DD293344A5 - Verfahren zur herstellung von 4-nitrofluorbenzenen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von 4-Nitrofluorbenzenen der allgemeinen Formel I aus entsprechenden 4-Nitrochlorbenzenen. Erfindungsgemaesz erfolgt die Umsetzung der 4-Nitrochlorbenzene mit einfach getrocknetem Kaliumfluorid in Dimethylsulfoxid bzw. Dimethylformamid und in Gegenwart von Polyethylenglycol 5090. Die 4-Nitrofluorbenzene sind als Zwischenprodukte fuer Pflanzenschutzmittel und Pharmaka, beispielsweise zur Herstellung von antibakteriell wirksamen Praeparaten, verwendbar. Formel I{4-Nitrofluorbenzen; Halogenaustausch; Kaliumfluorid; Polyethylenglycol}

Description

in der

R die oben genannte Bedeutung hat, mit Kaliumfluorid in einem Lösungsmittel unter Zusatz eines Polyethylenglycols mit einem mittleren Molgewicht von 5090 in einem Temperaturbereich von 50 bis 22O⁰C umgesetzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Lösungsmittel ein dipolar aprotisches Lösungsmittel wie Diemthylformamid, Dimethylsulfoxid oderSulfolan ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Umsetzung bei Temperaturen zwischen 80 und 185⁰C erfolgt.

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft oin Verfahren zur Herstellung von 4-Nitrofluorbenzenen aus entsprechenden 4-Nitrochlorbenzenen. Die Zielprodukte sind als Zwischenprodukte für Pflanzenschutzmittel und Pharmaka, beispielsweise zur Herstellung von antibakteriell wirksamen Präparaten, verwendbar.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Es ist bekannt, daß Fluoraromaten durch thermische Zersetzung von Diazoniumsalze!! in Fluorwasserstoffsäure hergestellt werden können (H.Meinert, Fluorchemie, Akademie-Verlag, Berlin 1979, S. 137). Weiterhin ist bekannt, daß verschiedene Nitrofluorbenzene in polaren aprotischen Medien mittels Kaliumfluorid erhältlich sind (J. Am. Chem. Soc. 78,6034 [1056]). Diese Substitutionsmethode wird immer dann angewandt, wenn das auszutauschende Halogenatom durch Akzeptorsubstituenten in 2- und/oder 4-Position aktiviert ist.

Der Erfolg der Austauschmethode hängt jedoch von mehreren Voraussetzungen ab. Dazu zählen hohe Reaktionstemperaturen, sehr lange Reaktionszeiten, ein oftmals beträchtlicher Überschuß an Kaliumfluorid und wasserfreie Lösungsmittel (Aust. J. Chem. 20,1663 [1967]). Besonders problematisch erscheint die Bereitstellung von extrem trocknem Kaliumfluorid mit möglichst großer Oberfläche. Einige Hersteller bieten dafür ein spezielles sprügetrocknetes Präparat an. Eine in der Literatur beschriebene Gefriertrocknung (Tetrahedron Lett., 19891271), die von verdünnter wäßriger Kaliumfluoridlösung ausgeht, erfordert einen hohen Aufwand.

In letzter Zeit wurden verbesserte Halogenaustauschverfahren bekannt, bei denen das für die Fluorierung erforderlich solvatfreie Fluoridion durch die Anwendung teurer Katalysatoren, wie quartärer Ammoniumsalze (GB-PS 2058067), Kronether (DE-OS 2803259) oder Cäsiumfluorid (UE-OS 2724367) erzeugt wird. Die ebenfalls bekannte Anwendung von Polyethylenglycolen der Molgewichte 300 und 400 führte nur zu geringen Umsätzen (Chemistry Letters 1978,283).

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, ein technisch anwendbares Verfahren zur Herstellung von 4-Nitrofluorbenzenen zu entwickeln, das die Nachteile der bisher bekannten Verfahren vermeidet und von einem preiswerten und in großen Mengen verfügbaren Katalysator ausgeht.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, durch Wahl eines geeigneten Katalysators das Ziel der Erfindung zu erreichen. Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung von 4-Nitrofluorbenzenen der allgemeinen Formel I,

OzN

in der

R ein Wasserstoffatom, ein Halogenatom, eine Cyanogruppe oder einen Eoterrest darstellt, indem erfindungsgemäß ein

4-Nitrochlorbenzen der flllgemeinen Formel II,

O2N

in der

R die oben genannte Bedeutung hat, mit Kaliumfluorid in einem Lösungsmittel unter Zusatz eines Polyethylenglycols mit einem mittleren Molgewicht von 5090 in einem Temperaturbereich von 50 bis 220⁰C, vorzugsweise bei 80 bis 185°C, umgesetzt wird.

