DK147436B - Fremgangsmaade til fremstilling af acylcyanider - Google Patents

Description

o 1 147436

Den foreliggende opfindelse angår en kemisk egenartet fremgangsmåde til fremstilling af delvis kendte acyl-cyanider, der kan anvendes som udgangsstoffer til syntese af herbicider.

5 Det er allerede kendt, at acylcyanider kan fremstil les ved omsætning af acylhalogenider med metalcyanider • (jfr. Angew. Chem. 68^ 425-435 (1956)). Denne fremgangsmåde udviser imidlertid en række ulemper. Således er den f.eks. kostbar og teknisk kun vanskelig gennemførlig, for-10 di det drejer sig om en tofasereaktion, ved hvilken et fast stof skal omsættes med en væske eller med et i opløsning foreliggende stof. Desuden giver omsætningen ikke et ensartet reaktionsprodukt, men en vanskeligt adskillelig stofblanding, der foruden det pågældende acylcyanid også inde-15 holder større mængder af den tilsvarende dimere. Udbytter ne af acylcyanid er derfor forholdsvis ringe. En yderligere ulempe ved denne fremgangsmåde består i, at det ved oparbejdningen dannede vaskevand før bortledningen skal underkastes en grundig rensning, fordi det endnu indeholder be-20 tydelige mængder af meget giftige metalcyanider, der an vendes i overskud ved omsætningen.

Det er endvidere kendt, at man kan fremstille aroyl-cyanider ved omsætning af arylcarboxylsyrechlorider med blåsyre i nærværelse af pyridin som syrebindende middel i 25 absolut ether (jfr. Angew. Chem. 68, 425-435 (1956)). Og så denne fremgangsmåde er imidlertid forbundet med betydelige ulemper. Således er den for det første ikke alment anvendelig. Herudover er den teknisk ret kostbar, fordi arbejdet med det stærkt toksiske pyridin og med den let 30 antændelige ether kræver særlig store sikkerhedsforanstalt ninger. Desuden er også her en grundig rensning af det ved oparbejdningen dannede vaskevand uundgåelig på grund af det deri opløste pyridin. Det er desuden uheldigt, at der under reaktionen dannes en betydelig mængde af dimert 35 aroylcyanid, fordi herved både udbyttet af aroylcyanid stærkt nedsættes, og dettes isolering vanskeliggøres.

o 2 147436

Det er desuden kendt at omsætte benzoesyreanhydrid med kaliumcyanid i ækvivalente mængder, hvorved der fås benzoylcyanid i ringe udbytte (ca. 10% af det teoretiske) (Liebigs Annalen der Chemie, 287, side 306 (1895)). Ben-5 zoylcyanidet må fjernes fra den som hovedprodukt dannede seje, meget stærkt harpiksagtige, mørkebrune masse med ether. Denne fremgangsmåde er teknisk fuldstændig uegnet, fordi ikke kun ekstraktionen med ether fører til teknisk uovervindelige vanskeligheder, men også fordi den stærkt 10 harpiksagtige, mørkebrune masse ikke kan finde yderligere anvendelse. Det drejer sig altså herved kun om en mulig dannelsesmåde for benzoylcyanid.

Det har nu vist sig, at de delvis kendte acylcya-nider med formlen 15 O

R-C-CN (I) i hvilken R betyder alkyl med 1-8 carbonatomer eller eventuelt sub-20 stitueret phenyl, ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen, der er ejendommelig ved det i krav l's kendetegnende del omhandlede, fås i meget høje udbytter og glimrende renhed ved e'n "enbeholderreaktion", når et carboxylsyreanhydrid med formlen 25 R-C-O-C-R (II)

II II

o o i hvilken 30 R har den ovenfor angivne betydning, i nærværelse af en forbindelse med den almene formel R-X (III) i hvilken 35 R har den ovenfor angivne betydning, og o 3 147436 X betyder en -C0C1, -COF, -COBr, -CCl^, -CF3, -CBr3, -CHC12, -CHF2 eller -CHBr2-gruppe, omsættes med alka-limetalcyanider eller vandfri blåsyre, eventuelt i nærværelse af et fortyndingsmiddel, ved temperaturer mellem 5 50 og 300°C.

Det har endvidere vist sig, at carboxylsyrean-hydriderne (II) også kan opnås i reaktionsblandingen ("in statu nascendi"), f.eks. ved omsætning af alkalimetalsalte af de tilsvarende carboxylsyrer med de tilsvaren-10 de syrehalogenider. Således kan f.eks. benzoesyreanhydrid fremstilles i reaktionsblandingen ud fra natriumbenzoat og benzoylchlorid.

