DE2749800C3

DE2749800C3 - Verfahren zur Herstellung von substituierten Benzalbromiden oder ihren Gemischen mit den entsprechenden Benzylbromiden

Info

Publication number: DE2749800C3
Application number: DE2749800A
Authority: DE
Inventors: Erfinder Wird Nachtraeglich Benannt Der
Original assignee: Ciba Geigy AG
Current assignee: Novartis AG
Priority date: 1976-11-09
Filing date: 1977-11-07
Publication date: 1982-02-18
Also published as: DE2749800A1; FR2370017B1; ES463965A1; DE2749800B2; GB1551583A; US4165268A; FR2370017A1; CH620412A5

Description

CHBr, ίο

(Ia)

(Ib)

in denen R einen elektronenanziehenden Substituenten in o- und/oder p-Stellung bedeutet, durch Umsetzung von entsprechend substituierten Toluolen mit elementarem Brom unter Bestrahlung mit sichtbarem Licht in einem zweiphasigen System, bestehend aus einer wäßrigen und einer organischen Phase, dadurch gekennzeichnet, daß man entweder jo

a) die Umsetzung in Gegenwart von Alkalimetallbasen oder Erdalkalimetallbasen, die ein Hydroxyl-, Hydrogencarbonat- oder Carbonation aufweisen, oder

b) in Gegenwart eines Anionenaustauschers vom Typ der quaternären Ammoniumhydroxyde ausführt.

wobei man im Falle von leichtlöslichen Basen bei einem pH-Wert von 7,5 bis 11 und im Falle von schwerlöslichen Basen bei einem pH-Wert über 4 arbeitet.

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Es ist bekannt, daß in o- und/oder p-Stellung einen elektronenanziehenden Substituenten enthaltende Benzal- oder Benzylhalogenide außerordentlich schwierig zugänglich sind. Die Seitenkettenhalogenierung, insbesondere die Seitenkettenbromierungen von Alkylaromaten mit elementarem Brom erfordert zum Teil hohe Temperaturen, die in Anbetracht der geringen thermischen Stabilität der Aralkylbromide von Nachteil sind. Schwer substituierbare Verbindungen, wie z. B. Nitrotoluole bringt man im Bombenrohr oder der Druckflasche bei 100- 16O⁰C zur Reaktion (Houben-Weyl, Bd. 5/4, S. 334-337).

Auch die in neuerer Zeit in den DD-Patentschriften Nr. 74 279 und Nr. 82 463 beschriebenen Seitenkettenbromierungen von o-Nitrotoluol in einem Tetrachlorkohlenstoff/Wasser-Gemisch unter Verwendung von elementarem Brom und UV-Bestrahlung führen nur zu o-Nitrobenzylbromid in einer Ausbeute von 45 — 55%. Ein Weiterführen der Bromierung erwies sich als nicht vorteilhaft. Das in der DD-Patentschrift Nr. 1 18 609

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60 beschriebene Verfahren liefert bei einer Bromierung von o-Nitrotoluol ir Tetrachlorkohlenstoff unter Bestrahlung mit sichtbarem oder UV-Licht oder unter Verwendung von Peroxid als Katalysator eine etwas bessere Ausbeute, doch konnte auch nach diesem beschriebenen Verfahren weder ein Benzalbromid noch eine vollständige Bromierung des o-Nitrotoluols als Ausgangsmaterial zum Benzylbromid erhalten werden.

Gegenstand der Erfindung ist das im vorstehenden Patentanspruch aufgezeigte neue Verfahren zur Herstellung von Benzalbromiden, die in o- und/oder p-Stellung einen elektronenanziehenden Substituenten enthalten, oder ihren Gemischen mit den entsprechenden Benzylbromiden.

Elektronenanziehende Substituenten R sind beispielsweise die Nitrogruppe, die Cyangruppe oder ein Halogenatom, wie z. B. Chlor, Brom, Jod oder Fluor.

Bisher hatte man keine Base während der Bromierung verwendet, weil gemäß Houben-Weyl es bekannt war, daß die Benzyl-/Benzalbromide in wäßrig/alkalischer Lösung leicht zu Aldehyden, Alkoholen und Folgeprodukten verseifen (Cannizzaro-Reaktion). Um so überraschender ist es, daß in Gegenwart von Basen keine Verseifung sondern die gewünschten bromierten Produkte in guten Ausbeuten und Reinheiten erhalten werden.

Als Basen können Alkalimetallbasen oder Erdalkalimetallbasen, die ein Hydroxyl-, Hydrogencarbonat- oder ein Carbonation aufweisen, oder Anionenaustauscher vom Typ der quaternären Ammoniumhydroxyde verwendet werden.

