DE1914688A1 - Verfahren zur Herstellung von Nitrilen - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von Nitrilen

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Description

1 12. M
Patentanwälte
Dr. W. Schalk, Dipl.-lng. P. Wirth Dipl.-lng. G. Dannenberg Dr. V. Schtiiicd-Kowarzik
Dr. P. Weinhold, Dr. D. Gudel
6/ronkfurl/M., Gr. Eschenheimer Sfr. 39
SANDOZ A.G. Basel/Schweiz
Case 2863
Verfahren zur Herstellung von Nitrilen
Es ist bekannt, Nitrile herzustellen, indem man ein Gemisch aus einer Carbonsäure öder einem ihrer funlctionellen Säurederivate und Harnstoff auf eine Temperatur über 25O°C erhitzt.
Diese Reaktion verläuft, wie gefunden wurde, bei niedrigerer Temperatur und in kürzerer Zeit, wenn man dem Reaktionsgemisch Amidosulf ons äure (der Formel HgN-SO3H) zugibt.
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-r-
Carbonsäuren, die sich mit besonders guter Ausbeute nach dem erfindungsgemässen Verfahren in die entsprechenden Nitrile Überführen lassen, sind die aliphatischen Carbonsäuren, insbesondere die gesättigten aliphatischen Monocarbonsäuren mit 2 bis 10 Kohlenstoffatomen, z.B. Essigsäure, Propionsäure, Buttersäure, Hexancarbonsäure und Octancarbonsäure, cycloaliphatische Carbonsäuren« z.B. Cyclohexan-monocarbonsäure, ein- und zweikernige aromatische Mono- und Dicarbonsäuren, z.B. Benzolcarbonsäure, Naphthalin-1-carbonsäure, Naphthalin-2-carbonsäure, Diphenyl-2-, -3- und'4-carbonsäure, Isophthalsäure, Terephthalsäure und Diphenyl-2,2'-dicarbonsäure, und heterocyclische Carbonsäuren, z.B. Monocarbonsäuren heterocyclischer 5- oder 6-gliedriger Ringe, die insbesondere Stickstoff, Sauerstoff oder Schwefel als Heteroatome enthalten, z.B. Thiophen-2- und->■ carbonsäure oder Nicotinsäure. Diese Säuren können Kohlenstoffsubstitu-
enten enthalten, z.B. Halogen, insbesondere Chlor oder Brom« wie in
der Chloressigsäure, 2-Chlorpropionsäure und 2-, 3~ oder 4-Fluor-, -Chlor-,-Brom- oder •«Jod-benzol carbonsäure, Alkylgruppen, wie Inder 2-Methylbuttersäure, 2-Methyl->-aethyl-pentancarbonsäure, 2-, >oder ^-Methyl-benzolcarbonsäure, den Methylnaphthalincarbonsäuren, Chinaldincarbonsäuren und der 5-Methylnicotinsäure, Aralkylreste, wie in der 5-Benzylnicotinsäure, Arylreste, z.B. Phenylreste, wie in der Phenylessigsäure, Benzthiophen-2-carbonsäure, Benzthiophene 3-carbonsäure oder 5-Phenyl-thiophen-2-carbonsäure, Nitrogruppen, wie in der 2-, J- oder 4-Nitrobenzoesäure, heterocyclische Reste, insbesondere einkernige. Stickstoff, Sauerstoff oder Schwefel als Heteroatome enthaltende 5- oder 6-gliedrige Ringe, wie in der Thio-
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phen-2-essigsäure, Acylgruppen, wie in den Brombenzophenoncarbonsäuren,.sowie Cyan-, Mercapto-, tert. Amino-, Alkoxy-, Aether-, Esteroder organische Sulfonylgruppen. Selbstverständlich ist die Reaktion nur auf diejenigen Carbonsäuren anwendbar, die bei der Reaktion temperaturbeständig sind, also beispielsweise nicht auf Carbonsäuren, die bei der Reaktionstemperatur decarboxyliert werden.
Besonders geeignete funktioneile Säurederivate dieser Carbonsäuren sind ihre Salze, vor allem ihre Alkalisalze, z.B. die Natrium- und Kaliumsalze, und ihre Ammoniumsalze, ihre Anhydride, ihre Halogenide, z.B. Chloride, und in der aromatischen Reihe auch die entsprechenden Trihalogenmethylverbindungen. Beispiele für funktioneile Säurederivate sind Ammonium-2-ohlorbenzoat, Essigsäureanhydrid, 4-Nitro-benzoylchlorid und 4-Methylbenzotrichlorid.
