DE2213799A1

DE2213799A1 - Verfahren zur herstellung von 2,5dichlor-3-nitro-benzoesaeure

Info

Publication number: DE2213799A1
Application number: DE2213799A
Authority: DE
Inventors: Rudolf Dr Helm; Dieter Dr Pawellek; Karlfried Dr Wedemeyer
Original assignee: Bayer AG
Current assignee: Bayer AG
Priority date: 1972-03-22
Filing date: 1972-03-22
Publication date: 1973-09-27
Also published as: IL41815A0; ES412872A1; JPS495940A; FR2177049A1; IT981495B; CH582127A5; FR2177049B1; US3822311A; IL41815A; BR7302009D0; NL7303835A; BE797099A; GB1363836A

Description

21. März 1972

Verfahren zur Herstellung von 2,5-Dichlor-3-nitro-benzoesäure

Die vorliegende Erfindung betrifft ein chemisch eigenartiges Verfahren zur Herstellung der bekannten 2,5-Dichlor-3-nitro-benzoesäure, die hervorragende herbizide Eigenschaften besitzt und die darüberhinaus als Ausgangsprodukt zur Darstellung des wichtigen Herbizids 3-Amino-2,5-dichlorbenzoesäure dient.

Es ist bereits bekannt geworden, daß man 2,5-Dichlor-3-nitro-benzoesäure erhält, wenn man die bei der Chlorierung von Benzoylchlorid nach anschließender Verseifung entstehende 2,5-Dichlorbenzoesäure nitriert (vergl. amerikanische Patentschrift 3 397 229); siehe Reaktionsschema : COCl Cl XOCl

Cl,

0OH HNO,

(H₂SO₄)

Hydrolyse COOH

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iriSf SCTED

Dieses Verfahren weist jedoch eine Reihe von Nachteilen auf. So fällt zum Beispiel das als Zwischenprodukt benötigte 2,5-Dichlorbenzoylchlorid bei der Chlorierung von Benzoylchlorid nur als Rohprodukt in 60 - 70 %-iger Reinheit an. Eine Abtrennung von den gleichzeitig gebildeten Isomeren und bcherchlorierten Produkten durch fraktionierte Destillation ist wegen der korrosiven Eigenschaften der Mischung und wegen der nahe beieinander liegenden Siedepunkte der Nebenprodukte sehr schwierig. Die gleichen Probleme treten bei einer Abtrennung der 2,5-Dichlorbenzoesäure aus dem entsprechenden Säuregeniisch auf. Setzt man daher die rohe 2,5-Dichlorbenzoesäure zur Nitrierung ein, so erhält man 2,5-Dichlor-3-nitro-benzoesäure, die sehr stark durch phytotoxisch wirkende Nebenprodukte verunreinigt ist. Die Anwendung als Herbizid wird unmöglich, wenn der Gehalt an phytotoxischen Substanzen» insbesondere die Konzentration an 2,5-Dichlor-6-nitro-benzoesäure, einen definierten Schwellenwert übersteigt. Auch bei der Nitrierung reiner 2,5-Dichlorben2oesäure bildet sich die störende 2,5-Dichlor-6-nitro-benzoesäure. Da man aus wirtschaftlichen Gründen nur von einer senr unreinen 2,5-Dichlorbenzoesäure ausgehen kann und auch die anschließende Nitrierung sehr uneinheitlich verläuft, liegen die Ausbeuten an gewünschter 2,5-Dichlor-3-nitro-benzoesäure niedrig und es entstehen zwangsläufig phytotoxische Nebenprodukte. Diese sind zwar nach mehreren Methoden abtrennbar (vgl. amerikanische Patentschriften 3 441 603; 3 417 137 und 3 174 999), z.B. durch langwierige fraktionierte Umkristallisation, jedoch sind die Verfahren entweder umständlich oder verlustreich.

Ein etwas verbessertes Verfahren zur Darstellung von 2,5-Dichlor-3-nitro-benzoesäure wird in der Deutschen Offenlegungsschrift 2 126 210 beschrieben, die im Reaktionsweg liegenden Schwierigkeiten bleiben aber grundsätzlich bestehen.

