DE2352187C2

DE2352187C2 - Verfahren zur Herstellung von 2-Nitro-4-amino-N-phenylanilin

Info

Publication number: DE2352187C2
Application number: DE19732352187
Authority: DE
Inventors: Milos S. Forest Hills N.Y. Bil
Original assignee: Bristol Myers Co
Current assignee: Bristol Myers Co
Priority date: 1972-10-30
Filing date: 1973-10-18
Publication date: 1982-05-06
Also published as: FR2204612B1; CH602568A5; IE38433B1; AU6050373A; CA1005826A; FR2204612A1; GB1405222A; ZA738339B; DE2352187A1; IE38433L

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung νβ·Η 2-Nitro-4-amino-N-phenylanilin durch Umsetzung von 4-FIuor-3-nitroanilin mit Anilin bei erhöhter Temperatur, ggf. in Gegenwart eines Fluorwasserstoffakzeptors.

2-Nitro-4-amino-N-phenylanilin, das auch mit 4-Amino-2-nitrodiphenylamin bezeichnet werden kann, hat die Formel

HN

NO₂

NH₂

Diese Verbindung kann zum Rotfärben menschlicher Haare und auch als Komponente in Haarfärbezusammensetzungen, die dem Haar, insbesondere dem lebenden Haar, natürliche Farbtönung verleihen, verwendet werden.

Verfahren zur Herstellung von 2-Nitro-4-amino-N-phenylanilin sind bereits in der US-PS 30 88 978 beschrieben (vgl. Beispiele 4 und 5). Sie basieren auf der katalytischen Hydrierung von N-Phenyl-2,4-dinitroanilin zum 2-Nitro-4-amino-N-phenylanilin, ergeben aber nur geringe Ausbeuten an dem gewünschten Produkt, nämlich etwa 20% an reinem Produkt.

In der US-Patentanmeldung, Serial No. 230 042 vom 28. Februar 1972 wird ein Verfahren zur Herstellung von 2-Nitro-4-amino-N-phenylanilin beschrieben, bei welchem 4-Fluor-3-nitroanilin (0,60 Mol) mit Anilin (2,42 Mol) bei 120°C umgesetzt wird. Nach diesem Verfahren erhält man dunkel gefärbtes kristallines Material, welches in der Siedehitze mil verdünnter Chlorwasserstoffsäure behandelt und dann heiß filtriert wird. Bei Abkühlung aus der Lösung scheiden sich gelbbraune Kristalle des reinen Hydrochioridsalzes aus. Die Ausbeute ist noch unbefriedigend und beträgt ungefähr 42%. Ferner ist das Abtrennungsverfahren zeitraubend und deshalb unwirtschaftlich.

Die CH-PS 5 12 426 hat ein Verfahren zur Herstellung von Nitro-p-phenylendiaminen aus 4-Halogen-3-nitroanilin und einem Amin, das auch ein aromatisches sein kann, zum Gegenstand. Die Patentschrift lehrt daß sich unter den 4-Halogen-3-nitroanilinen die Fluorverbindung dadurch besonders auszeichnet daß sie die Einführung einer zweiten Aminogruppe in der 4-Stellung stark erleichtert Die Umsetzung wird bei einer Temperatur von maximal 110⁰C und in Gegenwart eines Fluorwasserstoffakzeptors vorgenommen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von 2-Nitro-4-amino-N-phenylanilin zu schaffen, das zu besseren Ausbeuten führt und wirtschaftlicher ist als die bekannten.

Die Lösung der Aufgabe ist im Hauptanspruch, vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Bei der Umsetzung von 4-Fluor-3-nitroaniIin mit

Anilin finden drei Reaktionen statt:

a) Eine nukleophile Abtrennung des aktivierten Fluoratoms durch Anilin;

b) Oxidation von Anilin durch unrcagiertes Fluornitroanilin (dieses Produkt ist in Dimethylformamid, Aceton oder Isopropanol unter Bildung einer blau gefärbten Lösung löslich und kann durch heiße Filtration des angesäuerten Reaktionsgemisches abgetrennt werden);

c) Bildung eines dunklen Harzes, welches in Salzsäure und Isopropanol unlöslich ist, jedoch nach dem gleichen Verfahren gemäß b) aus dem Reaktionsgemisch entfernt werden kann.

