WO2000063177A1 - Verfahren zur herstellung von chlorierten pyridinsulfonsäurechloriden - Google Patents

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WO2000063177A1
WO2000063177A1 PCT/EP2000/002795 EP0002795W WO0063177A1 WO 2000063177 A1 WO2000063177 A1 WO 2000063177A1 EP 0002795 W EP0002795 W EP 0002795W WO 0063177 A1 WO0063177 A1 WO 0063177A1
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Bruno Biedenbach
Hans-Peter Michel
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Rütgers Organics Gmbh
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07D—HETEROCYCLIC COMPOUNDS
    • C07D213/00—Heterocyclic compounds containing six-membered rings, not condensed with other rings, with one nitrogen atom as the only ring hetero atom and three or more double bonds between ring members or between ring members and non-ring members
    • C07D213/02—Heterocyclic compounds containing six-membered rings, not condensed with other rings, with one nitrogen atom as the only ring hetero atom and three or more double bonds between ring members or between ring members and non-ring members having three double bonds between ring members or between ring members and non-ring members
    • C07D213/04—Heterocyclic compounds containing six-membered rings, not condensed with other rings, with one nitrogen atom as the only ring hetero atom and three or more double bonds between ring members or between ring members and non-ring members having three double bonds between ring members or between ring members and non-ring members having no bond between the ring nitrogen atom and a non-ring member or having only hydrogen or carbon atoms directly attached to the ring nitrogen atom
    • C07D213/60—Heterocyclic compounds containing six-membered rings, not condensed with other rings, with one nitrogen atom as the only ring hetero atom and three or more double bonds between ring members or between ring members and non-ring members having three double bonds between ring members or between ring members and non-ring members having no bond between the ring nitrogen atom and a non-ring member or having only hydrogen or carbon atoms directly attached to the ring nitrogen atom with hetero atoms or with carbon atoms having three bonds to hetero atoms with at the most one bond to halogen, e.g. ester or nitrile radicals, directly attached to ring carbon atoms
    • C07D213/62—Oxygen or sulfur atoms
    • C07D213/70—Sulfur atoms
    • C07D213/71—Sulfur atoms to which a second hetero atom is attached

Definitions

  • the present invention relates to a new process for the preparation of chloropyridine sulfonic acid chlorides.
  • Chlorpyridine sulfonic acid derivatives serve as the starting material for the production of a number of pharmaceuticals with anti-inflammatory, antipyretic, cardiovascular, hypoglycemic or diuretic properties, for example 4-chloropyridine-3-sulfonamide for the production of torasemide and related blood-sugar-lowering sulfonyluritis-inhibiting properties (which also act as anti-inflammatory drugs) J. Delarge, Arzneistoff-Forsch./Drug. Res. 38 (I), 1988, 144), the sulfoamide in turn being prepared from 4-chloropyridine-3-sulfonic acid chloride.
  • DE 25 14 334 A1 describes a process for the production of chlorinated pyridine-3-sulfonic acid derivatives, the chlorination starting from 4-pyridinol-3-sulfonic acid first being carried out by means of a mixture of PCI 5 and POCI 3 .
  • the excess POCI 3 and PCI 5 is removed in vacuo and the remaining residue is worked up in several steps in a complicated manner.
  • Similar methods using PCI 5 / POCI 3 are known from the literature (L. Thunus, Annales pharmaceutiques francaises, 33, 1975, 487; Tullio et. Al, Tetrahedron 51, 1995, 3221, and EP 0 618 209 A1, DE 25 14 334 and FR 88.352).
  • the chlorination takes place in one step by substituting the OH groups on the ring and in the sulfonic acid residue with the formation of hydrogen chloride and POCI 3 .
  • the only halogenating agent used is always the phosphorus pentachloride used in excess, while phosphorus oxychloride is used as the solvent, since it is also used in the reaction of the phosphorus pentachloride Reaction mixture is obtained.
  • Phosphorus oxychloride itself does not lead to chlorination. After the reaction, it can be removed from the mixture by distillation and reused for the next batch without further purification steps.
  • chlorinating agents such as thionychloride, sulfuryl chloride or phosphorus trichloride, essentially only replace the phenolic OH group and are therefore unsuitable for the reaction.
  • the object was therefore to find a process with which chlorinated pyhdinsulfonic acid derivatives can be prepared in a technically simple and high yield.
  • the object can surprisingly be achieved by carrying out the chlorination of the hydroxypyridinesulfonic acids with the aid of a phosphorus trichloride / chlorine mixture known from carbonic acid chemistry (see, inter alia, DE-OS 1 795 361, DE 28 31 777 A1), wherein, according to the invention, a ) introduces chlorine gas into a mixture of hydroxypyridinesulfonic acid and of phosphorus trichloride at temperatures from 70 to 90 ° C.
  • liquid phosphorus trichloride and the acid are initially introduced and the mixture is heated under reflux. Chlorine is then passed into the reaction mixture while hot, thereby substituting the phenolic see OH group and the hydroxyl group in the acid residue.
  • chlorine is then passed into the reaction mixture while hot, thereby substituting the phenolic see OH group and the hydroxyl group in the acid residue.
  • the reaction is carried out in a manner known per se and phosphorus oxychloride and possibly excess PCI 3 are distilled off.
  • the residue is taken up with a preferably halogen-free solvent, such as toluene or methyl tert-butyl ether (MTBE) and possibly filtered.
  • a preferably halogen-free solvent such as toluene or methyl tert-butyl ether (MTBE) and possibly filtered.
  • Halogenated solvents such as methylene chloride, ethylene chloride or chloroform can also be used. From an environmental protection point of view, however, the use of halogen-free solvents is preferred.
  • the sulfonic acid chloride can thus be obtained directly by distillation from the residue taken up with the solvent in high yield of over 90% and high degree of purity of over 98% (HPLC).
  • the organic phase for separating any remaining POCl 3 is stirred with water, the aqueous phase is separated off and the solvent is removed in vacuo.
