FI92481B - Menetelmä kloorifluoribenseenin tai difluoribenseenin valmistamiseksi - Google Patents

Description

92481

Menetelmä kloorifluoribenseenin tai difluoribenseenin valmistamiseksi Tämä. keksintö koskee menetelmää kaavan I mukaisen 5 klooritluoribentseenin tai difluoribentseenin valmistamiseksi,

F

(I) jossa Y on Cl tai F.

15 Halogeenifluoribentseenit ovat käyttökelpoisia vä lituotteita erilaisten väriaineiden, maatalouden pestisi-dien ja pharmaseuttisten ja teollisten yhdisteiden valmistuksessa. Esimerkiksi, o-bromifluoribentseeni voidaan muuttaa 3-fluorisalisyylialdehydiksi käytettäväksi val-20 mistamaan happea absorboivien kiinteän tilan kelaatteja, kuten "Fluomine" [koboltti-bis(3-fluorisalisyylialdehydi)-etyleenidi-imiini].

Tavanomaiset menetelmät halogeenifluoriaromaattis-ten yhdisteiden valmistamiseksi perustuvat pääosin diat- 25 sotointireittiin, johon kuuluu joukko vaiheita. US-patent-tijulkaisussa 4 476 320, esimerkiksi, halogeenifluoriaro-maattisia yhdisteitä valmistetaan (a) diatsotoimalla vastaava halogeeniaromaattinen amiiniyhdiste diatsoniumsuo-laksi, ja (b) hajottamalla suola halutuksi tuotteeksi seu-30 raavassa reaktiokaaviossa esitetyllä tavalla: 2 92481

NH2 N2®BFi*e F

. —(a> halo halo halo

Samanlaista kaaviota käytettiin US-patenttijulkai-10 sussa 3 950 444 ja JP-patenttijulkaisussa (Kokai) 59/67 232.

Vaihtoehtoisesti halogeenitluoribentseenejä on valmistettu fluoribentseenejä halogenoimalla, mutta fluori-bentseenilähtöaineet itse on tavallisesti valmistettu 15 edellä mainitulla diatsoniumkemialla.

Etupäässä laboratoriokäytön kannalta on viime aikoina esitetty useita tekniikkoja halobentseenien fluo-raukseen. Nämä menetelmät käsittävät fluorauksen fluori-atomeilla (J. Fluorine Chem., 3, 397 (1973)), asetyylihy-20 pofluoriitilla (J. Org. Chem., 51, 1886 (1986)) ja

AgF2:11a (J. Org. Chem., 45, 3597 (1980)).

Vaikka pitkälle fluorattuja aromaattisia yhdisteitä voidaan valmistaa alkalimetallifluoridien avulla erhaloge-noiduista aromaattisista yhdisteistä tai perhalogenoiduis-25 ta aromaattisista yhdisteistä, joissa on 1 tai usempia elektroneja puoleensavetäviä substituentteja, uskottiin, että tämä reaktio voisi olla valmistuksen kannalta kiinnostava vain valmistettaessa täysin halogenoituja yhdisteitä, ja että epätäydellisestä halogenoitujen aromaat-30 tisten yhdisteiden ja KF:n välisissä reaktioissa tapahtui-

II

3 92481 si lukuisia sivureaktioita, ja että saannot olisivat huonoja. (katso esimerkiksi: Yokobson et ai.; Synthesis, 652, lokakuu 1976).

Shiley et ai.; J. Fluorine Chem., 2, 19 (1972), 5 esittää triklooribentseenien fluorauksen KF:llä dimetyy-lisulfonissa. Saatiin kohtuullisia 1,3,5-trifluoribentsee-nisaantoja (56 %), mutta vain huonoja 1,2,3- ja 1,2,4-tri-fluoribentseenien saantoja (alle 15 %). Testatessaan fluo-ribentseenien stabiilisuutta halogeeninvaihto-olosuhteis-10 sa, jotka ovat miedommat, kuin mitä tarvitaan fluoribent-seenien tuottamiseen välituotteistaan, Shiley et ai. vetivät sen johtopäätöksen, että halogeeninvaihtoreaktiolle olisi vaikea löytää olosuhteita, jotka johtaisivat parempiin fluoribentseenien saantoihin.

