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Verfahren zur Darstellung von kernmethylierten Kohlenwasserstoffen
und deren Substitutionsprodukten Reine hernmethylierte, aromatische Kohlenwasserstofe
und insbesondere die mehrfach methylierten sind schwer zugänglich. Die che# mische
Industrie hat bisher diese Stoffe fast ausschließlich dein Steinkohlen- und Braunkohlenteer
entnommen. Dieser Weg hat wohl den ersten methylierten Benzolkoblenwasserstoff,
.#las Toluol, in genügender Menge und Reinheit der Industrie gegeben, dagegen hat
die Isolierung und Reindarstell:ung der isoaneren Xylole aus dem Steinkohlenteer
schon mit bedeutenden Schwierigkeiten zu kämpfen. Die li;")her substituierten Benzole,
wie z. B. Pseudocuinol, Durol usw., sind bisher praktisch nicht zugänglich, weil
die vielen Verunreinigtingen des Steinkohlenteers es unmöglich machen, aus dem Gemisch
der Stoffe reine höher methylierte, aromatische Kohlenwasser-Stoffe zu isolieren..
Außerdem sind diese Kohlenwasserstofe in i Steinkohlenteer in zu geringer Menge
enthalten, so. daß bei einer ausgiebigen technischen Verwendung derselben die Quellen
bald erschöpft würden.
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Es hat sich nun gezeigt, daß man auf billige Weise verhältnismäßig
leicht zti kerninetliylierten Kohlenwasserstoften der Benzol-, \atphtlialin- und
Anthracenreihe und deren Substitutionsprodukten und Derivaten gelangen kann, wenn
man die Kohlenwasserstoffe oder ihre Homologen und sonstige Kernsubstitutionsprodukte
mit Formaldehyd oder formaldehyd:abspaltenden Mitteln in (jegenhart von Halogenwasserstoff
mit oder ohne Zusatz von Kondensationsmitteln, wie Chlorzink, Zinnchlorid, Aluaniniumchlorid-,
Eisenchlorid usw., vorteilhaft in der Wärine behandelt und das so erhaltene Produkt
rechtziert. Hierbei treten zunächst in den Kern eine oder mehrere Halogenmethylgruppen,
die dann durch chemische, elektrolytische oder katalytische Reduktion mit Wasserstoff
enthalogeniert und so in die entsprechenden Kohlenwasserstoffe übergeführt werden,
die uni -eine oder mehrere Methylgruppen reicher sind als das Ausgangsmaterial.
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Zur Einführung der Halogenmethylgruppe können statt der obenerwähnten
auch andere Methoden angewandt werden, z. B. die von S o, m in e 1 e t (Comptes
rendus 1925, Seite 13-19), nach der Halogenmethyläther auf Benzolkohlenwasserstofte
usw. zur Einwirkung gebracht wird.
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Somit ist in diesem Verfahren ein neuer, für die chemische Technik
bequemer Weg gegeben, die bisher schwer zugänglichen und, teuren methylsubstituierten,
aromatischen Kohlenwasserstoffe in beliebigen Mengen billig herzustellen. Diese
Tatsache ist neu und in der Fachliteratur nicht beschrieben. Aus der schon bekannten
Darstellung von o- und
p-Xylol aus Toluol, wie sie in der Patentschrift
5oo 9z2 beschrieben ist, war nicht zu entnehmen, daß sich das dort angewandte Verfahren
ganz allgemein zur Darstellung kerninethylierter Kohlenwasserstoffe anwenden ließ.
Die verschiedene Reaktionsfähigkeit der Ausgangsmaterialien, wie Benzol, Chlorbenzol,
Chlortoluol, Xylol, Chlorxylol, Pseudocumol, Naphthalin, Chlornaphthalin usw., Formaldehyd-Salzsäure
gegenüber ließ das Vorliegen eines allgemein anwendbaren Metbylierungsverfahrens
als unwahrscheinlich erscheinen. Die vorliegende Erfindung beschränkt sich nicht
auf die Darstellung homologer Benzylchloräde, vielmehr beschreibt sie die Einführung
weiterer Chlorinethylgruppen in den Kern. Man gelangt dadurch zu Körpern, die bei
der von B 1 a n. c (Bull. 4., Bd. 33, Seite 315) beschriebenen Methode nicht oder
nur in beschränktem Maße entstehen und die bisher nur wenig untersucht worden sind.
