DE2724645A1

DE2724645A1 - Verfahren zur herstellung von fluoronitrobenzolen

Info

Publication number: DE2724645A1
Application number: DE19772724645
Authority: DE
Inventors: George Fuller
Original assignee: ISC Chemicals Ltd
Current assignee: ISC Chemicals Ltd
Priority date: 1974-06-25
Filing date: 1977-06-01
Publication date: 1977-12-15
Also published as: FR2353516B2; GB1514082A; FR2353516A2

Description

PAWWANWAUl ^Ka BROSE^DK* BROSE

D-8023 Munchen-Pullach, Wiener 3Ir 2; TJ (089)"" ¹U 30 71; Telex 52i£K7 biosd. Cables. · Palenlibus» München

Diplom Ingenieure

Ihr Zeichen: Your ret.:

1. Juni 1977

I.S.C. CHEMICALS LIMITED, Borax House, Carlisle Place, London S.V/. 1, England

Vorfahren zur Herstellung von Fluornitrobenzoiew

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Fluornitrobenzolen und insbesondere eine Verbesserung und Abwandlung des Verfahrens gemäß Patent ... (= Patentanmeldung P 25 27 W. 1-42 = GB-Patent 1 4-69 700).

In der DT-OS 2 527 944 (GB-PS 1 469 700) wird ein Verfahren zur Herstellung von 2-Fluornitrobenzol beschrieben, bei dem 2-Chlornitrobenzol mit einem Alkalimetallfluorid bei einer Temperatur im Bereich von 230 bis 250 ° in Gegenwart von Sulpholan (Tetrahydrothiophen-1,1-dioxid) erhitzt wird. Das bevorzugte Molverhältnis von Sulpholan zu organischem Ausgangsmaterial beträgt 0,3 : 1 bis 0,9 : 1.

709850/1030

Inzwischen wurde festgestellt, daß das Verfahren der DT-OS 2 527 W (= GB-PS 1 469 700) in gleicher Weise anwendbar ist, wenn sich ein Chlorsubstituent bezüglich der Nitrogruppe in para-Stellung befindet, selbst wenn zusätzlich andere unbeein-

flußte Substituenten, wie beispielsweise ein Chlorsubstituent, in der meta-Stellung vorliegen.

So betrifft die vorliegende Erfindung eine Modifizierung des j Verfahrens des Patents ... (= Patentanmeldung P 25 27 944.1-4-2 j = GB-Patent 1 469 700), bei dem das Ausgangsmaterial Polychlornitrobenzol oder Fluorchlornitrobenzol ist, das ein Chloratom j in der para-Stcllung in bezug auf die Nitrogruppo auf v/eist.

j In diesem Zusammenhang soll·unter "Polychlornitrobenzol" eine ι aromatische Nitroverbindung mit mindestens 2 Chloratomen an ^; Ringkohienstoffatomen verstanden werden.

Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Herstellung von Fluor- _;

' nitrobenzol mit einem Fluoratom in para-Stellung in bezug auf ! die Nitrognppe vorgesehen, bei dem man Polychlornitrobenzol oder; Fluorchlornitrobenzol mit einem Chloratom in para-Stellung in j bezug auf die Nitrogruppe mit einem Alkalimetall^luorid in Gegenwart von Sulpholan erhitzt. j

Das Polychlornitrobenzol kann als Ausgangsmaterial Chlorsubstituenten sowohl in der ortho- als auch in der meta-Stellung als auch in beiden Stellungen bezüglich der Nitrogruppe enthalten. Wenn jedoch ein derartiger Chlorsubstituent in meta-Stellung vorliegt, unterliegt er normalerweise keinem Austausch gegen ein Fluoratom beim Verfahren der Erfindung.

Wenn das Ausgangsmaterial Chloratome sowohl in der ortho- als auch in der para-Stellung bezüglich der Nitrogruppe enthält, ist das Ausgangsmaterial etwas reaktiver als wenn nur ein Chloratom entweder in der ortho- oder in der para-Stellung vorliegt; daher kann das Molverhältnis von Sulpholan zum organischen Ausgangsmaterial etwas herabgesetzt werden. Das bevorzugte Molver-

709850/1030

hältnis liegt in diesem Fall im Bereich von 0,1 : 1 bis 3,0 : 1 (d.h. Mole Sulpholan : Mole Dichlornitrobenzol), insbesondere im Bereich von 0,1 : 1 bis 0,9 : 1 und besonders bevorzugt im Bereich von 0,1 : 1 bis 0,5 : 1· Die Reaktionstemperatur beträgt in diesem Fall vorzugsweise 180 bis 250 ⁰C.

