ES2255495T3

ES2255495T3 - Procedimiento para la obtencion de 4-clorobinfenilo.

Info

Publication number: ES2255495T3
Application number: ES00927125T
Authority: ES
Inventors: Reinhard Langer; Alexander Klausener; Paul Wagner; Lothar Puppe
Original assignee: Lanxess Deutschland GmbH
Current assignee: Lanxess Deutschland GmbH
Priority date: 1999-05-14
Filing date: 2000-05-03
Publication date: 2006-07-01
Anticipated expiration: 2020-05-03
Also published as: EP1230202B1; WO2000069798A1; EP1230202A1; ATE314336T1; AU4560500A; DE19922402A1; JP2002544249A; US6710217B1; DE50011992D1

Abstract

Procedimiento para la obtención de 4- clorobifenilo, caracterizado porque se hacen reaccionar bifenilo y cloro en presencia de una zeolita del tipo L como catalizador para la cloración del núcleo, en el que los iones móviles están constituidos en un 80 hasta un 100 % por iones de potasio y se somete a una destilación fraccionada a la mezcla de la reacción obtenida en este caso.

Description

Procedimiento para la obtención de 4-clorobifenilo.

La presente invención se refiere a un procedimiento para la obtención de 4-clorobifenilo mediante cloración de bifenilo, y al aislamiento del 4-clorobifenilo a partir de la mezcla de la reacción con elevada pureza, con un bajo contenido en 3-clorobifenilo.

El 4-clorobifenilo es un producto intermedio importante para la obtención de productos farmacéuticos y productos para la protección de las plantas. Por lo tanto es necesario que pueda ponerse a disposición de manera sencilla, económicamente y con purezas elevadas.

Se conocen procedimientos para la obtención del 4-clorobifenilo, que requieren productos previos relativamente complejos tales como el ácido fenilborónico, las sales de diazonio del 4-cloro-fenilo, el bromuro de fenilmagnesio, el 4-bromo-clorobenceno, el 4-yodo-clorobenceno, el triflato de fenilo, el 4-bromo-bifenilo y compuestos de difenil-tetrazol (véanse las publicaciones Org. Chem., 62(10), 3405-6 (1997); Nippon Kagaku Kaishi, 1997 (2), 119-26; Tetrahedron, 52(21), 7201-20 (1996); Org. Chem. 57(1), 391-3 (1992) y J. Chem. Res., Synop. 1994 (6), 216-7). Aún cuando los rendimientos se encuentran parcialmente por encima del 90% y puede aislarse el 4-clorobifenilo perfectamente en forma pura y exenta de 3-clorobifenilo, los productos de partida únicamente pueden prepararse según procedimientos muy complicados. Por lo tanto estos procedimientos no son económicos para la fabricación del 4-clorobifenilo y son poco adecuados para la realización a escala industrial.

En la publicación Tetrahedron 52(26), 8863-6 (1996) se describe la cloración del bifenilo con 2 equivalentes de tetracloruro de estaño y 1 equivalente de tetraacetato de plomo. El rendimiento en 4-clorobifenilo es del 70%. No se han dado indicaciones sobre las cantidades formadas de 2- y de 3-clorobifenilo ni de sus proporciones de eliminación. El empleo de grandes cantidades de tetraacetato de plomo y de tetracloruro de estaño hace que el procedimiento sea costoso y antieconómico.

En la publicación Angew. Chem., 103(12), 1687-9 (1991) se describe la cloración de bifenilo, catalizada con zeolitas de la estructura LTL, habiéndose designado como especialmente conveniente la forma potásica (K-L). Sin embargo, esta publicación no se refiere a la obtención ni al aislamiento del 4-clorobifenilo, sino que se refiere a la obtención
y al aislamiento del 4,4'-diclorobifenilo, que puede separarse por cristalización a partir de la mezcla del producto.

Sería deseable poder obtener el 4-clorobifenilo en una sola etapa a partir de bifenilo y de cloro. Esto es posible según la publicación US 1 890 427 también mediante la cloración del bifenilo con clorobenceno y en presencia de hierro metálico como catalizador. En este caso se obtiene, sin embargo, una mezcla que contiene 4-clorobifenilo, 3-clorobifenilo, 2-clorobifenilo y bifenilo sin transformar. La separación de esta mezcla es muy complicada. La literatura describe para la separación de un isómero, la cristalización en mezclas no eutécticas por encima del punto de congelación del eutéctico. Esto significa que, para la separación del conjunto de la mezcla tiene que llevarse a cabo una secuencia complicada de etapas de destilación y de cristalización. Esto ha sido confirmado en la publicación Czech. Chem. Prum., 30(10), 529-32 (1980). En la misma se describen, para alcanzar purezas por encima del 99%, para la separación de las mezclas, que contienen 2-, 3- y 4-clorobifenilo, las siguientes etapas, que deben ser realizadas sucesivamente: 1ª destilación, 2ª cristalización de las fracciones de la destilación y 3ª recristalización de las fracciones procedentes de la cristalización en etanol.