Die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren erhältliche Ausbeute kann der Tatsache zugeschrieben werden, daß die höhere Reaktionstemperatur, d. h. mindestens 140⁰C und der hohe molare Überschuß an Anilin im Verhältnis zum 4-Fluor-3-nitroanilin, d.h. mindestens 5:1, die Umsetzung gemäß a) begünstigt bzw. die Umsetzung beschleunigt und dadurch zur vorherrschenden Reaktion wird. Dies erfolgt zum großen Teil auf Kosten der Reaktion b), welche unter den genannten Bedingungen bedeutend langsamer vorläuft und deshalb nur einen kleinen Teil der Umsetzung der Gesamtreaktkn ausmacht, und bis zu einem gewissen Grade auf Kosten der Reaktion c) erfolgt

Im allgemeinen kann die Umsetzung bei einer Temperatur zwischen 140 und 150⁰C durchgeführt werden. Um jedoch die besten Ausbeuten zu erhalten, ist eine Umsetzungstemperatur von etwa 140° C am vorteilhaftesten, weil dabei eine Sublimation und Zersetzung des Ausgangsstoffes auf ein Minimum herabgesetzt werden kann.

so Wie bereits erwähnt, ist die Anwendung eines molaren Überschusses an Anilin gegenüber dem 4-Fluor-3-nitroanilin von mindestens 5 :1 erforderlich. Dieser Anilinüberschuß, der einerseits die Ausbeute an gewünschtem Produkt beeinflußt, wirkt auch als Reaktionsmedium und wird bei der Dampfdestillation teilweise zurückgewonnen. Gewöhnlich ist es von Vorteil, ein molares Verhältnis von Anilin zu 4-Fluor-3-nitroanilin im Bereiche von etwa 5:1 bis 6:1

anzuwenden, wobei optimale Resultate bei einem molaren Verhältnis von 5 :1 erhalten werden.

Die Wirkung des molaren Verhältnisses von Anilin zu 4-Fluor-3-nitroanilin wird in der unten stehenden Tabelle veranschaulicht Unter Verwendung des Verfahrens gemäß Beispiel 2 zur Herstellung der gewünschten Verbindung in Form deren Salze und unter Verwendung des Verfahrens gemäß Beispiel 3 zur Gewinnung der gewünschten Verbindung in Form ihrer freien Base, wurde die Umsetzung mit 4 verschiedenen molaren Anilin zu 4-Fluor-3-nitroanilin-VerhäItnissen mehrmals durchgeführt Das Verfahren und die Aufarbeitung des Reaktionsproduktes waren stets dieselben, es wurde also nur das Molverhältnis der Ausgsngsstoffe verändert Die Ausbeuten im Bereiche von 58 bis 63% für das Molverhältnis von 5:1 ist das Resultat von fünf Versuchen bei gleichbleibendem Molverhältnis der Ausgangsstoffe.

Molverhältnis Ani!:&/4-F!uor-3-nitroanilin

% Ausbeute as 2-Nitro-4-amino-N-phenyIanilin
(in Form der freien Base)

41
45

58-63
56

20

25

Gemäß einer besonderen Ausführungsart des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Produkt in Gegenwart einer kleinen M<:nge Schwefelsäure auskristallisiert Dabei wird nach dev Umsetzung des Anilins mit dem 4-Fluor-3-nitroaniIin und Entfernung des Anilinüberschusses, das Reaktionsgemisch mit wäßriger Chlorwasserstoffsäure verdünnt und zur Überführung des 2-Nitro-4-amino-N-phenylaniIins in das entsprechende Hydrochlorid im wäßrigen Hydrochlorid-Medium erhitzt Bei Kühlung scheidet sich festes Hydrochlorid aus der Lösung aus. Es wurde jedoch festgestellt, daß die Ausbeute an gewünschtem Produkt weiter verbessert werden kann, wenn das Hydrochlorid aus einem wäßrigen sauren Medium zur Kristallisation gebracht wird, welches eine kleine Menge an Schwefelsäure enthält Diese Schwefelsäuremenge kann in gewissen Grenzen schwanken, jedoch wird gewöhnlich ein Zusatz von 20 bis 30 g Schwefelsäure (98%ig) auf 100 g Chlorwasserstoffsäure (36%ig), vorzugsweise 25 g Schwefelsäure auf 100 g Chlorwasserstoffsäure, verwendet

Außer der Verbesserung der Ausbeute an gewünschtem Produkt bringt die Kristallisation des Hydrochlorides aus einem wäßrigen Schwefelsäure enthaltenden Medium, was die Auskristallisation eines Gemisches an Hydrochlorid und Sulfat des 2-Nitro-4-amino-N-phenylanilins bewirkt, noch weitere Vorteile. Beim Trocknen des einfachen nassen Hydrochlorides bei erhöhter Temperatur unter Vakuum, erfolgt eine leichte Verkohlung. Dies wird jedoch vermieden, wenn das Hydrochlorid aus einem Schwefelsäure enthaltenden wäßrigen so Medium auskristallisiert wird. Es wurde ferner festgestellt, daß das Produkt aus der genannten schwefelsäurehaltigen Lösung viel rascher abfiltriert und gewaschen werden kann, so daß auch dadurch ein wirtschaftlicher Vorteil erwächst.

