DE69021535T2 - Verfahren zur Herstellung von chlorierten Carbonsäurechloriden. - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von chlorierten Carbonsäurechloriden.Info
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Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Chloriden chlorierter Carbonsäuren. Sie betrifft insbesondere ein Verfahren zur Herstellung von Chloriden aliphatischer chlorierter Carbonsäuren durch Phosgenierung aliphatischer Lactone.
- FR-A-1 080 261 beschreibt die Herstellung von Chloriden chlorierter Carbonsäuren durch Phosgenierung von Lactonen, insbesondere von 4-Butyrolacton, in Gegenwart von Pyridin als Katalysator bei einer Temperatur von 120 ºC. Es ist jedoch schwierig, die darin angegebenen Ergebnisse zu reproduzieren, insbesondere die von Beispiel 2, wie in der europäischen Patentanmeldung EP-A-253 214 angegeben ist.
- Nach der Publikation von D.J. Burton und W.M. Koppes (J. Org. Chem. 40, Nr. 21 (1975) S. 3026 bis 3031) wurde das aromatische Säurechlorid o-Chlormethylbenzoylchlorid aus dem entsprechenden aromatischen Lacton mit überschüssigem Dichlortriphenylphosphoran erhalten, jedoch stellt diese Verbindung ein sehr teures Laborreagens dar, das nicht stabil und besonders hydrolyseempfindlich ist. Darüber hinaus reagiert diese Verbindung mit dem gebildeten Säurechlorid und wird daher vorzugsweise nach Komplexbildung mit einer Lewissäure, wie BF&sub3;, eingesetzt, was das Verfahren noch weiter kompliziert. Außer der Umwandlung des erwähnten Phthalids wurde keinerlei weiterer Versuch unter Verwendung anderer Lactone als Ausgangsmaterialien durchgeführt.
- Nach der vor kurzem angemeldeten europäischen Patentanmeldung EP-A-253 214 wird die Phosgenierung von Lactonen, wie Butyrolacton, Valerolacton oder Caprolacton, in Gegenwart eines quaternären Ammoniumsalzes bei erhöhter Temperatur und vorzugsweise auch in Gegenwart von Chlorwasserstoffsäure durchgeführt. Die als Katalysatoren verwendeten quaternären Ammoniumsalze sind allerdings mit dem Nachteil verbunden, daß sie bei erhöhten Temperaturen instabil sind und entsprechend einen Teil ihrer Wirksamkeit verlieren. Die in erheblicher Menge eingesetzte Chlorwasserstoffsäure ist bei höheren Temperaturen besonders korrosiv und erfordert besondere Apparaturen und besondere Vorsichtsmaßnahmen. Ferner treten bei dieser Umsetzung Nebenreaktionen auf. Das Lacton polymerisiert, weshalb das korrekte Rühren des Reaktionsmediums nicht leicht ist. Andere Verunreinigungen bilden sich durch Zersetzungsreaktionen. Die Durchführung dieses Verfahrens ist dementsprechend schwierig. Zur Erzielung guter Ausbeuten sind mehrere aufeinanderfolgende Reaktionsschritte erforderlich.
- Die Chloride chlorierter Carbonsäuren genießen seit mehreren Jahren besonderes Interesse als Synthesezwischenprodukte bei der Herstellung von Arzneimitteln und Pflanzenschutzmitteln; es besteht daher ein Bedürfnis, diese Verbindungen in einfacher und wirtschaftlicher Weise und mit guten Ausbeuten herstellen zu können Diese Chloride müssen darüber hinaus gute Lichtbeständigkeit und Lagerbeständigkeit aufweisen.