Los problemas que se plantean para el aislamiento del 4-clorobifenilo a partir de las mezclas de la reacción, que se forman en la cloración del bifenilo, explican por qué se ha tenido en consideración la vía de síntesis complicada, descrita al principio, para la obtención del 4-clorobifenilo puro.

Así pues, existe todavía la necesidad de un procedimiento que permita, de manera sencilla, la obtención del 4-clorobifenilo con eleva pureza, a partir de materiales de partida económicos.

Se ha encontrado ahora un procedimiento para la obtención del 4-clorobifenilo, caracterizado porque se hacen reaccionar bifenilo y cloro en presencia de catalizadores para la cloración del núcleo y se somete a una destilación fraccionada a la mezcla de la reacción obtenida en este caso.

Los catalizadores para la cloración del núcleo, según la invención, son zeolitas del tipo estructural K-L, en las que los iones móviles están constituidos en un 80 hasta un 100%, preferentemente en un 90 hasta un 100%, por iones potasio.

El catalizador para la cloración del núcleo puede emplearse, por ejemplo, en cantidades comprendidas entre un 0,2 y un 20% en peso, preferentemente en cantidades comprendidas entre un 2 y un 12% en peso, referido al bifenilo empleado.

La reacción según la invención puede llevarse a cabo, por ejemplo, a temperaturas comprendidas entre 0 y 120ºC, preferentemente a temperaturas comprendidas entre 20 y 100ºC. La presión durante la reacción según la invención no es crítica y puede encontrarse por ejemplo comprendida entre 0,2 y 20 bares. Preferentemente se encuentra comprendida entre 0,8 y 8 bares. De forma especialmente preferente se efectúa la cloración a presión normal.

La reacción según la invención puede llevarse a cabo por tandas, de manera semicontinua o de manera continua. Como reactores por tandas son adecuados, por ejemplo, las cubas con agitador, las columnas de burbujas y los reactores de bucle. Cuando el procedimiento deba llevarse a cabo de manera continua, esto podrá conseguirse mediante la conexión en serie de varios de los reactores en tandas anteriormente citados. En principio pueden emplearse también reactores tubulares de tiempo de residencia o reactores para trabajar con lechos catalíticos estacionarios.

En caso dado la reacción según la invención puede llevarse a cabo en presencia de un disolvente y/o de un cocatalizador. Los disolventes adecuados son, por ejemplo, los disolventes apróticos, que no reaccionen con el cloro bajo las condiciones de la reacción. Son preferentes los hidrocarburos clorados, especialmente el cloruro de metileno. Como cocatalizador entra en consideración, por ejemplo, el ácido cloroacético. La cloración según la invención se lleva a cabo en general de tal manera, que se convierta al menos del 30 al 90% del bifenilo empleado, preferentemente del 10 al 70%, de forma especialmente preferente del 30 al 60% en el paso directo.

En el procedimiento según la invención se separa la mezcla de la reacción, que se presenta después de la cloración, en los componentes por medio de una destilación fraccionada.

Convenientemente, el catalizador para la cloración del núcleo se separa mecánicamente como paso previo a la destilación, por ejemplo mediante filtración o centrifugación.

Como paso previo a la destilación puede añadirse una base a la mezcla a ser destilada para destruir los restos, eventualmente presentes, de la actividad catalítica y, de este modo, impedir durante la destilación, de manera fiable, la transcloración. Como bases para esta finalidad entran en consideración, por ejemplo, el carbonato de sodio, el carbonato de calcio, el acetato de sodio y el bicarbonato de potasio.

Las columnas para el fraccionamiento de la mezcla de la reacción, procedente de la cloración, tratada en caso dado como se ha descrito anteriormente, pueden presentar, por ejemplo, entre 5 y 500, preferentemente entre 10 y 100, de forma especialmente preferente entre 20 y 50 platos teóricos. El técnico en la materia sabe cómo puede alcanzarse este número teórico de platos mediante la inserción de apliques en la columna. Las columnas se hacen trabajar, por ejemplo, con una relación de reciclo comprendida entre 1 y 30, preferentemente comprendida entre 2 y 20.

Las columnas pueden hacerse trabajar. Por ejemplo, con temperaturas de la cola de 100 hasta 300ºC, preferentemente desde 150 hasta 250ºC y a presiones que comiencen en el intervalo desde 0,5 hasta 3 bares y que terminen a 3 hasta 300 mbares, preferentemente a 10 hasta 100 mbares.

La destilación fraccionada puede llevarse a cabo por tandas, de manera semicontinua o de manera continua.