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Es wurde nun gefunden, daß man die bekannte 2,5-Dichlor-3-nitro-benzoesäure in ausgezeichneter Reinheit und hoher Ausbeute in einem "Eintopf-Verfahren" erhält,'indem man 5-Chlor-3-nitro-salicylsäure mit einem Überschuß eines

0OH Cl COCl

Chlorierungs- \,/s/ H⁺/H~0 mittel ' ■' * ^v

Katalysator

(II)

0OH

NO₂ (III)

Chlorierungsmittelsbei Rückflußtemperatur der jeweils verwendeten Mischung in Gegenwart eines Ν,Ν-Dialkylcarbonsäureamides oder eines tertiären Amins als Katalysator, gegebenenfalls in einem Lösungsmittel umsetzt und das dabei entstehende Säurechlorid der Formel (II) anschließend in homogener Phase, gegebenfalls auch im Zwei-Phasen-System, sauer verseift.

Es ist als ausgesprochen überraschend zu bezeichnen, daß die erfindungsgemäße Reaktionsfolge mit hervorragender Selektivität zur 2,5-Dichlor-3-nitro-benzoesäure führt, weil nach dem Stand der Technik erwartet werden mußte, daß erstens die glatte Substitution der Hydroxylgruppe durch Chlor in der nur durch eine Nitrogruppe aktivierten 5-Chlor-3-nitro-salicylsäure nicht ohne weiteres möglich ist (vgl. J. pharm. Soc. Japan 85, 544 - 546 (1965)), und daß zweitens eine Verseifung des 2,5-Dichlor-3-nitro~benzoylchlorids nur in alkalischer Lösung befriedigend gelingt. Dabei wäre

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allerdings wegen der langsam erfolgenden Verseifung ein teilweiser Rückaustausch des vorher in den Benzolring eingeführten Cl-Atoms gegen eine OH-Gruppe unvermeidbar.

Das erfindungsgemäße Verfahren weist eine Reihe von Vorteilen auf. So dient die 5-Chlor-3-nitro-salicylsäure als Ausgangsmaterial, das sich frei von unerwünschten Isomeren in ausgezeichneter Reinheit darstellen läßt. Die damit durchgeführten Umsetzungen verlaufen nach dem vorliegenden "Eintopf-Verfahren" ohne störende Nebenreaktionen und liefern sehr selektiv chemisch einheitliche Substanzen. Besonders hervorzuheben ist die Tatsache, daß die 2,5-Dichlor-3-nitrobenzoesäure hier schon nach einfacher Aufarbeitung vollkommen frei von phytotoxischen Nebenprodukten in hoher Ausbeute erhalten wird.

Verwendet man 5-Chlor-3-nitro-salicylsäure und Thionylchlorid als Ausgangsstoffe, so kann der Reaktionsablauf durch das folgende Formelschema wiedergegeben werden:

COOH

COCl

SOCl,

Dimethylformamid

H₂S0₄/H₂0

.COOH

Das Ausgangsmaterial, das durch die Formel (I) eindeutig charakterisiert ist, kann nach einem bekannten Verfahren

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(vgl. Deutsche Reichs-Patentschrift 137 118) zweckmäßig hergestellt werden.

Die erfindungsgemäße Umsetzung wird zweckmäßig unter Ausschluß von zusätzlichen Verdünnungsmitteln durchgeführt. Es ist aber auch möglich, Verdünnungsmittel zuzufügen. Als solche kommen inerte organische Lösungsmittel in Betracht, Hierzu gehören aromatische Kohlenwasserstoffe, insbesondere Toluol.

Als Chlorierungsmittel kommen anorganische Säurechloride in Frage, vorzugsweise jedoch Thionylchlorid und PhosphoroxyChlorid.

Als Katalysatoren werden vorzugsweise Ν,Ν-Dialkylcarbonsäureamide oder tertiäre Amine eingesetzt. Es seien beispielsweise genannt: Dimethylformamid und N,N-Diäthylanilin.