Das Verfahren besteht Im weitesten Sinne darin, daß das 4-Nitrochlorbenzen mit einer überschüssigen Menge Kaliumfluorid in

einem Lösungsmittel unter Zusatz des Katalysators Polyethylenglycol 5090 mehrere Stunden erwärmt wird.

Geeignete Lösungsmittel sind dipolar aprotische Lösungsmittel, zum Beispiel Dimethylsulfoxid, Dimethylformamid oder

Sulfolan.

Als Katalysator wird ein Polyethylenglycol mit der mittleren Molmasse 5090 verwendet.

Die Reaktion wird im Temperaturbereich von 50 bis 22O⁰C, vorzugsweise bei 80 bis 185⁰C, durchgeführt. Erfindungsgemäß wird das Kaliumfluorid in eine Lösung des 4-Nitrochlorbenzens und des Katalysators eingetragen, einige Zeit

bei den angegebenen Reaktionstemperaturen gerührt und danach abgekühlt. Anschließend wird im Falle destillierbarer

Endprodukte der Niederschlag abgetrennt, das Lösungsmittel im Vakuum abdestilliert und der Rückstand fraktioniert. Im Falle

gut kristallisierender Endprodukte gießt man den Reaktionsansatz in Wasser und saugt den erhaltenen Niederschlag ab.

Zur weiteren Reinigung wird das Reaktionsprodukt entweder direkt umkristallisiert oder es wird mit einem organischen Lösungsmittel, beispielsweise η-Hexan, extrahiert und anschließend das extrahierte Produkt umkristallisiert. Die Zielprodukte wurde gaschromatographisch untersucht und mit authentischem Material verglichen. Danach weisen die

erhaltenen Rohprodukte durchschnittlich 5% Verunreinigungen auf. Das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzte

Kaliumfluorid wird lediglich durch mehrstündiges Erhitzen im Vakuum von 12 Torr auf etwa 8O⁰C aktiviert. Der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzte Katalysator wurde bezüglich seiner Wirksamkeit mit anderen Katalysatoren verglichen. Zu diesem Zweck wurde 3,4-Dichlor-nitrobenzen mit Kaliumfluorid in Gegenwart verschiedener Polyethylenglycola umgesetzt. Die in der Tabelle aufgeführten Testergebnisse zeigen, daß die mit Polyethylenglycol 5090

erreichbaren Ausbeuten an 3-Chlor-4-fluor-nitrobenzen am höchsten sind.

Tabelle 1: Vergleichsuntersuchungen zur Umsetzung von 3,4-Dichlor-nitrobenzen mit Kaliumfluorid in Gegenwart verschiedener Polyethylenglycole

Polyethylenglycol Ausbeute an

(PEG) a-ChloM-fluor-nitrobenzen'¹

PEG 5090 57%

PEG 3000 49%

PEG 200 21%

ohne PEG 32%

*' Reaktionsbedingungen: 0,1 mol 3,4-Dichlor-nitrobenzen, 3 Moläquivalente KF und 1,5g PEG werden in 30ml DMF 30h unter Rückfluß erhitzt.

Ausf Q hrungsbelspiele

Beispiel 1

3-Chlor-4-fluor-nitrobenzen

19,2g (0,1 mol) 3,4-Dichlor-nitrobenzen werden in 35ml getrocknetem Dimethylformamid gelöst, 1,5g Polyethylenglycol 5090zugegeben und in der so bereiteten Lösung 26,1 g (= ca. 0,45mol) trockenes, fein gepulvertes Kaliumfluorid suspendiert.

Anschließend rührt man 27 Stunden unter Rückfluß bei Feuchtigkeitsausschluß, läßt danach erkalten, saugt den Niederschlag ab

und wäscht ihn zweimal mit je 10ml Methylenchlorid gründlich aus. Die vereinigten Filtrate werden fraktioniert destilliert. Manerhält zunächst 26,5ml (76% der eingesehen Menge) Dimethylformamid bei Kp₁₂ 41-42°C zurück. Danach destilliert das

Zielprodukt. Ausbeute: 12,45g (71 %), KP₁₂104-105⁰C, Schmp. 40-43⁰C Beispiel 2 S-ChloHl-fluor-nitrobenzen

19,2g (0,1 mol) 3,4-Dichlor-nitrobenzen werden in 20ml getrocknetem Dimethylsulfoxid gelöst, 1,5g Polyethylenglycol 5090zugegeben und in der so bereiteten Lösung 7g (= ca. 0,12 mol) trockenes, fein gepulvertes Kaliumfluorid suspendiert.