15 Nyt on yllättäen havaittu, että epätäydellisestä fluorattuja bentseenejä voidaan valmistaa hyvällä saannolla KF:n vaikutuksella vastaaviin kloorattuihin bentseenei-hin. Keksintö koskee menetelmää edellä esitetyn kaavan I mukaisen kloorifluoribentseenin tai difluoribentseenin 20 valmistamiseksi. Menetelmälle on tunnusomaista, että kaavan IV mukainen dihalogeenibentseeni

Cl » (Q) jossa Y on edellä määritelty, saatetaan reagoimaan tehok-30 kaan KF-määrän kanssa oleellisesti vedettömissä olosuhteissa liuottimessa, joka on N-metyylipyrrolidinoni, N-sykloheksyylipyrrolidinoni, 1,3-dimetyyli-2-imidatsolidi-noni tai 1,3-dimetyyli-3,4,5,6-tetrahydro-2-(1H)pyrimido-ni, lämpötilassa 290 -350 °C, ja kloorifluoribentseeni tai 35 difluoribentseeni otetaan talteen reaktioseoksesta.

4 92481

Yllättävällä tavalla tämä keksintö mahdollistaa kloorifluoribentseenien ja difluoribentseenien valmistuksen vastaavista diklooribentseeneistä hyvällä saannolla ja minimaalisilla sivureaktioilla.

5 Diklooribentseenin (seuraavan kaavion kaava IA) muuttaminen difluoribentseeniksi (seuraavan kaavion kaava III), on vaiheittainen prosessi, johon liittyy yksinkertaisesti fluorilla vaihdetun yhdisteen (seuraavan kaavion kaava II) välituotevaihe.

10 4 4 ~~ 4

Cl f

IA II III

Reaktio voidaan valinnaisesti suorittaa niin, että 20 päätuotteena saadaan yksinkertaisesti fluorilla vaihdettu fluorikloorisubstituoitu bentseeni.

KF on tämän keksinnön mukaisessa reaktiossa käytettävä fluorausreagenssi, ja se on kaupallisesti saatava yhdiste. KF on edullisesti oleellisesti vedetön ja hieno-25 jakoinen. Amorfiset tai spraykuivatut muodot ovat erityi sen edullisia. Oleellisesti vedetön KF voidaan valmistaa esimerkiksi kuivaamalla tyhjiössä 140 - 250 °C:ssa useita tuntej a.

Diklooribentseenit ovat kaupallisesti saatavia yh-30 disteitä.

Menetelmässä käytetään poolista aproottista laimen-nusainetta, joka on N-metyylipyrrolidinoni (NMP), N-syklo-heksyylipyrrolidinoni (NCHP), 1,3-dimetyyli-2-imidatsoli-dinoni (DMI) tai 1,3-dimetyyli-3,4,5,6-tetrahydro-2-(1H)-35 pyrimidoni (DMTHP).

Il 5 92481

Reaktio voidaan valinnaisesti suorittaa (a) haponsieppaajan, kuten alkalimetallikarbonaatin, ja/tai (b) faasinsiirtokatalysaattorin läsnäollessa.

5 Tämän keksinnön mukainen reaktio suoritetaan oleel lisesti vedettömissä olosuhteissa korotetuissa lämpötiloissa 290 - 350 °C.