Es ist besonders vorteilhaft, die Amidosulfonsäure in Mengen zwischen ungefähr 1 und 2,5 Mol und insbesondere zwischen 1,5 und 2 Mol, bezogen auf ein Aequivalent Carboxylgruppe oder Carboxylderlvat, und den Harnstoff in Mengen zwischen etwa 0,5 und 2 Mol und insbesondere zwischen 1 und 1,5 Mol einzusetzen.
Anstatt die Amidosulfonsäure als solche zuzugeben, kann man sie im Reaktionsgemisch entstehen lassen, beispielsweise indem man die zur Bildung der gewünschten Menge Amidosulfonsäure erforderliche Menge Harnstoff und Schwefelsäure zum Reaktionsgemisch gibt. Die Bildung von Amidosulfonsäure aus Harnstoff und Schwefelsäure ist z.B. in Helvetica Chimica Acta 2£, 1428 (1946) beschrieben.
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19U688
Die Umsetzung zum Nitril kann in An- oder Abwesenheit eines inerten Reaktionsmediums vorgenommen werden. So kann man Carbonsäure, Amidosulfonsäure und Harnstoff in einer unter den Reaktionsbedingungen flüssigen und inerten, hochsiedenden organischen Verbindung, z.B. in Benzophenon, lösen oder suspendieren oder unter Verzicht auf ein inertes Reaktionsmedium zusammen schmelzen/Man erhitzt so lange, bis die Umsetzung zum Nitril beendet ist, im allgemeinen etwa j50 bis 60 Minuten auf eine Temperatur zwischen I80 und 240°C und vorzugsweise zwischen 220 und 240°C.
Nach beendeter Reaktion wird das entstandene Nitril in üblicher Weise isoliert und gewUnschtenfalls gereinigt. So kann man es von schwerer flüchtigen Begleitstoffen abdestillieren oder mit einem niedrig siedenden organischen Lösungsmittel, z.B. einem chlorierten aliphatischen Kohlenwasserstoff, insbesondere Chloroform, Triohioräthylen oder Perchloräthylen, Cyclohexan oder Benzol, extrahieren und anschliessend destillieren. In manchen Fällen lassen sich die Verunreinigungen auch mit Wasser extrahieren.
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Die in den folgenden Beispielen genannten Teile bedeuten Gewichtsteile. Die Temperaturen sind in Celsiusgraden angegeben.
Beispiel 1
60 Teile Eisessig, 194 Teile Amidosulfonsäure und 60 Teile Harnstoff werden eine Stunde unter Rückfluss auf 220 - 230° erwärmt. Darauf destilliert man das entstandene Acetonitril ab.
Verwendet man an Stelle der 60 Teile Eisessig 51 Teile Essigsäure anhydr id, so ist das Ergebnis ebenfalls gut.
Inklelcher Weise werden Thiophen-2-earbonsäurenitril aus 128 Teilen Thiophen-2-carbonsäure und PyrIdin-3-earbonsäurenitril aus 143 Teilen Pyridin-3-carbonsäure erhalten.
Bei s ρ i e 1 2
31,4 Teile 2-Chlor-benzoesäure, 36 Teile Amidosulfonsäure und 16,8 Teile Harnstoff werden miteinander vermischt und in einem Gefäss mit LuftkUhler eine Stunde auf 220 - 230° Innentemperatur erhitzt. Darauf destilliert man das entstandene 2-Chlor-benzonitril unter normalem oder vermindertem Druck ab und kristallisiert gewUnschtenfalls aus Petroläther um.
Anstelle der 2-Chlor-benzoesäure werden mit gleich gutem Erfolg die äquivalenten Mengen ihrer Alkalisalze, ihres Ammoniumsalzes oder ihres Anhydrids verwendet.
Ferner wird nach der gleichen Vorschrift Naphthalin-1-carbon-
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säurenitril aus Naphthalin-1-carbonsäure, Naphthalin-2-earbonsäurenitril aus Naphthalin-2-carbonsäure, 2-Fluorbenzonitril aus 2-Fluorbenzoesäure und Phenylacetonitril aus Phenylessigr säure hergestellt.
