WO2015055293A1 - Verfahren zur herstellung von 1,2-benzisothiazolin-3-onen - Google Patents

Verfahren zur herstellung von 1,2-benzisothiazolin-3-onen Download PDF

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WO2015055293A1
WO2015055293A1 PCT/EP2014/002756 EP2014002756W WO2015055293A1 WO 2015055293 A1 WO2015055293 A1 WO 2015055293A1 EP 2014002756 W EP2014002756 W EP 2014002756W WO 2015055293 A1 WO2015055293 A1 WO 2015055293A1
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WO
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acid
benzonitrile
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benzisothiazolin
group
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PCT/EP2014/002756
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English (en)
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Inventor
Rüdiger Baum
Original Assignee
Thor Gmbh
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07D—HETEROCYCLIC COMPOUNDS
    • C07D275/00—Heterocyclic compounds containing 1,2-thiazole or hydrogenated 1,2-thiazole rings
    • C07D275/04—Heterocyclic compounds containing 1,2-thiazole or hydrogenated 1,2-thiazole rings condensed with carbocyclic rings or ring systems

Definitions

  • the invention relates to a process for the preparation of 1,2-benzisothiazolin-3-ones comprising the reaction of 2- (alkylthio) benzonitrile with a peroxo compound to form 2- (alkylsulfoxy) benzonitrile and subsequent reaction of the 2- (alkylsulfoxy) benzonitrile with an acid to the desired 1,2-benzisothiazolin-3-one.
  • the 1,2-benzisothiazol-3-one is a biocide used as a preservative in latex paints, lacquers, adhesives, detergents, fuels and papermaking.
  • mixtures of 1,2-benzisothiazol-3-one with 2-methyl-4-isothiazolin-3-one are used for container preservation in paints.
  • European Patent EP 1 081 141 B1 discloses a process for the preparation of 1,2-benzisothiazol-3-ones using 2- (alkylthio) benzonitriles by means of a halogenating agent in the presence of water.
  • the 2- (methylthio) benzoyl chloride starting material has a problem of high production cost and poor stability. This process also requires the use of periodic acid, which is dangerous to handle.
  • the object of the present invention is to provide a simple and economical process for preparing l, 2-benzisothiazol-3-ones on an industrial scale, in which the use of starting materials which are costly and / or or dangerous to handle, is largely dispensed with. Furthermore, a process for the preparation of l, 2-benzisothiazol-3-ones is provided, in which the Forming unwanted by-products, such as halogenated by-products, is largely avoided.
  • R represents a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 4 carbon atoms, a nitro group or an ester thereof, or a halogen atom, comprising reacting 2- (alkylthio) benzonitrile according to the general formula (II) :
  • R 1 is an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, preferably a methyl group, and R is as defined above, in a first reaction step with a peroxy compound to form 2- (alkylsulfoxy) benzonitrile of the general formula (III):
  • the 1,2-benzisothiazol-3-ones represented by the general formula (I) are prepared starting from 2-halobenzonitriles represented by the general formula (VII) as a starting compound. According to this embodiment, it is a method for producing 1, 2
  • R 2 represents a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 4 carbon atoms, a nitro group or an ester thereof, or a halogen atom, comprising reacting the one 2-halobenzonitrile represented by the following general formula ( IV):
  • R 1 represents an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms to form a 2- (alkylthio) benzonitrile represented by the general formula (II):
  • the present invention thus relates to a process for the preparation of 1,2-benzisothiazolin-3-ones which comprises reacting a 2- (alkylthio) benzonitrile represented by the general formula (I) with a peroxy compound to form a 2- (alkylsulfoxy). Benzonitrile is reacted, and then the 2- (alkylsulfoxy) benzonitrile is reacted with an acid to form the l, 2-Benzisothiazolin-3-one.
  • the method according to the invention is characterized in that a 1,2-Benzisothiazolin-3- ⁇ can be prepared in a simple manner and in high yield.
  • R 1 in the general formulas (II), (III) and (V) represents an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms.
  • alkyl groups represented by R 1 are methyl, ethyl, n-propyl, isopropyl, n-butyl, isobutyl, sec-butyl, tert-butyl groups, with methyl, ethyl, n-propyl and tert-butyl groups are preferred, and methyl groups are particularly preferred.
  • R 2 in the general formulas (I), (II), (III) and (IV) represents a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 4 carbon atoms, a nitro group, a carboxyl group or an ester thereof, or a halogen atom.
  • alkyl groups represented by R 2 are methyl, ethyl, n-propyl, isopropyl, n-butyl, isobutyl, sec-butyl and tert-butyl groups.
  • Alkoxy groups represented by R are, for example, methoxy, ethoxy, propoxy and butoxy groups.
  • esters of Carboxyl groups represented by R are methoxycarbonyl, ethoxycarbonyl, propoxycarbonyl and butoxycarbonyl
  • halogen atoms represented by R 2 are, for example, a chlorine atom and a bromine atom.
  • Preferred examples of R include a hydrogen atom, a methyl group, an ethyl group, a tert-butyl group, a methoxy group, a methoxycarbonyl group, an ethoxycarbonyl group, a propoxycarbonyl group, a chlorine atom and a nitro group.
  • Examples of 2- (alkylthio) benzonitrile compounds represented by the general formula (II) include, for example: 2- (methylthio) benzonitrile, 2- (ethylthio) benzonitrile, 2- (n-propylthio) benzonitrile, 2- (tert-butylthio) benzonitrile, 3-methyl-2-
  • 2- (alkylthio) benzonitrile compounds preferred are 2- (methylthio) benzonitrile, 2- (ethylthio) benzonitrile, 2- (n-propylthio) benzonitrile and 2- ⁇ tert-butylthio) benzonitrile, since these compounds are readily available are and deliver as end products 1, 2-Benzisothiazolin-3-one with high biocidal activity.
  • a 2- (alkylthio) benzonitrile represented by the general formula (II) is prepared by the reaction of a 2-halobenzonitrile represented by the general formula (IV) with an alkanethiol represented by the general formula (V) in the presence of a base in a heterogeneous solvent system.
  • X represents a chlorine atom or a bromine atom.
  • R represents the same substituents as R 2 in the general formula (II), R 1 in the general formula (III) represents the same substituents as R 1 in the general formula (II).
  • Examples of 2-halobenzonitriles represented by the general formula (IV) include, for example: 2-chlorobenzonitrile, 2-bromobenzonitrile, 3-methyl-2- chlorobenzonitrile, 5-butyl-2-chlorobenzonitrile, 4-methoxy-2-chlorobenzonitrile, 2-chloro-3-nitrobenzonitrile and 4-methoxycarbonyl-2-chlorobenzonitrile.
  • Preferred alkanethiols represented by the general formula (V) include methanethiol, ethanethiol, 1-propanethiol, tert-butylthiol and 2-butanethiol, preferably methanethiol.
  • the alkanethiol is generally used in an amount of 0.8 to 3.0 moles, preferably 1.0 to 2.0 moles, per mole of 2-halobenzonitrile.
  • amount of alkanethiol used is less than 0.8 mol, the content of unreacted 2-halobenzonitrile increases. Even if the amount of alkanethiol exceeds 3.0 mol, additional effects can not be expected, and therefore it is not advantageous for economical reasons.
  • Preferred bases used in the reaction of a 2-halobenzonitrile with the alkanethiol include alkali metal hydroxides such as sodium hydroxide and potassium hydroxide; Alkali metal carbonates, such as sodium carbonate and potassium carbonate; and metal alcoholates such as sodium methylate and sodium ethylate.
  • alkali metal hydroxides such as sodium hydroxide and potassium hydroxide
  • Alkali metal carbonates such as sodium carbonate and potassium carbonate
  • metal alcoholates such as sodium methylate and sodium ethylate.
  • sodium hydroxide is particularly preferably used.
  • the base is usually used in an amount of 0.8 to 3.5 mol, preferably 1.0 to 2.5 mol per mol of 2-halobenzonitrile.
  • amount of the base used is less than 0.8 mol, the content of unaltered 2-halobenzonitrile increases. Even if the amount of the base used exceeds 3.5 moles, no additional effects can be expected, and therefore, it is not preferable for economical reasons.
  • the process for preparing the 2- (alkylthio) benzonitrile is characterized by carrying out the reaction in a heterogeneous solvent system in the presence of a base.
  • the reaction of the 2-halobenzonitrile used as starting material with an alkanethiol is carried out in a two-phase solvent system, since 2-halobenzonitrile is insoluble in water.
  • a phase transfer catalyst is added to the solvent system to promote the reaction.
  • Phase transfer catalysts which may be used for this purpose include quaternary ammonium salts such as benzyltriethylammonium bromide, benzyltrimethylammonium chloride,
  • trioctylmethylammonium trioctylmethylammonium
  • quaternary phosphonium salts such as
  • quaternary ammonium salts such as tetra-n-butylammonium bromide, tetra-n-butylammonium hydrogensulfate and tetra-n-butylammonium chloride are preferably usable.
