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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum
Trennen von Isomeren der Nitrotoluylsäure. Insbesondere bezieht
sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Trennen von
3-Nitroo-toluylsäure und 5-Nitro-o-toluylsäure in zwei einzelne
Komponenten in hohen Ausbeuten durch Bilden von Salzen mittels der
Zugabe einer aromatischen organischen Base zu einem Gemisch aus
3-Nitro-o-toluylsäure und 5-Nitro-o-toluylsäure sowie wirksames
Gewinnen von sowohl 3-Nitro-o-toluylsäure und
5-Nitro-o-toluylsäure unter Ausnutzung des Vorteils des Unterschieds zwischen
den genannten Salzen bezüglich der Löslichkeit in Wasser oder
in einem Gemisch aus Wasser und einer wasserlöslichen
organischen Verbindung.
STAND DER TECHNIK ALS HINTERGRUND
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3-Nitro-o-toluylsäure und 5-Nitro-o-toluylsäure sind äußerst
wichtige Verbindungen als Rohstoffe für Arzneimittel,
landwirtschaftliche Chemikalien, Farbstoffe usw.
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Das Verfahren des Nitrierens von o-Toluylsäure zur Herstellung
von 3-Nitro-o-toluylsäure und 5-Nitro-o.-toluylsäure war
bekannt. Bei einem solchen Nitrierungsverfahren ergibt die
Reaktion als Produkt ein Gemisch aus 3-Nitro-o-toluylsäure und
5-Nitro-o-toluylsäure. Diese Isomeren müssen voneinander
getrennt werden.
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3-Nitro-o-toluylsäure und 5-Nitro-o-toluylsäure haben beide
einen hohen Schmelzpunkt und einen hohen Siedepunkt. Daher
erweist es sich als sehr schwierig, sie durch Destillation oder
ähnliches zu trennen. Als ein Verfahren zum Trennen der Isomeren
voneinander ist eine mühsame Methode, z. B. die Methode
des fraktionierten Umkristallisierens, die in der japanischen
Patentveröffentlichung Nr. 1975-7592 beschrieben ist,
erforderlich. Selbst wenn die Umkristallisierungsmethode angewandt
wird, ist es noch schwierig, die Trennung in einer einzigen
Stufe zu erreichen.
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Außerdem ist es möglich, durch Ändern der
Nitrierungsbedingungen das Bildungsverhältnis zwischen 3-Nitrö-o-toluylsäure
und 5-Nitro-o-toluylsäure zu verändern. Wenn beispielsweise
harte Reaktionsbedingungen gewählt werden, wird das Verhältnis
der Menge der gebildeten 5-Nitro-o-toluylsäure zur Menge der
gebildeten 3-Nitro-o-toluylsäure verbessert, und durch
Umkristallisieren des so erhaltenen Nitrierungsproduktes kann
5-Nitro-o-toluylsäure in hoher Reinheit erhalten werden. Im
Fall des Auswählens milder Reaktionsbedingungen übersteigt
jedoch die Menge der gebildeten 3-Nitro-o-toluylsäure nie die
Menge der gebildeten 5-Nitro-o-toluylsäure. Deshalb ist es
unmöglich, 3-Nitro-o-toluylsäure mit einer hohen Ausbeute
herzustellen.
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Eine andere im Allgemeinen denkbare Methode zum Herstellen von
3-Nitro-o-toluylsäure und 5-Nitro-o-toluylsäure ist das Trennen
durch Einstellen des pH-Werts in dem Fällungsverfahren unter
Einsatz einer Säure. Es ist jedoch unmöglich, sowohl
3-Nitroo-toluylsäure als auch 5-Nitro-o-toluylsäure in
zufriedenstellenden Ausbeuten und Qualitäten herzustellen.
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Beispielsweise ist es zwar möglich, 5-Nitro-o-toluylsäure durch
das Fällungsverfahren in einer hohen Ausbeute herzustellen.
Dies geschieht nach dem Auflösen eines Metallsalzes der
Nitrotoluylsäure in einer Lösung durch Einstellen des pH-Werts der
Lösung mittels Zugabe einer Säure, da 5-Nitro-o-toluylsäure an
erster Stelle abgeschieden wird. Jedoch kann
3-Nitro-o-toluylsäure durch Gewinnen von Kristallen aus der Mutterlauge, aus
welcher 5-Nitro-o-toluylsäure bereits abgetrennt worden ist,
nicht in hoher Ausbeute gewonnen werden.
