DE19732030A1

DE19732030A1 - Verfahren zur Herstellung von Chlormethansulfonylhalogeniden

Info

Publication number: DE19732030A1
Application number: DE1997132030
Authority: DE
Inventors: Claus Prof Dr Herdeis; Christian Edwin Dr Weis
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1997-07-25
Filing date: 1997-07-25
Publication date: 1999-01-28
Anticipated expiration: 2017-07-26
Also published as: DE19732030B4

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein neues Verfahren zur Herstellung von Chlormethansulfonylhalogeniden, insbesondere von Chlormethansulfonylchlorid, das gegenüber den vorbeschrie benen Verfahren zur Herstellung dieser Verbindungen erhebliche Vorteile aufweist.

Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren herzustellenden Chlormethansulfonylhalogenide (Chlormethansulfonsäurehalogeni de) und insbesondere die bevorzugt herzustellende Verbindung Chlormethansulfonylchlorid sind als an sich bekannte Ver bindungen anzusehen. Sie weisen die Formel ClCH₂SO₂Hal auf, worin Hal für einen Halogenrest steht, der vorzugsweise Chlor ist, im Rahmen der vorliegenden Erfindung jedoch auch Brom sein kann.

Der chemischen Literatur sind zur Herstellung von Chlormethan sulfonylchlorid verschiedene Verfahren zu entnehmen, die den folgenden drei Grundverfahrenstypen zugeordnet werden können:
In dem deutschen Patent DE 8 36 492 wird die Herstellung von Chlormethansulfonylchlorid durch Umsetzung von Paraform aldehyd, konzentrierter wäßriger Salzsäure, Schwefel wasserstoff und Chlor beschrieben.

Beim zweiten Verfahrenstyp, der z. B. beschrieben ist in Brintzinger et al., Chemische Berichte 85, 1952, S. 455/456; Douglass, Simpson, Sawyer, J.Org.Chem. 14, 1949, S. 273; Douglass, Simpson, Sawyer, J.Org.Chem. 5, 1940, S. 84, wird symmetrisches Trithian unter variierenden Bedingungen chloriert. Bei diesem Verfahren fällt neben dem erwünschten Chlormethansulfonylchlorid eine Reihe von Nebenprodukten an.

Gemäß einem dritten Verfahrenstyp erfolgt die Herstellung von Chlormethansulfonylchlorid aus Dimethyldisulfid bzw. Chlor methylschwefelchlorid und Chlor (Douglass, Simpson, Sawyer, J.Org.Chem. 14, 1949, S. 273) Auch dieses Verfahren führt zu einer großen Menge an Nebenprodukten.

Alle geschilderten Verfahrenstypen gehen aus von sauerstoff freien Schwefelverbindungen (Schwefelwasserstoff, Trithian, Dimethyldisulfid bzw. Chlormethylschwefelchlorid), die als solche unangenehm zu handhaben sind und aus denen auch Nebenprodukte entstehen, die die Verfahrensdurchführung mit einem erheblichen Aufwand belasten.

Versucht man, diese Nachteile zu umgehen, indem man beispiels weise versucht, Chlormethansulfonylchlorid nach ähnlichen Verfahren herzustellen wie das homologe β-Chlorethansulfonyl chlorid, das im Handel erhältlich ist und beispielsweise Ausgangsprodukt für das in dem deutschen Patent DE 195 15 976 beschriebene Verfahren zur Taurinamidherstellung ist, scheitert man. Das in der Technik zur Herstellung von β-Chlor ethansulfonylchlorid durchgeführte Verfahren der radikalischen Chlorierung von Ethansulfonsäure führt zu keinen brauchbaren Ergebnissen, da di- und trihalogenierte Verbindungen entstehen.

