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DE1468142B - Process for the preparation of 1 chlorine and 1,2 dichloro or 1 bromine and 1,2 dibromo cyclobutane 1,2 dicarboxylic acids or their esters or nitriles - Google Patents

Process for the preparation of 1 chlorine and 1,2 dichloro or 1 bromine and 1,2 dibromo cyclobutane 1,2 dicarboxylic acids or their esters or nitriles

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Publication number
DE1468142B
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Authority
DE
Germany
Prior art keywords
cyclobutane
chlorine
bromine
dichloro
esters
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
Other languages
German (de)
Inventor
Kurt Dipl Chem Dr Vogt Wilhelm Dipl Chem Dr 5033 Knap sack Erpenbach Heinz Dipl Chem Dr 5039 Surth Sennewald
Original Assignee
Knapsack AG, 5030 Hurth

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Description

Halogenierungsprodukte der Cyclobutan-l^-dicarbonsäure, wie ζ. B. 1,2-Dichlor- bzw. 1,2-Dibromcyclobutan-l^-dicarbonsäuren sowie deren Derivate sind bisher in der Literatur nicht beschrieben.Halogenation products of cyclobutane-l ^ -dicarboxylic acid, like ζ. B. 1,2-dichloro or 1,2-dibromocyclobutane-l ^ -dicarboxylic acids and their derivatives have not yet been described in the literature.

Im Journal of Organic Chemistry, Bd. 27 (1962), S. 423 und 428, wird ein Verfahren zur Herstellung von 1-Chlor-cyclobutancarbonsäure beschrieben, das darin besteht, daß man Cyclobutanmonocarbonsäurechlorid mit Chlorgas chloriert, das anfallende Chlorierungsprodukt mit Methanol in den entsprechenden Ester überführt und aus dem Ester durch Hydrolyse die 1-Chlor-cyclobutanmonocarbonsäure gewinnt. Dieses in mehreren Stufen ablaufende Verfahren ist unwirtschaftlich und somit nicht von technischem Interesse.In the Journal of Organic Chemistry, Vol. 27 (1962), pp. 423 and 428, a process for the preparation of 1-chloro-cyclobutanecarboxylic acid described therein consists in that cyclobutane monocarboxylic acid chloride is chlorinated with chlorine gas, the resulting chlorination product with methanol in the corresponding ester and the 1-chloro-cyclobutane monocarboxylic acid is obtained from the ester by hydrolysis. This Process running in several stages is uneconomical and therefore not of technical interest.

Es wurde nunmehr ein einstufiges Verfahren zur Herstellung von 1-Chlor- und 1,2-Dichlor- bzw. 1-Brom- und l^-Dibromcyclobutan-l^-dicarbonsäuren sowie deren Ester oder Nitrile gefunden, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man Cyclobutan-l,2-dicarbonsäure bzw. die entsprechenden Derivate derselben mit Chlor oder Brom bei mäßig erhöhter Temperatur umsetzt und anschließend das Reaktionsgemisch destilliert. A one-step process for the production of 1-chloro and 1,2-dichloro or 1-bromo and l ^ -dibromocyclobutane-l ^ -dicarboxylic acids and their esters or nitriles found, which is characterized in that one cyclobutane-1,2-dicarboxylic acid or the corresponding derivatives of the same with chlorine or bromine at a moderately elevated temperature reacted and then the reaction mixture was distilled.

So läßt sich beispielsweise 1,2-Dichlor-cyclobutan-1,2-dinitril in guter Ausbeute herstellen, indem man in flüssiges l^-Dicyancyclobutan bei einer Temperatur von 90 bis 100° C einen Chlorstrom einleitet und aus dem chlorierten Reaktionsgemisch das erwünschte Endprodukt im Vakuum abdestilliert.For example, 1,2-dichloro-cyclobutane-1,2-dinitrile can be used produce in good yield by in liquid l ^ -Dicyancyclobutane at a temperature from 90 to 100 ° C introduces a stream of chlorine and the desired from the chlorinated reaction mixture End product distilled off in vacuo.

Grundsätzlich führt man die Halogenierungsreaktion in der flüssigen Phase durch, wobei entweder in der Schmelze oder in Gegenwart eines Lösungs- oder Verdünnungsmittels gearbeitet wird. Bei Verwendung eines Lösungsmittels hat sich Chloroform oder Tetrachlorkohlenstoff besonders bewährt, was jedoch nicht ausschließt, daß auch andere inerte Lösungsmittel zur Anwendung gebracht werden können.In principle, the halogenation reaction is carried out in the liquid phase, either in the Melt or is carried out in the presence of a solvent or diluent. Using of a solvent, chloroform or carbon tetrachloride has proven particularly useful, but it is not excludes that other inert solvents can be used.

