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DE2842360A1 - Verfahren zur herstellung substituierter benzal- und benzylbromide - Google Patents

Verfahren zur herstellung substituierter benzal- und benzylbromide

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DE2842360A1
DE2842360A1 DE19782842360 DE2842360A DE2842360A1 DE 2842360 A1 DE2842360 A1 DE 2842360A1 DE 19782842360 DE19782842360 DE 19782842360 DE 2842360 A DE2842360 A DE 2842360A DE 2842360 A1 DE2842360 A1 DE 2842360A1
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DE
Germany
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bromide
metal
sodium
alkaline earth
carbonate
Prior art date
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Withdrawn
Application number
DE19782842360
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English (en)
Inventor
Franz Dr Marti
Jean Riethmann
Tibor Dr Somlo
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Novartis AG
Original Assignee
Ciba Geigy AG
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Publication date
Application filed by Ciba Geigy AG filed Critical Ciba Geigy AG
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • C07C255/49—Carboxylic acid nitriles having cyano groups bound to carbon atoms of six-membered aromatic rings of a carbon skeleton
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  • Organic Chemistry (AREA)
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  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
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Description

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ΡίΡΛ ΠΡΙΓΪΥ
ClBA-GElGY AG, CH-4002 Basel Wli~-*/ \ ^-* ^-vS8^4 2 3 6
3 DR. BF -ί η ,-·■··..
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1-11357/=
Deutschland
: 29 h?
Verfahren zur Herstellung substituierter Benzal- und Benzyl
bromide
Es ist bekannt, dass in o- und/oder p-Stellung einen elektronenanziehenden Substituenten enthaltende Benzal- und Benzylbromide ausserordentlich schwierig zugänglich sind.
Die Seitenkettenbromierungen von entsprechend substituierten Alkylbenzolen mit elementarem Brom erfordern zum Teil hohe Temperaturen. Nach Houben-Weyl, Bd. 5/4, 5334-337, werden z.B. Nitrotoluole im Bombenrohr oder in der Druckflasche bei lOO bis 160°C bromiert. In Anbetracht der geringen thermischen Stabilität mancher Aralkylbromide, wie z.B. o-Nitrobenzylbromid oder o-Nitrobenzalbromid, bereiten diese bekannten Verfahren oft Schwierigkeiten.
Auch die in neuerer Zeit in den DDR-Patentschriften Nr. 74279 und Nr. 82463 beschriebenen Seitenkettenbromierungen von o-Nitrotöluol in einem Tetrachlorkohlenstoff/Wasser-Gemisch unter Verwendung von elementarem Brom und UV-Bestrahlung führen nur zu o-Nitrobenzylbromid in einer Ausbeute von 45 bis 557..
Das im DDR-Patent Nr. 118609 beschriebene Verfahren liefert bei der Bromierung von o-Nitrotoluol in Tetrachlorkohlenstoff unter Bestrahlung mit sichtbarem oder UV-Licht oder unter Verwendung von Peroxid als Katalysator eine etwas bessere Ausbeute, doch konnte auch nach diesem bekannten
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ORIGINAL INSPECTED
Verfahren weder o-Nitrobenzalbromid noch eine vollständige Seitenkettenbromierung des o-Nitrotoluols zum o-Nitrobenzylbromid erhalten werden.
Es wurde nun gefunden, dass man substituierte Benzal- oder Benzylbromide bzw. deren Gemische, der allgemeinen Formeln Ia und Ib
CHBr0 CH0Br
(Ia) XI ο (Ib)
in denen R einen elektronenanziehenden.Substituenten in o- und/oder p-Stellung bedeutet, unter Vermeidung der genannten Nachteile in ausgezeichneter Ausbeute und Reinheit herstellen kann.
Das neue Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass man in ein zweiphasiges System, bestehend aus einer wässrigen und einer organischen Phase, enthaltend ein entsprechend substituiertes Toluol, mindestens ein Metallbromid und eine Base, unter Bestrahlung mit sichtbarem Licht elementares Chlor einleitet.
Elektronenanziehende Substituenten R sind beispielsweise die Nitrogruppe, die Cyanogruppe oder ein Halogenatom, wie z.B Chlor, Brom, Jod oder Fluor.
Als Metallbromide kommen vor allem Alkalimetallbromide oder Erdalkalimetallbromide, wie Magnesiumbromid, insbesondere Kalium- oder Calciumbromid und vorzugsweise Natriumbromid, in Betracht.