In der Einleitung des deutschen Patents DE 8 36 492 wurde ferner der Absatz gefunden: "Chlorierte Sulfochloride, die das Chlor und die Sulfochloridgruppe am selben aliphatisch gebundenen C-Atom enthalten, wurden bisher aus den entsprechenden Sulfonsäuren durch Behandeln mit geeigneten Chloriden, z. B. PCl₅, hergestellt. Dieses Verfahren ist naturgemäß umständlich und kostspielig." Es ist dem genannten Absatz nicht zu entnehmen, welche chlorierten Sulfochloride nach dem skizzierten Verfahren hergestellt worden sein sollen bzw. welche Sulfonsäuren in welcher Form und unter welchen Bedingungen mit Chlorierungsmitteln umgesetzt wurden. Es ist der bisher bekanntgewordenen Literatur jedenfalls kein Verfahren zur Herstellung von Chlormethansulfonylchlorid zu entnehmen, das dem skizzierten Verfahrenskonzept entspricht. Der Hinweis auf die Umständlichkeit und Kostspieligkeit von Verfahren der genannten Art hält den Fachmann davon ab, von Verfahren der genannten Art eine einfache, billige Lösung des Problems der Herstellung von Chlormethansulfonylchlorid zu erwarten, insbesondere auch im Hinblick auf die nachfolgend im deutschen Patent DE 8 36 492 als "einfach" beschriebene Verfahrensweise, bei der man mit den gasförmigen, giftigen und aggressiven Reagenzien Schwefelwasserstoff und Chlor arbeitet und die bis zum Abschluß der chemischen Umsetzungen einen Zeitaufwand in der Größenordnung von 9 bis 12 Stunden und variierende Reaktionstemperaturen zwischen 60°C und -15°C erfordert.

Es besteht daher ein Bedarf nach einem neuen, einfach, sauber und mit hoher Ausbeute durchführbaren Verfahren zur Herstellung von Chlormethansulfonylhalogeniden, insbesondere von Chlormethansulfonylchlorid, das, ähnlich wie das in großen Mengen hergestellte und in der pharmazeutischen Industrie und Agrochemie als Synthesebaustein verbrauchte Chloracetylchlorid, ein vielversprechender Schlüsselbaustein für die Synthese von Arzneistoffen und Pflanzenschutzmitteln ist, beispielsweise zur Herstellung verschiedener Chlormethylsulfonamid-Derivate mit pharmazeutischer Wirkung oder einer anderen biologischen Wirksamkeit.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Unteransprüchen wiedergegeben.

Das erfindungsgemäße Verfahren beruht im wesentlichen darauf, daß man zur Herstellung von Chlormethansulfonylhalogeniden, insbesondere von Chlormethansulfonylchlorid, von einer bisher für diesen Zweck noch nicht verwendeten Ausgangsverbindung ausgeht, nämlich von Chlormethansulfonsäure, insbesondere von Metallsalzen von Chlormethansulfonsäure, unter denen Alkali metallsalze besonders bevorzugt sind. Aus Gründen der Verfüg barkeit und aus Kostengründen ist dabei das Natriumsalz der Chlormethansulfonsäure eine besonders bevorzugte Ausgangsver bindung, wobei aus verfahrenstechnischen Gründen keinerlei Gründe bestehen, dieses einfach und kostengünstig erhältliche Natriumsalz durch ein anderes Salz zu ersetzen.

Die als Ausgangsverbindung gewählte Chlormethansulfonsäure, insbesondere in Form ihrer Salze, ist im Handel nicht erhält lich, ist jedoch nach der chemischen Literatur entnehmbaren Verfahren einfach und in guter Ausbeute herstellbar. Ein besonders vorteilhaftes Verfahren beruht auf der Umsetzung von Dichlormethan (Methylenchlorid) mit einem Alkalisulfit, z. B. Natriumsulfit, und ist beispielsweise beschrieben im deutschen Patent 4 14 426. Ein anderes bekanntes Verfahren besteht in der Umsetzung von Aminomethansulfonsäure mit Natriumnitrit und konzentrierter Salzsäure (Backer, Mulder, R. 52 (1933), S. 456).