  • the amount of the phase transfer catalyst used is usually 0.005 to 0.5 times, preferably 0.01 to 0.2 times the weight of 2-halobenzonitrile.
  • the amount of the phase transfer catalyst used is less than 0.005 times the weight of the 2-halobenzonitrile, a satisfactory catalytic effect can not be obtained. Even if the amount of the phase transfer catalyst used exceeds 0.5 times the weight of the 2-halobenzonitrile used, no additional effect can be expected, and therefore, it is not advantageous for economical reasons.
  • a reaction solvent is not always necessary.
  • the use of a mixed solvent of 0.5 to 10 parts by weight of a water-insoluble organic solvent based on one part by weight of water is advantageous. In many cases, better results can be obtained by using the mixed solvent.
  • Water-insoluble organic solvents are not particularly limited and include hydrocarbons such as n-hexane, n-heptane, cyclohexane, methylcyclohexane, benzene, Toluene and xylene; and halogenated hydrocarbons such as methylene chloride, 1,2-dichloroethane, chlorobenzene and dichlorobenzene.
  • the amount of the solvent used is usually 1 to 30 times the weight of the 2-halobenzonitrile.
  • the reaction temperature for the above reaction is usually in the range of 0 to 120 ° C, preferably 20 to 100 ° C. Reaction temperatures above 120 ° C lead to side reactions. On the other hand, when the reaction temperature is less than 0 ° C, the reaction rate is unfavorably reduced to an impracticable extent.
  • the reaction time varies with the reaction temperature and the kinds of the phase transfer catalyst and solvent used, and can not be generalized, but is usually in the range of 1 to 40 hours.
  • a 2- (alkylthio) benzonitrile can be isolated and purified from the separated organic solvent layer in a conventional manner, such as by crystallization. Since the separated water layer contains the phase transfer catalyst, it can be used repeatedly for subsequent reactions. Therefore, almost no aqueous waste is removed from the solvent system.
  • the separated organic solvent layer containing the 2- (alkylthio) benzonitrile can also be used directly and without prior purification to prepare a 1,2-benzisothiazol-3-one.
  • a 2- (alkylthio) benzonitrile using at least one peroxo compound, a 2- (alkylsulfoxy) benzonitrile is prepared.
  • peroxo compounds are understood as meaning those compounds in which a group -O- has been replaced by the group -OO-.
  • the simplest and preferred Representative of this group is the hydrogen peroxide (H 2 0 2 ).
  • Further representatives of the peroxo compounds are the metal peroxides, in particular the alkali and alkaline earth peroxides, such as sodium peroxide and potassium peroxide; the peroxohydrates, ie the hydrogen peroxide addition compounds on borates, carbonates, urea and phosphates, such as sodium borate peroxohydrate (also known as sodium perborate), sodium carbonate peroxohydrate (also known as sodium percarbonate), urea peroxohydrate and phosphate peroxohydrate; Peroxo acids such as peroxobenzoic acid, meta-chloroperoxobenzoic acid, peroxophosphoric acid and peroxosulfuric acid.
  • peroxo compounds also organic peracids, such as peracetic acid, performic acid or perpropionic acid are also to be detected, which are commonly referred to as peroxy compounds.
  • alkyl hydroperoxides such as tert-butyl hydroperoxide should be understood as peroxo compound.
  • the 2- (alkylthio) benzonitrile is preferably mixed with the oxidizing agent in a carboxylic acid such as acetic acid, formic acid, maleic acid, benzoic acid, met-chlorobenzoic acid, adipic acid, Oleic acid, butyric acid, citric acid and acrylic acid, more preferably dissolved in acetic acid, formic acid and maleic acid.
  • a carboxylic acid such as acetic acid, formic acid, maleic acid, benzoic acid, met-chlorobenzoic acid, adipic acid, Oleic acid, butyric acid, citric acid and acrylic acid, more preferably dissolved in acetic acid, formic acid and maleic acid.
  • sulfuric acid may be added in catalytic amounts.
  • other suitable acids can be used.
  • peracids can also be used directly as oxidizing agents, but it is often easier to prepare them in situ.
  • the peroxo compound is selected from the group consisting of peracetic acid, performic acid, sodium peroxide, potassium peroxide and hydrogen peroxide, with hydrogen peroxide being particularly preferred from an economical point of view.
  • the "one peroxo compound” may be both a peroxo compound in pure form and a mixture of several peroxo compounds as defined above
  • peroxo compounds are used in pure form.
  • hydrogen peroxide is used as the preferred peroxo compound, this is used in the form of a hydrogen peroxide solution in accordance with a general embodiment of the invention.
  • concentration of the peroxide solution is not critical, it is chosen so that as little water as possible is introduced into the reaction medium.
  • an anhydrous as possible oxidizing agent i. used with the lowest possible water content.
  • the use of such an oxidizing agent makes it possible to add the amount of water optionally necessary for the further reaction of the 2- (alkylsulfoxy) benzonitrile to the 1,2-benzisothiazolin-3-one in such a way that the formation of by-products is further minimized, as a result of which 2-Benzisothiazol-3-one can be prepared in even higher yield.
  • the peroxy compound is normally used in an amount of 0.8 to 1.6 moles, preferably 1.0 to 1.4 moles, per mole of 2- (alkylthio) benzonitrile.
  • amount of the peroxy compound is less than 0.8 mol of the 2- (alkylthio) benzonitrile, there is a tendency to increase the amount of unreacted 2- (alkylthio) benzonitrile.
  • amount of the peroxo compound used exceeds 1.6 mol, side reactions occur and the yield of 2- (alkylsulfoxy) benzonitrile is markedly lowered.
  • the process for preparing the 2- (alkylsulfoxy) benzonitrile is characterized by carrying out the reaction in a heterogeneous solvent system in the presence of at least one peroxy compound.
  • the reaction of the 2-alkylthiobenzonitrile used as starting material with the peroxo compound is preferably carried out in a two-phase solvent system, since the 2-alkylthiobenzonitrile is insoluble in water.
  • a phase transfer catalyst is added to the solvent system to promote the reaction.
  • Phase transfer catalysts that can be used for this purpose include quaternary ammonium salts such as benzyltriethylammonium bromide, benzyltrimethylammonium chloride, Hexadecyltriethylammonium bromide, hexadecyltrimethylammonium chloride, dodecyltrimethylammonium chloride, octyltriethylammonium bromide, tetra-n-butylammonium bromide, tetra-n-butylammonium chloride, tetra-n-butylammonium hydrogensulfate, tetraethylammonium chloride and trioctylmethylammonium chloride; quaternary phosphonium salts, such as
  • the phase transfer catalyst is selected from the group of quaternary ammonium salts, such as tetra-n-butylammonium bromide, tetra-n-butylammonium hydrogen sulfate and tetra-n-butylammonium chloride.
  • the phase transfer catalyst is tetra-n-butylammonium hydrogen sulfate.
  • the amount of the phase transfer catalyst used is normally 0.005 to 0.5 times, more preferably 0.01 to 0.2 times the weight of the 2-alkylthiobenzonitrile.
  • the amount of the phase transfer catalyst used is less than 0.005 times the weight of the 2-alkylthiobenzonitrile, a corresponding catalytic effect can not be obtained.
  • the amount of the phase transfer catalyst used exceeds 0.5 times the weight of the 2-alkylthiobenzonitrile used, no additional effect can be expected, and therefore, it is not preferable for economical reasons.
  • the preparation of the 2- (alkylsulfoxy) benzonitrile can be carried out in a solvent according to a preferred embodiment of the invention. According to an alternative embodiment, however, also be carried out without the addition of a solvent only using the components necessary for the preparation (2-alkylthiobenzonitrile, water and oxidizing agent).
  • Solvents used in the process for producing the 2- (alkylsulfoxy) benzonitrile are not particularly limited as long as they are superior to the Reaction are inert.
  • solvents usable in the reaction include hydrocarbons such as n-hexane, n-heptane, cyclohexane, methylcyclohexane, benzene, toluene and xylene, and halogenated hydrocarbons such as methylene chloride, 1,2-dichloroethane and chlorobenzene. Particularly preferred within the scope of the invention, the chlorobenzene has been found.
  • the amount of the solvent used is usually 1 to 30 times the weight of the 2- (alkylthio) benzonitrile.
  • the reaction temperature in the preparation of the 2- (alkylsulfoxy) benzonitrile is usually in the range of 0 to 90 ° C, preferably at temperatures below 50 ° C.
  • the reaction time varies with the reaction temperature and the reaction solvent and is usually in the range of 1 to 40 hours
  • the oxidation of the 2- (alkylthio) benzonitrile as described above is carried out in the presence of a catalyst.