Die Reaktionstemperaturen können variiert werden, jedoch arbeitet man vorzugsweise bei der Rückflußtemperatur der jeweils verwendeten Mischung.

Bei der erfindungsgemäßen Umsetzung arbeitet man vorzugsweise bei Normaldruck.

Als Säuren, die bei der Verseifung zugesetzt werden, kommen starke organische und anorganische Säuren in Betracht, insbesondere jedoch Schwefelsäure.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens setzt man auf 1 Mol 5-Chlor-3-nitro-salicylsäure 2 bis etwa 7 Mol Chlorierungsmittel und 0,1 bis etwa 4 Mol, vorzugsweise 1 bis etwa 3 Mol Katalysator ein und kocht 6 bis etwa 24 Stunden bei Rückflußtemperatur der jeweils verwendeten Mischung.

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Die Aufarbeitung erfolgt in der Weise, daß man das Chlorierungsmittel im Vakuum abdestilliert, den Rückstand gegebenenfalls in einem mit Wasser mischbaren Lösungsmittel auf·^ nimmt und gegebenenfalls nach Filtration unter Zugabe von Wasser und Säure bei Rückflußtemperatur in homogener Phase oder gegebenenfalls im Zwei-Phasen-System verseift. Anschließend wird gegebenenfalls das Lösungsmittel im Vakuum abgezogen und der Rückstand mit wässriger Base behandelt. Gegebenenfalls wird noch vorhandenes organisches Lösungsaiittel abgetrennt und die wässrig-alkalische Lösung nach Filtration angesäuert. Dabei scheidet sich das Produkt als kristalliner Niederschlag in hoher Reinheit ab.

Gegebenenfalls kann die Aufarbeitung auch so vorgenommen werden, daß man das Reaktionsgemisch auf Eis gießt, den abfiltrierten Rückstand in einem mit Wasser mischbaren organischen Lösungsmittel löst und im übrigen nach der oben beschriebenen Methode verfährt.

In einer besonderen Ausführungsform kann auch feuchte 5-Chlor-3-nitrQ"Salieylsäure für die erfindungsgemäße Umsetzung verwendet werden. Gegebenenfalls wird das enthaltende Wasser vor der Halogenierungsreaktion durch Zugabe eines geeigneten organischen Lösungsmittels azeotrop abdestilliert.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine rationelle Herstellung sehr reiner 2,5-Dichlor-3-nitro-benzoesäure, die nicht durch phytotoxische Nebenprodukte verunreinigt ist und sich daher sehr gut als Herbizid eignet (vgl., amerikanische Patentschrift 3 013 373). Eine Lösung des Alkalisalzes, der 2,5-Dichlor-3-nitro-benzoesäure kann außerdem als Ausgangssubstanz zur Synthese des wichtigen Herbizids 3-Amino-2,5-dichlor~benzoesäure (amerikanische Patentschrift 3 014 063) verwendet werden.

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COOH

96 g 5-Chlor-3-nitro-salicylsäure (0,44 Mol) werden mit 450 ml Thionylchlorid und 36 ml Dimethylformamid (DMF)(0,47MoI) 24 Stunden unter Rückfluß erhitzt. Anschließend destilliert man das Thionylchlorid im Vakuum ab. Den Rückstand nimmt man in 500 ml Aceton auf, filtriert, fügt 150 ml Wasser und 6 ml konzentrierte Schwefelsäure zu und erhitzt 15 Stunden unter Rückfluß. Man zieht das Lösungsmittel im Vakuum ab, löst den Rückstand in wässriger Natronlauge, filtriert und fällt die 2,5-Dichlor-3-nitro-benzoesäure durch Ansäuern aus. Nacia Absaugen, Waschen und Trocknen erhält man in 87 %-iger Ausbeute eine dünnschichtchromatographisch reine Säure vom Schmelzpunkt: 214 - 216°C.