Un procedimiento continuo para la destilación fraccionada puede presentarse, por ejemplo, de tal manera que se hagan trabajar tres columnas, conectadas en serie, que estén equipadas con secciones de rectificación y secciones de enriquecimiento. La primera columna proporciona, como producto de cabeza, bifenilo no transformado, la segunda proporciona 2-clorobifenilo y la tercera proporciona 4-clorobifenilo.

Una destilación fraccionada en discontinuo puede llevarse a cabo con una columna del tipo anteriormente citado, que no esté equipada con una sección de rectificación ni con una sección de enriquecimiento.

Cuando se haya utilizado un disolvente, por ejemplo cloruro de metileno, éste se eliminará convenientemente como paso previo a la destilación fraccionada propiamente dicha, por ejemplo mediante destilación a través de una columna conectada aguas arriba.

La cloración según la invención conduce, en general, a mezclas de reacción, que contienen poco 3-clorobifenilo. La proporción entre 4-clorobifenilo y 3-clorobifenilo en la mezcla de la reacción se encuentra, por ejemplo, por encima de 100:1, frecuentemente por encima de 300:1 y de forma especialmente conveniente por encima de 800:1. Cuando se encuentre, excepcionalmente, en 100:1 o por debajo de este valor, deberá determinarse mediante ensayos en serie rutinarios una combinación entre las condiciones de la reacción, el catalizador y, en caso dado, el disolvente, con la que puedan alcanzarse los bajos contenidos, deseados, entre 3-clorobifenilo en la mezcla de la reacción. Con la destilación fraccionada, que se lleva a cabo según la invención, se consigue, de todos modos, reducir considerablemente el contenido en 3-clorobifenilo en el 4-clorobifenilo aislado, aún cuando no se consigue llegar hasta por debajo del límite de detección.

Por otro lado puede obtenerse, con el procedimiento según la invención, de manera sencilla, a partir de materiales de partida sencillos y con productos auxiliares sencillos, 4-clorobifenilo que presente purezas de 99,5% y por encima de este valor, frecuentemente de 99,95% y por encima de este valor. De este modo es adecuado perfectamente para la elaboración ulterior para dar productos farmacéuticos y productos para la protección de las plantas. Los rendimientos en 4-clorobifenilo se encuentran, en el caso del procedimiento según la invención, bastante por encima del 90%.

Con el procedimiento según la invención se pone a disposición, por primera vez, 4-clorobifenilo que contiene entre un 0,001 y un 10 por 1000, preferentemente entre un 0,01 y un 1 por 1000 y, de forma especialmente preferente, entre un 0,03 y un 0,3 por 1000 de 3-clorobifenilo. Una característica típica del procedimiento según la invención consiste en que proporciona 4-clorobifenilo con este contenido en 3-clorobifenilo.

Ejemplos Generalidades

a): Para la determinación cuantitativa de los componentes se analizaron soluciones al 5% de las mezclas de la reacción en clorobenceno, mediante cromatografía gaseosa.

: Los límites de detección eran: 200 ppm para el bifenilo, 100 ppm para el monoclorobifenilo, 400 ppm para el 4,4'-diclorobifenilo y 400 ppm para el triclorobifenilo.

b): Reactor: bote esmerilado, de fondo plano, de 250 ml, termostatado al aceite, con tubo para la introducción de gases y agitador.

Ejemplo 1 Cloración en cloruro de metileno

Se dispusieron 93,5 g de bifenilo en 134 g de cloruro de metileno y se añadieron 9 g de zeolita del tipo K-L (seca) en forma de polvo fino. El reactor se barrió con nitrógeno y se comenzó la cloración a 40ºC. Los detalles pueden verse en la tabla 1.

TABLA 1

Tiempo de introducción	Cantidad de cloro	Contenido en la mezcla de la reacción	Selectividad en 4-
de cloro (min)		(% superficial)	clorobifenilo (%)
		Bifenilo	Clorobifenilo
			2-	3-	4-	4,4'-di
45	28,7	76,92	0,74	0,01	21,59	0,58	93,54
80	47,2	61,33	1,21	0,04	35,29	1,83	91,26
108	62,8	48,94	1,58	0,04	45,46	3,60	90,34
125	70,5	43,22	1,76	0,06	49,79	4,74	87,69

Ejemplo 2 Cloración en presencia de ácido cloroacético

Se dispusieron 101 g de bifenilo, 2,5 g de ácido cloroacético y 10 de zeolita del tipo K-L (seca) y se barrió con nitrógeno. A continuación se calentó hasta 100ºC y se comenzó con la introducción del cloro. Los detalles pueden verse en la tabla 2.