Det må betegnes som yderst overraskende, at acyl-cyaniderne med formlen (I) kan fremstilles ved den her om-15 handlede fremgangsmåde i højt udbytte og glimrende renhed, fordi det med henblik på den kendte tekniks stade måtte forventes, at der ved fremgangsmåden enten ville optræde de samme vanskeligheder som ved omsætningen af acylhalo-genider med alkalimetal- eller metalcyanider i et tofaset 20 system, eller at det ønskede acylcyanid kun ville dannes i spormængder. Det kunne især på ingen måde forudses, at dannelsen af uønskede dimere acylanider eller harpiksagtige produkter fuldstændig undgås.

Den her omhandlede fremgangsmåde besidder en række 25 fordele. Således er den ikke begrænset til udelukkende syntesen af få bestemte forbindelser, men kan anvendes meget bredt, især inden for den aromatiske række. Enbe-holdermetoden udgør en væsentlig berigelse af teknikken, fordi en separat oparbejdning af alkalimetalsalte af 30 carboxylsyrerne undgås, reaktionstemperaturen sænkes, carboxylsyreanhydridet tilbagevindes næsten kvantitativt, og carboxylsyrehalogenidgruppen kan erstattes endog med visse trihalogenmethyl- og dihalogenmethylgrupper.

Ved fremgangsmåden fås acylcyaniderne i praktisk 35 taget kvantitativt udbytte og udmærket renhed og fri for 4 147436 o generende og miljøskadelige biprodukter. En yderligere afgørende fordel ved den her omhandlede fremgangsmåde består i, at oparbejdningen ikke frembyder nogen problemer. Det under reaktionen dannede alkalimetalhalogenid fraskilles 5 ved filtrering, og acylcyanidet destilleres. Carboxylsyre- anhydridet kan anvendes på ny uden rensning.

Anvendes der i stedet for alkalimetalcyanider blåsyre, dannes der som biprodukt hydrogenchlorid, der inden for kemien kan anvendes på mange områder.

10 Anvender man benzoesyre, vandfri blåsyre (eller na triumcyanid) og benzoylchlorid som udgangsstoffer, kan reaktionsforløbet gengives ved følgende formelskema: o 5 147436 COOCO COC1 5 øf U +U +HCH(KaCB,^

COOCO COCN

W d X) +0 + hci (Naci); ved anvendelse af benzoetrichlorid eller benzalchlorid ved følgende formelskema: 15 cooco cd 3 4 + + 3 HCN (NaCN)->

20 COOCO COCN

3 Qf X) + 3(^JJ + 3 HC1 (NaC1) COOCO chc12 3 Qf + ^y + 2 HCN (NaCN)-^

COOCO .COCN CHO

2 cy o + -Qi +hci <Naci) 6 147436 o

De som udgangsstoffer anvendte syreanhydrider er alment defineret ved formlen II, og de anvendte forbindelser RX (dvs. syrehalogenider samt trihalogenmethyl-og dihalogenmethylforbindelser) ved formlen III og kan 5 fremstilles på kendt måde.

I disse formler betyder R fortrinsvis ligekædet eller forgrenet alkyl med 1-4 carbonatomer. R betyder desuden fortrinsvis eventuelt med alkyl, alkoxy eller carb-alkoxy med hver 1-4 carbonatomer, nitro og/eller halogen, 10 f.eks. fluor, chlor og brom, substitueret phenyl.

Som eksempler på foretrukne carboxylsyreanhydrider med formlen II skal i enkeltheder nævnes: eddikesyrean-hydrid, propionsyreanhydrid, pivalinsyreanhydrid, benzoe-syreanhydrid, m-chlorbenzoesyreanhydrid og 3,5-dichlor-15 benzoesyreanhydrid. Særlig foretrukne anhydrider er de aromatiske carboxylsyreanhydrider, især benzoesyreanhydrid.

Foretrukne carboxylsyrehalogenider med formlen III er i enkeltheder: acetylchlorid, acetylbromid, propion-20 nylchlorid, propionylbromid, benzoylfluorid, benzoylbro- raid, benzoylchlorid, m-chlor-benzoylchlorid og 3,5-di-chlorbenzoylchlorid. Benzoylchlorid foretrækkes især som syrechlorid.

Særlig foretrukne dihalogenmethyl- og trihalogen-25 methylforbindelser med formlen III er i enkeltheder: benzoetrichlorid, benzalchlorid, o-, m-, p-chlorbenzoe-trichlorid, 2,4-dichlorbenzalchlorid, benzoetrifluorid, benzoetribromid.

Særlig foretrukne alkalimetalcyanider er natrium-30 og kaliumcyanid.

