WO1991011422A1 - Verfahren zur herstellung von 2-hydroxy-naphthalin-6-carbonsäure - Google Patents

Verfahren zur herstellung von 2-hydroxy-naphthalin-6-carbonsäure Download PDF

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Siegbert Rittner
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C51/00—Preparation of carboxylic acids or their salts, halides or anhydrides
    • C07C51/10—Preparation of carboxylic acids or their salts, halides or anhydrides by reaction with carbon monoxide

Definitions

  • the present invention is in the technical field of intermediates which can be used, for example, for the synthesis of azo dyes and polyester base materials.
  • 2-Hydroxy-naphthalene-6-carboxylic acid is not only a valuable synthetic building block for pharmaceuticals, textile auxiliaries and dyes (see, for example, European Patent Application Publication No. 0 292 955A), but in particular also an important monomer for the production of liquid-crystalline high-performance plastics and fibers with superior properties (see U.S. Patent 4,393,191).
  • Schmitt reaction ie by reacting the potassium salt of ⁇ -naphthol with carbon dioxide under pressure at 200-300 ° C (see, for example, US Pat. Nos. 1,593,816, 4,329,494 and 4,287,357).
  • the procedures described in these publications have some technical disadvantages; this gives rise to considerable proportions of decomposition products, such as tars and resins, which, like the 2-hydroxy-naphthalene-3-carboxylic acid and 2-hydroxy-naphthalene-3,6-dicarboxylic acid formed in side reactions, are difficult to separate off.
  • the formate serving as solvent (diluent) is used in at least the same molar amount as the potassium ⁇ -naphtholate starting product; the amount of potassium formate used is not critical and can vary within wide limits. However, it is advantageous to use potassium formate in a larger amount as a solvent (diluent), for example in 2.5 to 18 times, preferably in 6 to 15 times, the amount by weight of the potassium ⁇ -naphtholate used, by one the best possible mixing of the reactants dissolved in potassium formate potassium- ⁇ -naphtholate and potassium carbonate and the gaseous
  • the potassium formate used as a solvent (diluent) not only brings about a high selectivity of the reaction with the formation of the potassium salt of 2-hydroxy-naphthalene-6-carboxylic acid, but it also has the advantage that it is not a foreign product in the reaction mixture, but is identical to the by-product of the implementation.
  • the potassium formate can therefore be completely replaced in later Reactions are used, or else carbon monoxide is obtained from the excess of this product by heating with concentrated sulfuric acid, which can be recycled into a later reaction.
  • the potassium carbonate likewise used in the process according to the invention is used in the reaction in at least the same molar amount as the potassium ⁇ -naphtholate.
  • the molar ratio of potassium ⁇ -naphtholate to potassium carbonate is between 1: 1 and 1: 1.5.
  • the batch can be worked up in various ways and the 2-naphthol-6-carboxylic acid formed is isolated.
  • One way is that
  • the fine cleaning is carried out analogously to known procedures, for example by pressure redissolving in water or by cleaning with 1,4-dioxane (see, for example, German Offenlegungsschrift 38 00 989).
  • the reaction mixture is then cooled, the autoclave is depressurized, the reaction product is dissolved in water, the pH is adjusted to 7 with concentrated sulfuric acid, and the precipitated, unreacted ⁇ -naphthol is filtered off, and the filtrate is adjusted to a pH of 1 using sulfuric acid and the now precipitated 2-hydroxy-naphthalene-6-carboxylic acid is isolated.
  • the 2-naphthol-6-carboxylic acid can be separated from the by-products from the crude product in a conventional manner and thus be obtained in pure form. Yield: 34% of theory, based on the ⁇ -naphthol as
  • Example 1 The procedure of Example 1 is followed, with the difference that the reaction is carried out at 300 ° C. and with 125 parts of potassium formate. You get that
  • EXAMPLE 3 The procedure described in the examples above is carried out at a carbon monoxide pressure of 100 bar and a temperature of 320 ° C. for about 5 hours Use of 10 parts of potassium ⁇ -naphtholate, 7, 6 parts of potassium carbonate and 75 parts of potassium formate. After working up the reaction mixture, 2-hydroxy-naphthalene-6-carboxylic acid is obtained in a yield of 37.5% of theory. Th. in addition to 5.7% 2-naphthol-3-carboxylic acid.