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Nach Untersuchungen von Verfahren zur Überwindung der
vorgenannten Schwierigkeiten und zum leichten Abtrennen dieser
beiden Isomeren aus einem Gemisch aus 3-Nitro-o-toluylsäure und
5-Nitro-o-toluylsäure mit hohen Ausbeuten, entdeckten die
Erfinder der vorliegenden Anmeldung, daß die Salze, welche
durch Zugabe einer aromatischen organischen Base zu
Nitro-otoluylsäure hergestellt worden sind, ihre naturgemäßen
Löslichkeiten in Wasser oder in einem gemischten Lösungsmittel aus
Wasser und einer wasserlöslichen organischen Verbindung
aufweisen, wobei sich diese Löslichkeiten voneinander in einem
hohen Maße unterscheiden. Ferner entdeckten sie, daß sowohl
3-Nitro-o-toluylsäure als auch 5-Nitro-o-toluylsäure leicht und
wirksam in hohen Ausbeuten gewonnen werden können, wenn eine
solche Lösung in Feststoffe und eine Flüssigkeit aufgetrennt,
wird, wodurch die vorliegende Erfindung vervollständigt wurde.
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Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein
Verfahren zum Trennen von Isomeren der Nitrotoluylsäure. Dieses
beinhaltet die Zugabe einer aromatischen organischen Base zu
einem Gemisch aus 3-Nitro-o-toluylsäure und
5-Nitro-o-toluylsäure zur Herstellung von Salzen hiervon in Gegenwart von
Wasser oder eines gemischten Lösungsmittels aus Wasser und
einer wasserlöslichen organischen Verbindung, das Auftrennen
des erhaltenen Gemisches in Feststoffe und eine Mutterlauge
sowie das Gewinnen von 3-Nitro-o-toluylsäure aus der
Mutterlauge und von 5-Nitro-o-toluylsäure aus den Feststoffen.
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Gemäß der vorliegenden Erfindung besteht der vorteilhafte Weg
zum Herstellen des Gemisches aus 3-Nitro-o-toluylsäure und
5-Nitro-o-toluylsäure, welches das Ziel des Trennens der
Isomeren darstellt, in der Nitrierungsreaktion unter Einsatz
von o-Toluylsäure als Reaktionspartner. Nichts desto weniger
ist in der Praxis das Verfahren darauf nicht beschränkt. Als
Beispiele für das Nitrierungsmittel können konzentrierte
Salpetersäure, rauchende Salpetersäure, gemischte Säure und
dergleichen genannt werden. Jedes Nitrierungsmittel wird
hinsichtlich seiner Molzahl mit dem 0,5- bis 5-fachen des
Ausgangsstoffes eingesetzt.
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Bezüglich des Reaktionslösungsmittels können Schwefelsäure als
Lösungsmittel im Fall einer gemischten Säure und irgendein
organisches Lösungsmittel, sofern dieses ein stabiles
Fortschreiten der Reaktion nicht behindert, benutzt werden. Einige
Beispiele solcher organischer Lösungsmittel sind Essigsäure,
Methylenchlorid und Chloroform. Die erforderliche Mindestmenge
eines Lösungsmittels ist nicht weniger als diejenige Menge, die
ausreicht, um das Gemisch der Nitrierungsreaktion zu rühren. Im
Allgemeinen beträgt die Menge das 1 bis 20-fache des Gewichts
des Ausgangsstoffes.
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Die Reaktion wird entweder durch Auftropfen einer gemischten
Säure oder von Salpetersäure als Nitrierungsmittel auf den
Ausgangsstoff, mit dem der Reaktionsbehälter beschickt worden
ist, oder durch Zugabe von o-Toluylsäure als Ausgangsstoff in
den Reaktionsbehälter, der mit einem Nitrierungsmittel
beschickt worden ist, gesteuert. Die Reaktionstemperatur kann
innerhalb des Bereichs von 0 bis 100ºC eingestellt werden. Die
Dauer des Eintropfens oder Zugebens kann auf eine Größe
eingestellt werden, welche für die Kühlungskapazität geeignet ist,
z. B. zwischen 0,5 und 24 h. Obwohl die Reaktion unmittelbar
nach dem Ende der Stufe des Eintropfens oder der Zugabe beendet
werden kann, ist es möglich, die Umsetzung vorzugsweise nach
einem weiteren Rühren während 0,5 bis 5 h zu beenden.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird das Produkt der
Nitrierungsreaktion, welches der Ausgangsstoff für die Stufe der
Isomerentrennung wird, nach dem Beenden der Nitrierungsreaktion
durch eine konventionelle Methode, z. B. durch eine Trennung
mittels Zentrifuge, die Filtration unter vermindertem Druck und
die Druckfiltration, abgetrennt, und der dadurch erhaltene
nasse Kuchen wird weiterverarbeitet, und zwar so wie er ist
oder in der trockenen Form oder in einigen Fällen nach dem
Waschen mit Wasser.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Bildung von Salzen in
Gegenwart von Wasser oder eines gemischten Lösungsmittels aus
Wasser und einer wasserlöslichen organischen Verbindung (das
nachfolgend einfach als "gemischtes Lösungsmittel" bezeichnet
wird) verursacht. Dies geschieht durch Zugabe einer aroma
tischen organischen Base zu dem so erhaltenen Gemisch der
Nitrotoluylsäuren. Die 3-Nitro-o-toluylsäure und die
5-Nitroo-toluylsäure werden dadurch voneinander getrennt, daß von dem
Vorteil der verschiedenen Löslichkeiten der dadurch
hergestellten Salze gegenüber Wasser oder dem gemischten
Lösungsmittel Gebrauch gemacht wurde. Es ist deshalb vorteilhaft, die
aromatische organische Base in Gegenwart von Wasser oder des
für die Trennungsstufe verwendeten gemischten Lösungsmittels
zuzugeben, obwohl das Lösungsmittel nach der aromatischen
organischen Base zugefügt werden kann.