Som fortyndingsmidler, der kan anvendes ved gennemførelse af den her omhandlede fremgangsmåde, kommer alle indifferente organiske opløsningsmidler på tale, der hverken indgår i kemisk reaktion med carboxylsyreanhy-35 driderne, forbindelserne med formlen III, metalcyaniderne 7 U7436 o eller blåsyre. Sådanne opløsningsmidler er f.eks. xylener, såsom o-xylen, chlorbenzen, o-dichlorbenzen, trichlor-benzener, nitrobenzen og tetramethylensulfon. Som fortyndingsmidler egner sig især et overskud af carboxylsyre-5 anhydridet (II). Det er principielt også muligt at gennem føre den her omhandlede omsætning uden fortyndingsmidlet.

Reaktionstemperaturen kan varieres inden for et større område. Almindeligvis arbejder man ved temperaturer mellem 50 og 300°C, fortrinsvis mellem 80 og 280°C.

10 Reaktionen gennemføres almindeligvis ved normalt tryk. Ved anvendelse af lavtkogende aliphatiske carboxyl-syreanhydrider er imidlertid et let overtryk fordelagtigt, almindeligvis på 1-10, fortrinsvis 1-5 atmosfærers overtryk.

15 Ved anvendelse af katalytiske mængder baser eller

Lewis-syrer kan omsætningen fremmes. Egnede baser er f.eks. tertiære aminer, såsom dimethylbenzylamin og 1,4-diaza-bicyclo[2,2,2]octan samt alkalisalte af carboxylsyrer, f.eks. natriumbenzoat. Som egnede Lewis-syrer skal der 20 f.eks. nævnes zinkchlorid, zinkcyanid, kobber-(I)-cyanid og kobber-(II)-cyanid.

Ved gennemførelsen af den her omhandlede fremgangsmåde omsætter man almindeligvis støkiometriske mængder syreanhydrid med en forbindelse med formlen III, et al-25 kalimetalcyanid eller vandfri blåsyre. Syreanhydridet kan imidlertid også anvendes i overskud, fordelagtigt da endog som opløsningsmiddel.

Oparbejdningen sker efter endt omsætning på sædvan-' lig måde ved filtrering, destillering og eventuelt om-30 krystallisation.

En blanding af syreanhydrid, en forbindelse med formlen III og blåsyre kan imidlertid også uden særlig anvendelse af katalysatorer gennemføres i gasfasen ifølge den foreliggende opfindelse.

35 8 147436 o

De ved den her omhandlede fremgangsmåde fremstillelige acylcyanider med formlen I er værdifulde udgangsstoffer, f.eks. til syntese af l,2,4-triazin-5-oner, der har fremragende herbicide egenskaber (jfr. tysk offentlig-5 gørelsesskrift nr. 2.224.161).

Således kan f.eks. 3-methyl-4-amino-6-phenyl-l,2,4--triazin-5-on med formlen 0 Ο-Λγ1®2 ch3 15 fremstilles ved, at man i et første trin omsætter benzoyl-cyanid i nærværelse af koncentreret saltsyre med ethanol og bringer den herved dannede phenylglyoxylsyreethylester i et andet trin til omsætning med acetylhydrazin, hvorved der dannes l-phenylglyoxylsyreethylester-2-acetylhydrazon, 20 der i et tredje trin med hydrazinhydrat i nærværelse af pyridin overføres i det ovennævnte slutprodukt. Denne flertrinssyntese forløber efter følgende formelskema: o 9 147636 1« trin; 5 (~}-"c-cx c2h5oh f\’c-"c-oc2R5 N-' (HC1) * '-' 2. trin: in 0=C-0CoHc

/—\ 2 ° /—\ I

ft Vc-c-oc2h5 + h2n-nh-co-ch3 -h2o / Vc=n-nh-coch3 (CH3OH) > 15 3. trin:

Or'=C-0C2H5 _ O

-C=N-NH-CO-CH N2H4 - hydrat ft (pyridin) ? NvN^ 20 CH3

Fremgangsmåde ifølge opfindelsen skal belyses nærmere 25 ved hjælp af følgende eksempler.

Eksempel 1 gr™ I en 1 liter kolbe blandes under omrøring 226,2 g benzoesyreanhydrid (1 mol), 140,6 g benzoylchlorid og 50 g 35 98%'s natriumcyanid (1 mol). Blandingen opvarmes i løbet 10 147436 o af 30 minutter til 155°C. Der indtræder en svag eksoterm reaktion. Efter 10 minutter videreomrøres der ved ydre opvarmning i 30 minutter ved 155-160°C, og omsætningen føres til ende. Reaktionsblandingen afkøles til 90°C, an-5 bringes i et destillationsapparatur, og det dannede ben-zoylcyanid afdestilleres i vakuum. Udbyttet er 130 g ben-zoylcyanid (99% af det teoretiske) med et smeltepunkt på 32°C.