Als Basen kb'nnen Metallbasen, wie z.B. Alkalimetallbasen oder Erdalkalimetallbasen, die ein· Hydroxyl-, Hydrogencarbonat- oder ein Carbonation aufweisen, oder Anionenaustauscher in
(r)
Hydroxylionenform, wie z.B. Dowex 2^ (quaternäre Ammoniumhydroxyde) verwendet werden.
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Insbesondere kommen Natrium- oder Kaliumhydroxyd, Natriumoder Kaliumhydrogencarbonat oder Natrium- bzw. Kaliumcarbonat in Betracht. In analoger Weise können die entsprechenden nydroxyde, Hydrogencarbonate und Carbonate des Calciums und Magnesiums als Basen eingesetzt werden.
Das pH des Reaktionsgemisches wird durch Art und Dosierung der verwendeten Base bestimmt und bewegt sich in einem pH-Bereich von 3 bis 11, vorzugsweise 4 bis 9. Eine bevorzugte Ausführungsform ist z.B. mit einem Puffersalz wie die Alkalisalze der Phosphorsäure, Essigsäure, Propionsäure oder Benzoesäure, einen Anfangs-pH-Wert zwischen 6 und 8 einzustellen und während der Reaktion diesen pH-Wert durch Zudosierung einer der oben erwähnten Basen aufrechtzuerhalten.
Die Reaktion wird bei Verwendung einer in Wasser leicht löslichen Base, beispielsweise einer Alkalibase, in einem pH-Bereich von 4 bis 11, vorzugsweise 4 bis 9, ausgeführt. Wird die Reaktion in Gegenwart einer in Wasser schwer löslichen Base, beispielsweise eines Erdalkalicarbonates, wie z.B. Calciumcarbonat, ausgeführt, so sinkt der pH-Wert unterhalb 7,5 auf ca. 4.
Die Metallbase dient als Neutralisationsmittel. Dieses befindet sich in der wässrigen Phase. Durch gute Mischung beider Phasen (kräftiges Rühren, Strömungsmischung) wird der bei der Reaktion entstehende Chlorwasserstoff aus der organischen Phase extrahiert und sofort neutralisiert.
Die Reaktion wird bei Temperaturen zwischen O und 12O°C, vorzugsweise jedoch bei einer Temperatur zwischen 30 und 900C durchgeführt.
Als organische Phase kann das Eddukt, das substituierte Toluol selber fungieren. Zweckmässigerweise werden aber inerte und möglichst apola^e Lösungsmittel, insbesondere halogenierte, aromatische Kohlenwasserstoffe, wie z.B. Chlor- oder Brombenzole, jedoch auch Nitrobenzol, ferner Schwefelkohlenstoff
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oder halogenierte Alkane, vorzugsweise Tetrachlorkohlenstoff, Methylenchlorid, Chloroform, Tetrachloräthan oder Hexachloräthan verwendet.
Um eine gute Durchmischung des Zweiphasensystems zu erreichen, ist es zweckmässig, das Reaktionsgemisch kontinuierlich zu rühren.
Die Seitenkettenbromierung erfolgt unter Bestrahlung mit sichtbarem Licht, d.h. im Bereich von 3800 bis 8000 A . Als Lichtquellen für das erfindungsgemässe Verfahren eignen sich Wolframlampen, wie z.B. Glühbirnen oder Leuchtstoffröhren, Entladungslampen, gedopte Quecksilberlampen, Natriumdampflampen, Xenon-Strahler etc., bevorzugt werden Natriumdampflampen und Wolframlampen.
Mit den Lichtquellen werden die Reaktionsgefässe von aussen bestrahlt oder es werden Eintauchlampen für sichtbares Licht verwendet, die in metallische Reaktionsgefässe eingebaut werden können. Um Lichtverlusten in Glasgefässen vorzubeugen, ist das Anbringen einer Schicht, die das Licht reflektiert (Verspiegelung, Aluminiumfolienummantelung) , vorteilhaft.