  • phosphorus trichloride can be used both in an excess and up to a stoichiometric amount, preferably an approximately 0.15 to 0.2-fold excess is used to minimize the material requirement.
  • the chlorine is used in equimolar amounts or in a slight deficit.
  • no unused chlorinating agent remains in the reaction mixture, which considerably simplifies the work-up of the mixture after the separation of POCI 3 and PCI 3 by the possibility of direct distillative recovery of the pyridinesulfonic acid chloride from the reaction mixture taken up with the organic solvent.
  • the reaction takes place in a mixture of phosphorus trichloride and the acid, phosphorus oxychloride being formed in the course of the reaction and serving as an additional solvent.
  • phosphorus oxychloride it is advantageous to add phosphorus oxychloride to the reaction mixture to initially improve the solubility. These amounts are typically in the range from 0.5 to 5 mol based on 1 mol of acid used.
  • Any hydroxypyridinesulfonic acids can serve as the starting material for the process according to the invention. However, preference is given to using hydroxypyridine-3-sulfonic acids, in particular 4-hydroxypyridine-3-sulfonic acid
  • the chlorinated pyridine sulfonic acid chloride is obtained in almost quantitative yield.
  • the handling of the liquid phosphorus trichloride and the gaseous chlorine results in a considerably simplified procedure compared to the handling of the solid and aggressive PCI 5 .
  • the course of the reaction can be controlled very simply via the amount and rate of introduction of the chlorine gas.
  • the organic phase obtained by the process according to the invention which contains the chlorinated pyridinesulfonic acid chloride, can advantageously be used for the production of chlorinated pyridinesulfonamides without isolation of the sulfonic acid chloride.
  • the organic phase is mixed with ammonia water after stirring with washing.
  • the pH of the mixture should be in the neutral to weakly basic range from about 7 to 9.5.
  • the pH of the solution is adjusted to 7 to 9.5 after the reaction, in which there is a slight excess of ammonia, if necessary with acid, such as hydrochloric acid or acid salts.
  • Aqueous solutions of the corresponding amines can be used to obtain other acid amides.
  • the product which is sparingly soluble in the aqueous and organic phase is filtered off, chloride-free with water and then washed again with organic solvent.
  • the amide formed is dried at temperatures below 50 ° C., preferably at room temperature, since the product is thermolabile, especially when moist.
  • the product is obtained in a yield of about 77 to 85%.
  • the template from 1137.5 g (6.49 mol) of 4-hydroxypyridine-3-sulfonic acid, 3481 g (2085 ml / 22.7 mol) of phosphorus oxychloride and 2115 g (1345 ml / 15.4 mol) of phosphorus trichloride becomes the with stirring Reflux heated, the bottom temperature increases to about 80 ° C. In about 3 hours, 1092 g (15.4 mol) of chlorine gas are introduced into the reaction mixture, which is immediately taken up by the mixture. With HCI development, the bottom temperature rises to approximately 100 ° C. After stirring under reflux for 24 hours, the bottom temperature rising to 110 ° C. in the boiling range of the phosphorus oxide chloride, the mixture becomes almost clear.
  • the solution is mixed in portions with 1015 g (1120 ml / 14.93 mol) of 25% ammonia water with further stirring and external cooling to produce the sulfonic acid amide.
  • the temperature should not exceed 30-35 ° C.
  • the mixture is stirred vigorously for about 3 hours, the pH should remain in the basic range. It is then neutralized with about 195 g (165 ml / 1, 95 mol) of concentrated hydrochloric acid and, after stirring for a further 3 hours, filtered off.
  • the residue is washed with 3250 ml of water and then Washed with 2075 g (1650 ml) of ethylene chloride and dried in air at room temperature.
  • Chloroform can also be used as the solvent, in which case twice the volume of the solvent is required due to the lower solubility of the 4-chloropyridine-3-sulfonic acid chloride.
  • the template from 1137.5 g (6.49 mol) of 4-hydroxypyridi ⁇ -3-sulfonic acid, 3481 g (2085 ml / 22.7 mol) of phosphorus oxychloride and 2115 g (1345 ml / 15.4 mol) of phosphorus trichloride becomes with stirring Reflux heated, the bottom temperature increases to about 80 ° C. In about 3 hours, 920 g (12.98 mol) of chlorine gas are introduced into the reaction mixture, which is immediately taken up by the mixture. Under HCI development, the bottom temperature rises to approximately 100 ° C. After stirring under reflux for 24 hours, the bottom temperature rising to 110 ° C. in the boiling range of the phosphorus oxide chloride, the mixture becomes almost clear.
  • the solution is mixed in portions with 1015 g (1120 ml / 14.93 mol) of 25% ammonia water with further stirring and external cooling to produce the sulfonic acid amide.
  • the temperature should not exceed 30-35 ° C.
  • the mixture is stirred vigorously for about 3 hours, the pH should remain in the basic range. It is then neutralized with about 195 g (165 ml / 1, 95 mol) of concentrated hydrochloric acid and, after stirring for a further 3 hours, filtered off.
  • the residue is washed with 3250 ml of water and then with 2075 g (1650 ml) of ethylene chloride and dried in air at room temperature.
  • Chloroform can also be used as the solvent, in which case twice the volume of the solvent is required due to the lower solubility of the 4-chloropyridi ⁇ -3-sulfonic acid chloride.
  • the distillation residue is mixed with 200 ml of toluene, filtered off at 20 to 25 ° C. and the filter residue is washed again with a little toluene.
  • the organic phase is stirred twice with 100 ml of water each time and the aqueous phase is separated off.
  • the toluene phase is mixed with 30 ml of acetone and 52 to 55 ml (0.67 - 0.7 mol) of a 24% strength aqueous ammonia solution are added dropwise at from 20 to 25 ° C. with stirring over the course of about 3 hours.
