ES2256013T3 - Procedimiento para la obtencion de acidos 2-halo-6-nitrobenzoicos. - Google Patents

Procedimiento para la obtencion de acidos 2-halo-6-nitrobenzoicos.

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ES2256013T3 ES00935173T ES00935173T ES2256013T3 ES 2256013 T3 ES2256013 T3 ES 2256013T3 ES 00935173 T ES00935173 T ES 00935173T ES 00935173 T ES00935173 T ES 00935173T ES 2256013 T3 ES2256013 T3 ES 2256013T3
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Alexander Klausener
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Abstract

Procedimiento para la obtención de ácidos 2-halo-6-nitrobenzoicos de la fórmula (I), en la que R1, R2 y R3 significan, independientemente entre sí, hidrógeno, flúor, cloro, bromo, nitro o carboxilo y Hal significa flúor, cloro o bromo, a partir de los alcoholes 2-halo-6-nitrobencílicos, ésteres o éteres de la fórmula (II) o mezclas de estos compuestos, donde R1, R2, R3 y Hal tienen el significado anteriormente citado y R4 significa hidrógeno, alquilo con 1 a 10 átomos de carbono, carbonilalquilo con 1 a 10 átomos de carbono o 2-halo-6-nitrobencilo, , caracterizado porque se calientan entre 50 y 200ºC compuestos de 2-halo-6-nitrobencilo de la fórmula (II) en presencia de ácido nítrico.

Description

Procedimiento para la obtención de ácidos 2-halo-6-nitrobenzoicos.
La presente invención se refiere a un procedimiento para la obtención de ácidos 2-halo-6-nitrobenzoicos mediante oxidación de alcoholes 2-halo-6-nitro-bencílicos y/o sus ésteres y/o éteres con ácido nítrico y al empleo de este procedimiento como etapa final en la obtención de ácidos 2-halo-6-nitrobenzoicos a partir de 2-halo-6-nitrotoluenos.
Para la obtención de los ácidos 2-halo-6-nitrobenzoicos, pertenece al estado de la técnica solo un reducido número de formas de proceder:
El autor B. D. Andrews describe en la publicación Aust. J. Chem. 25 (1972), páginas 639-646, la hidrólisis de 2-halo-6-nitrobenzonitrilo. La hidrólisis del 2-halo-6-nitrobenzonitrilo es insatisfactoria con un rendimiento del 38%.
Las publicaciones EP-A-529426 y DE-A-3409244 describen la oxidación de 2-halo-6-nitrotolueno con ácido nítrico. La publicación DE-A-3409244 describe la oxidación de 2-halo-6-nitrotolueno con ácido nítrico diluido a 220ºC y a 30 bares. La reacción es incompleta, la elaboración complicada y el reactor es caro debido a la resistencia a la presión necesaria. En la publicación EP-A-529426 se describe una forma de proceder, sin presión, para la oxidación del 2-halo-6-nitrotolueno con ácido nítrico. La mezcla de la reacción tiene únicamente una concentración del 7,8% en educto, contiene en gran parte ácido sulfúrico al 70% altamente corrosivo y tiene que hacerse reaccionar a temperaturas de 175ºC. Tras la extracción con o-diclorobenceno se obtiene el ácido deseado en forma cristalina con un rendimiento del 65% aproximadamente.
La oxidación de los alcoholes 2-halo-6-nitrobencílicos con permanganato de potasio ha sido descrita por Lehmstedt y Schrader en la publicación Chem. Ber. 70 (1937), páginas 1526-1536. Esta forma de proceder proporciona rendimientos satisfactorios, pero sin embargo se forma pirolusita como producto de desecho obligatorio, lo cual hace que sea desfavorable para realizaciones industriales. Además, el permanganato de potasio no es un agente de oxidación económico. Los autores Lehmstedt y Schrader describen además de la oxidación del alcohol también su preparación a partir de 2-halo-6-nitrotolueno, con la serie de síntesis constituida por la bromación, la substitución nucleófila para dar el acetal y la saponificación. En este caso se alcanzan igualmente concentraciones de, tan solo, el 12% aproximadamente en compuesto a ser oxidado, lo cual conduce a bajos rendimientos espacio-tiempo. La mezcla acuosa, a partir de la cual se obtiene el producto mediante cristalización, tiene una concentración del 7% aproximadamente en ácido 2-cloro-6-nitrobenzoico, que se obtiene con un rendimiento del 60% con relación al 2-cloro-6-nitrotolueno.
