JP4447254B2 - オルト−キシレンの核塩素化方法 - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は、触媒および助触媒の存在下でオルト−キシレンを核塩素化し、４−クロロ−１，２−ジメチルベンゼンおよび３−クロロ−１，２−ジメチルベンゼンの異性体混合物を得る方法に関するものである。
【０００２】
単核塩素化されたオルト−キシレンは、活性な農薬および製薬化合物を製造するための重要な中間体である。
【０００３】
オルト−キシレンの核塩素化は公知であり、一般的にはフリーデル−クラフツ触媒、例えばＦｅ、ＦｅＣｌ_３、ＳｂＣｌ_３またはＳｂＣｌ_５、の存在下で行われる。この様式における単核塩素化により、４−クロロおよび３−クロロ異性体の混合物が１．５：１未満の比で得られる（特許文献１：米国特許第４，１９０，６０９号明細書）。これらの２種類の中で、４−クロロ異性体の方がより有益なので、その比率を高めるための多くの方法が開示されている。
【０００４】
助触媒として単純に硫黄を加えることにより、４−クロロ−１，２−ジメチルベンゼンの比率を増加することができ、例えばＦｅ＋Ｓ_２Ｃｌ_２ を使用することにより、４−クロロ異性体と３−クロロ異性体の比を１．７８：１にすることができる(非特許文献１：Chemical Abstracts CA 1988, No. 472737)。
【０００５】
特許文献１には、触媒としてルイス酸および助触媒としてある種の置換されたチアントレンの存在下で作業することを含んでなる、オルト−キシレンの核塩素化方法が開示されている。この方法により、４−クロロ異性体と３−クロロ異性体の比は３．８１：１になるが、チアントレンを使用することの欠点は、これらの化合物がダイオキシンと同様に高い毒性を有すると見なさざるを得ないことである。
【０００６】
特許文献２（欧州特許公開第１２６６６９号明細書）には、ＳｂＣｌ_３および助触媒としてＮ−クロロカルボニルフェノチアジンを使用するオルト−キシレンの核塩素化が記載されているが、そこでは４−クロロ異性体と３−クロロ異性体の比２．３：１が達成されている。
【０００７】
特許文献３（国際公開０２／１４２４５号パンフレット）には、ルイス酸の存在下でオルト−キシレンを塩素化するための助触媒として、置換されたベンゾ縮合したチアゼピンまたはチアゾシンが記載されている。これらの種類の化合物は、形成される４−クロロ異性体と３−クロロ異性体の比が３：１を超える高活性助触媒であるが、製造が困難な複雑な置換パターンを必要とする。
【０００８】
オルト−キシレンを核塩素化するための根本的に異なった方法は、不均質触媒、例えばゼオライト、の使用である。例えば、非特許文献２（Chemical Abstracts CA 1991, No. 514135）には、溶剤としてのニトロベンゼンに入れたＫＬ−ゼオライトを使用することにより、４−クロロ異性体と３−クロロ異性体との比が３．８７：１になることが報告されている。非特許文献３（J. Catal. 150, 1994, 430-433）では、特殊な溶剤１，２−ジクロロエタンを使用して異性体比１１．７３：１を達成しているが、オルト−キシレンの転化率は６０．６％に過ぎない。ゼオライト使用の欠点は、濾過を必要とし、溶剤を使用するために、蒸留により溶剤を回収する必要があることである。
【０００９】
【特許文献１】
米国特許第４，１９０，６０９号明細書
【特許文献２】
欧州特許公開第１２６６６９号明細書
【特許文献３】
国際公開０２／１４２４５号パンフレット
【特許文献４】
欧州特許公開第０１７３２２２号明細書
【非特許文献１】
Chemical Abstracts CA 1988, No. 472737
【非特許文献２】
Chemical Abstracts CA 1991, No. 514135
【非特許文献３】
J. Catal. 150, 1994, 430-433
【００１０】
本発明の目的は、取扱が簡単な触媒系を使用し、少なくとも３：１の、非常に高い４−クロロ−１，２−ジメチルベンゼンと３−クロロ−１，２−ジメチルベンゼンの比を達成できる、オルト−キシレンの核塩素化方法を提供することである。
【００１１】
この目的は、驚くべきことに、助触媒として塩素置換された２，８−ジメチルフェノキサチインを使用することにより達成される。
【００１２】
そこで本発明は、フリーデル−クラフツ触媒の存在下で、塩素化された、特に四塩素化された、必要に応じて置換された、２，８−ジメチルフェノキサチインを加える、オルト−キシレンの核塩素化方法に関するものである。
【００１３】
この場合に使用する塩素化剤は、例えば塩化スルフリルまたは元素状塩素である。好ましい塩素化剤は元素状塩素である。
【００１４】
本発明の方法に適当なフリーデル−クラフツ触媒は、教科書から公知である。例としては、塩化アンチモン、塩化アルミニウム、塩化鉄、塩化モリブデン、塩化チタン、塩化タングステン、塩化スズ、塩化亜鉛または三ハロゲン化ホウ素などが挙げられる。
【００１５】
塩素化の際にフリーデル−クラフツ触媒を形成する元素または元素の化合物、例えば酸化物または塩、例えば炭酸塩または硫化物、および他のハロゲン化物、例えばフッ化物、臭化物、または適当であればヨウ化物、も使用できる。
【００１６】
好ましくは、塩化アンチモン、鉄、酸化鉄、硫化鉄および塩化鉄(III)、を本発明の方法で使用する。塩化鉄(III)が特に好ましい。非常に好ましい実施態様では、鉄を、例えばリングの形態で使用し、塩素がその中を流れる時に活性なフリーデル−クラフツ触媒が形成される。
【００１７】
フリーデル−クラフツ触媒および／またはそれらの前駆物質は、個別に、または相互のどの様な混合物としてでも使用することができ、使用するオルト−キシレンに対する量は、広い範囲内で、０．０００５〜５重量％で変えることができる。通常、０．００１〜１重量％の量で十分であるが、０．００５〜０．５重量％が好ましい。鉄のリングを使用する場合、反応溶液中に溶解する鉄の含有量は例えば０．００４重量％である。
【００１８】
本発明の方法では、使用する助触媒は好ましくは四ハロゲン化２，８−ジメチルフェノキサチインである。その製造および特徴は、特許文献４（欧州特許公開第０１７３２２２号明細書）に詳細に記載されている。そこには、この助触媒が、主として式
【化２】