- Es wurde nun gefunden, daß Chloride chlorierter Carbonsäuren der Formel
- in der bedeuten:
- R¹ ein Wasserstoffatom oder C&sub1;&submin;&sub4;-Alkyl und
- R² eine Gruppe (CH&sub2;)n, wobei n eine ganze Zahl von 2 bis 4 bedeutet, oder die Gruppe -CH&sub2;-C(C&sub6;H&sub5;)&sub2;-,
- durch Umsetzung von Lactonen der Formel
- in der R¹ und R² die oben angegebenen Bedeutungen haben,
- mit Phosgen bei einer Temperatur von 90 bis 180 ºC hergestellt werden können, wobei als Katalysatoren
- - Oxide oder Sulfide von trisubstituierten Phosphinen der Formel
- worin bedeuten:
- Y¹, Y² und Y³, die gleich oder verschieden sind, jeweils geradkettiges oder verzweigtes C&sub1;&submin;&sub1;&sub8;- Alkyl oder Phenyl, das ggfs. mit einer oder mehreren C&sub1;&submin;&sub4;-Alkylgruppen substituiert ist, und
- X ein Sauerstoffatom
- oder
- Y¹, Y² und Y³, die gleich oder verschieden sind, jeweils Phenyl, das ggfs. mit einer oder mehreren C&sub1;&submin;&sub4;-Alkylgruppen substituiert ist,
- und
- X ein Schwefelatom,
- oder
- - Reaktionsprodukte von Verbindungen der Formel III mit Chlorierungsmitteln oder
- - Gemische dieser Verbindungen
- verwendet werden.
- Die Lactone, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren umgewandelt werden können, sind vorzugsweise Lactone der Formel II, in der R¹ ein Wasserstoffatom oder Methyl bedeutet. Beispiele hierfür sind 4-Butyrolacton, 4-Valerolacton, 5-Valerolacton, 6-Caprolacton und 2, 2-Diphenyl-4-butyrolacton.
- Im Rahmen der Erfindung geeignete Katalysatoren sind Verbindungen der Formel III, in der Y¹, Y² und Y³, die gleich oder verschieden sind, geradkettiges oder verzweigtes C&sub1;&submin;&sub1;&sub2;-Alkyl oder Phenyl, das ggfs. mit einer oder mehreren Methylgruppen substituiert ist, bedeuten.
- Die Verbindungen der Formel III können auch durch ihre Reaktionsprodukte mit bekannten Chlorierungsmitteln, wie Oxalylchlorid, Thionylchlorid, Phosgen und Phosphorpentachlorid, ersetzt werden, die in herkömmlicher Weise durch Mischen der Verbindungen erhältlich sind.
- Darüber hinaus können auch Gemische dieser Verbindungen der Formel III mit diesen Reaktionsprodukten Verwendung finden.
- Beispiele für erfindungsgemäß verwendbare Katalysatoren sind Tributylphosphinoxid, Trioctylphosphinoxid, Tridodecylphosphinoxid, Triphenylphosphinoxid, Triphenylphosphinsulfid und Tri-p-tolylphosphinoxid.
- Im Rahmen der vorliegenden Erfindung bevorzugte Katalysatoren sind Trioctylphosphinoxid und Triphenylphosphinoxid.
- Sehr kleine Mengen der vorstehend beschriebenen Katalysatoren sind für eine gute Durchführung des Verfahrens ausreichend. Sie liegen allgemein im Bereich von 0,1 bis 5 Mol-%, bezogen auf das als Ausgangsverbindung eingesetzte Lacton, und vorzugsweise im Bereich von 0,5 bis 2,5 Mol-%.
- Die Reaktionstemperatur kann im Bereich von 90 bis 180 ºC liegen. Sie liegt vorzugsweise im Bereich von 120 bis 160 ºC.
- Die Umsetzung wird vorzugsweise in Abwesenheit eines Lösungsmittels durchgeführt. Es ist allerdings möglich, ein Lösungsmittelmedium zuzugeben, das gegenüber den im Reaktionsmedium vorliegenden Verbindungen, insbesondere Phosgen, inert ist. Beispiele für derartige Lösungsmittel sind etwa chlorierte oder nicht chlorierte aromatische Lösungsmittel mit einem ausreichend hohen Siedepunkt, wie Monochlorbenzol, Dichlorbenzol, Isopropylbenzol und die Xylole.
- Das Phosgen wird allgemein in stöchiometrischer Menge oder im Überschuß zugegeben. Dieser Überschuß liegt vorzugsweise im Bereich von 10 bis 20 %.
- Das erfindungsgemäße Verfahren kann diskontinuierlich oder kontinuierlich bei Atmosphärendruck oder einem in der Nähe des Atmosphärendrucks liegenden Druck in bekannten Phosgenierungsvorrichtungen durchgeführt werden.