  • Suitable catalysts are all catalysts known to those skilled in the art and useful in the oxidation of alkyl thioethers.
  • the catalyst is preferably selected from the group consisting of phosphonic acids, such as phenylphosphonic acid, tungsten and molybdenum catalysts, such as Na 2 W0 4 ; Vanadium catalysts, such as NaV0 3 , NH 4 V0 3 and V 2 0 5 ; H 2 S0 4 and titanium complexes.
  • the catalyst is a phosphonic acid or a mixture of several phosphonic acids, according to a particularly preferred embodiment of the invention, the catalyst is a phenylphosphonic acid.
  • the amount of catalyst used is generally about 0.01 to 10 mol%, preferably about 0.05 to 5 mol%, particularly preferably about 0.1 to 0.5 mol%, based on one mol of 2 - (alkylthio) benzonitrile.
  • the 2- (alkylsulfoxy) benzonitrile prepared in the first process step can be further reacted with or without prior treatment in the second process step to the 1,2-benzisothiazolin-3- ⁇ .
  • the 2- (alkylsulfoxy) benzonitrile is further reacted without further treatment to the 1,2-benzisothiazol-3- ⁇ .
  • the 1,2-benzisothiazol-3-one is then prepared starting from a 2- (alkylsulfoxy) benzonitrile prepared as described above using at least one acid:
  • acids which can be used in this process step include all strong acids known to the person skilled in the art.
  • the acids can be used both in pure form and in the form of their mixtures. Preferably, the acids are used in pure form.
  • Hydrochloric acid hydrobromic acid, hydroiodic acid, sulfuric acid, nitric acid, chromic acid, methanesulfonic acid,
  • Trifluoromethanesulfonic acid Trifluoromethanesulfonic acid, trichloroacetic acid, dichloroacetic acid, bromoacetic acid, chloroacetic acid, cyanoacetic acid, 2-chloropropanoic acid, 2-oxobutanoic acid, 2-chlorobutanoic acid, 4-cyanobutanoic acid, perchloric acid and phosphoric acid.
  • hydrochloric acid is used as the acid.
  • acid ion exchanges may also be used instead of an acid.
  • the acid is normally used in an amount of 0.8 to 3.0 moles, preferably 1.0 to 2.0 moles, per mole of 2- (alkylsulfoxy) benzonitrile.
  • the addition of the acid can be carried out in one or more stages. According to a preferred embodiment of the invention, in a first stage, 10% of the acid is added and in a second stage a further 100% of the acid is added. For example, according to this embodiment, 0.1 molar equivalents (acid to benzonitrile) of acid is added at the beginning of the reaction, and another 1.0 molar equivalents at a later time.
  • Solvents used in the process for producing the 1,2-benzisothiazol-3-one from the 2- (alkylsulfoxy) benzonitrile are not particularly limited as long as they are inert to the reaction.
  • solvents usable in the reaction include hydrocarbons such as n-hexane, n-heptane, cyclohexane, methylcyclohexane, benzene, toluene and xylene, and halogenated hydrocarbons such as methylene chloride, 1,2-dichloroethane, chlorobenzene and dichlorobenzene.
  • the Chlorobenzene proved.
  • the amount of the solvent used is usually 1 to 30 times the weight of the 2- (alkylsulfoxy) benzonitrile.
  • reaction temperature of the second process step in which the 1,2-benzisothiazol-3- ⁇ is prepared from 2- (alkylsulfoxy) benzonitrile, is located
  • the 2- (alkylthio) benzonitrile is reacted in a one pot synthesis to the l, 2-benzisothiazolin-3-one.
  • the 2- (alkylthio) benzonitrile and the at least one strong acid are added, and at temperatures in the range from -10 to 20 ° C., preferably in the range from 0 to 10 ° C., the at least one peroxo compound is added, to obtain the 1,2-benzisothiazolin-3-one.
  • the 2- (alkylthio) benzonitrile is prepared from the corresponding 2-halobenzonitrile and with the acid at temperatures ranging from -10 to 20 ° C, preferably in the range of 0 to 10 ° C with the at least reacted a peroxo compound to the 1,2-benzisothiazolin-3-one.
  • the process parameters referred to the above statements are the process parameters referred to the above statements.
  • Isolation of the 1,2-benzisothiazol-3-one from the reaction mixture obtained by the above process may be carried out by conventional crystallization techniques or by recrystallization after extraction. It can also be dissolved in and precipitated from aqueous alkaline solutions. According to a preferred embodiment of the invention, the 1,2-benzisothiazol-3-one is crystallized by cooling the reaction mixture, filtered off and, if appropriate, washed.
  • 1,2-benzisothiazol-3-ones represented by the general formula (I) which can be obtained by the process of the present invention include: 1,2-benzisothiazol-3-one, 7-methyl-1, 2 benzisothiazol-3-one, 5-butyl-1,2-benzisothiazol-3-one, 6-methoxy-1,2-benzisothiazol-3-one, 7-nitro-1,2-benzisothiazol-3-one, 6- Chlorine 1, 2 benzisothiazol-3-o, 6-carboxy-l, 2-benzisothiazol-3-one and 6-methoxycarbonyl-l, 2-benzisothiazol-3-o.
  • the 1,2-benzisothiazole-3-one, represented by the general formula (I), which can be prepared by the process according to the invention, is particularly preferably the 1,2-benzisothiazol-3-one.
  • reaction mixture Under reduced pressure of 670 mbar was then heated, the reaction mixture to a temperature range of about 70 to 80 ° C for 5 hours. Thereafter, another 5.6 g (0.0475 mol) of hydrochloric acid (31%) was added and the reaction mixture allowed to react for an additional two hours at about 70-80 ° C.
  • the reaction was cooled to room temperature with stirring.
  • the solid obtained was filtered off with suction, washed with 20 g of chlorobenzene and dried at a temperature of 80 ° C. over a period of 48 hours.
  • the entire batch was diluted with 90 g of chlorobenzene and cooled to 5 ° C. Within 30 min, 25.9 g (0.22 mol) of 31% hydrochloric acid were added dropwise with cooling at 5 to 10 ° C and stirred for a further 30 min at this temperature. The mixture was then heated to 75 to 80 ° C and stirred for 2 h at this temperature. After cooling to RT, filtration and washing with 10 g of chlorobenzene, 26.3 g of BIT (equivalent to 87% yield) were obtained. The filtrate contains another 1.5 g BIT, which corresponds to a total conversion of 92.0%.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von 1,2-Benzisothiazolin-3-onen umfassend die Umsetzung von 2-(Alkylthio)benzonitril mit einer Peroxoverbindung unter Bildung von 2-(Alkylsulfoxy)benzonitril und anschließender Umsetzung des 2-(Alkylsulfoxy)benzonitrils mit einer Säure zu dem gewünschten 1,2-Benzisothiazolin-3-on.

Description

Verfahren zur Herstellung von l,2-Benzisothiazolin-3-onen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von l,2-Benzisothiazolin-3-onen umfassend die Umsetzung von 2-(Alkylthio)benzonitril mit einer Peroxoverbindung unter Bildung von 2-(Alkylsulfoxy)benzonitril und anschließender Umsetzung des 2- (Alkylsulfoxy)benzonitrils mit einer Säure zu dem gewünschten l,2-Benzisothiazolin-3- on.
Bei dem l,2-Benzisothiazol-3-on handelt es sich um ein Biozid, welches als Konservierungsmittel in Dispersionsfarben, Lacken, Klebstoffen, Waschmitteln, Treibstoffen und in der Papierherstellung eingesetzt wird. Zur Gebindekonservierung in Farben kommen insbesondere Mischungen des l,2-Benzisothiazol-3-ons mit dem 2- Methyl-4-isothiazolin-3-on zum Einsatz.
Aus dem Stand der Technik sind verschiedenartige Verfahren für die Herstellung des 1 ,2- Benzisothiazol-3-ons, sowie Derivaten davon bekannt:
(A) Bull. Chem. Soc. Japan, 55, 1183-1187 (1982); im Rahmen dieses Verfahrens wird 2-(Methylthio)benzamid aus 2-(Methylthio)-benzoylchlorid hergestellt; mit Periodsäure zu 2-(Methylsulfinyl)benzamid oxidiert, und daraufhin in Gegenwart von Thionylchlorid cyclisiert, um das l,2-Benzisothiazol-3-on zu erhalten.
(B) Org. Prep. Proced. Int., 15, 315-319 (1983); in Rahmen dieses Verfahrens wird das l,2-Benzisothiazol-3-on in einem 4 stufigen Verfahren unter Verwendung von Thiosalicylsäure als Ausgangsmaterial erhalten.