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Abstract

2-Hydroxy-naphthalin-6-carbonsäure bzw. dessen Dikaliumsalz wird in guter Ausbeute und Reinheit ohne wesentliche Bildung der isomeren Verbindung 2-Naphthol-3-carbonsäure erhalten, indem man Kalium-β-naphtholat mit Kaliumcarbonat in Gegenwart von Kohlenmonoxid bei einer Temperatur von oberhalb 260 °C in Kaliumformiat als Lösemittel umsetzt.

Description

Beschreibung
Verfahren zur Herstellung von 2-Hydroxy-naphthalin-6- carbonsäure
Die vorliegende Erfindung" liegt auf dem technischen Gebiet von Zwischenprodukten, die beispielsweise zur Synthese von Azofarbstoffen und Polyestergrundstoffen eingesetzt werden könne .
2-Hydroxy-naphthalin-6-carbonsäure' stellt nicht nur einen wertvollen Synthesebaustein für Pharmazeutika, Textilhilfsmittel und Farbstoffe dar (s. bspw. Europäische Patentanmeldungs-Veröffentlichung Nr. 0 292 955A), sondern insbesondere auch ein wichtiges Monomeres zur Herstellung von flüssigkristallinen Hochleistungskunststoffen und Fasern mit überragenden Eigenschaften (s. US-PS 4 393 191).
Technisch erfolgt die Synthese der 2-Hydroxy-naphthalin-6- carbonsäure analog der Verfahrensweise der sog. Kolbe-
Schmitt-Reaktion, d.h. durch Umsetzung des Kaliumsalzes des ß-Naphthols mit Kohlendioxid unter Druck bei 200-300°C (s. bspw. die US-Patentschriften Nrs. 1 593 816, 4 329 494 und 4 287 357). Die in diesen Veröffentlichungen beschriebenen Verfahrensweisen besitzen jedoch einige technische Nachteile; so entstehen beträchtliche Anteile an Zersetzungsprodukten, wie Teeren und Harzen, die sich ebenso wie die in Nebenreaktionen entstehenden 2-Hydroxy- naphthalin-3-carbonsäure und 2-Hydroxy-naphthalin-3,6- dicarbonsäure nur schwierig abtrennen lassen. Zwar wurde mit den in den Europäischen Patentanmeldungs- Veröffentlichungen Nrs. 0 053 824 und 0 081 753 beschriebene Verfahrensweisen versucht, die Reaktionsführung zu verbesser und die' Bildung der Zersetzungsprodukte zu vermindern, indem man in einem Lösemittel, 'bevorzugt Kerosin, arbeitet. Trotz dieses Vorteils gegenüber der' lösungsmittelfreien Kolbe- Schmitt-Reaktion bleibt jedoch bei diesen beiden VerfahrensVarianten der grundsätzliche Nachteil, daß pro Mol entstandene 2-Hydroxy-naphthalin-6-carbonsäure jeweils 1 Mol ß-Naphthol in der Reaktionsmasse unumgesetzt zurückbleibt, weswegen auch bei bestmöglicher Reaktionsführung die Ausbeute gemäß der Gleichung:
2 Mol Kalium-ß-naphtholat + 1 Mol C02 *
1 Mol Dikalium-2-hydroxy-naphthalin-6-carbonsäure + 1 Mol ß-Naphthol auf maximal 50 % limitiert ist.
Bei der Herstellung der isomeren Verbindung 2-Hydroxy- naphthalin-3-carbonsäure hat man bereits vorgeschlagen, diesen Nachteil der unvollständigen Umsetzung des ß-Naphthols zur Naphtholcarbonsäure dadurch zu vermeiden, daß man die Umsetzung von Kalium-ß-naphtholat mit Kaliumcarbonat in Gegenwart von Kohlenmonoxid gemäß der Gleichung:
1 Mol Kalium-ß-naphtholat + 1 Mol Kohlenmonoxid
+ 1 Mol K2C03
1 Mol Dikalium-2-hydroxy-naphthalin-3-carbonsäure + 1 Mol Kaliumformiat durchführt (s. Britische Patentschrift 1 155 776). Versucht man jedoch, diese Verfahrensweise mit dem Ziel der Herstellung von 2-Hydroxy-naphthalin-6-carbonsäure durch Variation der Reaktionsbedingungen Temperatur und Kohlenmonoxid- ruck zu modifizieren, so bleibt die Synthese dieses 6-Carboxy-Derivates ohne Erfolg.