El autor Gindraux describe en la publicación Helv. Chim. Acta 12 (1929), páginas 921-934 la bromación del 2-halo-6-nitrotolueno como solución al 50% aproximadamente en o-diclorobenceno, la hidrólisis del bromuro de bencilo con solución de carbonato de sodio y su oxidación para dar aldehído con bicromato/ácido sulfúrico. El agente oxidante, que contiene cromo, no conduce, por lo tanto, a los ácidos 2-halo-6-nitrobenzoicos y los residuos formados, que contienen cromo, tienen que eliminarse de manera costosa debido a su toxicidad.
Los ácidos 2-halo-6-nitrobenzoicos son productos intermedios importantes, por ejemplo para la obtención de ácidos 6-haloantranílicos, que sirven, a su vez, para la obtención de productos farmacéuticos, productos para la protección de las plantas y colorantes.
La tarea de la presente invención consistía en desarrollar un procedimiento que hiciese accesibles los ácidos 2-halo-6-nitrobenzoicos con elevada pureza y con buenos rendimientos espacio-tiempo con condiciones de reacción suaves de tal manera, que estos compuestos pudiesen fabricarse del modo más económico posible en grandes cantidades.
Se ha encontrado ahora un procedimiento para la obtención de los ácidos 2-halo-6-nitrobenzoicos de la fórmula (I),
1
en la que R^{1}, R^{2} y R^{3} significan, independientemente entre sí, hidrógeno, flúor, cloro, bromo, nitro o carboxilo y Hal significa flúor, cloro o bromo, a partir de los alcoholes 2-halo-6-nitrobencílicos, ésteres o éteres de la fórmula (II)
2
o mezclas de estos compuestos, donde R^{1}, R^{2}, R^{3} y Hal tienen el significado anteriormente citado y R^{4} significa hidrógeno, alquilo con 1 a 10 átomos de carbono, carbonilalquilo con 1 a 10 átomos de carbono o 2-halo-6-nitrobencilo,
caracterizado porque se calientan entre 50 y 200ºC compuestos de 2-halo-6-nitrobencilo de la fórmula (II) en presencia de ácido nítrico.
Además, la invención se refiere a un procedimiento para la obtención de los ácidos 2-halo-6-nitrobenzoicos de la fórmula (I) a partir de 2-halo-6-nitrotoluenos de la fórmula (III)
3
en la que R^{1}, R^{2}, R^{3} y Hal tienen el significado anteriormente indicado, caracterizado porque se transforma un 2-halo-6-nitrotolueno de la fórmula (III) en el correspondiente bromuro de 2-halo-6-nitrobencilo, seguido de una substitución nucleófila del bromuro para dar el compuesto correspondiente de la fórmula (II) y a continuación oxidación con ácido nítrico, según la invención.
El procedimiento, según la invención, permite obtener los ácidos 2-halo-6-nitrobenzoicos con buenos rendimientos de manera sencilla con elevada pureza, si se parte de los 2-halo-6-nitrotoluenos, no es necesario aislar los productos de la bromación o de la substitución nucleófila del bromo en estado puro, lo cual posibilita una conducción del procedimiento muy sencilla.
Los compuestos preferentes de 2-halo-6-nitrobencilo de la fórmula (II) son aquellos en los cuales R^{1}, R^{2}, R^{3} y R^{4} significan hidrógeno y Hal significa flúor o cloro. El alcohol 2-cloro-6-nitrobencílico es especialmente preferente como producto de partida.
El ácido nítrico puede contener por ejemplo entre un 10 y un 95% en peso, preferentemente entre un 35 y un 90% en peso de agua. Por regla general se emplearán entre 1 y 10 moles de ácido nítrico por mol de educto. Es preferente el empleo de 2 hasta 8 moles, de forma especialmente preferente desde 3 hasta 5 moles de ácido nítrico por mol de educto.