Durch Darstellung dieser Dichlorm.ethylderivate, z. B. des 2 # q-Dichlormethyltoluols
aus Tolüol und des i # 3-Dimethyl-4 # 6-dichlormethylbenzols aus Xylol, ist man
nunmehr in der Lage, in einer Reaktion aus Toluol Pseudocumol; aus Xylol Durol rein
zu gewinnen und so, diese aus dem Steinkohlenteer sehr schwer isolierbaren Körper
aus allgemein erhältlichen Ausgangsmaterialien, sogar von Benzol ausgehend, zugänglich
zu machen. Diese Art der Darstellungsweise ist aus der Patentschrift 5oo 9r2 um
so. weniger abzuleiten, als die Dichlormethylderivate ein von den Benzylchloriden
stark verschiedenes Verhalten zeigen. Als einfaches Beispiel hierfür sei erwähnt,
daß man alle bisher erwähnten Benzylchloride mittels wäßriger Sodalösung zu den
entsprechenden Carbinolen verseifen kann; die Dichlormethylderivate kondensieren
sich bei dieser milden Behandlungsweise zu Harzen.
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Was die Reduktionsfähigkeit der homologen Benzylchloride und der erwähnten
Dichlormethylderivate angeht, so liegen hier infolge der verschiedenartigen Reaktionsfähigkeit
die Verhältnisse ähnlich wie bei der Formaldehyd-Salzsäure-Reaktion. Unterwirft
man z. B. Xylylchlorid der Reduktion mit 7iinkstaub-Alkali, so erhält man zu 9o
°jo Xylal. Naphthylchlori-d in derselben Weise behandelt gibt Lias entsprechende
Methylnaphthalin nur in schlechter Ausbeute, währrend die Reduktion des Dichlormethylnaphthalins
nach dieser Methode fiiberhaitipt nicht gelingt. Beispiel i 3i2 kg Benzol werden
mit 3001 konz. Salzsäure und 6o kg p-Formaldehyd unter Ersatz der verbrauchten
Salzsäure gut verrührt, bis in der salzsauren Schicht kein Formaldehyd mehr nachweisbar
ist. Die obere Schicht wird abgetrennt, neutral gewaschen und das darin in etwa
75 % Ausbeute enthaltene Benzylchlorid in folgender Weise reduziert. i6okg
Zinkstaub (9oprozentig) werden in 5oo 1 Wasser unter Zusatz von i o 1 Natronlauge
36° Be verrührt und auf 95 bis ioo° angeheizt. Dann läßt man im Verlauf von 4 bis
5 Stunden gleichzeitig 253 kg Benzylchlorid und 250 1 Natronlauge in der
Weise einfließen, daß die Reaktionsflüssigkeit immer schwach alkalisch bleibt. Man
läßt bei derselben Temperatur nachrühren, bis in einer Probe des Öls kein Seitenkettenchlor
mehr nachzuweisen äst. Das Öl wird mit Wasserdampf abgeblasen und fraktioniert.
Es, werden 165 g - 9o °%, der Theorie an Toluol erhalten. Beispiel e 424 kg Xylol
werden mit 6o kg Paraformaldehyd und Zoo 1 konz. Salzsäure bei 5o bis 6o° unter
Ergänzung der verbrauchten Säure turbiniert. Wenn das Formaldehyd aus der salzsauren
Brühe verschwunden ist, wird die ölige Schicht abgetrennt und in ähnlicher Weise,
wie in Beispiel i gezeigt, mit Zinkstaub und Alkali reduziert. Das entstehende Pseudocumol
wird finit Wasserdampf abgetrieben und fraktioniert. Es ist hier zu bemerken, daß
alle drei Xylole in der Hauptsache zum P.seudocumol führen, daß also ein Gemisch.
der Isomeren eingesetzt werden kann. Meta=Xylol gibt das r, 3-Dimethyl-4-benzylchlorid,
para-Xylol das i, 4-Dimethyl-3-benzylchlorid und o-Xylol hauptsächlich das i, 2-Dimethyl-4-benzylchlorid.