Im allgemeinen soll mindestens ein Mol Alkalimetallfluorid je auszutauschendes Chloratom im Polychlornitrobenzol-Substrat j verwendet werden.

! V/enn das Ausgangsmaterial 3,4-Dichlornitrobenzol' ist, liefert die Fluorierungsreaktion als Hauptprodukt 3-Chlor-4-fluornitro-

benzol. Diese Verbindung kann leicht in 3-Chlor-4-fluoranilin ι

übergeführt v/erden, das ein wertvolles Zwischenprodukt für die Herstellung bestimmter Herbizide ist, wie beispielsweise das Isopropyl-(ⁱ)-2-(N-benzoyl-3-chlor-^l-fluoranilin)-propionat, ι das unter der Handelsbezeichnung "BARNON" vertrieben v/ird (Wa- '

! ι

j renzeichen). i

!

j Wenn das Ausgangsmaterial 2,4—Dichlornitrobenzol ist, stellt ' ι

die erhaltene Difluorverbindung ein brauchbares Zwischenprodukt

! für die Herstellung bestimmter Arzneimittel dar. Zum Beispiel ι kann die Nitroverbindung unter Bildung von 2,4-Difluoranilin j

j reduziert werden, das ein Zwischenprodukt bei der Herstellung j der flammhemmenden Verbindung 2¹,4'-Difluor-4-hydroxy-(1,1·- biphenyl)-3-carbonsäure ist, die unter der Handelsbezeichnung

I "DIFLUNISAL" vertrieben wird.

! ■ ■

j Nachstehend wird die Erfindung durch Beispiele näher erläutert. Beispiel 1
Herstellung von 3-Chlor-^/l~fluomitrobenzol.

Eine Mischung aus 3,4-Dichlornitrobenzol (76,8 g, 0,4 Mol) und zuvor getrocknetem KF(25,5 g, 0,44 Mol) in Sulpholan (35 g) wurde bei 240 ° 24 h in einem 500 ml-Drfiihwip^oi^«·» -erfahrt,

709850/1030

der mit einem Polytetrafluorä!,hylen-Rührer, einer Thermometertasche und einem Rückflußkühler versehen war. Die kalte Reaktionsmischung wurde in einen Rotationsdunnschachtverdampfer (rotating film evaporator flask) überführt und der flüchtige Teil des Produkts wurde unter reduziertem Druck gewonnen, wobei die Ölbadtemperatur während der Destillation aufgezeichnet wurde. Fraktion 1 (41,02 g) destillierte bei 30 mm aus einem Ölbad bei 190 bis 200 ⁰C und enthielt eine Mischung aus 83,2 % 3-Chlorf 4-fluornitrobenzol, 3,2 % 3,^-Dichlornitrobenzol und 11 % Sulpholan, während Fraktion 2 (34,58 g) bei 5 mm aus einem Ölbad bei 180 bis 200 ⁰C destillierte und eine Mischung aus 41 % 3-Chlor-4-fluornitrobenzol, 6 % 3,4-Dichlornitrobenzol und 52 %

ι Sulpholan enthielt.

!

Die Dichlornitrobenzol- und die Sulpholan-Gehalte der abdestil- ;

lierten Fraktionen wurden bestimmt und die Ausbeuten ausgerech- j j net. Es wurden 48,3 g 3-Chlor-4-fluornitrobenzol (Umwandlung ' j

68,8 %) und 3,3 g 3,4-Dichlornitrobenzol (Umwandlung 2,5 #) : erhalten und 22,7 g Sulpholan gewonnen (65 % des eingesetzten j Materials).

Beispiel 2 I

Die folgende Tabelle I gibt die Reaktionsbedingungen für fünf :

Versuche wieder, die für die Umsetzung von ^,^-Dichlornitrobenzol (abgekürzt 2,4—DOlNB) mit zuvor getrocknetem Kaliumfluorid durchgeführt wurden.

709850/1030

Tabcli3 I.

KP und 2,4-DClNB/Sulpholan (Mengen der Reaktionsteilnehmer und Bedingungen)

Ver- KP such

2,4-DClNB Sulpholan Temp./Zeit Molverhältnis

Sulpholan/2,4-DClNB

I	38,3 g (O,66m)	57,6 (0,3	S)	30 g (0,25 m)	240/6	0,83
II	66,1 g (1,14 m)	102,6 (0,53	m)	nichts	240/30	nichts
III	65,8 ε (1 ,14 m)	96.8 (0,5	r; m)	16.1 g (0.14 m)	240-218/53	0,26
IV	65,0 g (1,12m)	97,0 (0,5	r: m)	16,2 r: (0,14 m)	240-256/24	0,28
V	127-6 rc (2,2 m)	192,0 (1,0	m)	12.0 fr (0,1 m)	238-240/24	0,10