Destillationsremanensen giver efter rensning 225 g 10 benzoesyreanhydrid (99% af det teoretiske) og 59 g natrium-chlorid. Benzoesyreanhydridet kan uden rensning anvendes til en ny udgangsblanding.

Eksempel 2 15 295 g 3-chlorbenzoesyreanhydrid (1 mol) blandes med 179 g 3-chlorbenzoesyrechlorid (1 mol) og 65 g kaliumcyanid (1 mol) og opvarmes langsomt til 190-210°C. Efter at reaktionsvarmen er ophørt, holdes blandingen i 30 minutter ved 20 denne temperatur, og derpå fjernes kaliumchlorid ved filtrering. Filtratet destilleres. Udbyttet er 162 g (98% af det teoretiske) 3-chlorbenzoylcyanid med et kogepunkt på 118-120°C ved 14 mm Hg. Det dannede 3-chlorbenzoesyreanhydrid kan på ny anvendes uden rensning.

25

Eksempel 3 93 g pivalinsyreanhydrid (0,5 mol) blandes med 24,2 g pivaloylchlorid (0,2 mol) og 24,5 g natriumcyanid (0,5 mol) 30 og opvarmes langsomt til 100°C. Yderligere 36,3 g pivaloylchlorid (0,3 mol) tildryppes langsomt ved 130°C. Efter at den eksoterme reaktion er klinget af, destilleres der fraktioneret. Udbyttet er 52,6 g (94% af det teoretiske) pivaloylcyanid med kp. 47-53°C ved 15 mm Hg.

35 Pivalinsyreanhydridet fås kvantitativt tilbage.

11 147436 o

Eksempel 4 132 g 2,5-dichlorbenzoesyreanhydrid (0,5 mol), 105 g 2,5-dichlorbenzoylchlorid (0,5 mol) og 32,5 g kaliumcyanid 5 (0,5 mol) opvarmes i en 500 ml kolbe under omrøring lang somt til 150-200°C. Omsætningen følges IR-spektroskopisk.

Efter fuldstændig omsætning fraktionsdestilleres der (eller omkrystalliseres ved en yderligere udgangsblanding). Udbyttet er 97 g (97% af det teoretiske) 2,5-dichlorbenzoyl-10 cyanid med et kogepunkt på 142-145°c ved 15 mm Hg.

Der tilbagevindes 130 g 2,5-dichlorbenzoesyreanhydrid (98,5% af det teoretiske) efter destillation.

Eksempel 5 15 I en 1 liter kolbe opvarmes 226 g benzoesyreanhydrid (1 mol), 37,0 g natriumcyanid (0,75 mol) og 48,8 g ben-zoetrichlorid (0,25 mol) i 2 timer til 150°C. Reaktionsblandingen var klart gennemsigtig ved afslutningen af 20 reaktionen. Efter afkøling fraktionsdestilleres der. Ud byttet er 97 g benzoylcyanid (98% af det teoretiske) med et smeltepunkt på 33°C.

Af det anvendte benzoesyreanhydrid tilbagevindes 168 g (95% af det teoretiske) med et smeltepunkt på 42°C.

25

Eksempel 6 I en 1 liter kolbe opvarmes 339 g benzoesyreanhydrid (1,5 mol), 50 g natriumcyanid (98%'s, 1 mol) og 30 80,5 g benzalchlorid (0,5 mol) langsomt til 130°C og der på til 160°C. Efter 90 minutter er omsætningen afsluttet. Reaktionsprodukterne fraskilles ved destillation. Udbyttet er 125 g benzoylcyanid (96% af det teoretiske) med et smeltepunkt på 33°C.

35 12 147436 o

Ved tilsætning af 0,5 g zinkchlorid til reaktionsblandingen kan reaktionstiden nedsættes til 30 minutter.

Eksempel 7 5 226,2 g benzoesyreanhydrid (1 mol), 140,6 g ben-zoylchlorid (1 mol) og 44 ml vandfri blåsyre (1,1 mol) blandes og ledes gennem et til 230-250°C opvarmet rør, der er fyldt med Raschigringe. Reaktionsproduktet op-10 fanges i en kolbe og fraktionsdestilleres. Udbyttet er 114 g benzoylcyanid (87% af det teoretiske) med et smeltepunkt på 32°C.