Es wurde nun gefunden, daß man 2-Hydroxy-naphthalin-6- carbonsäure in überraschender Weise in guter Ausbeute und Reinheit erhält, wenn man die Umsetzung des Kalium-ß- naphtholats mit Kaliumcarbonat und Kohlenmonoxid bei einer Temperatur von oberhalb 260°C, wie bei einer Temperatur zwischen 270°C und 360°C7 bevorzugt zwischen 280 und 320°C, und bei einem Kohlenmonoxid-Druck von oberhalb 10 bar, wie bei einem CO-Druck von 50 bis 150 bar, bevorzugt zwischen
70 und 140 bar und insbesondere bei einem CO-Druck zwischen 80 und 120 bar, in Kaliumformiat als Lösemittel (Verdünnungsmittel) durchführt. Die erfindungsgemäße Umsetzung in Kaliumformiat als Lösemittel bzw. Verdünnungsmittel (Kaliumformiat schmilzt oberhalb 167,5°C zu einer klaren Flüssigkeit) erfolgt nach der Reaktionsgleichung: 1 Mol Kalium-ß-naphtholat + 1 Mol CO
+ 1 Mol K2C03 —*
1 Mol Dikalium-2-naphthol-6-carbonsäure + *1 Mol Kaliumformiat .
Das als Lösemittel (Verdünnungsmittel) dienende Formiat wird in mindestens der gleichmolaren Menge wie das Kalium-ß- naphtholat-Ausgangsprodukt eingesetzt; die erwendete Menge an Kaliumformiat ist unkritisch und kann in weiten Grenzen variieren. Vorteilhaft ist es jedoch, Kaliumformiat in größeren Menge als Lösemittel (Verdünnungsmittel) einzusetzen, wie beispielsweise in der 2,5- bis 18-fachen, bevorzugt in der 6- bis 15-fachen, Gewichtsmenge des eingesetzten Kalium-ß-naphtholats, um eine möglichst gute Durchmischung der im Kaliumformiat gelösten Reaktanten Kalium-ß-naphtholat und Kaliumcarbonat und dem gasförmigen
Kohlenmonoxid an den Phasengrenzen zu gewährleisten. Hierbei sind selbstverständlich, wie bei jeder in der Technik durchzuführenden Reaktion zwischen einer Gas- und einer Flüssigphase, die üblichen guten Durchmischungsmaßnahmen vorzunehmen, wie beispielsweise durch Einsatz hochintensiver. Rührer, wie Turbinenrührer.
Das als Lösemittel (Verdünnungsmittel) eingesetzte Kaliumformiat bewirkt nicht nur eine hohe Selektivität der Reaktion unter Bildung des Kaliumsalzes der 2-Hydroxy- naphthalin-6-carbonsäure, sondern es hat auch den Vorteil, daß es im Reaktionsansatz kein Fremdprodukt darstellt, sondern identisch ist mit dem Nebenprodukt der Umsetzung. Das Kaliumformiat kann deshalb vollständig wieder in spätere Umsetzungen eingesetzt werden, oder aber man gewinnt aus dem Überschuß dieses Produktes durch Erhitzen mit konzentrierter Schwefelsäure Kohlenmonoxid, das in eine spätere Umsetzung zurückgeführt werden kann.
Das ebenso in die erfindungsgemäße Verfahrens eise eingesetzte Kaliumcarbonat wird in mindestens gleichmolarer Menge wie das Kalium-ß-naphtholat in die Umsetzung eingesetzt. In der Regel liegt das molare Verhältnis von Kalium-ß-naphtholat und Kaliumcarbonat zwischen 1:1 und 1:1,5.
Nach Beendigung der Synthese kann man den Ansatz auf verschiedene Weise aufarbeiten und die gebildete 2-Naphthol- 6-carbonsäure isolieren. Eine Möglichkeit ist, das
Reaktionsprodukt in Wasser zu lösen, mit konzentrierter . Schwefelsäure auf einen pH-Wert von 7 einzustellen und das ausgefallene, nicht umgesetzte ß-Naphthol abzufiltrieren. Das Filtrat wird mittels Schwefelsäure auf einen pH-Wert von 1 gestellt und die nunmehr ausgefallene rohe 2-Hydroxy- naphthalin-6-carbonsäure abgetrennt. Die Feinreinigung erfolgt analog bekannten Verfahrensweisen, beispielsweise durch Druckumlösung in Wasser oder -durch Reinigung mit 1,4-Dioxan (ε. hierzu bspw. Deutsche Offenlegungsschrift 38 00 989) .
Die nachfolgenden Beispiele dienen zur Erläuterung der Erfindung. Die Teile sind Gewichtsteile, die Prozentangaben stellen Gewichtsprozente dar, sofern nicht anders vermerkt. Gewichtsteile beziehen sich zu Volumenteilen wie Kilogramm zu Liter. Beispiel 1