Insbesondere können Natrium- oder Kaliumhydroxyd, Natrium- oder Kaliumhydrogencarbonat oder Natrium- bzw. Kaliumcarbonat verwendet werden. In analoger Weise können die entsprechenden Hydroxyde, Hydrogencarbonate und Carbonate des Calciums und Magnesiums als Basen verwendet werden.-Die Reaktion wird bei Verwendung einer leicht löslichen Base, beispielsweise einer Alkalibase, in einem pH-Bereich von 7,5 — 11 bei einer Temperatur zwischen 30° und 9O⁰C, vorzugsweise in Gegenwart einer organischen Phase aus einem möglichst apolaren und inerten Lösungsmittel ausgeführt. Wird die Reaktion in Gegenwart einer schwer löslichen Base, beispielsweise eines Erdalkalicarbonates, wie z. B. Calciumcarbonat, ausgeführt, so sinkt der pH-Wert unterhalb 7,5 auf ca. 4. Als inerte und möglichst apolare Lösungsmittel können insbesondere halogenierte, aromatische Kohlenwasserstoffe, wie z. B. Chlor- oder Brombenzole, jedoch auch Nitrobenzole, ferner Schwefelkohlenstoff oder halogenierte Alkane, vorzugsweise Tetrachlorkohlenstoff, Methylenchlorid oder Chloroform verwendet werden.

Bei Verwendung von mehr als der 2fachen molaren Menge Brom und Erhöhung der Bromierungszeit entsteht vorwiegend Benzalbromid. Verwendet man jedoch nur etwa die 1 — ll/2fache molare Menge Brom, so erhält man vorwiegend ein Gemisch aus Benzal- und Benzylbromid. Ein Anstieg des pH-Bereiches über den angegebenen Bereich von 7,5-11 begünstigt durch Disproportionierung den unerwünschten Anstieg an metallischem Bromat aus dem entstehenden Metallhypobromit. Wie bereits oben gesagt, erfolgt die Bromierung unter Bestrahlung mit sichtbarem Licht, d. h. im Bereich von 3800-8000 Ä. Als Lichtquellen für das erfindungsgemäße Verfahren eignen sich Wolframlampen, wie z. B. Glühbirnen oder Leuchtstoffröhren, mit denen Glasgefäße von außen bestrahlt werden können, oder es werden Eintauchlampen für sichtbares

Licht verwendet, die in metallische Reaktionsgefäße eingebaut werden können. Um Licht- und Wärmeverlusten in Glasgefäßen vorzubeugen, ist das Anbringen z. B. einer Aluminiumfolienummantelung, die das Licht reflektiert, vorteilhaft Um eine bessere Durchmischung des Zweiphasensystems zu erreichen, ist ein ständiges Rühren des Reaktionsgemisches durchaus von Vorteil.

Gegenüber dem zitierten Stand der Technik, d. h. gegenüber den DD-Patentschriften Nr. 74 279, Nr. 82 463 und Nr. 1 18 609 ergeben sich folgende Vorteile:

1. Bei der Bromierung in Gegenwart einer Base in einem zweiphasigen System, bestehend aus einer wäßrigen Phase und einer organischen Phase, entsteht je nach Zugabe der Brommenge und Zeit Benzalbromid oder im Falle eines o-Substituenten ein Gemisch aus Benzalbromid und dem entsprechenden Benzylbromid ohne einen Rest des nicht umgesetzten Ausgangsmaterials. Ferner entsteht bei dieser Reaktion auch kein Tribromid.

2. Je nach Variation der Arbeitsbedingungen kann unter Anwendung des beschriebenen Verfahrens eine Erhöhung der Ausbeute um 10 — 30% an umgesetzten Toluol erhalten werden.

3. Durch die Anwesenheit der Base entweicht kein Bromwasserstoff, da dieses durch die anwesende Base entsprechend unter Salzbildung neutralisiert wird.

4. Die anfallenden Bromide der Basen, vorzugsweise der Metallbromide, wie z. B. der Alkali- oder Erdalkalibromide, bieten sich in direkt wiederverwertbarer Form an, da durch Regeneration das elementare Brom auf äußerst einfache Weise wiedergewonnen werden kann.

Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltenen Benzalbromide können als Zwischenprodukte für die Herstellung der entsprechenden Benzaldehyde verwendet werden.

o-Cyanbenzyl- und/oder o-Cyanbenzalbromid kann für die Herstellung des o-Cyanbenzaldehyds Verwendung finden.

In den nachfolgenden Beispielen bedeuten die Teile Gewichtsteile, und die Temperaturen sind in Celsiusgraden angegeben.

Beispiel 1

In einem 1,5-1-Sulfierkolben werden 68,5 g (0,5 Mol) o-Nitrotoluol in 660 ml Tetrachlorkohlenwasserstoff gelöst und 50 ml Wasser zugegeben. Unter Rühren wird mit einer 200 W Wolframlampe von unten durch das Reaktionsgefäß bestrahlt und hiermit gleichzeitig geheizt. Nach dem Erreichen der Rückflußtemperatur (69°) des azeotropen Gemisches wird elementares Brom so zugegeben, daß die Lösung sich immer gerade entfärbt. Gleichzeitig wird mit Natronlauge der pH-Wert bei 7,5 konstant gehalten. Nach 2 Stunden 50 Minuten wird die Bromierung abgebrochen, die Phasen getrennt und die organische Phase mit Wasser gewaschen. Nach dem Trocknen mit Natriumsulfat und nach dem Eindampfen können 55 g o-Nitrobenzylbromid (51%) und 72,3 g o-Nitrobenzalbromid (49%) isoliert werden. Der Verbrauch an Brom beträgt 107% der Theorie, der an HaOH ca. 120% der Theorie.

