WO2001010804A2 - Verfahren zur herstellung von gegebenenfalls substituierten dichloraromaten - Google Patents
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- C07—ORGANIC CHEMISTRY
- C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
- C07C17/00—Preparation of halogenated hydrocarbons
- C07C17/093—Preparation of halogenated hydrocarbons by replacement by halogens
Definitions
- the invention relates to a process for the preparation of optionally substituted dichloroaromatics by reacting optionally substituted nitrochloroaromatics with hydrogen chloride in the presence of a Lewis acid catalyst.
- Dichloroaromatic compounds are increasingly being used as starting materials and intermediates for pharmaceuticals and crop protection agents. Their manufacture is therefore of particular importance.
- 1, 2-dichlorobenzene can also be obtained by reacting 1, 2-nitrochlorobenzene with chlorine gas in the presence of a trace of iron, with a complexation of iron or other metals
- Alkylaryl phosphite is added.
- a disadvantage of this process is that the product mixture contains approximately 79% 1,2-nitrochlorobenzene and only approximately 20% of the desired 1,2-dichlorobenzene.
- the object of the present invention was therefore to provide a versatile process with which dichloroaromatics can be produced in high yields and purities.
- the invention relates to a process for the preparation of optionally substituted dichloroaromatics of the formula (I)
- n 0, 1, 2, 3 or 4 and X is the same or different and is fluorine or straight-chain or branched C 1 -C 4 alkyl, or two adjacent radicals X together with the carbon atoms to which they are bonded one form fused aromatic 5- or 6-membered ring which is optionally substituted by fluorine and / or straight-chain or branched Ci-C-alkyl,
- the process according to the invention enables the production of 1,2-, 1,3- or 1,4-dichloroaromatics of the formula (I) in a process-technically simple manner with high
- Nitrochloroaromatics of the formula (II) in which n 0, 1 or 2 are preferably used in the process according to the invention. N is particularly preferably 0 or 1. Nitrochloroaromatics of the formula II in which X is fluorine, methyl or ethyl are also preferably used. Mixtures and in particular isomer mixtures of nitrochloroaromatics of the formula II can also be used.
- the chlorine substituent in the nitrochloroaromatics of the formula (II) can be in the o, m or p position to the nitro group. It is preferably in the o-position to the nitro group. O-, m-, p-nitrochlorobenzene or a mixture of these is particularly preferably used.
- nitrochloroaromatics of the formula (II) used as starting materials can be obtained in various ways. It is known e.g. the production of nitrochlorobenzenes by nitrating chlorobenzene. This gives mainly 1,4-nitrochlorobenzene, but also 1,2-nitrochlorobenzene and in small amounts 1,3-
- DE-OS-21 56 285 describes, for example, a process for the preparation of 3-chloronitrobenzene by chlorination of nitrobenzene, it being decisive that the presence of catalysts is carried out, on the one hand iodine and on the other hand iron and / or iron halides and / or Contain antimony and / or antimony halides. From DE-OS-20 21 197 it is also known in the production of 3-chloronitrobenzene by chlorination of nitrobenzene iodine in a ratio of 0.1-0.8% by weight and anhydrous iron (III) chloride in a ratio of
- All other starting materials can also be prepared by methods familiar to the person skilled in the art by usually subjecting the aromatics on which they are based to chlorination and nitration, it being possible in each case to obtain particular isomer distributions by varying the order of the two steps.
- the process according to the invention is carried out at a temperature of 150-300 ° C., preferably 180-230 ° C. and in particular 200-230 ° C.
- the hydrogen chloride is usually introduced as a gas in the process according to the invention. It is also possible to use aqueous concentrated HC1, but gaseous hydrogen chloride is preferably used.
- Lewis acids such as, for example, antimony trichloride, antimony pentachloride, antimony oxychloride, aluminum chloride or aluminum oxychloride or mixtures thereof, have proven particularly useful as Lewis acid catalysts.
- Boron trifluoride, titanium tetrachloride or tin tetrachloride can also be used alone or in a mixture - if appropriate also with the strong Lewis acids mentioned above.
- Protonic acids which cannot be substituted in the process according to the invention can also be used. Strong protonic acids such as CH 3 SO 3 H, CF 3 SO 3 H or C 4 F 9 SO 3 H are preferred.
- Antimony trichloride and antimony pentachloride are particularly preferably used as Lewis acid catalysts.
- alkali or alkaline earth metal halide for example, lithium chloride, sodium chloride, potassium chloride, cesium chloride, magnesium chloride or calcium chloride can be used.
- Sodium chloride is preferably used.
- the alkali metal or alkaline earth metal chloride is usually added in an amount of 1-50% by weight, preferably 15-30% by weight, per mole of nitrochloroaromatic of the formula (II).