- Nach einer geeigneten Verfahrensweise werden das Lacton und der Katalysator sowie ggfs. das Lösungsmittel zunächst in den Reaktor eingebracht. Das Reaktionsmedium wird auf die gewählte Temperatur erhitzt, worauf dann allmählich gasförmiges Phosgen in das Reaktionsmedium eingeleitet wird. Das gebildete Kohlendioxid und das überschüssige Phosgen werden in einer Kondensationseinrichtung abgekühlt. Bei Reaktionsende wird das Reaktionsmedium abgekühlt; danach wird ein Stickstoffstrom hindurchgeleitet. Das gebildete Chlorid der chlorierten Carbonsäure kann in üblicher Weise isoliert werden, beispielsweise durch Destillation oder Kristallisation.
- Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt die Herstellung von hoch reinen Chloriden chlorierter Carbonsäuren, die außerdem eine ausgezeichnete Lichtbeständigkeit und Hitzebeständigkeit aufweisen, aus im Handel erhältlichen Ausgangsmaterialien unter Erzielung hoher Ausbeuten.
- Die als Katalysatoren eingesetzten Phosphinoxide sind unter den erfindungsgemäßen Reaktionsbedingungen sehr stabil und können bei gleicher Wirksamkeit ein- oder mehrfach verwendet werden. Es ist daher möglich, den Destillationsrückstand für eine neuerliche Verfahrensdurchführung rückzuführen bzw. wiederzuverwenden.
- Die erhaltenen Chloride chlorierter Carbonsäuren eignen sich insbesondere als Synthesezwischenprodukte, beispielsweise bei der Herstellung chlorierter Ketone oder zur Erzeugung pharmazeutischer Verbindungen, wie Neuroleptika, Antiallergika, Antidepressiva und Antidiarrhoika, sowie von Pflanzenschutzmitteln, wie etwa Insektiziden.
- Die nachstehenden Beispiele erläutern die Erfindung.
- In einen mit Thermometer, Rührer, Gaseinleitungseinrichtung und Kondensator ausgerüsteten Phosgenierungsreaktor werden 172 g (2 mol) 4-Butyrolacton und 5,6 g (0,02 mol) Triphenylphosphinoxid eingebracht. Das Gemisch wird auf 140 ºC erhitzt, worauf gasförmiges Phosgen hindurchgeleitet wird.
- Nach Einleitung von 240 g Phosgen während einer Reaktionsdauer von 9 h wird das Reaktionsgemisch abgekühlt und durch Hindurchleiten von Stickstoff entgast. Durch Destillation unter vermindertem Druck werden 233,5 g 4-chlorbutyroylchlorid entsprechend einer Ausbeute von 82 % erhalten (Siedepunkt: 82 ºC/44 mbar (82 ºC/33 mmHg) ). Die gaschromatographisch bestimmte Reinheit dieses Chlorids beträgt.
- In einen mit den gleichen Vorrichtungen wie oben ausgerüsteten 4 1-Reaktor werden 2500 g (29 mol) 4-Butyrolacton und 80 g (0,285 mol) Triphenylphosphinoxid eingebracht. Das Reaktionsmedium wird auf 140 ºC erhitzt, worauflangsam gasförmiges Phosgen eingeleitet wird. Die Umsetzung ist nach 12 h und Einleitung von 3200 g Phosgen (32,3 mol) vollständig.
- Nach Entgasen und Destillation unter vermindertem Druck werden 3560 g 4-Chlorbutyroylchlorid in einer gaschromatographisch bestimmten Reinheit von 99 % erhalten, was einer Ausbeute von 86 % entspricht (Siedepunkt: 70 ºC/27 mbar (70 ºC/20 mmHg)
- In einen 4 l-Reaktor vom gleichen Typ, wie er in Beispiel 2 verwendet wurde, werden 2500 g (29 mol) 4-Butyrolacton und 500 g aus dem in Beispiel 2 beschriebenen Verfahren stammendes Sumpfprodukt eingebracht, das eine äquivalente Menge von 80 g (0,285 mol) Triphenylphosphinoxid enthält. Das Reaktionsmedium wird auf 140 ºC erhitzt, worauflangsam gasförmiges Phosgen eingeleitet wird. Die Umwandlung ist nach 13 h und Einleitung von 3400 g Phosgen (34,34 mol) vollständig. Nach Entgasen und Destillation unter vermindertem Druck werden 3640 g 4-Chlorbutyroylchlorid (25,8 mol) in einer Reinheit von 98,9 % (bestimmt durch gaschroinatographische Analyse) erhalten, was einer Ausbeute von 88,9 % entspricht (Siedepunkt: 70 ºC/27 mbar (70 ºC/20 mmHg) ).