Tyypillisesti käytetään ilmakehän - tai sitä korkeampia paineita. On edullista käyttää autogeenistä pai-10 netta, jonka laimennusaine, lähtöaine ja tuote saavat aikaan suljetussa reaktorissa reaktiolämpötiloissa. Tällaiset paineet ovat tyypillisesti jonkin verran ilmakehän paineen yläpuolella - noin 3450 kPa, ja riippuvat reaktorin tilavuudesta. Valinnaisesti reaktio voidaan suorit-15 taa paineen alla sopivasti suunnitellussa reaktorissa, johon on järjestetty tislauskolonni niin, että tuote voidaan poistaa sen muodostuessa.

Vesi on reaktiolle haitallinen, ja oleellisesti vedettömät reaktio-olosuhteet ovat edullisia. Oleellisesti 20 vedettömällä tarkoitetaan, että reaktioväliaine sisältää alle noin 500 ppm vettä. Reaktioväliaine sisältää edullisesti alle noin 150 ppm vettä. Oleellisesti vedettömät olosuhteet voidaan saavuttaa vakio kuivaustekniikkoja käyttäen. Esimerkiksi tyypillinen laboratorioreaktori voi-25 daan kuivata tislaamalla poolinen aproottinen liuotin tyhjiössä ennen reagoivien aineiden lisäystä. Valinnaisesti pooliseen aproottiseen liuottimeen voidaan lisätä pieni määrä (5-10 paino-% poolisesta aproottisesta liuottimes-ta) poolitonta liuotinta, kuten aromaattista hiilivetyä 30 (tolueenia, ksyleeniä tai vastaavaa) auttamaan veden poistossa atseotrooppisella tislauksella. Reaktorijärjestelmän jäännösvesi poistetaan myös usein atseotrooppisella tislauksella.

6 92481

Poolisen aproottisen liuottimen määrä ei ole kriittinen, mutta edullisesti käytetään riittävä määrä liuotinta lähtöaineen pitämiseksi liuoksessa reaktiolämpötilois-sa, yleensä 2-25 paino-osaa liuotinta substituoidun 5 bentseenilähtöaineen paino-osaa kohden. Käytetyt reagoivien aineiden suhteelliset määrät eivät ole kriittisiä, koska jonkin verran tuotetta muodostuu käytettäessä mitä hyvänsä reagoivien aineiden suhteita. Reaktiossa kuluu kuitenkin 1 mooli fluorausreagenssia lähtöaineessa olevaa 10 vaihtuvaa klooriatomimoolia kohden. Esimerkiksi o-dikloo-ribentseenilähtöaineella kuluu 2 mooliekvivalenttia KF:ää, jos o-difluoribentseeni on haluttu tuote. Haluttaessa o-kloorifluoribentseeniä kuluu vain 1 mooliekvivalentti KF:ää o-diklooribentseenimoolia kohden. Tavallisesti käy-15 tetään 1,0 - 4,0 moolia KF:ää lähtöaineessa olevan vaihtuvan kloorin moolia kohden.

Tämän keksinnön mukaisessa reaktiossa käytetään tyypillisesti riittävää sekoitusta pitämään yllä olennaisen tasaista liuottimessa olevien reagoivien aineiden dis-20 persiota.

Katalysaattoreita käytetään valinnaisesti reaktio-nopeuden nostamiseksi. Sopiviin katalysaattoreihin kuuluvat faasinsiirtokatalysaattorit. Katalysaattoria lisätään tämän keksinnön mukaiseen reaktioseokseen määrä 0,0001 -. 25 0,1 moolia lähtöainemoolia kohden. Edullisesti katalysaat toria käytetään 0,001 - 0,075 mooliekvivalenttia ja edullisemmin 0,01 - 0,05 mooliekvivalenttia.