Beispiel 3
196 Teile Benzotrichlorid, 194 Teile Amidosulfonsäure und 80 Teile Harnstoff werden eine Stunde unter Rückfluss auf 240° erwärmt. Nach Abdestillleren des entstandenen Benzonitrils schüttelt man dieses mit einer gesättigten Kalium· carbonatlösung, trocknet und destilliert noch einmal.
Beispiel 4
167 Teile Isophthalsäure, 194 Teile Amidosulfonsäure und 120 Teile Harnstoff werden eine Stunde auf 24o° erwärmt. Nach dem Erkalten wird mit Chloroform ausgeschüttelt und filtriert. Nach Abdestillieren des Chloroforms erhält man Isophthalsäure nitril.
Terephthalsäurenitril erhält man, wenn man Terephthalsäure anstelle von Isophthalsäure einsetzt.
Nach der gleichen Vorschrift lassen sich bei Verwendung der äquivalenten Mengen anderer Säuren folgende Verbindungen herstellen:
2-Nitro-benzonitril aus ' 2-Nitro-benzoesäure 3-Nitro-benzonitril aus 2-Nitro-benzoesäure
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2-Chlor-5-nitro- aus 2-Chlor-5-nitro-benzoesäure benzonitril
3-Chlor-benzonitril aus 3-Chlor-benzoesäure
4-Chlor-benzonitill aus 4-Chlor-benzoesäure
2-Brombeneonitril aus 2-Brom-benzoeeäure
2-Jod-benzonitril aus 2-Jod-benzoesäure
V-.
Beispie 15
46 Teile 2-Chlor-benzotrichlorid, 36 Teile Amidosulfonsäure und 16,8 Teile Harnstoff werden miteinander vermischt und in einem Gefass mit Luftkühler eine Stunde unter Rühren auf 220 - 24o° Innentemperatur erhitzt. Nach dem Abkühlen versetzt man mit 70° warmem Wasser, kühlt wieder ab, filtriert, wäscht mit einer wässrigen Ammoniaklösung, trocknet und destilliert. Man erhält 2-Chlor-benzonitril.
Aehnlich gute Ergebnisse erhält man, wenn man von 56 Teilen 2-Chlor-benzoylchlorid ausgeht. Ferner erhält man in dieser Weise 4-Nitro-benzonitril aus 33,4 Teilen 4-Nitrobenzoesäure, wobei die Reinigung durch Umkristallisieren aus Alkohol erfolgen kann. Bei Verwendung von 25 Teilen Nicotinsäure entsteht Nicotinsäurenitril, das durch Extrahieren mit Chloroform und Abdestillieren des Chloroforms isoliert wird.
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Beispiel6
25*6 Teile Cyclohexane arbonsaure, J>6 Teile Amidosul fonsäure und l6,8 Teile Harnstoff-werden miteinander vermischt und in einem Gefäss mit Rückflusskühler eine Stunde auf 220 - 2^0° Innentemperatur erhitzt. Nach dem Abkühlen extrahiert man den Rückstand mehrfach mit warmem Chloroform. Nach Abdestillieren des Chloroforms erhält man Cyc1ohexancarbonsäurenitril, das durch Destillation gereinigt werden kann.
Nach der gleichen Vorschrift lassen sich Benzonitril aus Benzoesäure und 4-Methyl-benzonitril aus 4-Methyl-benzoesäure herstellen.
Die nach den Angaben in den Beispielen erhaltenen Ausbeuten sind bei den angewandten verhältnismässig milden Reaktionstemperaturen gut bis sehr gut. So werden viele Nitrile in Ausbeuten von über 75 % der Theorie erhalten und manche, z.B. Brom- und Jodbenzonitril/in Ausbeuten von etwa 90 % der Theorie.
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Claims (5)

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung von Nitrilen durch Erhitzen von Carbonsäuren oder deren funktioneilen Derivaten mit Harnstoff und Isolieren des entstandenen Nitrils, dadurch gekennzeichnet, dass man dem Reaktionsgemisch Amidosulfonsäure zusetzt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man auf Temperaturen zwischen l80° und 240°C erhitzt.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass man auf Temperaturen zwischen 220° und 24.00C erhitzt.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man die Amidosulfonsäure in situ herstellt.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass man dem Reaktionsgemisch Harnstoff und Schwefelsäure zusetzt.
Der
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