BESTÄTIGUNGSKOPIE (C) Deutsche Offenlegungsschrift DE 3 500 577 (1986); im Rahmen dieses Verfahrens wird das l,2-Benzisothiazol-3-on unter Verwendung von Thiosalicylsäure als Ausgangsmaterial und Natriumhydroxid im finalen Cyclisierungsverfahren erhalten. (D) Die europäische Patentschrift EP 0 702 008 Bl offenbart ein Verfahren zur Herstellung von l,2-Benzisothiazol-3-on, unter Verwendung von 2- (Alkylthio)benzaldehyden oder 2-(Alkylthio)benzaldehydoximen als Ausgangsmaterialien.
(E) Die europäische Patentschrift EP 1 081 141 Bl offenbart ein Verfahren zur Herstellung von l,2-Benzisothiazol-3-onen unter Verwendung von 2- (Alkylthio)benzonitrilen mittels eines Halogenierungsmittels in Anwesenheit von Wasser.
Die oben geschilderten, aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren zur Herstellung von l,2-Benzisothiazol-3-on beziehungsweise von Derivaten davon besitzen jedoch die folgenden Nachteile:
In dem Verfahren (A) besitzt das 2-(Methylthio)benzoylchlorid- Ausgangsmaterial das Problem der hohen Produktionskosten und der geringen Stabilität. Dieses Verfahren erfordert auch die Verwendung von Periodsäure, die gefährlich in der Handhabung ist.
Die Verfahren beiden Verfahren (B) und (C) erfordern die Verwendung von teurer bzw. aufwändig herzustellender Thiosalicylsäure als Ausgangsmaterial und sind für die industrielle Anwendung nicht zufriedenstellend. Die Herstellverfahren (D) und (E) erfordern den Einsatz von Halogenierungsmitteln und führen zur Freisetzung von Halogenwasserstoff und dem Auftreten von halogenierten Verbindungen aufgrund von Nebenreaktionen.
Im Lichte des vorstehend diskutierten Stands der Technik liegt die Aufgabe der vorliegenden Erfindung in der Bereitstellung eines einfachen und wirtschaftlichen Verfahrens zur Herstellung von l,2-Benzisothiazol-3-onen in industriellem Maßstab, wobei auf die die Verwendung von Ausgangsmaterialien, die kostspielig und/oder gefährlich in der Handhabung sind, weitgehend verzichtet wird. Ferner soll ein Verfahren zur Herstellung von l,2-Benzisothiazol-3-onen zur Verfügung gestellt werden, bei dem die Bildung unerwünschter Nebenprodukte, wie halogenierte Nebenprodukte, weitgehend vermieden wird.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung von 1,2-Benzisothiazolin- 3-onen gemäß der allgemeinen Formel (I)
Figure imgf000004_0001
(I)
wobei R ein Wasserstoffatom, eine Alkylgruppe mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen, eine Alkoxygruppe mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen, eine Nitrogruppe oder ein Ester davon, oder ein Halogenatom bedeutet, umfassend die Umsetzung von 2-(Alkylthio)benzonitril gemäß der allgemeinen Formel (II):
Figure imgf000004_0002
(Π)
worin R1 eine Alkylgruppe mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen, bevorzugt eine Methylgruppe bedeutet, und R wie vorstehend definiert ist, in einem ersten Reaktionsschritt mit einer Peroxoverbindung unter Bildung von 2-(Alkylsulfoxy)benzonitril der allgemeinen Formel (III):
Figure imgf000004_0003
(III)
worin R 1 und R 2 jeweils wie vorstehend definiert sind. In einem daran anschließenden zweiten Reaktionsschritt wird das in dem ersten Reaktionsschritt erhaltene 2- (Alkylsulfoxy)benzonitril mit einer Säure zu dem l,2-Benzisothiazolin-3-on gemäß der allgemeinen Formel (I) umgesetzt, wobei R wie vorstehend definiert ist.
Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens lassen sich somit l,2-Benzisothiazol-3-one in hoher Ausbeute in einem wirtschaftlichen Verfahren erhalten. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung werden die l,2-Benzisothiazol-3-one, dargestellt durch die allgemeine Formel (I), ausgehend von 2-Halogenbenzonitrilen, dargestellt durch die allgemeine Formel (VII) als Ausgangsverbindung hergestellt. Gemäß dieser Ausführungsform handelt es sich um ein Verfahren zur Herstellung von 1 ,2-
Benzisothiazolin-3-onen gemäß der allgemeinen Formel (I)
Figure imgf000005_0001
(I)
wobei R2 ein Wasserstoffatom, eine Alkylgruppe mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen, eine Alkoxygruppe mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen, eine Nitrogruppe oder ein Ester davon, oder ein Halogenatom bedeutet, umfassend die Umsetzung des einen 2-Halogenbenzonitrils, dargestellt durch die folgende allgemeine Formel (IV):
Figure imgf000005_0002
(IV)
wobei X ein Chloratom oder ein Bromatom bedeutet, und R wie vorstehend definiert ist, mit einem Alkanthiol, dargestellt durch die folgende allgemeine Formel (V):
R'SH
(V)
worin R1 eine Alkylgruppe mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen bedeutet, unter Bildung eines 2- (Alkylthio)benzonitrils gemäß der allgemeinen Formel (II):
Figure imgf000005_0003
(Π)
worin R1 und R2 wie vorstehend definiert sind. In einem nun folgenden Reaktionsschritt wird das gebildete 2-(Alkylthio)benzonitril, mit einer Peroxo Verbindung unter Bildung des 2-(Alkylsulfoxy)benzonitrils der allgemeinen Formel (III):
Figure imgf000005_0004
(III) worin R 1 und R 2 jeweils wie vorstehend definiert sind, umgesetzt. In einem letzten Reaktionsschritt wird nun das 2-(Alkylsulfoxy)benzonitril mit einer Säure zu dem 1,2- Benzisothiazolin-3-οη gemäß der allgemeinen Formel (I), worin R2 wie vorstehend definiert ist, umgesetzt.
Die vorliegende Erfindung betrifft somit ein Verfahren zur Herstellung von 1,2- Benzisothiazolin-3-onen, bei dem ein 2-(Alkylthio)benzonitril, dargestellt durch die allgemeine Formel (I), mit einer Peroxoverbindung unter Bildung eines 2- (Alkylsulfoxy)benzonitrils umgesetzt wird, und daran anschließend das 2- (Alkylsulfoxy)benzonitril mit einer Säure unter Bildung des l,2-Benzisothiazolin-3-ons umgesetzt wird.
Figure imgf000006_0001
II III I Die erfindungsgemäße Verfahrensweise ist dadurch gekennzeichnet, dass ein 1,2- Benzisothiazolin-3-οη auf einfache Art und Weise und in hoher Ausbeute hergestellt werden kann.
R1 steht in den allgemeinen Formeln (II), (III) und (V) für eine Alkylgruppe mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen. Beispiele für Alkylgruppen, die durch R1 dargestellt werden, sind Methyl-, Ethyl-, n-Propyl-, Isopropyl-, n-Butyl-, Isobutyl-, sec-Butyl-, tert-Butylgruppen, wobei Methyl-, Ethyl-, n-Propyl- und tert-Butylgruppen bevorzugt sind, und Methylgruppen besonders bevorzugt sind. R2 steht in den allgemeinen Formeln (I), (II), (III) und (IV) für ein Wasserstoffatom, eine Alkylgruppe mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen, eine Alkoxygruppe mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen, eine Nitrogruppe, eine Carboxylgruppe oder einen Ester davon, oder ein Halogenatom. Beispiele für Alkylgruppen, die durch R2 dargestellt werden, sind Methyl-, Ethyl-, n-Propyl-, Isopropyl-, n-Butyl-, Isobutyl-, sek-Butyl- und tert- Butylgruppen. Alkoxygruppen, die durch R dargestellt werden, sind beispielsweise Methoxy-, Ethoxy-, Propoxy- und Butoxygruppen. Beispiele für Ester von Carboxylgruppen, die durch R dargestellt werden, sind Methoxycarbonyl, Ethoxycarbonyl, Propoxycarbonyl und Butoxycarbonyl, Halogenatome, die durch R2 dargestellt werden, sind beispielsweise ein Chloratom und ein Bromatom. Bevorzugte Beispiele für R umfassen ein Wasserstoffatom, eine Methylgruppe, eine Ethylgruppe, eine tert-Butylgruppe, eine Methoxygruppe, eine Methoxycarbonylgruppe, eine Ethoxycarbonyl gruppe, eine Propoxycarbonylgruppe, ein Chloratom und eine Nitrogruppe.
Beispiele für 2-(Alkylthio)benzonitrilverbindungen, dargestellt durch die allgemeine Formel (II) umfassen beispielsweise: 2-(Methylthio)benzonitril, 2-(Ethylthio)benzonitril, 2-(n-Propylthio)benzonitril, 2-(tert-Butylthio)benzonitril, 3-Methyl-2-
(methylthio)benzonitril, 5-Butyl-2-(methylthio)benzonitril , 4-Methoxy-2-
(methylthio)benzonitril, 2-Methylthio-3-nitrobenzonitril, 4-Chlor-2-
(methylthio)benzonitril, 4-Carboxy-2-(methylthio)benzonitril und 4-Methoxycarbonyl-2- (methylthio)benzonitril .