Die Reaktionstemperatur beträgt im allgemeinen zwischen etwa 60 und 140°C, vorzugsweise 90 bis 1000C.The reaction temperature is generally between about 60 and 140 ° C, preferably 90 to 100 0 C.

Zur Beschleunigung der Reaktion kann gegebenenfalls auch ein geringer Überdruck angewandt werden, der dann beispielsweise etwa 0,1 bis etwa 5 atü beträgt.If necessary, a slight overpressure can also be used to accelerate the reaction. which is then, for example, about 0.1 to about 5 atmospheres.

Als geeignete Ausgangsprodukte zur Durchführung des Verfahrens der Erfindung, kommen die Cyclobutan-l,2-dicarbonsäure sowie deren Derivate in Betracht, wobei unter Derivaten die Ester, wie z. B. Methyl-, Äthyl-, Propyl- und Butylester, oder die Nitrile zu verstehen sind. Diese Ausgangsprodukte können in der bereits beschriebenen Weise chloriert oder bromiert werden.Cyclobutane-1,2-dicarboxylic acid are suitable starting materials for carrying out the process of the invention as well as their derivatives into consideration, whereby among derivatives, the esters, such as. B. methyl, Ethyl, propyl and butyl esters, or the nitriles are to be understood. These starting products can be used in the be chlorinated or brominated in the manner already described.

Der Verlauf der Halogenierung der erfindungsgemäßen Ausgangsprodukte muß als äußerst überraschend bezeichnet werden, da man neben der Einführung eines Chlor- oder Bromatoms in die 1,2-Stellung der Cyclobutan-l,2-dicarbonsäure bzw. deren Derivate eine solche in 3,4-Stellung erwarten sollte. Eine weitere Reaktionsmöglichkeit des Halogens besteht in der Aufspaltung des nicht besonders stabilen Cyclobutanringes, die jedoch ebenfalls nicht eintritt.The course of the halogenation of the invention Starting products must be described as extremely surprising, since one next to the introduction a chlorine or bromine atom in the 1,2-position of the cyclobutane-1,2-dicarboxylic acid or its Derivatives should expect such in the 3,4-position. Another possible reaction of the halogen is the splitting of the not particularly stable one Cyclobutane ring, which however also does not occur.

Das Verfahren der Erfindung ermöglicht somit die selektive Chlorierung oder Bromierung der Cyclobutan-l,2-dicarbonsäure und deren Derivate in 1,2-Stellung, wobei Verfahrensprodukte erhalten werden, die bisher unbekannt waren und die wertvolle Ausgangsprodukte für weitere Synthesen darstellen. Die erhaltenen Verbindungen lassen sich ohne Zersetzung destillieren und stellen gut kristallisierbare Verbindungen dar.The process of the invention thus enables the selective chlorination or bromination of the cyclobutane-1,2-dicarboxylic acid and their derivatives in the 1,2-position, process products being obtained which were previously unknown and are valuable starting materials for further syntheses. The received Compounds can be distilled without decomposition and are easily crystallizable compounds represent.

Beispiel 1example 1

In 530 g 1,2-Dicyancyclobutan werden unter Rühren bei einer Temperatur von 90 bis 100° C innerhalb von 2 Stunden 710 g Chlorgas eingeleitet, wobei Chlorwasserstoff aus dem Reaktionsgemisch entweicht. Nach Zugabe der gesamten Chlormenge wird das Reaktionsgemisch noch weitere 20 Minuten unter obiger Temperatur belassen und anschließend im Vakuum einer fraktionierten Destillation unterworfen. l^-Dichlorcyclobutan-l^-dinitril siedet bei 99° C unter einem Druck von 3 Torr. Die bei 68°C schmelzende Verbindung wurde in einer Ausbeute von 875 g oder 90% der Theorie erhalten.In 530 g of 1,2-dicyancyclobutane are added with stirring passed in at a temperature of 90 to 100 ° C within 2 hours 710 g of chlorine gas, hydrogen chloride escapes from the reaction mixture. After adding the entire amount of chlorine, the Leave the reaction mixture for a further 20 minutes at the above temperature and then im Subjected to vacuum fractional distillation. l ^ -Dichlorocyclobutane-l ^ -dinitrile boils at 99 ° C under a pressure of 3 torr. The one that melts at 68 ° C Compound was obtained in a yield of 875 g or 90% of theory.