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Obwohl es bezüglich der für die Herstellung der Salze
eingesetzten aromatischen organischen Base keine Beschränkung gibt,
solange die Bildung von Salzen mit Nitrotoluylsäure möglich
ist, können als Beispiele für die aromatischen organischen
Basen, die für den genannten Zweck verwendet werden können,
Aniline, wie Anilin, Alkylanilin und N-Alkylanilin, Pyridine,
wie Pyridin und Alkylpyridin, sowie Chinoline, wie Chinolin,
Isochinolin und Chinaldin, genannt werden. Von den genannten
aromatischen organischen Basen sind monocyclische aromatische
organische Basen, d. h. Aniline und Pyridine, insbesondere
Anilin und Pyridin, bevorzugt.
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Die Menge der einzusetzenden aromatischen organischen Base
beträgt vorzugsweise 0,9 bis 5 Mol bezüglich der Gesamtsäure in
dem Nitrierungsreakticinspartner, der zum Ausgangsstoff für die
Behandlung zur Isomerentrennung wird. Wenn die aromatische
organische Base in einer überschüssigen Menge verwendet wird,
verschlechtert sich die Wirtschaftlichkeit. Wenn im Gegensatz
dazu die Menge zu gering ist, findet die Salzbildung nicht in
einem ausreichenden Ausmaß statt und die Abtrennung geschieht
nur unzureichend mit dem Ergebnis, daß die Qualitäten der
3-Nitro-o-toluylsäure und der 5-Nitro-o-toluylsäure
verschlechtert sind.
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Die Behandlungstemperatur wird entsprechend den
Behandlungsbedingungen festgelegt, da die Mengen der durch die Reaktion
zwischen der Nitrotoluylsäure und der aromatischen organischen
Base gebildeten Salze mit der Lösungsmittelmenge und dem
Mischungsverhältnis zwischen Wasser und der in Wasser
löslischen organischen Verbindung variieren. Die Behandlung
erfolgt im Allgemeinen bei einer Temperatur von höchstens 50ºC.
Wenn die Temperatur zu hoch ist, findet die Salzbildung
zwischen der Nitrotoluylsäure und der aromatischen organischen
Base nicht statt und die Trennung der 3-Nitro-o-toluylsäure und
der 5-Nitro-o-toluylsäure voneinander kann nicht in einem
ausreichenden Ausmaß durchgeführt werden. Das Ergebnis ist, daß
die Qualitäten sowohl der 3-Nitro-o-toluylsäure als auch der
5-Nitro-o-toluylsäure verschlechtert sind.
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Die Behandlung kann durch Fortsetzen des Rührens während 0,5
bis 24 Stunden nach der Zugabe der aromatischen organischen
Base erfolgen.
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Die genannte Behandlung kann nach dem Neutralisieren von
restlicher Schwefelsäure und Salpetersäure in dem
Nitrierungsreaktionspartner mit chemischen Stoffen, wie Natriumhydroxid,
Kaliumhydroxid und Ammoniak, durchgeführt werden.
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Das in der Stufe der Isomerentrennung verwendete Lösungsmittel
ist Wasser oder ein Gemisch aus Wasser und einer
wasserlöslichen organischen Verbindung. Obwohl die Trennung der
Isomeren der Nitrotoluylsäure unter Einsatz von jedem dieser
Lösungsmittel durchgeführt werden kann, sind die Löslichkeiten
der durch die Reaktion zwischen der Nitrotoluylsäure und der
aromatischen organischen Base gebildeten Salze im Falle des
gemischten Lösungsmittels höher. Deshalb wird das gemischte
Lösungsmittel vorzugsweise in solchen Fällen benutzt, in denen
es erwünscht ist, die Lösungsmittelmenge auf einem Minimum zu
halten und das Ansteigen des auf das Volumen bezogenen
Nutzeffekts zu erhöhen.
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Bezüglich der Art der wasserlöslichen organischen Verbindung,
die in Form eines Gemisches mit Wasser, soweit sie
wasserlöslich ist, verwendet wird, besteht keinerlei Beschränkung.