Anmerkung: m = Mol

In jedem Fall wurde die Umsetzung in einem 250 m]-Dreihalskolben durchgeführt, der mit einem Rührer mit einem Polytetrafluoräthylenblatt, einer Thermometertasche und einem einzigen Flächenrückflußkühler (surface reflux condenser) versehen war. Während der Umsetzung wurden Proben in bestimmten Abständen entnommen; die Umwandlung von 2,4-Dichlornitrobenzol in 2,4-Difluornitrobenzol wurde aus Gas/Flüssig-Chromatographieanalysen der Proben gemäß der folgenden Beziehung berechnet:

Umwandlung zu 2,4-DFNB

'¹⁰°

2,4-DFNB + 2 Cl 4 PNB + 2,4-DClKB

2,4-DFNB = 2,4-Difluornitrobenzol

2 Cl 4 FNB = Mischung aus 2-Chlor-4-fluornitrobenzol und

4-Chlor-2-fluornitrobenzol 2,4-DClNB = 2,4-Dichlornitrobenzol

Beim Versuch II (ohne üulpholan) betrug die Umwandlung etwa 20 % in 30h.

709850/1030

Bei Anwendung eines Molverhältnisses von Sulpholan : 2, chlornitrobenzol =0,1 : 1 (Versuch V) betrug die Umwandlung 38,4 % in 24 h, während bei einem Molverhältnis von 0,83 : (Versuch I) eine 94-prozentige Umwandlung in nur 6 h erreicht wurde. Beim Versuch III betrug die Umwandlung 63 % in 24 h. Beim Versuch IV betrug die Umwandlung 52 % in 24 h.

Zusammengefaßt läßt sich sagen, daß das Sulpholan die Reaktions-

rate erhöht und vorzugsweise in Molverhältnisson im Bereich von 0,1 : 1 bis 0,5 : 1 in bezug auf das Dichlornitrobenzol ' verwendet wird. ί

[ Die folgende Tabelle II zeigt die Reaktionsbedingungen und die

! Produktanalysen für v/eitere sechs Versuche bei verschiedenen

j Sulpholan : Dichlornitrobenzol-Molverhältnissen und Reaktions-

' bedingungen mit der 2,4-Dichlor-Verbindung als Ausgangsmaterial.j

708850/1030

Tabelle II

Versuch KP

2,4-DClNB Sulpholan Zeit Temp. Molver- Produkt analyse (-'$)

(h) (⁰C) hältnis

Sulpholan/

2,4-DClNB DFITB ClPIiB DClITB

ausgenutz
tes KP (#

Yl	220,5 g. (3,8 m)	333,6 g. (1,74 a)	68,7 g. (O_r57 m)	22	226- 240	0,33	75,2	22,8	0,4	59
TII	351,3 g. (6,06 m)	666,1 g. .(3,47 m)	237,7 g. (1,98 n)	9	208- 240	0,57	50,8	37,3	4,1	57,6
VIII	351,2 g. (6_;06 m)	666,1 g. (3,47 a)	238,6 g. (1,99 m)	9	230- 240	0,57	67,8	29,3	0,7	68,0
ΊΧ	262,7 g. (4,53 m)	498,1 g. (2,59 m)	177,8 g. (1_;48 a)	13	229- 240	0,57	57,3	37,0	1,8	75,7
X	40,0 g. (0,69 m)	96,8 g. (0,50 m)	34,6 g. (0,29 n)	20	232- 240	0,58	48,0	43,1	4,1	66,6
el	283,8 g. (4_?89 m)	668,1 g. (3,48 m)	242,2 g. (2,02 m)	15.5	240- 243	0,58	17,3	47,5	25,7	41,5

ISJ ISJ

xn

Anmerkung: In der vorstehenden Tabelle bedeutet '· ausgenutztes KF (#)" den Fluorgehalt der Fluornitrobenzole im Produkt, ausgedrückt in % des Fluors im eingesetzten Kaliumfluorid.

Beispiel 3

Fluorierung von 2,4-Dichlornitrobenzol mit KF/Sulpholan bei 200°.