Beispiel 2Example 2

In 5 Mol Cyclobutandicarbonsäure-l^-dimethylester wird unter Rühren bei einer Temperatur von 90° C so lange Chlorgas eingeleitet, bis die Gewichtszunahme des Reaktionsgemisches einer Aufnahme von 10 Mol Chlor entspricht. Durch anschließende fraktionierte Destillation des Reaktionsgemisches im Vakuum wurden l-Chlorcyclobutandicarbonsäure-l^-dimethylester und l^-Dichlorcyclobutandicarbonsäure-l^-dimethylester im Gewichtsverhältnis von 2:1 in 70°/0iger Ausbeute erhalten. Die isolierten Verfahrensprodukte haben folgende Siedepunkte:In 5 moles of cyclobutanedicarboxylic acid l ^ -dimethyl ester, chlorine gas is passed in with stirring at a temperature of 90 ° C. until the increase in weight of the reaction mixture corresponds to an uptake of 10 moles of chlorine. By subsequent fractional distillation of the reaction mixture in vacuo l-Chlorcyclobutandicarbonsäure-l ^ dimethyl ester and l ^ l ^ -Dichlorcyclobutandicarbonsäure-dimethyl ester were in a weight ratio of 2: 1 are obtained in 70 ° / 0 yield. The isolated process products have the following boiling points:

l-Chlorcyclobutandicarbonsäure-l^-dimethylester Kp. 115° C/5 Torr, ■
l^-Dichlorcyclobutandicarbonsäure-l^-dimethylester Kp. 128° C/3 Torr.
l-chlorocyclobutanedicarboxylic acid l ^ -dimethyl ester boiling point 115 ° C / 5 Torr, ■
l ^ -Dichlorocyclobutanedicarboxylic acid l ^ -dimethyl ester bp 128 ° C / 3 Torr.

Durch Zugabe von Spuren Jod neben Phosphor oder Phosphortrichlorid zum Reaktionsgemisch läßt sich das Gewichtsverhältnis der anfallenden Verfahrensprodukte zugunsten des 1,2-Dichlorcyclobutandicarbonsäure-l,2-dimethylesters verschieben.By adding traces of iodine in addition to phosphorus or phosphorus trichloride to the reaction mixture the weight ratio of the resulting process products in favor of 1,2-dichlorocyclobutanedicarboxylic acid 1,2-dimethyl ester shift.

Beispiel 3Example 3

In 1 Mol Cyclobutandicarbonsäure-1,2 wird unter Rühren bei einer Temperatur, von 195° C so lange Chlor eingeleitet, bis die Gewichtszunahme des Reaktionsgemisches einer Aufnahme von 1 Mol Chlor ent- .* spricht. Nach Erkalten wird das Reaktionsprodukt aus Wasser umkristallisiert, wobei man in 70 °/0 Ausbeute die 1,2 - Dichlorcyclobutandicarbonsäure -1,2 vom Schmelzpunkt 251° C erhält.Chlorine is passed into 1 mole of 1,2-cyclobutanedicarboxylic acid with stirring at a temperature of 195 ° C. until the increase in weight of the reaction mixture corresponds to an uptake of 1 mole of chlorine. After cooling, the reaction product is recrystallized from water, 1,2-dichlorocyclobutanedicarboxylic acid -1.2 with a melting point of 251 ° C. being obtained in a yield of 70 ° / 0.

Beispiel 4Example 4

SOgCyclobutan-l^-dicarbonsäuredimethylesterwerden mit 200 g Brom 6 Stunden unter Bromrückfluß auf 100°C erhitzt. Anschließend wird das nicht umgesetzte Brom vom Reaktionsgemisch im Vakuum abdestilliert. Der verbleibende Rückstand wird aus Petroläther umkristallisiert, wobei 1,2-Dibromcyclobutan-1,2-dicarbonsäuredimethylester mit einem Schmelzpunkt von 86° C in einer Ausbeute von 65 °/o der Theorie erhalten wird.SOgCyclobutane-l ^ -dicarboxylic acid dimethyl ester heated to 100 ° C. with 200 g of bromine for 6 hours under reflux of bromine. Then it is not implemented Bromine is distilled off from the reaction mixture in vacuo. The remaining residue is made from petroleum ether recrystallized, whereby 1,2-dibromocyclobutane-1,2-dicarboxylic acid dimethyl ester with a melting point of 86 ° C is obtained in a yield of 65% of theory.

Claims (1)

Patentanspruch:Claim: Verfahren zur Herstellung von 1-Chlor- und 1,2-Dichlor- bzw. 1-Brom- und 1,2-Dibromcyclobutan-l,2-dicarbonsäuren sowie deren Ester oder Nitrile, dadurch gekennzeichnet, daß man Cyclobutan-l,2-dicarbonsäure bzw. die entsprechenden Derivate derselben mit Chlor oder Brom bei mäßig erhöhter Temperatur umsetzt und anschließend das Reaktionsgemisch destilliert.Process for the preparation of 1-chloro- and 1,2-dichloro- or 1-bromo- and 1,2-dibromocyclobutane-1,2-dicarboxylic acids and their esters or nitriles, characterized in that cyclobutane-1,2-dicarboxylic acid or the corresponding Reacts derivatives of the same with chlorine or bromine at a moderately elevated temperature and then the reaction mixture is distilled.

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