  • acetone preferably 15% based on the toluene used
  • the addition prevents on the one hand caking of the product on the reactor wall and on the other hand prevents better mixing of the phases and ultimately an acceleration of the reaction.
  • MTBE can also be used as a solvent.
  • the distillation residue is mixed with 200 ml of toluene, filtered off at 20 to 25 ° C and the filter residue washed again with a little toluene.
  • the organic phase is stirred twice with 100 ml of water each time and the aqueous phase is separated off.
  • the toluene phase is mixed with 30 ml of acetone and 52 to 55 ml (0.67 - 0.7 mol) of a 24% strength aqueous ammonia solution are added dropwise at from 20 to 25 ° C. with stirring over the course of about 3 hours. The mixture is stirred for a further 9 hours, the pH of the solution being approximately 9 at the end of the reaction.
  • the precipitated product is filtered off with suction and washed 3 times with 50 ml of water, each time free of chloride, and then 2 times with 50 ml of toluene.
  • the product is dried at room temperature. 51.1 g (0.265 mol) of 4-chloropyri- din-3-sulfonamide with a melting point of 153 ° C (decomposition), corresponding to a yield of about 83%.
  • the purity is 99.7% (HPLC).
  • acetone preferably 15% based on the toluene used
  • the addition prevents caking of the product on the reactor wall on the one hand and on the other hand achieves better mixing of the phases and thus ultimately an acceleration of the reaction.
  • MTBE can also be used as a solvent.
  • Example 4 As in Example 4, but 150 g (0.98 mol) of phosphorus oxychloride, 618 g (4.5 mol) of phosphorus trichloride and 336 g (1, 92 mol) of 4-hydroxypyridine-3-sulfonic acid are initially charged and 267 g (3.75 mol) chlorine introduced in deficit within 6 hours. After adding 1200 ml of toluene and stirring with twice 300 ml of water, the organic phase is separated off and the toluene is removed in vacuo. The product is distilled over at a head temperature of 84 to 105 ° C and 0.1 to 0.2 mmHg in a vacuum.
  • the product can also be distilled in vacuo directly after distilling off PCI 3 and POCI 3 .
  • Example 4 As in Example 4, but 893 g (6.5 mol) of phosphorus trichloride and 336 g (1, 92 mol) of 4-hydroxypyridine-3-sulfonic acid are introduced and 267 g (3.75 mol) of chlorine are introduced in a deficit within 6 hours . After the addition of 1200 ml of toluene and stirring with twice 300 ml of water, the organic phase is separated off and the toluene is removed in vacuo. The product is distilled over at a head temperature of 84 to 105 ° C and 0.1 to 0.2 mmHg in a vacuum.
  • the 4-chloropyridine-3-sulfonic acid chloride obtained has a melting point of 44 ° C. (colorless melt).
  • the 1 H-NMR spectrum (CDCI 3 ) shows the following structures: 7.70 (d, 1 H), 8.80 (d, 1 H) and 9.20 (s, 1 H). The purity is 99.8% (HPLC). If necessary, the product can also be distilled in vacuo directly after distilling off PCI 3 and POCI 3 .
  • Example 3 As in Example 3, but 150 g (0.98 mol) of phosphorus oxychloride, 618 g (4.5 mol) of phosphorus trichloride and 336 g (1, 92 mol) of 4-hydroxypyridine-3-suifonic acid are initially charged and 267 g (3.75 mol) chlorine introduced in deficit within 6 hours. After the addition of 1200 ml of toluene, the insoluble constituents are filtered off. The toluene and residual phosphorus oxychloride are removed in vacuo. The product is distilled over at a head temperature of 84 to 105 ° C and 0.1 to 0.2 mmHg in a vacuum.
  • the 4-chloropyridine-3-sulfonic acid chloride obtained has a melting point of 44 ° C. (colorless melt).
  • the 1 H-NMR spectrum (CDCI 3 ) shows the following structures: 7.70 (d, 1 H), 8.80 (d, 1 H) and 9.20 (s, 1 H). The purity is 98.5% (HPLC).

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein neues Verfahren zur Herstellung von Chlorpyridinsulfonsäurechloriden der allgemeinen Formel (I) aus Hydroxypyridinsulfonsäuren der allgemeinen Formel (II) durch die Substitution der ringständigen OH-Gruppe und der OH-Gruppe des Säurerestes durch ein Chlorierungsmittel, wobei man als Chlorierungsmittel ein Gemisch aus Phosphortrichlorid im Überschuss bis zur stöchiometrischen Menge und Chlorgas in stöchiometrischer Menge bis zu einem geringen Unterschuss bezogen auf die Hydroxypyridinsulfonsäure verwendet und wobei man in ein Gemisch von Hydroxypyridinsulfonsäure und von Phosphortrichlorid bei Temperaturen von 70 bis 90 DEG C Chlorgas einleitet, anschliessend auf Temperaturen von 100 bis 120 DEG C erwärmt, das gebildete Phosphoroxidchlorid und ggf. überschüssiges Phosphortrichlorid destillativ entfernt, den Rückstand mit einem organischen Lösungsmittel aufnimmt und die flüssige Phase zur Gewinnung des chlorierten Pyridinsulfonsäurechlorids im Vakuum destilliert.

Description

Verfahren zur Herstellung von chlorierten Pyridinsulfonsäurechloriden
Die vorliegende Erfindung betrifft ein neues Verfahren zur Herstellung von Chlor- pyridinsulfonsäurechloriden.
Chlorpyridinsulfonsäurederivate dienen als Ausgangsmaterial für die Herstellung einer Reihe von Pharmazeutika mit aπtiiflammatorischen, antipyretischen, kardiovaskulären, blutzuckersenkenden oder diuretischen Eigenschaften, so beispielsweise 4-Chlorpyridin-3-sulfonamid für die Herstellung von Torasemid und damit verwandten blutzuckersenkenden Sulfonylharnstoffeπ, die auch entzündungshemmend und diuretisch wirken (J. Delarge, Arzneim.-Forsch./Drug. Res. 38 (I), 1988, 144), wobei das Sulfoπamid seinerseits aus 4-Chlorpyridin-3-sulfonsäu- rechlorid hergestellt wird.