La oxidación, según la invención, se lleva a cabo, ventajosamente, a temperaturas comprendidas entre 80ºC y 180ºC, preferentemente entre 100 y 160ºC, de forma especialmente preferente entre 130 y 150ºC.
El tiempo de reacción puede estar comprendido, por ejemplo, entre 1 y 30, preferentemente entre 2 y 15 horas.
El compuesto de la fórmula (II) puede someterse a la oxidación, según la invención, con o sin disolvente. Cuando se utilice un compuesto de la fórmula (II) en solución, se añadirá preferentemente una cantidad de disolvente tal, que la fase orgánica contenga hasta un 75% en peso, de forma especialmente preferente hasta un 50% en peso de disolvente.
Como disolventes son adecuados, por ejemplo, todos los compuestos difícilmente oxidables con puntos de fusión por debajo de 50ºC, preferentemente por debajo de 10ºC y puntos de ebullición por encima de 100ºC, preferentemente por encima de 150ºC. De manera ejemplificativa pueden citarse: nitrobenceno, 2-cloro-nitrobenceno, 1,2-diclorobenceno, 1,3-diclorobenceno, 1,2,4-triclorobenceno, 1,2,3,4-tetraclorobenceno, 1,1,2,2-tetracloroetano, piridina, pirimidina, benzonitrilo y mezclas de los disolventes citados. De manera especialmente preferente se empleará el 1,2-diclorobenceno.
Por regla general, se llevará a cabo el procedimiento, según la invención, a presiones comprendidas entre 1 y 50 bares, preferentemente a 2 hasta 15 bares. No obstante es posible también una conducción de la reacción a presión normal.
En una forma preferente de realización se oxidará el compuesto de la fórmula (II) de tal manera, que se dispondrá total o parcialmente el ácido nítrico y se calentará hasta la temperatura de la reacción deseada. A continuación se dosificará el compuesto de la fórmula (II) en caso dado con dosificación de una cantidad adicional de ácido nítrico en el transcurso de 1 hasta 20, preferentemente de 2 hasta 10 horas. En este caso se mantendrá constante la presión en el recipiente de la reacción después de una fase corta inicial. Una vez verificada la adición se continúa agitando durante 0,1 hasta 10, preferentemente desde 0,5 hasta 2 horas.
La reacción se lleva a cabo de forma muy especialmente preferente, en ausencia de disolventes. Se quiere indicar con ello que no están mezclados con el compuesto a ser oxidado de la fórmula (II), restos de disolventes en una proporción mayor que el 20%, preferentemente no mayor que el 10% en peso, de forma especialmente preferente no mayor que el 5% en peso.
En caso dado pueden añadirse catalizadores para la oxidación tales como compuestos de cromo, de molibdeno, de volframio o de vanadio y, además del ácido nítrico, pequeñas cantidades de ácido sulfúrico. Preferentemente se oxidará, de manera exclusiva, con mezclas de ácido nítrico-agua.
La oxidación puede llevarse a cabo también de manera continua, por ejemplo en un reactor tubular de tiempo de residencia.
Según la invención, puede accederse a los ácidos 2-halo-6-nitrobenzoicos de la fórmula (I) también en un procedimiento con varias etapas a partir de los 2-halo-6-nitrotoluenos de la fórmula (III). Para ello se bromará en primer lugar en forma en sí conocida, a continuación se someterá a una substitución nucleófila al bromuro obtenido, en forma en sí conocida, para dar los correspondientes compuestos de la fórmula (II) y, finalmente, se oxidará con ácido nítrico, según la invención.
Los compuestos preferentes de la fórmula (III) son aquellos en los cuales R^{1}, R^{2} y R^{3} significan hidrógeno y Hal significa flúor o cloro. El 2-cloro-6-nitrotolueno es especialmente preferente.
Preferentemente, se llevará a cabo la bromación con bromo elemental o con N-bromo-succinimina.