10 Teile Kalium-ß-naphtholat werden zusammen mit 7,6 Teilen Kaliumcarbonat und 75 Teilen Kaliumformiat in einem mit Rührwerk versehenen Edelstahl-Autoklaven gegeben, und das Ganze wird bei 230°C unter Rühren während 5 Stunden von Restfeuchte befreit. Sodann leitet man bei Raumtemperatur mit einem Druck von 50 bar Kohlenmonoxid ein und führt die Umsetzung bei einem Kohlenmonoxid-Druck von etwa 95 bar' während etwa 5 Stunden unter intensivem Rühren bei 280°C durch.
Der Reaktionsansatz wird danach abgekühlt, der Autoklav entspannt, das Reaktionsprodukt in Wasser gelöst, mit konzentrierter Schwefelsäure auf einen pH-Wert von 7 gestellt, das ausgef llene, nicht umgesetzte ß-Naphthol abfiltriert, das Filtrat auf einen pH-Wert von 1 mittels Schwefelsäure gestellt und die nunmehr ausgefallene 2-Hydroxy-naphthalin-6-carbonsäure isoliert. Die 2-Naphthol-6-carbonsäure kann aus dem Rohprodukt in üblicher Weise von den Nebenprodukten abgetrennt und somit rein erhalten werden. Ausbeute: 34 % d.Th., bezogen auf das ß-Naphthol als
Ausgangsprodukt. Die 2-Naphthol-3-carbonsäure wird zu 5 % als Nebenprodukt gebildet.
Beispiel 2
Man verfährt gemäß der Verfahrensweise des Beispieles 1 mit dem Unterschied, daß man die Umsetzung bei 300°C und mit 125 Teilen Kaliumformiat durchführt. Man erhält die
2-Hydroxy-naphthalin-6-carbonsäure in einer Ausbeute von 40 % d.Th. neben 5,3 % 2-Naphthol-3-carbonsäure.
Beispiel 3 Man verfährt gemäß der in den obigen Beispielen beschriebene Verfahrensweise bei einem Kohlenmonoxid-Druck von 100 bar und einer Temperatur von 320°C während etwa 5 Stunden unter Einsatz von 10 Teilen Kalium-ß-naphtholat, 7 , 6 Teilen Kaliumcarbonat und 75 Teilen Kaliumformiat . Nach Aufarbeitung des Reaktions nsatzes erhält man die 2-Hydroxy- naphthalin- 6- carbonsäure in einer Ausbeute von 37 , 5 % d. Th . neben 5 , 7 % 2-Naphthol- 3- carbonsäure .
Beispiel 4
In einem mit einem Scheibenrührer versehenen Edelstahl- Autoklaven (ca. 5000 Volumenteile) gibt man 250 Teile Kalium-ß-naphtholat, 190 Teile Kaliumcarbonat und 3500 Teile Kaliumformiat und erhitzt das Ganze unter Rühren während fünf Stunden bei 230°C zur vollständigen Entfernung von in den Ausgangsprodukten enthaltenem Wasser (Feuchte) . Danach führt man unterhalb des Rührers Kohlenmonoxid bis zu einem Druck von 85 bar ein, erhöht- die Temperatur des Ansatzes auf 300°C und führt die Umsetzung bei einem Kohlenmonoxid- Druck von etwa 100 bar noch etwa fünf Stunden bei einer Rührgeschwindigkeit von etwa 1100 U/min weiter.
Das Reaktionsprodukt wird sodann in der im Beispiel 1 angegebenen Verfahrensweise aufgearbeitet und gereinigt. Man erhält die 2-Hydroxy-naphthalin-6-carbonsäure in einer Ausbeute von 64 % d.Th..

Claims

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Herstellung von 2-Hydroxy-naphthalin-6- carbonsäure bzw. dessen Dikaliumsalz, dadurch gekennzeichnet, daß man Kalium-ß-naphtholat mit Kaliumcarbonat und Kohlenmonoxid bei einer Temperatur von oberhalb 260°C und bei einem Kohlenmonoxid-Druck von oberhalb 10 bar in Kaliumformiat als Lösemittel (Verdünnungsmittel) umsetzt und gegebenenfalls das gebildete Dikaliumsalz auf üblichem Wege in die 2-Hydroxy-naphthalin-6-carbonsäure überführt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Umsetzung bei einer Temperatur zwischen 280 und 320°C durchführt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die Umsetzung bei einem Kohlenmonoxid-Druck zwischen 70 und 140 bar durchführt.
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