Eksempel 8 15 226 g (1 mol) benzoesyreanhydrid og 140,6 g (1 mol) benzoylchlorid omrøres med 3 g natriumbenzoat i 10 minutter ved stuetemperatur. Derpå tilsættes 50 g (1 mol) 98%'s natriumcyanid. Denne blanding opvarmes til en indre 20 temperatur på 120°C, hvorved der i begyndelsen indstiller sig en eksoterm temperaturforøgelse på 136°C. Reaktionen er afsluttet efter en omrøringstid på 3 timer ved en temperatur på 120°C. Efter oparbejdning fås 127,5 g benzoylcyanid (96,5% af det teoretiske) med et smeltepunkt på 25 33°C.

Eksempel 9 72 g (0,5 mol) natriumbenzoat blandes med 140,6 g 30 (1 mol) benzoylchlorid og 80 ml tetramethylensulfon og 25 g (0,5 mol) 98%'s natriumcyanid. Efter en omrøringstid på 20 minutter iagttages der en eksoterm temperaturstigning til 85°C. Blandingen kan nu bedre omrøres. Den efterfølgende reaktionstid andrager 2,5 timer ved 150-35 -160°C. Efter oparbejdning fås 65 g benzoylcyanid (99,3% af det teoretiske) med et smeltepunkt på 34°C.

o 13 147436

Eksempel 10 130 g propionsyreanhydrid (1 mol) blandes med 101,6 g propionylchlorid (95,6%'s; 1,05 mol) og 50 g 5 natriumcyanid (1 mol) og opvarmes i 4 timer under til bagesvaling, idet den indre temperatur stiger fra 95°C til 125°C. De flydende andele destilleres fra reaktionsbeholderen under vandstrålevakuum og fraktioneres derpå. Udbytte 47,5 g (57% af det teoretiske) propionyl-10 cyanid med kp. 108-112°C.

Eksempel 11 I en 5 liters kolbe blandes der under omrøring 15 904 g benzoesyreanhydrid (4 mol), 1124,8 g benzoyl- chlorid (8 mol) og 400 g 98%'s natriumcyanid (8 mol), og der opvarmes derpå til 100°C. I løbet af 3 timer stiger temperaturen fra 100°C til 190°C. Der omrøres derpå i endnu 30 minutter ved 190°C. Efter afkøling 20 til ca. 90°C afdestilleres det dannede benzoylcyanid fra reaktionsblandingen i vakuum. Udbytte: 1004 g benzoylcyanid (95,8% af det teoretiske, beregnet på benzoylchlorid) med smp. 32°C.

Det anvendte benzoesyreanhydrid fås praktisk 25 taget kvantitativt tilbage.

Eksempel 12 I en 1 liters kolbe blandes der under omrøring 30 339 g benzoesyreanhydrid (1,5 mol), 140,5 g benzoyl chlorid (1 mol) og 50 g 98%'s natriumcyanid (1 mol),

Denne blanding omrøres først i 2 timer ved 160°C og derpå i 1 time ved 190°C. Ved den destillative oparbejdning fås der et udbytte på 125,6 g benzoylcyanid 35 (96% af det teoretiske, beregnet på benzoylchlorid) med smp. 32°C.

Det anvendte benzoesyreanhydrid fås praktisk taget kvantitativt tilbage.

Claims (3)

1. Fremgangsmåde til fremstilling af acylcyanider med formlen 5 0 R-C-CN (I) i hvilken R betyder alkyl med 1-8 carbonatomer eller eventuelt 10 substitueret phenyl, kendetegnet ved, at carboxylsyreanhydrider med formlen R-C-O-C-R (II) II II o o 15 i hvilken R har den ovenfor angivne betydning, i nærværelse af en forbindelse med den almene formel

20 R-X (III) i hvilken R har den ovenfor angivne betydning, og X betyder en -C0C1, -COF, -COBr, -CCl^/ -CF^, -CBr^,

25 -CHC12, ”CHF2 eller “CHBr2-gruppe, omsættes med alkali- metalcyanider eller vandfri blåsyre, eventuelt i nærværelse af et fortyndingsmiddel, ved temperaturer mellem 50 og 300°C.

2. Fremgangsmåde ifølge krav 1,kendetegnet 30 ved, at carboxylsyreanhydriderne med formlen II opnås i reaktionsblandingen, fortrinsvis ved omsætning af alkalimetalsalte af de tilsvarende carboxylsyrer med de tilsvarende syrechlorider.

3. Fremgangsmåde ifølge krav 1 eller 2, kende- 35 tegnet ved, at omsætningen gennemføres ved en tem peratur mellem 80 og 280°C.