Eine Nacharbeitung des von Methylenchlorid und Natriumsulfit ausgehenden Verfahrens durch die Erfinder lieferte ein Rohprodukt, das bei einer Umsetzungsrate zwischen 70 und 100% Chlormethansulfonsäure in Salzform, Natriumsulfit und Natriumchlorid enthielt. Dieses Rohprodukt kann direkt als trockenes Pulver erfindungsgemäß mit Phosphorpentachlorid in Phosphorylchlorid (Phosphoroxychlorid) zum gewünschten Chlormethansulfonylchlorid chloriert werden.

Im Gegensatz zu der entsprechenden Hydroxymethansulfonsäure erwies sich die Chlormethansulfonsäure unter chlorierenden Bedingungen als stabil und kann in an sich bekannter Weise unter Verwendung bekannter Chlorierungsmittel chloriert werden. Als Chlorierungsmittel kommen insbesondere solche Chlorierungsmittel in Frage, die bei einer verallgemeinernden Betrachtung als Säurechloride anorganischer Säuren angesehen werden können und zu denen Phosphorylchlorid, Thionylchlorid oder Phosgen sowie die aggressiveren Chlorierungsmittel wie Phosphortrichlorid und Phosphorpentachlorid gehören.

Setzt man Chlormethansulfonsäure, insbesondere in Salzform und vorzugsweise in Form des Chlormethansulfonsäurenatriumsalzes, mit Halogenierungsmitteln der genannten Art in einem geeigneten Lösungsmittel oder aber auch ohne zusätzliches Lösungsmittel um, so erhält man die bekannte Verbindung Chlormethansulfonylchlorid in guter Ausbeute und Reinheit.

Bei Verwendung eines Lösungsmittels können insbesondere dipolar aprotische Lösungsmittel, cyclische und acyclische Ether, halogenierte Kohlenwasserstoffe sowie die Chlorierungsmittel wie beispielsweise Phosphorylchlorid oder Thionylchlorid selbst verwendet werden.

Eine Umsetzung von Hydroxymethansulfonsäure-natriumsalz führt zu Zersetzung.

Arbeitet man mit Phosphorpentachlorid als Chlorierungsmittel und in Phosphorylchlorid als Lösungsmittel, so wird eine quantitative Umsetzung des Natriumsalzes der Chlormethan sulfonsäure erreicht. Bei Raumtemperatur ist die Reaktion nach 30 min abgeschlossen. Aufgrund der Einfachheit und Sauberkeit der genannten Umsetzung erwies sich Phosphorylchlorid als ein für das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Chlormethansulfonylchlorid besonders geeignetes Lösungsmittel. Andere verwandte Halogenierungsmittel oder Lösungsmittel, d. h. Lösungsmittel mit einem verwandten Lösungsverhalten können, gegebenenfalls in Verbindung mit anderen Halogenierungsmitteln, voraussichtlich ebenfalls mit gutem Erfolg verwendet werden.

Es ist auch davon auszugehen, daß entsprechende bekannte Bromierungsmittel zur Herstellung der entsprechenden Sulfonyl bromide eingesetzt werden können, wenn man das Chlormethansul fonsäurebromid herstellen möchte.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbei spiels näher erläutert.

Beispiel 1. Herstellung des Natriumsalzes von Chlormethansulfonsäure

In sinngemäßer Nacharbeitung des im deutschen Patent DE 4 14 426 beschriebenen Verfahrens zur Herstellung von Chlormethansulfonsäure aus Dichlormethan und Natriumsulfit wurden 575 g Natriumsulfit in 2300 ml Wasser gelöst und zusammen mit 598 ml Dichlormethan sowie 138 ml Ethanol als Lösungsvermittler in ein Druckgefäß gegeben, das verschlossen wurde und über Nacht in einem Ölbad auf einer Temperatur von 120°C gehalten wurde.