Es wurden vier Versuche durchgeführt, bei denen verschiedene Ansätze von 2,4- Dichlornitrobonzol, einer Mischung von 2-Chlor-4—fluornitrobenzol und 4-Chlor-2-fluornitrobenzol und von KF/ ; j Sulpholan in ein Reaktionsgefäß gegeben wurden, das in ,jedem Fall' auf 200 ° in etwa 4 h erhitzt wurde (vgl. Tabelle III). Als die j

"η '

Temperatur 200 erreicht hatte, wurde der Inhalt gesammelt und durch Gas/Flüssig-Ghromatographie analysiert (mit "g.l.c." bezeichnet; vgl. Tabelle IV). Der Anstieg des Difluornitrobenzolgehalts und die entsprechende Abnahme des 2,4-Dichlornitrobenzolgehalts zeigten, daß eine beträchtliche Fluorierung bei dieser Stufe stattgefunden hatte.

Tabelle III

In die KF/Sulpholan-Reaktion eingesetzter Ansatz (Gew.-Teile) Einsatz Versuch 1 Versuch 2 Versuch 3 Versuch 4

KF	125	•	150	150	X1 %	) ⁺	150
Sulpholan	254		425	290	,6(26	,8%)	265
2,4-DFNB	6,2	(2,3 %)⁺	-	4,3	,0(72	,3%)	8,7 (2,3%)
2C14FNB	171	,8(64,0%)	-	119		143,8(38,4S
2,4-DClNB	90,	5 (33,7%)	225 (100 %)	323		222(59,3%)

Anmerkung: = prozentualer Anteil am Gesamtgehalt an Nitroverbindungen

»098S0/t030

27246Λ5

Tabelle IV

Gas/Flüssif^-Chromatographieanalyse des Produkts nach 4-stündi-

Erhitzen auf 200

Verbindung Versuch 1

Versuch

Versuch 3

Versuch 4

2,4-DFNB

! 2C14FNB

!2,4-DCINB

'Sulpholane

7,48%(14,5%) 30,87%(60,0%)

7₇64%(16_;1%)

31%

46,32% -

Anmerkungen: ⁺ = prozentualer Anteil an der gesamten organischen Zusammensetzung

= prozentualer Anteil an den Nitroverbindungen allein ohne Sulpholangehalt

Schlüssel für Tabellen III und IV:

2,4-DFNB = 2,4-Difluornitrobenzol 2C14FNB = Mischung aus 2-Chlor-4-fluornitrobenzol und

4-Chlor-2-fluornitrobenzol 2,4-DClNB = 2,4-Dichlornitrobenzol

j Beispiel 3 zeigt, daß eine beträchtliche Fluorierung beim Er- ! hitzen der Reaktionsmischung auf 200 ⁰G im Verlauf von 4 h stattfindet.

709850/1030

Claims

PATENTANSPRÜCHE

nachträglich geändert

f Ί. ,Verfahren zur Herstellung von Fluornitrobenzol durch Erhitzen von Chlornitrobenzol mit einem Alkalimetallfluorid in Gegenwart von Sulpholan (Zusatz zu Patent ... = Patentanmeldung P 25 27 944--1—Ί-2) , dadurch gekennzeichnet, daß man ein PoIychlornitrobenzol oder Chlorfluornitrobenzol mit einem Chloratom in para-Stellung bezüglich der Nitrogruppe als Chlornitrobenzolausgangr.matori.al einsetzt und ein Fluorn.i trobenzol mit einnm Fluoratom in para-Stellung bezüglich der Nitrogruppe herstellt.

ι 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Chlornitrobenzol einsetzt, bei dem Chloratome in der meta- j ι

und in der para-Stellung bezüglich der Nitrogruppe vorliegen.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, ;

daß das Sulpholan : Dichlornitrobenzol-Molverhältnis im Bereich i
j von 0.3 : 1 bis 0,9 : 1 liegt.

4-, Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch : gekennzeichnet, daß man eine Henktionstomneratur von 230 bis 250 ⁰C anwer-det.

5« Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man

' ein Chlornitrobenzol einsetzt, bei dem Chloratome in der ortho- ' xind in der para-Stellung bezüglich der Nitrogrunpe vorliegen. i

[

6. Verfahren nach Anspruch S, dadurch gekennzeichnet, daß man j ein Sulpholan : Dichlornitrobenzol-Molverhältnis im Bereich von 0,1 : 1 bis 3,0 : 1 anwendet.

7· Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Sulpholan : Dichlornitrobenzol-Fiolverhältnis im Bereich von ! 0,1 : 1 bis 0,9 : 1 anwendet.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Sulpholan : Dichlornitrobenzol-Molverhältnis im Bereich von

709850/1030 ORIGINAL INSPECTED

0,1 : 1 bis 0,5 : 1 anwendet.

9· Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch fcekennzeichnet, daß man eine Reaktionstemperatur von 180 bis 250 ⁰C anwendet.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man Kaliumfluorid als AJkaLimetallfluorid ! verwendet.

709850/1030