Als Vorteile der Seitenkettenbromierung von o-substituierten Toluolen gemäss vorliegender Erfindung seien genannt: Gegenüber dem Stand der Technik ist es nun möglich, ein von Ausgangsmaterial freies Benzyl-Benzalbromid-Gemisch, oder aber auch reines Benzyl- oder Benzalbromid herzustellen, ohne Bildung von entsprechenden Benzotribromiden. Dabei werden Ausbeuten an Benzyl- bzw. Benzalbromid, berechnet auf die umgesetzten Toluole, von ca. 90 bis 100% der Theorie erreicht. Die Bromierung erfolgt ohne Einsatz von elementarem Brom z.B. nach den folgenden Reaktionsschemen:
R-CH3 + 2 NaBr + 2 NaOH + 2 Cl2 —*- R-CHBr2 + 4 NaCl + 2 H2O, d.h. für die Herstellung von Benzalbromid benötigt man nur ca. 2 Mol Natriumbromid, da die Bromierung praktisch einheitlich abläuft; oder
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R-CH3 + NaBr + NaOH + Cl2 —*-R-CH2Br + 2 NaCl + H2O.
Damit entfällt die schwierige Handhabung (Transport, Dosierung, Regeneration und die damit zusammenhängenden Toxikologie- und Korrosions-Probleme) des elementaren Broms.
Durch die Anwesenheit der Base entweicht kein Chlor- bzw. Bromwasserstoff. Es existieren auch keine Abwasserprobleme. Das Abwasser besteht lediglich aus wässriger Kochsalzlösung.
Bei der Weiterverarbeitung der Benzyl- bzw. Benzalbromide, wie z.B. bei der Reaktion
R-CHBr2 + 2 NaOH —*- R-CHO + 2 NaBr + H2O
fällt wässriges Natriumbromid an, das direkt für die Bromierung im erfindungsgemässen Verfahren wieder eingesetzt werden kann. Somit entfällt die kostspielige Wiedergewinnung des Broms aus den entstandenen Bromidsalzen.
Als praktisch einziges Nebenprodukt kann sich das Chlorbromprodukt R-CHClBr bilden, das ebenfalls ohne Schwierigkeiten zu demselben Aldehyd verseift wird, wie das entsprechende Benzalbromid.
Das nach dem erfindungsgemässen Verfahren erhaltene o-NitroT benzylbromid ist ein wichtiges Zwischenprodukt zur Herstellung von o-Nitrobenzylalkohol, o-Nitrobenzaldehyd und Bromhexin [N-Cyclohexyl-N-methyl-N-(2-amino-3,5-dibrombenzyl)-ammoniumchlorid].
Die nach dem erfindungsgemässen Verfahren erhaltenen Benzalbromide können als Zwischenprodukte für die Herstellung der entsprechenden Benzaldehyde verwendet werden. Zudem lässt sich erfindungsgemäss das erhältliche Gemisch der ο-substituierten Benzyl- und Benzalbromide, unter Hinzufügung eines Alkalimetallformiates in ein Gemisch bestehend aus dem Ameisensäureester des entsprechenden Benzylalkohol und des entsprechenden Benzaldehyds Überführen. Dieses Gemisch lässt sich durch Hydrolyse und nachfolgender Oxydation mit wässriger Salpetersäure einheitlich zum entsprechenden Benzaldehyd umwandeln.
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Der aus dem o-Nitrobenzalbromid oder dem Gemisch aus dem o-Nitrobenzyl- oder o-Nitrobenzalbromid herstellbare o-Nitrobenzaldehyd ist ein wertvolles Zwischenprodukt und lässt sich z.B. für die Indigosynthese nach A.v.Baeyer verwenden. Der erhaltene o-Nitrobenzaldehyd findet auch als Diagnostikum in der Medizin, beispielsweise bei Diabetes, Verwendung.
o-Cyanbenzyl- und/oder o-Cyanbenzalbromid kann für die Herstellung des o-Cyanbenzaldehyds Verwendung finden. o-Cyanbenzaldehyd wird als Zwischenprodukt zur Herstellung von coronardilatatorisch und peripher dilatatorisch wirksamen, blutdrucksenkenden Pharmazeutika (vgl. DOS 1.963.188) und als Ausgangsprodukt für die Herstellung der für Pharmazeutika-Synthesen wichtigen o-Cyanzimtsäuren verwendet. Weiterhin wird o-Cyanbenzaldehyd als stabilisierender Zusatz zu Methylchloroform (vgl. US-PS 3.364.270) und als Zusatz zu Polyvinylalkohol enthaltenden Fasern zur Verbesserung der Elastizität und Anfärbbarkeit (vgl. US-PS 3.071.429) verwendet.