- the process according to the invention offers an interesting possibility for converting the 1,2-nitrochlorobenzene, which usually also occurs in the nitration of chlorobenzene, in addition to the desired 1,4-nitrochlorobenzene, as well as the 1,3-nitrochlorobenzene which is formed in small quantities into the corresponding dichlorobenzenes to be transferred.
- example 1 the 1,2-nitrochlorobenzene, which usually also occurs in the nitration of chlorobenzene, in addition to the desired 1,4-nitrochlorobenzene, as well as the 1,3-nitrochlorobenzene which is formed in small quantities into the corresponding dichlorobenzenes to be transferred.
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Abstract
Bereitgestellt wird ein Verfahren zur Herstellung von Dichloraromaten durch Umsetzung von Nitrochloraromaten mit Chlorwasserstoff unter Einsatz von Lewis Säuren als Katalysator und in Gegenwart eines Alkali- oder Erdalkalihalogenids.
Description
Verfahren zur Herstellung von gegebenenfalls substituierten Dichloraromaten
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von gegebenenfalls substituierten Dichloraromaten durch Umsetzung von gegebenenfalls substituierten Nitrochlor- aromaten mit Chlorwasserstoff in Gegenwart eines Lewis-Säure Katalysators.
Dichloraromatische Verbindungen finden zunehmend Anwendung als Edukte und Zwischenprodukte für Pharmazeutika und Pflanzenschutzmittel. Ihrer Herstellung kommt daher besondere Bedeutung zu.
Bei der direkten Chlorierung von Benzol in Gegenwart eines Chlorierungsmittels wie z.B. Eisen(III)chlorid oder Aluminiumchlorid wird als Hauptprodukt Chlorbenzol in 80-90%iger Ausbeute erhalten. 1,2- und 1,4-Dichlorbenzole werden bei dieser Reaktion nur als Nebenprodukte in geringen Mengen gebildet. Durch Erhöhung der Menge des eingesetzten Chlorierungsmittels können größere Mengen 1,4-Dichlor- benzol neben 1,2-Dichlorbenzol und wenig 1,3-Dichlorbenzol hergestellt werden.
Gemäß Chemical Abstracts 1987, 106, 20286 h kann 1 ,2-Dichlorbenzol auch durch Umsetzung von 1 ,2-Nitrochlorbenzol mit Chlorgas in Anwesenheit einer Spur Eisen gewonnen werden, wobei zur Komplexierung von Eisen oder anderen Metallen ein
Alkylarylphosphit zugesetzt wird. Nachteilig an diesem Verfahren ist jedoch, daß das Produktgemisch ca. 79 % 1,2-Nitrochlorbenzol und nur ca. 20% des gewünschten 1 ,2-Dichlorbenzols enthält.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung bestand somit darin, ein vielseitig einsetzbares Verfahren bereitzustellen, mit dem Dichloraromaten in hohen Ausbeuten und Reinheiten hergestellt werden können.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von gegebenenfalls sub- stituierten Dichloraromaten der Formel (I)
wobei n gleich 0, 1, 2, 3 oder 4 ist und X gleich oder verschieden ist und Fluor oder geradkettiges oder verzweigtes Cι-C -Alkyl bedeutet, oder aber zwei benachbarte Reste X gemeinsam mit den Kohlenstoffatomen, an die sie gebunden sind, einen annellierten aromatischen 5- oder 6-gliedrigen Ring bilden, der gegebenenfalls durch Fluor und/oder geradkettiges oder verzweigtes Ci-C -Alkyl substituiert ist,
durch Umsetzung von gegebenenfalls substituierten Nitrochloraromaten der For- mel (II)
wobei X und n die zuvor für die Formel I genannten Bedeutungen haben,
mit Chlorwasserstoff unter Einsatz von Lewis-Säuren als Katalysator und in Gegenwart eines Alkali- oder Erdalkalihalogenids.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht die Herstellung von 1,2-, 1,3- bzw. 1,4- Dichloraromaten gemäß Formel (I) in verfahrenstechnisch einfacher Weise mit hoher
Ausbeute.
Bevorzugt werden im erfindungsgemäßen Verfahren Nitrochloraromaten der Formel (II) eingesetzt, bei denen n = 0, 1 oder 2 ist. Besonders bevorzugt ist n = 0 oder 1. Bevorzugt werden ferner Nitrochloraromaten der Formel II eingesetzt, bei denen X für Fluor, Methyl oder Ethyl steht. Es können auch Gemische und insbesondere Isomerengemische von Nitrochloraromaten der Formel II eingesetzt werden.
Der Chlor-Substituent in den Nitrochloraromaten der Formel (II) kann sich in o-, m- oder p-Stellung zur Nitrogruppe befinden. Bevorzugt befindet er sich in o-Stellung zur Nitrogruppe. Besonders bevorzugt wird o-, m-, p-Nitrochlorbenzol oder ein Ge- misch dieser eingesetzt.