Wenn erwünscht, kann das erhaltene Hydrochlorid oder Hydrochlorid-Sulfatgemisch des 2-Nitro-4-amino-N-phenylanilins nach irgendeinem bekannten Verfahren in die entsprechende freie Base übergeführt werden. Das typische Verfahre! ist dabei die Herstellung eines Breies des Hydrochloride oder Hydrochloridsulfat-Gemisches in Wasser und Zusatz einer genügenden Menge an Base (z. B. Ammoniak, ein Alkalicarbonat oder Alkalicarbonat), wobei der Brei alkalisch gemacht und daraus die ausgeschiedene freie Base gewonnen wird.

Es ist vorteilhaft, dem Reaktionsgemisch ein Mittel zur Bindung der entstehenden Fluorwasserstoffsäure zuzusetzen, um eine Korrosion des Reaktionsgefäßes zu verhindern. Fluorwasserstoffsäure wird während der ganzen Umsetzung als gasförmiges Nebenprodukt erzeugt Anfänglich wird es durch das vorliegende Anilin unter Bildung von Anilinhydrofluorid gebunden, es zersetzt sich aber unmittelbar darauf infolge der hohen Reaktionstemperatur in seine Komponenten und die Fluorwasserstoffsäure entweicht aus der flüssigen Phase. Aus diesem Grunde kann ein Überschuß an Anilin nicht als zweckmäßiger Fluorwasserstoff-Binder funktionierea Deshalb empfiehlt es sich, die Umsetzung in Gegenwart eines der bekannten fluorwasserstoffbindenden anorganischen Salze, wie z.B. Calciumcarbonat, Magnesiumcarbcnat vorzunehmen.

Die Menge, in der der Fluorwasserstoffakzeptor dem Reaktionsgemisch zugesetzt werden kann, kann in gewissen Grenzen variieren. Es ist dabei jedoch nötig, daß sie mindestens ausreicht und von Vorteil, wenn ein kleiner Überschuß über die theoretisch notwendige Menge eingesetzt wird. Im allgemeinen wird das Molverhältnis an anorganischem Salz (z. B. CaCCh) zu 4-Fluor-3-nitroanilin im Bereich von 03 :1 bis 0,8 :1, vorzugsweise 0,55 :1, liegen. Die Umsetzung zwischen 4-Fluor-3-nitroanilin mit Anilin wurde auch unter Verwendung von Dimethylformamid als Reaktionsmedium untersucht Es wurde jedoch dabei weder eine merkliche Ausbeuteerhöhung noch eine Erhöhung der Reaktionsgeschwindigkeit gefunden was bisweilen durch die Verwendung dieses aprotischen Lösungsmittels festgestellt werden kann.

Beispiel 1

93,6 g (0,6 Mol) 4-Fluor-3-nitroanilin und 279 g (3,0 Mol) Anilin wurden zusammen auf 140⁰C während 21'/2 Stunden erhitzt Hierauf wurde nicht umgesetztes Anilin mittels Dampfdestillation weitgehend entfernt. Es wurde 4,9 Liter Destillat erhalten, davon 120 ml Anilin. Das im Destillierkolben verbleibende Gemisch (ca. 120 ml) wurde mit Wasser auf ein Volumen von 3000 ml gebracht und dazu 160 ml konzentrierte Chlorwasserstotisäure gegeben und die Lösung hierauf auf 90°C erhitzt Nachdem das Gemisch während 15 Minuten auf dieser Temperatur gehalten wurde, wurde heiß filtriert.

Auf dem Filter blieb ein beinahe schwarzer Rückstand (283 g nach Trocknung), welcher etwas Produkt enthielt und zusätzlich eine dunkelblaue Verbindung, weiche in Alkohol unlöslich war.

Das Filtrat wurde auf 8⁰C unter Rühren abgekühlt, wodurch ein gelber Brei entstand, der abfiltriert und zehnmal mit je 50 ml kaltem Wasser gewaschen wurde, um den Fluornitroanilin-Ausgangsstoff zu entfernen, d. h. bis das Wasser nur noch schwach sauer reagierte. Dann wurde der gelbe Kuchen zuerst bei 45° C an der Luft und hierauf in einem Exsiccator über Schwefelsäure bis zu konstantem Gewicht getrocknet.

Die Ausbeute betrug 90,6 g an 2-Nitro-4-amino-N-phenylanilin-Hydrochlorid entsprechend der Brutto-

formel C₁₃H_nN₃O₂ · HCI (N theoretisch = 15,8%, gefunden = 16,4) entsprechend 56,9% der Theorie, Das Produkt erwies sich als chromatographisch rein.