の１，３，７，９−テトラクロロ−２，８−ジメチルフェノキサチインからなることが記載されている。
【００１９】
本発明の助触媒は、０．００１〜５重量％の広い量的範囲内で使用できる。しかし、使用するオルト−キシレンに対して０．００１〜１重量％、好ましくは０．０１〜０．５重量％、で使用するのが有利である。
【００２０】
フリーデル−クラフツ触媒またはそれらの前駆物質と助触媒の重量比は、本発明では、広い範囲内で変えることができる。フリーデル−クラフツ触媒またはそれらの前駆物質と助触媒の適当な比は、例えば５００：１〜１：５、好ましくは１０：１〜１：３、特に好ましくは１０：２．５〜１：２、である。
【００２１】
本発明の方法は、溶剤で希釈して行うことができる。適当な溶剤は、核塩素化条件下で攻撃されない溶剤、例えば塩化メチレン、クロロホルム、四塩化炭素または酢酸である。しかし、溶剤を使用せずに処理するのが好ましい。
【００２２】
使用する塩素化剤の量は、塩素化度が１を大きく超える様に選択することができる。この場合、驚くべきことに、塩素化度が１より大きくなるにつれて、４−クロロ−１，２−ジメチルベンゼンと３−クロロ−１，２−ジメチルベンゼンの比が大きく増加することが分かった。例えば、塩素化度１．３で塩素を使用する好ましい塩素化の場合、驚くべきことに、５．６：１の極めて高い比が達成される。
【００２３】
本発明により行う核塩素化は、原則的に、オルト−キシレンが液体状態にある広い温度範囲内で、溶剤を使用する場合には、オルト−キシレンと溶剤の混合物が液体状態にある温度範囲内での液相中方法として行うことができる。一般的に、反応の温度が低下するにつれて、４−クロロ異性体と３−クロロ異性体の比が僅かに改善されることが観察される。反応温度範囲は、一般的に−２０〜１２０℃、好ましくは−５〜９０℃、特に好ましくは０〜６０℃、であるのが有利である。
【００２４】
反応圧力は大気圧、減圧または高圧でよく、原則的に重要ではない。好ましくは、装置の理由から、大気圧を使用する。反応混合物の含水量は一般的に重要ではなく、従って、特別に無水状態にした出発材料を使用する必要はない。しかし、例えば反応中に塩化水素が放出されるために腐食の理由から、反応混合物中の目標とする含水量を２００ｐｐｍ未満にするのが有利である。
【００２５】
本発明の方法の手順に関して、個々の成分を反応混合物に加える順序は随意である。本方法は、バッチ式でも、連続式でも行うことができる。バッチ式手順では、例えばオルト−キシレンを入れ、フリーデル−クラフツ触媒または前駆物質、例えば鉄リング、および助触媒を加え、所望の反応温度に設定した後、塩素化剤、好ましくは塩素、を加える。連続式手順の場合には、バッチ式に反応を開始した後、同じ様式で、溶解した２種類の触媒を含むオルト−キシレンおよび塩素を同時に加える。連続式手順は、連続式製法用に一般的に公知の反応器、例えばフローチューブ、循環反応器、ベッセルカスケードまたはバブル−カラム、中で行うことができる。好ましくは、連続反応では、バブル−カラムを使用し、その際、例えば反応混合物が床または鉄リング中を流れ、フリーデル−クラフツ触媒を連続的にその場で形成する。塩素化混合物は、蒸留により直接仕上げ処理することができる。底部相中に残っている助触媒は、必要であれば、そこから回収することができる。
【００２６】
本発明の方法により、非常に少量のフリーデル−クラフツ触媒および助触媒を使用し、直接蒸留による反応混合物の簡単な仕上げ処理により、４−クロロ−１，２−ジメチルベンゼンの比率が高いオルト−キシレンの核塩素化を行うことができる。４−クロロ異性体と３−クロロ異性体の比は、少なくとも３：１であり、１を超える塩素化度を選択することにより、増加させることができ、例えば塩素化度１．３で５．６：１に増加させることができる。