Die als Edukte eingesetzten Nitrochloraromaten der Formel (II) sind dabei auf verschiedenen Wegen zugänglich. Bekannt ist z.B. die Herstellung von Nitrochlorben- zolen durch Nitrierung von Chlorbenzol. Hierbei wird vor allem 1,4-Nitrochlorben- zol erhalten, daneben aber auch 1,2-Nitrochlorbenzol und in geringen Mengen 1,3-
Nitrochlorbenzol.
Auch durch Chlorierung von Nitrobenzol ist eine Herstellung der Nitrochlorbenzole möglich. In der DE-OS-21 56 285 wird beispielsweise ein Verfahren zur Herstellung von 3-Chlornitrobenzol durch Chlorierung von Nitrobenzol beschrieben, wobei entscheidend ist, daß in Gegenwart von Katalysatoren gearbeitet wird, die einerseits Jod und andererseits Eisen und/oder Eisenhalogenide und/oder Antimon und/oder Antimonhalogenide enthalten. Aus der DE-OS-20 21 197 ist ferner bekannt, bei der Herstellung von 3-Chlornitrobenzol durch Chlorierung von Nitrobenzol Jod im Verhält- nis von 0.1-0.8 Gew.% und wasserfreies Eisen(III)-chlorid im Verhältnis von
2-8 Gew.% bezogen auf das eingesetzte Nitrobenzol zu verwenden.
Auch alle übrigen Edukte sind nach dem Fachmann geläufigen Methoden herstellbar, indem man üblicherweise den zugrundeliegenden Aromaten einer Chlorierung und Nitrierung unterwirft, wobei durch Variierung der Reihenfolge beider Schritte jeweils bestimmte Isomerenverteilungen bevorzugt erhalten werden können.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird bei einer Temperatur von 150-300°C, bevorzugt 180-230°C und insbesondere 200-230°C durchgeführt.
Der Chlorwasserstoff wird üblicherweise als Gas in das erfindungsgemäße Verfahren eingeführt. Es ist auch möglich, wäßrige konzentrierte HC1 einzusetzen, bevorzugt wird jedoch gasförmiger Chlorwasserstoff verwendet.
Als Lewis-Säure-Katalysatoren haben sich insbesondere starke Lewis Säuren wie z.B. Antimontrichlorid, Antimonpentachlorid, Antimonoxychlorid, Aluminiumchlorid oder Aluminiumoxychlorid oder Gemische dieser bewährt. Auch Bortrifluorid, Titantetrachlorid oder Zinntetrachlorid können alleine oder im Gemisch - gegebenenfalls auch mit den zuvor genannten starken Lewis-Säuren - verwendet werden. Auch Protonensäuren, die im erfindungsgemäßen Verfahren nicht substitutionsfähig sind, können eingesetzt werden. Bevorzugt sind starke Protonsäuren wie z.B. CH3SO3H, CF3SO3H oder C4F9 SO3H.
Besonders bevorzugt werden als Lewis-Säure Katalysatoren Antimontrichlorid und Antimonpentachlorid eingesetzt.
Es hat sich bewährt, 0.1-30 Gew.%, bevorzugt 0.5-10 Gew.% und insbesondere 1- 3 Gew.% Katalysator pro Mol Nitrochloraromat der Formel (II) einzusetzen.
Als Alkali- oder Erdalkalihalogenid können beispielsweise Lithiumchlorid, Natriumchlorid, Kaliumchlorid, Cäsiumchlorid, Magnesiumchlorid oder Calciumchlorid verwendet werden. Bevorzugt wird Natriumchlorid eingesetzt. Üblicherweise wird das Alkali- oder Erdalkalichlorid in einer Menge von 1-50 Gew.%, bevorzugt 15- 30 Gew.% pro Mol Nitrochloraromat der Formel (II) zugesetzt.
Das erfindungsgemäße Verfahren bietet eine interessante Möglichkeit, um das bei der Nitrierung von Chlorbenzol in der Regel neben dem gewünschten 1,4-Nitro- chlorbenzol ebenfalls anfallende 1,2-Nitrochlorbenzol sowie das in geringen Mengen entstehende 1,3-Nitrochlorbenzol in die entsprechenden Dichlorbenzole zu überfüh- ren.