Aus der DE 25 14 334 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung von chlorierten Pyridin- 3-sulfonsäurederivaten beschrieben, wobei ausgehend von 4-Pyridinol-3-sulfon- säure zunächst die Chlorierung mittels eines Gemisches aus PCI5 und POCI3 erfolgt. Das überschüssige POCI3 und PCI5 wird im Vakuum abgezogen und der verbleibende Rückstand in mehreren Schritten kompliziert aufgearbeitet. Ähnliche Verfahren unter der Verwendung von PCI5/POCI3 sind aus der Literatur bekannt (L. Thunus, Annales pharmaceutiques francaises, 33, 1975, 487; Tullio et. al, Tetrahedron 51 , 1995, 3221 , sowie EP 0 618 209 A1 , DE 25 14 334 und FR 88.352).
Die Chlorierung erfolgt dabei in einem Schritt durch die Substitution der OH-Grup- peπ am Ring und im Sulfonsäurerest unter Bildung von Chlorwasserstoff und POCI3. Als Halogenierungsmittel dient ausschließlich das stets im Überschuß eingesetzte Phosphorpentachlorid, während Phosphoroxidchlorid als Lösungsmittel eingesetzt wird, da es auch bei der Umsetzung des Phosphorpentachlorids im Reaktionsgemisch anfällt. Phosphoroxidchlorid selbst führt nicht zur Chlorierung. Nach der Reaktion kann es destillativ aus dem Gemisch entfernt und ohne weitere Reinigungsschritte für den nächsten Ansatz wiederverweπdet werden.
Andere Chlorierungsmittel, wie beispielsweise Thionychiorid, Sulfurylchlorid oder auch Phosphortrichlorid ersetzen im wesentlichen nur die phenolische OH-Gruppe und sind von daher für die Reaktion nicht geeignet.
Nachteilig an den bekannten Verfahren ist es, daß bei Ansätzen technischer Größenordnung die Ausgangsmatehalen nicht von Beginn an zusammengefügt werden können, da dies zu nicht mehr beherrschbaren Reaktionsverläufen unter heftiger Gasentwicklung führen kann. Daher erfolgt gemäß dem Stand der Technik eine langsame dosierte Zugabe der Säure zu dem siedenden Gemisch aus Phos- phorpentachlorid und Phosphoroxidchlorid, sowie gegebenenfalls auch eine Nachdosierung von PCI5.
Die Dosierung der im festen Zustand vorliegenden Reaktanden (Hydroxypyridinsulfonsäure und PCI5) führt jedoch zu erheblichen Problemen. Für die Zugabe ergeben sich verschiedene Möglichkeiten. Entweder muß der Reaktor geöffnet werden, wobei die aggressiven Chemikalien HCI und POCI3 freigesetzt werden oder die Zuführung erfolgt mit Hilfe von Transportmitteln für Feststoffe, wie beispielsweise Transportschnecken. Auch in diesem Fall ergeben sich Probleme, da der Kontakt der Festsubstanzen mit dem siedenden POCI3 zu nicht mehr transportierbaren Verklebungen und Verbackungen führt.
Da Phophorpentachlohd stets im Überschuß zugesetzt wird, sublimiert nicht umgesetztes PCI5 bei der Abdestillation des Lösungsmittels (POCI3) und führt zu Verkantungen und Verstopfungen der Kühler. Darüber hinaus sind zusätzliche Reak- tionsschritte zur Zerstörung des überschüssigen Halogenierungsmittels durch Hydrolyse auf Eis, ggf. Neutralisation mit Alkali und anschließender Extraktion notwendig. Die Ausbeuten der bekannten Verfahren liegen bei ca. 70%.
Die Aufgabe bestand daher darin ein Verfahren zu finden, mit dem sich chlorierte Pyhdinsulfonsäurederivate technisch einfach und in hoher Ausbeute herstellen lassen.
Die Aufgabe läßt sich überraschenderweise dadurch lösen, daß man die Chlorierung der Hydroxypyridinsulfoπsäuren mit Hilfe eines aus der Carboπsäure- Chemie bekannten Phosphortrichlorid-Chlor-Gemisches durchführt (siehe u. a. DE-OS 1 795 361 , DE 28 31 777 A1 ), wobei man erfinduπgsgemäß a) in ein Gemisch von Hydroxypyridinsulfonsäure und von Phosphortrichlorid bei Temperaturen von 70 bis 90°C Chlorgas einleitet und wobei man Phosphortrichlorid im Überschuß bis zur stöchiometrischen Menge und Chlorgas in stöchiometrischer Menge bis zu einem geringen Unterschuß bezogen auf die Hydroxypyridinsulfonsäure einsetzt; b) anschließend auf Temperaturen von 100 bis 120°C erwärmt; c) das gebildete Phosphoroxidchlorid und ggf. überschüssiges Phosportrichlo- rid destillativ entfernt; d) den Rückstand mit einem organischen Lösungsmittel aufnimmt; e) die flüssige Phase zur Gewinnung des chlorierten Pyridinsulfonsäurechlorids im Vakuum destilliert.
Dazu werden zunächst das flüssige Phosphortrichlorid und die Säure vorlegt und das Gemisch unter Rückfluß erhitzt. Anschließend wird Chlor in der Hitze in die Reaktionsmischung eingeleitet, wodurch sowohl eine Substitution der phenoli- sehen OH-Gruppe als auch der Hydroxylgruppe im Säurerest erfolgt. Überraschenderweise tritt dabei keine Kernchlorierung des Pyridins durch das eingesetzte Chlor auf, sondern ausschließlich der Austausch der Hydroxylgruppen.