Faasinsiirtokatalysaattorit ovat hyvin tunnettuja yhdisteitä, ja niihin kuuluu (a) kvaternäärisiä fosfonium-30 suoloja, joissa on 10 tai useampia hiiliatomeja ja (b) makrosyklisiä polyeettereitä, jotka tunnetaan yleisesti kruunueettereinä. Sopiviin kruunueetterikatalysaattoreihin kuuluvat 18-kruunu-6; disykloheksano-18-kruunu-6; dibent-

II

7 92481 so-18-kruunu-6; ja 15-kruunu-5. Läheinen katalysaattori-laji, tris(3,6-dioksaheptyyliJämiini on myös tehokas. Sopivia kvaternäärisiä fosfoniumsuoloja ovat tetra-n-alkyy-lifosfoniumsuolot. Fosfoniumsuolojen anioni on F'- joka voi 5 olla peräisin mistä hyvänsä helposti F':ksi muuttuvasta anionista, kuten esimerkiksi Cl'- Br"' I'- OH* tai OAce’-reaktio-olosuhteissa.

Tämän keksinnön mukaisessa reaktiossa käytetään valinnaisesti haponsieppaajia käyttämään tai inaktivoimaan 10 läsnä olevien tai mahdollisesti reaktiossa muodostuvien HCl:n tai HF:n pienemmät määrät. Sopivia haponsieppaajia ovat alkalimetallikarbonaatit, kuten vedetön K2C03 ja vedetön Na2C03. Edullinen haponsieppaaja on vedetön K2C03. Haponsieppaajia lisätään tämän keksinnön mukaiseen reak-15 tioseokseen määrä 0,001 - 0,1 mol bentsonitriili- tai bentsotrifluoridilähtöaineen molia kohden. Edullisesti käytetään 0,03 - 0,05 mooliekvivalenttia.

Kloorifluoribentseeni- tai difluoribentseenituote voidaan saada reaktioseoksesta talteen tavanomaisilla tek-20 nilkoilla, kuten uuttamalla ja/tai tislauksella. Tuote poistetaan reaktioseoksesta edullisesti sen muodostuessa. Valinnaisesti, voidaan lisätä reagoivaa yhdistettä tuo-. tetta poistettaessa.

Tuote voidaan erottaa lähtöaineesta ja/tai fluori-25 kloorisubstituoiduista bentseenivälituotteista jakotis- lauksella.

Reagoivien aineiden lisäysnopeus tai -järjestys ei ole kriittinen tämän keksinnön mukaisessa reaktiossa. Tavallisesti liuotin ja fluorausreagenssi lisätään sopivaan 30 reaktioastiaan, ja reaktio kuivataan tislaamalla pieni osa liuottimesta. Sitten reaktioastiaan lisätään lähtöaine tai prekursoriyhdiste. Sitten reaktioseos kuumennetaan riittävän korkeaan lämpötilaan tyydyttävän reaktionopeuden ylläpitämiseksi. Tuote voidaan saada talteen reaktioseoksesta 35 reaktion edettyä loppuun uuttamalla ja/tai tislaamalla.

8 92481

Vaihtoehtoisesti reaktioseoksesta voidaan poistaa tuotetta jakotislauksella sen muodostuessa. Jos reaktiossa käytetään haponsieppaajaa, poolitonta liuotinta tai katalysaattoria, ne lisätään liuotin/fluorausreagenssi-seokseen 5 edullisesti ennen reaktioastian kuivausta.

Seuraavat esimerkit kuvaavat tämän keksinnön mukaista menetelmää.

Esimerkki 1

Suoritettiin sarja kokeita paineessa 600-ml Hastel-10 loy™ "C"-painereaktorissa. KF:ää kuivattiin tyhjiöuunissa 150 °C:ssa ainakin 24 h. Liuottimet kuivattiin kalsiumhyd-ridistä tislaamalla. Liuotin (250 ml), KF ja o-dikloori-bentseeni lisättiin painereaktoriin 5,0 g:n kanssa mesity-leeniä, joka toimi sisäisenä standardina. Reaktori sul-15 jettiin ja painetestattiin. Ilmoitettujen aikojen kuluttua ilmoitetuissa lämpötiloissa, reaktori jäähdytettiin ja tuuletettiin, ja reaktioseos analysoitiin kaasukromatografialla, joko yksinään, tai liitettynä peräjälkeen massaspektrometrin kanssa. Koeolosuhteet ja näiden kokeiden tu’-20 lokset esitetään yhteenvetona taulukossa I.