In den nachfolgenden Beispielen bedeuten die Teile Gewichtsteile, und die Temperaturen sind in Celsiusgraden angegeben.
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Beispiel 1
137 g (1 Mol) o-Nitrotoluol werden in 1590 g (lOOO ml) Tetrachlorkohlenstoff gelöst, 253 g (2,46 Mol) Natriumbromid und 120 g (1,2 Mol) Kaliumcarbonat in 600 g Wasser zugegeben und unter Rühren auf RUckflusstemperatur erhitzt.
Unter Bestrahlung von aussen durch"den Glaskolben mit drei 150 W Natrium-Hochdrucklarapen werden innerhalb 8 Stunden 170 g (2,39 Mol) Chlorgas derart eingeleitet, dass das freigesetzte Brom immer gerade verbraucht wird. Nach dem Abkühlen werden die Phasen getrennt, die wässrige Phase mit Tetrachlorkohlenstoff extrahiert und die vereinigten, mit Natriumsulfat getrockneten, organischen Phasen eingeengt.
Man isoliert so 285 g eines Gemisches mit 96,4 Teilen o-Nitrobenzalbromid (= 93,1% d.Th.) und 3,6 Teilen o-Nitrobenzylbromid <= 4,7% d.Th.).
Beispiel 2
274 g (2 Mol) o-Nitrotoluol werden in 3180 g (2000 ml) Tetrachlorkohlenstoff gelöst und 433 g Natriumbromid als 25%ige Lösung zugegeben. In einer Umwälzapparatur mit zentraler Anordnung einer 150 W-Natrium-Hochdrucklampe werden bei RUckflusstemperatur und unter Bestrahlung 424 g Chlor derart eingeleitet, dass das sich bildende Brom immer gerade verbraucht wird. Gleichzeitig wird der pH-Wert mit 30%iger Natronlauge auf 7,5 gehalten (Verbrauch 314 g). Nach 14 Stunden wird wie unter Beispiel 1 beschrieben aufgearbeitet. Man erhält 575 g eines Gemisches mit 92,5 Teilen o-Nitrobenzalbromid (= 90,8% d.Th.), 3,4 Teilen o-Nitrobenzylbromid (= 4,6% d.Th.) und 4,0 Teilen O-Brom- <j-chlor-2-nitrotoluol (= 4,7% d.Th.).
Beispiel 3
13 7 g o-Nitrotoluol .werden mit 103 g Natriumbromid, 85 g Kalziumcarbonat und 127 g Chlor wie in Beispiel 1 beschrieben
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4 Stunden umgesetzt. Nach der Aufarbeitung erhält man 255 g eines Gemisches, bestehend aus 39,7 Teilen o-Nitrobenzylbromid (= 47% d.Th.), 54 Teilen o-Nitrobenzalbromid (= 46,8% d.Th.) und 6 Teilen «-Brom-o-chlor-2-nitrotoluol (=6,2% d.Th.).
Beispiel 4
In einer Zwangsumlaufapparatur wird eine Lösung von 274 g (2 Mol) o-Nitrotoluol in 3000 g (ca. 2 1) Tetrachlorkohlenstoff, sowie eine wässrige Lösung, enthaltend 500 ml Wasser, 453 g (4,4 Mol) Natriumbromid und 10 g Dinatriumhydrogenphosphat (0,08 Mol) vorgelegt. Das Gemisch wird darauf um eine 150 W Natrium-Hochdrucklampe gewälzt und auf Rückfluss geheizt. Am Rückfluss und unter Bestrahlung werden 340 g (4,8 Mol) Chlorgas eingeleitet und gleichzeitig durch Zutropfen von wässriger Natriumhydrohydlösung der pH-Wert ständig bei 6,0 bis 6,5 gehalten. Die Chlorgas-Einleitung soll so rasch erfolgen, dass das freigesetzte Brom immer gerade verbraucht wird. Innerhalb von ca. 6 Stunden ist alles Chlor eingeleitet und praktisch die gesamte Menge zu o-Nitrotoluol umgesetzt. Nach dem Abkühlen werden die Phasen getrennt und die Tetrachlorkohlenstoff-Phase eingeengt.
Man erhält 570 g o-Nitrobenzalbromid (Gehalt 99%).