Beispiel 2t

103 g feuchte 5-Chlor-3-nitro-salicylsäure (aus dem Nitrieransatz der 5-Chlor-salicylsäure) werden mit 400 aal Toluol azeotrop destilliert, wobei unter Abdestillieren von 200 ml Toluol 8 ml Wasser abgeschieden werden. Den als

Rückstand verbleibenden Brei versetzt man mit 450 ml Thionylchlorid und 36 ml DMF (0,47 Mol) und erhitzt 24 Stunden unter Rückfluß. Anschließend destilliert man das Thionylchlorid über eine 40 cm-Raschig-Kolonne bei 45-65°C/250 mm ab. Den Rückstand versetzt man mit 150 ml Wasser und 6 ml konzentrierter Schwefelsäure und kocht 15 Stunden unter Rühren unter Rückfluß. Anschließend rührt man mit 30 g Natronlauge in 3 Liter Wasser kräftig durch, läßt absitzen und trennt die Toluolphase ab. Die wässrigalkalische Phase wird filtriert und angesäuert. Nach Le A 14 255 - 7 -

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Absaugen, Waschen und Trocknen erhält man dünnschichtchromatographisch reine 2,5-Dichlor-3-nitro-benzoesäure in 79 %-iger Ausbeute mit einem Schmelzpunkt von 212 - 214°C.

Beispiel 3:

Man führt die Reaktion wie in Beispiel 2 beschrieben durch, destilliert jedoch neben dem Thionylchlorid auch das Toluol ab und verseift wie in Beispiel 1 in acetonischer Lösung. Man erhält nach dem Umfallen in 82 %-iger Ausbeute eine 2,5-Dichlor-3-nitro-benzoesäure vom Schmelzpunkt: 213 - 215°C.

Beispiel 4:

101 g feuchte 5-Chlor-3-nitro-salicylsäure aus dem Nitrieransatz der 5-Chlor-salicylsäure (Wassergehalt: 6g) werden wie in Beispiel 1 umgesetzt. Man erhält in 85 96-iger Ausbeute eine dünnschichtchromatographisch reine 2,5-Dichlor-3-nitro-benzoesäure vom Schmelzpunkt: 214 - 216 C.

Beispiel 5:

21,7 g 5-Chlor-3-nitro-salicylsäure (0,1 Mol) werden in 200ml Phosphoroxy chlor id (POCl-,) suspendiert. Unter Kühlung werden 50 ml N,N-Diäthyl-anilin (0,3 Mol) zugetropft, wobei alles in Lösung geht. Anschließend rührt man 6 Stunden unter Feuchtigkeitsausschluß bei Rückflußtemperatur und gießt nach dem Abkühlen auf 2 kg Eis. Man saugt ab, wäscht mit Wasser aus und löst in 100 ml Aceton. Man fügt 30 ml Wasser und 1,2 g konzentrierte Schwefelsäure zu und kocht 15 Stunden unter Rückfluß. Dann zieht man das Lösungsmittel im Vakuum ab, löst in Natronlauge, filtriert und fällt durch Ansäuern aus. Nach dem Absaugen, Waschen und Trocknen erhält man 16,5 g (71 %) dünnschichtchromatographisch reine 2,5-Dichlor-3-nitro-benzoesäure vom Schmelzpunkt: 216-218°C.

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Claims

Patentansprüche:

erfahren zur Herstellung von reiner 2,5-Dichlor-3-nitrobenzoesäure nach einer "Eintopf-Methode", dadurch gekennzeichnet, daß man 5-Chlor-3-nitro-salicylsäure mit einem Überschuß eines anorganischen Säurechlorids bei Rückflußtemperatur der jeweils verwendeten Mischung in Gegenwart eines N,N-Dialkylcarbonsäureamids oder eines tertiären Amins als Katalysator umsetzt und das dabei entstehende Säurechlorid der Formel

COCl

NO₂
(II)

anschließend in homogener Phase oder im Zwei-Phasen-System sauer verseift.
2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Chlorierungsmittel Thionylchlorid oder Phosphoroxychlorid verwendet wird.
3) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Katalysator 0,1 bis 4 Mol Dimethylformamid oder Ν,Ν-Diäthylanilin verwendet werden.

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4) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umsetzung in Gegenwart eines inerten organischen Lösungsmittels, insbesondere Toluol, durchgeführt wird,

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