Man läßt in an sich bekannter Weise nachreagiereπ und destilliert Phosphoroxidchlorid und ggf. überschüssiges PCI3 ab. Der Rückstand wird mit einem vorzugsweise halogenfreien Lösungsmittel, wie beispielsweise Toluol oder Methyl-tert- butylether (MTBE) aufgenommen und eventuell filtriert. Ebenso können haloge- nierte Lösungsmittel, wie beispielsweise Methylenchlorid, Ethylenchlorid oder auch Chloroform eingesetzt werden. Aus umweltschutzrechtlichen Gesichtspunkten wird jedoch der Einsatz von halogenfreien Lösungsmitteln bevorzugt.
Durch den stöchiometrischen bzw. unterschüssigen Einsatz von Chlor verbleibt nahezu kein unverbrauchtes Chlorierungsmittel im Reaktionsgemisch. Das Sul- fonsäurechlorid kann somit direkt destillativ aus dem mit dem Lösungsmittel aufgenommen Rückstand in hoher Ausbeute von über 90% und hohem Reinheitsgrad von über 98% (HPLC) erhalten werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zur weiteren Erhöhung des Reinheitsgrades des Produktes die organische Phase zur Trennung von eventuell verbliebenem POCI3 mit Wasser ausgerührt, die wäss- rige Phase abgetrennt und das Lösungsmittel im Vakuum abgezogen.
Es hat sich gezeigt, daß Phosphortrichlorid sowohl in einem Überschuß, als auch bis zu stöchiometrischen Menge eingesetzt werden kann, vorzugsweise erfolgt zur Minimierung des Materialbedarfs die Vorlage eines ca. 0,15 bis 0,2-facheπ Überschusses. Das Chlor wird erfindungsgemäß in äquimolaren Mengen bzw. einem geringen Unterschuß eingesetzt. Vorzugsweise wird mit einem ca. 0,02 bis 0,05 Mol%igem Chlor-Unterschuß gearbeitet. In diesem Fall verbleibt kein unverbrauchtes Chlorierungsmittel im Reaktioπsgemisch, wodurch sich die Aufarbeitung des Ansatzes nach der Abtrennung von POCI3 und PCI3 durch die Möglichkeit der direkten destillativeπ Gewinnung des Pyridinsulfonsäurechiorids aus dem mit dem organischen Lösungsmittel aufgenommenen Reaktionsgemisch erheblich vereinfacht.
Die Reaktion läuft in einem Gemisch aus Phosphortrichlorid und der Säure ab, wobei im Verlauf der Reaktion Phosphoroxidchlorid gebildet wird, daß als zusätzliches Lösungsmittel dient. Vorteilhaft kann jedoch eine Zugabe von Phosphoroxidchlorid zur Reaktionsmischung zur anfänglichen Verbesserung der Löslichkeit erfolgen. Typischerweise liegen diese Mengen im Bereich von 0,5 bis 5 Mol bezogen auf 1 Mol eingesetzte Säure.
Als Ausgangsmaterial für das erfindungsgemäße Verfahren können beliebige Hy- droxypyridinsulfoπsäuren dienen. Bevorzugt werden jedoch Hydroxypyridin-3-sul- fonsäuren, insbesondere 4-Hydroxypyridin-3-sulfonsäure eingesetzt
Das chlorierte Pyridinsulfonsäurechlorid wird in nahezu quantitativer Ausbeute erhalten.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ergibt sich durch den Umgang mit dem flüssigen Phosphortrichlorid und dem gasförmigen Chlor eine wesentlich vereinfachte Verfahrensführung im Vergleich mit der Handhabung des festen und aggressiven PCI5. Der Ablauf der Reaktion kann sehr einfach über die Menge und Einleitungsgeschwiπdigkeit des Chlorgases gesteuert werden. Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltene organische Phase, welche das chlorierte Pyridinsulfonsäurechlorid enthält kann vorteilhaft ohne Isolierung des Sulfonsäurechlorids zur Herstellung von chlorierten Pyrjdinsulfonamiden verwendet werden. Dazu wird die organische Phase nach dem Waschvorgang unter Rühren mit Ammoπiakwasser vermischt. Der pH-Wert der Mischung soll dabei im neutralen bis schwach basischen Bereich von etwa 7 bis 9,5 liegen.
Da die Löslichkeit des Produktes im Basischen steigt und dadurch Ausbeuteverluste auftreten können wird nach Beendigung der Reaktion, bei der ein leichter Ammoniaküberschuß vorliegt ggf. mit Säure, wie Salzsäure oder sauren Salzen der pH-Wert der Lösung auf 7 bis 9,5 eingestellt.
Zum Erhalt anderer Säureamide können wässrige Lösungen der entsprechenden Amine eingesetzt werden.
Nach der Reaktion wird das in der wässrigeπ und organischen Phase schwerlösliche Produkt abfiltriert, mit Wasser chloridfrei und anschließend nochmals mit organischem Lösungsmittel gewaschen. Die Trocknung des gebildeten Amids erfolgt bei Temperaturen von unter 50°C, vorzugsweise bei Raumtemperatur, da das Produkt insbesondere im feuchten Zustand thermolabil ist. Das Produkt wird mit einer Ausbeute von etwa 77 bis 85% erhalten.