Beispiel 5
In einer Zwangsumlaufapparatur werden 685 g (5 Mol) o-Nitrotoluol und eine wässrige Lösung, enthaltend 1250 ml Wasser, 280 g (2,7 Mol) Natriumbromid und 25 g (0,2 Mol) Dinatriumhydrogenphosphat vorgelegt. Das Gemisch wird um eine 150 W Natrium-Hochdrucklampe gewälzt und bei Rückfluss und unter Bestrahlung werden 210 g (2,96 Mol) Chlorgas und so viel Natronlauge zudosiert, um ständig einen pH-Wert von 6,0 und 6,5 zu halten. Wenn alles Natriumbromid verbraucht ist, wird das Gemisch abgekühlt, die organische Phase abgetrennt und
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/ft
Über Natriumsulfat'getrocknet. Beim Abkühlen des Gemisches auf -1O°C kristallisiert o-Nitrobenzylbromid aus. Ausbeute 540 g nach Filtration und Trocknung. Die Mutterlauge, welche ö-Nitrotoluol, o-Nitrobenzylbromid und etwas o-Nitrobenzalbromid enthält, kann in einem neuen Versuch wieder eingesetzt werden.
Beispiel 6
234 g (2 Mol) o-Cyanotoluol gelöst in 3000 g (2 1) Tetrachlorkohlenstoff und eine Lösung von 500 ml Wasser, 453 g Natriumbromid und 10 g Dinatriumphosphosphat werden mit 340 g Chlorgas und mit der zur Einhaltung eines pH-Wertes von 6 bis 6,5 benötigten Menge Natronlauge wie in Beispiel 4 beschrieben, umgesetzt.
Man erhält 522 g o-Cyanobenzalbromid (Gehalt ca. 99%).
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Claims (15)

_ 1£Γ - 8 MÜNCHEN a O · ι., A U E H K 1 H C H E R 3Ϊ H. 4 5 Patentansprüche
1., Verfahren zur Herstellung von in o- und/oder p-Stellung einen elektronenanziehenden Substituenten enthaltenden Benzal- oder Benzylbromiden bzw. deren Gemische durch Seitenkettenbromierung von entsprechend substituiertem Toluol, dadurch gekennzeichnet, dass man in ein zweiphasiges System, bestehend aus einer wässrigen und einer organischen Phase, enthaltend ein in o- und/oder p-Stellung einen elektronenanziehenden Substituenten enthaltendes Toluol, mindestens ein Metallbromid und eine Base,unter Bestrahlung mit sichtbarem Licht elementares Chlor einleitet.
2. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man eine Metallbase verwendet.
3. Verfahren nach Patentansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass man eine Alkalimetall- oder Erdalkalimetallbase verwendet.
4. Verfahren nach Patentansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass man ein in Wasser lösliches Alkalimetallhydroxyd
bze. Erdalkalimetallhydroxyd verwendet.
5. Verfahren nach Patentansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass man ein Alkalimetallcarbonat bzw. Erdalkalimetallcarbonat verwendet.
6. Verfahren nach Patentansprüchen 1 bis 3 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass man Natriumcarbonat bzw. Calciumcarbonat verwendet.
7. Verfahren nach Patentansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass man die Bromierung bei Temperaturen zwischen 0 und 1200C durchführt.
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8. Verfahren nach Patentanspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass man die Bromierung bei Temperaturen zwischen 30 und 9O°C durchführt.
9. Verfahren nach Patentansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass man eine Wolframlampe oder Natriumdampflampe als Lichtquelle sichtbaren Lichts verwendet.
10. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man als Metallbromide Alkalimetall- oder Erdalkalimetallbromide verwendet.
11. Verfahren nach Patentanspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass man als Metallbromide Kalium- oder Calciumbromid, vorzugsweise Natriumbromid, verwendet.
12. Verfahren nach Patentansprüchen 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass man die Umsetzung in Gegenwart eines ; Puffersalzes bei einem pH-Wert von 6 bis 8 durchführt.·'
13. Das in den Beispielen 1 bis 6 beschriebene Verfahren.
14. Die nach dem Verfahren der Patentansprüche 1 bis 12 erhältlichen Verbindungen.
15. Die nach dem Verfahren der Beispiele 1 bis 6 erhältlichen Verbindungen. _ .
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DE19782842360 1977-09-30 1978-09-28 Verfahren zur herstellung substituierter benzal- und benzylbromide Withdrawn DE2842360A1 (de)

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