. t

II

9 92481 1 libMihhlililiMiNM.h \ι , q, ooqvqomoooooooo Φ ig ΟιΛιΛβΟιΛΟ^-ιΛίΛΙΙΛιΛΟΟΟΟ r- in .¾¾ Μηο^βηοββηηιηιβ'τονο'ν o>aoHr-rieiotototoii"at0tirtr') 2 ο>^γ-ο<νγ-ο^·οογ-ηοοοο rl \ΓιηΝιο\\\νννν.νοββ C i"i'V."-v.>ar-a»oinH<H*aH'v /7 at ί!:πΝ«)ΐθΝΐηΐΛΓ<«ηη\Ν

Γ* »r J-XX^r-mr^omiNr- v "v V

^ (N^aooofNf'ninconuJvooo tn ^ « h r« «Ν _ r« |~- h h h go m 3 h H rnrirnn'T^ oo HO «Η *0 g hq oooo_oooooooooo (0 3 h g _ - -- -- |ϊ 4J o o o o ^ o oo oo oo s iol - §---------------- S l n__r I ·* cnn<nr<ino«>n_.iNeonmr< n

<U "s. _ 33: NNOHNrtOjJlNOInn O

(0 — £ rjrr HHOHOHH^IOOO'VOOO

h ik, TJ J5 ο·οοοοοοαοοο ο o 9 M _____ __ _ __________ _ _ _ Λ <0 —--------- .1 4 k (X) u 1, (¾ ''in m rt 01 _. «9 m m 0» <*> »

S <r in h <rr2<eot«e«ru>iA

_ 2 hQoooooo^oohooooo O 0 6-- - txt H "-'oo 0 oeoooooo 2 ^ 5 Ή -----— — — —- —----—— ^ Ό D i _ « g ° Ι^Λΐ £ fc <τ^τ.τ<τ*<νμ„„„ν„,γ-τν· I O ----------------- •H I fc* 7¾ (NINCNOfNtNVINCNININHHmn

(Q _J H - ·* k ^ N

> cj 3 000 *«ooooooooooa C 0 H " ----------------- U „ · 0 n c ^ », », 3 Tj .. Η ΟΒβΟβ9βΟβΟ^<0€ΟβΟ«ΟβΟ«^·,Ιί,ν! ^ *4 3 " g 0000000000000°;°;

— H OO

r~H

Iti M <o 2*e**oiiT**<f«t*« IV__JI Λ! Λ ^ινηινογ-ιαινινινινιννινιν V\ a 5 L. u_______________ 0 1 <*> 10 moooooooooooooo

0,10 SiAlAiA«OAMHNNOOOO

Shu onnnnnNMnnrtwWMrt uO -HO Λ ^ +J <n ut e 10 92481

Esimerkki 2

Toistettiin esimerkin 1 yleinen menetelmä käyttäen 300-ml tai 600-ml Hastelloy™ C-painereaktoria, ja korvaamalla o-diklooribentseeni m-diklooribentseenillä. Koeolo-5 suhteet ja näiden kokeiden tulokset esitetään yhteenvetona taulukossa II.

li 11 92481 g ^ §

•H

(i Ό 4» S 2 <» «P S «* <*> <* 4J “I <*> σ» g w o

D Bs il Si “ si m B

•S

<_

m *0—>1 C 0»OWr,MrH

•h ^ S S ^ " ä 2 S h . _. ------- f® _ σιιηηπΓ'^’Π H ' 1 ,η Μ_ιΡ1ΜΟΟΟΜΓΜ g 2 £ g ® e„ e„ °~ °- °- °- _n B o ooooooo 1_| "H +f ______ _ _ I, tn 11 —m - ' — im — <— I II —I —Il H o 0