TABLA 2

Tiempo de introducción	Cantidad de cloro	Contenido en la mezcla de la reacción	Selectividad en 4-
de cloro (min)		(% superficial)	clorobifenilo (%)
		Bifenilo	Clorobifenilo
			2-	3-	4-	4,4'-di
240	31,8	79,55	2,51	0,08	16,07	0,31	78,58
425	58,7	59,75	5,41	0,12	30,03	1,27	74,61

Ejemplo 3 Destilación (todas las indicaciones en porcentaje son porcentajes en peso, en tanto en cuanto no se diga otra cosa. CBP significa clorobifenilo)

De acuerdo con el ejemplo 1 se preparó una gran cantidad de mezcla de la reacción con la composición que se presentaba en el ejemplo 1 al cabo de 108 minutos de tiempo de cloración. En primer lugar se separó de la mezcla de la reacción el catalizador mediante filtración y la mayor parte del cloruro de metileno mediante evaporación a través de una columna. A continuación se presentaron 2.991,5 g de una mezcla que contenía

: un 7,45% de cloruro de metileno,

: un 45,86% de bifenilo,

: un 1,62% de 2-CBP,

: un 0,12% de 3-CBP,

: un 41,5% de 4-CBP y

: un 3,44% de 4,4'-DICBP

Esta mezcla se sometió a destilación fraccionada a través de una columna que presentaba 34 platos teóricos (diámetro interno 5 cm, altura 100 cm, cuerpos de relleno anillos de malla de alambre de 4 x 4 mm) formada por un matraz de inundación de 4 litros.

En primer lugar se obtuvieron 56,8 g de cloruro de metileno a presión normal y hasta una presión reducida a 500 mbares, a temperaturas de la cola desde 202 hasta 210ºC, a temperaturas de la cabeza desde 39 hasta 24ºC y con una relación de reciclo de 5.

A continuación se obtuvieron 1.209,4 g de bifenilo a una presión en la cabeza de la columna de 30 mbares, a temperaturas en la cola desde 156 hasta 178ºC, a temperaturas en la cabeza desde 136 hasta 137ºC y con una relación de reflujo de 5. Éste puede reciclarse a la cloración.

Ahora se obtuvieron 254,9 g de una fracción intermedia, a una presión de la columna en la cabeza de 30 mbares, a temperaturas en la cola de 178 hasta 179ºC, a temperaturas en la cabeza desde 138 hasta 166ºC y con una relación de reciclo creciente desde 5 hasta 10, que contenía bifenilo, 2-CBP, 3-CBP y 4-CBP. Esta puede reciclarse a la destilación.

Ahora se obtuvieron 351,6 g de una primera fracción de 4-CBP, que contenía un 99,7% de 4-CBP, un 0,16% de 3-CBP y, respectivamente, por debajo de un 0,1% de 2-CBP y de bifenilo, a una presión en la cabeza de la columna de 30 mbares, una temperatura en la cola de 180ºC, una temperatura en la cabeza de 166ºC y con una relación de reciclo de 10. Esta fracción puede desprenderse, cuando sea suficiente su normalización, como producto, en caso dado en mezcla con la segunda fracción de 4-CBP o cuando no sea suficiente la normalización puede reciclarse hasta la destilación.

Finalmente se obtuvieron 675,5 g de una segunda fracción de 4-CBP, que contenía más de un 99,95% de 4-CBP y un 0,03% de 3-CBP, a una presión en la cabeza de la columna de 30 mbares, con temperaturas en la cola desde 181 hasta 231ºC, con una temperatura en la cabeza de 166ºC y con una relación de reciclo de 2.

Claims

1. Procedimiento para la obtención de 4-clorobifenilo, caracterizado porque se hacen reaccionar bifenilo y cloro en presencia de una zeolita del tipo L como catalizador para la cloración del núcleo, en el que los iones móviles están constituidos en un 80 hasta un 100% por iones de potasio y se somete a una destilación fraccionada a la mezcla de la reacción obtenida en este caso.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque el catalizador para la cloración del núcleo se emplea en cantidades desde un 0,2 hasta un 20% en peso, referido al bifenilo empleado.

3. Procedimiento según las reivindicaciones 1 o 2, caracterizado porque la reacción se lleva a cabo a temperaturas comprendidas entre 0 y 120ºC y a presiones en el intervalo desde 0,2 hasta 20 bares.

4. Procedimiento según las reivindicaciones 1, 2 o 3, caracterizado porque se emplean, para la destilación fraccionada, columnas con 5 hasta 500 platos teóricos y éstas se hacen trabajar con una relación de reciclo comprendida entre 1 y 30.

5. Procedimiento según las reivindicaciones 1, 2, 3 o 4, caracterizado porque se llevan a cabo, independientemente entre sí, la reacción y la destilación fraccionada por tandas, de manera semicontinua o de manera continua.