La substitución nucleófila del bromuro se lleva a cabo, preferentemente, mediante reacción con carbonatos y/o con bicarbonatos de metales alcalinos o de metales alcalinotérreos, mediante reacción con carboxilatos orgánicos de metales alcalinos o de metales alcalinotérreos o mediante reacción con alcoholatos o con hidróxidos de metales alcalinos o de metales alcalinotérreos.
Preferentemente, se llevarán a cabo las dos primeras etapas de la reacción (bromación, substitución del bromuro) en presencia de un disolvente. Pueden emplearse los disolventes que ya han sido descritos. El 1,2-diclorobenceno es especialmente preferente.
Preferentemente, se llevará a cabo esta etapa del procedimiento sin aislamiento intermedio del bromuro y sin aislamiento intermedio del alcohol, del éter o del éster y sin cambio de disolvente y la oxidación, según la invención, se llevará a cabo directamente a continuación. Al final de la serie de reacciones puede obtenerse el ácido formado de la fórmula (I) con elevada pureza mediante cristalización.
De forma especialmente preferente, se eliminará total o parcialmente, mediante evaporación, del compuesto de la fórmula (II) el disolvente tras la etapa de la substitución del bromuro.
La combinación de las etapas del procedimiento que consisten en la bromación, en la substitución del bromuro y en la oxidación con ácido nítrico permite, a partir de los 2-halo-nitrotoluenos de la fórmula (II), preparar los ácidos 2-halo-6-nitrobenzoicos de la fórmula (I) por medio de una serie de reacciones que puede llevarse a cabo de una manera muy sencilla desde el punto de vista industrial.
El procedimiento, según la invención, puede llevarse a cabo, por ejemplo, de la manera siguiente. Se dispone en una cuba con agitador, con tubo para la alimentación y con condensador, un disolvente y se disuelve un 2-halo-6-nitrotolueno de la fórmula (III). A través del tubo se introduce bromo elemental a temperaturas comprendidas entre 120 y 200ºC, preferentemente comprendidas entre 140 y 180ºC. Una vez concluida la bromación se refrigera a 20 hasta 50ºC y se expulsan, con nitrógeno, el HBr disuelto y los restos de bromo. A continuación se bombea una solución acuosa de carbonato de sodio y la mezcla de la reacción se calienta, bajo presión autógena, a 80 hasta 160ºC, preferentemente a 90 hasta 130ºC. Una vez concluida la substitución del bromo se refrigera a 20 hasta 80ºC y se separa la fase acuosa de la fase orgánica. Se bombea a la fase orgánica, a 80 hasta 160ºC, preferentemente a 90 hasta 140ºC, ácido nítrico acuoso al 65% en peso y se agita hasta la oxidación completa. En este caso puede eliminarse por destilación el agua formada de tal manera, que la concentración en ácido permanezca constante. Una vez concluida la oxidación se elimina por destilación el ácido nítrico de tal manera, que únicamente quede en la cuba la fase orgánica y los ácidos 2-halo-6-nitrobenzoicos de la fórmula (I) se cristalizan mediante refrigeración de la solución a 25ºC aproximadamente.
La cristalización se completa mediante refrigeración adicional a 0ºC aproximadamente y los cristales se separan mediante filtración. Un lavado final con una pequeña cantidad de disolvente frío, puro, proporciona los ácidos 2-halo-6-nitrobenzoicos puros de la fórmula (I) con rendimientos que, en general, están comprendidos entre el 50% y el 80% con relación al 2-halo-6-nitrotolueno empleado de la fórmula (III).
Preferentemente, se llevará a cabo la oxidación del alcohol de manera inversa, es decir que se dispondrá el ácido nítrico y se bombeará al mismo el alcohol. Ventajosamente el alcohol se liberará de los disolventes como paso previo a la adición.
Mediante la conducción inversa de la reacción pueden obtenerse rendimientos de hasta el 95% de la teoría durante la oxidación, según la invención,. La conducción inversa de la reacción puede llevarse a cabo, además, a escala industrial de manera muy segura.
El procedimiento, según la invención, se ha acreditado especialmente para la obtención del ácido 2-cloro-6-nitrobenzoico.