Von den vorstehenden Beispielen für 2-(Alkylthio)benzonitrilverbindungen sind 2- (Methylthio)benzonitril, 2-(Ethylthio)benzonitril, 2-(n-Propylthio)benzonitril und 2-{tert- Butylthio)benzonitril bevorzugt, da diese Verbindungen leicht verfügbar sind und als Endprodukte 1 ,2-Benzisothiazolin-3-one mit hoher biozider Wirksamkeit liefern.
Verfahren zur Herstellung der 2-(Alkylthio)benzonitrile, dargestellt durch die allgemeine Formel (II), sind den Fachleuten bekannt. Es ist gemäß einer Ausführungsform der Erfindung von Vorteil, die Verbindung, wie nachfolgend beschrieben, herzustellen. Gemäß dieser Ausführungsform wird ein 2-(Alkylthio)benzonitril, dargestellt durch die allgemeine Formel (II) hergestellt durch die Reaktion eines 2-Halogenbenzonitrils, dargestellt durch die allgemeine Formel (IV), mit einem Alkanthiol, dargestellt durch die allgemeine Formel (V), in Anwesenheit einer Base in einem heterogenen Lösungsmittelsystem. In der allgemeinen Formel (V) steht X für ein Chloratom oder ein Bromatom. R steht für die gleichen Substituenten wie R2 in der allgemeinen Formel (II), R1 steht in der allgemeinen Formel (III) für die gleichen Substituenten wie R1 in der allgemeinen Formel (II).
Beispiele für 2-Halogenbenzonitrile, die durch die allgemeine Formel (IV) dargestellt werden, umfassen beispielsweise: 2-Chlorbenzonitril, 2-Brombenzonitril, 3-Methyl-2- chlorbenzonitril, 5-Butyl-2-chlorbenzonitril, 4-Methoxy-2-chlorbenzonitril, 2-Chlor-3- nitrobenzonitril und 4-Methoxycarbonyl-2-chlorbenzonitril.
Bevorzugte Alkanthiole, die durch die allgemeine Formel (V) dargestellt werden, umfassen Methanthiol, Ethanthiol, 1-Propanthiol, tert.-Butylthiol und 2-Butanthiol, bevorzugt Methanthiol.
Das Alkanthiol wird allgemein in einer Menge von 0,8 bis 3,0 Mol, vorzugsweise 1,0 bis 2,0 Mol pro Mol 2-Halogenbenzonitril verwendet. Wenn die verwendete Menge an Alkanthiol weniger als 0,8 Mol beträgt, steigt der Gehalt an nicht umgesetztem 2- Halogenbenzonitril an. Selbst wenn die Menge an Alkanthiol 3,0 Mol überschreitet, können zusätzliche Wirkungen nicht erwartet werden und daher ist dies aus wirtschaftlichen Gründen nicht von Vorteil. Bevorzugte Basen, die bei der Reaktion eines 2-Halogenbenzonitrils mit dem Alkanthiol verwendet werden umfassen Alkalimetallhydroxide, wie Natriumhydroxid und Kaliumhydroxid; Alkalimetallcarbonate, wie Natriumcarbonat und Kaliumcarbonat; und Metallalkoholate, wie Natriummethylat und Natriumethylat. Aus wirtschaftlichen Gründen wird besonders bevorzugt Natriumhydroxid verwendet.
Die Base wird üblicherweise in einer Menge von 0,8 bis 3,5 Mol, vorzugsweise 1,0 bis 2,5 Mol pro Mol 2-Halogenbenzonitril verwendet. Wenn die Menge der verwendeten Base weniger als 0,8 Mol beträgt, so steigt der Gehalt an nicht verändertem 2- Halogenbenzonitril an. Selbst wenn die Menge der verwendeten Base 3,5 Mol überschreitet, können keine zusätzlichen Effekte erwartet werden und daher ist dies aus wirtschaftlichen Gründen nicht vorteilhaft.
Das Verfahren zur Herstellung des 2-(Alkylthio)benzonitrils kennzeichnet sich dadurch, dass die Reaktion in einem heterogenen Lösungsmittelsystem in Anwesenheit einer Base durchgeführt wird. Die Reaktion des als Ausgangsmaterial verwendeten 2- Halogenbenzonitrils mit einem Alkanthiol wird in einem Zweiphasen- Lösungsmittelsystem durchgeführt, da 2-Halogenbenzonitril in Wasser unlöslich ist. In diesem Falle wird vorzugsweise ein Phasentransfer-Katalysator zu dem Lösungsmittelsystem zugesetzt, um die Reaktion zu fördern. Phasentransfer-Katalysatoren, die für diesen Zweck verwendet werden können, umfassen quaternäre Ammoniumsalze, wie Benzyltriethylammoniumbromid, Benzyltrimethylammoniumchlorid,
Hexadecyltriethylammoniumbromid, Hexadecyltrimethylammoniumchlorid, Dodecyltrimethylammoniumchlorid, Octyltriethylammoniumbromid, Tetra-n- butylammoniumbromid, Tetra-n-butylammoniumchlorid, Tetra-n- butylammoniumhydrogensulfat, Tetraethylammoniumchlorid und
Trioctylmethylammoniumchlorid; quaternäre Phosphoniumsalze, wie
Hexadecyltriethylphosphoniumbromid, Hexadecyltributylphosphoniumchlorid, Tetra-n- butylphosphoniumbromid, Tetra-n-butylphosphoniumchlorid, Trioctylethylphosphoniumbromid und Tetraphenylphosphoniumbromid; und Kronenether wie 18-Crown-6, Dibenzo-18-crown-6 und Dicyclohexyl-18-crown-6. Vom wirtschaftlichen Standpunkt her gesehen, sind quaternäre Ammoniumsalze, wie Tetra-n- butylammoniumbromid, Tetra-n-butylammoniumhydrogensulfat und Tetra-n- butylammoniumchlorid bevorzugt verwendbar.
Im Falle der Verwendung eines Phasentransfer-Katalysators liegt die verwendete Menge des Phasentransfer-Katalysators üblicherweise beim 0,005- bis 0,5-fachen, bevorzugt beim 0,01- bis 0,2-fachen des Gewichts des 2-Halogenbenzonitrils. Wenn die Menge des verwendeten Phasentransfer-Katalysators weniger als das 0,005-fache des Gewichts des 2- Halogenbenzonitrils beträgt, kann ein zufriedenstellender katalytischer Effekt nicht erzielt werden. Selbst wenn die Menge des Phasentransfer-Katalysators, die verwendet wird, das 0,5-fache des Gewichts des verwendeten 2-Halogenbenzonitrils überschreitet, kann kein zusätzlicher Effekt erwartet werden und daher ist dies aus wirtschaftlichen Gründen nicht vorteilhaft.
Bei diesem Verfahrensschritt, der Herstellung des 2-(Alkylthio)benzonitrils ausgehend von dem 2-Halogenbenzonitril ist ein Reaktionslösungsmittel nicht immer notwendig. Um jedoch die Reaktion und die Abtrennung des Produktes aus dem Reaktionsgemisch zu erleichtern, ist die Verwendung eines gemischten Lösungsmittels aus 0,5 bis 10 Gewichtsteilen eines in Wasser unlöslichen organischen Lösungsmittels, basierend auf einem Gewichtsteil Wasser, von Vorteil. In vielen Fällen können bessere Ergebnisse durch die Verwendung des gemischten Lösungsmittels erhalten werden. Wasserunlösliche organische Lösungsmittel unterliegen keiner speziellen Beschränkung und umfassen Kohlenwasserstoffe, wie n-Hexan, n-Heptan, Cyclohexan, Methylcyclohexan, Benzol, Toluol und Xylol; und halogenierte Kohlenwasserstoffe, wie Methylenchlorid, 1,2- Dichlorethan, Chlorbenzol und Dichlorbenzol. Die Menge des verwendeten Lösungsmittels liegt normalerweise beim 1- bis 30-fachen des Gewichts des 2- Halogenbenzonitrils.