Einige Beispiele für geeignete wasserlösliche organische
Verbindungen sind Methanol, Ethanol, Isopropanol, Aceton,
Tetrahydrofuran und Dioxan.
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Das Mischungsverhältnis zwischen Wasser und der wasserlöslichen
organischen Verbindung wird gemäß den angewandten
Behandlungsbedingungen festgelegt, da die Salzmengen, welche durch die
Umsetzung zwischen der Nitrotoluylsäure und der aromatischen
organischen Base gebildet werden, mit der Temperatur und der
Lösungsmittelmenge variieren. Im Allgemeinen wird die
wasserlösliche organische Verbindung im Verhältnis des 0- bis 50-
fachen des Gewichts des Wassers eingesetzt. Obwohl der auf das
Volumen bezogene Nutzeffekt im Fall des Einsatzes einer
überschüssigen Menge der wasserlöslichen organischen Verbindung
verbessert wird, ist die Benutzung einer überschüssigen
wasserlöslichen Verbindung nicht erwünscht, da dies zu einer
Reduzierung der Ausführbarkeit und zu einer Verschlechterung der
Qualität der aus der Mutterlauge herzustellenden
3-Nitroo-toluylsäure führt.
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Die Menge des Lösungsmittels wird gemäß den
Behandlungsbedingungen festgelegt, weil die in dem Lösungsmittel gelöste
Menge an Salzen, welche durch die Umsetzung zwischen
Nitrotoluylsäure und der aromatischen organischen Base gebildet
werden, mit dem Mischungsverhältnis zwischen Wasser und der
wasserlöslichen organischen Verbindung variiert. Die
wasserlösliche organische Verbindung wird im allgemeinen in einem
Verhältnis des 1- bis 30-fachen des Gewichts bezüglich des
Nitrierungsreaktionsprodukts eingesetzt, welches der
Ausgangsstoff für die Stufe der Isomerentrennung wird. Falls das
Lösungsmittel im Überschuß vorliegt, ist es wegen der Abnahme
des auf das Volumen bezogenen Nutzeffekts unwirtschaftlich.
Noch schlechter ist es, wenn in einigen Fällen ein Eluieren von
5-Nitro-o-toluylsäure in die Mutterlauge bis zu einem Ausmaß
zunimmt, daß die Qualität der 3-Nitro-o-toluylsäure
verschlechtert wird. Im Gegensatz dazu nimmt dann, wenn die
Lösungsmittelmenge zu gering ist, die Ausführbarkeit ab und der
restliche Gehalt an 3-Nitro-o-toluylsäure der Feststoffe
verschlechtert die Qualität der 5-Nitro-o-toluylsäure, was als
Konsequenz in keiner Weise erwünscht ist.
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Da die in Gegenwart von Wasser oder eines gemischten
Lösungsmittels gebildeten Salze in Form einer Aufschlämmung vorliegen,
wird eine solche Aufschlämmung einer üblichen Trennungsmethode
unterworfen, beispielsweise der Trennung mittels Zentrifuge,
der Filtrierung unter vermindertem Druck, der Druckfiltration
und dem Dekantieren, um die Feststoffe von der Mutterlauge zu
trennen.
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Die Feststoffe und die Mutterlauge, die dadurch getrennt worden
sind, können beide als Ausgangsstoffe benutzt werden, ohne daß
sie einem weiteren Verfahren unterworfen werden, soweit sich
kein zu beanstandendes Ergebnis einstellt.
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Bei dem Verfahren zum Gewinnen von 3-Nitro-o-toluylsäure und
5-Nitro-o-toluylsäure werden Kristalle aus der Mutterlauge
abgetrennt
oder es werden die in Wasser dispergierten Feststoffe
durch Zugabe von Schwefelsäure, Salzsäure oder einer anderen
Säure zu jedem hiervon abgetrennt. Durch das Gewinnen der so
erhaltenen Kristalle mittels einer üblichen Methode, z. B. durch
die Trennung mittels Zentrifuge, die Filtration unter
vermindertem Druck, die Druckfiltration oder das Dekantieren, wird
3-Nitro-o-toluylsäure aus der Mutterlauge und
5-Nitro-o-toluylsäure aus den Feststoffen erhalten.
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In dem Fall, in welchem 3-Nitro-o-toluylsäure und
5-Nitro-otoluylsäure mit höheren Reinheiten erwünscht sind, können die
erhaltenen Kristalle leicht durch ein
Umkristallisierungsverfahren und dergleichen gereinigt werden.