El procedimiento, según la invención, para la obtención de los ácidos 2-halo-6-nitrobenzoicos se explica con mayor detalle a continuación por medio de los ejemplos siguientes, sin que la invención quede limitada en modo alguno por estos ejemplos.
Ejemplos
En tanto en cuanto no se diga otra cosa, las indicaciones en porcentaje corresponden a datos en tanto por cierto en moles. Los datos del rendimiento están relacionados con el 2-cloro-6-nitrotolueno empleado.
Ejemplo 1 Bromación del 2-cloro-6-nitrotolueno
Se disolvieron 400 g de 2-cloro-6-nitrotolueno en 369 g de 1,2-diclorobenceno y se calentó, bajo nitrógeno, hasta 165ºC. Una vez que se alcanzó la temperatura de la reacción se dosificaron 447 g de bromo en el transcurso de 6 horas y se continuó agitando durante media hora. La corriente de HBr formada se condujo a través de un refrigerador para precipitar el bromo arrastrado y se recicló hasta la reacción.
Una vez verificada la bromación se refrigeró a 100ºC y se expulsaron con nitrógeno el HBr y los restos de bromo.
El análisis de la mezcla presentó un 0,47% en moles de 2-cloro-6-nitrotolueno no transformado y un 99,4% en moles de bromuro de 2-cloro-6-nitrobencilo.
Ejemplo 2 Obtención del alcohol 2-cloro-6-nitrobencílico
La mezcla de la reacción, procedente del ejemplo 1, se refrigeró a 40ºC y se combinó con un 120% en moles (referido al 2-cloro-6-nitrotolueno empleado) de una solución acuosa al 20% en peso de carbonato de sodio. La mezcla, perfectamente agitable, se calentó a 120ºC y se agitó durante 6 horas a esta temperatura, con lo que se estableció una presión de 5-6 bares.
La mezcla de la reacción se refrigeró a 40ºC y se separó la fase acuosa de la fase orgánica.
El análisis de la fase orgánica proporcionó un 0,6% en moles de 2-cloro-6-nitrotolueno no transformado, un 0,1% en moles de bromuro de 2-cloro-6-nitrobencilo no transformado y un 98% en moles del alcohol 2-cloro-6-nitrobencílico.
Ejemplo 3 Oxidación del alcohol 2-cloro-6-nitrobencílico
La fase orgánica, procedente del ejemplo 2, se calentó a 140ºC y se combinó, en el transcurso de 4 horas, con un 220% en moles (referido al 2-cloro-6-nitrotolueno empleado) de ácido nítrico al 65% en peso y se continuó agitando durante 2 horas. En este caso se eliminó por destilación un ácido nítrico acuoso al 9% en peso aproximadamente y se desprendieron gases nitrosos. El 1,2-diclorobenceno, destilado concomitantemente, se recicló de nuevo hasta la carga.
La mezcla residual de ácido nítrico-agua se eliminó por destilación y la mezcla de la reacción se refrigeró en el transcurso de 4 horas a 0ºC. El ácido 2-cloro-6-nitrobenzoico, precipitado, se separó por filtración y se lavó con una pequeña cantidad de 1,2-diclorobenceno frío.
Tras el secado se obturo el ácido 2-cloro-6-nitrobenzoico puro con un rendimiento del 60% (referido al 2-cloro-6-nitrotolueno).
Ejemplo 4 Oxidación inversa del alcohol 2-cloro-6-nitrobencílico
La fase orgánica, procedente del ejemplo 2, se calentó a 100ºC y se eliminó por destilación, a 15 mbares, en el transcurso de 2 horas, 1,2-diclorobenceno hasta un contenido residual del 4% en peso.
Se dispuso en un autoclave un 400% en moles (referido al 2-cloro-6-nitrotolueno empleado) de ácido nítrico al 65% en peso y se calentó hasta 140ºC. Se dosificó homogéneamente en el transcurso de 8,5 horas el alcohol bencílico, ampliamente liberado de disolvente. En este caso se mantuvo constante la presión en el autoclave a 10 bares. El ácido nítrico y el 1,2-diclorobenceno desprendidos no fueron renovados. Una vez que se había bombeado la cantidad total de alcohol bencílico se continuó agitando durante 10 minutos, se refrigeró a 100ºC y se descomprimió.