Beispiel 1 (Vergleichsbeispiel mit Cl2-Überschuß)
4-Chlorpyridin-3-sulfonsäurechlorid und 4-Chlorpyridin-3-sulfonamid
Die Vorlage aus 1137,5 g (6,49 Mol) 4-Hydroxypyridin-3-sulfoπsäure, 3481 g (2085 ml/22,7 Mol) Phosphoroxidchlorid und 2115 g (1345 ml/15,4 Mol) Phosphortrichlorid wird unter Rühren zum Rückfluß erhitzt, wobei die Sumpftemperatur auf ca. 80°C steigt. In ungefähr 3 Stunden werden in das Reaktionsgemisch 1092 g (15,4 Mol) Chlorgas eingeleitet, welches sofort von der Mischung aufgenommen wird. Unter HCI-Entwickiung steigt die Sumpftemperatur auf ca. 100°C. Nach 24 Stunden Rühren unter Rückfluß, wobei die Sumpftemperatur auf 110°C in den Siedebereich des Phosphoroxidchlorids steigt, wird das Gemisch fast klar. 5550 g (3313 ml) Phosphoroxidchlorid werden im Wasserstrahlvakuum abdestilliert und können wiederverweπdet werden. Der Rückstand wird bei ca. 40°C mit 5030 g (4000 ml) Ethylenchlorid aufgenommen und unter äußerer Wasserkühlung bei max. 30°C portionsweise mit 2600 ml Wasser versetzt. Nach der Trennung der Phasen wird die organische Phase 2mal mit je 2500 ml Wasser ausgerührt. Durch das Abdestillieren des Lösungsmittels und Trocknen im Vakuum kann das 4- Chlorpyridin-3-sulfonsäurechlorid in praktisch quantitativer Ausbeute isoliert werden.
Technisch wird jedoch zur Herstellung des Sulfonsäureamids die Lösung direkt unter weiterem Rühren und äußerer Kühlung portionsweise mit 1015 g (1120 ml/14,93 Mol) 25%igem Ammoniakwasser vermischt. Dabei soll die Temperatur 30-35°C nicht übersteigen. Man läßt ca. 3 Stunden intensiv nachrühren, wobei der pH-Wert im basischen Bereich verbleiben soll. Anschließend wird mit ca. 195 g (165 ml/1 ,95 Mol) konzentrierter Salzsäure neutralisiert und nach weiteren 3 Stunden Rühren abfiltriert. Der Rückstand wird mit 3250 ml Wasser und anschlie- ßend mit 2075 g (1650 ml) Ethylenchlorid gewaschen und an der Luft bei Raumtemperatur getrocknet.
Man erhält ca. 1050 g (5,45 Mol) 4-Chlorpyridin-3-sulfonamid in ca. 84% Ausbeute. Das Produkt weist einen Schmelzpunkt von 152°C unter Zersetzung und einen Chlorgehalt von 18,1 bis 18,6% auf. Die Reinheit beträgt 99% (HPLC).
Als Lösungsmittel kann auch Chloroform verwendet werden, wobei in diesem Fall aufgrund der geringeren Löslichkeit des 4-Chlorpyridin-3-sulfonsäurechlorids das doppelte Lösungsmittelvolumen benötigt wird.
Beispiel 2
4-Chlorpyridin-3-sulfonsäurechlorid und 4-Chlorpyridin-3-sulfonamid
Die Vorlage aus 1137,5 g (6,49 Mol) 4-Hydroxypyridiπ-3-sulfonsäure, 3481 g (2085 ml/22,7 Mol) Phosphoroxidchlorid und 2115 g (1345 ml/15,4 Mol) Phosphortrichlorid wird unter Rühren zum Rückfluß erhitzt, wobei die Sumpftemperatur auf ca. 80°C steigt. In ungefähr 3 Stunden werden in das Reaktionsgemisch 920 g (12,98 Mol) Chlorgas eingeleitet, welches sofort von der Mischung aufgenommen wird. Unter HCI-Entwicklung steigt die Sumpftemperatur auf ca. 100°C. Nach 24 Stunden Rühren unter Rückfluß, wobei die Sumpftemperatur auf 110°C in den Siedebereich des Phosphoroxidchlorids steigt, wird das Gemisch fast klar. 5550 g (3313 ml) Phosphoroxidchlorid werden im Wasserstrahlvakuum abdestilliert und können wiederverwendet werden. Der Rückstand wird bei ca. 40°C mit 5030 g (4000 ml) Ethylenchlorid aufgenommen und unter äußerer Wasserkühlung bei max. 30°C portionsweise mit 2600 ml Wasser versetzt. Nach der Trennung der Phasen wird die organische Phase 2mal mit je 2500 ml Wasser ausgerührt. Durch das Abdestillieren des Lösungsmittels und Trocknen im Vakuum kann das 4- Chlorpyridin-3-sulfonsäurechlorid in praktisch quantitativer Ausbeute isoliert werden.
Technisch wird jedoch zur Herstellung des Sulfonsäureamids die Lösung direkt unter weiterem Rühren und äußerer Kühlung portionsweise mit 1015 g (1120 ml/14,93 Mol) 25%igem Ammoniakwasser vermischt. Dabei soll die Temperatur 30-35°C nicht übersteigen. Man läßt ca. 3 Stunden intensiv nachrühren, wobei der pH-Wert im basischen Bereich verbleiben soll. Anschließend wird mit ca. 195 g (165 ml/1 ,95 Mol) konzentrierter Salzsäure neutralisiert und nach weiteren 3 Stunden Rühren abfiltriert. Der Rückstand wird mit 3250 ml Wasser und anschließend mit 2075 g (1650 ml) Ethylenchlorid gewaschen und an der Luft bei Raumtemperatur getrocknet.
Man erhält ca. 1050 g (5,45 Mol) 4-Chlorpyridin-3-sulfonamid in ca. 84% Ausbeute. Das Produkt weist einen Schmelzpunkt von 153°C unter Zersetzung auf. Die Reinheit beträgt 99,6% (HPLC).
Als Lösungsmittel kann auch Chloroform verwendet werden, wobei in diesem Fall aufgrund der geringeren Löslichkeit des 4-Chlorpyridiπ-3-sulfonsäurechlorids das doppelte Lösungsmittelvolumen benötigt wird.