【００２７】
下記の諸例は本発明を説明するためのものであるが、本発明を制限するものではない。
【００２８】
例１
オルト−キシレン６７８４ｇ（６４モル）を内径１５ｃｍで高さ９０ｃｍのジャケット付き容器中に入れ、その中に助触媒３．４ｇを溶解させ、反応器の底部にあるガラスフリットを経由して塩素４５４４ｇ（６４モル）を２０℃で５時間かけて導入する。ガラスフリットの周りに鉄リングの床を配置する。反応器内容物の塩素による短い飽和段階の後、塩化水素の活発な放出が開始し、同時に発熱するので、冷却により溶液を２０℃に維持する。
【００２９】
反応完了後、溶解した鉄の含有量は３５ｐｐｍであった。反応混合物のガスクロマトグラフィー分析により、オルト−キシレン６．９％、４−クロロ−１，２−ジメチルベンゼン６５．６％、３−クロロ−１，２−ジメチルベンゼン２１．４％、二塩素化オルト−キシレン５．５％および高沸点物０．３％が確認された。４−クロロ異性体と３−クロロ異性体の比は３．０６である。
【００３０】
例２
攪拌機およびガス導入管を備えたガラスフラスコ中で、オルト−キシレン２モルをＦｅＣｌ_３０．２ｇおよび助触媒０．２ｇと混合し、−５℃に冷却し、攪拌しながら塩素ガス２．５モルで２．５時間かけて塩素化する（塩素化度１．１２５）。ガスクロマトグラフィー分析により、オルト−キシレンが完全に転化され、４−クロロ−１，２−ジメチルベンゼン７０．１％、３−クロロ−１，２−ジメチルベンゼン１８．９％および二以上に塩素化されたオルト−キシレン１１％が確認された。４−クロロ異性体と３−クロロ異性体の比は３．７である。
【００３１】
例３
例２の方法と同様に、反応を７℃で行い、塩素化度１．３を選択する。ガスクロマトグラフィー分析により、４−クロロ−１，２−ジメチルベンゼン６１．２％、３−クロロ−１，２−ジメチルベンゼン１０．８％であり、従って、４−クロロ異性体と３−クロロ異性体の比は５．６６であることが分かった。

Claims (9)

1. 少なくとも一種のフリーデル−クラフツ触媒および助触媒として塩素置換された２，８−ジメチルフェノキサチインの存在下で、オルト−キシレンを塩素化剤と反応させることを含んでなる、オルト−キシレンの核塩素化方法。
2. 四ハロゲン化２，８−ジメチルフェノキサチインを使用する、請求項１に記載の方法。
3. 式
   

   

   の１，３，７，９−テトラクロロ−２，８−ジメチルフェノキサチインを使用する、請求項２に記載の方法。
4. 塩素化剤として元素状塩素または塩化スルフリルを使用する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
5. 助触媒を、使用するオルト−キシレンに対して０．００１〜５重量％量で使用する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
6. フリーデル−クラフツ触媒またはその前駆物質と助触媒の比が５００：１〜１：５である、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
7. 前記方法を、溶剤を加えずに行う、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
8. 前記方法を温度−２０〜＋１２０℃で行う、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
9. ４−クロロ−１，２−ジメチルベンゼンと３−クロロ−１，２−ジメチルベンゼンの比が少なくとも３：１である、請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。