Alle drei Chloride ergeben beim Reduzieren Pseurloctimol. Beispiel 3 184 kg Toluol
und 400 kg konz. Salzsäure, die i 5o kg Chlorzink gelöst enthält, werden
unter gutem Rühren mit i2o kg Paraformaldehyd versetzt. Es entsteht 2, 4-Di-(Chlorlnethyl-)tolttol,
das ohne besondere Reinigung der Reduktion mit Zinkstaub und Alkali unterworfen
wird. Der entstehende Kohlenwasserstoff wird mit Wasserdampf abgeblasen und der
Destillation unterworfen. Das hierbei erhaltene Pseudocumol ist. mit dem nach Beispiel
:2 erhaltenen identisch. Beäspi,el4 240 kg des nach Beispiel 2 oder 3 erhaltenen
Pseudocumols werden zusammen mit 3oo kg konz. Salzsäure und 30 kg Paraformaldehyd
bei 40° verrührt, bis in der salzsauren Brühe kein Formaldehyd mehr nachgewiesen
werden kann. Das entstandene Trimethylbenzylchlorid wird mit Zinkstaub und
Alkali
reduziert. Bei der nachfolgenden ZVasserdampfdestillation wird Durol, i, 2, :1,
5-Tetramethyl,benzol vom Fp. 77° erhalten. Oxydiert man das Durol mit einer Kaliumpermanganatlösung,
so wird die Benzol-i, 2_ 4 5-tetracarbonsäure die Pyromellitsäure erhalten, deren
Tetramethylester den Fp. 14.2° zeigte.
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Beisp,iel5 Eine Lösung von: 15.4 kg Diplienyl in 5oo 1 Ligroin wird
mit einer Lösung von 20o kg Chlorzink in Zoo kg konz. Salzsäure bei 6o° unter Zusatz
voll 30k9 Paraformaldehyd verrührt. Das entstandene p-Phenylbenzylchlorid
zeigt den Fp. 68°. (Das eingesetzte Diphenyl schmolz bei 7012°, eine Mischung beider
Körper sinterte zwischen 40 und 6o°.) Das Chlorid wird in alkoholischer Lösung mit
Zinkstaub und Alkali zum p-Methyldiphenyl reduziert, das den Fp. .167 zeigte.
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Beispiel 6 io72 kg p-Cymol werden mit ,400 1 konz. Salzsäure und i2o
kg Paraformaldehyd bei 6o° gut verrührt, bis kein Formaldehyd mehr in der salzsauren
Brühe nachweisbar ist. Das erhaltene Chlorid wird vom Cymolüberschuß befreit und
mit Zinkstaub und Natronlauge reduziert, wobei das von K 1 a g e s (Ber.39,23 11;
4.0,
2367) beschriebene i, 2-Diiliethyl-4.-isopropylbenzol erhalten wird.
| Analyse: C" H", Mol.-Gew. i:18,i9, |
| Berechnet: C 89,11 °/a, H i o,88 °/o, |
| °/o, |
| Gefunden: C 89,38 °/o, H 10,78 |
| C 89,2o °/o, H i o,96 °/o. |
Bei der Behandlung dieses Kohlenwasserstoffs mit verdünnter Salpetersäure wurde
durch Oxydation der Isopropylgruppe die 3, 4-Dimethylbenzoesäure-i Fp. 163° erhalten.
Beispiel ? 4.5o kg Chlorbenzol werden unter Rühren mit einer Lösung voll
300 kg Chlorzink in 4.00 1 konz. Salzsäure und 6o kg Paraforinaldehyd versetzt.
Das entstehende Chlorid zeigt den Kp. 97°, Kp. 76o, 2io/2° und kristallisiert beim
Abkühlen in Nadeln. Bei der folgenden Reduktion: des Chlorids wird p-Chlortoluol
erhalten, das bei der Oxdation die p-Chlorbenzoesäure vom Fp. 237
0' ergab.
Beispiel 8 5o8 kg p-Chlortoluol werden mit Zoo 1 konz. Salzsäure, 15o kg 4oprozentige
Formaldehydlösung und 4.oo kg Chlorzink versetzt und unter gutem Rühren ein Salzsäuregasstrom
bei 6o° eingeleitet. Hierbei entsteht das 2-Chlor-5-methylbenzylchlorid-i, denn
durch Oxydation dieses Chlorids wurde die 2-Clilor-5-niethylbenzoesätire-i erhalten.