Beispiel 3
4-Chlorpyridin-3-sulfonamid
Es werden 25 g (0,16 mol) Phosphoroxidchlorid vorgelegt und 103 g (0,75 mol) Phosphortrichlorid zugesetzt. Unter Rühren werden zur Lösung 56,3 g (0,32 mol) 4-Hydroxypyridiπ-3-sulfonsäure gegeben und auf ca. 80 °C zum Rückfluß erhitzt. Dann werden 44,5 g (0,62 mol) Chlor innerhalb von 3 bis 4 Stunden eingeleitet, wobei die Rückflußtemperatur auf 103 bis 108°C steigt. Man läßt 20 Stunden unter Rühren nachreagieren, wobei die Temperatur auf 105 bis 110°C steigt und die gelbliche Lösung fast klar wird. Dann wird auf ca. 50°C abgekühlt und Phosphoroxidchlorid und PCI3 unter Vakuum vollständig abdestilliert. Der Destillatioπsrück- stand wird mit 200 ml Toluol versetzt, bei 20 bis 25°C abfiltriert und der Filterrückstand nochmals mit wenig Toluol gewaschen. Die organische Phase wird 2mal mit jeweils 100 ml Wasser ausgerührt und die wässrige Phase abgetrennt. Die toluolische Phase wird mit 30 ml Aceton gemischt und 52 bis 55 ml (0,67 - 0,7 mol) einer 24%igen wässrigen Ammoniaklösung bei 20 bis 25°C unter Rühren innerhalb von ca. 3 Stunden zugetropft. Weitere 9 Stunden wird πachgerührt, wobei der pH-Wert der Lösung am Ende der Reaktion bei ca. 9 liegt. Das ausgefallene Produkt wird abgesaugt und 3mal mit jeweils 50 ml Wasser chloridfrei und anschließend 2mal mit je 50 ml Toluol gewaschen. Das Produkt wird bei Raurrv temperatur getrocknet. Man erhält 51 ,6 g (0,268 mol) 4-Chlorpyridin-3-sulfonamid mit einem Schmelzpunkt von 153°C (Zersetzung), entsprechend einer Ausbeute von ca. 84%. Die Reinheit beträgt 99,7% (HPLC).
Die Zugabe von Aceton (vorzugsweise 15% bezogen auf den Toluoleinsatz) ist für die Reinheit und Ausbeute unerheblich. Durch den Zusatz wird einerseits ein Anbacken des Produkts an der Reaktorwandung verhindert und andererseits eine bessere Durchmischung der Phasen und damit letztlich eine Beschleunigung der Reaktion erreicht.
Anstelle von Toluol kann auch MTBE als Lösungsmittel eingesetzt werden.
Beispiel 4
4-Chlorpyridiπ-3-sulfonamid
Es werden 137 g Phosphortrichlorid vorgelegt. Unter Rühren werden zur Lösung 56,3 g (0,32 mol) 4-Hydroxypyridin-3-sulfonsäure gegeben und auf ca. 77 °C zum Rückfluß erhitzt. Dann werden 44,5 g (0,62 mol) Chlor innerhalb von 3 bis 4 Stunden eingeleitet, wobei die Rückflußtemperatur nach und nach ansteigt. Man läßt 20 Stunden unter Rühren nachreagieren, wobei die Temperatur auf 105 bis 110°C steigt und die gelbliche Lösung fast klar wird. Dann wird auf ca. 50°C abgekühlt und Phosphoroxidchlorid und PCI3 unter Vakuum vollständig abdestilliert. Der Destillationsrückstaπd wird mit 200 ml Toluol versetzt, bei 20 bis 25°C abfiitriert und der Filterrückstand nochmals mit wenig Toluol gewaschen. Die organische Phase wird 2mal mit jeweils 100 ml Wasser ausgerührt und die wässrige Phase abgetrennt. Die toluolische Phase wird mit 30 ml Aceton gemischt und 52 bis 55 ml (0,67 - 0,7 mol) einer 24%igen wässrigen Ammoniaklösung bei 20 bis 25°C unter Rühren innerhalb von ca. 3 Stunden zugetropft. Weitere 9 Stunden wird nachgerührt, wobei der pH-Wert der Lösung am Ende der Reaktion bei ca. 9 liegt. Das ausgefallene Produkt wird abgesaugt und 3mal mit jeweils 50 ml Wasser chloridfrei und anschließend 2mal mit je 50 ml Toluol gewaschen. Das Produkt wird bei Raumtemperatur getrocknet. Man erhält 51 ,1 g (0,265 mol) 4-Chlorpyri- din-3-sulfonamid mit einem Schmelzpunkt von 153°C (Zersetzung), entsprechend einer Ausbeute von ca. 83%. Die Reinheit beträgt 99,7% (HPLC).
Die Zugabe von Aceton (vorzugsweise 15% bezogen auf den Toluoleinsatz) ist für die Reinheit und Ausbeute unerheblich. Durch den Zusatz wird einerseits ein Anbacken des Produkts an der Reaktorwanduπg verhindert und andererseits eine bessere Durchmischung der Phasen und damit letztlich eine Beschleunigung der Reaktion erreicht.
Anstelle von Toluol kann auch MTBE als Lösungsmittel eingesetzt werden.
Beispiel 5
4-Chlorpyridin-3-sulfonsäurechlorid
Wie unter Beispiel 4, jedoch werden 150 g (0,98 mol) Phosphoroxidchlorid, 618 g (4,5 mol) Phosphortrichlorid und 336 g (1 ,92 mol) 4-Hydroxypyridin-3-sulfonsäure vorgelegt und 267 g (3,75 mol) Chlor im Unterschuß innerhalb von 6 Stunden eingeleitet. Nach Zugabe von 1200 ml Toluol und Ausrühren mit 2mal 300 ml Wasser wird die organische Phase abgetrennt und das Toluol im Vakuum entfernt. Das Produkt wird bei einer Kopftemperatur von 84 bis 105°C und 0,1 bis 0,2 mmHg im Vakuum überdestilliert. Man erhält 372 g (1 ,75 mol) 4-Chlorpyridin-3- sulfonsäurechlorid, entsprechend einer Ausbeute von 93,3% bezogen auf das eingesetzte Chlor und von 91 ,4% bezogen auf die vorgelegte 4-Hydroxypyridin-3- sulfoπsäure. Das erhaltene 4-Chlorpyridin-3-sulfonsäurechlorid weist einen Schmelzpunkt von 44°C (farblose Schmelze) auf. Das 'H-NMR-Spekrum (CDCI3) zeigt folgende Strukturen: 7,70 (d, 1 H), 8,80 (d, 1 H) und 9,20 (s, 1 H). Die Reinheit'beträgt 99,8% (HPLC).