BESTE ART DER AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung wird ferner unter Bezugnahme auf die
folgenden Beispiele speziell erläutert. Die Analyse für die
Reinheit der Nitrotoluylsäure erfolgte zuerst durch ein
Methylverestern von Nitrotoluylsäure mit Diazomethan und Behandeln
der erhaltenen Probe mittels Gaschromatographie mit einem
internen Standard (interner Standard: Naphthalin). Das Symbol
"%", das in jedem Beispiel angegeben ist, bedeutet "Gew.-%",
soweit nicht anders angegeben ist.
HERSTELLUNGSBEISPIEL 1
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68 g o-Toluylsäure und 176,5 g 98%ige Schwefelsäure wurden in
einen Kolben mit einem inneren Fassungsvermögen von 500 ml
eingebracht. Der Kolben war mit einem Rührer, einem Thermometer
und einem Rückflußkühler ausgestattet. Während die
Kolbeninnentemperatur bei 50ºC gehalten wurde, wurden 62 g einer
61%igen Salpetersäure während eines Zeitraums von 2,3 h in den
Kolben eingetropft. Nachdem das Eintropfen beendet war, wurde
der Kolbeninhalt 2 h bei 50ºC gerührt.
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Nach dem Vervollständigen der Reaktion wurden der Kolben
abgekühlt und das Reaktionsprodukt wurde zu 250 g Wasser gegeben.
Anschließend wurden durch Abfiltrieren der Kristalle 155,6 g
eines Produkts der Nitrierungsreaktion in Form eines nassen
Kuchens erhalten. Ein Teil dieses Nitrierungsreaktionsprodukts
wurde getrocknet und durch Gaschromatographie bezüglich seiner
Komponenten analysiert. Die Analysenergebnisse zeigten, daß die
Konzentrationen an o-Toluylsäure, 3-Nitro-o-toluylsäure und
5-Nitro-o-toluylsäure in dem nassen Kuchen bei 2,4%, 23,3%
bzw. 27,6% lagen. Das Verhältnis der Menge der erhaltenen
3-Nitro-o-toluylsäure zur Menge der erhaltenen
5-Nitro-otoluylsäure betrug 5 bis 6.
BEISPIEL 1
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64 g Wasser wurden zu 8,01 g des gemäß dem Herstellungsbeispiel
1 erhaltenen nassen Kuchens gegeben. Nachdem die Aufschlämmung
mit 3,77 g Anilin versetzt worden war, wurde das Gemisch 1 h
bei Raumtemperatur gerührt. Anschließend wurde das Gemisch
filtriert, um es in eine Mutterlauge und Feststoffe
aufzutrennen. Der pH-Wert der Mutterlauge wurde mit Schwefelsäure
auf 1 eingestellt, und die dadurch ausgefällten Kristalle
wurden abfiltriert und zu 2,11 g eines Kuchens getrocknet. Der
erhaltene Kuchen wurde mittels der Gaschromatographie bezüglich
seiner Komponenten analysiert. Die Analyse ergab 6,0%
o-Toluylsäure, 78,6% 3-Nitro-o-toluylsäure und 9,5%
5-Nitro-o-toluylsäure. Das Verhältnis der Menge der erhaltenen
3-Nitro-otoluylsäure zur Menge der erhaltenen 5-Nitro-o-toluylsäure
betrug 8 : 1. Die erhaltene Ausbeute an 3-Nitro-o-toluylsäure lag
bei 88,9 Mol%.
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Andererseits wurden zu den Feststoffen 20 g Wasser gegeben und
durch Einstellen des pH-Werts der Aufschlämmung mit
Schwefelsäure Kristalle ausgefällt. Man erhielt durch Abfiltrieren und
Trocknen der ausgefällten Kristalle 2,04 g eines Kuchens. Der
erhaltene Kuchen wurde mittels der Gaschromatographie bezüglich
seiner Komponenten analysiert. Die Analyse ergab 0,7%
o-Toluylsäure, 6,5% 3-Nitro-o-toluylsäure und 91,1%
5-Nitroo-toluylsäure. Das Verhältnis der Menge der erhaltenen
3-Nitroo-toluylsäure zur Menge der erhaltenen 5-Nitro-o-toluylsäure
betrug 1 : 13. Das Gewinnungsverhältnis der 5-Nitro-o-toluylsäure
lag bei 84,2 Mol%. Die Prüfungsergebnisse sind in der Tabelle 1
angegeben.
BEISPIEL 2
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In der gleichen Weise wie im Beispiel 1 wurden Salze gebildet,
mit der Ausnahme, daß Pyridin als aromatische organische Base
anstelle von Anilin eingesetzt wurde sowie 16 g Wasser und
3,83 g Pyridin zu 8,05 g eines nassen Kuchens gegeben wurden.
Entsprechend dem gleichen Verfahren wie in Beispiel 1 wurden
dann aus der Mutterlauge 2,13 g Kuchen und aus den Feststoffen
2,08 g Kuchen erhalten.