_ O-. S Ij rs to 09 O 00 O CO

g Hu MO O m M <* * <o V

H V u ^ c Mg M O O O O O O

5 Z2 Γ/—N1 m ,^j o o o o o o o g I ö " i-------- H n I $ „ ιοΜίποισιωΦ

H h ,—^ McsiotnnMO

4j M Q ooooooo A g k ···-···*··· ^

•rl C· OOOOOOO

(0 > A c 1 H +J m VJ Cm 0 \ __ 3 H * h u - _______ (O) M s= «. *

* g OOOOOOO

Ö -Ij--------

PN rN *H »H »H *-N

Mr-i * *· ^ ^ ·» * ^ o ooooooo & m - — - — — — — J> <2 ^ «·* ^* ** ^

•H Π N N N IN N N

i — — — — ' *o n, rö moooooo E rl u (N »H « o O ·Η ΓΝ *3 -HO n m m «n m PO m

J -P

ω Ci O O O H M CO * q ij »-4 *-< PN PN PN fN ΓΝ ' y: c __ — T- 12 92481

Esimerkki 3

Toistettiin esimerkin 1 yleinen menetelmä korvaten o-diklooribentseeni p-diklooribentseenillä. Koeolosuhteet ja näiden kokeiden tulokset esitetään yhteenvetona taulu-5 kossa III.

13 92481 s a

3 X

•H

pi ti Π3 «O ^

10 S

p> g a) ® c

•H

<

H

H \ *0 £ \ W h \ o S Λ. ~ * S O - — n M «o ^ rn « M 2 M ^ 2 t» I E n o o C L· 3 M g »\ 0) -p -So Λ (0 h t ♦ 8-- H O ^ „ r-< 0 C m jn

λ H O m O O

O w *H G ** M 5 +j — o 2 £ .* 5 Ό ra _ __ •ί I •“i Q) ti Dl V « 3 i — «o • i Φ ’ _Lii 1 f s - O _ 3 (n ^ "™""

H H

fe b. M * “1

»H

U ' - φ “ "1 rl « .¾ »

•H JG M

li f* s l§ -H rt P) -P _ c; o 5 op w ui c

Claims (7)

92481

1. Menetelmä kaavan I mukaisen kloorifluoribent-seenin tai difluoribentseenin valmistamiseksi

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että Y on F.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, t u n-30 n e t t u siitä, että Y on Cl.

4. Patenttivaatimuksen 2 tai 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että Y on vaihtuvaan klooriin nähden orto-asemassa.

5. Patenttivaatimuksen 2 tai 3 mukainen menetelmä, 35 tunnettu siitä, että Y on vaihtuvaan klooriin nähden meta-asemassa. 92481

5 P Y 10 jossa Y on Cl tai F, tunnettu siitä, että kaavan IV mukainen dihalogeenibentseeni ci 15 (§> Y 20 jossa Y on edellä määritelty, saatetaan reagoimaan tehokkaan KF-määrän kanssa oleellisesti vedettömissä olosuhteissa liuottimessa, joka on N-metyylipyrrolidinoni, N-sykloheksyylipyrrolidinoni, 1,3-dimetyyli-2-imidatsolidi-noni tai 1,3-dimetyyli-3,4,5,6-tetrahydro-2-(lH)pyrimido-25 ni, lämpötilassa 290 -350 °C, ja kloorifluoribentseeni tai difluoribentseeni otetaan talteen reaktioseoksesta.

6. Patenttivaatimuksen 2 tai 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että Y on vaihtuvaan klooriin nähden para-asemassa.

7. Jonkin patenttivaatimuksista 1-6 mukainen me-5 netelmä, tunnettu siitä, että reaktio suoritetaan autogeenisessä paineessa, jonka reaktoriin suljettu reak-tioseos saa aikaan. 92481