder Mischungen zweier oder mehrerer derselben.
Flüssige aromatische Kohlenwasserstoffe und im besonderen Benzol sind jedoch vorzuziehen
wegen
ihrer größeren Flüchtigkeit und der geringeren Kosten.
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Zweckmäßig wird mindestens so viel an aromatischer Verbindung verwendet,
daß das gesamte gebildete p-Nitrobenzolsulfonsäurechlorid gelöst wird. Beispielsweise
kommen mindestens i1/4 Gewichtsteile flüssiger aromatischer Kohlenwasserstoff auf
i Gewichtsteil des Di-(p-nitrophenyl)-disulfids zur Verwendung. Wie aus den Beispielen
hervorgeht, werden mit besonderem Vorteil ungefähr r3/3 Gewichtsteile Benzol auf
einen Gewichtsteil Di-(p-nitrophenyl)-disulfid zur Anwendung gebracht.
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Als Verdünnungsmittel für die aromatische Lösungsphase der Reaktionsmischung
und als Lösungsmittel für die Umkristallisation oder Extraktion von p-Nitrobenzolsulfonsäurechlorid
können auch andere flüchtige flüssige ParaffinkohlenwasserstoffeVerwendung finden,
beispielsweise ein Paraffinkohlenwasserstoff mit 5 bis 12 Kohlenstoffatornen oder
ein Gemisch von zwei oder mehr derselben oder Petroleumfraktionen mit Siedepunktgrenzen
zwischen 40 und 2io°. Solche Stoffe sind Ligroin, Petroläther und andere Erdölkohlenwasserstofffraktionen.
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Die Menge der Säurekomponenten in der verwendeten Reaktionsmischufig
bei der Umsetzung von Di-(p-nitrophenyl)-disulfid zu p-Nitrobenzolsulfonsäurechlorid
sind vorzugsweise mindestens i Mol HNO3 und 5 Mol H Cl pro Mol Di-(p-nitrophenyl)-disulfid.
Wie an Hand der Beispiele erläutert, sind die bevorzugten Mengenverhältnisse der
Säuren in dem Reaktionsgemisch ungefähr 2s/3 Mol HN 03 und ungefähr 14 Mol HCl pro
Mol Di-(p-nitrophenyl)-disulfid. Die Säuren kommen zweckmäßig konzentriert zur Anwendung,
d. h. die Konzentration von HNOg und HCl in dem Gemisch dieser Säuren ist ungefähr
35 Gewichtsprozent. Diese Konzentration wird zweckmäßig, nicht unterschritten. Man
kann, im Vergleich zu den Ausführungsbeispielen, mit einem mäßigen Überschuß an
Salpetersäure, Salzsäure oder Benzol arbeiten, ohne den Ablauf der Reaktion wesentlich
zu beeinträchtigen. Aus Gründen der Wirtschaftlichkeit ist es jedoch empfehlenswert,
einen solchen Überschuß zu vermeiden.
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Die erfindungsgemäße Reaktion kann ausgeführt werden durch Suspendieren
von Di-(p-nitrophenyl)-disulfid in einem Gemisch aus wäßriger Salpetersäure und
einer inerten flüssigen aromatischen Verbindung, die als Lösungsmittel für p-Nitrobenzolsulfonsäurechlorid
wirkt. In das Gemisch wird Chlor geleitet, wobei durch Reaktion von Chlor mit dem
in der Salpetersäure enthaltenen Wasser Salzsäure entsteht. Vorzuziehen ist es aber,
auch Salzsäure als Ausgangsstoff der Reaktionsmischung zu verwenden, im besonderen
in den oben angegebenen Verhältnissen.
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Die Reaktion von Di-(p-nitrophenyl)-disulfid mit Chlor gemäß dem Verfahren
der vorliegenden Erfindung findet vorzugsweise statt bei 25 bis 1o0°. Bei Temperaturen
unter 25° geht die Reaktion langsam vor sich und erfordert eine zu lange Zeitspanne,
um wirtschaftlich und eirksam zu sein. Bei Temperaturen, die wesentlich übEr ioo°
liegen, wird die Zersetzung des Reaktionsproduktes unter Ablauf von Nebenreaktionen
beschleunigt, was die Ausbeute an p-Nitrobenzolsulfonsäurechlorid verringert. Temperaturen
zwischen 5o und 65° sind die geeignetsten. Zu bemerken ist, daß, wenn von aromatischen
Verbindungen, aromatischen Kohlenwasserstoffen oder Paraffinkohlenwasserstoffen
gesprochen wurde, auch Mischungen von zwei oder mehr dieser Verbindungen oder Kohlenwasserstoffe
zu verstehen sind.