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Die Analyse des aus der Mutterlauge erhaltenen Kuchens ergab
5,6% o-Toluylsäure, 80,8% 3-Nitro-o-toluylsäure und 11,5%
5-Nitro-o-toluylsäure. Das Verhältnis der Menge der erhaltenen
3-Nitro-o-toluylsäure zur Menge der erhaltenen
5-Nitro-otoluylsäure lag bei 7 : 1. Das Gewinnungsverhältnis der
3-Nitroo-toluylsäure betrug 91,8 Mol%.
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Andererseits ergab die Analyse des Kuchens durch
Gaschromatographie 0,7% o-Toluylsäure, 5,1% 3-Nitro-o-toluylsäure und
93,2% 5-Nitro-o-toluylsäure. Das Verhältnis der Menge der
erhaltenen 3-Nitro-o-tolylsäure zur Menge der erhaltenen
5-Nitro-o-toluylsäure lag bei 1 : 18. Das Gewinnungsverhältnis
der 5-Nitro-o-toluylsäure betrug 87,4 Mol%. Die
Prüfungsergebnisse sind in der Tabelle 1 angegeben.
HERSTELLUNGSBEISPIEL 2
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272 g o-Toluylsäure, 196 g 98%ige Schwefelsäure und 1000 ml
Methylenchlorid wurden in einen Kolben mit einem inneren
Fassungsvermögen von 2 l eingebracht, der mit einem Rührer, einem
Thermometer und einem Rückflußkühler ausgerüstet war. Während
die Kolbeninnentemperatur auf 40ºC gehalten wurde, wurden
während eines Zeitraums von 1,3 h 154 g 98%ige Salpetersäure in
den Kolben eingetropft. Nach dem vollständigen Eintropfen wurde
der Kolbeninhalt während 1 h bei 40ºC gerührt.
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Nach der Vervollständigung der Umsetzung wurde die
Reaktionsflüssigkeit durch Verdampfen von Methylenchlorid konzentriert.
Nach der Zugabe von 1000 g Wasser zu der erhaltenen Flüssigkeit
wurden die Kristalle abfiltriert und zu 390 g eines
Nitrierungsreaktionsprodukts getrocknet.
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Die Analyse des Nitrierungsreaktionsprodukts ergab 0,5%
o-Toluylsäure, 36,2% 3-Nitro-o-toluylsäure und 54,1%
5-Nitroo-toluylsäure. Das Verhältnis der Menge der erhaltenen
3-Nitroo-toluylsäure zur Menge der erhaltenen 5-Nitro-o-tolylsäure lag
bei 2 : 3:
BEISPIEL 3
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Nach der Zugabe von 20 g Wasser, 10 g Methanol und dann 7,03 g
Anilin zu 10 g des gemäß dem Herstellungsbeispiel 2erhaltenen
Nitrierungsreaktionsprodukts wurde das Gemisch 1 h bei 20ºC
gerührt. Dann wurde das Gemisch filtriert, um es in eine
Mutterlauge und Feststoffe aufzutrennen. Der pH-Wert der
Mutterlauge wurde mit Schwefelsäure auf 1,4 eingestellt, und die
dadurch abgeschiedenen Kristalle wurden abfiltriert und zu
4,60 g eines Kuchens getrocknet. Der erhaltene Kuchen wurde
mittels Gaschromatographie bezüglich seiner Komponenten
analysiert. Die Analyse ergab 0,8% o-Toluylsäure, 74,7%
3-Nitro-o-toluylsäure und 8,9% 5-Nitro-o-toluylsäure. Das
Verhältnis der Menge der erhaltenen 3-Nitro-o-toluylsäure zur
Menge der erhaltenen '5-Nitro-o-toluylsäure betrug 8 : 1. Die
gewonnene Ausbeute an 3-Nitro-o-toluylsäure lag bei 95,1 Mol%.
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Andererseits wurden durch Zugabe von 40 g Wasser zu den
Feststoffen und durch Einstellen des pH-Werts der Aufschlämmung auf
1,3 sowie nachfolgendes Abfiltrieren und Trocknen der
abgeschiedenen Feststoffe 4,79 g eines Kuchens erhalten. Der
erhaltene Kuchen wurde durch Gaschromatographie bezüglich seiner
Komponenten analysiert. Das Analysenergebnis zeigte, daß die
Konzentrationen an 3-Nitro-o-toluylsäure und
5-Nitro-o-toluylsäure in dem Kuchen bei 2,0 und 94,5% lagen. Das Verhältnis
von 3-Nitro-o-toluylsäure und 5-Nitro-o-toluylsäure betrug
1 : 47. Die gewonnene Ausbeute an 5-Nitro-o-toluylsäure lag bei
83,7 Mol%. Die Prüfungsergebnisse sind in der Tabelle 2
angegeben.