Die Reaktionstemperatur für die vorstehende Reaktion liegt normalerweise im Bereich von 0 bis 120°C, vorzugsweise von 20 bis 100°C. Reaktionstemperaturen über 120°C führen zu Nebenreaktionen. Andererseits wird die Reaktionsgeschwindigkeit in ungünstiger Weise auf ein nicht durchführbares Ausmaß verringert, wenn die Reaktionstemperatur weniger als 0°C beträgt. Die Reaktionszeit variiert mit der Reaktionstemperatur und den Arten des verwendeten Phasentransfer-Katalysators und Lösungsmittels und kann nicht verallgemeinert werden, sie liegt jedoch normalerweise im Bereich zwischen 1 und 40 Stunden. Nach beendeter Reaktion kann ein 2-(Alkylthio)benzonitril aus der abgetrennten organischen Lösungsmittelschicht in üblicher Verfahrensweise, wie durch Kristallisieren, isoliert und gereinigt werden. Da die abgetrennte Wasserschicht den Phasentransfer- Katalysator enthält, kann sie wiederholt für nachfolgende Reaktionen eingesetzt werden. Daher wird fast kein wässriger Abfall aus dem Lösungsmittelsystem entfernt. Die abgetrennte organische Lösungsmittelschicht, die das 2-(Alkylthio)benzonitril enthält, kann auch direkt und ohne vorherige Aufreinigung zur Herstellung eines 1,2- Benzisothiazol-3-ons verwendet werden.
Nun folgend wird das erfindungsgemäße Verfahren beschrieben, wobei 1,2- Benzisothiazol-3-one ausgehend von 2-(Alkylthio)benzonitrilen unter Verwendung wenigstens einer Peroxoverbindung und anschließender säureinduzierter Zyklisierung erhalten werden:
In einem ersten Verfahrensschritt wird dabei ausgehend von einem 2- (Alkylthio)benzonitril unter Verwendung wenigstes einer Peroxoverbindung ein 2- (Alkylsulfoxy)benzonitril hergestellt.
Unter Peroxoverbindungen versteht man erfindungsgemäß solche Verbindungen, in denen eine Gruppe -O- durch die Gruppe -O-O- ersetzt ist. Der einfachste und bevorzugte Vertreter dieser Gruppe ist das Wasserstoffperoxid (H202). Weitere Vertreter der Peroxoverbindungen sind die Metallperoxide, insbesondere die Alkali- und Erdalkali- Peroxide, wie Natriumperoxid und Kaliumperoxid; die Peroxohydrate, d.h. die Wasserstoffperoxid-Anlagerungsverbindungen an Borate, Carbonate, Harnstoff und Phosphate, wie Natriumborat-Peroxohydrat (auch als Natriumperborat bekannt), Natriumcarbonat-Peroxohydrat (auch als Natriumpercarbonat bekannt), Harnstoff- Peroxohydrat und Phosphat-Peroxohydrat; Peroxosäuren, wie Peroxobenzoesäure, meta- Chlorperoxobenzoesäure, Peroxophosphorsäure und Peroxoschwefelsäure. Durch den Begriff "Peroxoverbindungen" sollen ferner auch organische Persäuren, wie Peressigsäure, Perameisensäure bzw. Perpropionsäure mit erfasst werden, die gewöhnlich als Peroxyverbindungen bezeichnet werden. Weiterhin sollen auch Alkylhydroperoxide, wie tert-Butylhydroperoxid als Peroxoverbindung verstanden werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird bei der Herstellung des 2- (Alkylsulfoxy)benzonitrils das 2-(Alkylthio)benzonitril vorzugsweise vor der Mischung mit dem Oxidationsmittel in einer Carbonsäure wie beispielsweise Essigsäure, Ameisensäure, Maleinsäure, Benzoesäure, met -Chlorbenzoesäure, Adipinsäure, Ölsäure, Buttersäure, Zitronensäure und Acrylsäure, besonders bevorzugt in Essigsäure, Ameisensäure und Maleinsäure gelöst. Um die Gleichgewichtseinstellung zu beschleunigen, kann in katalytischen Mengen Schwefelsäure dazugegeben werden. Neben der Schwefelsäure können auch andere geeignete Säuren verwendet werden. Alternativ können Persäuren auch direkt als Oxidationsmittel verwendet werden, einfacher ist jedoch häufig deren in situ Herstellung.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Peroxoverbindung ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Peressigsäure, Perameisensäure, Natriumperoxid, Kaliumperoxid und Wasserstoffperoxid, wobei Wasserstoffperoxid unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten besonders bevorzugt ist.
Bei der„einen Peroxoverbindung" kann es sich gemäß der vorliegenden Erfindung sowohl um eine Peroxoverbindung in reiner Form als auch um ein Gemisch mehrerer Peroxoverbindungen gemäß der vorstehenden Definition handeln. Vorzugsweise werden Peroxoverbindungen in reiner Form eingesetzt. Wird als bevorzugte Peroxoverbindung Wasserstoffperoxid eingesetzt, so wird dies gemäß einer allgemeinen Ausführungsform der Erfindung in Form einer Wasserstoffperoxidlösung eingesetzt. Obwohl die Konzentration der Peroxidlösung nicht kritisch ist, wird diese so gewählt, dass man möglichst wenig Wasser in das Reaktionsmedium einbringt. Im Allgemeinen verwendet man eine wässrige Wasserstoffperoxidlösung mit mindestens 20 Gew.-% Η2Ο2, vorzugsweise eine solche mit 50 Gew.-%.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird im Rahmen der Herstellung des 2- (Alkylsulfoxy)benzonitrils ausgehend von dem 2-(Alkylthio)benzonitril ein möglichst wasserfreies Oxidationsmittel, d.h. mit einem möglichst geringem Wassergehalt eingesetzt. Die Verwendung eines solchen Oxidationsmittels ermöglicht es, die zur Weiterreaktion des 2-(Alkylsulfoxy)benzonitrils zu dem l,2-Benzisothiazolin-3-on gegebenenfalls notwendige Menge an Wasser so hinzuzugeben, dass die Bildung von Nebenprodukten weiter minimiert wird, wodurch das l,2-Benzisothiazol-3-on in noch höherer Ausbeute hergestellt werden kann.
Die Peroxoverbindung wird normalerweise in einer Menge von 0,8 bis 1,6 Mol, vorzugsweise 1,0 bis 1,4 Mol, pro Mol 2-(Alkylthio)benzonitril, verwendet. Wenn die Menge der Peroxoverbindung weniger als 0,8 Mol des 2-(Alkylthio)benzonitrils beträgt, besteht die Tendenz zu einem Anwachsen der Menge an nicht umgesetzten 2- (Alkylthio)benzonitril. Wenn andererseits die Menge an verwendeter Peroxoverbindung 1,6 Mol übersteigt, treten Nebenreaktionen auf und die Ausbeute an 2- (Alkylsulfoxy)benzonitril wird deutlich verringert.
Das Verfahren zur Herstellung des 2-(Alkylsulfoxy)benzonitrils kennzeichnet sich dadurch, dass die Reaktion in einem heterogenen Lösungsmittelsystem in Anwesenheit wenigstens einer Peroxoverbindung durchgeführt wird. Die Reaktion des als Edukt verwendeten 2-Alkylthiobenzonitrils mit der Peroxoverbindung wird bevorzugt in einem Zweiphasen-Lösungsmittelsystem durchgeführt, da das 2-Alkylthiobenzonitril in Wasser unlöslich ist. In diesem Falle wird vorzugsweise ein Phasentransfer-Katalysator zu dem Lösungsmittelsystem zugesetzt, um die Reaktion zu fördern. Phasentransfer-Katalysatoren, die für diesen Zweck verwendet werden können, umfassen quaternäre Ammoniumsalze, wie Benzyltriethylammoniumbromid, Benzyltrimethylammoniumchlorid, Hexadecyltriethylammoniumbromid, Hexadecyltrimethylammoniumchlorid, Dodecyltrimethylammoniumchlorid, Octyltriethylammoniumbromid, Tetra-n- butylammoniumbromid, Tetra-n-butylammoniumchlorid, Tetra-n- butylammoniumhydrogensulfat, Tetraethylammoniumchlorid und Trioctylmethylammoniumchlorid; quaternäre Phosphoniumsalze, wie
Hexadecyltriethylphosphoniumbromid, Hexadecyltributylphosphoniumchlorid, Tetra-n- butylphosphoniumbromid, Tetra-n-butylphosphoniumchlorid, Trioctylethylphosphoniumbromid und Tetraphenylphosphoniumbromid; und Kronenether wie 18-Crown-6, Dibenzo-18-crown-6 und Dicyclohexyl-18-crown-6.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Phasentransfer- Katalysator ausgewählt aus der Gruppe der quaternären Ammoniumsalze, wie Tetra-n- butylammoniumbromid, Tetra-n-butylammoniumhydrogensulfat und Tetra-n- butylammoniumchlorid. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Phasentransfer-Katalysator Tetra-n-butylammoniumhydrogensulfat.