- Die Ergebnisse der Tests zur Lichtbeständigkeit sowie der Klimakammertests an dem erhaltenen Säurechlorid sind wie folgt:
- Temperatur: 20 ºC
- Dauer : 1 m
- Anfangswert: 30
- Endwert : 30
- Temperatur: 50 ºC
- Dauer : 1 m
- Anfangswert: 30
- Endwert : 30
- Wie in Beispiel 1 werden 172 g (2 mol) 4-Butyrolacton und 7,7 g (0,02 mol) Trioctylphosphinoxid in den Reaktor eingebracht. Das Gemisch wird auf 150 ºC erhitzt, wonach 272 g gasförmiges Phosgen innerhalb von 15 h eingeleitet werden. Das Reaktionsgemisch wird dann abgekühlt und entgast. Durch Destillation unter vermindertem Druck werden 218,6 g 4-Chlorbutyroylchlorid in einer Reinheit von 98 % (bestimmt durch gaschromatographische Analyse) entsprechend einer Ausbeute von 76 % erhalten (Siedepunkt: 60 ºC/19 mbar (60 ºC/14 mmHg).
- Wie in Beispiel 1 werden 200 g (2 mol) 4-Valerolacton und 11,2 g (0,04 mol) Triphenylphosphinoxid in den Reaktor eingebracht. Das Reaktionsmedium wird auf 150 ºC erhitzt, worauf 268 g gasförmiges Phosgen innerhalb von 9 h eingeleitet werden. Das Reaktionsgemisch wird dann abgekühlt und entgast. Das 4-Chlormethylbutyroylchlorid wird durch Destillation abgetrennt (Siedepunkt: 68 ºC/24 mbar (68 ºC/18 mmHg) ). Die Ausbeute beträgt 70 %, bezogen auf das umgesetzte 4-Valerolacton.
- Wie im vorhergehenden Beispiel werden 200 g (2 mol) 5- Valerolacton und 11,2 g (0,04 mol) Triphenylphosphinoxid in den Reaktor eingebracht. Das Gemisch wird auf 140 ºC erhitzt. Nach Einleitung von 236 g gasförmigem Phosgen innerhalb von 5 h wird das Reaktionsgemisch abgekühlt und entgast. Durch Destillation unter vermindertem Druck werden 217 g 5-Chlorvaleroylchlorid in einer Reinheit von 99 % (bestimmt durch gaschromatographische Analyse) entsprechend einer Ausbeute von 70 % erhalten (Siedepunkt: 59 ºC/0,33 mbar (59 ºC/0,25 mmHg) ).
- Wie vorstehend beschrieben werden 228,4 g (2 mol) 6-Caprolacton und 5,6 g (0v02 mol) Triphenylphosphinoxid in den Reaktor eingebracht. Das Gemisch wird auf 140 ºC erhitzt, worauf allmählich 265 g gasförmiges Phosgen eingeleitet werden. Die Umwandlung des Lactons ist nach 6 h vollständig. Durch Destillation unter vermindertem Druck werden 270 g 6-Chlorcaproylchlorid in einer Reinheit von 99 % entsprechend einer Ausbeute von 79 % gewonnen (Siedepunkt: 67 ºC/0,39 mbar (67 ºC/0,3 mmHg) ).
- Wie vorstehend beschrieben werden 100 g (0,419 mol) 2,2-Diphenyl-4-butyrolacton und 1,15 g (4 10&supmin;³ mol) Triphenylphosphinoxid in den Reaktor eingebracht. Das Gemisch wird allmählich auf 150 ºC erhitzt, worauflangsam 72 g gasförmiges Phosgen bei dieser Temperatur eingeleitet werden. Nach einer Reaktionsdauer von 15 h beträgt der Umsatz der Reaktion 60 %. Das Reaktionsgemisch wird dann abgekühlt und anschließend mit Stickstoff entgast. Durch Destillation wird das 2,2-Diphenyl-4-chlorbutyroylchlorid erhalten. Siedepunkt: 200 ºC/1,2 mbar (200 ºC/0,9 mmHg).