Das Produkt kann gegebenenfalls auch direkt nach Abdestillation von PCI3 und POCI3 im Vakuum destilliert werden.
Beispiel 6
4-Chlorpyridin-3-sulfonsäurechlorid
Wie unter Beispiel 4, jedoch werden 893 g (6,5 mol) Phosphortrichlorid und 336 g (1 ,92 mol) 4-Hydroxypyridin-3-sulfonsäure vorgelegt und 267 g (3,75 mol) Chlor im Unterschuß innerhalb von 6 Stunden eingeleitet. Nach der Zugabe von 1200 ml Toluol und Ausrühren mit 2mal 300 ml Wasser wird die organische Phase abgetrennt und das Toluol im Vakuum entfernt. Das Produkt wird bei einer Kopftemperatur von 84 bis 105°C und 0,1 bis 0,2 mmHg im Vakuum überdestilliert. Man erhält 366 g (1 ,72 mol) 4-Chlorpyridin-3-sulfonsäurechlorid, entsprechend einer Ausbeute von 91 ,8% bezogen auf das eingesetzte Chlor und von 90,0% bezogen auf die vorgelegte 4-Hydroxypyridin-3-sulfoπsäure.
Das erhaltene 4-Chlorpyridin-3-sulfonsäurechlorid weist einen Schmelzpunkt von 44°C (farblose Schmelze) auf. Das 1H-NMR-Spekrum (CDCI3) zeigt folgende Strukturen: 7,70 (d, 1 H), 8,80 (d, 1 H) und 9,20 (s, 1 H). Die Reinheit beträgt 99,8% (HPLC). Das Produkt kann gegebenenfalls auch direkt nach Abdestillation von PCI3 und POCI3 im Vakuum destilliert werden.
Beispiel 7
4-Chlorpyridin-3-sulfonsäurechlorid
Wie unter Beispiel 3, jedoch werden 150 g (0,98 mol) Phosphoroxidchlorid, 618 g (4,5 mol) Phosphortrichlorid und 336 g (1 ,92 mol) 4-Hydroxypyridin-3-suifonsäure vorgelegt und 267 g (3,75 mol) Chlor im Unterschuß innerhalb von 6 Stunden eingeleitet. Nach der Zugabe von 1200 ml Toluol werden die unlöslichen Bestandteile abfiltriert. Das Toluol und restliches Phosphoroxidchlorid werden im Vakuum entfernt. Das Produkt wird bei einer Kopftemperatur von 84 bis 105°C und 0,1 bis 0,2 mmHg im Vakuum überdestilliert. Man erhält 371g (1 ,75 mol) 4-Chiorpyridin-3- sulfonsäurechlorid, entsprechend einer Ausbeute von 93,0% bezogen auf das eingesetzte Chlor und von 91 ,1 % bezogen auf die vorgelegte 4-Hydroxypyridiπ-3- sulfonsäure.
Das erhaltene 4-Chlorpyridin-3-sulfonsäurechlorid weist einen Schmelzpunkt von 44°C (farblose Schmelze) auf. Das 1H-NMR-Spekrum (CDCI3) zeigt folgende Strukturen: 7,70 (d, 1 H), 8,80 (d, 1 H) und 9,20 (s, 1 H). Die Reinheit beträgt 98,5% (HPLC).

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung von chlorierten Pyridinsulfonsäurechloriden der al gemeinen Formel I
Figure imgf000017_0001
aus Hydroxypyridinsulfonsäuren der allgemeinen Formel II
Figure imgf000017_0002
durch die Substitution der ringständigen OH-Gruppe und der OH-Gruppe des Säurerestes durch ein Chlorierungsmittel dadurch gekennzeichnet, daß man als Chlorierungsmittel ein Gemisch aus Phosphortrichlorid und Chlorgas verwendet, wobei man a) in ein Gemisch von Hydroxypyridinsulfonsäure und von Phosphortrichlorid bei Temperaturen von 70 bis 90°C Chlorgas einleitet, wobei man Phosphortrichlorid im Überschuß bis zur stöchiometrischen Menge und Chlorgas in stöchiometrischer Menge bis zu einem geringen Unterschuß bezogen auf die Hydroxypyridinsulfonsäure einsetzt; b) anschließend auf Temperaturen von 100 bis 120°C erwärmt; c) das gebildete Phosphoroxidchlorid und ggf. überschüssiges Phosportrichlo- rid destillativ entfernt; d) den Rückstand mit einem organischen Lösungsmittel aufnimmt; e) die flüssige Phase zur Gewinnung des chlorierten Pyridinsulfonsäurechiorids im Vakuum destilliert.
2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß man Phosphortrichlorid im 0,15 bis 0,2-fachen Überschuß und Chlorgas in einem Unterschuß von 0,02 bis 0,05 Mol% einsetzt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, daß man als organische Lösungsmittel Toluol, MTBE, Chloroform, Methylenchlorid oder Ethylenchlorid verwendet.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktionsmischung vor der Chlorierung Phosphoroxidchlorid zugesetzt wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß man als Hydroxypyridinsulfonsäure 4-Hydroxypyridin-3-sulfonsäure einsetzt.
6. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, daß man den mit einem organischen Lösungsmittel aufgenommenen Rückstand der Abdestillation von Phosphoroxidchlorid und Phosphortrichlorid mit Wasser ausrührt, die organische Phase zur Gewinnung des Chlorpyridin- sulfonsäurechlorids eindampft und das Produkt im Vakkuum bei 0,1 bis 0,3 mmHg und einer Temperatur von 80 bis 115°C destilliert.
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