Im Falle der Verwendung eines Phasentransfer-Katalysators liegt die verwendete Menge des Phasentransfer-Katalysators normalerweise beim 0,005- bis 0,5-fachen, bevorzugter 0,01- bis 0,2-fachen des Gewichts des 2-Alkylthiobenzonitrils. Wenn die Menge des verwendeten Phasentransfer-Katalysators weniger als das 0,005-fache des Gewichts des 2- Alkylthiobenzonitrils beträgt, kann ein entsprechender katalytischer Effekt nicht erzielt werden. Selbst wenn die Menge des Phasentransfer-Katalysators, die verwendet wird, das 0,5-fache des Gewichts des verwendeten 2-Alkylthiobenzonitrils überschreitet, kann kein zusätzlicher Effekt erwartet werden und daher ist dies aus wirtschaftlichen Gründen nicht vorteilhaft.
Die Herstellung des 2-(Alkylsulfoxy)benzonitrils kann gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung in einem Lösungsmittel durchgeführt werden. Gemäß einer alternativen Ausführungsform jedoch auch ohne Zusatz eines Lösemittels nur unter Verwendung der zur Herstellung notwendigen Komponenten (2-Alkylthiobenzonitril, Wasser und Oxidationsmittel) erfolgen.
Lösungsmittel, die bei dem Verfahren zur Herstellung des 2-(Alkylsulfoxy)benzonitrils verwendet werden, unterliegen keiner speziellen Beschränkung, solange sie gegenüber der Reaktion inert sind. Beispiele für bei der Reaktion verwendbare Lösungsmittel umfassen Kohlenwasserstoffe, wie n-Hexan, n-Heptan, Cyclohexan, Methylcyclohexan, Benzol, Toluol und Xylol, sowie halogenierte Kohlenwasserstoffe, wie Methylenchlorid, 1 ,2- Dichlorethan und Chlorbenzol. Als besonders bevorzugt hat sich im Rahmen der Erfindung das Chlorbenzol erwiesen. Die Menge des verwendeten Lösungsmittels liegt normalerweise beim 1- bis 30 fachen des Gewichts des 2-(Alkylthio)benzonitrils.
Die Reaktionstemperatur liegt bei der Herstellung des 2-(Alkylsulfoxy)benzonitrils normalerweise im Bereich von 0 bis 90°C, vorzugsweise bei Temperaturen unter 50°C. Die Reaktionszeit variiert mit der Reaktionstemperatur und dem Reaktionslösungsmittel und liegt normalerweise im Bereich zwischen 1 und 40 Stunden
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Oxidation des wie vorstehend beschriebenen 2-(Alkylthio)benzonitril in Anwesenheit eines Katalysators durchgeführt. Als Katalysator kommen dabei alle dem Fachmann bekannten, bei der Oxidation von Alkylthioethern einsetzbaren Katalysatoren in Frage. Der Katalysator ist dabei bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Phosphonsäuren, wie Phenylphosphonsäure, Wolfram- und Molybdänkatalysatoren, wie Na2W04; Vanadiumkatalysatoren, wie NaV03, NH4V03 und V205; H2S04 und Titankomplexen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Katalysator eine Phosphonsäure oder eine Mischung mehrerer Phosphonsäuren, gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Katalysator eine Phenylphosphonsäure. Die Menge an eingesetztem Katalysator beträgt allgemein etwa 0,01 bis 10 Mol.-%, bevorzugt etwa 0,05 bis 5 Mol.-%, besonders bevorzugt etwa 0,1 bis 0,5 Mol.-%, bezogen auf ein Mol 2-(Alkylthio)benzonitril.
Das in dem ersten Verfahrensschritt hergestellte 2-(Alkylsulfoxy)benzonitril kann mit oder ohne vorherige Aufbereitung in dem zweiten Verfahrensschritt weiter zu dem 1,2- Benzisothiazolin-3-οη umgesetzt werden. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird das 2-(Alkylsulfoxy)benzonitril ohne weitere Aufbereitung weiter zu dem 1,2- Benzisothiazol-3-οη umgesetzt. In dem auf die Herstellung des 2-(Alkylsulfoxy)benzonitrils folgenden zweiten Verfahrensschritt wird dann ausgehend von einem wie vorstehend beschrieben hergestellten 2-(Alkylsulfoxy)benzonitril unter Verwendung wenigstens einer Säure das 1 ,2-Benzisothiazol-3-on hergestellt:
Beispiele für die bei diesem Verfahrensschritt verwendbaren Säuren umfassen sämtliche, dem Fachmann bekannten starken Säuren. Die Säuren können sowohl in reiner Form als auch in Form ihrer Gemische eingesetzt werden. Vorzugsweise werden die Säuren in reiner Form eingesetzt.
Als Säure werden bevorzugt Salzsäure, Bromwasserstoffsäure, Iodwasserstoffsäure, Schwefelsäure, Salpetersäure, Chromsäure, Methansulfonsäure,
Trifluormethansulfonsäure, Trichloressigsäure, Dichloressigsäure, Bromessigsäure, Chloressigsäure, Cyanessigsäure, 2-Chlorpropansäure, 2-Oxobutansäure, 2- Chlorbutansäure, 4-Cyanobutansäure, Perchlorsäure und Phosphorsäure eingesetzt. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird Salzsäure als Säure verwendet. Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung können auch saure Ionentauschen an Stelle einer Säure verwendet werden. Die Säure wird normalerweise in einer Menge von 0,8 bis 3,0 Mol, vorzugsweise 1,0 bis 2,0 Mol, pro Mol 2-(Alkylsulfoxy)benzonitril, verwendet. Die Zugabe der Säure kann dabei ein- oder auch mehrstufig erfolgen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden in einer ersten Stufe 10% der Säure, und in einer zweiten Stufe weitere 100% der Säure zugegeben. So werden gemäß dieser Ausführungsform beispielsweise 0,1 Mol-Äquivalente (Säure zu Benzonitril) Säure zu Beginn der Reaktion, und weitere 1,0 Mol-Äquivalente zu einem späteren Zeitpunkt hinzugegeben.
Lösungsmittel, die bei dem Verfahren zur Herstellung des l,2-Benzisothiazol-3-ons ausgehend von dem 2-(Alkylsulfoxy)benzonitril verwendet werden, unterliegen keiner speziellen Beschränkung, solange sie gegenüber der Reaktion inert sind. Beispiele für bei der Reaktion verwendbare Lösungsmittel umfassen Kohlenwasserstoffe, wie n-Hexan, n- Heptan, Cyclohexan, Methylcyclohexan, Benzol, Toluol und Xylol, sowie halogenierte Kohlenwasserstoffe, wie Methylenchlorid, 1 ,2-Dichlorethan Chlorbenzol und Dichlorbenzol. Als besonders bevorzugt hat sich im Rahmen der Erfindung das Chlorbenzol erwiesen. Die Menge des verwendeten Lösungsmittels liegt normalerweise beim 1- bis 30 fachen des Gewichts des 2-( Alkylsulfoxy)benzonitrils.
Die Reaktionstemperatur des zweiten Verfahrensschritts, in dessen Rahmen das 1,2- Benzisothiazol-3-οη ausgehend von 2-(Alkylsulfoxy)benzonitril hergestellt wird, liegt
Üblicherweise im Bereich von 50 bis 90°C, vorzugsweise bei Temperaturen im Bereich von 70 bis 80°C. Die Reaktionszeit variiert mit der Reaktionstemperatur und dem Reaktionslösungsmittel und liegt normalerweise im Bereich zwischen 1 und 40 Stunden. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das 2- (Alkylthio)benzonitril in einer one pot Synthese zu dem l,2-Benzisothiazolin-3-on umgesetzt. Gemäß dieser Ausführungsform legt man das 2-(Alkylthio)benzonitril und die wenigstens eine starke Säure zu, und gibt bei Temperaturen im Bereich von -10 bis 20 °C, bevorzugt im Bereich von 0 bis 10 °C die wenigstens eine Peroxo Verbindung zu, um das l,2-Benzisothiazolin-3-on zu erhalten. Bzgl. der weiteren Verfahrensparameter, wie Lösemittel und Einsatzmengen, wird auf die vorstehenden Ausführungen verwiesen. Gemäß einer weiter bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das 2- (Alkylthio)benzonitril aus dem entsprechenden 2-Halogenbenzonitril hergestellt und bei vorgelegter Säure bei Temperaturen im Bereich von -10 bis 20 °C, bevorzugt im Bereich von 0 bis 10 °C mit der wenigstens einen Peroxo Verbindung zu dem 1,2-Benzisothiazolin- 3-on umgesetzt. Bzgl. der Verfahrensparameter auf die vorstehenden Ausführungen verwiesen.
Das Isolieren des l,2-Benzisothiazol-3-ons aus dem nach dem vorstehenden Verfahren erhaltenen Reaktionsgemisch kann durch übliche Kristallisationstechniken oder durch Umkristallisieren nach dem Extrahieren erfolgen. Es kann auch in wässrigen alkalischen Lösungen gelöst und aus diesen ausgefällt werden. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das l,2-Benzisothiazol-3-on durch Abkühlen des Reaktionsgemisches kristallisiert, abfiltriert und gegebenen falls gewaschen.