- In einen mit Thermometer, Rührer, Gaseinleitungsvorrichtung und Kondensator ausgerüsteten Phosgenierungsreaktor werden 172 g (2 mol) 4-Butyrolacton und 5,9 g (0,02 mol) Triphenylphosphinsulfid eingebracht. Das Gemisch wird auf 140 ºC erhitzt, worauf gasförmiges Phosgen eingeleitet wird. Nach Einleitung von 273 g Phosgen innerhalb einer Reaktionsdauer von 8 h wird das Reaktionsmedium abgekühlt und durch Hindurchleiten von Stickstoff entgast. Durch Destillation unter vermindertem Druck werden 200 g 4-Chlorbutyroylchlorid (durch gaschromatographische Analyse bestimmte Reinheit 99 %) erhalten, was einer Ausbeute von 70 % entspricht.
- In gleicher Weise wie im vorstehenden Beispiel werden 172 g (2 mol) 4-Butyrolacton und 4,4 g (0,02 mol) Tributylphosphinoxid in den Reaktor eingebracht. Nach Erhitzen auf 150 ºC wird gasförmiges Phosgen eingeleitet. Nach Einleitung von 280 g Phosgen innerhalb einer Reaktionsdauer von 15 h wird das Reaktionsmedium abgekühlt und durch Hindurchleiten von Stickstoff entgast. Nach Destillation unter vermindertem Druck werden 171 g 4-Chlorbutyroylchlorid (durch gaschromatographische Analyse bestimmte Reinheit 99 %) erhalten, was einer Ausbeute von 60 % entspricht.
Claims (9)
1. Verfahren zur Herstellung von Chloriden chlorierter
Carbonsäuren der Formel
in der bedeuten:
R¹ ein Wasserstoffatom oder C&sub1;&submin;&sub4;-Alkyl
und
R² eine Gruppe (CH&sub2;)n, wobei n eine ganze Zahl von
2 bis 4 bedeutet, oder die Gruppe
-CH&sub2;-C(C&sub6;H&sub5;)&sub2;- durch Umsetzung von Lactonen der Formel
in der R¹ und R² die oben angegebenen Bedeutungen
haben,
mit Phosgen,
dadurch gekennzeichnet, daß die Umsetzung bei einer
Temperatur von 90 bis 180 ºC durchgeführt wird, wobei
als Katalysatoren
- Oxide oder Sulfide von trisubstituierten Phosphinen
der Formel
worin bedeuten:
Y¹, Y² und Y³, die gleich oder verschieden sind,
jeweils geradkettiges oder verzweigtes C&sub1;&submin;&sub8;-
Alkyl oder eine Phenylgruppe, die ggfs. mit einer
oder mehreren C&sub1;&submin;&sub4;-Alkylgruppen substituiert ist,
und
X ein Sauerstoffatom
oder
Y¹, Y² und Y³, die gleich oder verschieden sind,
jeweils Phenyl, das ggfs. mit einer oder mehreren
C&sub1;&submin;&sub4;-Alkylgruppen substituiert ist,
und
X ein Schwefelatom,
oder
- Reaktionsprodukte von Verbindungen der Formel III mit
Chlorierungsmitteln
oder
- Gemische dieser Verbindungen
verwendet werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet&sub1; daß
der Katalysator in Mengenanteilen von 0,1 bis 5 Mol-%
und vorzugsweise 0,5 bis 2,5 Mol-%, bezogen auf das
Lacton, zugegeben wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß Y¹, Y² und Y³, die gleich oder verschieden
sind, jeweils geradkettiges oder verzweigtes C&sub1;&submin;&sub1;&sub2;-
Alkyl oder eine Phenylgruppe bedeuten, die ggf s. mit
einer oder mehreren Methylgruppen substituiert ist.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß das Phosgen in
stöchiometrischer Menge oder im Überschuß, vorzugsweise von 10 bis
20 Mol-%, bezogen auf das Lacton, eingesetzt wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß als Katalysator
Trioctylphosphinoxid oder Triphenylphosphinoxid verwendet wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur im Bereich von
120 bis 160 ºC liegt.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Umsetzung in einem
gegenüber den vorliegenden Verbindungen inerten
Lösungsmittelmedium durchgeführt wird, wobei die Lösungsinittel
unter aromatischen Kohlenwasserstoffen und chlorierten
aromatischen Kohlenwasserstoffen ausgewählt sind.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß R¹ ein Wasserstoffatom oder
Methyl bedeutet.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß das Lacton unter
4-Butyrolacton,
4-Valerolacton, 5-Valerolacton, 6-Caprolacton
und 2,2-Diphenyl-4-butyrolacton ausgewählt wird.
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