Das Ü1 wird von der salzsauren Brühe getrennt und durch Reduktion in ein Gemisch
von Chlor toluol und Chlorxylol übergeführt, woraus. durch fraktionierte Destillation
das 4-Chlor-i, 3-Xylol erhalten wird.
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Beispiel 9 768 kg Naphthalin werden in 8oo 1 konz. Salzsäure suspendiert,
mit 18o kg Paraformaldehyd versetzt und bei 8o° unter Rühren und Einleiten von Salzsäuregas
zum Schmelzen gebracht. Nach einigen Minuten kann die Temperatur auf 6o° erniedrigt
werden, ohne daß das Naphthalin kristallisiert. Wenn in der Brühe kein Formaldehyd
mehr nachweisbar .ist, wird neutral gewaschen und destilliert. Das entstehende a-Chlormethylnaphthalin
kristallisiert in derben Kristallen vom FP.
31'.
| Analyse: C11 H, Cl, Mol.-Gew. 176,59, |
| Berechnet: Chlor 2o,o9 °/o, ' |
| Gefunden: Chlor 2o,oi °/o, |
| Chlor 20,17 |
Durch Oxydation des Chlorids mit Permanganatlösung wurde a-Naphthaesäure vom Fp.
161' erhalten. Das a-Clilorrnethylnaphthalin wurde in alkoholischer Lösung mit Zinkstaub
in Gegenwart von Chlorammonium reduziert; bei der Destillation des mit Wasserdampf
abgetriebenen (als wird reines a-Methylnaphthalin KP." i io° erhalten. Sein Pikrat
zeigt den Fp. 14", und der Mischschmelzpunkt mit dem Pikrat von a-Methylnaphtbalin,
das aus Steinkohlenteer gewonnen wurde, zeigte keine Depression.
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Beispiel io Wie in Beispie12 gezeigt wurde, werden Dimethylbenzylchloride
dadurch aus Xylol erhalten, daß nian dieses mit 1.-,orinaldeliyd und Salzsäure zur
Reaktion bringt unter Ersatz der verbrauchten und durch Reaktionswasser verdünnten
Säure mit Salzsä uregas. Das Konzentrieren der Säure wird iin großen vorteilhaft
mit Schwefelsäure ausgeführt, deren Konzentration sich. nach der Natur der organischen
Komponente des Reaktionsgemisches richtet. Der Hatiptvor teil dieser Arbeitsweise
liegt in der Vereinfachung des Verfahrens und in dem besseren Schutz der Bleiapparatur.
Die Darstellung von Dimethylbenzylchlorid gestaltet sich dann folgendermaßen 8q.8.
kg Xylol werden mit 120 kg Parafor maldehyd und iooo 1 konz. Salzsäure bei 35 bis
4o° gut verrührt und in dem Maße
mit Schwefelsäure von 6o° De versetzt,
daß kein Salzsäuregas aus dein Reaktionsgefäß entweicht. Nachdem 8oo 1 Schwefelsäure
zugesetzt sind, zeigt eine Analyse der wäßrigen Schicht, daß das Formaldehyd verschwunden
ist. Das gebildete Chlorid wird, wie in Beispiel a angegeben, ohne weitere Destillation
zum Pseudocumol reduziert oder einer vorherigen Destillation unterworfen, wobei
5 i 6 kg reines Dimethylbenzylchlorid = 53,5 % der Theorie (auf Formaldehyd
berechnet) erhalten werden..
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Die Mengenverhältnisse von Kohlenwasserstoffen, Halogenwasserstoff
und Formaldeliv d, die angewandten Temperaturen sowie Menge und Art der Reduktionsmittel
können in den obigen Beispielen in weiten Grenzen variiert werden.
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Bemerkenswert ist auch noch, daß man zur Darstellung von Pseudocumol
nach Beispiel i aus dem gewöhnlichen technisch reinen. Xylol, das aus einem Gemisch
von o-, m- und p-Xylol besteht, ausgehen kann, weil alle drei iso@meren Xylole mit
Formaldehyd nach Beispiel i behandelt und reduziert nur ein einheitliches Pseudocumol
geben.