Nach 12 Stunden wurde die gesamte Flüssigkeit aus dem Druckgefäß im Vakuum entfernt. Der feste Rückstand wurde zur Entfernung von jeglichem Restwasser mit etwas Isopropanol versetzt und durch dessen Abziehen am Vakuum azeotrop getrocknet. Das erhaltene feste trockene Pulver wurde ohne weitere Aufreinigung weiterverarbeitet.

2. Herstellung von Chlormethansulfonylchlorid

In einem geeigneten Reaktionsgefäß (Kolben mit einem mechani schen Rührer) wurde das oben gemäß 1. hergestellte Natriumsalz der Chlormethansulfonsäure als Rohprodukt ohne weitere Aufreinigung in Phosphorylchlorid suspendiert. Die Mischung wurde mit einer solchen Menge Phosphorpentachlorid versetzt, die einer stöchiometrischen Umsetzung des Natriumsalzes der Chlormethansulfonsäure unter Bildung von Chlormethansulfonyl chlorid und gleichzeitiger Bildung von Phosphorylchlorid aus Phosphorpentachlorid entsprach. Die Reaktionsmischung wurde bei Raumtemperatur gerührt, bis die Reaktion beendet war (etwa 30 min). Anschließend wurde das Phosphorylchlorid abdestilliert, und der Rückstand wurde mit Eiswasser versetzt. Die organische Phase wurde durch Zusatz von Dichlormethan auf ein höheres Volumen verdünnt und von der wäßrigen Phase abgetrennt. Nach dem Trocknen der organischen Phase durch Zusatz eines Trocknungsmittels (Natriumsulfat) und Abtrennung des Trocknungsmittels wird zuerst destillativ das Lösungsmittel entfernt und dann das Produkt Chlormethansulfonylchlorid destillativ gewonnen. Man erhält das Chlormethansulfonylchlorid als wasserklare Flüssigkeit mit einem Siedepunkt Kp₁₂ 63°C (entsprechend der vorveröffentlichten Literatur).

Ausgehend von einem Mol (152 g) Natriumsalz der Chlormethansul fonsäure erhält man das Produkt Chlormethansulfonylchlorid in 90%iger Ausbeute.

Das Produkt weist die folgenden, der bekannten Literatur noch nicht entnehmbaren Kernresonanzspektren auf (in CDCl₃):
1H-NMR (CDCl₃, 200 MHz): δ (ppm) = 5,00 (s, 2H)
13C-NMR (CDCl₃, 50,3 MHz): δ (ppm) = 65,57 (CH₂).

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von Chlormethansulfonylhalogeniden der Formel
ClCH₂SO₂Hal,
worin Hal für Chlor oder Brom steht, dadurch gekenn zeichnet, daß man Chlormethansulfonsäure oder eines ihrer Salze der Formel
ClCH₂SO₂OR,
worin R für Wasserstoff oder ein Metallion, insbesondere ein Alkalimetallion oder ein Ladungsäquivalent eines Erdalkalimetallions, steht, mit an sich bekannten Haloge nierungsmitteln in das gewünschte Chlormethansulfo nylhalogenid überführt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Ausgangsverbindung das Natriumsalz der Chlormethansulfonsäure verwendet und dieses mit oder ohne zusätzliches Lösungsmittel mit dem Chlorierungsmittel umsetzt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man als Chlorierungsmittel Phosphorpentachlorid, Thionylchlorid oder Phosgen verwendet.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man die Halogenierungsreaktion so durchführt, daß man das Salz der Chlormethansulfonsäure in einem Lösungsmittel suspendiert und durch Zugabe eines Chlorierungsmittels in Chlormethansulfonylchlorid über führt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß man das Natriumsalz der Chlormethansulfonsäure in Phosphorylchlorid als Lösungsmittel suspendiert und als Chlorierungsmittel Phosphorpentachlorid in stöchiometrischer Menge zusetzt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man das Natriumsalz in Form eines getrockneten Rohprodukts der an sich bekannten Umsetzung von Dichlormethan mit Natriumsulfit einsetzt.