El ácido nítrico acuoso se eliminó por destilación con un ligero vacío y el residuo remanente se disolvió en 400 g de 1,2-diclorobenceno.
El análisis de la mezcla mostró un 1,44% en moles del alcohol 2-cloro-6-nitrobencílico no transformado, un 0,26% en moles de 2-cloro-6-nitrobenzaldehído y un 90% en moles de ácido 2-cloro-6-nitrobenzoico.
La mezcla se refrigeró, en el transcurso de 4 horas, a 25ºC. El ácido 2-cloro-6-nitrobenzoico precipitado se separó por filtración y se lavó con un poco de 1,2-diclorobenceno frío. Tras el secado se obtuvo el ácido 2-cloro-6-nitrobenzoico puro, con un rendimiento del 78% (referido al 2-cloro-6-nitrotolueno empleado).

Claims (10)

1. Procedimiento para la obtención de ácidos 2-halo-6-nitrobenzoicos de la fórmula (I),
4
en la que R^{1}, R^{2} y R^{3} significan, independientemente entre sí, hidrógeno, flúor, cloro, bromo, nitro o carboxilo y Hal significa flúor, cloro o bromo, a partir de los alcoholes 2-halo-6-nitrobencílicos, ésteres o éteres de la fórmula (II)
5
o mezclas de estos compuestos, donde R^{1}, R^{2}, R^{3} y Hal tienen el significado anteriormente citado y R^{4} significa hidrógeno, alquilo con 1 a 10 átomos de carbono, carbonilalquilo con 1 a 10 átomos de carbono o 2-halo-6-nitrobencilo,
caracterizado porque se calientan entre 50 y 200ºC compuestos de 2-halo-6-nitrobencilo de la fórmula (II) en presencia de ácido nítrico.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque R^{1}, R^{2}, R^{3} y R^{4} significan hidrógeno y Hal significa flúor o cloro.
3. Procedimiento según al menos una de las reivindicaciones 1 a 2, caracterizado porque se emplea el alcohol 2-cloro-6-nitrobencílico.
4. Procedimiento según al menos una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque se emplean de 2 hasta 8 moles de ácido nítrico por mol de educto.
5. Procedimiento según al menos una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el ácido nítrico se dispone total o parcialmente y se dosifica el compuesto 2-halo-6-nitrobencílico de la fórmula (II) a ser oxidado.
6. Procedimiento según la reivindicación 5, caracterizado porque el compuesto a ser oxidado no contiene mezclado más de un 20% en peso de un disolvente, referido al compuesto a ser oxidado.
7. Procedimiento según al menos una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque se preparan los alcoholes 2-halo-6-nitrobencílicos, los ésteres o los éteres de la fórmula (II)
6
en la que Hal, R^{1}, R^{2}, R^{3} y R^{4} tienen el significado indicado en la reivindicación 1, transformándose un 2-halo-6-nitrotolueno de la fórmula (III)
7
en la que Hal, R^{1}, R^{2} y R^{3} tienen el significado indicado en la reivindicación 1, en el correspondiente bromuro de 2-halo-6-nitrobencilo, seguido de una substitución nucleófila del bromuro.
8. Procedimiento según la reivindicación 7, caracterizado porque se emplea un 2-halo-6-nitrotolueno de la fórmula (III) en la que R^{1}, R^{2} y R^{3} significan hidrógeno y Hal significa flúor o cloro
9. Procedimiento según al menos una de las reivindicaciones 7 a 8, caracterizado porque las etapas del procedimiento que consisten en la bromación y en la substitución nucleófila del bromuro se llevan a cabo sin aislamiento de los productos correspondientes.
10. Procedimiento según al menos una de las reivindicaciones 7 a 9, caracterizado porque las etapas del procedimiento que consisten en la bromación y en la substitución nucleófila del bromuro se llevan a cabo en presencia de un disolvente sin cambio de disolvente, a continuación se elimina el disolvente hasta que ya no esté presente más de un 20% en peso de disolvente con relación al compuesto a ser oxidado, y a continuación se lleva a cabo la oxidación.
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