Beispiel 2

68,5 g (0,5 Mol) o-Nitrotoluol werden wie in Beispiel 1 15 Stunden bromiert. Nach der Aufarbeitung isoliert man 145 g o-Nitrobenzalbromid (98%). Der Bromverbrauch beträgt 137% der Theorie, der NaOH-Verbrauch 170% der Theorie. Die Struktur wird durch NMR-Spektroskopie betätigt Der Schmelzpunkt beträgt 46° und der maßanalytisch bestimmte Bromgehalt stimmt mit der Theorie überein.

Beispiel 3

68,5 g (0,5 Mol) o-Nitrotoluo! werden in 400 ml Methylenchlorid gelöst und wie unter Beispiel 1 6 ίο Stunden bei 40° bromiert Der pH-Wert wird mit 22%iger wäßriger Sodalösung bei 7,5 konstant gehalten. Man isoliert 74,5 g o-Nitrobenzylbromid (69%) und 45,7 g o-Nitrobenzalbromid (31%). Der Bromverbrauch beträgt 170% der Theorie.

Beispiel 4

68,5 g (0,5 Mol) o-Nitrotoluol werden wie in Beispiel 3 20 Stunden bei 40° bromiert Man isoliert 144,5 g o-Nitrobenzalbromid (98%). Der Bromverbrauch bejn trägt ca. .200% der Theorie.

Beispiel 5

68,5 g (0,5 Mol) p-Nitrotoluol werden in 400 ml Tetrachlorkohlenstoff gelöst und wie im Beispiel 1 1 Stunde bromiert. Man isoliert 10,3 g (15%) unverändertes Ausgangsmaterial, 70,2 g p-Nitrobenzylbromid (65%) und 29,5 g (20%) p-Nitrobenzalbromid. Der Bromverbrauch beträgt 110% der Theorie, der Verbrauch an NaOH 120% der Theorie.

Beispiel 6

63,2 g (0,5 Mol) o-Chlortoluol werden 60 Minuten wie

in Beispiel 5 bromiert. Dabei isoliert man 51,4 g o-Chlorbenzylbromid (50%) und 71,1 g o-Chlorbenzalbromid (50%). Der Brom- und NaOH-Verbrauch entsprechen der Theorie.

Beispiel 7

63,2 g (0,5 Mol) o-Chlortoluol werden 4 Stunden wie in Beispiel 5 bromiert. Dabei isoliert man 143,3 g o-Chlorbenzalbromid (100%). Der Brom verbrauch beträgt 108% der Theorie, der NaOH-Verbrauch 110% der Theorie.

Beispiel 8

55,lg(0,47 Mol) p-Cyantoluol werden wie im Beispiel5 bromiert und die Reaktion nach 3 Stunden 20 Minuten aufgearbeitet. Man isoliert 5,5 g unverändertes Ausgangssignal (10%), 70 g p-Cyanbenzylbromid (76%) und 18,1 g p-Cyanbenzalbromid (14%). Der Bromverbrauch beträgt 115%, der NaOH-Verbrauch 130% der Theorie.

Beispiel 9

68,5 g o-Nitrotoluol werden in 400 ml Tetrachlorkohlenstoff gelöst, 100 ml Wasser und 55 g Calciumcarbonat zugegeben und 4 Stunden so bromiert, daß sich das Gemisch immer gerade entfärbt. Man erhält 48,6 g o-Nitrobenzylbromid (45%) und 81,1 g o-Nitrobenzalbromid (55%). Der Bromverbrauch beträgt 106% der Theorie.

Beispiel 10

58,5 g (0,5 Mol) o-Cyantoluol werden in 636 g (400 ml) Tetrachlorkohlenstoff gelöst und in Anwesenheit von 100 ml Wasser auf Rückflußtemperatur erhitzt und dann unter Bestrahlung mit einer 150-W-Natrium-Hoch-

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drucklampe durch Zugabe von Brom so bromiert, daß 20%iger Natriumhydroxidlösung wird die organische

das Brom immer gerade verbraucht wird. Gleichzeitig Phase abgetrennt und die wäßrige Schicht mit

wird der pH-Wert mit 20%iger Natriumhydroxidlösung Tetrachlorkohlenstoff extrahiert,

auf 7,8 konstant gehalten. Nach einer Zugabe von 184 g Man isoliert 135 g o-Cyanbenzalbromid mit einem

Brom (115% cLTh.) und einem Verbrauch von 260 g 5 Gehalt von 98%.

Claims

Patentanspruch.

Verfahren zur Herstellung vcn Benzalbromiden, die in o- und/oder p-Stellung einen elektronenanziehenden Substituenten enthalten, oder ihren Gemischen mit den entsprechenden Benzylbromiden, der allgemeinen Formeln la und Ib,