BEISPIELE 4, 5 und 6
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Mit der Ausnahme, daß die Mengen an Wasser, Methanol und Anilin
sowie die Temperatur in die in der Tabelle 2 angegebenen Werte
abgeändert wurden, wurden gemäß dem gleichen Verfahren wie im
Beispiel 3 die Isomeren getrennt. Die Prüfungsergebnisse sind
in der Tabelle 2 angegeben.
HERSTELLUNGSBEISPIEL 3
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13,6 g o-Toluylsäure und 35,3 g 98%ge Schwefelsäure wurden in
einen Kolben mit einem inneren Fassungsvermögen von 100 ml
eingebracht, der mit einem Rührer, einem Thermometer und einem
Rückflußkühler ausgerüstet war. Während die Innentemperatur des
Kolbens auf 90 bis 100ºC gehalten wurde, wurden während eines
Zeitraums von 2 h 15,5 g 61%ige Salpetersäure in den Kolben
eingetropft. Nach dem vollständigen Eintropfen wurde der
Kolbeninhalt während 2 h bei 100ºC gerührt.
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Nach der Vervollständigung der Reaktion wurde die
Reaktionsflüssigkeit abgekühlt. Nach der Zugabe von 100 g Wasser zu der
erhaltenen Flüssigkeit wurden die Kristalle abfiltriert und zu
17,6 g eines Nitrierungsreaktionsprodukts getrocknet. Das
erhaltene Nitrierungsreaktionsprodukt wurde durch
Gaschromatographie bezüglich seiner Komponenten analysiert. Die Analyse
des dadurch erhaltenen Nitrierungsreaktionsprodukts ergab 0,6%
o-Toluylsäure, 22,7% 3-Nitro-o-toluylsäure und 46,6%
5-Nitroo-toluylsäure. Das Verhältnis der Menge der erhaltenen
3-Nitroo-toluylsäure zur Menge der erhaltenen 5-Nitro-o-toluylsäure
betrug 1 : 2.
VERGLEICHSBEISPIEL 1
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6 g Ethanol wurden zu 2,97 g des im Herstellungsbeispiel 3
erhaltenen Nitrierungsreaktionsprodukts gegeben, das dann durch
Erhitzen geschmolzen wurde. Die nach dem Abkühlen der
Flüssigkeit auf 0ºC abgeschiedenen Kristalle wurden abfiltriert und
zu 0,54 g eines Kuchens getrocknet.
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Der erhaltene Kuchen wurde durch Gaschromatographie bezüglich
seiner Komponenten analysiert. Das Analysenergebnis ergab, daß.
die Konzentrationen an o-Toluylsäure, 3-Nitro-o-toluylsäure und
5-Nitro-o-toluylsäure in dem Kuchen bei 0,2%, 2, 2% bzw.
97,2% lagen. Das Verhältnis der Menge der erhaltenen
3-Nitroo-toluylsäure zur Menge der erhaltenen 5-Nitro-o-toluylsäure
betrug 1 : 44. Das Gewinnungsverhältnis von 5-Nitro-o-toluylsäure
betrug 37,9 Mol%. Obwohl die 5-Nitro-o-toluylsäure mit einer
solchen Reinheit über die Umkristallisierungsstufe durch
Ausführen der Nitrierungsreaktion unter harten Bedingungen, wie 90
bis 100ºC, erhalten worden ist, war das Gewinnungsverhältnis
sehr niedrig, und das Verfahren ergab keine Bildung von
3-Nitro-o-toluylsäure mit einer hohen Reinheit.
VERGLEICHSBEISPIEL 2
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40 g Wasser wurden zu 8,04 g des im Herstellungsbeispiel 1
erhaltenen nassen Kuchens gegeben. Die erhaltene Aufschlämmung
wurde 1 h bei Raumtemperatur gerührt, wobei der pH-Wert mit
48%igem Natriumhydroxid auf 11 eingestellt war. Anschließend
wurde Kristalle ausgeschieden, und zwar durch Einstellen des
pH-Werts der Aufschlämmung auf 4, 5 durch Zugabe von 10%iger
Schwefelsäure. Die dadurch ausgeschiedenen Kristalle wurden
dann abfiltriert und zu 1,65 g eines Kuchens getrocknet. Der
erhaltene Kuchen wurde mittels Gaschromatographie bezüglich
seiner Komponenten analysiert. Das Analysenergebnis zeigte
Konzentrationen an o-Toluylsäure, 3-Nitro-o-toluylsäure und
5-Nitro-o-toluylsäure in dem Kuchen von 3,9%, 1, 1% bzw.
91,2%. Das Verhältnis der Menge der erhaltenen
3-Nitro-otoluylsäure zur Menge der erhaltenen 5-Nitro-o-toluylsäure lag
bei 1 : 83. Das Gewinnungsverhältnis der 5-Nitro-o-toluylsäure
betrug 6T,8 Mol%.