Beispiel 1
Herstellung von 1 ,2-Dichlorbenzol
319.2 g 1 ,2-Nitrochlorbenzol werden mit 9.16 g Antimontrichlorid und 53 g Kochsalz bei ca. 200°C unter gleichzeitigem Einleiten von HCl-Gas 15 Stunden gerührt. Anschließend wird destilliert, das Destillat in Dichlormethan aufgenommen, diese Lösung mit Wasser gewaschen und eingedampft. Es werden 294 g Rohprodukt entsprechend 98.9 % der Theorie mit einem 1,2-Dichlorgehalt von 98.95 % erhalten. Das Rohprodukt wird anschließend bei 73°C und einem Druck von 28 mm Hg destilliert. Das erhaltene Destillat ist 99.3 %ig an 1,2-Dichlorbenzol.
Beispiel 2
Herstellung von 1,3-Dichlorbenzol
345 g 1,3-Nitrochlorbenzol werden mit 9,1 g Antimontrichlorid und 57.5 g Kochsalz bei 200-220°C unter gleichzeitigem Einleiten von HCl-Gas 29.5 Stunden gerührt. Anschließend wird unter vermindertem Druck destilliert. Man erhält 330 g Rohpro- dukt, das in Dichlormethan aufgenommen, mit Wasser gewaschen und eingedampft wird. Durch eine weitere Destillation bei 80°C und einem Druck von 50 mm Hg werden 251 g 1,3-Dichlorbenzol mit einem Gehalt von 98.5 % erhalten (entsprechend 77.9% der Theorie).
Beispiel 3
Herstellung von 1 ,4-Dichlorbenzol
319.2 g 1,4-Nitrochlorbenzol werden mit 9.36 g Antimontrichlorid und 53 g Koch- salz bei 190-200°C unter gleichzeitigem Einleiten von HCl-Gas 17 Stunden gerührt.
Anschließend wird unter vermindertem Druck destilliert, das erhaltene Rohprodukt
in Dichlormethan aufgenommen, mit Wasser gewaschen und eingedampft. Man erhält 290 g Rohprodukt. Eine weitere Destillation bei 60-62°C und einem Druck von 20 mm Hg liefert kristallines 1,4-Dichlorbenzol mit einem Gehalt von 97.7 %.
Claims
1. Verfahren zur Herstellung von gegebenenfalls substituierten Dichloraromaten der Formel (I)
wobei n gleich 0, 1, 2, 3 oder 4 ist und X gleich oder verschieden ist und Fluor oder geradkettiges oder verzweigtes Ci- -Alkyl bedeutet, oder aber zwei benachbarte Reste X gemeinsam mit den Kohlenstoffatomen, an die sie gebunden sind, einen anneliierten aromatischen 5- oder 6-gliedrigen Ring bilden, der gegebenenfalls durch Fluor und/oder geradkettiges oder verzweigtes Cj-C -Alkyl substituiert ist,
durch Umsetzung von gegebenenfalls substituierten Nitrochloraromaten der
Formel (II)
wobei X und n die zuvor für die Formel (I) genannten Bedeutungen haben, mit Chlorwasserstoff unter Einsatz von Lewis-Säuren als Katalysator und in Gegenwart eines Alkali- oder Erdalkalihalogenids.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß 0.1-30 Gew.%, bevorzugt 0.5-10 Gew.% und insbesondere 1-3 Gew.% Katalysator pro Mol
Nitrochloraromat der Formel (II) eingesetzt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Katalysator Antimontrichlorid, Antimonpentachlorid, Antimonoxychlorid, Aluminiumchlorid, Aluminiumoxychlorid oder Gemische dieser verwendet wird.
4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Katalysator eine Protonensäure, bevorzugt CH3SO3H, CF3SO3H oder C4F9 SO3H eingesetzt wird.
5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß es bei einer Temperatur von 150-300°C, bevorzugt 180-230°C und insbesondere 200-230°C durchgeführt wird.
6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn- zeichnet, daß als Alkali- oder Erdalkalihalogenid Lithiumchlorid, Natriumchlorid, Kaliumchlorid, Cäsiumchlorid, Magnesiumchlorid oder Calcium- chlorid eingesetzt wird.
7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn- zeichnet, daß das Alkali- oder Erdalkalihalogenid in einer Menge von 1 bis 50
Gew.%, bevorzugt 15 bis 30 Gew.% pro Mol Nitrochloraromat der Formel (II) eingesetzt wird.
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Patent Citations (2)
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|---|---|---|---|---|
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| C A LOBRY DE BRUYN ET AL: "Contributions à la connaissance des corps aromatiques nitrés, X. Substitution directe des groupes nitro par le chlore(brome) par l' action de l' acide chlor(brom)hydrique" RECUEIL DES TRAVAUX CHIMIQUES DES PAYS-BAS., Bd. 15, 1896, Seiten 84-88, XP000971416 ELSEVIER SCIENCE PUBLISHERS. AMSTERDAM., NL ISSN: 0165-0513 * |
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|---|---|
| WO2001010804A3 (de) | 2001-08-09 |
| DE19937025A1 (de) | 2001-02-15 |
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