Anschließend rührt man 13 Stunden bei einer Innentemperatur von 153⁰C und Feuchtigkeitsausschluß, läßt danach erkalten,

versetzt mit 2GOmI gesättigter Kochsalzlösung und schüttelt dreimal mit je 75 ml Diethylether aus. Die vereinigten organischen

Extrakte werden einmal mit 250ml gesättigter Kochsalzlösung gewaschen, nach Phasentrennung mit wasserfreiem Magnesiumsulfat getrocknet, filtriert und das Lösungsmittel im Vakuum abgezogen. Das so erhaltene Rohprodukt wird im Vakuum über eine kurze Dornkolonne fraktioniert, Ausbeute: 14,7g (84%), Kp₁₂104-105°C, Schmp. 40-43°C

-3- 293 3<!4

Beispiel 3

2-Fluor-5-nitro-benzonitril

18,26g (0,1 mol) 2-Chlor-5-nitro-benzonitril werden in 20ml getrocknetem Dimethylformamid gelöst, 1,5g Polyethylenglycol 5090 zugegeben und in der so bereiteten Lösung 8,7 g (= ca. 0,15 mol) trockenes, fein gepulvertes Kaliumfluorid suspendiert. Anschließend rührt man 11 Stunden bei einer Innentemperatur von 100°C unter Feuchtigkeitsausschluß, läßt danach erkalten, gießt in 200ml Wasser, saugt den erhaltenen Niederschlag ab und wäscht ihn zweimal mit je 10 ml Wasser aus. Man erhält 15,15g (91 % der Theorie) rohes 2-Fluor-5-nitro-benzonitril vom Schmp. 69-72⁰C. Die weitere Reinigung erfolgt durch Extraktion mit η-Hexan unter Verwendung eines Soxhlet-Apparates und Umkristallisation des extrahierten Produktes aus Ethanol.

Ausbeute: 13,25g (80%), Schmp. 73-75°C

Beispiel 4

2-Fluor-5-nitro-benzonitril

18,26g (0,1 mol) 2-Chlor-5-nitro-benzonitril werden in 19ml getrockentem Dimethylsulfoxid gelöst, 1,5g Polyethylenglycol 5090 zugegeben und in der so bereiteten Lösung 7 g (= ca. 0,12 mol) trockenes, fein gepulvertes Kaliumfluorid suspendiert.

Anschließend rührt man 13 Stunden bei einer Innentemperatur von 80°C unter Feuchtigkeitsausschluß, läßt danach erkalten, gießt in 200ml Wasser, saugt den erhaltenen Niederschlag ab und wäscht ihn zweimal mit je 10 ml Wasser aus. Man erhält 15,95g (96% der Theorie) rohes 2-Fluor-5-nitro-benzonitril vom Schmp. 70-74°C, das aus Ethanol umkristallisiert wird.

Ausbeute: 13,95g (84%), Schmp. 73-75"C

Beispiet 5

2-Fluor-5-niUo-benzoesäuremethylester

21,55g (0,1 mol) 2-Chlor-5-nitro-benzoesäuremethylester werden in 30ml getrocknetem Dimethylformamid gelöst, 1,5g Polyethylenglycol 5090 zugegeben und in der so bereiteten Lösung 17,4g (= ca. 0,3mol) trockenes, fein gepulvertes Kaliumfluorid suspendiert.

Anschließend rührt man 12 Stunden hai einer Innentemperatur von 14O⁰C unter Feuchtigkeitsausschluß, läßt danach erkalten, saugt den Niederschlag ab und wäscht ihn zweimal mit je 1OmI Methylenchlorid gründlich aus. Die vereinigten Filtrate werden fraktioniert destilliert. Man erhält zunächst 22,5 ml (75% der eingesetzten Menge) Dimethylformamid zurück.

Ausbeute: 10,55g (53%), Kp₀,o-i 122-126⁰C, Schmp. 42-44⁰C

Beispiele

4-Fluor-nitrobenzen

15,76g (0,1 mol) 4-Chlor-nitrobenzen werden in 16ml getrocknetem Dimethylsulfoxid gelöst, 1,5g Polyethylenglycol 5090 zugegeben und in der so bereiteten Lösung 7g (= ca. 0,12mol) trockenes, fein gepulvertes Kaliumfluorid suspendiert.

Anschließend rührt man 13 Stunden bei einer Innentemperatur von 185⁰C und Feuchtigkeitsausschluß. Die Aufarbeitung erfolgt analog Beispiel 2.

Das erhaltene Rohprodukt wird im Vakuum über eine kurze Dornkolonne fraktioniert.

Ausbeute: 10,0g (71 %), Kp₁₃-U 90-92⁰C

Claims (1)

1. Patentansprüche:

   1. Verfahren zur Herstellung von 4-Nitrofluorbenzenen der allgemeinen Formel I,

   in der

   Ft ein Wasserstoffatom, ein Halogenatom, eine Cyanogruppe oder einen Esterrest darstellt, dadurch

   gekennzeichnet, daß ein 4-Nitrochlorbenzen der allgemeinen Formel II, 02 N