Beispiele für l,2-Benzisothiazol-3-one, dargestellt durch die allgemeine Formel (I), die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhalten werden können, umfassen: 1,2- Benzisothiazol-3-οη, 7-Methyl-l,2-benzisothiazol-3-on, 5-Butyl-l,2-benzisothiazol-3-on, 6-Methoxy- 1 ,2-benzisothiazol-3-on, 7-Nitro- 1 ,2-benzisothiazol-3-on, 6-Chlor- 1 ,2- benzisothiazol-3-οη, 6-Carboxy-l ,2-benzisothiazol-3-on und 6-Methoxycarbonyl-l,2- benzisothiazol-3-οη. Besonders bevorzugt handelt es sich bei dem l,2-Benzisothiazol-3- one, dargestellt durch die allgemeine Formel (I), das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt werden kann um das l,2-Benzisothiazol-3-on.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird das bei der Umsetzung des Halogenbenzonitrils, der allgemeinen Formel (IV), wobei X ein Chloratom oder ein Bromatom bedeutet, und R2 wie vorstehend definiert ist, mit dem Alkanthiol, dargestellt durch die folgende allgemeine Formel (V): R'SH, worin R1 eine Alkylgruppe mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen bedeutet anfallende Nebenprodukt R'X durch Umsetzung mit Natriumhydrogensulfit (NaSH) zu dem Alkylthiol-Natriumsalz (R!SNa) umgewandelt, welches dann wieder zur Herstellung des 2-(Alkylthio)benzonitrils verwendet werden kann.
Das folgende Beispiel dient zur weiteren Veranschaulichung der vorliegenden Erfindung:
Beispiel 1 : Herstellung von l,2-Benzisothiazol-3-on ausgehend von 2- (Methylthio)benzonitril
In einen 500 ml Glasreaktor mit Blattrührer werden unter Rühren und Stickstoffspülung 225 g Chlorbenzol, 77 g (0,5 mol) 2-(Methylthio)benzonitril, 1 g Ameisensäure, 0,165 g Na204W · 2 H20, 0,08 g Phenylphosphonsäure und 0,75 g Tetrabutylammoniumhydrogensulfat vorgelegt, und das Reaktionsgemisch wurde auf 5°C mit Hilfe eines Eisbades abgekühlt.
Daran anschließend wurden 58,9 g (0,5 mol) Salzsäure (31%ig) hinzugegeben, und über einen Zeitraum von 3 Stunden 51,0 g (0,525 mol) H202 (35%ig in Wasser) hinzugegeben. Die Temperatur wurde mittels Kühlung bei 5 bis 10°C gehalten. Daran anschließend wurde das Eisbad entfernt. Über einen Zeitraum von 3 Stunden erwärmte sich die Reaktionsmischung auf Raumtemperatur (22°C).
Unter vermindertem Druck von 670 mbar erwärmte man dann die Reaktionsmischung auf einen Temperaturbereich von etwa 70 bis 80°C für 5 Stunden. Danach wurden weitere 5,6 g (0,0475 mol) Salzsäure (31%ig) hinzugegeben, und die Reaktionsmischung für weitere zwei Stunden bei etwa 70 bis 80°C reagieren gelassen.
Den Ansatz wurde unter Rühren auf Raumtemperatur gekühlt. Der erhaltene Feststoff wurde abgesaugt, mit 20 g Chlorbenzol gewaschen und bei einer Temperatur von 80°C über einen Zeitraum von 48 Stunden getrocknet.
So erhielt man 68,7 g l,2-Benzisothiazol-3-on mit einer Reinheit > 99 % (Ausbeute 91,0). Im Filtrat befinden sich weitere 4,2 g BIT gelöst was einem Gesamtumsatz von 96,6 % entspricht.
Beispiel 2: Herstellung von l,2-Benzisothiazol-3-on ausgehend von 2-(Methylthio) benzonitril in zweistufiger Fahrweise
In einem 200 ml Glasreaktor mit Magnetrührer werden 29,8 g (0,2 mol) 2-(Methylthio) benzonitril, 0,066 g Natriumwolframat, 0,032 g Phenylphosphonsäure und 0,3 g tetra Butylammoniumhydrogensulfat vorgelegt und auf 35 °C erwärmt.
Innerhalb von 30 min werden 20,4 g (0,21 mol) Wasserstoffperoxid zugetropft und die Temperatur unter Kühlung bei 32 bis 38 °C gehalten. Es wurden weitere 3 Stunden nachgerührt und anschließend bei 20 mbar und 90°C Wasser abdestilliert. Das erhaltene Methylsulfinylbenzonitril weist eine Reinheit per GC von 93,2 area% auf.
Der gesamte Ansatz wurde mit 90 g Chlorbenzol verdünnt und auf 5 °C gekühlt. Innerhalb von 30 min wurden 25,9 g (0,22 mol) Salzsäure 31% unter Kühlung bei 5 bis 10 °C zugetropft und weitere 30 min bei dieser Temperatur nachgerührt. Anschließend wurde auf 75 bis 80 °C erwärmt und 2 h bei dieser Temperatur gerührt. Nach Kühlen auf RT, Filtration und Waschen mit 10 g Chlorbenzol konnten 26,3 g BIT (entspricht 87% Ausbeute) gewonnen werden. Im Filtrat befinden sich weitere 1,5 g BIT gelöst was einem Gesamtumsatz von 92,0 % entspricht.

Claims

Patentansprüche
Verfahren zur Herstellung von l,2-Benzisothiazolin-3-onen gemäß der allgemeinen Formel (I)
Figure imgf000019_0001
(I) wobei R ein Wasserstoffatom, eine Alkylgruppe mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen, eine Alkoxygruppe mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen, eine Nitrogruppe oder ein Ester davon, oder ein Halogenatom bedeutet, umfassend die Umsetzung von 2- (Alkylthio)benzonitril gemäß der allgemeinen Formel (II):
Figure imgf000019_0002
(Π) worin R 1 eine Alkylgruppe mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen bedeutet, und R 2 wie vorstehend definiert « ist, mit einer Peroxoverbindung unter Bildung von 2- (Alkylsulfoxy)benzonitril der allgemeinen Formel (III):
Figure imgf000019_0003
(III) worin R1 und R2 wie vorstehend definiert sind, und anschließende Umsetzung des 2-(Alkylsulfoxy)benzonitrils mit einer Säure zu dem l,2-Benzisothiazolin-3-on gemäß der allgemeinen Formel (I), worin R2 wie vorstehend definiert ist. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Peroxo Verbindung ausgewählt ist ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Peressigsäure, Perameisensäure, Natriumperoxid, Kaliumperoxid und Wasserstoffperoxid.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Säure ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Salzsäure, Bromwasserstoffsäure, Iodwasserstoffsäure, Schwefelsäure, Salpetersäure, Methansulfonsäure und Chloressigsäure ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die durch die allgemeine Formel (II) dargestellte Verbindung ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus 2-(Methylthio)benzonitril, 2-(Ethylthio)benzonitril und 2-(n- Propylthio)benzonitril .
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das 2- (Alkylthio)benzonitril und die starke Säure bei Temperaturen im Bereich von -10 bis 20 °C vorgelegt werden, und das l,2-Benzisothiazolin-3-on durch Zugabe der wenigstens einen Peroxoverbindung hergestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren bei einer Temperatur im Bereich von 0 bis 10 °C durchgeführt wird.
Verfahren zur Herstellung von l,2-Benzisothiazolin-3-onen gemäß der allgemeinen Formel (I)
Figure imgf000020_0001
(I) wobei R2 ein Wasserstoffatom, eine Alkylgruppe mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen, eine Alkoxygruppe mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen, eine Nitrogruppe oder ein Ester davon, oder ein Halogenatom bedeutet, umfassend die Umsetzung eines 2- Halogenbenzonitrils, dargestellt durch die folgende allgemeine Formel (IV):
Figure imgf000021_0001
(IV) wobei X ein Chloratom oder ein Bromatom bedeutet, und R2 wie vorstehend definiert ist, mit einem Alkanthiol, dargestellt durch die folgende allgemeine
Formel (V): worin Rl eine Alkylgruppe mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen bedeutet, unter Bildung eines 2-(Alkylthio)benzonitrils gemäß der allgemeinen Formel (II):
(Π) worin R1 und R2 wie vorstehend definiert sind, mit einer Peroxoverbindung unter Bildung von 2-(Alkylsulfoxy)benzonitril der allgemeinen Formel (III):
Figure imgf000021_0003
(III) worin R1 und R2 wie vorstehend definiert sind, und anschließende Umsetzung des 2-(Alkylsulfoxy)benzonitrils mit einer Säure zu dem 1 ,2-Benzisothiazolin- 3-on gemäß der allgemeinen Formel (I), worin R2 wie vorstehend definiert ist.
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