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Andererseits wurde zu dem Filtrat Schwefelsäure gegeben, um den
pH-Wert auf 1,9 einzustellen. Es wurden Kristalle abgeschieden.
Die dadurch ausgefällten Kristalle wurden abfiltriert und zu
2,59 g eines Kuchens getrocknet. Der erhaltene Kuchen wurde
durch Gaschromatographie hinsichtlich seiner Komponenten
analysiert. Das Analysenergebnis zeigte, daß die Konzentrationen an
o-Toluylsäure, 3-Nitro-o-toluylsäure und 5-Nitro-o-toluylsäure
in dem Kuchen bei 5,3%, 68,6% bzw. 22,6% lagen. Das
Verhältnis der Menge der erhaltenen 3-Nitro-o-toluylsäure zur Menge
der erhaltenen 5-Nitro-o-toluylsäure betrug 3 : 1. Die
Prüfungsergebnisse sind in der Tabelle 1 im Vergleich mit den
Prüfungsergebnissen der Beispiele 1 und 2 angegeben.
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Obwohl 5-Nitro-o-toluylsäure mit einer hohen Ausbeute aus den
Kristallen erhalten wurde, die an erster Stelle abgetrennt
worden sind, konnte 3-Nitro-o-toluylsäure in hoher Ausbeute aus
dem Filtrat, aus dem die 5-Nitro-o-toluylsäure abgetrennt
worden war, nicht gewonnen werden.
VERGLEICHSBEISPIEL 3
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10 g Methanol wurden zu 10 g des gemäß dem Verfahren im
Herstellungsbeispiel 1 erhaltenen Nitrierungsreaktionsprodukts in
Kuchenform (2,5% o-Toluylsäure, 24,6% 3-Nitro-o-toluylsäure
und 31,2% 5-Nitro-o-toluylsäure) gegeben. Nach dem Schmelzen
des Nitrierungsreaktionsprodukts durch Erhitzen wurde die
Lösung auf Raumtemperatur abgekühlt, um Kristalle abzuscheiden.
Diese wurden dann abfiltriert und zu 4,04 g eines Kuchens
getrocknet. Das Analysenergebnis zeigte, daß die
Konzentrationen an o-Toluylsäure, 3-Nitro-o-toluylsäure und
5-Nitroo-toluylsäure in dem Kuchen bei 1,0%, 43,7% bzw. 59,1%
lagen. Das Verhältnis der Menge der erhaltenen
3-Nitro-otoluylsäure zur Menge der erhaltenen 5-Nitro-o-toluylsäure
betrug 5 : 7. Die Prüfungsergebnisse sind in der Tabelle 3
angegeben.
VERGLEICHSBEISPIELE 4, 5 und 6
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Die Isomeren wurden gemäß dem Verfahren im Vergleichsbeispiel 3
getrennt, mit der Ausnahme, daß die Arten und Mengen der für
die Umkristallisation eingesetzten Lösungsmittel in jene gemäß
der Tabelle 3 abgeändert wurden. Die Prüfungsergebnisse sind in
der Tabelle 3 angegeben. Das Verfahren des Umkristallisierens
unter Verwendung von Lösungsmitteln ergab keine wesentliche
Verbesserung der Verhältnisse der gebildeten Isomeren trotz der
mit verschiedenen Lösungsmitteln unternommenen Versuche.
INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT DER ERFINDUNG
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Das Trennen von 3-Nitro-o-toluylsäure und 5-Nitro-o-tvluylsäure
aus deren Gemisch war üblicherweise von Schwierigkeiten
begleitet und konnte durch Umkristallisieren oder Einstellen des pH-
Werts in dem Fällungsverfahren unter Einsatz einer Säure nicht
erreicht werden. Gemäß der vorliegenden Erfindung können beide
Isomeren mit hohen Ausbeuten und hohen Gewinnungsverhältnissen
mittels der Bildung von Salzen durch Zugabe einer aromatischen
organischen Base zu dem Gemisch jener Isomeren getrennt werden,
wobei der Vorteil des Unterschieds in den Löslichkeiten der
dabei gebildeten Salze in Wasser oder in einem Gemisch aus
Wasser und einer wasserlöslichen organischen Verbindung genutzt
wurde. Somit ist das Verfahren, das durch die vorliegende
Erfindung beschrieben wird, eine hervorragende Methode zum
Gewinnen von 3-Nitro-o-toluylsäure und 5-Nitro-o-toluylsäure, die
beide wertvolle Rohstoffe für Arzneimittel, landwirtschaftliche
Chemikalien und Farbstoffe sind.
Tabelle 1
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* Nach der Zugabe von NaOH bis zum pH 11 Wurde der pH-Wert mit Schwefelsäure auf
4,5 eingestellt.
Tabelle 2
Tabelle 3