Beispiel 2

187,2 g (1,2 Mol) 4-Fluor-3-nitroanilin und 558 g (6 MoI) Anilin wurden zusammen auf 140⁰C während 24 bis 26 Stunden erhitzt Hierauf wurde das nicht reagierte Anilin mittels Destillation gründlich entfernt und der Rückstand im Destillationskolben auf 6,6 Liter mit Wasser verdünnt Hierauf wurden 320 ml konzentrierte Chlorwasserstoffsäure zugesetzt und das Gemisch auf 90⁰C erhitzt Das Gemisch wurde während einer halben Stunde auf dieser Temperatur belassen, dann heiß filtriert und das Filtrat auf 50⁰C abgekühlt Es wurden 50 ml konzentrierte Schwefelsäure zugesetzt und die Reaktionsmischung bis auf 5° C abgekühlt Es entstand ein hellgelber Brei, welcher abfiltriert wurde, worauf der Filterkuchen wie in Beispiel 1 angegeben, gründlich gewaschen wurde, bis alles nicht umgesetzte Fluornitroanilin entfernt und das Waschwasser nur noch schwach sauer reagierte. Nach Vortrocknung dus Produkts bei 45°C an der Luft wurde es im Vakuum zwischen 60 und 8O⁰C fertig getrocknet Die Ausbeute betrug 191 bis 216 g an gelben kleinen Kristallen, welche einen Schmelzpunkt von ca. 230⁰C aufwiesen, und das Hydrochlorid mit einer geringen Menge an Sulfat des gewünschten 2-Nitro-4-amino-N-phenylanilins darstellte. Das Produkt war chromatographisch rein. Berechnet auf die freie Base betrug die Ausbeute 58 bis 63% der Theorie.

Beispiel 3

Der gemäß Beispiel 2 erhaltene sorgfältig gewaschene Filterkuchen aus dem Gemisch des Hydrochlorids und Sulfates wurde in 1700 ml Wasser bei Raumtemperatur fein aufgeschlemmt Hierauf wurden 55 ml konzentriertes Ammoniak zugesetzt, bis die Aufschlemmung dauernd alkalisch reagierte. Man erhielt einen rotbraunen Brei, der abfiltriert und mit Wasser bis zur neutralen Reaktion gewaschen und hierauf bei 70 bis 8O⁰C im Vakuum getrocknet wurde. In fünf Versuchen wurden zusammen eine Ausbeute von 159 bis 174 g (= 58 bis 63% der Theorie) an rot-braunem mikrokristallinem Pulver der freien Base erhalten, welche einen Schmelzpunkt von 102 bis 103° C (korrigiert) aufwies.

Beispiel 4

187,2 (1,2 Mol) 4-Fluor-3-nitroanilin und 558 g (6 Mol) Anilin und 66 g (0,66 Mol) Calciumcarbonat in Form eines feinen Pulvers wurden zusammen auf 140° C während 26 Stunden erhitzt Die Aufarbeitung des Produkts erfolgte gemäß Beispiel ?.

Das Endprodukt, d.h. die freie Base, mit einem Schmelzpunkt von 101 bis 103° C (korr.) enthielt als Verunreinigung etwas Calciumsulfat Ein reines Produkt kann durch Extraktion mit einem geeigneten Lösungsmittel erhalten werden, z. B. mit Alkohol, Aceton und Ethylacetat

Während der ganzen Reaktionszeit wurde nur eine minimale Acidität in der Dampfphase beobachtet (pH ca. 6,5 bis 6,8). währenddem ohne CaCCh-Zusatz der pH 43 bis 5 betrug.

Claims

Patentansprüche:

J. Verfahren zur Herstellung von 2-Nitro-4-amino-N-phenylanilin durch Umsetzung von 4-Fluor-3-nitroaniIin mit Anilin bei erhöhter Temperatur, ggf. in Gegenwart eines Fluorwasserstoffakzeptors, dadurch gekennzeichnet, daß man bei einer Temperatur von mindestens etwa 140 bis 150⁰C Anilin mit 4-Fluor-3-nitroanilin bei einem molaren Verhältnis von mindestens 5:1 umsetzt, nicht umgesetztes Anilin entfernt, das erhaltene Reaktionsgemisch mit Chlorwasserstoffsäure behandelt und das dabei gebildete 2-Nitro-4-amino-N-phenylanilin-hydrochlorid extrahiert und gewinnt
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Umsetzung bei einem Molverhältnis von Anilin zu 4-Fluor-3-nitroanilin von etwa 5 :1 bis 6 :1 durchführt
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man das erhaltene Reaktionsgemisch mit einer Chlorwasserstoffsäure behandelt die eine kleine Menge Schwefelsäure enthält und das gebildete 2-Nitro-4-amino-N-phenylanilin in Form eines Hydrochlorid-Sulfat-Gemisches gewinnt